[发明专利]基于多目标优化的TN-C接地系统接地点数量计算方法

说明书

本发明公开基于多目标优化的TN‑C接地系统接地点数量计算方法，针对TN‑C接地系统的接地配置，在考虑接地点均匀分布的情形下，给出同时满足接触电压尽可能低，故障相零序电流尽可能大，且接地成本尽可能低多个目标的接地点配置数量的多目标优化模型，进而利用给定的求解模型计算接地配置数量。本发明的计算方法综合考量以接触电压为最低，故障相零序电流为最大，且接地成本为最低的目标上，给出最优的TN‑C接地系统的接地极数量，便于现场人员合理地选择TN‑C系统的接地极数量。

技术领域

本发明涉及电气系统领域，尤其涉及基于多目标优化的TN-C接地系统接地点数量计算方法。

背景技术

低压配电网是向千家万户供电的末端系统，也是涉及面最广、最能造成用户设备损坏和人身伤亡事故的供电系统。出于供电和安全的需要，低压系统如何接地是个非常重要的问题，由于接地选型不当或在低压系统出现接地故障后处理不当而造成的人身或设备事故时有发生，所以深入分析、解决低压系统有关接地方面的问题具有十分重要的意义。

低压系统接地型式主要有三种，即TN系统、TT系统、IT系统。其中，TN根据工作零线(N)和保护零线(PE)的配置方式，又可分为TN-C、TN-C-S及TN-S系统^[1]。

20世纪中叶，苏联低压配电系统的接地型式基本上都采用TN-C系统。虽然TN-C系统较之TN-S系统可节省一根PE线，但在PEN线断线时，由于过电流保护不能动作，漏电设备长期存在很高的接触电压，容易造成电击危险。近些年来国外也对安装了剩余电流保护器情况下的低压电网可能产生的危害进行研究，文献[2]提到了在安装了漏电保护器后故障时设备依然会产生接触电压的情况。

国外在采用TN-S系统的同时^[3]，也对TN-C系统进行改进，进入建筑物后采用TN-C-S系统，为了降低PEN线断线时的接触电压，在建筑物入口处将它重复接地。美国一直采用重复接地TN-C-S系统。英国把这种重复接地TN-C-S系统也称作多点保护接地系统，目前越来越普遍应用于新的建筑供电。文献[4-6]介绍了国外近年来TN-C-S系统的应用，TN-C-S系统虽然能有效降低PEN线断线时产生的接触电压，但是需要增加一根导线的投资，提高了成本。

为了与IEC标准接轨，提高电气安全性，在上世纪90年代末期，俄罗斯提出将1995年以前的低压配电网从TN-C系统改造成TN-S系统，但是需要几百万公里的导线和电缆，因此建议修改苏联规范，不论架空线路或电缆线路供电，TN-C系统在用户入口处必须进行重复接地^[7]。如高层建筑等大型建筑中不可能实现保护导体的电位尽可能接近地电位时，可以将建筑物内总等电位联结的地下导体作为重复接地体^[8]，这种重复接地TN-C系统的电气安全水平并不比TN-S系统差，因此在国外被普遍采用^[9]，但是IEC标准并没有明确规定重复接地的接地电阻值及接地位置，文献中仍然缺乏对于重复接地安全及经济的合理化配置研究。

在我国，由于70年代时的供用电设备差，加上管理水平落后，致使人身触电伤亡事故时有发生，因此，国家对于低压线路的保护是最先在农村推广使用电压型保护器^[10]，这种保护器适用于配电变压器中性点不接地的运行方式，所以农村低压电网在70年代末至80年代初为安装电压型触电保护器都改为低压侧中性点经高阻接地的运行方式，即《农村低压电力技术规程》所指IT系统。文献[11-13]介绍了IT系统的一些应用。

经过几年的运行，中性点不接地系统不能限制低压电网由于某种原因而引起的对地高电压，如雷击过电压、操作过电压、高低压线路同杆架设等感应过电压^[14]。中性点高阻接地系统中，由于某一相线对地漏电，使其相线对地电压升高至线电压，在维修中测出零线对地带电压，而某一相对地无电压的现象^[15]。虽然电压型保护器当时对降低触电伤亡事故起到了不小的保护作用，但由于它存在着投运率低，保护可靠性差，不可装分路保护及电网运行上的等等缺陷，所以在80年代迅速被电流型保护器替代^[16-17]。