35kV系统中性点接地电阻及接地变压器设计选型

中性点接地电阻及接地变压器选型方案
深圳市华力特电气股份有限公司
一、系统设计现状及电容电流计算
变电站总共上3台的主变压器，联接组别Y/Δ,额定电压110kV/35kV。

35kV配电系统全部采用电缆线路，根据变电站35kV电缆线路型号及长度计算系统电容电流如下：
据乔工介绍：I、II、III段母线对应的电容电流各为Ic=50A，
35kV侧共有三段母线，三段母线都采用中性点经电阻接地方式，因此三段母线应考虑并列运行情况
则系统总的对地电容电流为IcI+IcII+IcIII =50A+50A+50A=150A
考虑以后用电负荷增加和远期发展及变电站其他设备的对地电容电流。

系统总的电容电流取150A*1.2=180A。

二、中性点经电阻接地方式优点
变电站35KV系统采用中性点经电阻接地方式的主要目的是限制系统过电压水平和单相接地故障情况下实现快速准确选线。

中性点经电阻接地方式的两个最主要优点即是：（1）有效限制系统各种过电压，特别是对间歇性弧光接地过电压水平的限制；（2）利用大的接地故障电流，解决选线难，达到准确快速选线切除故障线路的目的。

中性点经电阻接地方式特别适用于电缆线路为主的配电网，大型工矿企业、机场、港口、地铁、钢铁等重要电力用户，以及发电厂发电机和厂用电系统。

其主要优点体现在：
1）降低工频过电压，非故障相电压升高小于√3倍；
2）有效限制间歇性弧光接地过电压；
3）消除谐振过电压；降低各种操作过电压；
4）可准确判断并及时切除故障线路；
5）系统承受过电压水平低，时间短；可适当降低设备的绝缘水平，提高系统设备的使用寿命，具有很好的经济效益。

6）有利于具有优良伏秒特性的氧化锌避雷器MOA的应用，降低雷电过电压水平；适用于系统以后扩容及对地电容电流大范围变化情况，电阻不需要调节；设备简单、可靠，投资少、寿命长。

三、中性点接地电阻选型
中性点接地电阻的选型主要依据系统总的电容电流选取。

采用中性点经电阻接地时，电阻值的选取必须根据电网的具体情况，应综合考虑限制过电压倍数，继电保护的灵敏度，对通信的影响，人身安全等因素。

变电站35KV配电网中性点接地电阻选择33.7Ω，即发生单相接地故障时流过电阻的额定电
①从降低配电网过电压水平考虑：
中性点经电阻接地方式可以降低配电系统的弧光接地过电压水平，从而保证配电系统电气设备的安全运行。

根据国内有关机构做的EMTP程序计算、过电压模拟装置的实际模拟及各地区局运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流 I R增加而降低，I C为系统电容电流。

即：
当I R≈I C时，过电压水平可降到2.5PU以下；
当I R≈2I C时，过电压水平可降到2.2PU以下；
当I R≈4I C时，过电压水平可降到2.0 PU以下；
但当IR＞4I C时，降低过电压的作用已不明显。

中性点经电阻接地系统中的内部过电压，主要指健全相的工频过电压。

其电弧接地过电压，通常由于R N的存在而被限制在较低水平。

这是因为电弧燃熄过程中系统的多余电荷，在从电弧熄灭到重燃的半个工频周期内被R N泄放掉。

当R N<（1~2）/3ωC时，过电压一般不大于相电压的2.1倍。

经推导可得健全相电压升高值与故障相电压U a的比值K b、K c如下：
K b=U b/ U a=(3/2)*√1+(1
β−1
√3
)2 (1)
K c=U c/ U a=(3/2)* √1+(1
β−1
√3
)2 (2)
给出不同的β＝I R/ I C值，即可算出相应的U b/U a或U c/U a的比值。

针对此变电站项目，
β＝I R/ I C=600A/180A=3.33,代入上式可得：
K b= K c=1.58PU
综述，当I R=4 I C时，可以将系统的间歇性弧光接地过电压水平限制在2.0倍的相电压以内，同时能够将系统的工频过电压水平限制在1.58倍的相电压以内。

②从保护整定考虑：
当35kV配电网某一条线路发生单相接地故障时，接地故障电流按如下公式计算I jd=√I R2+(I C−I0)2，I0为故障电缆本身的电容电流，与整个系统总的电容电流（I C）相比计算时可以忽略不计。

故I jd=√I R2+I C2=√6002+1802=626.4A
从保证继电保护灵敏度考虑，电阻值越小即流过电阻的电流越大越好。

目前的微机保护一般都有零序保护功能，且启动的电流值相当小，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能满足零序保护的灵敏度要求。

