消弧系統(tǒng)加裝小電阻接地成套裝置改造

甘成旺

摘 要：為了及時(shí)切斷故障線路，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定，結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)中性接地系統(tǒng)的發(fā)展，通過研究分析，發(fā)現(xiàn)原有的消弧線圈接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)都各有利弊，結(jié)合曹妃甸煤炭碼頭二期電網(wǎng)工況和設(shè)備實(shí)際，采用消弧線圈并聯(lián)小電阻接地系統(tǒng)的改造設(shè)想，以滿足港口生產(chǎn)對(duì)電力的需求。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；消??；小電阻接地

中圖分類號(hào)：TM475.05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0184-01

1 立項(xiàng)背景

曹妃甸煤炭港務(wù)有限公司是年設(shè)計(jì)吞吐能力5000萬噸的現(xiàn)代化煤炭作業(yè)碼頭，港口供電可靠性是港口正常運(yùn)營(yíng)的根本保證。港口10KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地的方式。當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)單相接地故障還可連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)，對(duì)于瞬時(shí)接地故障不會(huì)啟動(dòng)線路跳閘。由于港區(qū)的電纜線路眾多，電纜故障多為永久性故障，不允許長(zhǎng)期帶故障運(yùn)行，而消弧線圈接地方式使電纜帶故障運(yùn)行，加速了絕緣老化，降低了電纜的使用壽命，甚至影響供電質(zhì)量。

為了滿足港區(qū)生產(chǎn)對(duì)電力的可靠性的要求，在曹妃甸煤二期10KV電網(wǎng)消弧系統(tǒng)上加裝并聯(lián)小電阻成套裝置改造，與西門子7SJ62微機(jī)保護(hù)密切配合，能及時(shí)切斷故障線路，是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又有效的選擇。

2 設(shè)備改造方案

2.1 消弧線圈并聯(lián)小電阻系統(tǒng)工作原理：

消弧線圈并聯(lián)小電阻接地系統(tǒng)主要由接地變壓器、消弧線圈及其調(diào)節(jié)裝置、小電阻及其投切裝置、電壓互感器、電流互感器等組成，其中控制裝置實(shí)現(xiàn)消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧和控制小電阻投切地兩大功能?？刂蒲b置既能完成電容電流的計(jì)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈進(jìn)行合理補(bǔ)償，又能在永久性接地故障情況下控制小電阻投切，實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)接地方式的靈活轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地兩種方式的并聯(lián)運(yùn)行。

正常運(yùn)行時(shí)，將消弧線圈投入到系統(tǒng)中，小電阻不投入運(yùn)行，投切裝置處于斷開狀態(tài)。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，不會(huì)立刻閉合投切裝置，通過電壓互感器監(jiān)測(cè)中性點(diǎn)電壓，判斷接地故障狀態(tài)。若故障消失，系統(tǒng)則認(rèn)為是瞬時(shí)接地故障，投切裝置不動(dòng)作，保持?jǐn)嚅_狀態(tài)；若接地故障持續(xù)時(shí)間超過整定時(shí)間，系統(tǒng)判定為發(fā)生永久性接地故障，此時(shí)控制投切裝置閉合，投入小電阻產(chǎn)生足夠大的阻性電流，觸發(fā)故障線路零序電流保護(hù)動(dòng)作，切除故障線路；當(dāng)持續(xù)投入小電阻到達(dá)整定時(shí)間后，將投切裝置斷開，退出并聯(lián)的小電阻裝置，恢復(fù)為消弧線圈接地方式。

2.2 小電阻參數(shù)選擇

10KV電力電纜（電纜芯線截面積185mm2）線路每公里單相接地電容電流按下式計(jì)算：

，則港口10kV電網(wǎng)的接地電容電流，查找10kV電網(wǎng)出線電纜的數(shù)據(jù)，所有投入運(yùn)行的出線電纜總長(zhǎng)度∑L=72km，則電力電纜總接地電容電流，則110KV變電站的接地電容電流，以上式中S—電纜線芯的截面積，mm2；Ue—電纜線路額定線電壓，KV；L—出線電纜長(zhǎng)度，km；Ic—電纜接地電容電流，A。

2.2.1 按限制弧光接地過電壓的要求選擇

，其中K—間歇性弧光過電壓倍數(shù)；IR—中性點(diǎn)電阻值，Ω；Ic—電纜接地電容電流，A。

國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和科研人員進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和計(jì)算表明，當(dāng)時(shí)，可將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在1.8倍以內(nèi)，一般選取則=（1～4）*95=（95～380）A。

2.2.2 按保證繼電保護(hù)靈敏度的要求選擇

從滿足繼電保護(hù)靈敏度的角度考慮，K值越大越好（即越大越好），港口12個(gè)10kV變電所10KV饋線柜都有零序保護(hù)功能，且電流起動(dòng)值相當(dāng)小。不論是經(jīng)中值電阻或者是經(jīng)小電阻接地的配電系統(tǒng)，單相接地故障電流遠(yuǎn)大于每條線路的對(duì)地電容電流，一般都能保證零序保護(hù)的靈敏度要求。問題是當(dāng)中性點(diǎn)電阻值過高時(shí)，繼電保護(hù)的靈敏度會(huì)受到影響。按照①所選擇的中性點(diǎn)電阻值 Ω。

