核電中壓系統(tǒng)接地方式探討

胡周陽(yáng) 劉濤

摘 要：國(guó)內(nèi)某核電6.6kV中壓系統(tǒng)在中性點(diǎn)接地方式采用不接地的基礎(chǔ)上，同時(shí)增加了一套消弧線圈和選線屏裝置，應(yīng)對(duì)在不同工況下的特殊需求，防止中壓設(shè)備在發(fā)生接地故障時(shí)由于過(guò)大接地電容電流對(duì)事故擴(kuò)大。

關(guān)鍵詞：中壓系統(tǒng)；消弧線圈；不接地

一、中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

1.中壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地方式

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，允許繼續(xù)允許2h。它具有較高的供電可靠性。同任何一種接地方式一樣，它也有其運(yùn)行中需要解決的問(wèn)題，主要是中壓電網(wǎng)常見的一些鐵磁諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、中性點(diǎn)偏移。

2.中壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)電抗（電阻）接地方式

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997（交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合）3.1.2條規(guī)定：

3～10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35、66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容電流不超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過(guò)下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。

（1）3～10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35、66kV系統(tǒng)，10A。

（2）3～10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)電壓為：

1）3kV和6kV時(shí)，30A；

2）10kV時(shí)，20A；

3）3～10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，30A。

3.1.4條規(guī)定：

6～35kV主要由電纜線路構(gòu)成的送配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大時(shí)，可采用低電阻接地方式。

中性點(diǎn)接地方式有4類：

（1）高電阻、中電阻和小電阻接地；

（2）高電抗、中電抗和小電抗接地；

（3）不接地和消弧線圈接地；

（4）直接接地。

二、消弧線圈的工作原理

在中性點(diǎn)與大地之間接入消弧線圈后，發(fā)生單相接地，其單相接地電容電流將會(huì)得到有效補(bǔ)償，當(dāng)故障點(diǎn)的殘余電流降至10A以下，就可使故障點(diǎn)電弧不易重燃，從而防止事故擴(kuò)大。因此通常把接有消弧線圈的電網(wǎng)稱為補(bǔ)償電網(wǎng)或諧振接地系統(tǒng)。

中性點(diǎn)接入消弧線圈后，發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地點(diǎn)的接地電流為消弧線圈的電感電流與系統(tǒng)電容電流之相量和，因電感電流與電容電流方向相反，可互相抵消，減少了通過(guò)接地點(diǎn)的電流，當(dāng)殘流小于10A（一般控制在5A左右）使接地電弧過(guò)零后易于熄滅，從而防止事故擴(kuò)大。根據(jù)加入消弧線圈的電感量的大小，所產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償程度的不同，可以為完全補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償。

三、自動(dòng)選線裝置

諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，故障電流值較小以及故障電弧的不穩(wěn)定等因素，造成接地故障的選線的困難。

按照利用信號(hào)的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)分量，選線技術(shù)分為穩(wěn)態(tài)選線和暫態(tài)選線兩大類。穩(wěn)態(tài)選線有S注入法、5次諧波法、零序有功率方向法、殘流增量法、中電阻法和小擾動(dòng)法等，暫態(tài)選線有首半波法、小波變換法和暫態(tài)電流方向法等。

S注入法原理是在發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)運(yùn)行中母線三相電壓互感器的中性點(diǎn)向接地線路注入一個(gè)特殊信號(hào)，從故障線路接地點(diǎn)流回形成通路，用信號(hào)探測(cè)器檢測(cè)每一條線路，有注入信號(hào)流過(guò)的線路，從而可確定為故障線路。S注入法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響，不要求裝設(shè)零序電流互感器，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為廣泛。由于注入信號(hào)頻率特殊，可以容易從工頻、諧波等干擾信號(hào)中提取，S注入法具有較高的可靠性，其選線正確性高于5次諧波法。

四、核電廠中壓系統(tǒng)

核電通過(guò)GEV系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過(guò)主變壓器輸送給電網(wǎng)，以及通過(guò)高壓廠用變壓器向LGA、LGB、LGC、LGD、LGE、LGF、LGIA/B供電。高壓廠用變壓器包括兩臺(tái)降壓變壓器，它們T接在24kV封閉母線上，為廠用設(shè)備供6.6kV電源，降壓變壓器A為L(zhǎng)GA、LGB、LGC、LGD、LGIA/B提供6.6kV電源，降壓變壓器B為L(zhǎng)GE、LGF提供6.6kV電源。降壓變壓器初級(jí)線圈繞組為三角形連接，次級(jí)線圈繞組為星型連接，原設(shè)計(jì)6.6kV為不接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)未引出。

