石化裝置低壓配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)的探討

王競(jìng)男

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

石化裝置低壓配電系統(tǒng)接地故障保護(hù)的探討

王競(jìng)男

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

通過(guò)分析低壓配電系統(tǒng)的各種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn),提出了適合石化裝置的接地方式；并對(duì)相應(yīng)的接地故障保護(hù)進(jìn)行了探討；同時(shí)通過(guò)理論和工程實(shí)際相結(jié)合,對(duì)接地系統(tǒng)案例進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算分析。

接地方式；TN系統(tǒng)；TT系統(tǒng)；接地故障保護(hù)

現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)即石化裝置，是對(duì)天然氣等易燃性氣體或者石油等可燃性液體進(jìn)行處理和加工的過(guò)程。 因?yàn)樵谑b置中的物料多數(shù)具有易燃性和易揮發(fā)性，當(dāng)遇到火花就可能引起火災(zāi)或者爆炸，甚至人身傷亡。而其中大多數(shù)因電氣原因引起的事故則發(fā)生在低壓配電裝置內(nèi)，除了電氣產(chǎn)品本身質(zhì)量低劣和使用管理不當(dāng)外，相當(dāng)多的事故是由于設(shè)計(jì)、安裝和校驗(yàn)不當(dāng)而造成，在眾多的電氣事故中，接地故障也是產(chǎn)生事故的原因之一。本文將重點(diǎn)探討低壓配電系統(tǒng)的接地故障保護(hù)。

為降低配電系統(tǒng)接地事故的發(fā)生，防止電氣火災(zāi)、人身間接電擊及電氣設(shè)備線路損壞等事故，除了對(duì)事故固有成因進(jìn)行有效的控制之外，還應(yīng)設(shè)置能自動(dòng)切斷故障電路的保護(hù)措施，即接地故障保護(hù)。

目前，低壓供配電系統(tǒng)的接地方式主要有三種：即TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。本文將對(duì)上述三種接地方式中較為常用的兩種方式進(jìn)行分析與比較，同時(shí)闡述其接地故障的保護(hù)要求和措施。

1 各種接地方式綜述

1.1 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)在電源處有一點(diǎn)直接接地，一般來(lái)說(shuō)均為中性點(diǎn)接地，用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)線（PE線）或保護(hù)中性線（PEN線）與接地點(diǎn)連接。按照中性線與保護(hù)線組合情況的不同，TN系統(tǒng)又可分為三種型式，即TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。

1.1.1 TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)中保護(hù)線（PE線）與中性線（N線）共用，當(dāng)發(fā)生用電設(shè)備相線與外殼接觸故障時(shí)，故障電流經(jīng)保護(hù)中性線回流到接地點(diǎn)，故障電流較大，可采用過(guò)電流保護(hù)電器切斷電源，保障安全。TN-C系統(tǒng)可以節(jié)省一根導(dǎo)線，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，施工較為容易，且一般適用于三相負(fù)荷基本平衡的場(chǎng)合。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，保護(hù)中性線因通過(guò)中性線電流而產(chǎn)生電壓降，從而使所接用電設(shè)備外殼對(duì)地帶電位，此電位既易造成人身傷害，又有可能在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中產(chǎn)生電火花從而引起爆炸。

1.1.2 TN-S系統(tǒng)

TN-S系統(tǒng)的保護(hù)線（PE線）與中性線（N線）是分開的。當(dāng)發(fā)生用電設(shè)備相線與外殼接觸故障時(shí)，故障電流經(jīng)保護(hù)線回流到接地點(diǎn)，故障電流較大。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡，中性點(diǎn)的電位升高，但是用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分及PE線無(wú)電流通過(guò)。TN-S系統(tǒng)能有效保證設(shè)備及運(yùn)行人員的安全，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，適用于數(shù)據(jù)處理和精密電子儀器設(shè)備，也可用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合。但是由于系統(tǒng)增加了中性線，初期投資相對(duì)較高。

1.1.3 TN-C-S系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)由兩部分接地系統(tǒng)組成，一部分是TN-C系統(tǒng)，另一部分是TN-S系統(tǒng)。它兼有兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)。在全系統(tǒng)中，僅在電氣裝置電源進(jìn)線點(diǎn)前保護(hù)線（PE線）與中性線（N線）是合一的，電源進(jìn)線點(diǎn)后兩根線是分開的。TN-C-S系統(tǒng)自電源到電氣裝置之間節(jié)省了一根專用的PE線。

