某变配电室多电源系统接地做法的纠正实例

冀 超（北京双圆工程咨询监理有限公司， 北京 100080）

1 变配电室工程概况

某变配电室位于建筑地下室，是一座 10 kV 变配电室。高压侧分别采用两路 10 kV 专用线路供电作为进线电源，该变配电室经两台变压器变压后输出电压 0.4 kV，变压器容量为 2 000 kVA，其主接线形式为单母线分段。两路电源同时供电，分列运行，两进线断路器与母联断路器设有电气及机械连锁，任何情况下只能合其中的两个断路器；母联断路器为 3 级断路器且采用手动方式投切。该变配电室作为该工程总变配电室，同时起到 10 kV 高压分路的作用，为其余分变配电室提供 10 kV 电源。

2 原设计图纸接地系统

在该变配电室施工前，作为本工程电气专业监理，笔者在审核施工图纸时注意到本变配电室内的设计接地形式为 TN-C-S 系统，原设计图纸要求每台变压器低压出线侧的 PEN 母线在相应低压进线柜侧做接地连接，并且分别接至变配电室总等电位。

图 1 原设计接地系统图

如图 1 所示，变压器 1 与变压器 2 电源母线之间设计采用 3 级联络开关，正常工作状态下联络开关处于断开状态，每台变压器只带各自负荷进行工作，当一台变压器出现故障后，联络开关闭合，另一台变压器承担全部负荷。系统中的 PEN 母排、PE 母排是连通的。此系统图中，变压器 1 及变压器 2 下端的低压进线柜内的 PEN 母排均与 PE 母排进行了短接，并且与变配电室总等电位进行连接，相当于接地连接。在正常工作状态下，用电设备的 N 线工作电流应包含零序谐波电流（一些非线性负载导致）与三相不平衡电流，PE 线只流过少量的泄漏电流。若接地系统采用上图做法，在确保自变压器低压侧中性点引出的 PEN 线绝缘良好的前提下，变压器 1 所带负荷的下级配电箱及用电设备工作产生的 N 线电流，以正常路径按照图示箭头，经下级配电箱 N 线—主母线 PEN 母排—A点—进线柜 1 PEN 母排—变压器 1 中性点。这是期望路径，但并非是 N 线电流返回变压器 1 中性点的唯一路径。N 线电流同时会流向 PEN 母排右边经过 C 点—D 点—PE 母排—B 点—A 点—进线柜 1 PEN 母排—变压器 1 中性点。另外，笔者认为还会有少量的 N 线电流会经变配电室总等电位回到变压器 1 中性点。同理，变压器 2 的中性线电流也会通过此种方式返回变压器 2 的中性点。

若按照此种接地方式施工，将会导致 N 线电流不是通过唯一路径返回变压器中性点，而是在 PEN 线和 PE 线之间形成一条闭合回路，使得部分 N 线电流流入 PE 线而形成杂散电流。杂散电流可能会引起以下电气危害：①杂散电流可感应产生杂散电磁场，干扰敏感信息设备的正常工作；②杂散电流可能因不正规通路的导电不良而打火，点燃可燃物；③杂散电流如果以大地为通路返回电源，可能会形成电池，因电化学而腐蚀接地极、地下基础钢筋或金属管道等。长期存在杂散电流，其危害是非常明显的。其中，最明显的不良后果是影响变配电室内全面检测接地故障的火灾漏电报警系统的动作有效性，变配电室因采用微机控制而失效，等等。尤其是在有大量信息系统的建筑物内，杂散电流流入建筑等电位后产生的杂散电磁场会给某些敏感信息设备带来更大的危害。综上所述，监理在审图后对原设计的接地做法提出否定意见。

3 电力施工单位提出的接地做法

在对原设计接地做法提出否定意见后，电力施工单位提出了他们的施工做法，认为：按照以往施工经验，采用 TN-S 接地系统不仅可靠，而且不需要考虑 PEN 线多次接地的问题。他们希望将变配电室内的多电源接地方式由 TNC-S 系统改为 TN-S 系统，分别从 2 台变压器低压侧中性点直接引出接地导体连接至总等电位箱内铜排做接地连接，再从总等电位箱内接地铜排处引出 PE 线接至 PE 母排（见图 2）。

