110千伏变电站10千伏（20千伏）消弧线圈接地方式改造为小电阻接地方式的改造实践与探讨

张天保

江苏鹏创电力设计有限公司 江苏南京 210000

摘要：本文以笔者近几年在工作中遇到的江苏省连云港市110千伏新村变电站和南通市阿里巴巴江苏云计算数据中心110千伏变电站接地系统方案设计案例为依据，简单介绍了110千伏变电站10千伏（20千伏）中性点经小电阻接地系统实例，希望与大家一起探讨。截止目前，我单位累计已在连云港改造十几座变电站，改造为小电阻接地系统后运行状况良好，达到了预期目标。

关键词：中性点 消弧线圈 小电阻

1、连云港市110千伏新村变电站20千伏接地系统改造

1.1项目背景

根据电容电流实际测量值，连云港供电公司发现近几年来投入运行的消弧线圈额定补偿电流与实际系统电容电流增长速度不符，实际系统电容电流的增速远远大于额定补偿电流的投入速度，补偿率从2013年的53.63%，增长到2017年的69.14%，并且还有继续增长的趋势。

1.2 110千伏新村变电站概况

电气一次：2015年变电站电容电流实测情况：新村变20千伏 Ⅰ、Ⅱ段母线125安，新村变20 千伏 Ⅲ、Ⅳ段母线175安。目前在运1200千伏安补偿容量的接地变,最大补偿电流不能满足补偿要求。且将来还要新上50公里左右3×400平方毫米电缆，新增电容电流约292安(计算公式参考电力工程电气一次设计手册P81页)，通过消弧线圈改造来解决消弧补偿容量不足问题已经很困难。

电气二次：现有总控装置和主变保护装置的保护采样板故障率高，保护稳定性差，保护板件老化。20千伏出线保护测控装置无零序保护，不能满足本次小电阻系统改造要求。

1.3 改造规模

变电一次：在运2套20千伏接地变继续做所用变；退役2套20千伏消弧线圈保留并处于备用状态，平常没事的时候与系统断开；新购买2套20千伏小电阻成套装置，安装在原预留的空的位置处，接地变高压侧分别通过电缆直接从#1主变和#2主变低压侧套管处的母线桥处引接过来。更换20千伏出线开关柜内的零序电流互感器。

变电二次：更换主变保护、总控装置，20千伏保护测控装置、备自投等自动装置等。

1.4 技术方案

1.4.1小电阻的阻值选取

采用中性点经小电阻接地时，电阻值的选取必须根据变电站1台主变带2台主变20千伏侧母线，统筹思考各种影响，比如弧光过电压限制乘率、触发敏感度等因素，再者说站里出事故了却只有区区的一台小电阻接地的情况。

（1）限制弧光过电压倍数．

根据供电公司专门的过电压实验室老师做过的模拟试验及场站运行实践表明：

当电阻的额定通过电流值约等于系统的容性通过的电流量时，弧光的过电压的水平值会降到2.5倍的标幺值左右的数值。

统筹考虑购买设备的价格因素和能达到的限制弧光电压数值的水平，肯定是选择性价比高的产品，通常咱们变电站内的接地电阻要求很低，本站的通流水平选择约等于容性通过系统的电流值之和即592安，这样的话，接地电阻值等于额定相电压（21千伏除以√3）除以电阻的通流水平值得出小电阻为20.48欧姆。四舍五入取整最终选取20欧姆。按10秒的安全时间来考虑额定通过的电流数值，弧光的过电压的水平值会降到2.5倍的标幺值左右的数值范围内，满足规范对电阻接地系统过电压水平的要求。

（2）保护灵敏度．

当20千伏侧馈线某一相发生单相接地故障时，

求得接地故障电流：

If＝√(Ir2+ Ic2)= √(5922+ 5922)=837(A)

接地故障可高达837安培，这样小于1000安培限制值的零序通过电流值，触发敏感度完全满足相关规范要求。当下大部分的变电站都采用微机保护，它的保护系统内大多都有零序保护相关的配置项目，且设置的触发电流值很小，所以单一相的接地以后出现故障时候的电流值远远高于每回馈线通过的对地容性电流值，触发敏感度可以说基本都会满足相关规范要求。

