10 kV廠用電系統中性點接地方式改造經驗簡析

張 甜，朱傳宗，朱海峰

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 引言

張河灣公司10 kV廠用電系統共配置4臺高壓廠用變壓器，均為單相干式變，接線組別Yd11，中性點采用不接地方式。廠用電系統主用電源經4臺高壓廠用變壓器取自各臺主變低壓側，備用電源為廠外35 kV變電站，保安電源為柴油發電機；地下廠房10 kV開關柜共分3段，其中第1段和第3段均為兩路電源進線，來自廠高變低壓側，第2段母線電源來自廠外35 kV變電站10 kV電源。

2 系統架構

配電系統中性點接地方式通常有中性點不接地、中性點經電阻接地和中性點經消弧線圈接地。各種接地方式不同，使用方式也不同。隨著國民經濟的發展，許多城市配電網已經改變了過去以架空線路為主的局面，而是以電纜線路為主，與此同時，一些新型設備，如結構緊湊的封閉式SF6開關柜、交聯聚乙烯電纜以及氧化鋅避雷器等得到越來越廣泛的應用，這就使得原來沿用的非有效接地方式不再適用。因此，如何有效經濟的設置中性點接地成為當前供電工作的重點。

在電纜供電的系統中，接地電容電流較大。當電流大于規定值時會產生弧光接地過電壓。采用中性點電阻接地方式的目的就是給故障點注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質，減小與電壓的相位差，降低故障點電流過零熄弧后的重燃率，使過電壓限制在相電壓的2.6倍以內，提高繼電保護的靈敏度，作用于跳閘，從而有效保護系統正常運行。

本次改造采用的是變壓器中性點接地電阻柜，它包括接地變壓器在內的成套接地設備，可安裝于10 kV廠用電系統中，實現廠用電采用中性點經電阻接地的系統運行方式。

中性點接地電阻柜主要由接地變壓器、電阻器、零序電流互感器3部分組成。系統變壓器接線為星形接線，中性點接地電阻經接地變壓器接入，接地電阻柜在10 kV廠用電系統中的接線如圖1所示。

圖1 接地電阻柜安裝位置

3 思路來源

張河灣電站高廠變采用單相雙繞組有載調壓，型號為DCZ10-1000/15.75，變比為接線組別為Yd11，10 kV廠用電系統不接地。電站10 kV廠用電系統采用不接地方式，發生單相短路故障可繼續運行不超過2 h，保證了供電的連續性。但是這種接地方式的缺點也很明顯：當電容電流不大時，發生單相接地故障時接地電弧可以自熄，非故障相承受大約1.73倍過電壓，雖然過電壓倍數不算大，但仍會對系統的絕緣造成壓力；當電容電流較大時，國內相關研究表明，短路電流超過10 A，短路點電弧就無法自熄，會出現間歇性電弧或持續電弧，一方面電弧本身容易誘發火災，燒毀輸電線路，導致事故擴大，另一方面，會出現弧光過電壓，過電壓倍數最高可達3.5倍，因線路設備老化導致絕緣水平薄弱的地方容易被擊穿，發生相間短路甚至三相短路。

經計算，在最大運行方式下，電站廠用電系統單相接地電容電流可達16.23 A，故障點可以形成穩定的電弧。10 kV廠用電系統雖已配置了小電流接地選線裝置，但保護僅動作于報警信號，且從電網中小電流接地選線裝置的運行情況來看，其準確性也不是很理想。因而，電站10 kV廠用電系統無法實現靈敏且有選擇性的接地保護，可能導致單相接地故障擴大為事故，存在較大安全隱患。

