煉鋼10 kV系統(tǒng)接地方式的改進(jìn)

李金啟（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司，河北省涉縣 056404）

煉鋼10 kV系統(tǒng)接地方式的改進(jìn)

李金啟（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司，河北省涉縣 056404）

針對(duì)天鐵熱軋公司煉鋼10 kV供電系統(tǒng)因增容產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，對(duì)供電系統(tǒng)接地方式從經(jīng)濟(jì)和效果等方面進(jìn)行論證，由初期采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地改進(jìn)為中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，并選用XHG新型消弧消諧裝置，有效地解決了因系統(tǒng)擴(kuò)容帶來的問題，通過實(shí)際應(yīng)用取得了較好的效果。

供電系統(tǒng) 中性點(diǎn) 消弧線圈 電阻 接地 改進(jìn)

1 前言

天鐵熱軋板公司煉鋼10 kV配電系統(tǒng)改造前采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，系統(tǒng)由兩臺(tái)63 MVA，110/ 10 kV變壓器配電，1#主變壓器預(yù)留，2#變帶10 kV I、II段，3#主變帶10 kV III、IV段，其中10 kV I段、II段帶有三臺(tái)500 kVA接地變壓器，并安裝了三套400 kVA自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈裝置，10 kV III段、IV段帶兩臺(tái)500 kVA接地變壓器，并安裝了兩套400 kVA自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈。該系統(tǒng)利用消弧線圈的電感電流對(duì)接地電容電流進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，使通過故障點(diǎn)的電流減小到能自行熄弧范圍。該裝置投產(chǎn)初期能夠滿足生產(chǎn)的需要，隨著生產(chǎn)能力的不斷提高，10 kV III段、IV段顯現(xiàn)出許多問題。通過對(duì)配電系統(tǒng)改造，改造后采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)保護(hù)方式，解決了原系統(tǒng)存在的隱患，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 存在的問題

由于系統(tǒng)逐步擴(kuò)容，本系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流已超過55 A，10 kV I段、II段帶有三臺(tái)變壓器及三套高諧消弧裝置仍能滿足要求，但10 kV III段、IV段僅有兩臺(tái)接地變壓器，現(xiàn)容量已經(jīng)不能滿足要求，系統(tǒng)容量還要不斷增大，電纜線路的增加將導(dǎo)致單項(xiàng)接地電容電流不斷增大。自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈已經(jīng)運(yùn)行至最低檔位，無可調(diào)余地，系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有待擴(kuò)容。該裝置已明顯處于欠補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)，這是十分危險(xiǎn)的。綜上所述，對(duì)系統(tǒng)的接地方式改進(jìn)是非常必要的。

3 對(duì)原接地系統(tǒng)的分析

初期的熱軋煉鋼系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，消弧裝置運(yùn)行能夠滿足安全運(yùn)行的需求。隨著熱軋二期工程的建設(shè)投產(chǎn)，繼續(xù)使用該中性點(diǎn)接地系統(tǒng)是否可行需要進(jìn)一步論證確認(rèn)。

3.1 生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，供電負(fù)荷增大，變壓器容量須擴(kuò)容到800 kVA，若采用原接地系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)算需要選擇接地消弧線圈容量630 kVA，因建筑空間的限制，無法擴(kuò)容。

3.2 該裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)換代使得投入的維護(hù)費(fèi)用較高。

3.3 該裝置只能運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)，不能欠補(bǔ)償，因?yàn)樵谇费a(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，若因10 kV線路故障切除線路時(shí)，易產(chǎn)生嚴(yán)重的諧振過電壓，危及設(shè)備的絕緣。

3.4 本系統(tǒng)在某些特殊情況下線路不對(duì)稱度較大，特別是當(dāng)發(fā)生斷路器非全相操作。線路發(fā)生單相或二相斷線時(shí)，對(duì)于該接地系統(tǒng)在某些條件下有可能引起串聯(lián)諧振，從而危及設(shè)備運(yùn)行安全。

3.5 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧接地故障時(shí)，可產(chǎn)生過電壓，消弧線圈可減少電弧重燃次數(shù)而降低過電壓，但是它降低了故障相恢復(fù)電壓的速度，易于使故障相過電壓數(shù)值增加。這就導(dǎo)致了對(duì)弱絕緣的危害，并使絕緣老化。

