選煤廠低壓配電接地系統(tǒng)分析

王國(guó)偉

（北京華宇工程有限公司，北京，100120）

選煤廠低壓配電接地系統(tǒng)分析

王國(guó)偉

（北京華宇工程有限公司，北京，100120）

380 V與660 V配電系統(tǒng)在選煤廠中應(yīng)用較為普遍。本文主要論述了中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)與中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)，分析了380 V接地系統(tǒng)和660 V接地系統(tǒng)工作狀態(tài)，闡述了660 V系統(tǒng)接地電阻器阻值選取與漏電保護(hù)整定計(jì)算的方法。該方法實(shí)用性較好。

接地系統(tǒng)；接地電阻；漏電保護(hù)

引言

目前選煤廠低壓配電系統(tǒng)主要選用380 V三相四線制和660 V三相三線制配電系統(tǒng)，中性點(diǎn)接地方式為中性點(diǎn)直接接地（380 V），中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地（660 V）。其中主要?jiǎng)恿υO(shè)備（其功率較大）的電壓等級(jí)選用660 V，照明、檢修與控制電源的電壓等級(jí)選用380/220 V的較多；也有選煤廠低壓電壓等級(jí)全部選用380 V。

選煤廠采用660 V供電與380 V供電系統(tǒng)相比，可取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益［1］：一是減少低壓電網(wǎng)的投資；二是可減少電網(wǎng)的損耗1.5%～4%；三是可節(jié)約有色金屬40%～50%；四是低壓電網(wǎng)輸送能力增加至原來的3倍。

1 中性點(diǎn)接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)選擇與安裝對(duì)用電安全、保證設(shè)備安全等方面作用非常關(guān)鍵。中性點(diǎn)指電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機(jī)與變壓器接成星型的公共點(diǎn)，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式就是指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)和大地間的電氣連接方式［2］。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，即380 V接地系統(tǒng)，是指系統(tǒng)過電壓水平較低，輸變電設(shè)備所需的絕緣水平也較低。一般來說，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓升高控制在系統(tǒng)額定電壓的80%以內(nèi)。但是當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障的狀況時(shí)，斷路器會(huì)因?yàn)槎搪冯娏鞯倪^大而跳閘，從而不利于供電的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，單相短路電流一旦超過三相短路電流，就容易引起斷路器分?jǐn)嗄芰Φ墓收?，從而干擾通信線路。

中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)，即660 V接地系統(tǒng)，是指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)阻值為數(shù)百至數(shù)千歐姆的電阻器接地，如此可以將大部分的諧振過電壓消除掉，在一定程度上可以限制單相間歇弧光接地過電壓。如出現(xiàn)接地故障狀況時(shí)，如出現(xiàn)單相接地故障電流小于10A的情況時(shí)，也可以確保系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)行。選煤廠660 V單相接地故障電流為毫安級(jí)的，故供電可靠性高。

1.1660 V供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

選煤廠660 V供電系統(tǒng)下，配電電壓提高到660 V后應(yīng)著重考慮的是人身安全問題。

按照傳統(tǒng)電氣安全理論，從人身觸電安全參量，即30 mAs作為判據(jù)（計(jì)算人身觸電電流時(shí)，一般按人身電阻1000 Ω）。這可以理解為，當(dāng)通過的人體的電流最大達(dá)到150 mA時(shí)，僅能在人體內(nèi)存在0.2 s。而一旦電流加大至500 mA時(shí)，時(shí)間就銳減到60 ms。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)當(dāng)首先重視人身觸電電流可能出現(xiàn)的最大值以及人體內(nèi)存在時(shí)間的長(zhǎng)短，也即漏電保護(hù)的全斷電時(shí)間［3］。

