提高攀鋼輸配電系統供電安全可靠性的改進措施

摘要：針對攀鋼輸配電系統發生的兩次重大配電網事故、結合當前攀鋼電網系統接線及開關、保護配置情況，提出將6～10kV配電網系統的中性點接地方式改為低電阻接地方式的技術經濟可行性。

關鍵詞：中性點接地方式低電阻接地快速保護保護性能

0 引言

電力系統由發電、輸電、配電系統組成。隨著經濟社會的發展，電力系統發展迅速，電網輸送電容量顯著擴大，電網裝備制造技術水平與電網運行管理水平日益提高，電網運行的可靠性、安全性要求也越來越高。攀鋼供配電系統也曾有2次重大配電系統事故，對攀鋼生產造成了重大經濟損失。其中一次是在對10kV的燒結電纜送電時因帶地線合閘送電，10kV開關放炮拒動、燒毀直流控制回路電源，造成新冶煉變電所所有保護與開關拒動，10kV配電室完全燒毀、110kV變壓器損壞，攀鋼煉鐵系統停產數日的重大事故；另一次是在對新建的10kV燒結配電所電源送電過程中，因施工技術質量原因造成發生電纜絕緣擊穿接地、后發展為相間短路故障而放炮著火，并引發運行系統的電纜絕緣擊穿而放炮著火事故，造成四座高爐休風全停長達30多個小時，對攀鋼生產造成了重大損失。從事故過程及分析看，若攀鋼配電系統采取了相應的措施，完全可以避免這些事故的發生。

1 攀鋼6～10kV配電系統接地方式研究及改進

1.1 中壓配電系統中性點接地方式 電力系統的中性點接地方式分為中性點直接接地系統與非直接接地系統，而中性點非直接接地方式有中性點不接地、中性點經消弧線圈接地、中性點經電阻接地、中性點經消弧線圈并電阻接地方式和中性點經消弧線圈串電阻接地方式。

1.2 攀鋼6～10kV配電系統接地方式改進必要性

1.2.1 配電網現狀 根據攀鋼電網情況，35kV以電纜、架空線路相結合，中性點多為不接地系統。6kV、10kV是電纜配出線，中性點有不接地、消弧線圈接地。

1.2.2 變電所新增負荷的問題 隨著攀鋼技改擴能工程建設，在變電所新增電纜配出，使6kV、10kV配電網的電容電流明顯增大，目前還沒有實時在線檢測配電網系統電容電流的技術及裝置，其原來的消弧線圈補償容量不能一直滿足動態過補償的要求。中性點經消弧線圈接地的系統在某些條件下，會發生諧振過電壓，對系統安全運行帶來相應的危害。

1.2.3 對設備絕緣造成的威脅 ①由于接地選線裝置在實際應用中的可靠性并不理想，在發生單相故障后，通過運行方式的調整與試拉手段，有時產生幅值較高的操作過電壓。②中性點經消弧線圈接地系統和中性點不接地系統相比，僅能降低弧光接地過電壓發生的概率，并不能降低弧光接地過電壓的幅值，據相關資料介紹：實測中性點接地過電壓能達到相當大的數值，甚至達4倍以上。③中性點經消弧線圈接地的系統在某些條件下，會發生諧振過電壓。由于電纜為弱絕緣設備，當前普遍使用的交聯聚乙烯電纜的1min工頻耐壓為28kV，比一般設備低20%以上。

1.2.4 攀鋼配網供電方式改進與配電設備裝備水平的變化為配網中性點接地方式改變 目前，攀鋼配網接線方式雖然為以環網接線及開放式放射狀接線并存的方式，但是對于環網接線方式均已開環運行，對于重要負荷的供電以雙電源供電方式，并配置了微機型備用電源自投裝置（即BZT裝置）；新建項目的開關均為性能可靠、少維護的真空開關或SF6開關，其保護也為微機保護裝置，而老的變配電所的開關與保護均已改造。當前微機保護裝置據大多數均有接地保護功能，但由于采用經消弧線圈接地或不接地系統的單相接地電流小，微機保護裝置不能有效檢測單相接地故障。

因此配網現有的高可靠性的開關、微機保護裝置的配置及雙路電源配合BZT裝置的供電方式，為配網將中性點經消弧線圈接地或不接地系統改為中性點經小電阻（10Ω左右）接地方式提供了可行性，并且不降低配電系統的供電可靠性。

由于電纜饋線發生的故障一般為永久性故障，宜采用迅速切除故障防止故障擴大。特別是對于以電纜配出為主的配電系統、新舊電纜在系統運行時，為避免電纜單相接地后引發相間故障、擴大故障范圍，故從行業應用趨勢看，更有必要研究實施攀鋼配網系統的接地方式改進，同時在大型新建項目的供配電系統設計時，也應研究考慮配網系統的中性點接地方式的問題，以保證供配電系統的長久的可靠性。

1.3 攀鋼6～10kV配電系統改為中性點經小電阻接地方式時有關注意問題

在攀鋼現有6～10kV配網改造實施中性點經電阻接地方式的改進時，應注意以下問題：

1.3.1 清理落實配網現有設施情況 由于攀鋼現有6～10kV配網中沒有中性點，在有消弧線圈補償的系統中，采用了專門的消弧線圈接地變壓器。因此，采用經中性點接地電阻接地時，同樣需要接地變壓器（即Z型變或曲折變壓器），需要利用原來的消弧線圈補償變壓器的開路或新增接地變回路的開關與保護，同時考慮接地電阻器的安裝位置。

