10kV系統中性點低電阻接地方式在鋼鐵企業供電系統中的應用

魏亮（中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇南京，210019）

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10kV系統中性點低電阻接地方式在鋼鐵企業供電系統中的應用

魏亮
（中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇南京，210019）

摘 要：為提高鋼鐵企業10kV配電系統的可靠性，保證所有電氣設備的穩定運行，鋼鐵企業10kV配電系統中性點經低電阻接地系統是否穩定可靠非常重要。本文研究分析了中性點不接地系統和中性點諧振接地系統，探討了在發生單相接地故障時系統過電壓水平以及對故障線路的選線問題，測算驗證了選擇中性點經低電阻接地系統的穩定可靠性。

關鍵詞：電容電流；繼電保護整定；接地變壓器容量

引言

目前，在我國鋼鐵企業中，10kV配電系統選取中性點并接地方式的主要方式有三種：一是中性點不接地系統；二是中性點諧振接地系統；三是中性點低電阻接地系統。現代鋼鐵企業10kV配電系統饋線回路大多采用電纜線路，系統電容電流較大。

當單相接地故障電容電流不超過10A時，可采用中性點不接地系統。當超過10A，又需在接地故障條件下運行時，應采用中性點諧振接地系統或中性點低電阻接地系統［1］。

當系統電容電流大于10A時，在發生單相接地時故障點的電弧不能自行熄滅，就會產生間隙性弧光接地，其極端過電壓可以達到正常運行相電壓峰值的3.5倍以上，將危及電氣設備安全運行，并容易發展成為兩相短路或三相短路；此時繼電保護裝置應動作并作用于跳閘，迅速切除發生故障電纜線路。鋼鐵企業10kV配電系統饋線開關在生產中操作比較多，采用中性點諧振接地系統，如果消弧裝置的分接頭不能及時得到調整，則比較容易發生諧振過電壓。所以在鋼鐵企業10kV配電系統中，中性點低電阻接地方式已較廣泛應用。

1 中性點低電阻接地系統（10kV）的構成及特點

1.1 中性點低電阻接地系統構成

主變二次側采用星型接線方式，并且將中性點引出，接線方式如圖1所示。

圖1 變壓器10kV側中性點直接經低電阻接地方式

在鋼鐵企業10kV配電系統中，主變10kV側多采用三角形接線方式，此時主變10kV側無中性點可引出，則需要裝配專用的接地變壓器，提供10kV系統中性點，其容量的選擇應與中性點電阻值相匹配，接地變壓器多采用Z型接地變壓器。

此接地系統由Z型接地變壓器，接地電阻以及零序CT等組成，接線方式如圖2所示。

圖2 專用接地變壓器經低電阻接地結構圖

1.2 裝配專用接地變壓器經低電阻接地系統特點

鋼鐵企業中，主變10kV側多為三角形接線方式，因此無法引出中性點。為此需要裝配專用接地變壓器，同時也起一定保護隔離作用。通過該專用接地變壓器可以設置并產生出10kV中性點接入電阻。

接地變壓器的繞組在正常情況下阻抗比較高，相當于勵磁阻抗，此時接地變壓器繞組中只流過相當小的勵磁電流；當10kV系統發生接地故障時，接地變壓器的繞組將流過正序、負序、零序電流，該繞組對正序、負序電流呈現出高阻抗，而對于零序電流則呈現出較低阻抗。因此，當發生接地故障時，會產生較大的零序電流。通過在10kV中性點接入零序CT，它將可檢測到產生的零序電流，并送至電流繼電器，這樣就可以起到瞬間而有選擇地保護作用。

通過接地變壓器產生10kV中性點接入接地電阻，能有效抑制接地過電壓。10kV中性點接入接地電阻后，配電網相對地電容與接入的接地電阻之間形成一個RC放電回路，將電弧接地累積的電荷按e-t/r（r=3RoCo）規律衰減。這樣能有效的抑制接地過電壓，提高保護裝置動作的快速性和靈敏性，為降低10kV系統的絕緣水平提供可能，并為人身安全提供較好地保證；另外在10kV中性點低電阻接地系統正常運行時，在中性點接地電阻的強阻尼作用下，中性點位移遠小于10kV中性點不接地系統的中性點位移電壓。

2 設計應用研究

2.1 接地電阻選擇

某鋼廠110kV變電站10kV配電系統采用單母線分段接線方式，單相接地電容電流由電纜線路和電力設備（如同步發電機、大容量同步電動機以及變壓器等）兩大部分的電容電流組成。即IC=I+I，其中：IC為單相接地電容電流；I為電力線路接地電容電流；I為電力設備接地電容電流，單位為A。

