小电阻接地方式在山东配电网中的应用研究

臧宏志，王羽田，张凯伦，王 宪

（国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 250002）

0 引言

电力系统的接地方式有中性点有效接地、 中性点非有效接地和经消弧线圈接地3 种类型。 中性点有效接地系统是指中性点直接接地或经低阻抗接地的系统， 中性点非有效接地系统是指中性点不接地、经高阻抗接地、谐振接地的小电流接地系统［1］。电网的中性点接地方式涉及到电力系统的供电可靠性、设备绝缘水平、继电保护、系统稳定、人身安全、通信干扰及接地装置等相关问题， 对电网的安全稳定有重要影响。

山东配电网中，A+类、A 类供电区域电缆的使用率越来越高。采用电缆线路的供电网络，受自然环境影响较小， 造成瞬时单相接地故障的概率也相应较少［2-3］。 若发生单相接地，没有及时跳闸，会造成故障范围扩大，发展为相间故障，给恢复供电造成更大的困难［4］，因此接地方式的选择尤为重要。 本文对不同接地方式进行了对比分析， 分析了山东A+类、A 类供电区域35 kV 和10 kV 电网采用小电阻接地方式的必要性，给出了在规划、可研阶段新建变电站小电阻安装方式和接地设备配置方式。

1 不同中性点接地方式的特点

数据表明， 近75%的电力用户停电由中压配电网故障造成，其中80%是单相接地短路。我国中压配电网中性点多采用不接地与经消弧线圈接地的小电流接地方式，也有部分城市采用经小电阻接地的大电流接地方式。最近一种新的灵活接地方式开始进入试点应用。中性点不同的接地方式决定了单相接地时不同的故障处理流程，导致不同的停电次数、停电时间与停电用户数量，对供电可靠性有十分重要的影响［5］。

1.1 中性点不接地方式

中性点不接地方式的优点是供电连续性好。 当系统发生单相接地故障时， 各相间的电压大小和相位维持不变，三相系统的平衡性未遭破坏，允许继续运行一段时间（一般2 h 以内）。

中性点不接地方式存在的缺点：故障选线困难，对设备绝缘水平要求高； 可能产生弧光接地过电压，对电力设备危害大；试拉选线造成停电范围扩大，延误处理时间，容易造成事故扩大。

1.2 中性点经消弧线圈接地方式

中性点经消弧线圈接地方式具有供电连续性好、可有效避免弧光接地过电压的优点。与中性点不接地方式相比， 消弧线圈所产生的感性电流将补偿系统中的容性接地电流，使电弧容易熄灭，不易发生重燃，可有效避免弧光接地过电压。

中性点经消弧线圈接地方式存在的缺点： 故障选线困难，对设备绝缘水平要求高；试拉选线造成停电范围扩大，延误处理时间，容易造成事故扩大；补偿电流有限，不能适应高电缆化率电网的补偿要求。

1.3 中性点经小电阻接地方式

中性点经小电阻接地方式适用于6～35 kV 主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电线路系统和除矿井以外的工业企业供电系统。

中性点经小电阻接地方式的优点：发生单相接地故障时，短路电流大，能够快速准确地选出故障线路并实现跳闸，大大缩短非故障相过电压的持续时间，避免事故扩大；小电阻接地方式可以降低单相接地工频电压，抑制弧光接地过电压，消除TV 谐振过电压和大部分断线过电压， 降低对设备绝缘水平的要求；小电阻接地方式解决了消弧线圈补偿容量受限问题。

对于架空线或架空与电缆混合运行的线路，采用中性点经小电阻接地方式， 单相瞬时接地跳闸率大幅增加， 如果没有安装自动重合闸装置或没有备用线路，将会降低供电可靠性。

1.4 中性点灵活接地方式

目前还有一种灵活接地方式， 即消弧线圈并联小电阻接地，如图1 所示。 系统正常运行时，将消弧线圈投入，小电阻不投入运行，投切开关处于断开状态。 系统发生单相接地故障后， 不会立刻投入小电阻，通过TV 监测中性点电压，判断接地故障状态。若故障消失， 则认为是瞬时接地故障， 投切开关不动作，保持断开状态。若接地故障持续时间超过整定时间， 判定为发生永久性接地故障， 此时投切开关闭合，投入小电阻，触发故障线路零序电流保护动作，切除故障线路，当持续投入小电阻达到整定时间后，将投切开关断开，退出并联的小电阻，恢复为消弧线圈接地方式。

图1 灵活接地方式

2 山东A+类和A类供电区域采用小电阻接地的必要性

2.1 消弧线圈容量不能完全补偿电容电流

目前， 国网通用设计中35 kV 消弧线圈最大容量为2 200 kVA，按补偿系数1.35 计算，补偿能力约80 A（约20 km 电缆对应的电容电流）。10 kV 消弧线圈最大容量为1 000 kVA，按补偿系数1.35 计算，补偿能力约120 A（约60 km 电缆对应的电容电流）。不同电压等级变电站35 kV 和10 kV 系统电容电流估算值如表1 所示。

表1 电容电流估算值

从表中可以看出，全电缆出线的220 kV 及110 kV变电站35 kV 和10 kV 系统电容电流均较大。 35 kV系统电容电流数值接近2 200 kVA 消弧线圈的最大补偿能力，部分变电站由于35 kV 电缆总长度较长，可能超过消弧线圈的补偿能力。10 kV 系统电容电流亦接近1 000 kVA 消弧线圈的最大补偿能力。

山东A+类、A 类供电区域都位于城市市中心，35 kV 和10 kV 系统多采用电缆线路， 根据实际情况，每回出线（也考虑支线）的电缆长度远多于表1所列的长度，受到消弧线圈容量的限制，采用消弧线圈接地方式将不能满足要求。 因此，山东省内A+类、A 类供电区域可采用中性点经小电阻接地方式。

