城区10kV配网中性点小电阻接地技术应用分析

国网湖北省电力有限公司利川市供电公司 赵彦河

目前，在10kV配网中有两种不同的操作方式：一种是直流接地方式，另一种是不接地。由于接地方式的不同，这两种系统的运行特点也各不相同。前者在单相接地时，由于短路电流大，不能使单相故障点长时间运行。无接地线或消弧线圈接地，在单相接地时，不会产生大量的接地电流，确保电网电压均匀，不会影响到用户的日常用电，因此单相接点可以在系统内长时间工作，降低断电次数[1]。

1 10kV中性点小电阻的优势

中性点小电阻接地是一种接地系统，其包括一个接地和一个小的电阻。10kV主变为三角式配线，对地变的供电要求较高。在选择接地变压器的容量时，要根据接地变压器的中线位置来确定合适的接地电阻。接地变时，三相铁心的每一个核心线圈都被平均分为两个部分，即两个线圈的极性相反，三相线圈为Z型，其主要特点是变电站的接地电阻、接地电阻、零序变压器（部分还配有接地电阻）。

一是10kV的小电阻式中性点能实时调节电压。在电网中，5次谐波的总容量为5%～15%，50Hz时，对接触点的谐波电流有5%～15%的影响，低于这个数值就会失效。而采用低阻接地方式，能保持电网的谐波电流，确保系统正常工作。

二是快速消除安全隐患。在配电网中，当发生不稳定的接地电流，或是发生短路等情况时，小电阻系统会自动进行保护，将故障线路切断，这样既能避免单相接地造成的人身伤害，又能让电力部门的工作人员在最短的时间内，及时发现线路的问题，并在最短的时间内恢复供电[2]。

三是增加供电可靠性。目前，国内的电力电缆多为铜芯、铝芯线，接地时因接地电流过大，电弧不易熄灭，不易彻底清除。在单相接地时，通过消弧线圈接地是一种小电流接地方式，在单相接地永久失效后，很难发现其接地，而在单相接地时，通常会采用牵引力接地。在试验过程中，若不能发现故障发生的路径，将会导致电弧难以熄灭，并极易发生电路之间的短路。而采用低电阻接地，可迅速、准确地断开故障，从而提高供电的可靠性[3]。

2 中性点经小电阻接地方式在运行中体现的特点

一是中性点接地电阻是一种耗能装置，当发生单相接地故障时，会产生较大的电流，使故障线路迅速断开，使装置的耐压时间大大减少，从而实现对设备的绝缘，提高系统的运行可靠性[4]。

二是通过零序保护，可以快速准确地判断出故障的线路，避免由于拉合引起的过电压，使得非故障线路不能正常运行。

三是在系统接地失效时，由于中间点是用一个较小的电阻接地，所以性点电位通常比相位低，所以无故障相的电压升高比不接地或用消弧线圈接地的方式要低。

四是在断路处的接地电弧熄灭后，剩余的电荷通过中线电阻被释放出来，再次出现一次燃弧，其过电压值和一般单相接地故障时的电压是一样的，而且不会因为燃弧、熄弧而导致过高的电压[5]。

五是在出现故障时，可以迅速断电，降低人身安全事故的概率。如肇庆市区10kV线路的中性点接点通常是用消弧线圈接地，随着电力电缆的使用率不断提高，在中性点采用低电阻接地方式的可行性分析是十分必要的。因为接近半数的电缆是永久的，所以可以不投入重合闸，而采用零序保护，使其直接断开；对电缆沟中多条线路不规范的现象进行了分析，发现在单相接地失效时，拉合闸将会引起更大的事故。采用点小阻接地的方法，在不影响邻近线路的情况下，迅速地将故障相切断。

3 10kV配网中性点小电阻接地技术存在的问题

一是目前随着城市配电网络的线缆化程度不断提高，在配电网出现单相接地故障后，通信品质下降，线路短路无法及时熄灭，只有通过断开供电才能实现；但在工程实践中，由于电缆长度的不确定性，使得在设计时难以准确地计算出有关的参数，造成了计算结果的偏差，从而影响了现场的工作。

二是目前由于缺少技术手段，从而将其用于单相接地故障。当单相接地故障时，由于电弧燃烧引起的过电压，将导致电气设备的绝缘材料、开关柜、电缆绝缘被击穿、漏电等，会导致人体触电，因为电网不能自动调整，一旦停电，触电人员就会失去自救能力，长期处于泄漏状态，很难避免人员受伤。

4 10kV配网中性点小电阻接地技术应用

4.1 案例分析

国网江西省供电公司在江西经济迅速发展的背景下，配网发展迅速，配网规模不断扩大。截至2010年年末，该公司620kV输电线路全长148658.1673km，增长3.13%；配变容量22197.625 MVA，同比增加2634.9253MVA、增长13.47%；开关29091台，同比增长2379MVA，增长8.91%；0.4kV线路长度254226.75km，增长3.62%。其中，6～20kV的城市配电网总长度7468.0848km，比上年增长9.47%；配变容量5973.071MVA，比上年增加588.085MVA，增幅10.92%；接通7725部，较上年增加700部，增幅9.96%。见表1。全市6～20kV的市配变开关站102个，较上年同期增长7个；851个环网柜，较上年同期增长80个；配电室682个，比上年增长63个，包括1042个配变，655.701MVA；箱变5332个，比上年增长681个，其中5376个，容量2813.04MV。