不論是TN-C-S系統(tǒng)還是TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)，在同一電源供電的范圍內(nèi)，所有的PE線、PEN線都是連通的，因此在TN系統(tǒng)內(nèi)PE線、PEN線上的故障電壓可在各個(gè)裝置之間互竄，對(duì)此需要采取等電位聯(lián)結(jié)措施加以防范，以免故障電壓的傳導(dǎo)引起事故?？偟入娢宦?lián)結(jié)的作用是使各外露導(dǎo)電部分與地面的電位趨于接近，不存在電位差，從而降低接觸電壓，另外還能消除或降低自外部導(dǎo)入的危險(xiǎn)電壓。

1.2 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)電源端中性點(diǎn)直接接地，裝置的用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分則接到在電氣上獨(dú)立于電源系統(tǒng)接地的接地極上。

TT系統(tǒng)的裝置外露可導(dǎo)電部分的PE線與電源端系統(tǒng)接地?zé)o聯(lián)系，各個(gè)電氣裝置的PE線也互不連通，正常時(shí)各電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分為地電位。當(dāng)電源側(cè)或電氣裝置用電設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電壓不會(huì)像TN系統(tǒng)那樣沿PE線或PEN線在電氣裝置之間傳導(dǎo)和互竄，不會(huì)發(fā)生一個(gè)裝置的故障在另一個(gè)裝置內(nèi)引發(fā)電擊事故。

但在采用TT系統(tǒng)的用電設(shè)備發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，因故障回路中包含裝置外露可導(dǎo)電部分接地電阻和電源端的系統(tǒng)接地電阻，共兩個(gè)接地電阻，故障回路阻抗較大，故障電流較小，其故障電流不足以使斷路器或熔斷器有效動(dòng)作，一般TT系統(tǒng)須采用動(dòng)作靈敏度高的剩余電流保護(hù)設(shè)備來(lái)切斷電源。

1.3 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，裝置用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分則直接接地。

在這個(gè)系統(tǒng)中的用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的保護(hù)線分別直接接地， IT供電系統(tǒng)中，由于電源中性點(diǎn)不接地，相對(duì)接地裝置基本沒(méi)有電壓。用電設(shè)備的相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞時(shí)，單相對(duì)地故障電流較小，不會(huì)破壞電源電壓的平衡，一定條件下比電源中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)供電可靠。

IT系統(tǒng)在發(fā)生一個(gè)單相接地故障時(shí)由于不具備故障電流返回電源的通路，其故障電流僅為兩非故障相對(duì)地電容電流的相量和，其值甚小，對(duì)地故障電壓很低，它在發(fā)生一個(gè)接地故障時(shí)不需要切斷電源而使供電中斷，所有三相用電設(shè)備仍可暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，另兩相對(duì)地電壓將由相電壓升高到線電壓。

IT系統(tǒng)在供電距離不長(zhǎng)時(shí)，供電可靠性高，安全性好。如果供電距離很長(zhǎng)時(shí)運(yùn)用 IT 方式供電，用電設(shè)備的相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電時(shí)，由于供電線路對(duì)大地的分布電容會(huì)產(chǎn)生電容電流，此電流經(jīng)大地可形成回路，用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分也會(huì)形成危險(xiǎn)的接觸電壓。

綜上所述，石化裝置低壓配電系統(tǒng)一般采用TN-S系統(tǒng)，這是因?yàn)門N-S系統(tǒng)某一回路內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電流通過(guò)PE線返回電源，故障電流較大，過(guò)電流防護(hù)電器能迅速地切斷電源，避免電擊事故的發(fā)生。由于范圍廣，線路長(zhǎng)等原因，石化裝置低壓配電系統(tǒng)亦會(huì)局部采用TT系統(tǒng)。但由于TT系統(tǒng)的故障電流較小，過(guò)電流保護(hù)難以滿足靈敏度要求，因此TT系統(tǒng)中應(yīng)采用剩余電流保護(hù)設(shè)備作接地故障保護(hù)。

