高电阻接地方式及应用

高电阻接地方式及应用
摘要： 10kV配网小电容电流（10A以下）仍会产生单相接地弧光过电压。

通过对配电网中性点不同接地方式的比较，得出了采用高电阻接地方式从经济和技术上都优于消弧线圈方式的结论。

文章还分析了高电阻接地方式消谐的依据和特点，并介绍了几种具体接线方式，如Z型线圈+高压电阻；Z型线圈+单相接地变压器+低压电阻等，还总结了高电阻接地的3种保护方式。

关键词：高电阻；过电压；Z型变压器；消弧线圈；配电网
0引言
10kV配电系统一般为中性点不接地系统，当发生单相接地故障时可容许它运行2h，这是该系统的特点。

但当发生接地故障时接地点会产生间歇性弧光，从而产生较高的谐振过电压，威胁系统的安全。

为保障系统安全运行，通常采用消弧线圈接地方式以防止产生过电压，但当系统电容较小如电容电流在10A以下时，因它投资费用较高，则体现不出这种方法的优越性。

1配电网中性点不同接地方式的比较
从表1可见，当系统的电容电流小于10A时，高电阻接地方式在经济和技术上均具有明显的优势；而中电阻接地方式仅适用于系统的电容电流小于50A的条件；不接地系统按目前标准DL/T 620—1997规定适用于系统电容电流小于10A的条件，但这一标准已成为有争议的问题，因为在系统中已出现过电容电流小于10A时的过电压事故；消弧线圈和小电阻接地方式目前已有成熟的经验，小电阻接地方式适用于大电容电流的电缆线路。

表1 配电网中性点不同接地方式的比较
2接地电阻与过电压的关系
中性点经电阻接地的系统相当于在零序阻抗Z0上并联了一电阻R,此电阻可以起到抑制谐振过电压的作用。

接地电流的电阻分量IR与电容分量Ic的比值越大，非故障相上的过电压就越低，如图1所示。

图1中，当IR/IC＞2时，过电压在2.5pu以下。

３高电阻接地消谐的依据
(1) 华北电力大学在做模拟试验时证实：在系统电容电流超过5A的情况下，发生单相接地故障时能产生弧光接地过电压。

(2) 近几年来，在10kV系统中如皋供电公司曾发生几起电容电流低于10A(6.1、9.2、6.9A)时的过电压事故，造成设备损坏、主变压器跳闸和母线停电等。

实践证明：电容电流在5～10A范围内的消谐问题不容忽视。

(3) 通过对消弧线圈与高电阻接地方式的技术经济比较可知，在小电容电流条件下，高电阻接地方式明显优越于消弧线圈接地方式。

(4) 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第3.1.5款指出：6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统中，当单相接地故障电流较小时，为防止谐振、间歇性过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。

(5) 美国在600V到39kV的中低压工业企业供电系统中采用高电阻接地方式已有30多年历史，并制定有IEEE标准。

4高电阻接地的IEEE定义
中性点高电阻接地系统，按美国IEEE 142-1991标准规定：“在接地系统中，通常有目的地用接入电阻来限制接地故障电流到10 A或以下，使本系统电流继续流过一段时间而不致加重设备的损坏。

高电阻接地系统的电阻设计应满足R0≤Xco，以防止产生弧光接地过电压。

R0为系统每相的零序电阻，Xco为系统中每相对地分布电容之和。

”
5高电阻接地的特点和应用
(1) 抑制单相接地暂态过电压，即不大于2.5倍相电压。

为了抑制暂态过电压，应使系统接地故障电流大于系统的电容电流，即Ir＞Ic。

(2) 高电阻接地允许带故障运行2h，也可以由用户自行选择定时或快速跳闸。

(3) 它可用于广大的农村变电站、城镇变电站、商业专用变电站及系统电容电流小于10A 的变电站。

(4) 工业专用变电站（110/10kV或35/10kV)供电半径短，电容电流值一般小于10A。

因单相接地后需立即停电清除故障，故会给工业企业造成废品、损坏机器设备、人身伤亡或释放出危害环境的物质、酿成火灾或爆炸等系列损失，所以相比较而言采用高电阻接地方式则有充分时间查找故障、转移负荷。

