10 kV廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式改造經(jīng)驗(yàn)簡析

張 甜，朱傳宗，朱海峰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

1 引言

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

2 系統(tǒng)架構(gòu)

配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式通常有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地和中性點(diǎn)經(jīng)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多城市配電網(wǎng)已經(jīng)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(shí)，一些新型設(shè)備，如結(jié)構(gòu)緊湊的封閉式SF6開關(guān)柜、交聯(lián)聚乙烯電纜以及氧化鋅避雷器等得到越來越廣泛的應(yīng)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(jīng)濟(jì)的設(shè)置中性點(diǎn)接地成為當(dāng)前供電工作的重點(diǎn)。

在電纜供電的系統(tǒng)中，接地電容電流較大。當(dāng)電流大于規(guī)定值時(shí)會(huì)產(chǎn)生弧光接地過電壓。采用中性點(diǎn)電阻接地方式的目的就是給故障點(diǎn)注入阻性電流，使接地故障電流呈阻容性質(zhì)，減小與電壓的相位差，降低故障點(diǎn)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(nèi)，提高繼電保護(hù)的靈敏度，作用于跳閘，從而有效保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

本次改造采用的是變壓器中性點(diǎn)接地電阻柜，它包括接地變壓器在內(nèi)的成套接地設(shè)備，可安裝于10 kV廠用電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)廠用電采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的系統(tǒng)運(yùn)行方式。

中性點(diǎn)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(tǒng)變壓器接線為星形接線，中性點(diǎn)接地電阻經(jīng)接地變壓器接入，接地電阻柜在10 kV廠用電系統(tǒng)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(diào)壓，型號(hào)為DCZ10-1000/15.75，變比為接線組別為Yd11，10 kV廠用電系統(tǒng)不接地。電站10 kV廠用電系統(tǒng)采用不接地方式，發(fā)生單相短路故障可繼續(xù)運(yùn)行不超過2 h，保證了供電的連續(xù)性。但是這種接地方式的缺點(diǎn)也很明顯：當(dāng)電容電流不大時(shí)，發(fā)生單相接地故障時(shí)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(shù)不算大，但仍會(huì)對系統(tǒng)的絕緣造成壓力；當(dāng)電容電流較大時(shí)，國內(nèi)相關(guān)研究表明，短路電流超過10 A，短路點(diǎn)電弧就無法自熄，會(huì)出現(xiàn)間歇性電弧或持續(xù)電弧，一方面電弧本身容易誘發(fā)火災(zāi)，燒毀輸電線路，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，另一方面，會(huì)出現(xiàn)弧光過電壓，過電壓倍數(shù)最高可達(dá)3.5倍，因線路設(shè)備老化導(dǎo)致絕緣水平薄弱的地方容易被擊穿，發(fā)生相間短路甚至三相短路。

經(jīng)計(jì)算，在最大運(yùn)行方式下，電站廠用電系統(tǒng)單相接地電容電流可達(dá)16.23 A，故障點(diǎn)可以形成穩(wěn)定的電弧。10 kV廠用電系統(tǒng)雖已配置了小電流接地選線裝置，但保護(hù)僅動(dòng)作于報(bào)警信號(hào)，且從電網(wǎng)中小電流接地選線裝置的運(yùn)行情況來看，其準(zhǔn)確性也不是很理想。因而，電站10 kV廠用電系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)靈敏且有選擇性的接地保護(hù)，可能導(dǎo)致單相接地故障擴(kuò)大為事故，存在較大安全隱患。

4 中性點(diǎn)接地電阻柜特點(diǎn)

