浅析地铁主变电站35kV侧中性点接地电阻选型计算

浅析地铁主变电站35kV侧中性点接地电阻选型计算

摘要:

地铁供电系统的中性点接地方式是一个综合性、系统性的问题，既涉及到系统的安全可靠、也涉及系统的经济性。结合相关配电网的研究分析，中性点经电阻接地方式特别适用于电缆线路为主的地铁供电系统，具有很强的针对性。利用合肥轨道交通1号线胜利路110/35kV变电站工程来进行电容电流分析及接地电阻的选型计算。

关键词：变电站；轨道交通；接地电阻；中性点

地铁供电系统的中性点接地方式是一个综合性、系统性的问题，与电压等级、过电压水平、单相接地短路电流、保护配置等有关，对电网绝缘水平以及对通信线路的干扰等有影响，既涉及到系统的安全可靠、也涉及系统的经济性。

1、电力网与主变压器中性点接地方式

电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式，作为供电电源变压器的中性点，有三种运行方式：一种是电源中性点直接接地；一种是电源中性点不接地；一种是电源中性点经消弧线圈接地。后两种接地方式合称为中性点非有效接地，或小电流接地系统，前一种称为中性点有效接地，或大电流接地系统。

2、地铁主变电站35kV侧中性点接地方式选择

随着城市电网电力负荷迅速增长，特别是近些年大规模城市电网改造，电缆线路逐步

代替架空线路，系统电容电流急剧增加。许多城市供电部门在广泛考察、了解国外配电网中性点接地方式的基础上，结合本地配电网的具体情况，经过充分的研究分析，在城市配电网中逐渐采用中性点经电阻接地方式。目前，中性点经电阻接地方式已被写入电力行业规程DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中。其中第3.1.4条规定：“6—35KV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、舜态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。”另外，第3．1．5．条规定：“6KV和10KV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振，间隙性电弧接地过电压等对设备的危害，可用高电阻接地方式。”

目前，全国地铁采用集中式供电的系统中，35kV送、配电系统大部分是由电缆线路构成。根据电力行业规程DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中第3.1.4条规定，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式。其优点主要体现在：

1）降低工频过电压，非故障相电压升高小于倍；

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；

6）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；

7）设备简单、可靠，投资少、寿命长。

3、接地电阻的选型计算

3.1 中性点不接地系统单相接地电容电流计算

以合肥轨道交通1号线胜利路110/35kV主变电站为例。

3.1.1系统现状

详细电缆的型号及长度如下：

型号YJV-21/35kV-1×95mm2的电缆长度为0.5km，型号

YJV-21/35kV-1×150mm2的电缆长度为14.706km，型号YJV-21/35kV-1×240mm2的电缆长度为16.73km。

3.1.2系统电容电流计算

电缆型号YJV-21/35kV-1×95mm2的单相对地电容为0.14µF/km；

电缆型号YJV-21/35kV-1×150mm2的单相对地电容为0.16µF/km；

电缆型号YJV-21/35kV-1×240mm2的单相对地电容为0.18µF/km；

C1=3×0.14×0.5=0.21µF

C2=3×0.16×14.706=7.06µF

C3=3×0.18×16.73=9.03µF

则总的对地电容为C=C1+C2+C3=0.21+7.06+9.03=16.3µF

则系统三相对地电容电流为

Ic1==2×3.14×50×16.3××10=103.43A。

建议取1.1的电缆系数（不同厂家电缆电容不同），1.2的可靠系数，1.5的发展系数，K=1.1×1.2×1.5=1.98，则修正之后系统三相对地电容电流为

Ic=K×Ic1=1.98×103.43=204.8A

3.2 中性点接地电阻的选择

截止目前，我国尚没有规范对中性点接地电阻的选择作出明确的规定。电阻值的选取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，按综合效果最佳的原则进选择。

合肥轨道交通1号线胜利路110/35kV主变电站35kV配电网中性点接地电阻选择20.2Ω，即发生单相接地故障时流过电阻的额定电流IR=1000A，电阻器额定通流时间按10秒考虑。其选择依据为：

3.2.1 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。根据国内有关机构做的EMTP程序计算、过电压模拟装置的实际模拟及各地区局运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流 IR增加而降低，IC为系统电容电流。即：

当IR≈IC时， 过电压水平可降到2.5PU以下；

当IR≈2IC时，过电压水平可降到2.2PU以下；

当IR≈4IC时，过电压水平可降到2.0 PU以下；

但当IR＞4IC时，降低过电压的作用已不明显。

中性点经电阻接地系统中的内部过电压，主要指健全相的工频过电压。其电弧接地过电压，通常由于R的存在而被限制在较低水平。这是因为电弧燃熄过程中系统的多余电荷，在从电弧熄灭到重燃的半个工频周期内被R泄放掉。当R<（1~2）/3时，过电压一般不大于相电压的2.1倍。

经推导可得健全相电压升高值与故障相电压U的比值K、K如下：

K=U/ U=K=U/ U= 给出不同的＝I/ I值，即可算出相应的U/U或U/U的比值。针对合肥轨道交通1号线胜利路110/35kV变电站项目，＝1000A/204.8A=4.88代入上式可得：K= K=1.6PU

因此从降低系统过电压水平特别是健全相的工频过电压，选配IR≈1000A，能够将系统的工频过电压水平限制在1.6PU以内；

同时，因≈5.0倍，能够将间歇性弧光过电压水平限制在2.0PU以内。因此从整体上来讲，完全能够将系统总的过电压水平限制在2.0倍的相电压以内，满足该项目对限制系统过电压水平的要求。

3.2.2 从保护灵敏度考虑：

当35kV配电网某一条线路发生单相接地故障时，接地故障电流按如下公式计算=， 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=

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。按照以上所选的电阻值，当过渡电阻不是很大时，保护灵敏度完全能够满足要求。

3.2.3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，沈阳市地铁一二号线工程北三经街1000A，天津地铁二号线取1300A，天津津滨轻轨取1000A，南京地铁一二号线取1000A，杭州地铁一号线取1000A，哈尔滨地铁取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。

3.2.4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，应根据接地网接地电阻、保护动作时间、短路电流等核算跨步电压和接触电势是否超过规程。根据天津地铁（1300A），南京地铁（1000A），杭州地铁（1000A）等地经验，尚未因采用电阻接地方式而造成跨步电压和接触电势过高引起人身伤亡事故。

参考文献：

[1]DL/T780-2001 《配电系统中性点接地电阻器》；

[2]DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》；

[3]水利电力部西北电力设计院 编 《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）电力出版社，1989。

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