由以上分析，再采用原系統(tǒng)，已不適合發(fā)展需求。

4 對(duì)中性點(diǎn)接地方式的選擇

面對(duì)生產(chǎn)不斷擴(kuò)容的需要，對(duì)中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行重新選擇的問題已擺在眼前。為此找到一種能有效地消除弧光接地過電壓，投資省，維護(hù)費(fèi)用低，不隨電網(wǎng)運(yùn)行方式改變而改變的中性點(diǎn)接地方式成為當(dāng)務(wù)之急，而且應(yīng)將解決消除弧光接地過電壓放在首位。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及許多方面的綜合性技術(shù)課題，一個(gè)配電系統(tǒng)正確選擇了中性點(diǎn)接地方式將會(huì)極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。在確定改進(jìn)方式前，首先分析現(xiàn)存的幾種接地方式的特點(diǎn)。在我國電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中普遍采用中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)傳統(tǒng)消弧線圈接地，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方式。

4.1 中性點(diǎn)不接地方式

單相接地故障電容電流IC＜10 A，故障點(diǎn)電弧可以自熄，熄弧后故障點(diǎn)絕緣自行恢復(fù)，單相接地不破壞系統(tǒng)對(duì)稱性，可帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，保證供電連續(xù)性。而當(dāng)IC＞10 A時(shí)，接地點(diǎn)電弧難以自熄，可能產(chǎn)生過電壓等級(jí)相當(dāng)高的間歇性弧光接地過電壓，引起停電事故。該方式適用于單相接地故障電容電流IC＜10 A，以架空線路為主。

4.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

利用消弧線圈的感性電流補(bǔ)償接地點(diǎn)流過的電網(wǎng)容性電流，使故障電流＜10 A，電弧自熄，熄弧后故障點(diǎn)絕緣自行恢復(fù)，減少系統(tǒng)弧光接地過電壓的概率，系統(tǒng)可帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，降低了接地工頻電流(即殘流)和地電位升高，減少了跨步電壓和接地電位差，減少了對(duì)低壓設(shè)備的沖擊以及對(duì)信息系統(tǒng)的干擾。適用于單相接地故障電容電流IC＞10 A，瞬間性單相接地故障較多的架空線路為主的配電網(wǎng)。

4.3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式的特點(diǎn)

能夠降低操作過電壓。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序保護(hù)動(dòng)作，可準(zhǔn)確判斷并快速切斷故障線路，有效降低工頻過電壓。單相接地故障時(shí)非故障相電壓為31/2UC，且持續(xù)時(shí)間短，中性點(diǎn)電阻為耗能元件，有效地限制弧光接地過電壓。當(dāng)電弧熄滅后，系統(tǒng)對(duì)地電容中的殘余電荷將通過接地電阻泄放掉，下次電弧重燃時(shí)，不會(huì)疊加形成過電壓，可有效消除系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地適于瞬間性單相接地故障較少的電力電纜線路。

以上三種方式適合不同情況下的生產(chǎn)需求，通過對(duì)三種中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行比較，從供電可靠性以及有效消除弧光過電壓的角度，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式優(yōu)于中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。改進(jìn)后的熱軋煉鋼系統(tǒng)采用了中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式——XHG新型消弧裝置。

5 XHG新型消弧裝置

5.1 XHG新型消弧裝置的基本功能

正常運(yùn)行時(shí)，承擔(dān)PT柜功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地故障時(shí)，可迅速將故障相轉(zhuǎn)化為金屬接地，則故障相電弧熄滅，同時(shí)將弧光過電壓穩(wěn)定在線電壓水平，可有效避免因單相電弧接地引發(fā)的相間短路、避雷器爆炸及電纜放炮等事故。該裝置動(dòng)作后，面板顯示故障類型（PT斷線，金屬接地或弧光接地）和相別同時(shí)輸出無源接點(diǎn)信號(hào)，裝置動(dòng)作后將過電壓限制在1.732倍之內(nèi)。

5.2 XHG新型消弧裝置的工作原理

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，開口三角電壓U很小，控制器面板顯示是正常的。故障與否，主要由開口三角電壓U來判斷。當(dāng)U由低電平變成高電平時(shí)，表明系統(tǒng)發(fā)生故障，此時(shí)微機(jī)控制器ZK立即啟動(dòng)，根據(jù)PT二次輸出信號(hào)UA、UB、UC的變化進(jìn)行故障類型和相別的判斷，如果A相發(fā)生弧光接地，則命令A(yù)相真空接觸器對(duì)地合閘，把弧光相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越拥兀瑒tA相弧光消除。

