淺談10KV電力系統(tǒng)單相接地的安全防范措施

張高萍

（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司安全管理部，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

一、單相接地

對于一個(gè)中性點(diǎn)不接地的10KV電力網(wǎng)絡(luò)來說，其單相接地電容電流已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)某潭龋幵跇O易產(chǎn)生單相間歇性弧光接地的10-30A單相接地電流區(qū)間，這對于在過電壓保護(hù)比較脆弱的電網(wǎng)，過電壓發(fā)生的機(jī)率和造成的破壞也就不言而喻。因此對于如何正確認(rèn)識電網(wǎng)的過電壓現(xiàn)狀，對過電壓采取何種有效的防范措施，以確保電網(wǎng)電力系統(tǒng)的安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要和急迫。

二、故障的分析

熱電廠是電網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)之一。自從幾個(gè)熱電廠投產(chǎn)運(yùn)行以來，電力系統(tǒng)的主接線就發(fā)生了極大的變化，同時(shí)在此期間各單位根據(jù)自身的生產(chǎn)需要，新增了相當(dāng)數(shù)量的以電力電纜連接的電氣設(shè)備，為此系統(tǒng)參數(shù)變化更大。近幾年，發(fā)生過眾多的電氣事故，綜合統(tǒng)計(jì)分析，在這些電氣事故中有諸多故障均是由于單相接地（主要表現(xiàn)為單相弧光接地）產(chǎn)生過電壓所致。在此筆者根據(jù)熱電廠的電氣事故情況，選取熱電廠幾起典型的事故在此分析，以引起我們高度關(guān)注和重視。

（一）故障現(xiàn)象

3月17日09：15分，某熱電廠發(fā)出10KV母線A相接地信號，緊接著（大約幾秒種）熱電廠10KV母線125#電容、避雷器（Y3W-10/31.5）柜發(fā)生爆炸，相關(guān)線路速斷或過流保護(hù)跳閘。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，125#柜避雷器三相有強(qiáng)烈弧光短路灼燒痕跡，避雷器瓷套內(nèi)壁和ZnO閥片同側(cè)有明顯閃絡(luò)痕跡。同時(shí)與爆炸點(diǎn)相連接的電氣部分和10KV系統(tǒng)其它部分未發(fā)現(xiàn)明顯絕緣破壞，即短路后故障點(diǎn)的絕緣恢復(fù)良好。

（二）故障分析

通過對上述事故的分析，可以發(fā)現(xiàn)它們都具有以下明顯共性：

A 都是由單相接地引起。

B 發(fā)生事故前無雷電活動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。

C 單相接地的同時(shí)有明顯過電壓現(xiàn)象，接地點(diǎn)有電弧持續(xù)燃燒現(xiàn)象，接地電流較大。

D 發(fā)電機(jī)單相接地電流較大。

由此，可以分析得出造成這幾起事故的原因是單相弧光接地引起過電壓，其電壓幅值大大超過了絕緣材料或空氣絕緣間隙所能耐受的電壓幅值，并在絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿或使過電壓保護(hù)裝置（避雷器）動(dòng)作。

三、單相弧光接地產(chǎn)生的原因

從上述分析可見，單相弧光接地是威脅電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的最主要和最直接因素。而中性點(diǎn)的接地方式，直接影響到單相弧光接地的產(chǎn)生和限制力度。根據(jù)我國的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在10KV電力系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地方式，這是因?yàn)樵谠缙诘?0KV電力網(wǎng)中，電力網(wǎng)絡(luò)簡單，電力電纜采用量不大，系統(tǒng)的單相接地電容電流并不大。而隨著各電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展和增容，原電力系統(tǒng)主接線發(fā)生了很大的變化，電力電纜的采用量急劇增加。從諸多10KV系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn)來看，其過電壓發(fā)生的機(jī)率越來越高，由于過電壓造成的事故在整個(gè)電氣事故中所占的比例也越來越大。根據(jù)《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和電力部、國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對于3～10KV電力系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電流小于30A時(shí)，如要求發(fā)電機(jī)能帶單相接地故障運(yùn)行，則當(dāng)與發(fā)電機(jī)有電氣連接的3～10KV電網(wǎng)的接地電流小于5A時(shí)，其中性點(diǎn)可采用不接地運(yùn)行方式。

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，單相接地電流IC等于正常時(shí)相對地電容電流ICi的3倍，即IC=3∑ICi。而正常時(shí)的相對地電容電流主要由架空線、電力電纜和主要電氣設(shè)備（如發(fā)電機(jī)）組成。為說明問題，本文在此僅采用估算法對江南片區(qū)現(xiàn)階段電力網(wǎng)絡(luò)單相接地時(shí)的電容電流進(jìn)行簡要計(jì)算。

四、防范措施

針對電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地后的現(xiàn)狀，要解決過電壓以及發(fā)電機(jī)的單相接地電流的問題，應(yīng)從以下幾方面著手，以提高片區(qū)電力系統(tǒng)在出現(xiàn)單相接地時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。

片區(qū)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)目前采用的是不接地運(yùn)行方式，這種方式對其本身來說雖然有它的諸多優(yōu)越性，根據(jù)《電氣事故處理規(guī)程》的規(guī)定，在出現(xiàn)單相金屬性接地時(shí)，可以運(yùn)行1～2h，在出現(xiàn)單相弧光接地時(shí)可以運(yùn)行15min，這對于電力用戶來說其可靠性相對較好。但是實(shí)際上一旦產(chǎn)生弧光接地，過電壓以及大的接地電流對電氣設(shè)備的損壞是迅速的，根本就沒有15min的時(shí)間留給值班人員進(jìn)行分析、判斷和處理。實(shí)踐證明片區(qū)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的優(yōu)越性與其由此造成的損失和它帶來的不利因素的影響相比，這種優(yōu)越性已經(jīng)很難體現(xiàn)。結(jié)合上述的分析，中性點(diǎn)是否繼續(xù)維持不接地方式，值得探討。筆者認(rèn)為要從根本上這類問題，中性點(diǎn)采用消弧線圈接地，應(yīng)該不失為行之有效的措施之一。

五、結(jié)束語

綜上所述， 10KV電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地時(shí)的接地電流危險(xiǎn)區(qū)域，其接地電流足以造成發(fā)電機(jī)定子鐵芯大局域面積的熔化。目前中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式已不能滿足安全、可靠運(yùn)行的需要。同時(shí)發(fā)生單相弧光接地過電壓所產(chǎn)生的過電壓對片區(qū)電網(wǎng)的所帶來的危害已日益加劇。因此改變片區(qū)10KV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式已十分必要。采用消弧線圈接地以及合理選擇避雷器、加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理對于保障片區(qū)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行有相當(dāng)積極的作用。