地铁110kV变电站低压侧接地方式的选择

地铁110kV变电站低压侧接地方式的选择

蔡伟新

（身份证号码：44022519791002xxxx）

摘要：近年来随着城市低压配电网电缆化程度的提高，单相接地短路电容电流不断增长，导致消弧线圈容量不断增大，其应用受到一定的局限。由于地铁供电系统供电方式的特殊性，其接地系统的方案一直存在争议。因此文章就地铁110KV变电站低压侧接地方式的选择进行论述。

关键词：地铁110kv变电站；低压侧；接地方式；选择

目前国内地铁变电所接地基本按综合接地概念设计，包括变电所设备的系统接地、保护接地、防雷接地和信息技术接地，共用所在车站结构底板下方的人工接地网，以期使全线形成统一的、高低压兼容、强弱电合一的接地系统，满足车站内各类设备的系统接地、保护接地、防雷接地及信息技术接地要求。由于地铁供电系统供电方式的特殊性，其接地系统的方案一直存在争议。探讨适宜的接地方式十分重要。

一、低压侧接地方式中存在的问题

地铁供车站动力照明用的变压器多为35/0.4kV配电变压器，35kV侧的保护接地和0.4kV侧的系统及保护接地共用同一个接地网。出于供电可靠性、人身和设备的安全性以及电磁兼容等方面的要求，目前国内低压配电基本采用TN-S（三相四线制）系统。当35kV设备出现单相对壳短路时，低压设备外壳电压将由0提升为Uf=IdRB（式中，Uf为预期接触电压；Id为故障电流）。35kV侧多采用小电阻接地系统，将单相接地故障电流限制在1000A以内，假设Id=600A，RB=0.5Ω，则Uf=300V。据了解，目前车站设备用房，虽然在重要的房间（环控室、0.4kV开关柜室）做了等电位联结，如将设备外壳接在房间内沿墙敷设的一圈接地扁钢上，但又要求扁钢和结构钢筋绝缘，故人触碰外壳时将直接接触300V的电压，产生足以致命的电流，而该电流又非低压回路产生的接地故障电流，其剩余电流保护无法动作。因此亟待对地铁110KV变电站低压侧接地方式进行优化选择。

二、地铁110KV变电站低压侧2种接地方式的比较及选择

（一）系统发展需要及中性点设备选型

地铁110kV变电站规模如下：主变压器容量2×40MVA。电压等级110kV/35kV。110kV进线2回。35kV规划出线12回，本期8回。地铁用户站35kV出线全部采用电缆，每台变压器对应35kV电缆长度本期26km，远期36km。考虑变电站增加电容电流13%，每台变压器对应35kV接地故障时电容电流估算为本期97A，远期134A。如果采用消弧线圈接地，根据W=1.35Ic×Un/式中：Un为系统线电压35kV，Ic为每台变对应接地故障电流103A。W=2646kVA。故消弧线圈容量应选3150kVA（调流范围62～156A），消弧线圈容量大。接近国网物资采购标准的上限。如果考虑远景年，电容电流继续增大，消弧线圈容量可能会超出物资采购标准的上限。为保证能够补偿35kV线路单相接地故障时的容性电流，只能采取消弧线圈并联，不断增加消弧线圈容量的解决办法。造价较高，占地面积大。采用低电阻接地，按电容电流远期为142A，可选择额定发热电流为400A，最大通流时间10s，中性点电阻的阻值为50.5Ω。如果电容电流再增加，按单相接地故障电流不超过1000A标准，往上选，还可选择630A、800A。小电阻成套装置造价较消弧线圈低，占地面积较小。相对来讲更能够适应系统的远景发展。因此低电阻接地更适宜系统的远景发展，更适应系统容性电流增长，中性点设备选择更容易，不用频繁更换设备，扩大占地面积。

