石化企業(yè)配電網(wǎng)接地方案的探討

周勛甜

（寧波市電力設計院有限公司，浙江 寧波 315000）

隨著近年來寧波地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，一批具有相當規(guī)模的石化企業(yè)相繼登陸寧波，石化企業(yè)具有負荷密度高、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。而中性點接地方式的選擇是直接影響石化企業(yè)安全運行和供電可靠性的重要因素之一。從石化企業(yè)配電網(wǎng)的特點入手，深入分析了各種接地系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點，對電阻接地系統(tǒng)的具體方案進行比較選擇，并計算接地電阻值。

1 中性點不接地系統(tǒng)

石化企業(yè)以前普遍采用中性點不接地系統(tǒng)運行方式。當發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的容性電流較小，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致電壓互感器飽和，激發(fā)鐵磁諧振，甚至導致電壓互感器爆炸。

（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致很多電氣設備絕緣擊穿，造成設備直接損壞。

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

2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

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

（1）靠人工計算后再調(diào)整檔位的固定補償方式的消弧線圈，這種補償方式不能隨著石化企業(yè)配電網(wǎng)的運行方式變化而實時調(diào)整補償量，故不能保證電網(wǎng)始終處于需要的過補償狀態(tài)，可能會導致系統(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)不推薦中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

3 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)

3.1 電阻接地方式

中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)是在電力系統(tǒng)中性點與地之間人為接入電阻。當流過中性點的電流與故障點的電容電流相接近時，中性點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

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

對于圖1（a）的接線方式，接地變保護一般安裝在接地變開關柜上；主變低壓Ⅰ段零序電流保護作為主變低壓側(cè)引線接地故障主保護，對于圖1（b）接線方式可作為所供電母線接地故障主保護和出線接地故障遠后備保護，繼電保護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配置

圖3 接地變接于主變低壓側(cè)時的繼電保護配置

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)運行，接地變中性點零序電流保護是電阻接地系統(tǒng)中的重要保護，正常運行時必須投入，故1個電阻接地系統(tǒng)中必須有且只有1個中性點接地運行。

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

在圖3接線中，由于中性點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，保護將跳開主變各側(cè)開關。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個中性點接地運行，運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、過電壓模擬試驗及運行經(jīng)驗表明，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IR≈Ic時，過電壓水平可降至2.5 p.u.以下。

當IR≈2Ic時，過電壓水平可降至2.2 p.u.以下。

當IR≈4Ic時，過電壓水平可降至2.0 p.u.以下。

當IR＞4Ic時，降低過電壓的作用已不明顯。

可以根據(jù)上述關系，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目110 kV變電站進行了中性點接地方案選擇，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)中性點接地方式的比較，針對石化企業(yè)的特點，結(jié)合保護配置方案，建議采用接地變直接接于主變Δ線圈引線、中性點經(jīng)電阻接地的方式，應根據(jù)實際情況選擇合適的中性點接地電阻值，以保證變電站和廠區(qū)的安全運行及供電的可靠性。

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