王 穎 / 秦元崗

(1.中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120; 2.國(guó)防科技大學(xué)科研部，湖南 長(zhǎng)沙410073)

多電源10/0.4kV變電所系統(tǒng)接地的實(shí)施

王 穎1/ 秦元崗2

(1.中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120; 2.國(guó)防科技大學(xué)科研部，湖南 長(zhǎng)沙410073)

0 引言

10/0.4kV變電所含變壓器低壓中性點(diǎn)的系統(tǒng)接地和高低壓電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分的保護(hù)接地兩個(gè)接地[1]，本文主要討論的是10/0.4kV變電所含多電源時(shí)其系統(tǒng)接地的實(shí)施?！兜蛪弘姎庋b置(GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005) 第1部分：基本原則、一般特性評(píng)估和定義》、《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50065-2011)規(guī)定 “對(duì)于具有多電源的TN系統(tǒng)，不應(yīng)在變壓器的中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)的星形點(diǎn)直接對(duì)地連接；變壓器的中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)的星形點(diǎn)之間相互連接的導(dǎo)體應(yīng)是絕緣的，這種導(dǎo)體的功能類似于PEN，然而，不得將其與用電設(shè)備連接；在諸電源中性點(diǎn)間相互連接的導(dǎo)體與PE導(dǎo)體之間，應(yīng)只連接一次。這一連接應(yīng)設(shè)置在總配電屏內(nèi)；對(duì)裝置的PE導(dǎo)體可另外增設(shè)接地[2，3]。雖然這兩本規(guī)范均已實(shí)施，但設(shè)計(jì)、審圖、施工、質(zhì)檢等部門目前執(zhí)行的仍是《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50303-2002)第 5.1.2條規(guī)定：接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)直接連接；接地干線與箱式變電所的N母線和PE母線直接連接；變壓器箱體、干式變壓器的支架或外殼應(yīng)接地(PE)。所有連接應(yīng)可靠，緊固件及防松零件齊全[4]；以及國(guó)標(biāo)圖集《干式變壓器安裝》(99D201-2)中變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)引出線與接地端子直接連接的做法。在系統(tǒng)接地的設(shè)置問(wèn)題上，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與IEC轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)之間為什么會(huì)有這么大的差異？這就不得不提到“雜散電流”。

1 雜散電流

中性線電流除通過(guò)本回路的中性線返回電源，還通過(guò)其他并聯(lián)通路返回電源，這部分中性線電流被稱作雜散電流[5]。

雜散電流可能引起下述電氣災(zāi)害：

1)雜散電流可感應(yīng)產(chǎn)生雜散電磁場(chǎng)，干擾重要敏感信息技術(shù)設(shè)備的正常工作。

2)雜散電流可能因不正規(guī)通路導(dǎo)電不良而打火，引燃可燃物起火。

3)雜散電流如以大地為通路返回電源，可能形成電池，因電化學(xué)腐蝕接地極、地下基礎(chǔ)鋼筋或金屬管道等金屬部分。

圖1 兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，正常單相電流流向

圖2 兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，接地故障電流流向

GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005、GB/T50065-2011中的一點(diǎn)接地規(guī)定正是基于消除多電源TN系統(tǒng)雜散電流以滿足電磁兼容性要求，而GB50303-2002對(duì)此未作考慮[6]。下面就對(duì)兩種做法作一比較。

2 變壓器中性點(diǎn)直接就地接地

當(dāng)兩臺(tái)變壓器的主進(jìn)開(kāi)關(guān)為3P、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為4P以及主進(jìn)開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為4P時(shí)，雜散電流是否存在呢？分析過(guò)程同上，限于篇幅原因，此處不一一繪圖，僅列表如下(表1)。從防范雜散電流的角度來(lái)看，主進(jìn)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為4P的效果是最好的，主進(jìn)開(kāi)關(guān)為3P、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為4P的效果次之，主進(jìn)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為3P的效果是最差的。

但是主進(jìn)開(kāi)關(guān)用4P有以下幾點(diǎn)問(wèn)題：1)N母排裝設(shè)開(kāi)關(guān)，增加“斷零”危險(xiǎn)；2)4P開(kāi)關(guān)浪費(fèi)；3)中性點(diǎn)這段出線是PEN線，主進(jìn)用4P違反了“PEN線不得斷開(kāi)”的強(qiáng)制性條文。盡管如此，各別地區(qū)審圖仍要求采用4P開(kāi)關(guān)。

表1 中性點(diǎn)直接接地時(shí)，雙變壓器開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)與雜散電流的關(guān)系

