浅析电阻接地方式在解决当代城市中压电网过电压方面的优越性
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[摘 要]当代城市中压35kV电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方面的综合性技术问题，选择中性点电阻接地方式时必须要考虑电气设备和线路的绝缘水平、继电保护的选择性和灵敏性、供电的可靠性以及对通信系统的干扰等因素，同时对于城市配网中的过电压问题也需要解决的重点。
[关键词]电阻；接地；过电压
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0311-01
0.背景
当电网发生接地故障时，流过接地电阻器的电流达数百安甚至上千安，要使巨大的能量在短时间内通过电阻器释放掉，且电阻器不能受到较大的损害，这就要求接地电阻器具有较大的热容量。因此电阻器选用什么材料将变得至关重要，这将关系到采用中性点经电阻接地电网的安全可靠运行，也将影响经电阻接地方式在城市配电网中的推广使用。
1.电阻接地系统的原理与目的
根据电网的运行经验，当电网中性点不接地时，即使单相接地电容电流不大，也会因在单相接地时产生间歇性的弧光过电压，使健全相的电位可能升高到破坏其绝缘水平，甚至形成相间短路故障。如果在变压器的中性点串联接入某一电阻器，该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件，还是系统谐振的阻尼元件，当电网发生单相接地故障时，间歇性弧光接地过电压中的电磁能量通过接地电阻释放，则中性点电位降低，故障相的恢复电压上升速度也减慢，从而减少电弧重燃的可能性，抑制了电网过电压的幅值，并使有选择性的接地保护得以实现。这就是中性点电阻接地的原理，也是电阻接地的主要目的。
2.城市中压电网的内部过电压概论
电网中能量的转化或传递所产生的电网电压升高，叫做电网的内部过电压。内部过电压会在电力系统产生许多危害，轻则损坏设备，造成停电事故，重则危及人身和电网安全。电网的内部过电压可分为两类，一类是由断路器操作及故障引起的过渡过程出现的过电压叫操作过电压，其持续时间较短；另一类是因系统内出现了电感、电容参数配合不当而引起的各种持续时间较长的谐振现象及其过电压升高，这类过电压叫暂时过电压。内部过电压的能量均来自电网本身，它的幅值和电网的运行电压有关。
单相接地是电网的主要故障形式，约占 60%以上。其中，对于中性点不接地电网来说，发生单相接地时流过故障点的电流为电容电流。经验表明，大接地电流大于一定值（3-10kV电网30A、35kV及以上为10A）时，接地电弧不易自行熄灭，常形成熄灭和重燃交替的间歇性电弧。因而导致电磁能的强烈震荡，使故障相、非故障相和中性点都产生过电压。这就是间歇性电弧接地过电压，也称弧光接地过电压。
由于单相弧光接地的电弧过程有强烈的随机性，过电压的倍数亦具有统计性质。根据国内外的实测弧光接地过电压一般不超过3.5倍。这种过电压持续时间可能很长，若不采取措施，可能危及设备绝缘，引起相间短路，甚至还有可能导致避雷器爆炸。国内以前的解决方式多采用在中性点和大地之间接入消弧线圈，减少单相接地电流，但是消弧线圈并不能限制间歇性电弧过电压的最大值。防止产生弧光接地过电压的根本途径是消除间隙电弧，为此，根据系统实际运行状况可采取更改中性点接地方式的方法，相应措施：
3.中性点接地方式
3.1 中性点经小电阻接地
与直接接地相似，使系统在单相接地时产生较大的短路电流，迅速切除故障线路。故障切除后，线路对地电容中储存的电荷直接经中性点入地，系统中就不会出现弧光接地过电压，但它有跳闸率较高的缺点，所以此方案需要作技术经济比较后定；
3.2 小电阻接地系统
