李浩

（中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西西安710075）

10 kV变电站单相接地故障有关问题探讨

李浩

（中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西西安710075）

介绍了10/0.4 kV变电站在高压侧发生单相接地故障的原理，并深入分析了高压侧单相接地故障对目前低压配电系统中广为应用的TN、TT系统产生过电压的危害，最后指出了减小这种危害的几点措施。

10 kV变电站；系统接地；保护接地；单相接地故障

引言

10/0.4 kV变电站的接地分为系统接地和保护接地。系统接地的目的是给配电系统提供一个参考电位，并确保对地绝缘的要求；保护接地的目的是在发生接地故障时，降低电气装置的外露可导电部分对地的故障电压或接触电压。

10/0.4 kV变电站有10 kV系统与220/380 V低压系统，目前中国的10 kV系统多为不接地系统，10 kV侧只有变压器与高压开关柜等电气设备外露可导电部分的保护接地。而220/380 V系统则由变压器中性点直接接地，其接地包括系统接地与保护接地。

若10/0.4 kV变电站的高、低压侧单独设置接地系统，发生高压侧单相接地故障时，仅高压侧保护接地线电压会升高，故障电压不会向低压侧传递，变电站内仅高压设备会存在过电压危险。对于10/0.4 kV变电站，目前规范尚未明确高、低压系统的接地是否独立设置，但若是低压系统完全处在高压系统接地所包围的区域内，高、低压系统接地应相互连接。另外，将高、低压接地系统分开设置，在工程实际中往往较难实现，通常还是将高、低压系统的接地相互连接、或共用接地系统。

1　高压侧发生单相接地故障的原理

对于中性点不接地运行方式，正常运行时系统的三相对地电容电流基本平衡，三相对地电压均为相电压。当某一相发生接地故障时，该相的相对地电压和相对地电容电流变为零，而未接地两相的相对地电压和相对地电容电流均升高了倍。此时，接地故障电流等于未接地两相对地电容电流的向量和，从数值上等于未发生单相接地故障时一相对地电容电流的的3倍。

此接地故障电容电流从故障点经大地由线路流向电源，经过变电站接地点时会使保护接地线上的对地电压升高，产生故障电压。变电站的高、低压侧接地系统相互连接或共用时，故障电压就会通过PE线、N线或者PEN线向外传递，对低压系统产生过电压影响。

2　高压侧单相接地故障对TN系统的影响

10/0.4 kV变电站高压侧发生单相接地故障时，在TN系统引起的过电压如图1所示，考虑到TN-S与TN-C-S的通用性，图中未单独画出N线。

图1　高压侧发生单相故障时TN系统过电压示意图

如图1中所示可以看出，单相接地故障电流通过变电站接地电阻产生的故障电压，使得系统中性点、地电位整体升高。对于TN系统，各相对地的电位升高值均为，但各相对中性点的电位保持不变，各相在电源侧与负载侧的工频应力电压U1、U2也不变，即低压设备的绝缘不受高压侧单相接地故障的影响。

但中性点升高的电位由PE线或PEN线传递到负载侧时，会引起低压设备外露可导电部分与地之间出现故障电压，此故障电压。若高压侧的单相接地故障不能立即排除，该故障电压可能会对威胁到人身安全。根据《低压配电设计规范》（GB 50054—2011）相关要求，一般环境下安全特低电压限值为50 V，为保障间接接触防护的要求。若取10/0.4 kV变电站接地电阻为，则要求高压侧的单相接地故障电流。然而在一些特殊环境下，安全特低电压的限值可能为25 V或12 V，此时对高压侧单相接地故障电流的限制将更为严格。

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064—2014）3.1.3条对于中性点不接地系统的单相接地故障电流做了明确规定，即在单相接地故障电流不大于10 A时，可采用中性点不接地方式，若单相接地故障电流大于10 A又需要系统在故障条件下继续运行时，宜采用中性点谐振接地方式。该规范中单相接地故障电流10 A限值可以满足一般环境下接触电压要求，但该限制条件主要是通过研究配电电缆的熄弧下限而确定的，并未考虑高压侧接地故障对于低压侧过电压的影响，而对于特殊环境接触电压要求还需要通过合理的保护设置和等电位联接来解决。