圖3 GB/T16895.1-2008/ IEC60364-1:2005/、GB/T50065-2011 中多電源TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)接地的設(shè)置

圖4 含兩臺(tái)變壓器變電所的系統(tǒng)接地實(shí)施

實(shí)施中性點(diǎn)直接就地接地后，低壓屏內(nèi)帶電導(dǎo)體除相母線外，另外的母線標(biāo)注為N母排，此時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)用4P值得推薦，因?yàn)閱闻_(tái)變壓器帶兩組低壓屏的運(yùn)行狀態(tài)較少，而兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí)此種方式有效減少了雜散電流。因此，《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50054-2011)3.1.16條規(guī)定“在電路中需防止電流流經(jīng)不期望的路徑時(shí)，可選用具有斷開(kāi)中性極的開(kāi)關(guān)電器[6]” ；《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16-2008)第7.5.3條規(guī)定“TN-C-S、TN-S系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，應(yīng)采用切斷相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體的四級(jí)開(kāi)關(guān)[7]” 。

減少雜散電流和采用3P開(kāi)關(guān)是一對(duì)矛盾體：采用3P開(kāi)關(guān)，必然會(huì)產(chǎn)生雜散電流；而減少雜散電流，需要采用4P開(kāi)關(guān)。解決矛盾的辦法就是IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一點(diǎn)接地方法。

3 一點(diǎn)接地

引言中已提到《低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評(píng)估和定義》(GB/T16895.1-2008/IEC 60364-1：2005)、《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50065-2011)關(guān)于一點(diǎn)接地的文字規(guī)定。其實(shí)施如圖3、4。圖中，各處標(biāo)注的含義如下：

1：不允許電源中性點(diǎn)直接就地接地。

2：兩電源中性點(diǎn)間的連接線必須加以絕緣，這根線的作用類同PEN線，但不得從這根連接線的回路上連接用電設(shè)備。

3：只能在此處將此連接線和PE線相連接而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地，此連接點(diǎn)可在多臺(tái)變壓器的變電所低壓配電盤內(nèi)，也可在電氣裝置電源進(jìn)線的總配電箱內(nèi)。

4：電氣裝置內(nèi)的PE線可多次重復(fù)接地[1]。

在這兩本規(guī)范中，多電源TN系統(tǒng)沒(méi)有TN-S系統(tǒng)，規(guī)范對(duì)此系統(tǒng)的表述為“對(duì)用電設(shè)備采用單獨(dú)的PE和N的多電源TN-C-S系統(tǒng)”。也就是說(shuō)對(duì)于樓內(nèi)設(shè)有變電站的建筑物來(lái)說(shuō)，其整體是TN-S系統(tǒng)，但變電所這個(gè)小系統(tǒng)是TN-C-S系統(tǒng)。

“一點(diǎn)接地”并不是指PE保護(hù)接地線的接地，而是指從變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出的PEN線的接地。即從電源中性點(diǎn)引出的PEN線只能在低壓配電柜或總配電屏處與PE線一點(diǎn)接地。在同一建筑物內(nèi)，不得再在其他處接地。這是對(duì)于電源處的系統(tǒng)接地所作的規(guī)定。當(dāng)從此系統(tǒng)引出TN-C和TN-C-S系統(tǒng)時(shí)，在電氣裝置外的低壓配電線路上只要有可能就需將PEN線做重復(fù)接地，因?yàn)镻EN線內(nèi)有中性線電流產(chǎn)生的電壓降導(dǎo)致PEN線的對(duì)地電位，重復(fù)接地可降低這一電位。而對(duì)PE線而言，無(wú)論是哪一種接地系統(tǒng)，也不論是在電氣裝置內(nèi)或外，只要有可能，將PE線多次重復(fù)接地以降低電氣裝置外露導(dǎo)電部分的電位總是有好處的。

圖4所示為兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí)，正常單相電流In及單相接地故障電流Id的流向，均無(wú)雜散電流。同理可分析兩臺(tái)變壓器主進(jìn)開(kāi)關(guān)只合其中一臺(tái)且聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合的情形，也是沒(méi)有雜散電流的。