随着电网的不断发展，电力需求的不断提高，电网线路的数量增长很快，特别是电缆的大量使用，致使每个变电站所产生的对地电容不断增加，发生接地故障时的接地电容电流不断增大，一些10kV母线的接地电容电流超过 100A，而一些变电站的35kV母线的接地电容电流则达到200～500A甚至更高的水平。由于多种原因，我国大部分配电网采用的是中性点不接地或经消弧线圈接地方式，随着配电网络的增大，电缆的大量使用，单相接地过电压所产生的危害也日趋严重，现有的接地方式已显露出不完全适应当前配电网对安全可靠运行的要求。小电阻接地方式在我国的电网中已逐步得到使用，也积累了一些运行经验。小电阻接地方式的优点主要有：
（1） 可快速切断接地故障点，过电压水平低，能消除谐振过电压，可采用绝缘水平较低的电缆和电气设备；
（2） 自动清除接地故障，运行维护方便；
（3） 减少设备的绝缘老化，延长设备使用寿命，提高设备可靠性；
（4） 接地电流高，继电保护设备动作灵敏可靠，不存在选线困难的问题；
（5） 电网内部过电压低，可降低火灾事故的概率；
（6） 可采用通流容量大、残压低的无间隙氧化锌避雷器 MOA 作为电网的过电压保护装置；
3.3 高电阻接地系统
小电阻与中电阻接地方式虽然能降低系统过电压，能快速的判断出发生接地故障的相位与线路，但由于接地电流过大，当系统发生接地故障时，必须立即断开故障回路，降低了供电可靠性，虽可通过环网供电或双回路供电的方式进行弥补，但对于一些非常重要的负荷来说，较短的电源切换时间也是不能容忍的。提高接地电阻的阻值，使单相接地故障时的接地故障电流小于10A，由于故障电流小，系统将允许带故障运行2小时，提高了供电可靠性，又由于电阻既是耗能元件，又是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，因此，中性点经高电阻接地方式能防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，减少电弧接地过电压的危险性，并使接地故障选线装置变得简单而有效，对临近通信线路的干扰也较弱。
4.限制过电压水平的优化措施
通过仿真计算和厂家试验可知，目前这两种类型的电阻接地方式在限制过电压水平上的特点各不相同。由统计数据可知，预调式电阻接地的各种过电压水平均不高，低于3倍，均能满足系统电气设备绝缘水平的要求；然而随调式电阻接地在限制弧光接地过电压和多重雷击造成的接地故障时，过电压水平受到了装置响应时间的限制，由厂家试验可知，随调式电阻接地的响应时间一般大于50ms，则依据高频理论计算的弧光接地过电压水平可达到5倍左右，而依据工频理论计算的弧光接地过电压水平可达到3.5倍左右。由此可见预调式电阻接地，能很好地限制各种类型的过电压水平，基本上不会对线路绝缘和电气设备造成危害，然而随调式电阻接地则不然，虽然电阻接地过电压和多重雷击造成的接地故障发生的概率不大，但是电阻接地的接地故障不会马上跳闸，仍然会带故障运行至到故障排除，这样由于过电压的长时间存在，可能会对系统内绝缘较差的设备、线路上的绝缘弱点构成很大的威胁；另一方面在系统中，线路绝缘水平很高，而电缆头绝缘水平不高，发生单相接地故障后，由于响应时间过长，造成弧光无法快速熄灭，电缆沟产生飞弧现象，可能引起相间短路，这将会造成更严重的后果。
4.1 接地电阻值的选择
从上面的分析可以看出，无论是小电阻接地、中电阻接地还是高电阻接地，对电网的作用都是有利有弊的，对于某一具体的电网，选择何种接地方式，要根据电网实际情况进行分析。中性点电阻的值，从不同角度考虑差别很大，可以归纳为以下三种取值原则：（1）限制间歇性电弧过电压；（2）限制单相接地电流使其小于三相短路电流；（3）限制对通信的干扰。
5.结论
当电网发生过电压接地故障时，流过接地电阻器的电流达数百安甚至上千安，要使巨大的能量在短时间内通过电阻器释放掉，且电阻器不能受到较大的损害，这就要求接地电阻器具有较大的热容量。因此电阻器接地方式的选择变得至关重要，这将关系到采用中性点经电阻接地电网的安全可靠运行，也将影响经电阻接地方式在城市配电网中的推广使用，尤其是当发生过电压事故的时候，因此选择合适的电阻对止过电压具有重要的作用，对电网的安全具有重要的意义。