3　高压侧单相接地故障对TT系统的影响

10/0.4 kV变电站高压侧发生单相接地故障时，在TT系统引起的过电压如图2所示。

图2　高压侧发生单相故障时TT系统过电压示意图

从图2中可以看出，单相接地故障电流通过变电站接地电阻产生的故障电压，使得系统电源侧的中性点电位和地电位整体升高，但负载侧仅中性点的电位升高，地电位没不变。对于TT的电源侧，与TN系统相同，虽然有相对地的电位升高，但相对中性点的电位保持不变，即电源侧的工频应力电压U1不变，此时电源侧低压设备的绝缘不受高压侧单相接地故障的影响。但负载侧由于TT系统独立设置保护接地，由中性线传递的故障电位将使得负载侧的工频应力电压U2升高，此时。根据《低压电气装置第4-44部分：安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》（GB/T 16895.10—2010）中相关规定，工频应力电压的允许值如表1所示。

表1　允许的工频应力电压

根据该规范要求，需满足即在故障持续时间。经前文的分析和计算可知，在中性点不接地的系统中与的值都较小，工频应力电压的要求是较容易满足的，这也说明高压侧单相接地故障在TT系统中引起的过电压对低压设备绝缘产生影响较小。

另外，由于TT系统在负载侧设置独立保护接地，低压装置的外露可导电部分直接与地连接，保护线电位不受系统电源侧地电位升高的影响，因此在负载侧故障电压不会升高。

4　减小10　kV变电站单相接故障危害的措施

4.1合理减小变电站的接地电阻

由公式可知，在高压侧发生单相接地故障时，减小接地电阻，可以有效地降低故障电压，从而减小故障对低压侧产生过电压的危害。可通过对变电站接地方案进行经济、技术比较，选择合理、可行的接地方案，适当的降低变电站的接地电阻，这样既对变电站接地系统性能衰减留出一定裕量，也有效降低了发生高压侧单相接地故障产生的危害。

4.2合理设置单相接地保护

高压侧发生单相接地故障时，对系统的电压、相位等电气参数影响较小，有些情况下需要根据系统和用户的要求延时供电一段时间，此时单相接地故障保护需要对高、低压系统的影响综合考虑，既要考虑高压系统供电的可靠性，也要兼顾低压系统电气安全。

4.3改变高压系统的接地方式

目前10 kV配电系统的规模不断扩大，引起的单相接地故障电流也越来越大，这时可根据不同的运行要求改变高压系统中性点的接地方式，如采取谐振接地方式或小电阻接地方式。

采用谐振接地方式适用于系统在发生单相接地故障时还需要延时供电的情况，可通过谐振接地限制单相接地故障电流小于10 A，减小对低压侧过电压的影响。采用小电阻接地方式适用于系统在发生单相接地故障时需要切除故障的情况，此时通过小电阻接地可以在故障情况下获得较大的单相接地故障电流，确保高压保护电器动作灵敏度的要求。

5　结语

10 kV变电站通常是系统配电的终端用户，高压侧发生单相接地故障可能危及人员安全，因此在10/0.4 kV系统设计中应综合考虑高压侧接地故障对低压侧产生过电压的影响，并根据具体情况计算单相接地故障电流，合理的设计继电保护方案与变电站的接地系统形式。

［1］任元会，卞铠生，姚家袆.工业与民用配电设计手册［M］.北京:中国电力出版社，2005:152-153.

［2］中国机械工业联合会.GB 50054低压配电设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2011:2-3.

［3］中国电力企业联合会.GB/T 50065交流电气装置的接地设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2011:8-9.

［4］中国电力企业联合会.GB/T 50064交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2014:4-5.

［5］中国国家标准化管理委员会.GB/T 16895.10低压电气装置（第4-44部分）.安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护［S］.北京:中国标准出版社，2010:3-6.

（编辑：王慧芳）

Discussion on 10 kV Substation Single-phase Fault Related Issues

Li Hao
（China Civil Airport Construction Corporation Northwest Branch，Xi'an Shaanxi 710075）

This article introduces the principle of 10/0.4kV substations occurred in the high-pressure side of the single-phase ground fault，and in-depth analysis of the high-pressure side of the single-phase ground fault current low-voltage distribution system widely used in TN，TT system produced a hazard voltage，and finally pointed out several measures to reduce this hazard.

10kV substation；system grounding；grounding；single-phase fault

TM7

A

2095-0748（2015）21-0035-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.16

2015-10-12

李浩（1981—），男，陕西延安人，硕士研究生，工程师，研究方向：主要从事民航机场的电气设计工作。