太鋼10 kV 系統(tǒng)并聯(lián)中電阻選線的技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用

陳國棟

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司能源動力總廠， 山西 太原 030003）

10 kV 系統(tǒng)的接地方式主要分為兩種：中性點直接接地即大電流接地方式、中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地即小電流接地方式。中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，單相接地的接地電流較大，繼電保護(hù)裝置立即發(fā)生跳閘動作,切除故障。中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于接地電流相對較小，線電壓保持不變，允許單相接地運行2 h，可以在此時間內(nèi)盡快查找并消除接地點，但由于消弧線圈的補償使小電流接地選線非常不準(zhǔn)確，無法快速準(zhǔn)確選出接地線路，加劇了絕緣損壞，引起兩相或三相短路，造成事故擴大。嚴(yán)重影響到10 kV 小電流接地系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。我國10 kV系統(tǒng)多數(shù)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

1 五降壓站10 kV 接地方式及選檢狀況

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）110 kV 五降壓站的10 kV 系統(tǒng)為經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)，這種運行方式允許系統(tǒng)在單相接地時短時間內(nèi)帶接地點運行，供電可靠性高，可隨著電網(wǎng)的擴大及供電線路的電纜化，系統(tǒng)對地電容電流急劇增加，單相接地后流經(jīng)故障點的電流增大，接地電弧不易熄滅，導(dǎo)致單相接地進(jìn)一步發(fā)展而引起相間短路故障，使故障擴大，對系統(tǒng)設(shè)備造成極大危害。但由于消弧線圈的補償作用，使其接地選檢無法實現(xiàn)準(zhǔn)確選線，同時，太鋼110 kV 五降壓站的10 kV線路有電纜、有架空，且長度不同、新舊不同、電纜類型不同、電纜截面不同、電纜敷設(shè)環(huán)境不同、線路所帶負(fù)荷容量、不同，穩(wěn)定性不同，以及線路走向復(fù)雜多變等冶金行業(yè)較為特殊的方面，造成正常運行時其不平衡參數(shù)有較大不同。更增加了五降壓10 kV小電流系統(tǒng)的接地選檢難度，使其選線情況更加不準(zhǔn)確。太鋼110 kV 五降壓站10 kV 分路出線多，10 kV系統(tǒng)單相接地發(fā)生次數(shù)較多，危害嚴(yán)重。

2 改進(jìn)方案及實施過程

2.1 選線原理、裝置型號選擇

為了解決以上問題，消除消弧線圈的補償對選線的影響，經(jīng)多次研究分析，選擇應(yīng)用并聯(lián)中電阻選線技術(shù)，并聯(lián)中電阻接地選檢技術(shù)是指在經(jīng)消弧線圈接地的小電流系統(tǒng)中，將用于接地選線的中電阻并聯(lián)于消弧線圈兩端，正常運行時中電阻不投，當(dāng)發(fā)生單相接地時將中電阻短時間投入，進(jìn)行準(zhǔn)確選線，這樣既能保證正常時的可靠運行，又能在單相接地時快速選出接地線路，結(jié)合了接地系統(tǒng)和不接地系統(tǒng)的優(yōu)點，實現(xiàn)10 kV 電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。選用上海思源XHK-Ⅱ型消弧線圈自動調(diào)諧及自動選線成套裝置，采用并聯(lián)中電阻選線方法。可完成48 路出線的接地選線（并聯(lián)運行的出線數(shù)不限）。裝置采用在消弧線圈兩端并聯(lián)電阻的方法，在接地時向接地點注入電流有功分量，使接地點的電流幅值和相位都有很明顯的變化，使接地選線準(zhǔn)確可靠。