2.2.3 從對(duì)人身安全方面考慮

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過故障點(diǎn)的接地短路電流比較大，引起故障點(diǎn)地電位升高，有可能造成跨步電壓、接觸電壓超過允許值。如果此時(shí)人員接近故障點(diǎn)或者是接觸故障電器有可能會(huì)造成人員傷亡。所以從降低故障點(diǎn)的跨步電壓和接觸電壓角度考慮，中性點(diǎn)接地電阻阻值越大越越好。

因此綜上所述，借鑒國(guó)內(nèi)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況，設(shè)備選型需要，選接地電阻電流為300A，Ω，在消弧線圈加裝的并聯(lián)小電阻選擇為20Ω，選用小電阻接地成套裝置型號(hào)為HD-BNR-10/20（規(guī)格：系統(tǒng)額定電壓10.5kV，短時(shí)通流電流300A，短時(shí)通流時(shí)間10S，標(biāo)稱阻值20Ω），將2套小電阻接地成套裝置分別并聯(lián)接到消弧系統(tǒng)接地變壓器中性點(diǎn)。

2.3 小電阻延時(shí)投入時(shí)間選擇

當(dāng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，消弧線圈開始滅弧，經(jīng)過一段延時(shí)t1后，投入小電阻。t1的選擇應(yīng)大于瞬時(shí)單相接地故障的恢復(fù)時(shí)間，且小于設(shè)備帶故障運(yùn)行的允許時(shí)間，t1值應(yīng)可調(diào)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的調(diào)節(jié)范圍為5秒～2小時(shí)，借鑒國(guó)內(nèi)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件設(shè)計(jì)為10秒。因此，小電阻成套裝置控制器設(shè)定，發(fā)生單相接地t1=10s，裝置投入，小電阻并聯(lián)接入消弧系統(tǒng)接地變壓器中性點(diǎn)。

2.4 小電阻投入持續(xù)時(shí)間選擇

受并聯(lián)小電阻過載能力的限制，投入小電阻的持續(xù)時(shí)間t2不宜過長(zhǎng)，同時(shí)不應(yīng)小于線路零序保護(hù)動(dòng)作所需要的時(shí)間，即應(yīng)滿足t2≥2（t3+t4）+△t.式中t3為零序保護(hù)繼電器動(dòng)作時(shí)間，t4為線路保護(hù)斷路器分閘時(shí)間，△t為裕度時(shí)間。港口10kV電網(wǎng)開關(guān)饋線柜采用的保護(hù)為西門子7SJ62，其零序保護(hù)繼電器動(dòng)作時(shí)間為0.045s，線路斷路器分閘時(shí)間為0.05s，裕度時(shí)間為0.5s，則t2≥2（0.045+0.05）+0.5=0.69s，結(jié)合實(shí)際情況將小電阻成套裝置控制器短時(shí)通流時(shí)間調(diào)整為t2=8s，當(dāng)小電阻短時(shí)通流大于等于300A，并且持續(xù)時(shí)間超過8秒，控制器切除小電阻，保護(hù)小電阻成套裝置過熱損毀，作為裝置的后備保護(hù)。

2.5 出線柜零序保護(hù)定值的設(shè)定

出線柜零序保護(hù)定值應(yīng)躲過最大15%相電壓的不平衡電壓造成的零序電流A，再乘以可靠性系數(shù)1.4，設(shè)定為零序保護(hù)電流值60A，動(dòng)作于跳閘；動(dòng)作時(shí)間應(yīng)躲過間歇性單相接地峰值，結(jié)合實(shí)際情況，確定為2s。

將12個(gè)10kV變電所所有162面10kV饋線柜（包括未接電纜的備用柜）零序保護(hù)動(dòng)作跳閘功能開通，設(shè)定值為60A，2S動(dòng)作于開關(guān)跳閘。

考慮電網(wǎng)上下級(jí)開關(guān)配合，將110kV變電站29面10kV出線開關(guān)柜零序電流值設(shè)定為85A，4S，對(duì)應(yīng)變電所10kV進(jìn)線開關(guān)零序保護(hù)值設(shè)定為70A，3S（以上計(jì)算60A加上每個(gè)變電所平均電容電流按958=12A，分別取85A，70A。

3 應(yīng)用情況

在消弧線圈加裝并聯(lián)小電阻的改造后，發(fā)生故障后10S投入小電阻，故障點(diǎn)與小電阻及地形成電流通路，2S后相應(yīng)故障線路開關(guān)繼電保護(hù)裝置零序保護(hù)可靠動(dòng)作，從故障發(fā)生到切除只用了12S，較之前人工故障排查2小時(shí)的效率及準(zhǔn)確性有了質(zhì)的飛躍。

投資少，創(chuàng)造效益大，只是加裝2臺(tái)小電阻接地成套裝置，再加上所有出線開關(guān)繼電保護(hù)裝置零序保護(hù)定值的計(jì)算設(shè)定，還充分利用了原有的消弧系統(tǒng)設(shè)備和出線開關(guān)設(shè)備，節(jié)省了大量的投入，特別適合本港口高壓電纜出線多，工況復(fù)雜的電網(wǎng)，能準(zhǔn)確、可靠、迅速切除故障線路，極大減少停電范圍。