2 低壓配電系統(tǒng)接地故障的保護(hù)

2.1 低壓配電系統(tǒng)保護(hù)的一般要求

低壓配電系統(tǒng)一般根據(jù)不同的故障類型和具體工程要求設(shè)置短路保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地故障保護(hù)等措施。低壓配電系統(tǒng)上下級(jí)保護(hù)裝置的動(dòng)作具有選擇性，同時(shí)各級(jí)之間亦能協(xié)調(diào)配合，并與低壓配電系統(tǒng)的特征和接地方式相適應(yīng)。本文將重點(diǎn)探討接地故障保護(hù)措施。

2.2 低壓配電系統(tǒng)接地故障的保護(hù)

在供配電系統(tǒng)中，所謂接地故障，是指相線、中性線等帶電導(dǎo)體與地之間形成了短路，這里的“地”是指大地或與地相連的電氣裝置中的導(dǎo)電部分等。當(dāng)電氣裝置的絕緣受到破壞就易發(fā)生接地故障，使得原本不帶電的金屬外殼上存在電壓，造成間接接觸電擊，危及人身安全。同時(shí)，接地故障引起的對(duì)地電弧和電火花則是最常見(jiàn)的電氣短路起火源。

為防止人身間接觸電和電氣火災(zāi)等事故而采取接地故障的保護(hù)措施，需配合供配電系統(tǒng)的接地方式，正確選擇和整定配電線路的保護(hù)電器（斷路器、熔斷器和保護(hù)繼電器等），使其可靠切除故障，不同接地方式有不同的要求。

2.2.1 TN系統(tǒng)接地故障的保護(hù)

（1）接地故障保護(hù)對(duì)時(shí)間的要求

在TN系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，因故障回路阻抗很小，接地故障短路電流很大，能保證保護(hù)設(shè)備可靠動(dòng)作，切除故障。但在保護(hù)設(shè)備動(dòng)作之前，此電流在保護(hù)中性線（PEN線）或保護(hù)線（PE線）上產(chǎn)生壓降，使故障用電設(shè)備的金屬外殼帶有危險(xiǎn)的電位，由于保護(hù)中性線或保護(hù)線的阻抗約占故障線路總阻抗的一半以上，因此金屬外殼所帶的危險(xiǎn)電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)安全電壓50 V，此電位還會(huì)沿保護(hù)中性線或保護(hù)線傳播到非故障設(shè)備的金屬外殼上。為避免人體觸及帶有故障電位的用電設(shè)備外殼時(shí)間超過(guò)安全閥值，需要求保護(hù)設(shè)備快速切除故障線路，為此對(duì)保護(hù)設(shè)備的開斷時(shí)間有較高的要求。相線對(duì)地標(biāo)稱電壓為380/220 V的TN系統(tǒng)配電線路接地故障的保護(hù)，其切斷故障線路的時(shí)間應(yīng)符合如下要求：

（1）配電干線和只供給固定式用電設(shè)備的末級(jí)配電線路不應(yīng)大于5 s[1]。

（2）給手握式或移動(dòng)式用電設(shè)備的末級(jí)配電線路，最長(zhǎng)切斷時(shí)間不應(yīng)大于表1所列數(shù)值。

表1 TN系統(tǒng)的最長(zhǎng)切斷時(shí)間[2]Tab.1 The longest break time in TN system

（2）接地故障保護(hù)的措施

在TN系統(tǒng)中接地故障短路電流很大，能保證保護(hù)設(shè)備可靠動(dòng)作，切除故障，因此在TN系統(tǒng)中一般采用過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)。當(dāng)過(guò)電流保護(hù)切斷故障時(shí)間不能夠滿足上述（1）、（2）要求時(shí)，可采用零序電流保護(hù)，其整定值應(yīng)躲過(guò)線路上最大不平衡電流。TN系統(tǒng)中存在下列可能，即隨著時(shí)間的推移，PE線中的連接接頭的接觸電阻由于種種原因而增大且不易被發(fā)現(xiàn)，它可限制故障電流從而妨礙過(guò)流防護(hù)電器的及時(shí)動(dòng)作而招致電擊危險(xiǎn)。為確保人身安全，應(yīng)在接用電擊危險(xiǎn)大的手握式設(shè)備、移動(dòng)式設(shè)備的供電線路中，安裝剩余電流保護(hù)設(shè)備用作防電擊電器。在采用剩余電流保護(hù)時(shí)，所有帶電載流體必須穿過(guò)剩余電流保護(hù)裝置中電流互感器的磁回路，而嚴(yán)禁PEN線及PE線穿過(guò)剩余電流保護(hù)裝置中電流互感器的磁回路。

