消弧系統加裝小電阻接地成套裝置改造

甘成旺

摘 要：為了及時切斷故障線路，提高電網運行的穩定，結合當前電網中性接地系統的發展，通過研究分析，發現原有的消弧線圈接地系統和小電阻接地系統都各有利弊，結合曹妃甸煤炭碼頭二期電網工況和設備實際，采用消弧線圈并聯小電阻接地系統的改造設想，以滿足港口生產對電力的需求。

關鍵詞：電網；消弧；小電阻接地

中圖分類號：TM475.05 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0184-01

1 立項背景

曹妃甸煤炭港務有限公司是年設計吞吐能力5000萬噸的現代化煤炭作業碼頭，港口供電可靠性是港口正常運營的根本保證。港口10KV配電網中性點采用經消弧線圈接地的方式。當線路發生單相接地時，系統單相接地故障還可連續運行2小時，對于瞬時接地故障不會啟動線路跳閘。由于港區的電纜線路眾多，電纜故障多為永久性故障，不允許長期帶故障運行，而消弧線圈接地方式使電纜帶故障運行，加速了絕緣老化，降低了電纜的使用壽命，甚至影響供電質量。

為了滿足港區生產對電力的可靠性的要求，在曹妃甸煤二期10KV電網消弧系統上加裝并聯小電阻成套裝置改造，與西門子7SJ62微機保護密切配合，能及時切斷故障線路，是一個既經濟又有效的選擇。

2 設備改造方案

2.1 消弧線圈并聯小電阻系統工作原理：

消弧線圈并聯小電阻接地系統主要由接地變壓器、消弧線圈及其調節裝置、小電阻及其投切裝置、電壓互感器、電流互感器等組成，其中控制裝置實現消弧線圈自動調諧和控制小電阻投切地兩大功能。控制裝置既能完成電容電流的計算，自動調節消弧線圈進行合理補償，又能在永久性接地故障情況下控制小電阻投切，實現中性點接地方式的靈活轉換，即實現中性點經消弧線圈接地和經小電阻接地兩種方式的并聯運行。

正常運行時，將消弧線圈投入到系統中，小電阻不投入運行，投切裝置處于斷開狀態。系統發生單相接地故障后，不會立刻閉合投切裝置，通過電壓互感器監測中性點電壓，判斷接地故障狀態。若故障消失，系統則認為是瞬時接地故障，投切裝置不動作，保持斷開狀態；若接地故障持續時間超過整定時間，系統判定為發生永久性接地故障，此時控制投切裝置閉合，投入小電阻產生足夠大的阻性電流，觸發故障線路零序電流保護動作，切除故障線路；當持續投入小電阻到達整定時間后，將投切裝置斷開，退出并聯的小電阻裝置，恢復為消弧線圈接地方式。

2.2 小電阻參數選擇

10KV電力電纜（電纜芯線截面積185mm2）線路每公里單相接地電容電流按下式計算：

，則港口10kV電網的接地電容電流，查找10kV電網出線電纜的數據，所有投入運行的出線電纜總長度∑L=72km，則電力電纜總接地電容電流，則110KV變電站的接地電容電流，以上式中S—電纜線芯的截面積，mm2；Ue—電纜線路額定線電壓，KV；L—出線電纜長度，km；Ic—電纜接地電容電流，A。

2.2.1 按限制弧光接地過電壓的要求選擇

，其中K—間歇性弧光過電壓倍數；IR—中性點電阻值，Ω；Ic—電纜接地電容電流，A。

國內外許多研究機構和科研人員進行了大量的試驗和計算表明，當時，可將間歇性弧光過電壓倍數限制在1.8倍以內，一般選取則=（1～4）*95=（95～380）A。

2.2.2 按保證繼電保護靈敏度的要求選擇

從滿足繼電保護靈敏度的角度考慮，K值越大越好（即越大越好），港口12個10kV變電所10KV饋線柜都有零序保護功能，且電流起動值相當小。不論是經中值電阻或者是經小電阻接地的配電系統，單相接地故障電流遠大于每條線路的對地電容電流，一般都能保證零序保護的靈敏度要求。問題是當中性點電阻值過高時，繼電保護的靈敏度會受到影響。按照①所選擇的中性點電阻值 Ω。

