10/0.4kV變電站系統(tǒng)接地與保護接地的探討
摘要：分析10/0.4kV變電站單相接地故障引發(fā)的危害，指出單相接地故障容易造成設備絕緣損壞與電擊事故的發(fā)生，介紹減小10/0.4kV變電站相接地故障引發(fā)危害的幾點措施。
關(guān)鍵詞：變電站 系統(tǒng)接地 保護接地 單相接地 等電位聯(lián)結(jié)
10/0.4kV變電站的接地分為電源中性點接地與電氣設備外露導電部分接地。前者稱為系統(tǒng)接地或功能性接地，后者稱為保護接地。
系統(tǒng)接地給配電系統(tǒng)提供了一個參考單位；降低了系統(tǒng)對地絕緣的要求；在高壓線路發(fā)生接地故障時，可構(gòu)成高壓線路故障電流通過大地返回高壓電源的通路，使高壓側(cè)繼電保護可靠動作，將故障切除。
當?shù)蛪号潆娋�路發(fā)生接地故障時，保護接地為故障電流返回電源提供了通路，降低了電氣裝置的外露可導電部分在故障時的對地電壓或接觸電壓，同時故障電流還能使低壓配電線路上的保護電器動作，及時切斷電源。
1 10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障造成危害的原因
為了提高供電的可靠性，我國10kV供電系統(tǒng)目前還采用電源中性點不接地的運行方式。由于供電電源中性點不接地，正常運行時三相對地電容電流基本平衡，三相對地電壓為相電壓。發(fā)生單相接地故障時，接地相對地電壓等于零。發(fā)生單相接地故障時，接地相對地電壓等于零，未接地兩相對地電壓升高為線電壓，接地故障電流等于未接地兩相對地電容電流的向量和。
10/0.4kV變電站變壓器與高壓開關(guān)柜等電氣設備外露導電部分都需要進行保護接地。接地故障電容電流從故障點經(jīng)大地由線路流向電源時，會使保護接地線上的對地電壓升高。
由于10kV供電系統(tǒng)電源中性點不接地，發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)的接地故障電容電流都要經(jīng)過接地故障點流向電源。10/0.4kV變電站接地電阻規(guī)定為4Ω，如果單相接地故障電容電流等于10A，保護接地線上的對地電壓就升高到40V；如果單相接地故障電流大于10A，保護接地線上的對地電壓就會升高，若超過安全電壓將會威脅到人身安全。由于發(fā)生單相接地故障時，未接地兩相對地電壓等于線電壓，升高了倍，時間過長就會對電氣設備的絕緣產(chǎn)生影響，接地故障電容電流增大還容易引起諧振過電壓，造成更大的危害。
2 10/0.4kV變電站接地方式與單相接地故障的關(guān)系
10/0.4kV變電站有10kV系統(tǒng)與220/380V低壓系統(tǒng)。目前我國10kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，所以10kV側(cè)只有變壓器與高壓開關(guān)柜等電氣設備外露導電部分的保護接地。10/0.4kV變電站的220/380V側(cè)，接地則包括系統(tǒng)接地與保護接地。
10kV系統(tǒng)的保護接地與220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地，是分開接地還是共用接地，目前設計規(guī)范還沒有明確的規(guī)定。10kV系統(tǒng)的保護接地與220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地若分開單獨設置，10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，只有變壓器與高壓開關(guān)柜等高壓電氣設備的保護接地線電壓會升高，220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地線上電壓不會發(fā)生變化。10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障造成的人身安全危害就可限制在變電站內(nèi)部的小范圍內(nèi)，不會對變電站以外造成危害，這在建筑物稠密的大城市里往往是難以實現(xiàn)的。但對電氣設備絕緣產(chǎn)生的影響，以及容易引起諧振過電壓的危害仍然存在。
對于獨立的變電站，10kV系統(tǒng)與220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地分開設置比較容易做到。對于建筑物內(nèi)部的10/0.4V變電站，10kV系統(tǒng)與220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地分開設置就比較困難。
如果10kV系統(tǒng)的保護接地與220/380V低壓系統(tǒng)的接地共用接地，發(fā)生單相接地故障時，整個220/380V低壓系統(tǒng)的保護接地線電壓就會同時升高，使危害的范圍擴大。特別是同一10kV系統(tǒng)的其他單位10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，危害就更大。這點應引起大家的重視。