在TN接地形式的配電系統(tǒng)中，接地故障的保護(hù)裝置的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式要求：

上述公式中，Zs為接地故障回路阻抗（Ω），包括故障電流所流經(jīng)的相線、PE線、變壓器的阻抗；Ia為保證保護(hù)電器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障線路的動(dòng)作電流（A）；Uo為相線對(duì)地標(biāo)稱電壓（V）。

當(dāng)采用瞬時(shí)或短延時(shí)動(dòng)作的低壓斷路器作接地故障保護(hù)時(shí)，當(dāng)接地故障電流Id與瞬時(shí)或短延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流Ir的比值大于或等于1.3，可認(rèn)為該低壓斷路器Ia值滿足公式的要求；當(dāng)采用熔斷器作接地故障保護(hù)時(shí)，當(dāng)接地故障電流Id與熔斷體額定電流Ir的比值大于或等于表2所列數(shù)值，則該熔斷體的Ia值滿足公式的要求。

表2 TN系統(tǒng)采用熔斷器作接地故障保護(hù)時(shí)允許最小值Id/Ir[3]Tab.2 The minimum allowable value Id/Irusing the fuse as grounding failure protection in TN system

2.2.2 TT系統(tǒng)接地故障的保護(hù)

在TT系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障電路內(nèi)包含有外露導(dǎo)電部分接地極和電源接地極的接地電阻，與TN系統(tǒng)相比，TT系統(tǒng)故障回路阻抗大，接地故障短路電流小，因此用預(yù)期接觸電壓值來(lái)規(guī)定對(duì)保護(hù)電器動(dòng)作特性的要求。

在TT配電系統(tǒng)中，接地故障保護(hù)裝置的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式要求：

上述公式中，Rs為外露可導(dǎo)電部分的接地極和PE線的電阻和（Ω）；Io為保證保護(hù)設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷故障線路的動(dòng)作電流（A）。

公式對(duì)規(guī)定時(shí)間的要求如下：對(duì)固定式用電設(shè)備為5 s，對(duì)手握式或移動(dòng)式用電設(shè)備，其最長(zhǎng)切斷時(shí)間不應(yīng)大于圖1中曲線L1相應(yīng)時(shí)間。

Io值與所采用的保護(hù)設(shè)備有關(guān)，當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)設(shè)備時(shí)，Io為額定剩余動(dòng)作電流；當(dāng)采用瞬時(shí)動(dòng)作的短路保護(hù)電器時(shí)，Io為斷路器瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.3倍；當(dāng)采用熔斷器時(shí)，Io為保證熔斷器在5 s內(nèi)切斷故障回路的電流。

由于TT系統(tǒng)的故障電流較小，過(guò)電流保護(hù)難以滿足靈敏度要求，例如采用20 A的熔斷器作為接地故障保護(hù)設(shè)備時(shí)，接地電阻要求不大于0.7 Ω，采用32 A斷路器作為接地故障保護(hù)設(shè)備時(shí)，則不大于0.5 Ω。如此低的電阻值在施工中是難以實(shí)現(xiàn)的。因此在TT系統(tǒng)中采用剩余電流保護(hù)設(shè)備作接地故障保護(hù)。

圖1 不同接觸電壓下人體允許最大通電時(shí)間[3]Fig.1 The maximum allowable time for the human body under different contact voltage

3 案例分析

石化裝置的供配電系統(tǒng)要求能夠長(zhǎng)周期、連續(xù)運(yùn)行、供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性及連續(xù)性需得到保證；供配電系統(tǒng)要便于施工、維護(hù)及操作，在保證技術(shù)先進(jìn)和方案合理的基礎(chǔ)上盡量節(jié)省投資及減少占地。

