王明新 施文鹏 李艳 陈彪

摘要：随着城市配电网规模的扩大，大量电缆的应用，配电网系统电容电流水平快速提高，单相接地故障发生时故障点的电弧不会自行熄灭，会产生间歇性电弧，引起过电压，使非故障相电压大打升高，可能导致绝缘损坏，造成亮点或多点接地，扩大事故。新能源风电、光伏并网，按照国网公司事故通报要求，风电场、光伏站低压侧发生单相接地故障时，未防止风机等电源大面积脱网事件发生，都对中性点经电阻接地提出了需求。文章对经小电阻接地系统的单相短路故障进行分析，并对相应的故障录波进行综述。

关键词：单相接地；中性点；故障录波

一、问题产生根源

35kV及10kV系统电源侧变压器多为三角型接线，供电系统无中心点，Z型（也叫曲折接线）接地变得到大量应用，对电容电流小的供电系统，接地变中性点接消弧线圈来消除系统电容电流对单相接地故障的影响，当电容电流水平超过国家标准时，消弧线圈容量变得越来越大，带来运行管理上的麻烦较多时，为快速隔离故障，小电阻接地系统得到大量应用。即限制了接地电流水平，又可快速切除故障设备，降低过电压水平，减少对一次设备损坏，降低投资水平。

二、对小电阻接地系统的接地电流计算

考虑到中性点电阻是属于三相对称网络以外的部分，单相接地序网各序电流均流经该电阻，故障相短路电流计算时电阻在公式中表达为3R，即Ik=3Ue/（3R+jXO）当接地变的零序电抗占系统零序电抗比例较小时，单相故障电流可以约等于Ik=Ue/R，用以估算小电阻系统的额定接地电流水平。

35kV系统平均线电压取37kV，相电压21.36kV，中性点电阻50Ω，21.36*1000/50≈400A

Z型接线的接地变压器的每相绕组被平均分为两段，分配在不同铁芯柱上.同一铁芯柱上的两段绕组，属于不同的相别且绕组极性相反，三相绕组按Z形联结法接成星形接线。如图所示，连接组别为ZN，yn11的接地变压器接线原理图，其各绕组向量关系如图1。

当系统发生单相接地时，从图可知，相当于各相绕组上施加了相电压-U，由于三相零序电压大相等、相位一致，而同一芯柱上两个高压绕组极性相反，激磁磁势相互抵消，不在铁芯柱中产生磁通。由此，Z接地变压器铁芯柱中磁密，发生单相接地前后并不变化；所以接地变压器可以选取与普通电力变压器的磁密。同一芯柱上高压绕组的电流产生的磁势只产生漏磁通，10kV接地变压器的零序阻抗约为10Ω左右，35kV接地变压器的零序阻抗约为100Ω左右，表现出低阻抗。

对于稳态而言，绕组中流过的电流就是消弧线圈电感电流，其容量等于消弧线圈容量，如果还有第三绕组作为所用变时，还须加上所用变容量，由于单相接地发生后，如果不是瞬间接地，并联电阻投上，时间不超过4秒，因此考虑Z型变压器的容量时，还必须考虑这个短时间过程，为将短时故障电流及其容量换算成持续的额定电流及容量，IEEE-C62.92.3-1993（R2005）标准做出过载系数的规定，来换算变压器的短时容量为持续容量，换算如下表1

10kV系统Ue=6.062计算阻性电流IR，要求阻性电流为容性电流的1.5-2倍，估算系统的最大电容电流IC=200A，则IR=400A，取500A，系统接地变的系统最大容量=Ue*IR=500*6.062=3031kvar，此为10秒内过载10.5数据，则算长期工作容量3031/10.5=289kVA，，按照上表折算为2h 的容量（我们一般对于接地变和消弧线圈按照2h容量进行设计和标注），则容量为404kvA，我们可以选择整数容量为500kVA（一般稍微放大一些）。选取接地电阻：R=Ue/IR=12.12欧姆，我们一般取12欧姆。接地变选型：接地变容量=接地电阻容量+所用变容量，最终型号为DKSC-600/10-100/0.4，查表发现零序阻抗为6.3欧姆/相，折算到零序为2.1欧姆，根据公式Z02=R02+X02，Z0=12.18欧姆验算接地电流：I=Ue/Z0=6062/12.18=497.7A

接地变压器一次側经消弧线圈接地，当发生单相接地时，流经消弧线圈的感性电流为

式中U—系统电压，V；ZS—系统阻抗，Ω；一般可忽略；Z0—接地变压器单相零序阻抗，Ω；ZL—消弧线圈的阻抗，Ω。值得注意的是，接地变出厂名牌显示的电抗值为每相值，计算式应取综合零序电抗即除以3以后的数值。

三、结论

根据国网公司文件要求，辽宁省关于新能源（风电）场、光伏（电）站35kV应装设接地变，中性点电阻要求保证单相接地短路时故障电流不小于200A。单相及相间故障快速跳闸。风电场光伏站保护配置及整定应满足上述要求。对设计院设计的35kV（标称）400A经电阻接地系统，发生单相接地时，考虑到接地变阻抗、线路零序阻抗、实际经障碍物电阻接地后，实际单项接地电流值为290A，证明按照30%系统标称接地电流400A整定的定值120A是合适的。

参考文献：

[1]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京：水利水电出版社；1986.