中性點低電阻接地方式在冶金企業(yè)中的應(yīng)用

諶欣

【摘 要】冶金企業(yè)6～10kV配電網(wǎng)中性點接地方式各有優(yōu)缺點，本文就某國外工程中中性點低電阻接地方式的應(yīng)用進行探討。

【關(guān)鍵詞】冶金企業(yè)；中性點低電阻接地；6～10kV配電網(wǎng)

鋼鐵冶金企業(yè)電力負荷大，一般擁有相對獨立的3～35kV企業(yè)配電網(wǎng)。廠區(qū)內(nèi)大量使用電纜配電，對地電容電流較大。

國內(nèi)冶金企業(yè)中6～10kV電壓等級配電網(wǎng)中使用較普遍的是中性點不接地系統(tǒng)，其優(yōu)點是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，只發(fā)出接地報警信號而不馬上跳閘，給維護人員一定的準(zhǔn)備時間，保證了供電的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，發(fā)生接地故障時接地電容電流也隨之增大，電弧難以自熄，間歇性電弧引起的內(nèi)部過電壓會損壞配電設(shè)備和線路，在電纜溝內(nèi)不能自熄的電弧可能引起火災(zāi)。

國外的冶金企業(yè)中，中性點經(jīng)低電阻接地方式在6～10kV電壓等級配電網(wǎng)應(yīng)用較為普遍，在一些國內(nèi)大型鋼鐵項目中，也在6～10kV電壓等級采用了中性點經(jīng)低電阻接地方式，本文將就中性點經(jīng)低電阻接地方式在國外某燒結(jié)廠10kV系統(tǒng)中的應(yīng)用進行探討。

1.燒結(jié)廠中6～10kV電壓等級常用的兩種接地方式比較

1.1中性點不接地方式

配電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)屬于非直接接地系統(tǒng)的一種，實際上可以看作是經(jīng)容抗接地系統(tǒng)。該容抗是由電網(wǎng)中的架空線路、電纜線路、電動機和變壓器繞組等對地耦合電容所組成，其主要特點是：

（1）當(dāng)發(fā)生單相接地時，僅非故障相對地電壓升高而相間電壓對稱性并未破壞，故不影響三相用電設(shè)備的供電。當(dāng)單相接地電容電流不大時，所引起的熱效應(yīng)為電網(wǎng)各個元件的絕緣所能承受，故允許電網(wǎng)帶接地故障運行一段時間，通常是1～2小時。

（2）對于單相接地電容電流很小的系統(tǒng)（6～10kV電網(wǎng)在5A以下），許多瞬時性接地閃絡(luò)常能自動消弧，不至于轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性故障，因而能迅速恢復(fù)電網(wǎng)正常運行。

（3）可能產(chǎn)生異常過電壓，這是中性點不接地系統(tǒng)的主要缺點。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，有時會產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，使非故障相的高電壓達到運行相電壓的4～4.5倍，當(dāng)發(fā)生弧光接地時，由于多次反復(fù)重燃使非故障相過電壓，一般為運行相電壓的3倍，最高可達3.5倍，并且能量大，持續(xù)時間長，遍及全系統(tǒng)。這將影響設(shè)備絕緣，大大降低使用壽命，還會使接地型電壓互感器產(chǎn)生磁飽和而引起鐵磁諧振，以致使熔斷器熔絲熔斷甚至燒壞電壓互感器；還會引起相間接地短路故障，擴大電網(wǎng)的故障范圍。

（4）適用范圍：中性點不接地系統(tǒng)適用于單相接地電容電流較小的系統(tǒng)。

1.2中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，由于人為增加了一個與電網(wǎng)接地電容電流相位相差90度的有功電流，就使流過故障點的電流為兩種電流的矢量和，這種系統(tǒng)的特點為：

（1）能抑制單相接地時的異常過電壓。當(dāng)阻性電流為容性電流的兩倍以上時，可將接地時的異常過電壓抑制在運行相電壓的2倍以下，從而有效地防止了異常過電壓對電機，電纜絕緣的危害。

（2）繼電保護簡單。由于單相接地電流較大，可以采用簡單的零序保護作用于跳閘，迅速切斷故障，有利于電纜防火。

（3）系統(tǒng)運行維護簡單，并對企業(yè)電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性強。中性點接地電阻值按照企業(yè)最終規(guī)模選擇，即使在運行過程中電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生改變，也不需要調(diào)節(jié)電阻值，所以運行維護很簡單。