按照①所选的电阻值，当过渡电阻不是很大时，保护灵敏度完全能够满足要求。

③对通信影响
从降低对通信的干扰考虑，流过电阻的电流不宜选的过大。

我国四部协议规定，如通信电缆与大地间未装放电器时，危险影响电压不得大于430V，对高可靠线路，不大于630V。

目前35kV选用电阻电流中，深圳地铁、广州地铁及沈阳地铁一号线沿线取600A等，产品投运后均未发现对通信线路造成任何影响。

同时上海供电局在对35kV电阻接地系统做的单相接地模拟试验中，即使电阻电流达到1000A，对通信线路的危险影响电压也在四部协议规定的范围之内。

参考以上地区的选型和应用经验，我们认为选择电阻电流600A是完全能够避免对通信线路的干扰。

④从人身安全考虑
从人身安全考虑，中性点接地电阻的通流越小越好。

因为中性点经低电阻接地在发生单相接地故障时，通过故障点的接地短路电流比较大，引起故障点地电位升高，有可能造成跨步电压，接触电势超过允许值。

因此在选择电阻值时，应根据地网接地电阻，保护动作时间，接地短路电流核算跨步电压和接触电势是否超过规程。

根据北京、天津、上海、南京、无锡、广州、深圳等大中城市运行经验，并未发现因采用电阻接地方式而造成跨步电压和接触电势过高引起人身伤亡事故。

因此选择电阻额定通流600A是比较合适的。

四、接地变压器的原理、特点和容量选择
4.1 接地变压器的接线原理
当主变压器配电电压侧为三角形接线或为星型接线而中性点不能引出时，必须用一个Z型接线的接地变压器人为地制造一个中性点，中性点接地电阻接入接地变地中性点，如附图所示：
Z型接地变压器地特点如下：
将三相铁心的每个芯柱上的绕组平均分为两段，两段绕组极性相反，三相绕组按Z形连接法接成星型接线。

Z型接地变压器的电磁特性是：
对正序、负序电流呈现高阻抗（相当于激磁阻抗），绕组中只流过很小的激磁电流；由于每个铁心柱上两段绕组绕向相反，同芯柱上两绕组流过相等的零序电流时，两绕组产生的磁通互相抵消，所以对零序电流呈现低阻抗（相当于漏抗），零序电流在绕组上的压降很小。

4.2 接地变压器的容量选择
接地变容量的选择依据IEEE-C62.92.3标准，该标准规定接地变压器10秒过载系数为额定容量的10.5倍，因此可首先计算出10秒情况下接地变的容量，然后按10秒允许过载倍数折算为连续运行的额定容量。

计算过程
●已知条件：
系统额定电压： U N＝35kV
系统额定相电压：UФ＝20.2kV
电阻器短时允许通流：I 10秒＝600A
标称电阻值： R N＝33.7Ω
短时通流时间：10秒
●接地变的10秒短时运行容量
S10秒＝3*UФ*I10秒/3＝3*20.2*600/3＝12120kVA
●将10秒短时运行容量折算为连续运行时的额定容量
● 容量选择
此种方法是根据变压器的允许过载倍数进行选择的，已考虑了变压器的可靠系数，这里无需再重复考虑可靠系数，所以选择额定容量为1200KVA 的接地变压器是完全可以接地安全可靠运行的。

因此，接地变型号：DKSC-1200KVA/35KV
五、零序CT 的配置及零序保护整定的原则
5.1概述
采用定时限零序过电流保护或单相接地方向保护，零序保护方式可以准确判断出故障线路，实现有选择性的断开故障线路。

5.2零序电流互感器的配置 采用专用的零序电流互感器； 5.3单相接地故障零序保护的配置
每条馈线首端配置限时零序电流保护；
主变低压侧进线间隔装设反映单相接地故障的零序保护，作为母线单相接地故障的主保护和馈线单相接地的后备保护；
5.4零序电流保护的一次动作电流
5.4.1馈电线路单相接地保护的一次动作电流均按躲过被保护线路本身的单相接地电容电流进行整定: I dz1=K K *I c1
I dz1 K K ――可靠系数； I c1
变电站35kV 系统各条馈线的电容电流均在7.14A 左右（假设21条出线），因此建议各馈线接地保护动作电流按：I dz1= K K * I c1＝60A （该值选取应考虑：a 、要躲过电容电流最大的馈电线路的电流；b 、保护动作的灵敏性；c 、躲过中性点偏移电流防止误动操作） 建议采用零序过电流保护，保护的动作时限采用0.5秒。

零序电流互感器参数：300/5A ，10P10, 20VA 。

六、FM160-1A 智能型中性点接地电阻监测装置
FM160-1A 智能型监测装置是应用于中性点电阻柜运行实时监测的辅助装置，可实时监测电阻柜正常工作时额定通流、阻值、柜内环境的温度；当发生单相接地故障时，可迅速记录接地故障电流大小、电阻阻值、接地时间、柜内温度变化等；同时预留通讯接口，可将检测、记录的信息传递至主控室或微机单元，实现远程监控。

它集数据采集、控制、告警功能于一身，具有中性点电阻电流监测、电压监测、铂电阻输入温度，红外输入温度监测、3 路继电器输出，提供通讯接口与计算机监控系统连接，支持RS485接口，MODBUS 通讯协议。

建议在条件适宜的情况下采用，更好的监测中性点电阻柜的运行状态。

七、设备选型
此变电站采用经中性点经电阻接地方式，完全能够达到降低系统过电压水平和快速准确选线的要求，每套配置如下：
序号产品名称型号规格数量备注
1 电阻元件NGR35kV-600A-10s
33.67Ω，760K 1 特殊不锈钢合金
材料
2 接地变压器DKSC-1200KVA/35KV 1
3 电流互感器LZZBJ9-10A1
300/5,0.5/10P10，20VA
1
4 智能监测装置FM160-1A 1
5 接地成套装置外壳户内，冷轧钢板
4000x2800x3000
1。