图 2 电力施工单位提出的接地做法

此种做法使得变配电室内接地方式变为 TN-S 系统。我们知道，对于单一电源供电系统，采用 TN-S 接地系统或 TN-C-S 接地系统供电都是可以正常工作的；而对于多电源系统，经过分析，笔者认为，此种接地做法同样不可取。从表面上看，N 线与 PE 线自变压器中性点处就分开，且不存在 PEN 线，也就不会出现杂散电流的可能性。但是，事实上并非如此，分析图 2 可以看出，变压器 1 所带负荷的下级配电箱及用电设备在正常工作状态下产生的 N 线电流经过正常路径 A 点回到变压器 1 的中性点，同时也会有一部分 N 线电流通过非正常路径 C 点经过变压器 2 的 N 母排回到总等电位铜排，再通过总等电位流回到变压器 1 的中性点，导致了 N 线电流返回路径不唯一，因此也会产生杂散电流。不仅如此，在正常工作时部分 N 线电流会流过总等电位箱内铜排，若等电位箱内铜排与自变压器中性点引来的接地导体出现虚接的情况，有可能导致总等电位处电势升高，存在一定的危险性，极易造成人身触电或起火事故。据笔者了解，目前大部分电力施工单位采用此种接地做法施工，在多电源系统单母线分段接线、母联开关未采用 4 级开关断开 N 线的情况下，就会导致上述问题出现。

以上两种接地方式与已作废的 GB 50303—2002《建筑电气工程施工质量验收规范》中强制条文规定的变压器中性点应直接接地的说法等同，做法均存在片面性。按原规范做法，单电源接地系统采用这种连接方式并不存在问题，但如果按多电源系统仍然采用变压器中性点直接接地的做法，就会在变配电系统内出现“多点接地”，从而出现杂散电流。杂散电流会通过多台变压器的接地点之间形成额外返回通路，这也是多电源供电系统不适用“多点接地”的根本原因。因此，最新版 GB 50303—2015《建筑电气工程施工质量验收规范》中 4.1.2 条已经调整为变压器中性点的接地连接方式及接地电阻值应符合设计要求。做出此种调整的原因是针对多电源供电系统，若是因采用变压器中性点直接接地的方式而导致方法不当，则中性线电流可能会通过不期望的路径流通而引起火灾、腐蚀或电磁干扰等情况。综上所述，电力施工单位提出的接地做法同样不可行。

4 改进方案

在对原设计及电力施工单位提出的接地做法均提出否定意见的情况下，项目负责人组织相关电气专业人员召开专题会议，笔者在会上提出将接地做法作如下改进。

图 3 最终确定的接地做法系统图

在进线柜 1 中，变压器 1 中性点引来的 PEN 母排与 PE 母排短接后直接接至变配电室总等电位进行接地连接。在进线柜 2 内，不将 PEN 母排与 PE 母排再次短接，并且 PE 母排不再次进行接地连接，以保证系统 PEN 母排与 PE 母排及总等电位仅连接 1 次，实现供电系统的“一点接地”。此时，对变压器 1 所带负荷的下级配电箱及用电设备正常工作时的 N 线电流进行分析，其从用电设备 N 线—主母线 PEN 母排—A 点—进线柜 1 内 PEN 母排—变压器 1 中性点，仅存在此唯一路径。同理，变压器 2 所带下级用电设备的中性线电流也仅通过此路径经 C 点返回变压器 2 的中性点。需要特别注意的是，必须确保 PEN 线对外绝缘，在与 PE 线短接之后不允许与 PE 线再次连接。采用这样的接地做法可以保证N线电流仅有返回相应电源中性点的唯一路径，PE 线不会流过 N 线电流，因而不会产生杂散电流。当然，为了安全起见，下级配电处的 PE 线因不承载工作电流，可多次进行保护接地连接而不会产生杂散电流（仅有少量泄露电流，可忽略不计）。此方案最终得到认可并得到实施。

5 总 结

经过发现问题、分析问题、查阅资料、提出新方案到最终实施这一系列过程后，目前本工程变配电室已竣工验收合格并正常投入运行。经过多次测量，各项电气参数均正常，使用功能均能满足设计要求，并有效避免了产生杂散电流的问题。然而，有些项目由于设计或施工人员未对此项内容给予足够重视，导致出现多电源系统接地做法不规范的情况。当产生杂散电流后，可能在短时间内无法察觉其危害，对其产生的干扰电压也需要通过较为精密的仪器才能测出，但长此以往，其危害不容小觑。因此，笔者以自己亲身经历的项目进行案例分析，以此强调变配电室内“一点接地”对避免出现杂散电流的重要性。经过查阅相关标准，引用 GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》中对多电源系统接地做法的相关要求，笔者得出以下结论：对于具有多电源的 TN 系统，应避免工作电流流过不期望的路径；对用电设备采用单独的 PE 和 N 的多电源 TN-C-S 系统，在仅有两相负荷和三相负荷的情况下，在相导体之间无需配出 N，PE 宜多处接地。对于具有多电源的 TN 系统，应符合下列要求：

（1）不应在变压器的中性点或发电机的星形点直接对地连接；

（2）变压器的中性点或发电机的星形点之间相互连接的导体应绝缘，且不得将其与用电设备连接；

（3）电源中性点间相互连接的导体与 PE 之间，应只一点连接，并应设置在总配电屏内；

（4）对装置的 PE 可另外增设接地。