变电站小电流接地系统改造浅析

邱云志

（广东电网有限责任公司河源供电局变电管理所，广东 河源517000）

1 中性点接地方式

变电站接地系统是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。电力系统接地是按用途分类归属于工作接地，其一般都是通过电气设备的中性点来实现的，又称为电力系统中性点接地。电力网络作为电力系统的组成部分，其包括输电、变电及配电，其中性点接地方式有中性点直接接地和中性点非直接接地，非直接接地又可分为中性点不接地、经消弧线圈接地及高阻接地。

中性点接地方式的选择是一个综合性问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平及保护等相关，接地方式直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性及连续性、主变压器运行安全等。

对110kV 及以上电网常采用直接接地系统，直接接地特点是过电压较低，绝缘水平较不接地系统低，设备造价优势明显，对高压及特高压电网经济因素更凸显。直接接地单相短路电流很大，基于设备及人员安全考虑要求线路或断路器根据继电保护立即断开。对不接地系统，其发送单相接地故障时，非故障相电压水平升高为，其过电压水平高，产品设计及采购是需按高电压等级设备选择，其优点是方式最简单，同时单相接地故障时允许线路带故障再运行两个小时，可有效提高供电可靠性及连续性。对不接地系统，故障时其接地电流仅为线路和设备的电容电流，故对6-63kV 电网，常采用不接地方式。但值得关注的是，电容电流不能超过允许值，否则会造成接地故障电弧熄灭时间过长，产生弧光接地过电压波及整个电网，针对此超额电容电流，可采用消弧线圈或经高阻接地方式加以限制。如图所示消弧线圈作用本质是电抗提供一个反向电流以达到降低电容电流的目的，增加高阻是改变接地电流的相位，加速回路中残余电荷的泄放从而达到电弧快熄，同时电阻的存在可提供电流及零序电压从而设置保护。

图1 消弧线圈补偿原理图

图2 高阻补偿原理图

电网中性点接地方式的确定也就决定了主变压器的中性点接地方式，对主变压器的110-500kV 侧采用直接接地方式，对自耦变压器，其中性点必须直接接地或经小电阻接地，因为对自耦变压器而言，主变高低压绕组之间不仅有磁的联系还有电的联系，当变高发生单相接地故障时，中性点电位发生偏移，中性点对地出现一个电压，对变高非故障相而言，其相电压升高为线电压即倍，对中压侧非故障相而言，其电压将升高产生过电压，故中性点必须接地。对普通变压器，其中性点都经过隔离刀闸接地，以便运行、调度灵活选择接地点。

变压器中性点接地点的数量应使电网各种故障条件下的综合零序电抗和综合正序电抗之比（X0/X1）为正数且小于3，同时零序电子与零序电抗（R0/X1）应小于1，以防单相接地故障时非故障相工频过电压超限，以此同时中性点接地点选择要保证任何故障时都不应是电网解列为不接地系统。

对主变压器6-63kV 侧采用不接地或经消弧线圈接地，对不接地系统而言，当其故障电容电流大于10A 时，其中性点应经消弧线圈接地。对消弧线圈而言，其应分散布置，应避免整个电网只装一台消弧线圈，同时也应避免在一个变电站装设多台。在任何运行方式下，电网不得失去消弧线圈的补偿。在变电站中，消弧线圈一般装在变压器中性点上，如变压器无中性点或中性点未引出时，应装设装设专用接地变压器。

2 变电站小电流接地系统改造

根据统计信息，目前广东电网10kV 系统中性点接地装置主要用于110kV 变电站，占全电压等级的82%，其余部分用于35kV 和220kV 变电站。10kV 系统接地方式主要包括以下五种：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地、故障相经电抗器接地以及中性点经消弧线圈并联小电阻接地。其中经消弧线圈接地和经小电阻接地为主要接地方式，占比分别到57%和23%。同时对小电流接地系统配置接地选线装置以检测故障接地线路，统计数据显示在消弧线圈接地方式元器件故障中选线故障包含误选和漏选比例达到50%以上。