2.2.3 從對人身安全方面考慮

中性點經小電阻接地配電網在發生單相接地故障時，通過故障點的接地短路電流比較大，引起故障點地電位升高，有可能造成跨步電壓、接觸電壓超過允許值。如果此時人員接近故障點或者是接觸故障電器有可能會造成人員傷亡。所以從降低故障點的跨步電壓和接觸電壓角度考慮，中性點接地電阻阻值越大越越好。

因此綜上所述，借鑒國內的運行經驗，以及現場設備狀況，設備選型需要，選接地電阻電流為300A，Ω，在消弧線圈加裝的并聯小電阻選擇為20Ω，選用小電阻接地成套裝置型號為HD-BNR-10/20（規格：系統額定電壓10.5kV，短時通流電流300A，短時通流時間10S，標稱阻值20Ω），將2套小電阻接地成套裝置分別并聯接到消弧系統接地變壓器中性點。

2.3 小電阻延時投入時間選擇

當發生永久性單相接地故障時，消弧線圈開始滅弧，經過一段延時t1后，投入小電阻。t1的選擇應大于瞬時單相接地故障的恢復時間，且小于設備帶故障運行的允許時間，t1值應可調，運行經驗的調節范圍為5秒～2小時，借鑒國內的運行經驗和現場運行條件設計為10秒。因此，小電阻成套裝置控制器設定，發生單相接地t1=10s，裝置投入，小電阻并聯接入消弧系統接地變壓器中性點。

2.4 小電阻投入持續時間選擇

受并聯小電阻過載能力的限制，投入小電阻的持續時間t2不宜過長，同時不應小于線路零序保護動作所需要的時間，即應滿足t2≥2（t3+t4）+△t.式中t3為零序保護繼電器動作時間，t4為線路保護斷路器分閘時間，△t為裕度時間。港口10kV電網開關饋線柜采用的保護為西門子7SJ62，其零序保護繼電器動作時間為0.045s，線路斷路器分閘時間為0.05s，裕度時間為0.5s，則t2≥2（0.045+0.05）+0.5=0.69s，結合實際情況將小電阻成套裝置控制器短時通流時間調整為t2=8s，當小電阻短時通流大于等于300A，并且持續時間超過8秒，控制器切除小電阻，保護小電阻成套裝置過熱損毀，作為裝置的后備保護。

2.5 出線柜零序保護定值的設定

出線柜零序保護定值應躲過最大15%相電壓的不平衡電壓造成的零序電流A，再乘以可靠性系數1.4，設定為零序保護電流值60A，動作于跳閘；動作時間應躲過間歇性單相接地峰值，結合實際情況，確定為2s。

將12個10kV變電所所有162面10kV饋線柜（包括未接電纜的備用柜）零序保護動作跳閘功能開通，設定值為60A，2S動作于開關跳閘。

考慮電網上下級開關配合，將110kV變電站29面10kV出線開關柜零序電流值設定為85A，4S，對應變電所10kV進線開關零序保護值設定為70A，3S（以上計算60A加上每個變電所平均電容電流按958=12A，分別取85A，70A。

3 應用情況

在消弧線圈加裝并聯小電阻的改造后，發生故障后10S投入小電阻，故障點與小電阻及地形成電流通路，2S后相應故障線路開關繼電保護裝置零序保護可靠動作，從故障發生到切除只用了12S，較之前人工故障排查2小時的效率及準確性有了質的飛躍。

投資少，創造效益大，只是加裝2臺小電阻接地成套裝置，再加上所有出線開關繼電保護裝置零序保護定值的計算設定，還充分利用了原有的消弧系統設備和出線開關設備，節省了大量的投入，特別適合本港口高壓電纜出線多，工況復雜的電網，能準確、可靠、迅速切除故障線路，極大減少停電范圍。