浅谈10 kV电力系统接地系统接地方式

胡志杰

摘 要：该文重点讲述了电力系统的接地方式及选线方法，重点解决目前企事业单位日益突出的电力系统接地故障及事故扩大化的问题。为工程技术人员在选择接地方式及选线方法上提供依据。电力系统中性点的运行方式的选择是个复杂综合的技术性难题。需要考虑电缆设备的绝缘水平、电压等级，系统的继电保护、选线设备，设备连续运行的稳定性和可靠性。

关键词：接地系统 选线 管理

中图分类号：TM863 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0038-02

电力系统按照故障时接地电流的大小可分为大电流接地系统和小电流接地系统。大电流接地系统包括直接接地系统和小电阻接地系统。小电流接地系统包括中性点不接地系统、大电阻接地系统、中性点经消弧线圈接地系统。中性点经电阻接地的方式有高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式。这三种电阻接地方式各有优缺点，要根据具体情况选定。按照实际应用效果这里我们只介绍小电阻接地和大电阻接地系统。

目前10 kV电力系统中，一般采用中性点不接地，或者经过小电阻或者消弧线圈等间接接地。目前电力系统的选线方式按照选线过程中采集接地信号的暂态信息和稳态信息，选线方法可分为暂态选线和稳态选线。按照目前选线方法的实际应用效果，实际选线方法一般采取稳态选线法。我们也仅对稳态选线法进行分析。

1 常用电力系统接地方式

（1）中性点经消弧线圈接地系统。中性点经消弧线圈接地是目前普遍采用的接地方式。其最大的特点是利用电感补偿了接地故障时的接地容性电流，从而使接地残留电流很小（一般规定10 A以下）导致电弧熄灭，实现消弧的目的。同时由于消弧线圈的存在，起到限制故障线路相电压恢复速度，限制了最大恢复电压，这样也就使电弧无法从新燃烧，实现彻底灭弧。接地起弧就从电流、电压两个方面考虑，控制住这两个因素就实现了灭弧，也就避免了弧光过电压，防止了电力系统接地故障的扩大化。由于单相接地电流很小所以并没有破坏原有的三相平衡，只是中性点的偏移，所以带电设备能够稳定运行（规程规定可运行1～2 h）。消弧线圈接地系统对提高电网的可靠运行，防止人身触电方面有巨大优势。

但在目前消弧线圈接地系统运行现实中，事故层出不穷，并且一旦出现接地事故，将进一步扩大，最终演变成大范围停电事故，电缆拉弧起火。造成上述事故的根本原因是消弧线圈接地系统稳定运行的前提要求很苛刻。目前城市与企业供电电网大都采用电缆布线方式，并且由于供电线路越来越长，造成电网正常运行时系统对地容性电流也很大。消弧线圈系统为充分灭弧，避免在事故时因倒闸操作造成的谐振过电压就必须采用过补偿。随着电网容量及结构的改变要求消弧线圈系统具有较高的自动跟踪补偿能力。而单相接地故障时并非都是金属性接地，造成消弧线圈接地系统频繁动作补偿很难达到一个稳态。现实中由于接地故障多样性，很多时候接地电流补偿到7～8 A还不能熄灭电弧。而消弧线圈接地系统恰好在架空线路接地系统中表现突出，对大容量、复杂供电系统显然吃不消。同时它本身针对选线还有致命的缺陷。由于采用过补偿形式，发生单相接地时通过接地故障线路的电流为补偿后的感性电流，方向由母线流向线路滞后零序电压90°，大小由于补偿后残留很小所以故障相与非故障相的零序电压和零序电流在方向和大小上基本一致。导致采用零序电流、零序功率的选线方法失效。所以在现实中出现一次选出很多线路，无法给操作人员提供依据，影响故障消除时间，最终导致事故扩大化。

（2）中性点经过小电阻接地系统。中性点经过小电阻接地系统近年有很多应用实例，具体分析可与直接接地系统对比。以单相接地故障为例，发生故障时非故障相电压升高较小，从而对电缆及用电设备的绝缘要求可以降低。但故障相接地电流较大，必须采取措施限制接地电流，断开故障线路。中性点经过小电阻接地系统由于不存在消弧线圈补偿，可采用零序电流互感器检测，由于流过故障线路的电流较大造成零序过流保护灵敏度很高。目前保护动作时间可以控制到毫秒级，由于它采用切断故障线路来消除故障，因此，即使发生短暂接地故障也会动作并跳闸，造成供电的可靠性降低。但它确保灵敏性、选择性的接地保护得以实现，幷能减小弧光接地过电压出现的危险性。