(5) 高电阻接地装置与消弧线圈相比具有结构简单、价格便宜、易于维护且不存在选线上和手拉手的问题等优越之处。

因此在小电容电流系统中，高电阻接地方式有较明显的优势。

6高电阻接地的几种方式7 Z型变压器结构及特征
由于一般主变10kV侧都为三角形接法，需要制造人为中性点。

通常可采用Z型变压器，三个单相变压器接成Y，d形接线方式，也可以用三相Y，d变压器。

现介绍几种具体接线方式：
(1) Z型线圈+高压电阻接线方式，如图2所示。

这种接线方式是利用Z型变压器中的人造中性点与高压电阻相连，电阻的另一端接地。

(2) Z型线圈＋单相接地变压器＋低压电阻接线方式，如图3所示。

这种接线方式是利用Z型变压器中的人造中性点与一单相变压器连接，变压器低压侧并接一低压电阻。

图4 N，d(开口)+低压电阻接线方式示意图
(3) N，d(开口)＋低压电阻接线方式。

如图4所示。

该种接线方式为一种变压器结构即N，d,所不同的是其三角形的接法是开口的。

当系统正常运行时开口处电压为0，当系统单相接地时电压为三相电压之和。

7Z型变压器结构及特征
由于一般电网变电站的主变压器都使用Y，d的接法或Y，yn，d的连接法，特别是10 kV配网系统都无中性点引出。

接地变压器的功能是在电网正常运行时有很高的励磁阻抗，绕组中只流过较小的励磁电流或因中性点电压偏移而引起的持续电流（此值一般较小）。

当系统发生单相接地故障时，接地变压器绕组对正序、负序电流都呈现高阻抗，而对零序电流则呈现低阻抗，因此这一零序电流经过接地变压器中性点电阻或消弧线圈而起到减小电网的电流和抑制过电压的作用。

为此，该接地变压器的结构就必须采用曲折形的绕组连接法，并在中性点处引出中性点套管，以便加装消弧线圈或接地电阻。

其连接图如图5所示。

图5 Z型变压器绕组连接示意图
从图5可见，接地变压器由6个绕组组成，每一铁心柱上有2个绕组，然后反极性串联成曲折形的星形绕组，即A1绕组的末端与B2绕组的末端相连，同样，B1绕组的末端与C2的末端绕组相连，然后A2、B2、C2的首端相连则形成曲折变压器的中性点O。

图6表示了各绕组间的矢量关系。

从图6的矢量关系可见，如果绕组A、B、C间的电压为10 500 V，则其相电压符合星形连接法，应为10 500∕√3＝6 070 V。

图6 Z型接地变压器各绕组矢量关系图
每一绕组的电压就不应为6 070 V／2，因为每相绕组中的2个绕组的夹角是120°，故每个绕组的电压应是3 505 V。

如果图5所示的Z型连接的变压器通过三相平衡负荷，它流过的电流仅是励磁电流，因而它显示出高阻抗作用。

而当出现中性点位移时，该绕组会出现极小的阻抗，因为每一铁心柱上的2个绕组反极性串联，它们在每一铁心柱上产生的磁通相互抵消，所以当系统发生单相接地故障时，变压器对地能产生故障电流。

8应用
高电阻接地的保护方式可分为3种：
(1) 系统单相接地运行2h。

该方式适用于工业和商业供电要求较高的企业，在2h内消除障碍或转移负荷使损失减少到最小，但是接地变压器和电阻的容量较大。

(2) 系统单相接地定时跳闸。

该方式适用于供电要求不高的变电站。

(3) 系统单相接地快速跳闸。

该方式适用于供电要求不高的农村变电站。

上述二类变电站的接地变压器和电阻的容量较小，造价较低。