2.2 一次系統(tǒng)及接線

五降壓1 號、2 號、3 號主變壓器均為110 kV/10 kV，主變10 kV 系統(tǒng)為△接法，無中性點引出，這就需要使用接地變壓器引出中性點，1 號曲折變534 引出Y中性點，接1 號消弧線圈534，選線的中值電阻經(jīng)真空斷路器并聯(lián)于消弧線圈的兩端，用真空斷路器對其進(jìn)行控制投切。當(dāng)選線裝置判斷確認(rèn)系統(tǒng)發(fā)生了永久性單相接地故障時，真空斷路器閉合，將中值電阻投入，向10 kV 系統(tǒng)注入有功電流供選線。由于此時中值電阻承受很高的電壓，因此經(jīng)過很短的延時（小于1 s）后，真空斷路器立刻斷開，將并聯(lián)中電阻切除，退出系統(tǒng)（見下頁圖1、圖2）。

圖1 五降壓10 kV 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)并聯(lián)中電阻選線一次接線圖

圖2 中電阻經(jīng)真空開關(guān)并聯(lián)于消弧線圈的兩端

消弧線圈串接阻尼電阻后接地，阻尼電阻是用來限制諧振過電壓，保護(hù)整套裝置安全有效地運行的一個重要組成部分。增加阻尼電阻的目的是防止諧振過電壓，維持系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點流過很大的電流，這時必須將阻尼電阻進(jìn)行短接。可控硅保護(hù)單元與阻尼電阻并接，系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點電流增大，電壓升高，當(dāng)阻尼電阻兩端電壓大于設(shè)定值時，可控硅導(dǎo)通，迅速將阻尼電阻短接，短接時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 ms。當(dāng)單相接地消失后，可控硅在電流電壓過零時自然關(guān)斷。見圖1、圖3。

圖3 消弧線圈串接阻尼電阻后接地

2.3 二次回路及接線

2.3.1 零序CT 及接線

1）所有線路零序CT 的極性測試、標(biāo)注。對零序CT 的極性進(jìn)行測試，以線路流向母線的方向為正方向，用箭頭進(jìn)行標(biāo)注，在以后發(fā)生電纜故障，進(jìn)行恢復(fù)或重新敷設(shè)電纜線路等情況，需拆接零序CT 時，按已作的標(biāo)注方向?qū)嵤┌惭b，保證零序CT 極性正確。

2）零序CT 的串并聯(lián)接線方式。統(tǒng)一零序CT 接線，由串接全部改為并接。

3）電纜外皮接地引出線檢查。接地線要完好，沒有斷線斷股、接地處接觸良好。接地線與電纜以及CT 的支架必須絕緣。

4）電纜外皮接地線的接線方式：電纜頭三叉口在零序CT 上側(cè)時，地線應(yīng)向下穿過零序CT 后接地；電纜頭三叉口在零序CT 下側(cè)時，地線不穿零序CT 直接接地；確保流進(jìn)電纜外皮的接地零序電流再從接地線流出。

2.3.2 電纜溝線路零序電流的引接

五降壓站10 kV 共四段母線，其中兩段為開閉所母線，共50 余回線路，線路分布距離較長，相距較遠(yuǎn)，設(shè)計一面端子箱A，安放固定在10 kV 電纜溝內(nèi)，端子箱內(nèi)安裝左右兩排端子排，左側(cè)X1，右側(cè)X2 分別安裝25 個端子。N1-N46 線路的零序電流線L431，N431 分別引接到端子排A 的X1、X2 端子排，N1-N24 接入X1 的左側(cè)，N25-N46 接入X2 的右側(cè)（見圖4）。

圖4 電纜溝內(nèi)增設(shè)的線路零序電流的引接端子排圖

2.3.3 選線控制屏二次接線

端子箱A 的X1、X2 端子排，一側(cè)引接現(xiàn)場各線路的零序電流，另一側(cè)將各線路的零序N431 短接，從電纜溝上控制室的二次線為各線路的零序線N1-N46 的L431 共46 根線，和一根并接后的N 線，由電纜溝X1、X2 端子排至控制室選線屏敷設(shè)6 根10 芯電纜，其中3 根電纜引接端子箱A 的X1 端子排至控制室選線屏的電流端子8XT，3 根電纜引接端子箱A 的X2 端子排，引接至控制室選線屏的電流端子18XT。即8XT 接N1-N24 的L431,18XT 接N25-N46 的L431，以及電纜溝并接在一起的N431線（見圖5）。