（3）中性点经过高阻接地系统。中性点经高阻接地由于电阻为耗能原件，并且可以看作与系统对地电容并联运行。在发生单相接地故障时，接地电流有较大的电阻分量故对限制接地电流及故障点消弧消谐有一定优越性，从而避免谐振过电压和间歇起弧的发生。从选线排除故障的角度考虑，它在选线的可靠性、选择性上具有消弧线圈系统不可比拟的优越性。主要由于单相接地时，接地电流是系统容性电流与电阻电流的矢量和，相位上接近90°。利用零序互感器進行选线时能够准确地选出故障点，给操作人员提供排除故障点的准确依据。同时由于经高阻接地，限制了接地电流可使故障设备继续运行2 h，给操作人员提供消除故障的时间，同时减少了接地电流产生的电动力和热效应。降低接地故障点人员遭受电击的风险。

高阻接地系统能够灭弧规范要求接地电流10 A以下，而在实际应用中很多时候接地电流达到7～8 A时电弧仍没有熄灭，从而限制了系统的容量。当接地容性电流大于10 A时，一般认为不适合采用高阻接系统。在当今城市市政配电网及大型生产企业一般采用电力电缆进行配电，由于系统运行方式的日益复杂和系统容量增加，造成目前系统容性接地电流很大，一般可达70～80 A甚至更高。故限制高阻接地系统在目前10 kV电力系统中的应用。

2 选线方式

该文仅从单相接地稳态选线的角度进行分析，目前应用比较实用的方法主要有稳态零序电流比较法、零序功率法、残留增量法、高频信号注入法等。下面针对应用较典型的稳态零序电流比较法和高频信号注入法进行介绍。

稳态零序电流比较法一般仅在中性点不接地系统中应用，并有良好的应用效果。主要是在线路上加装零序电流互感器，并加装相应的检测传输设备。当线路发生单相接地故障时，利用流过故障线路零序电流数值等于全系统非故障线路的对地电容之和。此时只有故障线路上零序电流最大。同时故障线路上零序电流方向与非故障线路零序电流方向相差180°。利用零序电流的方向和大小来选出故障线路。零序电流选线法不适用于线路出现谐振和拉弧现象的情况，由于此时没有稳定的电流出现。

高频信号注入法是小电流选线方法中的一个比较另类的方法，也是一种针对接地故障量分析的一种突破。它利用接地故障时，接地故障线路电压互感器二次侧电流为零。此时从电压互感器二次侧向线路注入一个高频电流信号。该信号通过线路、线路故障接地点、大地返回。通过检测、追踪高频信号来判断故障线路。但此种方法由于接地故障时存在各种谐波干扰源，对注入信号的容量有一定的要求，而电压互感器的容量又限制了注入信号。所以此方法有一定的局限性。

上述这些方法都有其应用的局限性，这里介绍一种新的选线原理。电力系统采用不接地运行方式，当发生单相接地时由于不存在消弧线圈补偿，系统可以利用零序互感器准确选出故障相，此时利用快速开关快速将故障相金属性接地，由于故障点电流基本减少为零，所以可以快速灭弧。这时通过接地开关的电流为所有线路对地容性电流。此时可以配合消弧线圈控制系统使用投入运行降低接地电流。由于线路基本选出，操作人员可进一步确认采取措施。此方法在实际应用过程中取得良好效果。

3 结语

电力系统接地方式不能轻易改变，应根据电压等级、运行方式、保护方式、现有保护设备、设备运行的可靠性来综合确定。每种接地方式和选线方法都有其应用的局限性和适用范围。只有正确理解其科学原理， 并认真运用到实际的电力系统，才能保证设备的安全运行。

参考文献

[1] 黄炳洪.电力变压器常见缺陷及其处理[J].高压电器，2003，39（1）：76-78.

[2] 王虎一.提高变配电设备运行稳定性研究与应用[J].硅谷，2012（19）：66.