①電阻采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口不銹鋼或國產(chǎn)不銹鋼電熱金屬材料，具有電導(dǎo)率高、溫度系數(shù)高、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化能力強(qiáng)、抗拉強(qiáng)度高及阻值穩(wěn)定等優(yōu)良特點(diǎn)，產(chǎn)品運(yùn)行安全可靠；②接地變壓器主要針6～35 kV系統(tǒng)，變壓器星型接線，直接接中性點(diǎn)電阻，變壓器三角形接線的提供獨(dú)立的接地變壓器引出中性點(diǎn)，中性點(diǎn)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(shè)計(jì)；④電阻柜柜體采用進(jìn)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(hù)等級(jí)高；⑤產(chǎn)品可加裝隔離開關(guān)，檢修方便；⑥柜內(nèi)裝設(shè)紅外線探頭，具有在線測溫功能；⑦區(qū)別傳統(tǒng)接地電阻柜，裝設(shè)專門用于電阻柜的智能控制單元BW-DZ-6，該裝置可隨時(shí)監(jiān)測電阻柜正常運(yùn)行狀態(tài)下中性點(diǎn)不平衡電流、電阻柜內(nèi)及電阻器的溫度，同時(shí)具備電阻主回路斷線（異常開路）在線監(jiān)測功能，也可以監(jiān)測發(fā)生單相接地故障瞬間的電流以及記錄接地動(dòng)作次數(shù)，并預(yù)留通信接口，可將檢測、記錄的信息傳遞至中控室實(shí)現(xiàn)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(hào)主變低壓側(cè)各引一回電源，經(jīng)1、3號(hào)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(hào)主變低壓側(cè)各引一回電源，經(jīng)2、4號(hào)廠高變降壓至10 kV后接至=S03母線上。相鄰兩段母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)。本次接地系統(tǒng)改造共裝設(shè)4套接地變及接地電阻柜，分別裝設(shè)于1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組、3號(hào)機(jī)組、4號(hào)機(jī)組廠高變和進(jìn)線開關(guān)之間，10 kV 1號(hào)、3號(hào)接地變及接地電阻柜一組，10 kV 2號(hào)、4號(hào)接地變及接地電阻柜一組，分別布置于兩個(gè)10 kV開關(guān)室內(nèi)。

6 現(xiàn)場實(shí)施

6.1 底座槽鋼制作

接地變及接地電阻柜采用10號(hào)槽鋼制作底座，10 kV 1號(hào)、3號(hào)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(hào)、4號(hào)接地變及接地電阻柜并柜統(tǒng)一制做一個(gè)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(chǔ)制作完畢后，做防腐處理。每段基礎(chǔ)用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼兩點(diǎn)接地。

6.2 設(shè)備吊裝

6.2.1 起吊前準(zhǔn)備工作

(1)設(shè)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(shè)備時(shí)，嚴(yán)禁非作業(yè)人員在設(shè)備附近行走或站立，起吊操作人員必須站在安全可靠地點(diǎn)進(jìn)行操作，并且在起吊過程中要設(shè)專人時(shí)刻觀察起吊裝置及用具的可靠性，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)停止起吊工作，進(jìn)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(fù)責(zé)人對起吊裝置及工器具進(jìn)行完好檢查，嚴(yán)禁使用不完好起吊工器具，以免造成設(shè)備或人身事故。

(2)設(shè)專人檢查起吊用具的完好情況，確認(rèn)無誤后方可使用。

(3)起吊時(shí)設(shè)專人監(jiān)護(hù)，監(jiān)護(hù)人員應(yīng)監(jiān)護(hù)到位。

(4)吊裝前組織作業(yè)人員進(jìn)行吊裝方案及注意事項(xiàng)的學(xué)習(xí)和交底。

(5)確認(rèn)吊裝場地必須平整、壓實(shí)，以保證操作平穩(wěn)、安全。

(6)檢查倒鏈等起吊工具是否符合起吊要求。

(7)設(shè)備本體有設(shè)備吊裝吊耳的可采用設(shè)備自帶的吊裝吊耳，設(shè)備本體無吊裝吊耳的，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備吊裝要求，按照相關(guān)規(guī)范制作吊耳。