根據(jù)上述要求，380 V低壓配電系統(tǒng)一般采用交流三相四線制，接地型式為TN-S系統(tǒng)，中性點(diǎn)直接接地。裝置區(qū)采用共用接地網(wǎng)，即工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、防靜電接地連接在同一接地網(wǎng)上，形成閉合的接地網(wǎng)。

低壓電機(jī)作為一種典型的低壓電氣設(shè)備，在石化裝置得到了廣泛的應(yīng)用。

下面就TN-S系統(tǒng)內(nèi)對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)的單相接地故障保護(hù)的設(shè)定，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)的分析。

首先考慮利用三相過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)，明確保護(hù)電器的動(dòng)作電流的整定值，并校驗(yàn)動(dòng)作的可靠性，避免給安全帶來(lái)隱患。低壓配電系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)和保護(hù)電器的參數(shù)如圖2所示。

圖2 低壓電動(dòng)機(jī)的配電回路Fig.2 Typical low voltage motor circuit

根據(jù)斷路器的瞬動(dòng)整定電流應(yīng)大于電機(jī)起動(dòng)時(shí)的超瞬態(tài)電流的要求，在瞬動(dòng)倍數(shù)選12的條件下，電動(dòng)機(jī)回路的斷路器額定電流選擇為50 A。根據(jù)在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電纜選擇的要求，考慮其載流量要大于電動(dòng)機(jī)回路的最大工作電流1.25倍、最大工作電流作用下連接回路的電壓降不得超過(guò)該回路的允許值、電纜敷設(shè)系數(shù)等要求，電動(dòng)機(jī)電源電纜最終選擇為ZR-YJV22-0.6/1 kV 4×10 mm2。

查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第154頁(yè)的表4-21、第155頁(yè)的表4-23、第158頁(yè)的表4-25[3]，可以分別獲得高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗，配電變壓器的阻抗，線路單位長(zhǎng)度的阻抗。

高壓側(cè)系統(tǒng)：

式中 Zs、Rs、Xs—?dú)w算到變壓器低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)阻抗、電阻、電抗；

Rphp.s、Xphp.s—?dú)w算到變壓器低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)相保電阻、相保電抗；

Uav—系統(tǒng)平均電壓；

S＂s—高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量。

假設(shè)S＂s=200 MVA，計(jì)算和查表得：

配電變壓器：

式中 Zt、Rt、Xt—配電變壓器的阻抗、電阻、電抗；

Rphp.t、Xphp.t—配電變壓器的相保電阻、相保電抗；

uk%—變壓器阻抗電壓百分值；

U—額定電壓；

St—變壓器額定容量；

ΔP—變壓器短路損耗。

計(jì)算和查表得：Zt=6×0.42/（100×1.6）=0.006 Ω=6 mΩ，Rt=0.69 mΩ，Xt=5.96 mΩ，Rphp.t=0.69 mΩ，Xphp.t=5.96 mΩ。

配電線路：

式中 Rl、Xl—配電線路的電阻、電抗；

Rphp.l、Xphp.l—配電線路的相保電阻、相保電抗。

查表得：R'=1.754 mΩ/m，X '=0.085 mΩ，Rphp'=5.262 mΩ， Xphp'=0.26 mΩ。

配電電纜L1=50 m時(shí)，Rl=87.7 mΩ，Xl=4.25 mΩ， Rphp.l=263.1 mΩ， Xphp.l=13 mΩ。

L1=100 m時(shí)，Rl=175.4 mΩ，Xl=8.5mΩ， Rphp.l=526.2 mΩ， Xphp.l=26 mΩ。

L1=200 m時(shí)，Rl=350.8 mΩ，Xl=17 mΩ， Rphp.l=1 052.4 mΩ， Xphp.l=52 mΩ。

電動(dòng)機(jī)端單相接地故障電流Id計(jì)算如下：

當(dāng)配電電纜L1=50 m時(shí)，總的相保電阻Rphp=Rphp.s+Rphp.t+Rphp.l=0.05+0.69+263.1=263.84 mΩ