图3 中性点经消弧线圈并联小电阻接地系统示意图

针对中性点经消弧线圈接地方式，系统发生接地时，由于补偿后接地点残流很小，同时根据要求消弧线圈必须处于过补偿状态，此时接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，零序过流、零序方向保护无法检测出故障接地线路，出现误选和漏选的几率较大。基于补偿后故障点电流接近于零，故允许线路带故障运行2h，增强供电可靠性的同时也为故障查找提供足够时间。但不力的一面是，允许带接地故障允许2 小时，若此时接地点附件有人员经过或接触，易发生人身伤害或死亡，会造成了严重的社会影响。于此同时，如果运行方式发生改变时，因补偿不当会引起谐振过电压，同时不能消除弧光接地过电压，单相接地过渡阶段的高频振荡电流电弧效应往往会引发相间短路，大大增加电网风险。

对中性点经小电阻接地方式，小电阻值一般为20Ω 以下，单相接地电流限制在0.4kA-1.0kA。接地故障时，故障线路电流较大，零序保护对检测故障有较好的灵敏性，基于线路零序电流保护，快速检测出接地故障线路并实现切除，减少接地故障时间，防止设备事故扩大，同时保障人员人身安全。设备发生接地时，设备跳闸次数增加，加速开关设备的损耗；故障线路切除对供电连续性的影响可通过设置重合闸功能得到良好的补充，有效改善供电的可靠性。由于小电阻接地故障中性点电流较大，当保护动作不及时或拒动时，将对接地点及附近的绝缘造成影响，同时有可能引起接地变后备保护动作而扩大设备跳闸范围。发生高阻接地时，此时电流较小，达不得零序保护动作整定值时，保护不动作，故障可能进一步发展威胁设备和人员安全。

中性点经消弧线圈并联小电阻接地方式可看做消弧线圈和小电阻接地的“结合版”，其原理是故障接地时，自动检测故障电流实施动态补偿，瞬时故障时，故障电容电流经消弧线圈补偿后，电弧熄灭，接地电流消失，不跳闸。此时故障未消除，当故障为瞬时性故障时，故障电流检测到并实施补偿，保护不跳闸，瞬时故障消除后，线路继续正常工作；当故障为永久性故障时，故障电流一直存在，消弧线圈补偿一段时间后，判断为永久性故障，投入小电阻，使馈线零序保护动作跳闸切除故障。小电阻投入时消弧线圈只做接地电抗器且近乎被小电阻短接而不进行动态补偿,当故障线路隔离以后，系统恢复正常运行，自动退出小电阻（图3）。

3 结论

通过对主流中性点接地方式的对比分析，消弧线圈接地方式作为主流接地方式，其补偿具有提高供电连续性和可靠性，为故障查找提供充足时间，但近年来故障触电导致人身伤害或死亡带来严重社会不良影响，与以人为本的供电本质相违悖。小电阻接地方式的应用在保证电网可靠性的同时提高人身安全具有较大优势，中性点消弧线圈并联小电阻接地方式兼备小电阻接地和消弧线圈接地的优点，具有较好的技术优势，在提高供电可靠性、系统自愈能力以及接地选线正确率方便有突出优势。中性点消弧线圈并联小电阻接地方式在国网和南网均得到有效应用，准确切除故障线路，有效解决了频繁跳闸的问题，提高了供电可靠性。值得注意的是，根据相关规范要求，中性点接地点选择要保证任何故障时都不应是电网解列为不接地系统，中性点接地方式改造工程中，变电站内系统同样不得变成不接地系统，变电站一般有两个接地点，一方面改造点出于安全考虑，需退出改造系统的接地刀闸电机电源空气开关以保证刀闸不会合闸导电发生触电风险，另一方面出于保证必须有一个接地点，未改造接地点必须设置为死接地，即需要在确认刀闸合闸状态断开刀闸操作电机电源空气开关以防脱离接地。空气开关断开时人员有可能误动，通过应用专利一种低压空气开关挂牌闭锁装置（申请号：201922045102.6），可有效实现空气开关闭锁、防止人员误动，保障系统接地安全。