10kV配电系统接地方式的探讨
摘要
10kV配电系统接地方式对配电系统的可靠运行有着重要的意义，是配电系统发展过程中不可避免的
问题。当前，对配电系统接地方式有着不同的看法，本文针对不同接地方式对配电系统的影响的阐述，根据不同接地方式的特点，结合10kV配电系统的线路组成方式，探讨不同66kV变电所的10kV系统接地方式。
关键词：接地方式 中性点不接地系统 消弧线圈接地 小电阻接地 1 引言
配电系统在电力系统中占据着重要的地位，过去，由于配电网比较小，电容电流不大，配电网采用中性电绝缘系统是比较合适的。近几年，城市配电系统网络的不断发展和壮大，配电系统中大量采用电缆化、绝缘线和中压环网设备，中压网络用户迅速增加，配电网络的密度快速提高，导致了配电系统的电容电流急剧增加，再采用中性点不接地方式的接地模式已经不能满足当前需要，逐步向采用消弧线圈补偿接地和小电阻接地方式过渡，但是，不同的地区，不同的网络对接地方时的要求也不尽相同，本文根据不同配电系统情况提出不同的接地方式，以达到最优化的目的。 2 10kV配电系统接地方式 2.1 中性点不接地系统
中性点不接地的配电网如果三相电源电压是对称的，则电源中性点的电位为零，但是由于架空线排列不对称等原因，使各相对地导纳不相等，则中性点将会产生位移电压。一般情况位移电压是比较低的，对运行的影响不大。当中性点不接地的配电网发生单相接地故障时，非故障的二相对地电压将升高，由于线电压仍保持不变，故对用户供电影响不大。 实践表明，单相接地时，当接地电流大于10A时，有可能产生不稳定的间歇性电弧，随着间歇性电弧的产生将引起幅值较高的弧光接地过电压，对设备有较大威胁，同时当接地电流较大时，接地点电弧不易熄灭，对故障的消除不利。
中性点不接地配电系统发生单相接地后，可能引起较高的过电压，对设备的安全有较大的威胁。
由于中性点不接地配电网的单相接地是可以继续向用户供电，对用户的影响小，同时接地电流很小，对邻近通信线路、信号系统的干扰小，这是这种接地方式的一个优点。 2.2 中性点经消弧线圈接地方式
中性点接有消弧线圈的配电网络，当发生单相接地时，可形成与接地电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流，从而使接地电流变得很小，同时可以减小故障相电压的恢复速度从而减小电弧重燃的可能性。当系统处于完全补偿状态时，中性点位移电压将很高，因此一般都采取过补偿方式。
消弧线圈接地方式的网络发生单相接地时，系统仍可以继续运行，对用户供电影响比较小，出现的过电压水平也比较小，所以目前大多数网络采用这种接地方式。
但是消弧线圈接地的网络也有着很多的问题：
接地选线比较困难，当系统发生单相接地时，由于消弧线圈的存在，使电流方向发生了改变，虽然目前有多种选线方法，但是都没有达到非常理想的结果，这也导致运行人员在单相接地后频繁地“拉路”，对用户的供电可靠性有一定的影响。有资料表明，对消弧线圈接地方式，单相接地选线正确率在60%左右，这样导致供电可靠性比较低。
消弧线圈接地方式发生接地过电压虽然比中性点不接地系统低，但是仍然是一个比较高的数值，对设备有一定的影响。
当配电系统发生单相接地故障时，消弧线圈不能对谐波部分有效补偿，如果谐波分量达到一定数值，会加剧接地电弧的发展。
通过国内南方几个城市使用消弧线圈接地变电所运行经验表明，当电容电流达到200安培以上时，使用消弧线圈进行补偿变得比较困难。 2.3 中性点经小电阻接地方式
中性点经小电阻接地发生单相接地时，零序回路中会产生一个很大的电流，这个电流作用于零序继电保护动作而跳开接地线路开关，从而可以保证其他线路的正常运行。对于这种接地方式，系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，同时，接地时由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。这是此种接地方式很好的优点，但是，由于不论瞬时故障还是永久性故障，都做用于跳闸，在一定程度上降低用户的用电可靠性，另外，若接地时零序保护若不能正确动作，由于接地点电流比较大，发生相间短路的概率大大增加。
但是对于电缆线路组成的网络，由于电缆和中压环网设备的使用，单相瞬时故障所占的比例是比较小的，而且电缆所发生的单相接地故障大多数都是永久性故障，并且当电缆发生单相接地故障时，由于电容电流比较大，单相接地故障发展为相间故障的概率比较大，因此，对于电容电流比较大的以电缆组成为主的配电网络，采用小电阻接地方式是适宜的。 2.4 三种接地方式的比较
通过以上对三种接地方式的阐述，三种接地方式的特点如下表： 表1：三种接地方式特点简单比较 过电压水平 中性点绝缘 高 消弧线圈接地 较高 小电阻接地 低 跳闸 高 大 极少 由于当前小电流接地选供电可靠性 较低 较低 较高 线还不成熟，很多时候需要“拉路”选择，导致前两者比较低。 中性点经小电阻接地方式中，跨步电压和对通讯的干扰都是比较大的，通过南方一些城市的试验数据表明，选择合适的中性点电阻，在保证继电保护灵敏度的前提下，跨步电压是能够满足规程要求的。在对通讯干扰方面，日本的研究表明，小电阻接地方式下，接地电流小于400安培时，对通讯不会带来很大影响。 3 10kV配电系统现状 3.1 配电系统电容电流情况
近几年，随着线路的增长，电缆线路和配出的增加，电容电流不断加大。对53个变电所进行了10kV系统电容电流测试，测试数据统计如下：
表2：10kV系统电容电流统计表 电容电流（A） 变电所个数 〈10 4 10~200 47 〉200 2 备注 接地后运行时间 长（可达2小时） 长（可达2小时） 接地点跨步电压 对通讯干扰 多点故障可能性 小 小 多 小 小 多 从电容电流测试的结果来看，10kV系统电容电流小于10A只有4变电所，大于200安培的变电所有2个，而其他47个变电所电容电流全部在10~200安培之间。这表明90%以上变电所10kV系统电容电流超出规程规定值，而目前大部分变电所仍然采用中性点不接地系统，显然已经不满足要求。 3.2 单相接地情况统计