3 10/0.4kV變電站接地保護設計與單相接地故障的關(guān)系
10/0.4kV變電站的接地設計與10kV系統(tǒng)供電可靠性要求，以及繼電保護設計都有較大關(guān)系�！峨娏ρb置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》（GB 50062-92）9.0.3條與《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14285-2006）第4.13.3條都規(guī)定：單相接地電流為10A及以上時，保護裝置動作于跳閘；單相接地電流為10A以下時，保護裝置可動作于跳閘或信號。
單相接地故障電流小于10A時，可以只報警不選擇性跳閘，在有單相接地故障的情況下繼續(xù)運行一定時間。一旦單相接地故障電流或接地電阻發(fā)生變化，就容易對人身安全造成危害；而一旦出現(xiàn)過電壓，也會對設備造成更大的危害。
單相接地故障電流大于10A時動作于跳閘，對人身與設備安全造成的危害就可以減小。因此10/0.4kV變電站的接地與繼電保護設計方案應合理有效。
4 減小10/0.4kV變電站單相接地故障危害的幾點措施
（1）合理減小10/0.4kV變電站電源中性點的接地電阻，可以在一定程度上減小單相接地故障造成的危害。對于設置在建筑物內(nèi)部的10/0.4kV變電站，10kV系統(tǒng)與220/380V低壓系統(tǒng)共用接地，接地電阻可以很容易達到1Ω，此時發(fā)生單相接地故障產(chǎn)生的故障電壓就會降低很多。
（2）合理設計單相接地保護，提高單相接地保護跳閘的靈敏度及可靠性，也是減小單相接地保護跳閘的靈敏度及可靠性，也是減小單相接地故障危害的一項重要措施。這需要根據(jù)當?shù)毓╇姴块T的要求，以及有關(guān)電氣設計規(guī)范進行單相接地保護設計。
（3）10kV供電系統(tǒng)的規(guī)范不斷擴大，發(fā)生單相接地故障后故障電流非常大，必須選擇性跳閘，迅速將故障切除。為了保證單相接地保護跳閘的可靠性，有些地區(qū)10kV供電系統(tǒng)改為電源中性點經(jīng)低電阻接地。發(fā)生單相接地故障后，由接地故障點經(jīng)過大地和電源中性點串聯(lián)電阻，與電源形成回路，單相接地故障電流可以達到數(shù)百安以上，跳閘的可靠性就要以得到保證。
5 10/0.4kV變電站單相接地保護設計
對于10/0.4kV變配電站，需要根據(jù)當?shù)毓╇姴块T的要求進行單相接地保護的設計。供電系統(tǒng)上一級變電站一般都有單相接地保護。10/0.4kV變配電站規(guī)模比較小時，可以不設計單相接地保護，或只設計Y/Y/Δ型電壓互感器與接地監(jiān)視裝置，進行單相接地報警外，也可以在電源進線處安裝零序電流互感器，采用具有小電流接地選線功能的變電站綜合自動化電源進線保護裝置，動作于報警。這樣一旦發(fā)生單相接地故障，就可以檢測出是否為本變電站發(fā)生單相接地故障。出線回路較多時，也可在各路出線處安裝零序電流互感器，與Y/Y/Δ型電壓互感器相配合，通過小電流接地選線裝置，或采用具有小電流接地選線功能的變電站綜合自動化裝置，實現(xiàn)單相接地保護，動作于報警或有選擇性地跳閘。
對于低電阻接地的10kV系統(tǒng)，10/0.4kV變配電站應按供電部門要求設計單相接地保護，并按最大不平衡負荷電流選擇零序電流互感器的變化。安裝零序電流互感器有困難時，可以采用從三相式電流互感器二次側(cè)中性線采集零序電流的零序電流濾過器方案。
《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》第4.0.11.4.0.12條規(guī)定，單相接地保護可利用高壓側(cè)三相式過電流保護、安裝于低壓側(cè)中性線上的零序電流互感器以及安裝于低壓側(cè)的三相電流互感受器三種方式。
對于利用高壓側(cè)三相式過電流保護進行低壓側(cè)單相接地保護的10/0.4kV變電站，當?shù)蛪簜?cè)母干線末端發(fā)生單相接地故障，靈敏系數(shù)達不到要求時，應采用安裝于變壓器低壓側(cè)中性線上的零序電流互感器進行單相接地保護。此時變壓器低壓側(cè)中性線（PEN）由變壓器低壓側(cè)中性點采用絕緣導線引出后，需要先經(jīng)過零序電流互感器再接到接地母排，保護接地線（PE）可直接接到接地母排。
6 結(jié)束語
10/0.4kV變電站系統(tǒng)接地與保護接地，關(guān)系到人身與電氣設備的安全。在10/0.4kV變電站系統(tǒng)接地與保護接地設計中，出現(xiàn)了許多新問題，相關(guān)設計規(guī)范也沒有明確的規(guī)定，建議在有關(guān)規(guī)范修訂時能給予解決。