4 中性點接地電阻柜特點

①電阻采用優質進口不銹鋼或國產不銹鋼電熱金屬材料，具有電導率高、溫度系數高、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化能力強、抗拉強度高及阻值穩定等優良特點，產品運行安全可靠；②接地變壓器主要針6～35 kV系統，變壓器星型接線，直接接中性點電阻，變壓器三角形接線的提供獨立的接地變壓器引出中性點，中性點電阻與之連接使用；③電阻柜阻值可1～2 000 Ω，電流1～2 000 A設計；④電阻柜柜體采用進口敷鋁鋅板，不銹鋼板或者冷軋鋼板噴塑制成，外觀美觀，耐腐蝕，防護等級高；⑤產品可加裝隔離開關，檢修方便；⑥柜內裝設紅外線探頭，具有在線測溫功能；⑦區別傳統接地電阻柜，裝設專門用于電阻柜的智能控制單元BW-DZ-6，該裝置可隨時監測電阻柜正常運行狀態下中性點不平衡電流、電阻柜內及電阻器的溫度，同時具備電阻主回路斷線（異常開路）在線監測功能，也可以監測發生單相接地故障瞬間的電流以及記錄接地動作次數，并預留通信接口，可將檢測、記錄的信息傳遞至中控室實現無人值守。

5 配置方案

電站10 kV廠用電接線為單母三分段。從1、3號主變低壓側各引一回電源，經1、3號廠高變降壓至10 kV后接至=S01母線上；從35 kV變電站引一回10 kV線路，接至=S02母線上；從2、4號主變低壓側各引一回電源，經2、4號廠高變降壓至10 kV后接至=S03母線上。相鄰兩段母線之間設置聯絡。本次接地系統改造共裝設4套接地變及接地電阻柜，分別裝設于1號機組、2號機組、3號機組、4號機組廠高變和進線開關之間，10 kV 1號、3號接地變及接地電阻柜一組，10 kV 2號、4號接地變及接地電阻柜一組，分別布置于兩個10 kV開關室內。

6 現場實施

6.1 底座槽鋼制作

接地變及接地電阻柜采用10號槽鋼制作底座，10 kV 1號、3號接地變及接地電阻柜分別制做1 400 mm×2 000 mm槽鋼底座，10 kV 2號、4號接地變及接地電阻柜并柜統一制做一個2 800 mm×2 000 mm槽鋼底座，然后底座與地面用膨脹螺栓牢牢固定，基礎制作完畢后，做防腐處理。每段基礎用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼兩點接地。

6.2 設備吊裝

6.2.1 起吊前準備工作

(1)設專人檢查所用起吊用具，起吊用具必須滿足起吊物件的重量要求。起吊設備時，嚴禁非作業人員在設備附近行走或站立，起吊操作人員必須站在安全可靠地點進行操作，并且在起吊過程中要設專人時刻觀察起吊裝置及用具的可靠性，發現問題要及時停止起吊工作，進行妥善處理，待檢查無誤后方可重新起吊，起吊前必須由施工負責人對起吊裝置及工器具進行完好檢查，嚴禁使用不完好起吊工器具，以免造成設備或人身事故。

(2)設專人檢查起吊用具的完好情況，確認無誤后方可使用。

(3)起吊時設專人監護，監護人員應監護到位。

(4)吊裝前組織作業人員進行吊裝方案及注意事項的學習和交底。

(5)確認吊裝場地必須平整、壓實，以保證操作平穩、安全。

(6)檢查倒鏈等起吊工具是否符合起吊要求。

(7)設備本體有設備吊裝吊耳的可采用設備自帶的吊裝吊耳，設備本體無吊裝吊耳的，根據現場設備吊裝要求，按照相關規范制作吊耳。

6.2.2 吊裝

(1)清理吊裝現場障礙物，并對場地按要求進行整理和維護。

(2)電阻柜運至吊裝現場并拆除設備包裝，檢查設備吊耳，同時對設備的棱角及重要部位進行防護。

(3)將電阻柜吊至離地100 mm處進行試吊，檢查倒鏈等吊裝用具正常后起吊。

(4)將電阻柜吊至平面并落穩落實后，拆除吊具。吊具移開后對電阻柜進行就位。

6.3 設備就位及敷設電纜

參照施工圖紙，確定每臺接地變及電阻柜所安裝的位置間隔，先按圖紙規定的順序將柜作好標記，然后人工將其搬運到安裝位置，利用橇棍橇到底座基礎上，再精確地調整柜體的水平度和垂直度。