6.2.2 吊裝

(1)清理吊裝現(xiàn)場障礙物，并對場地按要求進(jìn)行整理和維護(hù)。

(2)電阻柜運(yùn)至吊裝現(xiàn)場并拆除設(shè)備包裝，檢查設(shè)備吊耳，同時(shí)對設(shè)備的棱角及重要部位進(jìn)行防護(hù)。

(3)將電阻柜吊至離地100 mm處進(jìn)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(wěn)落實(shí)后，拆除吊具。吊具移開后對電阻柜進(jìn)行就位。

6.3 設(shè)備就位及敷設(shè)電纜

參照施工圖紙，確定每臺(tái)接地變及電阻柜所安裝的位置間隔，先按圖紙規(guī)定的順序?qū)⒐褡骱脴?biāo)記，然后人工將其搬運(yùn)到安裝位置，利用橇棍橇到底座基礎(chǔ)上，再精確地調(diào)整柜體的水平度和垂直度。

電纜敷設(shè)前，施工人員認(rèn)真核對電纜型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量，避免出現(xiàn)電纜敷設(shè)差錯(cuò)。對電纜進(jìn)行絕緣測試，絕緣電阻在規(guī)定范圍內(nèi)。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(shè)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(yù)測電纜的長度，從電纜軸上倒下電纜，長度比實(shí)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(wǎng)套套住電纜頭，開動(dòng)牽引機(jī)，使電纜緩慢移動(dòng)。敷設(shè)時(shí)專人隨電纜頭觀察牽引套和方向，中間每隔20 m設(shè)專人監(jiān)護(hù)電纜是否脫離滑輪。電纜敷設(shè)完畢后所有穿過地板、進(jìn)入接地變及接地電阻柜的孔洞采用防火包、柔性有機(jī)防火堵料、防火板相結(jié)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(shí)固定好，按電纜頭制作說明書的規(guī)定標(biāo)出剝切位置，然后，解開電纜進(jìn)行剝切。電纜頭從剝切開始必須連續(xù)操作直至完成，縮短絕緣暴露時(shí)間，剝切電纜時(shí)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(hù)套上刻一環(huán)形刀痕，向電纜末端切開并剝除電纜外護(hù)層。在鋼鎧切斷處內(nèi)側(cè)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(nèi)護(hù)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(shí)，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(huán)卡牢，必要時(shí)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(hù)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(gòu)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(jìn)行切割，切斷口要整齊。保留半導(dǎo)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(dǎo)電層，用細(xì)砂布打磨干凈。用溶劑清洗主絕緣，用半導(dǎo)電帶填充半導(dǎo)電層與主絕緣的間隙20 mm，以半疊繞方式繞包一層，與半導(dǎo)電層和主絕緣各搭接10 mm，形成平滑過渡，從半導(dǎo)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(yīng)力控制管：清潔半導(dǎo)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(yīng)力控制管。應(yīng)力控制管下端與分支手套上端相距20 mm，均勻用力拉下預(yù)制繞環(huán)撐環(huán)給應(yīng)力使其收縮。在應(yīng)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(yīng)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(yù)制繞環(huán)撐環(huán)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(jìn)行壓接，用銼刀修整壓接部位，清潔導(dǎo)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(hù)管塑好，再塑上相色標(biāo)志。

7 交接試驗(yàn)

7.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》

Q/HBW14701-2008《華北電網(wǎng)有限公司電力設(shè)備交接和性能試驗(yàn)規(guī)程》

7.2 試驗(yàn)項(xiàng)目

具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表1。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目

經(jīng)過以上交接試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以投入運(yùn)行。

8 總結(jié)

本次10 kV廠用電系統(tǒng)接地方式改造的順利實(shí)施，使得改造后的10 kV廠用電系統(tǒng)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(fā)火災(zāi)、設(shè)備損壞等問題，從根本上消除安全隱患，保障廠用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。