10kV配电系统单相接地情况也影响其接地方式，对11个66kV变电所10kV配电系统单相接地情况统计见表3。
表3： 10kV系统单相接地次数统计表
年度 变电所 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 合计 2000年(次) 瞬时 29 27 6 13 3 3 7 4 2 3 0 97 122 永久 3 2 8 3 3 1 1 3 1 0 0 25 2001年(次) 瞬时 20 11 14 6 9 1 2 1 2 1 0 67 88 永久 0 0 4 0 4 5 1 1 2 3 1 21 2002年(次) 瞬时 21 17 12 5 4 9 1 3 4 0 0 76 91 永久 2 1 3 0 1 1 2 2 1 1 1 15 合计(次) 瞬时 70 55 32 24 16 13 10 8 8 4 0 240 301 永久 5 3 15 3 8 7 4 6 4 4 2 61 从上表中可以看出，在三年中的全部单相接地中，瞬时接地占全部单相接地总数的80%，其中1、2、3、4四个变电所单相瞬时接地次数占总数的60%，这四个变电所主要是以架空线路为主，所以单相瞬时接地比较多。在全部单相接地过程中，有8次引起10kV电压互感器一次侧熔丝熔断。
在全部永久性单相接地中，有10次单相永久性接地在2-30分钟之内自动消除，占全部单相永久性接地的17%；有8次单相永久性接地是因为电缆故障或电缆受到外力破坏，其中有三次是在电缆单相接地故障之后发生了相间短路故障，引起开关跳闸（见表4）。
表4：2000-2002年11个变电所10kV系统永久性单相接地故障原因统计表
接地原因 线路引线接地或避雷器故障 单相接地后接地自动消失 电缆被破坏或电缆故障 导线落外物或电杆被撞 线路绝缘子碎裂 其他 总计 次数（次） 比例（%） 12 10 8 8 5 18 61 20 17 13 13 8 29 备注 在永久性单相接地故障中，因为电缆故障或者电缆被破坏产生单相接地故障的比例还是比较低的，占统计数据的13%，随着城市中心区城市建设和管网建设的逐渐完善，电缆被
破坏的可能性逐渐降低，因此电缆自身故障产生的单相接地故障是永久性单相接地故障的主要组成部分。
当永久性单相接地后，仍然采用“拉路选择”的方法，对于有些变电所，永久性单相接地容易发生在某些特定的线路上，调度人员拉线成功率比较高，但是有的变电所，往往需要多次“拉路”，最多的时候需要拉开4条以上配电线路开关。
从实测和统计数据来看，可以得出以下几点看法：
1、 66kV变电所的10kV配电系统电容电流的范围是比较宽的，从几个安培到上百安培不等，
那么10kV中性点接地方式也不是唯一的一种接地方式，可以允许多种形式并存。 2、 单相接地故障80%左右是瞬时故障，并且基本上都发生在架空线路上，对于电缆线路发
生瞬时单相接地故障的概率比较低。
3、 当电缆发生永久性单相接地故障，且电容电流比较大时有可能发展为相间短路故障。 4、 10kV电压互感器发生一次熔丝熔断都是在单相接地故障发生后，而且都是在电容电流
比较大的变电所，这主要是因为单相接地故障消失瞬间，各相电压恢复到线路额定电压时线路电容对地放电导致电压互感器饱和所致。
5、 当前，永久性单相接地故障仍然采用“拉路”的方法，每次永久性单相接地故障需要拉
开一条及以上配出回路，对用户的连续供电有一定影响。
4 10kV系统接地方式
配电系统接地方式应结合不同地区、不同的线路组成及其规划进行选择，达到最优化方式。三种接地方式各有其长处和缺点，因此应该针对不同的配电网络选择不同的接地方式。 4.1 中性点不接地系统
适用于农村和郊区变电所，配电网组成形式主要以架空线路为主，电网的电容电流小于10安培，同时安装小电流接地选线装置。 4.2 消弧线圈接地系统
适用于城区变电所，配电网的组成主要由架空线路和电缆线路组成，电容电流在10安培到200安培之间，消弧线圈选用自动调谐系统，同时安装小电流接地选线装置。 4.3 小电阻接地系统
适用于城市中心变电所，配电网的组成主要以电缆线路为主，或电容电流在200安培以上。
从网络组成以及电容电流的情况分析，在城区选用消弧线圈接地系统是合适的，但是由
于小电流接地选线装置的准确性不高，也导致供电可靠性难以进一步提高，同时，对于城市中心区域的变电所，由于其配电网的组成基本上以电缆为主，电容电流比较大，随着负荷密度的增加，电容电流又进一步增加的趋势，应该考虑小电阻接地方式。 5 结论
1、 配电系统中性点接地方式是一个复杂的技术问题，也是一个经济性问题，针对不同的区
域、不同的配电网络组成形式以及其发展趋势，选择一个适宜的接地方式是很重要的，达到配电网络运行的最优化。
2、 对城区66kV变电所10kV系统选择消弧线圈接地方式是适宜的。
3、 应该考虑对城市中心配电网络以电缆网为主66kV变电所10kV系统采用小电阻接地方
式。
正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。
从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。
1）求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。
2）求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。
3）求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。
通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。
在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。