1.4.2接地变压器的容量计算

根据已知的小电阻选型数值，我们可以计算出需要的接地变压器的额定容量如下：

S＝√3UIr/3=√3x21x592/3=7178(千伏安)。

再将该容量值换算成接地变装置在连续不间断运行时的额定容量：

Sn＝S/10.5＝684千伏安。

再根据国家电网统一通用的设备物资选型要求，选择800千伏安的接地变压器即可。

1.4.3主要设备选型及校验

本期工程不改变新村变电站在系统中的地位，本站海拔高度在1000米以下，户内设备泄漏比距按不低于2.5厘米/千伏设计。

1.4.4电气二次部分改造

更换主变保护、总控装置，20千伏 保护测控装置、备自投等自动装置等。

2、南通市阿里巴巴江苏云计算数据中心110千伏变电站接地系统

2.1项目背景

阿里巴巴江苏云计算数据中心110千伏变电站为南通市政府引入的重要用户变电站，同期一起批量建设3个变电站。变电站电压等级高压侧为110千伏，低压侧为10千伏，低压侧均为园区内双回电缆出线。

2.2 阿里巴巴江苏云计算数据中心110千伏变电站概况

初步方案，该批次3个变电站10千伏侧均消弧线圈接地，后用户单位提出数据中心变电站存在双路互备供电且多种线缆共沟的特殊性，在不影响电网零序阻抗网络的前提下，用户要求采用小电阻接地方式。该方式下，单相接地故障可通过零序电流保护快速切除，避免故障范围扩大。

当时南通地区电网中用户站10千伏侧采用小电阻接地的变电站几乎没有，我们设计单位担心影响公共电网，于是咨询了南通供电公司调度继保部门的意见，答复是：用户10千伏保安电源不上变电站10千伏母线的情况下（保安电源经10千伏配变，变成400伏供电），用户站10千伏改小电阻接地方式不影响公共电网。

2.3 10kV接地系统方案选择

调度继保部门还提出了2个方案供选择：

方案1 建议经接地变的小电阻装置安装于主变10千伏套管至10千伏母线之间（即跟随主变走），10千伏出线保护均增加两段式零序保护，用于电缆出线接地故障时快速切除线路。主变低压侧中性点增设零序保护（跳10千伏分段及主变低压侧开关），用于切除10千伏母线接地故障。

方案2 若方案1的安装有困难，经接地变的小电阻装置安装于10千伏母线上，10千伏出线保护均增加两段式零序保护，用于电缆出线接地故障时快速切除线路。主变低压侧中性点增设零序保护（直接跳10千伏分段及主变高低压侧两个开关），用于切除10千伏母线接地故障。

后经过设计院及供电公司内多名专家、领导商量，并参考上海、无锡、连云港等地区设计及运行经验，最终选择了方案1。

2.4 详细技术方案

在用户10千伏保安电源不上变电站10千伏母线的情况下（即保安电源经10千伏配变变成400伏供电，或采用自备发电机组），用户站10千伏改小电阻接地方式不影响公共电网。

（1）在10千伏配电装置室配置2套接地变小电阻成套装置（设备最高电压12千伏；接地变容量800千伏安；电阻大小选择7.5欧姆值）。

（2）本期#1主变、#4主变低压侧10千伏管母靠穿墙套管处，分别通过YJV22-8.7/15-3×120高压电力电缆与接地变小电阻成套装置连接。

（3）10千伏高压开关柜的修改：各柜零序电流互感器变比选择由原设计100/1安改为50/1安；取消母线设备柜内一次消谐器。

（4） 10千伏线路保护均增加两段式零序保护，用于电缆出线接地故障时快速切除线路。

（5）主变低压侧增配零序电流保护。

3、结束语

通过对以上连云港110千伏新村变电站和南通110千伏阿里巴巴数据中心变电站的2个接地系统实践设计的简略分析，可见不管是国家电力网系统内的变电站还是各类工厂、商场、数据中心等用户变电站，随着国家电力行业和国家城市经济发展的需要，配电系统的建设步伐加快， 20千伏（10千伏）配电系统电缆的使用量猛增，单相接地故障时候的电容性质的电流量也水涨船高。另外有些用户变电站业主担心厂区电缆沟内各种电缆复杂，一旦电缆故障会造成较大影响和损失。过去采用消弧线圈接地系统的做法已很难奏效，如果采用经小电阻接地系统，单相接地故障即刻跳开开关，可以解决这个难题。