基于10kV配网中性点经小电阻接地系统的应用分析对提高供电可靠性的优化探讨

基于10kV配网中性点经小电阻接地系统的应用分析对提高供电可靠性的优化探讨

吕海麟

云南能投硅材科技发展有限公司 云南省 曲靖市 655000

摘要：本文针对10kV经小电阻接地系统，通过对该接地方式的特点及应用场景分析，提出优化方案，在快速消除弧光接地过电压、抑制谐振过电压和操作过电压、快速准确选出故障线路等方面保证电力系统安全运行而不造成跳闸事故。

关键词：10kV经小电阻接地系统，接地故障，电力系统，供电可靠性，跳闸

1.引言

在目前电力系统所采用的中性点接地方式主要有三种:即不接地、经消弧线圈接地和直接接地。随着社会的发展以电缆线路为主的电力网络系统已大范围应用，其中接地故障是运行中常见的问题，常引发电力设备及线路损坏、停电甚至扩大事故。为保证供电系统的可靠运行，中性点接地方式的选择就显得尤为重要，它的选择受到多种因素的影响，包括系统结构、设备质量、运行环境等。本文旨在通过对10kV经小电阻接地系统的特点和系统发生接地故障时的特点分析，探讨电力系统发生接地故障时的应对处理，从而提高供电系统的可靠性。

2系统特点与应用分析

2.1 10kV经小电阻接地系统概述

10kV经小电阻接地方式也称为经低电阻接地方式。该方式为在中性点与大地间接入一个合适的电阻，可以理解为该电阻和线路中电容形成并联关系。中性点经小电阻接地方式的关键原理是在系统中性点引入一个小电阻，以形成接地回路，相对于不接地系统故障后接地电流更大。在发生接地故障时，通过这个小电阻能够产生足够大的接地电流，从而迅速启动零序保护快速切除故障线路，有利于故障选线。在小电阻接地系统中，一般接地故障电流为100~1000A，电阻值取值一般为10~20Ω之间。

10kV经小电阻接地系统主要应用于电压等级在6~20kV之间的电力网络，以电缆线路为主的电网系统。对于易发生单相接地故障，对地电容电流较大时，采用低电阻接地方式能够更好地满足电力系统供电可靠性的要求。中性点经低电阻接地方式见如下图1[1]。

图1：中性点经低电阻接地方式

2.2 10kV经小电阻接地方式的特点分析

①限制故障时系统过电压，在以电缆为主的电力网，一般对地电容电流较大，在中性点通过小电阻接地，相当于在系统对地电容上并接一个电阻，由于电组是耗能元件，又是电容电荷的释放元件和谐振的阻压元件，破坏了电弧每次起弧或重燃后的高频振荡，泄放间歇性的弧光过电压中电磁能量，减少电弧重燃的可能性，从而可以起到抑制谐振过电压和间歇性弧光接地过电压的作用。在设备选型时，就可以选择绝缘水平较低的设备，提高经济性。同时，接地时非故障相的电压升高较小，发展成为相间短路的几率也相对较小，可提高供电可靠性。

②快速切除故障线路，采用小电阻接地系统，发生故障时可以迅速启动零序保护快速切除故障线路。在继电保护中启用零序电流保护，设置动作于跳闸，当零序电流达到保护定值时，启动跳闸切除故障线路，使非故障线路得以继续运行。一般要求单相接地故障的切除时间不大于1S，保护设备，防止故障范围扩大。结合实际应用情况，零序电流保护动作时限可设置在0.5S左右，可更有效的保护设备。

③在电缆发生单相接地故障时，故障电流较大，产生强烈电弧，如同时存在保护拒动或者动作不及时，可能对邻近电缆产生危害，甚至引发火灾，从而扩大事故范围。另外，由于故障电流较大，故障点的电位较高，可能造成跨步电压超过允许值，危及人身安全。

④在电网系统中有时发生的接地故障可能为瞬时性故障，由于继电保护具有较高的灵敏度，当发生瞬时接地故障时继电保护会动作于跳闸，使供电可靠性降低。

⑤由于经小电阻接地方式增大了单相接地故障电流，因此会发生电磁耦合、静电耦合、地中电流传导和高频电磁辐射等，致使地电位上升，严重时可达到１kV，可能对通信网络产生干扰。