10kV電纜線路的單相接地電容電流：

其中：S為電纜芯線的標稱截面/mm2；Ur為線路額定線電壓/kV；l為線路長度/km。每千米單相接地電容電流的平均值如表1所示。

表1 電纜線路每千米單相接地電容電流的平均值單位：A/km

表2 變電所增加的接地電容電流值

本總降變電所10kV電纜截面和對應長度比分別為：

3×185mm2：5km； 3×240mm2：17km；

兼顧未來用電負荷增加，遠期發展需求，以及變電站其他設備的對地電容電流，系統單相接地電容電流選擇50A進行接地電阻，并進行驗證。

當IC=50A時，該總降變電所10kV系統中性點接地電阻選擇30歐姆，即在10kV系統發生單相接地故障時，流過接地電阻的額定電流IR=200A，接地電阻額定通流時間按10s考慮，選擇依據如下：

（1）鋼鐵企業10kV配電系統的過電壓水平［1-2］：高壓、大電流配電系統中，選擇中性點低電阻接地方式，可以降低系統的弧光接地過電壓水平，從而保證電氣設備的安全運行。根據相關經驗，弧光接地過電壓水平值，隨著接地電阻的額定通流IR增加而降低，呈現反比。當IR=4IC（IC為系統電容電流）時，可以有效地將10kV系統的間歇性弧光接地過電壓水平限制在2.0倍的相電壓以內，同時能夠將系統的工頻過電壓水平限制在1.58倍的相電壓以內。

（2）從繼電保護整定角度分析：當10kV配電系統中有一條電纜線路發生單相接地故障時，計算接地故障電流可按公式（1）：

I0為發生接地故障電纜自身的電容電流，與10kV配電系統總電容電流相比可以忽略不計，得到。

由于受中性點電壓、接地點過渡電阻等多因素的影響，實際上接地故障電流通常都達不到206.2A。考慮到保證繼電器靈敏度，接地電阻值越小即流過接地電阻的電流越大越好。當前鋼鐵企業10kV配電系統中，已經普遍使用了微機綜合保護裝置，通常都具有零序保護功能，啟動的電流值很小；而且單相接地故障電流遠大于每條線路的對地電容電流，都能滿足零序保護的靈敏度要求。所以選擇接地電阻3 0歐姆，過渡電阻不是很大時，繼電保護裝置的靈敏度完全能夠滿足要求，具有保護作用。

2.2 接地變壓器容量的選擇

接地變10S的短時運行容量：

將10S短時運行容量折算到連續運行時的額定容量Sn=2425/10≈243kVA，可選擇比243kVA大的最近一檔的標準容量250kVA。

3 零序電流保護整定

某鋼廠的總降變電所10kV配電系統中性點通過低電阻接地，配置零序電流保護，繼電保護裝置通過時間進行配合，在發生故障時可以使停電范圍盡可能的縮小。

3.1 饋線的零序電流保護［3-6］

本總降變電所1 0 k V系統單相接地電容電流按5 0 A考慮，1 0 k V系統的所有饋線回路繼電保護裝置零序保護一次動作電流IDZ1=KK×ICL=2.5×50=125A（KK為可靠系數），定值取150A，動作時限取0.2S，動作于跳閘。

3.2 接地變壓器的零序電流保護［3-6］

本總降變電所10kV系統單相接地電容電流按50A考慮，接地變壓器回路繼電保護裝置零序保護一次動作電流IDZ1=KK×ICL=2.5×50=125A （KK為可靠系數），定值取150A，I段時限取1.2S，動作于跳閘（在單臺主變運行，10kV母聯斷路器合閘的情況下，跳10kV母聯斷路器）；II段時限取1.5S，動作于跳閘（跳主變10kV側進線斷路器和接地變壓器）。

4 結束語

總之，鋼鐵企業10kV配電系統中，選擇中性點經低電阻接地能有效解決中性點不接地系統或中性點諧振接地系統在發生單相接地故障時的系統過電壓水平以及對故障線路的選線問題。中性點經低電阻接地系統可提高鋼鐵企業10kV配電系統的可靠性，同時可保證電氣設備的穩定運行。

參考文獻

［1］GB/T50064-2014，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.

［2］GB/T50065-2011，交流電氣裝置的接地設計規范［S］.

［3］DL/T584-2007，3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程［S］.

［4］ 國家電力調度通信中心，電力系統繼電保護規程匯編［M］.

［5］ 付曉奇，徐糧珍，趙寶麗.10kV配網中性點小電阻接地技術與應用［J］.許昌：電力系統保護與控制，2010.

［6］ 任元會，卞鎧生，姚家祎.工業與民用配電設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

Application of Grounding Mode for Neutral Point through Low Resistance in the 10 kV Distribution System of Iron and Steel Plant

Liang Wei
（Huatian Engineering&Technology Corporation， MCC， Nanjing， Jiangsu， 210019， China）

Abstract：For improving reliability of iron and steel enterprises and ensure the steady operation of electric equipment，that neutral point through low resistance grounding of 10kV distribution system is very important.This article studied and analyzed the neutral point grounding system and the neutral resonant grounding system， discussed the system in the case of single-phase earth fault overvoltage level as well as to the problem of fault line selection， measured and verified that neutral point of low resistance grounding was stability system.

Key words：

中圖分類號：TF808

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-155-04

DOI：工業技術創新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.012

作者簡介：

魏亮（1982-），男，工程師，本科，從事電氣設計工作。

E-mail： weiliang@htzy.cn