蛇口片区10kV配电网中性点接地系统改造必要性及可行性论证

2022-09-22廖广平

科技创新导报 2022年16期

廖广平

（深圳招商供电有限公司广东深圳 518054）

1 现状

深圳蛇口片区是改革开放最早的区域之一，由于历史发展原因，蛇口片区10kV配电网络系统现为不接地系统。蛇口片区随着经济和城市化的不断发展，电网的电缆化程度非常高。目前，蛇口片区10kV配电网络主要是以电缆线路为主，区域内4个110kV变电站的10kV出线几乎全部为电缆出线，由于对地电容电流的增大，10kV配电网内单相接地故障电流早已大大超过10A。

2 接地系统改造必要性分析

在线路长度相同情况下，电缆线路电容电流比的架空线路电容电流要大约30倍，因此，电缆线路单相接地电容电流非常大；电缆线路受外界因素的影响小（一般都有电缆沟、桥架、穿管、铠装等保护），发生瞬时接地性机会较少，一旦发生接地故障（绝缘类型为非自恢复绝缘），一般来说都是永久性故障，不允许重合闸；电缆的绝缘裕度比架空线路小很多，承受过电压能力也较低。如不能及时切除故障，容易引起相间故障，扩大事故。

目前，蛇口片区10kV配电网络主要是以电缆线路为主，由于对地电容电流的增大，10kV 配电网内单相接地故障电流早已大大超过10A。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》要求，10k电缆线路构成的配电网络系统当单相接地故障电流较大时，可采用中性点低电阻接地方式。

3 改造设计原则

本项目中性点接地系统改造范围是110kV 蛇口站、110kV 八路站、110kV 港湾站、110kV 招商站，10kV系统由不接地系统改造为小电阻接地系统。

（1）仅改造10kV 系统，其他电压等级系统不在本次改造范围内。

（2）接地变压器兼站用变压器时，总容量为接地变压器容量与站用变压器容量叠加。

（3）不考虑新增10kV接地变压器开关柜。接地变压器兼站用变压器时，接地变压器开关柜利用原站用变压器开关柜；新增接地变压器时，接地变压器开关柜利用备用出线开关柜。

（4）不考虑拆除后的站用变压器利旧情况。

4 中性点接地方式的分类和选择

中性点接地方式可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式。大电流接地方式就是中性点有效接地，包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。小电流接地方式就是中性点非有效接地，包括中性点不接地、高阻接地、经消弧线圈接地等。

蛇口片区城市化进程很快，电缆化程度很高，电网电容电流也不断增大。同时，蛇口老区供电主要为居民和商业用电，赤湾港区和蛇口港区的工业用电较多，电力供应区域分布不平均，但整体电力供应的体量并不算很大。出于经济性和安全性的考虑，中性点接地方式宜采用中性点经小（低）电阻接地方式。

5 中性点经小电阻接地系统优点

在配电网中性点接地方式中，中性点经小电阻接地方式是一种常用的接地方式，它可以有效地限制间歇性弧光接地过电压，降低系统操作过电压。在配合单相接地保护以后，可以在短时间内切除故障线路，从而降低设备的绝缘水平。

110kV蛇口站、110kV八路站、110kV港湾站、110kV招商站改造后，采用中性点小电阻接地方式。改造后，可在最短时间内切除故障线路，减小停电影响范围，最大限度地保证核心城区的居民安全。还有着如下优点。

（1）经小（低）电阻接地方式，可降低弧光接地过电压倍数，从而避免谐振过电压的发生。

（2）当单相接地故障发生时，可以准确地判断出故障线路，并迅速切除故障线路，极大地缩短设备耐受过电压的时间，增加系统运行的可靠性。

（3）配电网中性点经小（低）电阻接地的系统中，中性点电阻值不是很大时，接地电弧熄灭后，零序残荷将通过中性点电阻所在通道释放；当下一次燃弧发生时，并不会产生多次燃弧、熄弧而使过电压幅值升高现象。

（4）中性点经小（低）电阻接地方式，可有效消除PT谐振过电压。

（5）提高供电可靠性。当接地故障发生时，若长时间带故障运行，可能造成电缆着火；若由接地故障引发相间短路故障，尤其是发展为母线短路故障时，相当于变压器出口短路，还有可能造成变压器损坏。

6 本次改造设备选型

6.1 接地电阻选择

电网系统一般有2%～5%的不对称电压，某些地区由于存在不对称线路（路灯线路等），不对称电压会更高，国标规定配电网中性点不大于15%相电压均属正常范围。在中性点经小（低）电阻接地系统中，电阻需要长期流过电流，并且电流随线路的变化而变化，故接地电阻器的质量保证尤为重要。

接地电阻器是一种主要为电阻的接地器件，电阻元件之间需采用最好的材料（如云母、陶瓷等）做保证，电阻片间及电阻片与固定件间应具有高绝缘强度。电阻每个部位具有高强度的同时。电阻元器件连接处必须保证接触良好可靠。

6.2 接地变压器选择

接地变压器的最大功能就是传递接地补偿电流。在35kV 配电网络中，变压器绕组通常为“Y 型”接法，有中性点引出，不需要使用接地变压器；在6kV、10kV配电网络中，变压器绕组通常为“△型”接法，无中性点引出，这就需要使用接地变压器引出中性点。

由于蛇口片区110kV 主变压器10kV 绕组为三角形接线、无中性点引出，故在10kV 母线上各设置1 台接地变压器，接地变压器选用户内式Z 型接线的三相干式变压器，联结组标号为ZNyn11。

因各个变电站内场地空间限制及变电站本身功能所需，本次改造接地变压器分两种：一种仅带小电阻，为纯接地变压器，不需要带二次绕组；另外一种接地变压器兼做站用变压器，接地变压器需带二次绕组。接地变压器带二次负载，代替站用变时，接地变压器的一次容量应为消弧线圈容量与二次负载容量之和。10kV 接地电阻容量按400kVA 考虑，纯接地变压器选用400kVA干式接地变压器。经现场勘查，110kV蛇口站、110kV 港湾站、110kV 招商站站用变压器所需容量为400kVA，故110kV 蛇口站、110kV 港湾站、110kV 招商站兼做站用变的接地变选用800kVA 干式接地变压器。110kV 八路站站用变压器不利旧，故无兼做站用变的接地变，各变电站设备选型详见表1。

表1 变电站设备选型列表

7 技术改造可行性施工方案（仅以110kV港湾站为例）

7.1 一次电气设备改造

110kV 港湾站10kV 采用单母线分段接线，共设3段母线，两台站用变压器接至10kVI、II 段母线上。本期需在10kV 侧增加3 组小电阻成套装置，其中，两组小电阻成套装置接入原两台站用变压器开关柜（即6段、7 段），另外一组小电阻成套装置接入III 段备用馈线开关柜（即12段），该开关柜电流互感器不满足接入要求，需要将电流互感器更换。

经现场勘查，110kV港湾站站用变布置在10kV高压室内，现有站用变位置满足两组800kVA接地电阻成套装置户内平放布置。III 段小电阻成套装置采用户内平放布置在10kV室III段开关柜旁。新增10kV电缆通过10kV 室下方电缆夹层敷设至开关柜。改造计划分两步：第一步先将III段（即12段）接地变兼站用变先安装完成，待III 段接地变兼站用变送电后，将原港湾站站用变负荷转入III 段接地变兼站用变运行；第二步，将原有10kVI、II段母线站用电停电进行改造，改造方案详见图1。