當(dāng)人體發(fā)生單相觸電時(shí)，計(jì)算當(dāng)人體接觸A相時(shí)流過人體電流如下：

如圖1所示，按結(jié)點(diǎn)定律（即∑I=0），則流過O點(diǎn)的電流為［4-9］

以C1、C2、C3來表示A、B、C三相對(duì)地電容；

以g1、g2、g3來表示A、B、C 三相對(duì)地電導(dǎo)；

以g0來表示變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電導(dǎo)；

以gh來表示人體電導(dǎo)；

以E來表示相電壓。

圖1　中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)向量圖

通常我們將相對(duì)地電容與電導(dǎo)視為相等，也就是C1=C2=C3=C，g1=g2=g3=g；由于電纜的絕緣電阻很大，故有以下公式：

用Matlab軟件繪制R0的變化關(guān)系曲線如圖2所示（曲線由下至上對(duì)地電容C分別取0.5、0.8、1、1.2、1.8、2、3、3.5 μF；y軸表示I（A），x軸表示R0（Ω）；Rh=1000 Ω）。

圖2　人體發(fā)生單相接地時(shí)與R0的變化關(guān)系曲線圖（圖中標(biāo)示出的點(diǎn)為最小值點(diǎn)）

用Matlab軟件繪制I（A），R0（Ω），C（F）的變化關(guān)系曲線如圖3所示（Rh=1 000 Ω）。

圖3　人體發(fā)生單相接地時(shí)R0，C的變化關(guān)系三維圖

從圖2與圖3中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人體觸及帶電相時(shí)，有以下結(jié)論：

對(duì)地電容C=1 μF不變時(shí)，當(dāng)R0=1 765 Ω時(shí)，值最小，為0.239 6 A；

對(duì)地電容C=2 μF不變時(shí)，當(dāng)R0=690 Ω時(shí)，值最小，為0.345 3 A；

當(dāng)取最小值時(shí)，對(duì)地電容C值與R0值成反比；

當(dāng)R0值不變時(shí)，對(duì)地電容C值與值成正比。

1.2接地方案比較

當(dāng)故障點(diǎn)為金屬性接地短路時(shí)（Rh=0 Ω）：

用matlab軟件繪制與R0的變化關(guān)系曲線如圖4所示（曲線由下至上對(duì)地電容C分別取0.5、0.8、1、1.2、1.8、2、3、3.5（μF）；y軸表示I（A），x軸表示R0（Ω）；Rh=0 Ω）。

圖4　金屬性接地時(shí)與R0的變化關(guān)系曲線圖

用Matlab軟件繪制I（A），R0（Ω），C（F）的變化關(guān)系曲線如圖5所示（Rh=0 Ω）。

圖5　當(dāng)金屬性接地時(shí)R0，C的變化關(guān)系三維圖

從圖4與圖5中可以明顯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人體觸及帶電相時(shí)，有以下結(jié)論：

對(duì)地電容C=1 μF不變時(shí)，當(dāng)R0=1765 Ω時(shí)，值不是最小，為0.417 9 A；

對(duì)地電容C=2 μF不變時(shí)，當(dāng)R0=690 Ω時(shí)，值不是最小，為0.903 5 A；

R0值不變時(shí)，對(duì)地電容C值與值成正比；

C值不變時(shí)，R0值與值成反比。

電纜在一定程度上與對(duì)地電容值、敷設(shè)方式以及材質(zhì)密切相關(guān)，尤其是敷設(shè)方式將會(huì)大大影響電纜效果。選煤廠內(nèi)的低壓動(dòng)力電纜一般都是沿電纜溝和梯級(jí)型電纜橋架敷設(shè)，通常電纜單位對(duì)地電容取200～400 pF/m。而且選煤廠內(nèi)每個(gè)變壓器所帶回路的電纜長(zhǎng)度基本都在5 000 m～10 000 m之間，即C≥1μF，則電流≥239.6 mA，由此可見，我們至少選擇200 mA及以上的漏電繼電器。在現(xiàn)實(shí)生活中，電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)通常出于不完全對(duì)稱相等的狀態(tài)。電網(wǎng)中性點(diǎn)出現(xiàn)零序電流屬于正常現(xiàn)象，其中造成的電流值因太小在實(shí)際中可以忽略不計(jì)。

2 漏電（零序）電流保護(hù)