2.2 电缆单相接地故障要求快速跳闸

目前， 山东35 kV 和10 kV 电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地两种接地方式。 目前的运行方式下，发生单相接地故障时，允许电网继续运行一段时间， 在此期间通过逐条试拉线路和现场巡线来查找故障。

试拉线路会造成大量用户非计划短时停电，巡线方式查找故障需耗费大量人力资源和时间， 使单相接地故障处理时间长， 容易在电网薄弱环节引发多重故障， 造成事故进一步扩大。 尤其对于电缆线路，由于通道资源紧张，一般同一电缆沟（隧道）内布置多回电缆线路。对于在排管或隧道中的电缆，若单相接地故障处理时间过长， 容易引起可燃性气体的积聚而导致火灾。因其中一回电缆故障起火，烧毁同一电缆沟（隧道）内其他电缆线路的事故时有发生，造成大面积的停电，损失严重。 由此可见，中性点不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故障，允许继续运行2 h 的规定， 已不能适应目前城市电网电缆线路较多的新情况。

山东省A+类、A 类供电区域35 kV 系统基本实现双电源供电，10 kV 系统配电自动化率接近100%，现在城市配电网已逐步形成手拉手、环网供电网络。改为小电阻接地方式后，当任一条电源线发生单相接地故障而被快速切除时， 变电站负荷可由另一条电源线供电，不会损失负荷。 因此A+类、A 类供电区域的网架结构， 具备采用中性点经小电阻接地方式的条件，不会降低供电可靠性。由于城区配电网即便存在少量架空线路， 架空线路亦逐步实现了绝缘化，使瞬时性接地故障大大减少，影响供电可靠性的矛盾得到缓解， 为城区内配电网采用中性点经小电阻接地方式创造了有利条件。

3 中性点经小电阻接地方式在变电站内的应用

3.1 中性点接地电阻安装方式

变压器35 kV 和10 kV 侧接线有Y 和△两种形式，直接影响中性点接地电阻的安装方式。下面以变压器低压侧是35 kV 为例进行说明。

1）采用Y 接线时，可以很方便地在主变压器低压侧中性点处加装接地电阻，如图2 所示。

图2 接地电阻接Y 绕组中性点

2）采用△接线时，由于没有中性点，需通过增加接地变压器引出一个中性点，其实现方式主要有两种：

方式一，接地变压器接于主变压器低压侧引线，可视接地变压器为主变压器的一部分， 此方式下主变压器送电不涉及中性点接地的切换，如图3 所示。

图3 经接地变压器接地方式一

方式二，接地变压器接于35 kV 母线上，可与站用变压器一体化设计， 主变压器停送电时需要倒换中性点接地，如图所4 示。

采用方式二时， 不会由于接地变压器和接地电阻故障导致主变压器停运。 因此采用方式二的接线方式可靠性更高，但需增加2 面开关柜，投资增加，站内配电装置布置更加紧凑。 采用方式一和方式二都是可行的。

图4 经接地变压器接地方式二

3.2 接地设备配置方式

在山东省内变电站使用中性点经小电阻接地方式时，多采用“3+2”的布置形式，即3 台小电阻接地装置加2 台站用变压器的形式，而较少采用接地变压器与站用变压器合用的方式。 即使变压器35 kV和10 kV 侧采用△接线， 小电阻需配有接地变压器使用时， 接地变压器也不兼作站用变压器使用。DL／T 584-2017 《3～110 kV 电网继电保护装置运行整定规程》第7.2.13.5 条规定：低电阻接地系统必须且只能有一个中性点接地， 当接地变压器或中性点电阻失去时， 供电变压器的同级断路器必须同时断开。 两段母线并列，而接地变压器不进行调整，即两个接地变压器的小电阻并联，则等效电阻减小，当系统发生单相接地故障时，流过故障点的接地电流大大增加。

当主变压器35 kV 和10 kV 侧采用Y 接线时，小电阻接地装置可放置在原消弧线圈接地装置位置，占地面积不变。

当变压器35 kV 和10 kV 侧采用△接线时，有两种接线方式，如前所述。 采用方式一时，小电阻接地装置可放置在原消弧线圈接地装置的位置， 低压开关柜数量相比中性点经消弧线圈接地可减少1 面， 但需具备2 台站用变压器位置。 采用方式二时， 小电阻接地装置可放置在原消弧线圈接地装置的位置， 低压开关柜数量相比中性点经消弧线圈接地增加2 面，并且还要具备2 台站用变压器位置，需合理布置站内空间。

需要注意的是选择中性点经小电阻接地方式时，一个系统中只能有一个接地点，不允许两个或更多的中性点电阻并列运行，且不允许失地运行。

4 结束语

随着电网的发展，电网结构不断完善，电缆化率不断提高，35 kV 和10 kV 系统中性点不接地或经消弧线圈接地方式，已逐渐不能适应电网新状况。山东省A+类、A 类供电区域35 kV 系统基本能够实现双电源供电，10 kV 系统配电自动化率接近100%，现在城市配电网已逐步形成手拉手、环网供电，一些重要用户由两路或多路电源供电， 对用户的供电可靠性不再是靠允许系统带着单相接地故障运行2 h来保障，而是靠加强电网结构、调度控制和配电自动化来保证。 在A+类、A 类供电区域新建220 kV 和110 kV 变电站低压侧35 kV 和10 kV 采用小电阻接地方式是必要且可行的， 消弧线圈接地方式将不适应A+类、A 类供电区域未来配电网的发展。