中性點經小電阻接地后，對單相故障而言，故障電流增大，并有零序電流產生，因而保護配置應增加零序保護。因此需落實確認配網中中心變電站及下級配電所各配出開路的微機保護裝置是否具備零序電流接地檢測功能與跳閘功能，是否裝有專門的零序電流互感器。若沒有裝設零序電流互感器，落實裝設零序電流互感器的條件。若對于大負荷、多根電纜并列配出的開路，則考慮以三相裝設的電流互感器方式來獲得零序電流。零序CT最好采用套在三相電纜上的單個CT方式，以避免三個CT的誤差和飽和差異所造成的不平衡電流。

1.3.2 規范配網運行方式 由于攀鋼重要站所多由不同電源點供電，因此，在改造實施過程中，對于環網系統均按開環運行方式，以BZT裝置實現對重要負荷的連續供電，禁止合環運行，以免中性點經電阻接地系統與經消弧線圈接地系統同時長期并列運行或者不同電源點間并列合環運行。

1.3.3 熱電機組接入方式的探討 按其他鋼鐵行業經驗，熱電13.5MW機組、熱電25MW機組以及TRT機組，是可以將發電機直接接入6kV或10kV系統。但是發電機內部一旦發生單相接地時，因為是電阻接地系統，發電機的差動保護或零序電流保護動作切除發電機，其單相接地故障電流可能會造成發電機的定子不同程度的影響。

實際上，隨著攀鋼電網供電保障能力的改善，發電機在發生內部單相接地后，應迅速停運，以避免由發電機內部單相接地故障進一步發展擴大損壞發電機。從攀鋼電廠發電機、熱電機組多年來運行情況看，發電機真正內部發生單相接地故障沒有發生，多數是外部電壓不平衡或發電機定子漏水造成絕緣降低而發出信號，對于這種情況，本就應當立即安排停機，以免擴大事故。

2 影響攀鋼動力供配電系統的整體安全性能的保護配置問題

2.1 在保護性能上存在影響攀鋼動力供配電系統的整體安全性能的主要問題（特別是無快速保護，亟待整改） 隨著電力設備與保護技術的發展，在供配電系統中逐步以可靠性高、少維護、動作快速的真空開關取代原來老式的少油式開關，以性能可靠的微機綜合保護裝置取代原來機械電磁式元件保護，從而為顯著提高供配電系統的運行可靠性提供了可靠的基礎保障。然而攀鋼動力供配電系統的保護配置與保護性能仍然按以前傳統老式的設計規定與方式配置，未能充分適應發揮現有先進設備的性能，使得供配電系統發生故障后只能以較長時限的過流保護來切除故障，對電氣系統運行及設備安全帶來嚴重影響。對于攀鋼廠區高壓電纜密布、交錯接線供電的狀況，一旦發生高壓電纜上短路故障而僅由按傳統常規配置的過電流保護以0.9秒～1.0秒以上的延時來切除故障，必然造成電纜放炮著火的擴大事故。如果以無延時的快速保護切除故障，僅基于微機保護固有反應時間與開關跳閘時間，最多僅以90毫秒以內就完全切除故障。從攀鋼發電廠曾經發生的4次6kV廠用電系統過電壓短路放炮事故的影響分析看，以無延時的快速保護切除故障時幾乎未對系統及其它設備造成損失，而以1.5秒延時才切除的短路放炮事故中，曾造成了母線上多個開關設備與母線設備不同程度的損毀。

因此，改進增設攀鋼供配電網絡中電源系統的光纖電流差動快速保護，是提高攀鋼動力供配電系統的整體安全運行性能。

2.2 縮短配網系統保護的動作時限 按以前常規保護裝置與斷路器分合閘時間的性能，在保護定值整定配合中一般取保護配合時限的整定級差△t為0.5s。然而由于快速可靠的斷路器與微機化保護裝置的廣泛應用，使得保護配合時限的整定級差△t減小到0.25s～0.3s成為現實。

目前，攀鋼供配電系統中改造項目或新建項目均是采用快速開關與微機保護裝置。因此，將保護動作時限的配合級差由原來的0.5秒降到0.25-0.3秒，可以縮短配網系統過流保護的動作時限（從原來1.0秒可降到0.6秒以下），而對于中性點經電阻接地系統，其零序電流保護的時限按階梯配合原則同樣將最長時限壓縮在0.6秒內。若結合光纖差動保護的配置，其后備過流保護的時限可以壓縮在0.3秒內。由此，在滿足保護選擇性的基礎上提高保護的動作快速性，相應可不同程度地減輕故障所帶來的損失。

2.3 新設備或改造設備首次投運的補充措施 注重新設備或改造設備的首次投運的測試試驗分析，也是保證保護系統正常運行的必要措施。根據攀鋼電網曾經發生的事故現象分析，保護電壓回路接錯（長期接到另一組母線PT上而未發現）、電流回路極性錯誤長期未察覺而造成區外故障差動保護誤動等事例時有發生。

3 結論

3.1 根據行業趨勢及眾多行業應用情況，對于攀鋼主要以電纜配出的6～10kV 配電網系統，將其中性點接地方式以現有的經消弧線圈接地或不接地方式改為電阻接地方式，在技術上是可行、在保證供電安全可靠性上也是必要的。

3.2 完善配電保護性能，增加干線配出系統的快速保護、優化并縮短保護動作時限、重視設備的直流控制與保護電源的可靠性，做好新設備的投運管理，配有性能可靠、功能豐富的微機保護裝置以及性能可靠的快速開關，從而得以長久保障電氣系統的安全可靠運行。