2.3小电阻接地系统在实际中的应用分析

10kV经小电阻接地系统作为一种电力系统接地方式，其应用场景受到电力系统结构和特性的制约，主要体现在以电缆线路为主、不容易发生瞬时性单相接地故障，且系统电容电流比较大的城市配电网、发电厂厂用电系统及工矿企业配电系统。在这些以电缆线路为主的场景下，电网特点如下：

①以电缆为主的电力网对地电容电流很大，一般10kV电缆线路的对地电容值约为0.3-0.5微法拉/千米。电缆横截面积越大，电容值越大，电缆线路越长，总电容值越大。

②电缆线路一般为桥架敷设、穿管敷设、埋地敷设，受外界环境条件影响较小，发生瞬时接地故障的情况很少，接地故障一般都是永久性故障，这钟情况不允许长期带故障运行。

③电缆线路发生接地故障时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，如跳闸不及时，很容易造成相间短路，扩大事故。

④电缆相对于其他电力设备绝缘性能相对较弱，受外力、绝缘受潮、化学腐蚀、长期过负荷运行、使用年限、电缆及电缆附件质量等因素影响，可能导致电缆绝缘降低的缺陷，如发生接地故障跳闸不及时，电缆长时间承受工频或暂态过电压作用，可能加剧绝缘受损击穿，发展成相间故障，扩大事故。

3优化方案探讨

3.1 对系统接地方式及接地故障应对的优化分析

①对于对系统接地方式方面，采用中性点经消弧线圈并小电阻接地技术。该接地方式在很大程度上弥补了传统小电阻接地方式的一些不足，当发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流补偿系统的电容电流，使故障点的接地电流小于电弧支撑电流，系统可以带故障运行一定时间，当故障持续一定时间仍未消失，消弧线圈补偿时间一般设定为3-10S，超过此时间系统判定为永久性接地故障，通过投切装置投入小电阻，一般在接地后延时1-10S后投入小电阻，启动线路零序保护跳闸切断故障线路。

相比小电阻接地方式，通过此优化识别出瞬时接地故障和永久性接地故障，对于瞬时接地故障，由于消弧线圈的作用，接地残流被补偿到很小的状态，难以重燃，保证发生瞬时接地故障时不中断供电。该方式难点在于要准确测量电容电流的数值，以得出补偿量，其次是小电阻的投入时间。此外为所有进出线回路配置零序保护，实现故障线路选线功能，合理选择中性点电阻值，在保证系统绝缘的情况下,尽可能使接地电阻值大一些，以保证继电保护的灵敏度。

②采用智能化的线路绝缘在线监测系统进行实时监测线路绝缘情况，引入先进的传感监测技术，如局部放电监测技术，实时监测线路绝缘情况，当监测到线路绝缘异常或其他异常时，系统能够自动发出报警信号。利用局部放电传感器进行采样，结合软件算法技术分析判断线路绝缘情况。目前监测局部放电的方法主要有脉冲电流法和超声波法，通过监测局部放电的强度来分析系统绝缘的的情况，提前发现电气设备存在的问题。

③采用目前先进的综合故障管控系统，在发生单相接地故障时，一般消弧线圈在12～20ms内完成电流补偿，可能一般零序保护由于没有及时采样而未准确跳闸，此外消弧线圈的补偿方式和补偿度受制于设备技术性能的差异都可能影响零序保护的准确性。该技术在线路发生单相接地时，通过监测故障线路的零序电流幅值及相位发生变化情况，捕捉各出线零序电流变化迅速做出判断，完成故障线路的切除。根据互感器提供的信号，判断故障类别和相别，向控制室发出故障信号使系统由不稳定不可控的接地故障快速转变成稳定可控的接地，保护电力线路及设备。

4.结语

通过对10kV经小电阻接地系统的应用分析，系统性地探讨该接地系统的特点和对接地故障的影响分析，并在此基础上提出了一定的优化方案，在降低电力系统接地故障时的过电压和准确切除故障线路方面进行了探讨，为电力系统的稳定运行提供了一定的参考方案。

参考文献

[1] 中国航空规划设计研究总院有限公司. 工业与民用供配电设计手册（第四版）[M]，2016：56.

[2] GB/T 50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S]