（二）供电可靠性

如果线路发生瞬时性故障。采用消弧线圈接地，线路发生单相接地故障时，由于消弧线圈补偿了接地电容电流，不会马上跳闸，可保证故障线路带故障运行2h，不间断供电，提高了供电可靠性。利用小电流接地选线装置和运行人员配合查找故障线路，再做下一步处理。采用低电阻接地，发生单相接地故障时，故障电流大，线路会迅速跳闸。因此采用消弧线圈接地供电可靠性要高于低电阻接地。据统计资料，电缆线路单相接地故障大部分是永久性故障。如果是永久故障（例如电缆绝缘单相击穿），故障线路会迅速跳闸。但由于地铁用户站35kV系统采用双环网供电，在35kV分段母线及下一级用户35kV变电站的分段母线上均配置了备用电源自投装置，各级自投装置相互配合协调；一路电源失电，合分段开关，保证继续供电。在这种情况下，低电阻接地虽然会跳开故障线路，但对地铁用户供电并没有任何影响，同时可以迅速隔离故障点。相反消弧线圈接地方式由于不能判断故障线路，导致线路带故障运行，电缆单相接地会发展成两相短路，然后跳闸，很有可能造成设备损坏，故障扩大。因此对于双环网电缆供电的地铁用户，采用低电阻接地供电可靠性要优于消弧线圈接地。

（三）人身安全问题

对于110kV地铁主变电站由于35kV单相接地短路电流小于110kV单相接地短路电流，所以校验接触电势不必采用35kV单相接地短路电流，而应采用110kV单相接地短路电流。但从35kV用户侧用电的人身安全考虑，由于接地故障电流较大，几百安至近千安，远大于消弧线圈接地系统；因此需校验接触电势是否满足规范要求。当发生单相接地故障时，消弧线圈可以将接地点故障电流补偿到10A以下，甚至1A；有效降低地电位转移电势，从而降低接触电压和跨步电压，对人身安全非常有利，可以减少人身间接触电死亡率。反之低电阻接地，由于接地故障电流较大，例如接地点故障电流取400A，接地电阻取1Ω，地电位转移电势达400V。当用户侧35kV低压电气装置的接地采用TN系统时，低压配电系统的35kV主变压器外壳保护接地和主变压器低压侧中性点接地共用接地装置时，如果主变压器高压侧发生接地短路，引起地电位转移电势升高，并将此危险电位通过PE线传至低压侧及主变压器外壳，产生的接触电势和跨步电势都较高，增加人员触电危险。因此，当发生单相接地故障时，低电阻接地系统要尽量远离故障点，以免增加意外触电危险。从人身安全角度，低电阻接地方式不如消弧线圈接地方式。

（四）对通信的影响

由于低电阻接地方式接地故障电流较大，对平行敷设的通信电缆由于阻性耦合、感性耦合产生过电压，可能会危及通信设备和人身安全。所以需进行校验。综上所述，考虑到双环网电缆供电的地铁用户的实际需求，地铁主变压器电站35kV侧接地方式更适宜采用低电阻接地方式，但是要注意变电站对端35kV用户站，较大的单相接地故障电流引起的接触电势和跨步电势进行校验，不得超过规程允许值，危及人身安全；同时应制定现场规程，当发生单相接地故障时尽量远离故障点，设立危险点标示牌。同时对平行敷设通信线路产生的耦合电压也要进行校验，不得超过允许值。同时由于运行经验较少，要及时总结运行经验，掌握规律。

总之，进行110kV地铁用户站设计时，低压侧接地采用低电阻接地。采用低电阻接地以后，在35kV线路保护配置、接地变保护配置、低电阻阻值选取等方面都有不同于消弧线圈接地的特殊问题需要加以注意。同时由于接地故障电流较大，还需要特别注意低压35kV用户侧用电的人身安全，要注意35kV用户侧配电系统设计时，接触电势和跨步电势的校验，考虑好对应的防触电安全措施。

参考文献：

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[2]曾之煜.关于地铁变电所接地网设置问题的思考[J].城市轨道交通研究，2017，20（11）

[3]康晓月.太原地铁2号线综合接地系统设计[J].建筑电气，2017，36（04）