表1 配网规模基本情况

一是降低电压。当IR增大时，系统内的过电压等级下降（IR表示在单相接地故障时，通过中线电阻的额定电流）。但在IR＞4IC时，其过电压的下降效果已经不显著，而且其经济投入也相对增加。所以，从减少系统内的过电压等级和两个分母线并联时共用一个中性点电阻，选择IR≈KX2X2IC（每个母线的电容值大约50A），K是从1～1.5的范围内考虑到了系统的发展。所以，在单相接地故障时，通过中线电阻的额定电流是400A。

二是加强继电的灵敏度。若接地过阻小，则会使继电的灵敏度下降，故应考虑对继电的敏感。较高的电阻会使流经电阻的电流变得更低，同时对继电的输出也会更好。在常规供电条件下，单相接地故障电流要比各线路的接地电容大得多，通常可以达到零序保护的灵敏度要求。所以，在进行大电流时，必须充分考虑两者的影响。

三是提高通信质量。根据国家有关法规，在没有安装放电间隔的情况下，安全隐患电压不能超过430V，高可靠线路不能超过630V。所以，从这个角度来看，在保证通信品质的前提下，必须将电流的流经电阻控制在适当的范围内，而不能使电流过大。在发展城市配电网络时，应根据当地的发展状况和人口的经济密度，选用适当的电阻。

四是保障人身安全。通过接地的电流越多，发生故障的可能性也就越大，所以在设置接地电阻时应尽量减小，避免产生跨越电压，使其电位超出规范的范围。按照国家有关法规，将跨阶电压和接触电位设定为1000A，所以选用400A的电阻值不会对人体造成伤害。按照有关法规，在10A以上的故障电流下，要及时将其切断，使其无法继续工作。所以，在设计电阻限额的时候，必须考虑到线路的承受力和电压，才能降低出现故障的概率。

五是研发新技术。当前，我国配电网络多中性点接地技术还存在许多缺陷，迫切需要对多中性点接地技术进行研究，为适应我国城市电网发展的需要，不仅要满足小型化、实用性和安全性的需要，还要满足相应的电力产品的需要。近年来，随着电力系统技术的迅速发展，部分10kV配电网络的改造已全部实现了自动化，部分设备已具备了远程监测功能。相信在将来，随着技术的发展，这一问题将会被完全地解决。

4.2 中性点电阻选择

10kV变电站采用单相母线分段配线，经过测试，10kV I、II段母线的电容值均在35A左右，考虑到即将有较大的客户接入，电容值都在50A左右。在一次主变压器维修、一次主变压器全负荷及未来发展的情况下，暂定采用单相接地电容电流100A进行接地电阻的选取与校核。

在IC=100A时，在不接地的情况下，选用小电流选线设备或零序电流的选线灵敏度完全没有问题。但是，由于单相接地故障有向三相、三相发展的趋势，因此在综合考虑单相接地电容对设备性能的影响的基础上，结合电厂的实际工作，选用中性点经小电阻接地方式较为适宜。

在I=100A时，该10kV配电网络中的中性点接地电阻选择15Ω，也就是当所述单相接地故障时，通过所述电阻的额定电流IC=400A，所述选择根据如下。

4.2.1 从降低配电网过电压水平考虑

当IR增大时，系统内的过电压等级下降（IR是在单相接地故障时通过中性点电阻器的额定电流）。但在IR＞4IC时，其过电压的下降效果不显著，而且其经济投入也相对增加。所以，从减少系统内的过电压等级和两个分母线并联时共用一个中性点电阻，选择IR=K×2×2Ic（每个母线的电容电流大约50A），K是从1～1.5的范围内考虑到了系统的发展。所以，在单相接地故障时，通过中线电阻的额定电流是400A。

4.2.2 从保护整定考虑

在10kV配电网络中，有一条线路出现了单相接地故障，其接地故障电流的理论值，i是故障线路自身的电容电流，相对于整体系统的整体电容值来说，可以忽略不计。因此，（理论值），因为中性点电压、接地点过渡电阻等原因，接地故障电流通常不会超过412A。

为了提高继电器的灵敏度，可以采用较低的阻抗，使经过电阻的电流增大，从而提高了输出的功率。在零序保护中，单相接地引起的短路电流要比接地电容大得多。由于接地过渡电阻的存在，会对保护的灵敏度产生一定的影响。在选择15Ω阻值的基础上，结合江苏地区的实际情况，发现在过渡电阻较小的情况下，其保护灵敏度基本无问题，而对继电保护设备的选线精度可达100%。从灵敏度、接线电阻等方面的分析可知，400A的保护电阻可以达到灵敏度的要求。

4.2.3 考虑对通信的影响

从减少通信干扰的角度出发，对流经电阻的电流不能选择太大。我国“四项规范”均明确，若通信电缆与地面之间没有设置放电间隔，则其危害电压应为430V，高可靠线路为630V。

4.2.4 从人身安全考虑

中线接地电阻的额定电流愈低愈好。由于中性点经电阻接地模式在单相接地故障时，由于接地故障点的接地短路电流较大，使故障点地电位上升，从而产生跨步电压，使接触电位超出容许范围。通过实测和使用发现即使采用1000A的电阻电流，测量的跨步电压、接触电势都没有超出国家规定的范围。因此，选择400A额定电流的电阻器，不会对人身安全造成危害。

希望电力行业在发展通信业务的同时，能根据本地的经济、社会状况、地区配电网发展水平、电网结构特点，因地制宜，选择合适的电网中性点接地方式，既可以提高供电的运行效率，又可以提高经济效益。配电网中的中性点小电阻接地可较好解决不接地和经消弧线圈的接地问题，从而提高电网的供电可靠性，确保电力设备的安全。