總的相保電抗Xphp=Xphp.s+Xphp.t+Xphp.l

=0.53+5.96+13=19.49 mΩ

斷路器的瞬時(shí)過(guò)電流整定電流為斷路器額定電流的12倍Ia=12 In=12×50 A=600 A。根據(jù)規(guī)范要求，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.3倍，1.3 Ia=780 A。

可見(jiàn)：當(dāng)線路長(zhǎng)度為50 m時(shí)，單相接地故障電流Id=831 A ＞ 1.3 Ia=780 A。

能滿足接地故障保護(hù)要求，可以采用瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)。

但是通常石化裝置多為易燃易爆場(chǎng)所，變電所需布置在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所外，這樣配電裝置距離終端用電設(shè)備一般較遠(yuǎn)，有的甚至達(dá)到200 m以上。

以下對(duì)不同的線路長(zhǎng)度，進(jìn)行單相接地故障電流的計(jì)算以及動(dòng)作特性的校驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)配電電纜線路較長(zhǎng)，其單相接地故障電流值會(huì)較小，此時(shí)單相接地故障電流將無(wú)法滿足斷路器動(dòng)作靈敏度要求，因此無(wú)法采用斷路器的過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)。

針對(duì)上述情況，要使斷路器的過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)能滿足要求，可以采用調(diào)整斷路器瞬動(dòng)電流整定值或降低回路阻抗，使故障電流變大?？紤]到電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，調(diào)整斷路器瞬動(dòng)電流整定值，可調(diào)整的范圍非常小，一般采用降低回路阻抗，即采取放大配電電纜截面的方法。我們以線路長(zhǎng)度為200 m時(shí)做個(gè)計(jì)算，當(dāng)配電電纜L1=200 m時(shí)，要滿足斷路器動(dòng)作要求，則總的相保阻抗應(yīng)滿足Zphp＜ 220/0.78=282.1 mΩ。

配電電纜放大到ZR-YJV22-0.6/1 kV 3×35+1×16 mm2時(shí)，查表得：R'=0.501 mΩ/m，X '=0.08 mΩ，Rphp'=2.397 mΩ， Xphp'=0.25 mΩ。

Rl=100.2 mΩ，Xl=16 mΩ， Rphp.l=479.4 mΩ，Xphp.l=50 mΩ。

Rphp=480.14 mΩ， Xphp=56.49 mΩ，Zphp=483.5 mΩ，不能滿足要求。

配電電纜放大到ZR-YJV22-0.6/1 kV 3×70+1×35 mm2時(shí)，查表得：R'=0.251 mΩ/m，X '=0.078 mΩ，Rphp'=1.128 mΩ， Xphp'=0.23 mΩ。

Rl=50.2 mΩ，Xl=15.6 mΩ， Rphp.l=225.6 mΩ，Xphp.l=46 mΩ。

Rphp=226.34 mΩ， Xphp=52.49 mΩ，Zphp=232.3 mΩ ＜ 282.1 mΩ，能滿足要求。

可見(jiàn)當(dāng)電動(dòng)機(jī)200 m的配電電纜由原來(lái)的ZRYJV22-0.6/1 kV 4×10 mm2放大至ZR-YJV22-0.6/1 kV 3×70+1×35 mm2時(shí)，因回路阻抗降低從而可以滿足斷路器的動(dòng)作靈敏度要求，但當(dāng)配電電纜放大至ZR-YJV22-0.6/1 kV 3×70+1×35 mm2時(shí)，電纜的外徑由原來(lái)的21.5 mm增加至39.9 mm，電纜可能無(wú)法接至電動(dòng)機(jī)的接線盒，相應(yīng)的費(fèi)用也由原來(lái)的0.8萬(wàn)元增加至4.5萬(wàn)元；現(xiàn)在石化裝置規(guī)模越來(lái)越大，相應(yīng)的配電電纜的長(zhǎng)度達(dá)到200 m以上的情況非常普遍，有的電纜長(zhǎng)度甚至超過(guò)500 m。因此從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可靠性方面考慮，放大配電電纜的措施不是較好的方案。

表3 不同長(zhǎng)度配電電纜的電動(dòng)機(jī)接地故障保護(hù)的校驗(yàn)Tab.3 The test of grounding protection for motor with the different length of power cable