1）整定原則在漏電（零序）電流保護(hù)器的體現(xiàn)：

① 在故障支路的互感器中，整定電流應(yīng)不大于漏電電流；

② 在非故障支路的互感器中，正定電流應(yīng)不小于漏電電流；

③ 由于對(duì)地電容電流隨著線路的遠(yuǎn)近距離而大小不一，越靠近電源側(cè)電流越大，因而整定值應(yīng)根據(jù)電流的大小作出相應(yīng)調(diào)整，靠近電源側(cè)越大，線路末端越小。

④ 在多級(jí)供電系統(tǒng)中，為確保系統(tǒng)縱向漏電保護(hù)選擇性的正常使用，最前級(jí)與末級(jí)之間的延時(shí)時(shí)間應(yīng)相應(yīng)縮短，即最前級(jí)延時(shí)1 s，中間0.4 s，末級(jí)應(yīng)整定在瞬時(shí)動(dòng)作［4］。

2）電動(dòng)機(jī)回路宜加裝漏電電流保護(hù)，正常情況，零序電流很小，可以忽略，漏電繼電器不會(huì)誤動(dòng)作；饋出回路（為成套柜配電的回路）不宜加裝漏電電流保護(hù)，因其三相不平衡情況比較多，經(jīng)常會(huì)用到660/220伏變壓器用作控制電源，造成零序電流過大，使漏電保護(hù)誤動(dòng)作。

3 結(jié)論

選煤廠的380 V接地系統(tǒng)多采用TN-S系統(tǒng)，660 V接地系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)，并作等電位聯(lián)結(jié)。一般對(duì)地電容在選煤廠660 V配電系統(tǒng)中多為1 μF ～2 μF；由此選擇的電阻器多為阻值為1 400 Ω的電阻器，這也是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)。考慮到漏電繼電器的精度誤差，漏電繼電器整定值取100 mA ～200 mA。

［1］顧永輝. 工礦企業(yè)660V供電［M］. 北京: 煤炭工業(yè)出版社， 1997.

［2］中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑電氣分會(huì). 建筑供配電新技術(shù)［M］. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2010.

［3］高彥， 王彥文， 司書巍， 等. 選煤廠660V高阻接地系統(tǒng)選擇性漏電保護(hù)裝置的研究［C］// 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)， 2007.

［4］王國(guó)偉， 楊麗， 王海潮. 選煤廠660V供電系統(tǒng)的接地保護(hù)技術(shù)研究［J］. 煤礦機(jī)電， 2012（4）: 30-32.

［5］張振軍， 李武寧， 申耀克. 建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中各種接地系統(tǒng)的分析［J］. 科技與企業(yè)， 2014（5）: 306.

［6］劉珍， 于合蕊. 選煤廠低壓配電接地系統(tǒng)的應(yīng)用及其保護(hù)措施［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2014（15）: 146.

［7］藺怡. 建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中各種接地系統(tǒng)的分析［J］. 黑龍江科技信息， 2014（16）: 79.

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［9］聶慧敏. 建筑電氣低壓配電設(shè)計(jì)中各種接地系統(tǒng)分析［J］. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品， 2015（9）: 73.

王國(guó)偉（1983-），男，漢族，遼寧阜新人，碩士，工程師，主要從事煤礦選煤廠的電氣設(shè)計(jì)工作。

E-mail: wangguowei37@163.com

Analysis on Neutral Grounded System in Coal Preparation Plant

Guowei Wang（Beijing Huayu Engineering Co.， Ltd.， Beijing， 100120， China）

The power distribution system of 660 V and 380 V are more popular in coal preparation plant. This paper mainly discusses the neutral point direct grounding system and neutral point through the high resistance grounding system， that is， 380 V grounding system and 660 V grounding system， and the neutral grounded system of 660 V （the neutral grounded system with the high resistance）， which expounds practical method of resistance selection to grounded resistor， and the setting method about the system leakage protector. This method has good feasibility.

Grounded System； Grounded Resistance； Electric Leakage Protection

TF808

A

2095-8412 （2016） 04-738-03

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.042