10 kV变电站接地与单相接地保护有关问题探讨
10 kV变电站的接地分为电源中性点接地与电气设备外露导电部分接地。前者称为系统接地或功能性接地，后者称为保护接地。系统接地是为了在发生单相接地故障后，不接地两相对地电压不会升高为线电压；故障点经过地与电源还可以形成回路，从而产生很大的故障电流，保证继电保护可靠动作将故障回路切除；使变电站能够很快进入正常与安全运行。
保护接地是为了在发生绝缘损坏后，电气设备外露导电部分对地电位可以降低；对于电源中性点接地的供电系统，还能够在故障点与电源之间经过地形成回路，从而产生很大的故障电流，使继电保护可靠动作将故障回路切除，保证变电站正常运行与人身安全。
1 10 kV 系统发生单相接地故造成危害的原因
为了提高供电的可靠性，我国10 kV供电系统，目前还采用电源中性点不接地的运行方式。由于供电电源中性点不接地，正常运行时三相对地电容电流基本平衡，三相对地电压为相电压。发生单相接地故障后，接地相对地电压等于零，此相对地电容电流也就为零；未接地两相对地电压升高为线电压，提高了√3倍；此两相对地电容电流也就分别提高了√3倍。接地故障电流等于未接地两相对地电容电流的向量和，也就为未发生单相接地故障时一相相对地电容电流的的3倍，方向由线路流向电源。
假设A相接地， 对地电容电流为：
Ic ＝√3×Ibc＋√3×Icc
＝√3×（Ibc＋Icc）
＝√3×（COS30°×Ibc ＋COS30°×Icc）
＝√3×（√3／2×Ibc＋√3／2×Icc）
＝√3×√3×Ibc
＝3×Ib
向量图见附图。
10 kV变电站变压器与高压开关柜等电气设备外露导电部分都需要进行保护接地。三倍的单相接地故障电容电流，从故障点经过地由线路流向电源时，就会使保护接地线上的对地电压升高，其大小等于单相接地故障电容电流与保护接地电阻的乘积：
Ud＝Idc×Rd
由于10kV供电系统电源中性点不接地，发生单相接地故障后，全系统的接地故障电容电流都要经过接地故障点流向电源。10 kV变电站接地电阻规定为4Ω，如果单相接地故障电容电流等于10 A，保护接地线上的对地电压就升高到40 V。如果单相接地故障电流大于10 A，保护接地线上的对地电压就会升超过安全电压，威胁到人身安全。由于发生单相接地故障后，未接地两相对地电压等于线电压，升高了√3倍，时间过长就会对电气设备的绝缘产生影响，接地故障电容电流增大还容易引起谐振过电压，造成更大的危害。
2 10 kV变电站接地方式与单相接地故障造成危害的关系
10 kV变电站的有10 kV系统接地与220/380V低压系统接地。目前我国10 kV系统为不接地系统，所以只有变压器与高压开关柜等电气设备外露导电部分的保护接地。10 kV变电站的220/380V低压系统，接地形式采用TN－S接地系统或TN－C－S接地系统。
10 kV系统的保护接地与220/380V低压系统的保护接地分开接地，还是统一接地，目前设计规范还没有作出明确的规定。10 kV系统的保护接地与220/380V低压系统的保护接地分开单独接地时，10 kV系统发生发生单相接地故障后，只有变压器与高压开关柜等高压电气设备的保护接地线电压会升高，当两个接地系统的接地装置保持一对距离时，220/380V低压系统的保护接地线上电压不会发生大的变化。10 kV 系统发生单相接地故造成的人身安全危害就可限制在变电站内部，不仅出现危害的范围减小，对于非电气专业人员危害更小。但对电气设备绝缘产生的影响，以及容易引起谐振过电压的危害仍然存在。
对于独立的变电站，10 kV系统与220/380V低压系统的保护接地分开接地还比较容易做到。对于建筑物内部的10 kV变电站，10 kV系统与220/380V低压系统的保护接地分开接地就比较困难。
如果10 kV系统的保护接地与220/380V低压系统的接地采用同一个接地装置统一接地，发生发生单相接地故障后，整个220/380V低压系统的接地线电压就会同时升高，不仅使危害的范围会扩大，对于非电气专业人员危害更大。特别是本10 kV变电站以外，同一10 kV系统的其他单位10 kV系统发生发生单相接地故障后，危害就更大。这点应引起大家的重视。
3 10 kV变电站接地保护设计与单相接地故障造成危害的关系
10 kV变电站的接地设计与10 kV供电系统供电可靠性要求，以及继电保护设计都有较大关系。我国大部分地区10 kV供电系统采用电源中性点不接地的运行方式。有关电气设计规范规定，单相接地故障电流小于10A时，可以只报警不选择性跳闸。单相接地故障电流大于10A时，应动作于选择性跳闸。
