石化企業(yè)配電網(wǎng)接地方案的探討

周勛甜

（寧波市電力設(shè)計院有限公司，浙江 寧波 315000）

隨著近年來寧波地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一批具有相當(dāng)規(guī)模的石化企業(yè)相繼登陸寧波，石化企業(yè)具有負(fù)荷密度高、供電可靠性要求高、廠區(qū)配電網(wǎng)以電纜線路為主等特點(diǎn)。而中性點(diǎn)接地方式的選擇是直接影響石化企業(yè)安全運(yùn)行和供電可靠性的重要因素之一。從石化企業(yè)配電網(wǎng)的特點(diǎn)入手，深入分析了各種接地系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，對電阻接地系統(tǒng)的具體方案進(jìn)行比較選擇，并計算接地電阻值。

1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

石化企業(yè)以前普遍采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，流過故障點(diǎn)的容性電流較小，三相電源電壓仍維持其對稱性，不影響供電的連續(xù)性。可允許帶故障運(yùn)行1～2 h，具有較高的可靠性。但是目前石化企業(yè)內(nèi)電力電纜的大量使用，電容電流比較大，單相接地為非金屬性時，流經(jīng)故障點(diǎn)的容性電流會形成不穩(wěn)定的電弧，產(chǎn)生弧光接地過電壓，一般弧光接地過電壓約為3.5倍的相電壓，將帶來以下危害：

（1）弧光接地過電壓會直接導(dǎo)致電壓互感器飽和，激發(fā)鐵磁諧振，甚至導(dǎo)致電壓互感器爆炸。

（2）弧光接地過電壓持續(xù)時間較長時，當(dāng)過電壓超過避雷器承受極限時，避雷器也會發(fā)生損壞或者爆炸。

（3）在3.5倍相電壓的過電壓下會導(dǎo)致很多電氣設(shè)備絕緣擊穿，造成設(shè)備直接損壞。

考慮石化企業(yè)的易燃易爆和供電可靠性要求高的特點(diǎn)，不宜采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地可降低單相接地時故障點(diǎn)的殘流，有利于接地電弧的熄滅，避免長時間燃弧而導(dǎo)致相間短路。

（1）靠人工計算后再調(diào)整檔位的固定補(bǔ)償方式的消弧線圈，這種補(bǔ)償方式不能隨著石化企業(yè)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式變化而實(shí)時調(diào)整補(bǔ)償量，故不能保證電網(wǎng)始終處于需要的過補(bǔ)償狀態(tài)，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)諧振。

（2）石化企業(yè)由于普遍存在高次諧波，對于弧光接地時的諧波分量無法抵消，因而不能完全有效地限制弧光的產(chǎn)生。

（3）某些大型的石化企業(yè)，采用全電力電纜，且跨度很長，計算后的消弧線圈的容量很大，存在選型上的難度。

（4）接地選線準(zhǔn)確率普遍不高，查找故障線路時間影響供電可靠性。

考慮在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，仍然存在弧光接地的可能性，而接地選線的不理想狀態(tài)也對供電連續(xù)性有一定影響，故在石化企業(yè)不推薦中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。

3 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)

3.1 電阻接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)是在電力系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間人為接入電阻。當(dāng)流過中性點(diǎn)的電流與故障點(diǎn)的電容電流相接近時，中性點(diǎn)電阻接地方式能有效地解決弧光接地過電壓問題。同時由于人為地增加了1個與電網(wǎng)接地電容電流相位相差90°的有功電流，故可根據(jù)流過故障點(diǎn)的接地電流大小和方向區(qū)分故障支路和非故障支路。

在主變?yōu)閅/Δ接線的中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)有2種電阻接地方式：一為接地變壓器（簡稱接地變）接于低壓母線，其的中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地；另一為接地變直接接于主變壓器（簡稱主變）Δ線圈引線，其中性點(diǎn)也經(jīng)電阻接地，如圖1所示。

圖1 接地變的接入方式

3.2 2種電阻接地方式下的繼電保護(hù)

上述2種接地方式接地變中性點(diǎn)電流互感器上均應(yīng)配置兩段式零序電流保護(hù)，作為接地變接地故障主保護(hù)和系統(tǒng)接地故障后備保護(hù)。接地變電源側(cè)應(yīng)配置電流速斷和過電流保護(hù)，作為接地變相間故障主保護(hù)和后備保護(hù)。