圖5 選線控制屏二次電流端子引接圖

2.3.4 室外曲折變、消弧線圈等二次接線

室外曲折變間隔、消弧線圈間隔引接PT 二次線、零序CT 二次線、消弧線圈的控制線等，分別從室外曲折變、消弧線圈間隔經(jīng)電纜溝至樓上控制室的XHK-Ⅱ型選線控制屏。

2.4 選線設(shè)置、選線操作及結(jié)果

2.4.1 參加選線的線路設(shè)置

將系統(tǒng)中補償電容、濾波器、接地變退出選線，裝置最大共48 條線路，“長度”是對不同長度的出線所做的修正，是百分比。所有出線中最長出線定為99，其他線路按其與最長線的百分比來定。“參與選線”有“Y”“N”兩種狀態(tài)：“Y”表示參加選線，“N”表示不參加選線。將五降壓10 kV 系統(tǒng)中補償電容、濾波器、接地變等選擇“N”，退出選線，其余46 回線路選擇“Y”，參加選線。

2.4.2 參數(shù)測試及設(shè)置

線路有電纜、有架空，且長度不同、新舊不同、電纜類型不同、電纜截面不同、電纜敷設(shè)環(huán)境不同、線路所帶負(fù)荷不同，造成正常運行時其不平衡參數(shù)有較大不同。測量10 kV 線路正常運行時不平衡電流的數(shù)值，對選線回路進(jìn)行長度進(jìn)行核對、校正；

2.4.3 選線過程及結(jié)果

消弧線圈并聯(lián)中電阻，綜合了兩種接地方式的優(yōu)點。既保證了電阻接地可以準(zhǔn)確選線的優(yōu)點，又減少了接地點殘流，限制弧光接地過電壓。

系統(tǒng)發(fā)生單相接地后,對瞬時接地故障,由于流過消弧線圈的電感性電流與流入接地點的電容性電流相位相反,接地弧道中所剩殘流很小,對于瞬間接地將自行消失。如果是穩(wěn)定接地,延時60 s 后(時間可以任意設(shè)定)可以通過設(shè)置延時時間，對投入并聯(lián)電阻的時刻進(jìn)行控制。并聯(lián)電阻的延時時間最小設(shè)置為5 s，可以根據(jù)需要，增大延時時間。由計算機控制真空斷路器將并聯(lián)接地電阻投上(不超過1 s),投入并聯(lián)電阻后，產(chǎn)生一定有功電流,該電流流向接地線路, 由于接地線路和正常線路零序電流信號差異相當(dāng)顯著，只有流入故障線路的電流增加，其他線路電流增量不明顯，能夠迅速選出具體接地線路。液晶屏顯示報警信息，并將接地線路顯示在屏上（見圖6）。

選線實例（見圖6）：

圖6 五降壓10 kV 并聯(lián)中電阻選線裝置接地報文

圖6 接地線路顯示圖

1）2021 年10 月14 日10 kV 轉(zhuǎn)爐2 號線接地12 min，將其退出后接地消失，原因是轉(zhuǎn)爐2 號線用戶現(xiàn)場有接地情況，選線正確。

2）2021年11月3日10 kV東山線546接地14min，將其退出后接地消失，原因是東山線線路有接地情況，選檢正確。

3 改進(jìn)效果

并聯(lián)中電阻選線方式在太鋼五降壓站10 kV 系統(tǒng)應(yīng)用后效果顯著，運行情況穩(wěn)定；極大提高了接地選線的準(zhǔn)確率，能夠及時排除單相接地故障；避免了由接地引發(fā)的短路故障、過電壓等事故擴大，為太鋼電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供了保障。同時也為太鋼以及冶金、礦山等企業(yè)的小電流接地系統(tǒng)的接地選線提供了極有價值的借鑒經(jīng)驗。