規(guī)范規(guī)定TN系統(tǒng)中，配電線路采用過(guò)電流保護(hù)電器兼作間接接觸防護(hù)電器時(shí)，當(dāng)其動(dòng)作特性不能滿足要求，應(yīng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器。微機(jī)綜合保護(hù)裝置是集保護(hù)、測(cè)量、控制、總線通訊為一體的智能化綜合裝置，取代了原有用分別元件配置的各種保護(hù)、輔助繼電器、表計(jì)等。微機(jī)綜保的單相接地保護(hù)是通過(guò)檢測(cè)三相電流的矢量和來(lái)計(jì)算零序電流，是基于零序過(guò)濾器原理的判斷方法。其整定動(dòng)作電流只需避開回路的正常泄漏電流即可。

查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第637頁(yè)的表11-43、表11-44，可以分別獲得配電線路的泄漏電流估算值為56 mA/km，用電設(shè)備的泄漏電流的估算值為0.57 mA。圖2中電動(dòng)機(jī)回路，當(dāng)L1=200 m（0.2 km）時(shí)，正常運(yùn)行的泄漏電流為56×0.2+0.57=11.77 mA，電動(dòng)機(jī)微機(jī)綜合保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的設(shè)定值取大于47.08 mA即可。同時(shí)可以看出一般回路泄漏電流均是毫安級(jí)的。按保護(hù)動(dòng)作電流不小于正常運(yùn)行泄漏電流4倍整定[3]，一般綜保剩余電流保護(hù)可整定為1～2 A，能可靠動(dòng)作切斷故障，解決了靠放大電纜來(lái)達(dá)到滿足靈敏度要求的問(wèn)題。

另外針對(duì)三相平衡運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置保護(hù)，在保證等電位聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)接地型式也可以采用局部TT系統(tǒng)。當(dāng)采用局部TT系統(tǒng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電源電纜采用三芯電纜，可以節(jié)省一根PE線，以ZR-YJV22-0.6/1 kV 4×10 mm2為例，三芯電纜較四芯電纜每公里節(jié)省費(fèi)用0.7萬(wàn)元，節(jié)省費(fèi)用約為27 %。

伴隨著微機(jī)綜合保護(hù)裝置的技術(shù)成熟，其保護(hù)控制更加安全可靠，經(jīng)濟(jì)成本更低，因此在石化裝置的低壓配電系統(tǒng)中，已大量地采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于石化裝置低壓配電系統(tǒng)接地方式，要根據(jù)裝置的特性、運(yùn)行條件和要求以及維護(hù)能力的大小，因地制宜地選用。只要符合安裝和運(yùn)行規(guī)范要求，接地系統(tǒng)方式可以靈活地使用。通過(guò)以上分析和計(jì)算，結(jié)合石化裝置的自身生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)和實(shí)際情況，目前石化裝置低壓配電系統(tǒng)的接地方式采用TN-S系統(tǒng)，其接地故障電流較大，能使故障回路快速切斷，安全可靠。石化裝置低壓配電系統(tǒng)亦會(huì)局部采用TT系統(tǒng)，此系統(tǒng)在確保安全可靠的前提下，經(jīng)濟(jì)性較好。

在做好低壓配電系統(tǒng)接地方式選擇的同時(shí)，我們?cè)谌粘９ぷ髦羞€應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低壓配電接地系統(tǒng)的重視，認(rèn)真對(duì)待在設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等工作中產(chǎn)生的問(wèn)題，提出切實(shí)可行的解決方案，提高供電可靠性，減少因接地系統(tǒng)的故障而引起的電氣事故。

[1] 王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2] GB 50054—2011.低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版，北京：中國(guó)電力出版社，2005.

Discussion of Grounding Fault Protection for Low Voltage Power Distribution System Used in Petrochemical Plant

Wang Jingnan
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai, 200120）

In this article, through the analysis of the cons and pros of several grounding methods for low voltage power distribution system, the proper grounding method was proposed.Then the relevant grounding protection was discussed.With the combination of theoretical analysis and engineering experience, some examples for grounding were calculated and analyzed.

grounding method; TN system; TT system; grounding protection

TU 856

：A

：2095-817X（2015）04-0051-006

2015-04-08

王競(jìng)男（1983—），女，工程師，主要從事石化工程電氣設(shè)計(jì)。