對于圖1（a）的接線方式，接地變保護(hù)一般安裝在接地變開關(guān)柜上；主變低壓Ⅰ段零序電流保護(hù)作為主變低壓側(cè)引線接地故障主保護(hù)，對于圖1（b）接線方式可作為所供電母線接地故障主保護(hù)和出線接地故障遠(yuǎn)后備保護(hù)，繼電保護(hù)配置和跳閘方式見如圖2、圖3所示。

圖2 接地變接于母線時的繼電保護(hù)配置

圖3 接地變接于主變低壓側(cè)時的繼電保護(hù)配置

考慮整定計算因素，電阻接地系統(tǒng)的主變低壓側(cè)需開環(huán)運(yùn)行，接地變中性點(diǎn)零序電流保護(hù)是電阻接地系統(tǒng)中的重要保護(hù)，正常運(yùn)行時必須投入，故1個電阻接地系統(tǒng)中必須有且只有1個中性點(diǎn)接地運(yùn)行。

在圖2接線中當(dāng)1臺主變帶多段母線并列運(yùn)行，接地變發(fā)生故障時，保護(hù)動作后直接將接地變切除，而主變還繼續(xù)運(yùn)行，變電站內(nèi)無接地點(diǎn)。

在圖3接線中，由于中性點(diǎn)直接接于主變低壓側(cè)引線，接地變故障視為主變差動范圍內(nèi)故障，保護(hù)將跳開主變各側(cè)開關(guān)。這種方式能固定地保持1個電阻接地系統(tǒng)中有且只有1個中性點(diǎn)接地運(yùn)行，運(yùn)行方式相對比較簡單，既不占用出線間隔的位置，又可提高供電可靠性。

3.3 接地電阻的選擇

EMTP程序計算、過電壓模擬試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，弧光接地過電壓水平隨著電阻的額定通流IR增加而降低，Ic為系統(tǒng)電容電流。即：

當(dāng)IR≈Ic時，過電壓水平可降至2.5 p.u.以下。

當(dāng)IR≈2Ic時，過電壓水平可降至2.2 p.u.以下。

當(dāng)IR≈4Ic時，過電壓水平可降至2.0 p.u.以下。

當(dāng)IR＞4Ic時，降低過電壓的作用已不明顯。

可以根據(jù)上述關(guān)系，通常要求過電壓水平不大于2 p.u.，故按大于4倍系統(tǒng)電容電流來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流。則接地電阻R為：

4 計算實(shí)例

對位于寧波北侖區(qū)大榭開發(fā)區(qū)的中海油大榭石化項(xiàng)目110 kV變電站進(jìn)行了中性點(diǎn)接地方案選擇，110 kV海油變已于2009年1月投產(chǎn)，到目前為止已經(jīng)安全運(yùn)行了3年，海油變的接地變壓器直接接于主變Δ線圈引線，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的接地系統(tǒng)方案符合石化行業(yè)要求。下面計算接地電阻。

首先計算電容電流。根據(jù)業(yè)主提供的10 kV配套工程相關(guān)資料可知：10 kV出線中電纜線路長度L約為12 km，電纜截面為185 mm2。結(jié)合計算得出10 kV電纜線路單相接地電流Ic約為2.5 A/km。

Ic1=L×Ic=12×2.5=30 A

考慮到變電所增加的電容電流值，則發(fā)生單相接地時電容流值為Ic2=Ic1×K1=1.16×30=34.8 A。當(dāng)考慮到用戶側(cè)電纜及電纜分支影響，考慮影響系數(shù)為1.2，則發(fā)生單相接地時總電容電流值為：

Ic=K2×Ic2=1.2×34.8=41.76 A

按4倍系統(tǒng)電容電流來確定流經(jīng)小電阻的阻性電流IR，故可以計算出IR=4×Ic=167.04 A，接地電阻值為：

工程取標(biāo)稱電阻值R=31.75 Ω。

5 結(jié)語

石化企業(yè)普遍廠區(qū)面積大，又是以電纜供電為主。通過對3種配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的比較，針對石化企業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合保護(hù)配置方案，建議采用接地變直接接于主變Δ線圈引線、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的中性點(diǎn)接地電阻值，以保證變電站和廠區(qū)的安全運(yùn)行及供電的可靠性。

[1]張春合，徐舒，于群兵，等.小電阻接地系統(tǒng)給繼電保護(hù)帶來的新問題[J].供用電，2008，25（6）：36-38，47.

[2]張源濱.對配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的探討[J].廣東科技，2009（18）：146-148.

[3]張軍梁，周浩，馬皓.大型石化企業(yè)配電系統(tǒng)中性點(diǎn)采用電阻接地方式的可行性研究[J].電氣應(yīng)用.2007，26（4）：20-23.

[4]劉明巖.配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（16）：86-89.