中性點不接地系統分路單相接地保護分析與改進

（太鋼能源動力總廠，山西太原 030003）

引言

太鋼由4 座220 kV 降壓站及15 座110 kV 降壓站構成高壓供電網絡。隨著煉鐵、煉鋼、型材、線材、熱軋、冷軋不銹鋼、硅鋼酸連軋等項目的投產，對供電系統安全可靠性要求越來越高。而為煉鋼配套的EAF 爐、LF 爐、CONARC 爐、中頻爐由35 kV系統供電，該系統為小電流接地系統，保證電能供應及故障時及時切除故障是維持生產穩定的前提。分析了各分路供電線路運行條件、負載特性、以及在單相接地故障時保護分級動作機理，制定了改進方案，消除了單相接地持續引發的事故擴大故障。

1 問題的提出

太鋼220 kV 十二降于2009 年8 月投產，由1 臺220/35 kV 120 MVA 主變壓器供電。隨著生產工藝調整，該站35 kV 系統供出分路由原來設計的3 回（EAF 爐1 臺、LF 爐1 臺、SVC1 套）增加了2 回（CO?NARC 爐1臺、中頻爐1臺），負荷增加造成接地時切除故障點的難度將增加。

由于35 kV 采用的是中性點不接地系統，當發生母線單相接地故障時，故障相電壓接近于零，正常相電壓升高為線電壓，而現場周邊金屬物分布復雜、接地電流流散不穩定，依靠接地選線裝置無法準確檢測出接地線路，只能逐一拉路試驗。由于現場操作用時較長，不能快速切除故障點，極易造成單相接地進而發展為相間短路，電纜頭擊穿等事故擴大。在十一降就曾發生35 kV 單相接地后，未能及時將接地點退出，造成電纜相間短路跳閘事故，故障瞬間產生的電動力將固定電纜的線夾繃斷，極易發生人身傷害事故，后果不堪設想。

2 現狀及建議

目前35 kV系統供出的5個分路，分路保護裝置均配置了速斷保護、延時速斷保護、定時限過流保護、反時限過流保護、低電壓保護、過電壓保護、監控PT 斷線、重合閘。發生母線接地時，母線PT 保護裝置發出接地報警信號，告之值班人員及時處理。但現場的惡劣環境表明，這種保護配置無法迅速消除接地隱患，保證其余分路的安全運行。在多次深入現場，了解生產工藝和短時停電對生產的影響情況后，提出了改進方案：當35 kV 發生單相接地時，利用零序電壓幅值及接地持續時間，在較短時間內將分路逐一切除，直到接地消除，再將無故障線路恢復送電，可有效避免事故的擴大，減少持續接地對電氣設備的破壞。

3 實施措施

（1）取35 kV 母線的開口電壓，與該母線所帶分路分別對應接線，由電壓繼電器、時間繼電器、信號繼電器構成新的跳閘回路，再利用各分路分閘回路實現跳閘。

（2）分析了該35 kV 系統接地時的電壓波動幅值及持續時間、衰減時間，并對不同爐型在熔化初期、中段及出爐前的電壓進行實測和分析，設定了接地保護跳閘時零序電壓幅值的整定值。

（3）分析了母線所帶5回線的運行環境、用電負荷特性、電纜敷設條件、暫時中斷供電對生產的影響等因素，與生產單位溝通協商后設置了跳閘輪次，在確保接地后保護裝置能夠可靠動作，設置了動作時限間隔：①SVC 對生產影響小，電纜多，優先動作；②CONARC 爐用電和氧氣均可煉鋼，電纜長且敷設環境差，次之；③EAF 爐、LF 爐、中頻爐根據停電對生產的影響依次排列。并對每個回路逐一傳動合格，將動作信號接入了后臺控制系統，實現遠傳，便于集控站值班員及時掌握信息。

4 實施效果

（1）投入使用后運行效果很好。在發生接地時能夠通過輪切，在較短時間內將故障線路跳閘，有效避免了接地故障無法及時消除引發的事故擴大。

（2）當發現單相接地故障時，所帶各分路逐一跳閘，直至接地線路跳閘后接地消除。再由值班員將之前跳閘的無故障分路恢復送電。

（3）改造完成至今發生的5次35 kV母線單相接地故障中，接地線路均能及時可靠跳閘，準確迅速地切除接地點，再未發生電纜燒損及事故的擴大，未造成重大經濟損失。

5 推廣應用

該項改進措施結合現場實際，在十一降壓35 kV母線（所帶分路5回）采用了接地分路逐一跳閘切除故障點的改進方式，效果良好。

該成果也可用于兩個同類型供電系統：系統接地方式一致、所帶分路性質相近，短時停電不會造成次生災害的用電負荷。如某變電站2 臺變壓器，低壓側單母分段，無論分列運行還是在單變壓器帶全部負荷的運行方式下，當發生系統接地時，也可通過設定接地跳閘時間的不同，逐一切除分路至故障點切除的辦法，迅速恢復無故障設備。我廠也有同類站所，實際運行情況良好。

6 具體案例介紹

6.1 案例一

十二降35 kV接地動作值:零序過壓50 V

SVC 346:2 s；CONARC 爐344:6 s；EAF 爐342:10 s；

LF爐343:14 s；中頻爐345:18 s。見圖1。

圖1 系統運行示意圖（案例一）

6.2 案例二

比如某110/1010 kV 變電站，10 kV 不接地系統接地，正常方式分列運行，即使單變壓器帶全部負荷時，只要動作值設置合理，也可保證故障線路準確切除。

10 kV接地動作值:零序過壓60 V

A 母1#電爐311:3 s；3#電爐312:8 s；5#電爐313:13 s。

B 母2#電爐321:5 s；4#電爐322:10 s；6#電爐323:15 s。見圖2。

圖2 系統運行示意圖（案例二）

7 結束語

通過對相關系統的改進及各項改進措施的落實，保證了系統安全穩定的運行，為企業的安全生產和經濟運行作出了相應的貢獻和有力支撐。