武汉市轨道交通二号线中性点接地电阻及接地变压器选型计算

武汉市轨道交通二号线一期工程

中性点接地电阻及接地变压器选型计算

说明：武汉地铁各条线规模相近，因此选二号线一期工程作为计算参考。

一、系统设计现状

武汉市轨道交通二号线一期工程总共上4台主变压器，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，根据对武汉轨道交通二号线一期工程环网35kV电缆型号及长度统计，计算系统电容电流如下：1）35kV单芯电缆截面70mm²，电缆总长为6.254*2=12.51km，根据电缆手册查得此型号电缆电容为0.15uF/km。

2）35kV单芯电缆截面为120mm²，电缆总长为6.083*2=12.17km，根据电缆手册查得此型号电缆电容为0.17uF/km。

3）35kV单芯电缆截面为240mm²，电缆总长为31.544*2=63.09km，根据电缆手册查得此型号电缆电容为0.21uF/km。

因此系统电缆对地电容之和为：

C=3×（0.15×12.51+0.17×12.17+0.21×63.09）=51.58uF

由此可得电缆线路总的对地电容电流为：

ωCU=2×3.14×50×51.58×35/3=327A，此电流为两个变电站总的Ic=

ψ

电容电流，每个变电站系统总的电容电流为I

=327/2=163.5A。

C

考虑到每个变电站中某台主变故障时需由另1台主变带所有负荷运行，因此必须要求每套中性点接地电阻及接地变压器也能够带两段母线运行。因此，中性点电阻电流在选择时的主要依据是每个变电站系统总的电容电流。同时，考虑到每个变电站系统远期负荷增大致电容电流增加、现有变电站作为枢纽变电站及站内设备也存在对地电容等原因，建议二者在对地电容电流增加方面分别取裕度系数1.5和1.2。因此综上，每个变电站35kV系统总的电容电流I C=163.5×1.5×1.2=294.3A≈300A。

二、中性点经电阻接地方式优点

武汉市轨道交通二号线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为系统总的电容电流，一般按I R=（1~4）I C。同时中性点电阻参数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。

武汉市轨道交通二号线35kV配电网中性点接地电阻额定电流取1000A，阻值20.2Ω，电阻额定通流时间按10秒考虑。其选择依据为：

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。根据国内武高所和广州供电局做的EMTP程序计算、过电压模拟试验及各地区供电局的运行经验表明，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I R＞4I C时，降低过电压的作用已不明显。

因此，当I R =4 I C =3.33*300A=1000A 时，可以将系统的间歇性弧光接地过电压水平限制在2.2倍的相电压以内，整个系统的总体过电压水平可控制较低的水平，远低于不接地或消弧线圈接地方式下的3.5或3.2倍的相电压水平。

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，（理论最大值）接地故障

电流按如下公式计算jd I =202)(I I I C R

-+，I 为故障电缆本身的电容电流，与整个系统总的电容电流相比计算时可以忽略不计。

故jd I =22C R I I +=A 03.1044300100022=+

实际上考虑到接地变压器存在零序阻抗，串联在接地回路中，因此实际单相接地故障电流应考虑接地变零序阻抗因素。具体计算请见本文最后部分。

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 地铁行业选用电阻电流中，天津地铁二号线取1300A ，天津津滨轻轨取1000A ，成都地铁1000A ，重庆地铁1000A ，西安地铁1000A ，南京地铁一二号线取1000A ，杭州地铁一号线取1000A ，苏州地铁1000A ，深圳及广州地铁取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1000A 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