单相接地故障电流小于10A时，可以只报警不选择性跳闸。就会在有单相接地故障的情况下运行一定时间。一旦单相接地故障电流或接地电阻发生变化，就容易对人身安全造成危害，一旦出现过电压也会对设备造成更大的危害。
单相接地故障电流大于10A时作于跳闸，对人身与设备安全造成的危害就可以减小。因此10 kV变电站的接地与继电保护设计方案应合理有效。
4 减小10 kV变电站单相接故障危害的几点措施
合理减小10 kV变电站电源中性点的接地电阻，可以在一定程度上减小单相接地故障造成的危害。对于设置在建筑物内部的10 k变电站，10 kV高压系统与220/380V低压系统采用同一个接地装置统一接地后，再采用等电位联结，接地电阻可以很容易达到1Ω，此时发生单相接地故障产生的故障电压就会降低很多。国外有些国家要求要求10 kV变电站接地电阻小于2Ω。我国电信等行业要求接地电阻小于1Ω有一对道理，对减小干扰也有一对作用。
合理设计单相接地保护，提高单相接地保护跳闸的可靠性，也是减小单相接地故障造成危害的一项重要措施。这就需要根据当地供电部门的要求，以及有关电气设计规范进行单相接地保护设计。
10 kV 供电系统的规模不断扩大，发生单相接地故障后故障电流非常大，必须选择性跳闸迅速将故障切除。为了保证发生单相接地故障后，单相接地保护跳闸的可靠性，有些地区10 kV供电系统改变为电源中性点串联电阻接地。发生单相接地故障后，由接地故障点经过大地和电源中性点串联电阻，与电源形成回路，单相接地故障电流可以达到数百安以上，单相接地保护的动作电流比较好整定，跳闸的可靠性就可以更加得到保证。
5 10 kV变电站单相接地保护设计
对于供电电源引此供电系统变电站的10 kV变配电站，需要根据当地供电部门的要求进行单相接地保护的设计。供电系统上一级变电站一般都有单相接地保护。10 kV变配电站规模比较小时，可以不设计单相接地保护，或只设计Y / Y / △ 型电压互感器与接地监视装置，进行单相接地报警。
10 kV变配电站规模比较大时，除设计Y / Y / △ 型电压互感器与接地监视装置，进行单相接地报警外，也可以在电源进线处安装安装零序电流互感器，采用具有小电流接地选线功能的变电站综合自动化电源进线保护装置，动作于报警。这样一旦发生单相接地故障后，就可以检测出是否为本变电站发生单相接地故障。出线回路较多时，也可在各路出线安装零序电流互感器，与Y / Y / △ 型电压互感器相配合，通过小电流接地选线装置，或采用具有小电流接地选线功能的变电站综合自动化装置，实现单相接地保护，动作于报警或有选择性的跳闸。
对于供电电源引此10 kV为串联电阻接地供电系统时，10 kV变配电站应按照供电部门要求设计单相接地保护，并按照最大不平衡负荷电流选择零序电流互感器，与保护动作电流整定。安装零序电流互感器有困难时，可以采用从三相式电流互感器二次侧中性线采集零序电流的零序滤序器方案。
电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB50062－92）第4.0.11与12条规定，单相接地保护可采用利用高压侧三相式过电流保护、安装于低压侧中性线上的零序电流互感器以及安装于低压侧的三相电流互感器三种方式。
对于利用高压侧三相式过电流保护进行单低压侧相接地保护的10 /0.4kV变电站，当低压侧母干线末端发生单相接地故障灵敏系数达不到要求时，应采用安装于变压器低压侧中性线上的零序电流互感器进行单相接地保护。此时变压器低压侧中性线（PEN）由变压器低压侧中性点采用绝缘导线引出后，需要先经过零序电流互感器再接到接地母排；低压开关柜的中性线（N）母排也需要采用绝缘导线接到接地母排。保护接地线（PE）可直接接到接地母排。如果低压开关柜的中性线（N）母排再由变压器低压侧中性点直接引出，就会产生分流而影响单相接地保护的准确动作，另外变压器低压侧中性点一般也不允许引出两根导线。
6 结束语
10 kV变电站接地与单相接地保护，关系到人身与电气设备的安全。在采用变电站综合自动化（微机保护）装置以后，10 kV变电站接地与单相接地保护设计中，出现了许多新的问题，目前有关电气设计规范与电气设计手册的修订还需要有一个过程。通过大家相互交流与讨论，可以在一定程度上解决10 kV变电站接地与单相接地保护设计上的一些问题；对有关电气设计规范与电气设计手册的修订，也会起到一定的推动作用。