4 實(shí)施一點(diǎn)接地應(yīng)注意的問(wèn)題

從以上分析可看出，一點(diǎn)接地既能防范雜散電流，又不必為此使用4P開(kāi)關(guān)，好處顯而易見(jiàn)。但是目前全盤否定中性點(diǎn)直接就地接地的做法不太現(xiàn)實(shí)，從設(shè)計(jì)角度看有以下兩點(diǎn)原因：其一，很多設(shè)計(jì)者還沒(méi)有意識(shí)到雜散電流的危害，畢竟多年來(lái)一直采用多點(diǎn)接地似乎也沒(méi)有造成很明顯的危害，況且作為實(shí)際存在的雜散電流，無(wú)測(cè)量出的定量值以及計(jì)算方法，讓人感覺(jué)雜散電流僅停留在理論階段；其二，在新的強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集實(shí)施之前，現(xiàn)有規(guī)范間存在矛盾，供電部門也不認(rèn)可變壓器中性點(diǎn)在低壓屏內(nèi)一點(diǎn)接地的實(shí)施方法，使得設(shè)計(jì)者執(zhí)行起來(lái)難度很大。好在《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(征求意見(jiàn)稿)》中刪除“接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)直接連接”的規(guī)定，改為“變壓器中性點(diǎn)的接地連接型式及接地電阻值必須符合設(shè)計(jì)要求?！边@為我們?cè)O(shè)計(jì)院執(zhí)行并推廣“一點(diǎn)接地”提供了可能。目前過(guò)渡階段可先在數(shù)據(jù)中心、爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所等雜散電流對(duì)其影響較大的場(chǎng)所采用一點(diǎn)接地法，并逐步實(shí)現(xiàn)所有多電源系統(tǒng)的一點(diǎn)接地。

實(shí)施一點(diǎn)接地應(yīng)注意的問(wèn)題：

1)變電所實(shí)施一點(diǎn)接地，低壓屏內(nèi)帶電回路導(dǎo)體名稱分別為L(zhǎng)1、L2、L3、PEN，不帶電回路導(dǎo)體名稱為PE。因此低壓配電屏的主進(jìn)及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)切不可使用4P開(kāi)關(guān)。

2)對(duì)于多電源系統(tǒng)的一點(diǎn)接地，不是每臺(tái)電源都需在其各自的低壓屏內(nèi)一點(diǎn)接地，而是多電源作為整體，在任一臺(tái)電源的低壓屏內(nèi)將PEN線與PE線一點(diǎn)連接。

3)此系統(tǒng)可引出除IT系統(tǒng)外的TN-C、TN-S、TN-C-S及TT系統(tǒng)。引出TN-C-S系統(tǒng)時(shí)需注意：TN-C-S系統(tǒng)使用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器時(shí)，PEN導(dǎo)體不得接在其負(fù)荷側(cè)，保護(hù)導(dǎo)體與PEN導(dǎo)體的連接應(yīng)在剩余電流動(dòng)作保護(hù)器電源側(cè)進(jìn)行。

[1] 王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)(第三版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2] 中機(jī)中電設(shè)計(jì)研究院. GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005 低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評(píng)估和定義[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 中國(guó)電力科學(xué)研究院.GB/T50065-2011交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

[4] 浙江省開(kāi)元安裝集團(tuán)有限公司.GB 50065-2002 建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002.

[5] 王厚余.變電所的系統(tǒng)接地和雜散電流[J].建筑電氣,2007,26(9)：4-7.

[6] 凌智敏.多電源TN系統(tǒng)的N線在哪里一點(diǎn)接地[J].建筑電氣,2013,32(5)：3-11.

[7] 中機(jī)中電設(shè)計(jì)研究院有限公司.GB 50054-2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

[8] 中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院.JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

王 穎

2008年碩士畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣工程專業(yè)，工程師，國(guó)家注冊(cè)供配電工程師。

Implementation of Multi-power System Grounding in 10/0.4kV Substations

Wang Ying / Qin Yuangang

本文通過(guò)對(duì)多電源10/0.4kV變電所系統(tǒng)接地實(shí)施的兩種做法——變壓器中性點(diǎn)直接就地接地法及一點(diǎn)接地法進(jìn)行比較，說(shuō)明一點(diǎn)接地法在防范雜散電流方面明顯優(yōu)于變壓器中性點(diǎn)直接就地接地法，并列舉實(shí)施一點(diǎn)接地法應(yīng)注意的問(wèn)題。

系統(tǒng)接地 多電源TN系統(tǒng) 雜散電流 一點(diǎn)接地 中性點(diǎn)直接就地接地

Through making comparison of two working methods for multi-power system grounding in 10/ 0.4kV substations: transformer neutral point direct earthing and one-point earthing, this paper points out that one-point earthing method is better than transformer neutral point direct earthing in the aspect of preventing stray current, and highlights the issues that should be concerned if implementing one-point earthing method.

system earthing, multiple power TN system, stray current, one-point earthing, neutral point direct earthing