若為單相PT線路故障，則裝置面板顯示故障相別和斷線信號(hào)，并輸出無源接點(diǎn)信號(hào)。若為單相金屬接地故障，則裝置面板上只顯示故障相別和接地類型信號(hào)，真空接觸器合閘，輸出無源接點(diǎn)信號(hào)。見圖1。

圖1 XHG新型消弧消諧裝置原理圖

6 改進(jìn)后具有的優(yōu)點(diǎn)

6.1 可分相控制的高壓真空快速接觸器JZ，一端分別接至母線，另一端直接接地。正常運(yùn)行時(shí)JZ處于斷開狀態(tài)，受控制器ZK的控制而合閘。各相真空接觸器操作回路相互閉鎖，當(dāng)其中任一相合閘使該相母線接地后，其它兩相中任何一相不會(huì)再動(dòng)作。JZ（A、B、C）的作用是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，使其由不穩(wěn)定的弧光接地迅速轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性直接接地，從而保護(hù)了設(shè)備，使系統(tǒng)和設(shè)備不受損害。

6.2 控制器ZK是本裝置的核心控制部件，它根據(jù)PT提供的Uao、Ubo、Uco、UA的信號(hào)來判斷故障類型（PT斷線、金屬接地和弧光接地），按照預(yù)先設(shè)定的方式控制高壓真空接觸器JZ。

6.3 大能容組合式過電壓保護(hù)器YTG是一種功能強(qiáng)大的新型大能容組合式過電壓保護(hù)器，起限制系統(tǒng)過電壓的作用，主要具有以下特點(diǎn)：

（1）大通流容量，適用范圍廣，且可被使用在對(duì)保護(hù)器保護(hù)性能要求更高的特殊場(chǎng)合；

（2）可將相間過電壓大大降低，保護(hù)的可靠性大為提高；

（3）用氧化鋅非線性電阻和放電間隙組合而成，兩者互為保護(hù)；放電間隙使氧化鋅電阻的荷電率為零，氧化鋅電阻的非線性特性又使放電間隙動(dòng)作后無續(xù)流，放電間隙不現(xiàn)承擔(dān)滅弧任務(wù)，提高了產(chǎn)品的使用壽命；

（4）電壓沖擊系數(shù)為1，在各種過電壓波形下放電電壓值相等，不受各種操用過電壓的影響，過電壓保護(hù)值準(zhǔn)確，保護(hù)性能優(yōu)良。

6.4 帶有輔助二次繞組的電壓互感器PT，當(dāng)被保護(hù)的系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，電壓互感器PT的開口三角兩端電壓U△立即由低電位變成高電位，使控制器投入工作。

6.5 高壓限流速斷保護(hù)器YTSD是整個(gè)裝置的后備保護(hù)器件，可防止因誤接線或裝置故障造成誤判斷時(shí)導(dǎo)致相間短路，避免給系統(tǒng)造成更大危害。

7 新型裝置使用效果

7.1 裝置動(dòng)作后可立即熄滅電弧，功能有效地將弧光接地電壓限制在1.732倍以內(nèi)。

7.2 裝置動(dòng)作后，可允許系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行2 h以上，用戶可以在完成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的倒閘操作之后，再處理故障線路。

7.3 保護(hù)功能不受電網(wǎng)規(guī)模和運(yùn)行方式的影響。

7.4 具有較高的功能性價(jià)比，其中的電壓互感器可以向計(jì)量?jī)x表和繼電保護(hù)提供電壓信號(hào)，可取代常規(guī)的PT柜。

8 結(jié)束語

通過對(duì)10 kV供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)接地方式進(jìn)行改進(jìn)，有效地解決了因系統(tǒng)擴(kuò)容帶來的問題，解決了原系統(tǒng)供電存在的安全隱患，保證了供電系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，取得了較好的效果。

Improvement of Earthing System of Steel-making 10 kV System

Li Jinqi

The author analyzes the problem brought by the capacity increase of steel-making 10 kV power supply system of Hot Rolling Subsidiary,TIANTIE,demonstrates the earthing method of power supply system from aspects of economy and effect,improves the earthing method by changing from neutral point via arc suppression coil type into neutral point via resistor type and chooses XHG new arc harmonic elimination device.The problem caused by the expansion of the system is solved effectively.The actual practice shows good effect.

power supply system,neutral point,arc suppression coil,resistor,earthing,improvement

（收稿 2010－03－20責(zé)編趙實(shí)鳴）

李金啟，男，2007年畢業(yè)于天津理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師。在天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司從事技術(shù)管理工作。