電纜敷設前，施工人員認真核對電纜型號、規格、數量，避免出現電纜敷設差錯。對電纜進行絕緣測試，絕緣電阻在規定范圍內。電纜架起后，擋板邊緣距地面的距離不得小于100 mm。電纜通道拐角處裝設專用拐角滑輪，避免拐角處折損或劃傷電纜。施工人員用卷尺預測電纜的長度，從電纜軸上倒下電纜，長度比實際長度多出10 m盤好，以備電纜穿入10 kV配電室施工,然后將牽引繩沿電纜溝滑輪放置到電纜處，用專用網套套住電纜頭，開動牽引機，使電纜緩慢移動。敷設時專人隨電纜頭觀察牽引套和方向，中間每隔20 m設專人監護電纜是否脫離滑輪。電纜敷設完畢后所有穿過地板、進入接地變及接地電阻柜的孔洞采用防火包、柔性有機防火堵料、防火板相結合的組合封堵，封堵厚度與孔洞相同。

6.4 電纜頭制作及接線

10 kV電力電纜終端采用冷塑工藝，首先，把電纜臨時固定好，按電纜頭制作說明書的規定標出剝切位置，然后，解開電纜進行剝切。電纜頭從剝切開始必須連續操作直至完成，縮短絕緣暴露時間，剝切電纜時不得損傷線芯和保留的絕緣層。剝切電纜前，先把電纜校直，在外護套上刻一環形刀痕，向電纜末端切開并剝除電纜外護層。在鋼鎧切斷處內側用綁線綁扎鎧裝層，鋸斷鋼帶，鋼帶留30 mm，鋸口要整齊，在鋼帶斷口處保留10 mm內護層，其余切除。除去填充物，分開線芯。

電纜鋼鎧需兩端接地，制作時，把鍍錫銅編織線一端拆開均分3份，將每一份重新編織后分別繞包在三相屏蔽層上并綁扎牢固，錫焊在各相銅帶屏蔽上。接地線在鎧裝處用專用卡環卡牢，必要時把鋼鎧表面銼毛。接地線從三支套下部引出。然后，用自粘帶填充分叉處，使外形成蘋果形。用溶劑清潔電纜外護套表面，用密封膠帶繞包兩層，長約60 mm，將接地線包在兩層之間，構成密封段，套上三支套，手套要套到線芯根部，均勻用力拉出尼龍漲套，收縮完全后，從三支套手指端部向上量40 mm為銅帶屏蔽切斷處，先用銅線將銅帶綁扎再進行切割，切斷口要整齊。保留半導電層20 mm，其余剝除，剝除要干凈，注意不要損傷主絕緣。對于殘留在主絕緣外表的半導電層，用細砂布打磨干凈。用溶劑清洗主絕緣，用半導電帶填充半導電層與主絕緣的間隙20 mm，以半疊繞方式繞包一層，與半導電層和主絕緣各搭接10 mm，形成平滑過渡，從半導電層中間開始向上以半疊繞方式繞包自粘帶一層，繞包長度110 mm。安裝應力控制管：清潔半導電層和銅帶屏蔽表面，清潔線芯絕緣表面，確保絕緣表面無碳跡，套上應力控制管。應力控制管下端與分支手套上端相距20 mm，均勻用力拉下預制繞環撐環給應力使其收縮。在應力控制管上端包繞自粘帶，使其平滑過渡：清潔線芯絕緣表面、應力控制管及分支手套表面。套上收縮管，其下部與分支手套根部搭接20 mm，均勻用力拉預制繞環撐環收縮。

壓接接線鼻子：先量好線芯長度，按接線鼻子孔深加5 mm的長度，剝除線芯端部絕緣，線端絕緣削成“鉛筆頭”形狀，長度為30 mm。套上接線鼻子進行壓接，用銼刀修整壓接部位，清潔導線及鼻子表面。用密封膠帶或自粘帶將鼻子與線芯絕緣端部之間填平，壓接凹處一并填平，套上保護管塑好，再塑上相色標志。

7 交接試驗

7.1 依據標準

GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》

Q/HBW14701-2008《華北電網有限公司電力設備交接和性能試驗規程》

7.2 試驗項目

具體實驗項目見表1。

表1 試驗項目

經過以上交接試驗，試驗數據符合標準要求，可以投入運行。

8 總結

本次10 kV廠用電系統接地方式改造的順利實施，使得改造后的10 kV廠用電系統可快速且有選擇性地切除單相接地故障，避免由于單相接地故障未快速切除，引發火災、設備損壞等問題，從根本上消除安全隱患，保障廠用電系統安全穩定運行。