（4）接地故障電流引起的熱效應(yīng)增大。由于人為地增加接地有功電流來保證零序保護的靈敏系數(shù)，從而引起電流熱效應(yīng)增大，保護裝置應(yīng)動作于跳閘斷開故障線路。

（5）節(jié)省電纜投資。中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，繼電保護動作，迅速切斷故障，因而對電纜的對地絕緣水平要求降低，6kV和10kV系統(tǒng)分別可選用對地額定電壓為3.6kV和6kV的電纜，從而節(jié)省了電纜的投資。

（6）適用范圍：當(dāng)電網(wǎng)接有較多的高壓電動機或者較多的電纜線路時，由于它們的絕緣水平較低，瞬時性的接地故障相對較少，為了保證絕緣和減少單相接地發(fā)展為多重接地故障，宜采用中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)。

2.中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)在燒結(jié)廠的工程應(yīng)用

2.1單相接地電容電流的計算

燒結(jié)廠中一般使用電纜配電，而中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電容電流主要由電纜對地電容決定，發(fā)生單相接地故障時故障點流過單相接地電容電流，10kV系統(tǒng)電纜線路電容電流可按下式計算：IC=[95+1.44S]*Ur*l/[2200+0.23S]A，式中 S為電纜芯線的標(biāo)稱截面，mm2；Ur為線路額定線電壓，kV；l為線路長度，km；IC為接地電容電流，A。簡單估算時還可以采用下式：IC=0.1 Ur*lA， 即10kV系統(tǒng)根據(jù)電纜長度估算為1A/km。

本燒結(jié)工程中10kV電纜長度約為15km，算得單相接地電容電流約為15A。根據(jù)國外業(yè)主的使用習(xí)慣和運行經(jīng)驗，并綜合考慮供電可靠性要求后，最終決定10kV系統(tǒng)采用中性點經(jīng)低電阻接地方式，在35/10.5kV（D，yn1）主變壓器二次側(cè)使用的200A，10S的中性點接地電阻。

2.2接地電阻器的選擇

目前常用的接地電阻器，從材質(zhì)方面區(qū)分主要有鑄鐵、不銹鋼、合金及非金屬材料等幾種類型。本工程采用的是不銹鋼材料，具有耐腐蝕性好，溫度系數(shù)小而阻值比較穩(wěn)定，在溫度劇烈變化時不易破裂等優(yōu)點。

接地電阻器的阻值可按下式計算：R=Un/（√3*IR）*103，R為中性點接地電阻器的阻值，歐姆；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，Kv； IR為電阻電流，A。

本工程采用200A的電阻電流，帶入上式可得R=10/（√3*200） *103=28.87A。

2.3零序電流互感器的選擇

零序電流互感器的應(yīng)用一般都選用較小變比，常用的如：50/5、75/5、100/5、150/5、 200/5、20/1、50/1、100/1、150/1、200/1，因為只有發(fā)生一次接地故障時，零序電流互感器才有輸出。人們不會讓接地電流很大時才使保護動作（不用考慮躲過負荷電流）。可是由于一次繞組是電力電纜，僅有一匝，這樣，50/5的零序電流互感器的二次額定匝數(shù)，僅10匝，所以50/5的零序電流互感器負荷特性較差，實際負載阻抗和零序電流互感器的容量不一致時將會出現(xiàn)較大的誤差，而且在低于額定電流時誤差也會加大，所以在允許的情況下盡量選用大一些的變比。 在工程中互感器一次側(cè)電流可按接地電阻電流的一半選擇，本工程中采用200A的接地電阻器，零序電流互感器變比選擇為100/5A。

2.4避雷器的選擇

中性點不接地系統(tǒng)采用無間隙氧化鋅避雷器時，發(fā)生故障較多，影響系統(tǒng)安全運行，因此多采用有間隙氧化鋅避雷器。采用中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)后，為無間隙氧化鋅避雷器提供了良好的運行條件，由于它對浪涌過電壓響應(yīng)迅速，進一步降低了過電壓，有利于系統(tǒng)安全運行。

中性點采用不同的接地方式各有優(yōu)缺點，但在海外工程中，中性點接地方式的選擇除技術(shù)比較外，業(yè)主的習(xí)慣和運行經(jīng)驗也起決定性作用。中性點經(jīng)電阻接地方式在國外冶金工廠中是較常見的中性點接地方式。