在機(jī)組正常運(yùn)行條件下，廠用電設(shè)備配電系統(tǒng)由24kV母線經(jīng)過(guò)高壓廠用變壓器供電。24kV母線在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由發(fā)電機(jī)供電，當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)則由500kV超高壓電網(wǎng)經(jīng)過(guò)開關(guān)站及主變壓器向廠內(nèi)系統(tǒng)供電。如果24kV母線失電或高壓廠變故障，則由220kV電網(wǎng)經(jīng)過(guò)輔助變壓器向常備、應(yīng)急和共用設(shè)備供電。如果24kV母線失電或高壓廠變故障，則由220Kv電網(wǎng)經(jīng)過(guò)輔助變壓器向常備、應(yīng)急和共用設(shè)備供電。如果主電網(wǎng)和輔助電網(wǎng)均失電時(shí)，則由柴油發(fā)電機(jī)向應(yīng)急設(shè)備供電。

在該核電，負(fù)荷切換還有兩種情況：（1）由于某種故障，500kV斷路器跳閘，轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行；（2）廠用常備負(fù)荷、應(yīng)急和公用廠用設(shè)備切換到220kV輔助電源供電。

五、限制單相接地電容電流方案

根據(jù)電纜集團(tuán)提供的6.6kV電纜電容參數(shù)重新計(jì)算電容電流，LGIB的電容電流為27.25A，不計(jì)及LGIB母線的電容電流為17.36A，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，6.6kV系統(tǒng)無(wú)法帶接地點(diǎn)運(yùn)行，在不改變廠用電接地線的情況下，無(wú)法有效限制電容電流。

因此，在電廠正常運(yùn)行時(shí)，6.6kV系統(tǒng)維持中性點(diǎn)不接地的方式；發(fā)生單相故障時(shí)報(bào)警，并將消弧線圈投入，高壓廠變和輔助變低壓中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，中性點(diǎn)的位移電壓產(chǎn)生感性電流流過(guò)接地點(diǎn)，補(bǔ)償電容電流，將接地點(diǎn)的綜合電流限制在10A以下，達(dá)到自動(dòng)熄弧、選線、繼續(xù)供電的目的。之后，切除該消弧線圈。這樣既滿足RCC-E相關(guān)要求，又能消弧并選線。

為了提高接地保護(hù)靈敏度和選擇性，在消弧線圈的二次側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電阻，當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷變化時(shí)，需要改變消弧線圈的分接頭以適應(yīng)廠用電系統(tǒng)電容電流的變化，但消弧線圈變比改變后又改變了接地點(diǎn)的電流值。為了保持接地故障電流不變，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)二次側(cè)的電阻，所以二次電阻應(yīng)有與消弧線圈分接頭相匹配的調(diào)節(jié)分接頭。

消弧線圈采用以過(guò)補(bǔ)償為基礎(chǔ)的運(yùn)行時(shí)，既按照補(bǔ)償系統(tǒng)最大電容電流為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，消弧線圈的容量為60kVA左右。

在變壓器中性點(diǎn)接入消弧線圈后，因串聯(lián)諧振的關(guān)系，中性點(diǎn)位移電壓將遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)的中性點(diǎn)殘余電壓，在中性點(diǎn)還必須裝設(shè)電壓互感器測(cè)量變壓器中性點(diǎn)位移電壓。

在調(diào)試過(guò)程，發(fā)現(xiàn)投運(yùn)的消弧線圈設(shè)備計(jì)算不準(zhǔn)，檢查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)過(guò)于平衡，計(jì)算過(guò)程中，中性點(diǎn)電壓最大不超過(guò)6V，中性點(diǎn)電流基本為0，計(jì)算過(guò)程未超過(guò)1mA，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法計(jì)算。我們只能通過(guò)人為方式加大系統(tǒng)的不平衡，計(jì)算電容電流，以便裝置實(shí)現(xiàn)正常補(bǔ)償。我們也是采用注入信號(hào)的方式解決了此問(wèn)題。

六、結(jié)論

我們通過(guò)把兩種中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)劣進(jìn)行分析，取長(zhǎng)補(bǔ)短，根據(jù)不同的工況采用不同的接地方式，并采納了自動(dòng)選線裝置，較好地解決了電廠所遇到的難題。

作者簡(jiǎn)介

胡周陽(yáng)，男，目前在中國(guó)核電工程有限公司調(diào)試部從事電氣調(diào)試，工程師職稱。

（作者單位：中國(guó)核電工程有限公司）