炼钢10 kV系统接地方式的改进

李金启（天津天铁冶金集团有限公司，河北省涉县 056404）

炼钢10 kV系统接地方式的改进

李金启（天津天铁冶金集团有限公司，河北省涉县 056404）

针对天铁热轧公司炼钢10 kV供电系统因增容产生的问题进行分析，对供电系统接地方式从经济和效果等方面进行论证，由初期采用中性点经消弧线圈接地改进为中性点经电阻接地方式，并选用XHG新型消弧消谐装置，有效地解决了因系统扩容带来的问题，通过实际应用取得了较好的效果。

供电系统 中性点 消弧线圈 电阻 接地 改进

1 前言

天铁热轧板公司炼钢10 kV配电系统改造前采用中性点经消弧线圈接地，系统由两台63 MVA，110/ 10 kV变压器配电，1#主变压器预留，2#变带10 kV I、II段，3#主变带10 kV III、IV段，其中10 kV I段、II段带有三台500 kVA接地变压器，并安装了三套400 kVA自动调谐消弧线圈装置，10 kV III段、IV段带两台500 kVA接地变压器，并安装了两套400 kVA自动调谐消弧线圈。该系统利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行自动跟踪补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。该装置投产初期能够满足生产的需要，随着生产能力的不断提高，10 kV III段、IV段显现出许多问题。通过对配电系统改造，改造后采用中性点经电阻接地系统保护方式，解决了原系统存在的隐患，提高了供电系统的稳定性。

2 存在的问题

由于系统逐步扩容，本系统单相对地电容电流已超过55 A，10 kV I段、II段带有三台变压器及三套高谐消弧装置仍能满足要求，但10 kV III段、IV段仅有两台接地变压器，现容量已经不能满足要求，系统容量还要不断增大，电缆线路的增加将导致单项接地电容电流不断增大。自动调谐消弧线圈已经运行至最低档位，无可调余地，系统中性点接地方式有待扩容。该装置已明显处于欠补偿运行状态，这是十分危险的。综上所述，对系统的接地方式改进是非常必要的。

3 对原接地系统的分析

初期的热轧炼钢系统采用中性点经消弧线圈接地，消弧装置运行能够满足安全运行的需求。随着热轧二期工程的建设投产，继续使用该中性点接地系统是否可行需要进一步论证确认。

3.1 生产规模的扩大，供电负荷增大，变压器容量须扩容到800 kVA，若采用原接地系统，经计算需要选择接地消弧线圈容量630 kVA，因建筑空间的限制，无法扩容。

3.2 该装置自动控制系统升级换代使得投入的维护费用较高。

3.3 该装置只能运行在过补偿状态，不能欠补偿，因为在欠补偿状态下运行，若因10 kV线路故障切除线路时，易产生严重的谐振过电压，危及设备的绝缘。

3.4 本系统在某些特殊情况下线路不对称度较大，特别是当发生断路器非全相操作。线路发生单相或二相断线时，对于该接地系统在某些条件下有可能引起串联谐振，从而危及设备运行安全。

3.5 当系统发生单相间歇性电弧接地故障时，可产生过电压，消弧线圈可减少电弧重燃次数而降低过电压，但是它降低了故障相恢复电压的速度，易于使故障相过电压数值增加。这就导致了对弱绝缘的危害，并使绝缘老化。

由以上分析，再采用原系统，已不适合发展需求。

4 对中性点接地方式的选择

面对生产不断扩容的需要，对中性点接地方式进行重新选择的问题已摆在眼前。为此找到一种能有效地消除弧光接地过电压，投资省，维护费用低，不随电网运行方式改变而改变的中性点接地方式成为当务之急，而且应将解决消除弧光接地过电压放在首位。

电力系统中性点接地方式是一个涉及许多方面的综合性技术课题，一个配电系统正确选择了中性点接地方式将会极大地提高系统运行的安全性和可靠性。在确定改进方式前，首先分析现存的几种接地方式的特点。在我国电力系统配电网中普遍采用中性点不接地、中性点经传统消弧线圈接地，中性点经电阻接地的运行方式。

4.1 中性点不接地方式

单相接地故障电容电流IC＜10 A，故障点电弧可以自熄，熄弧后故障点绝缘自行恢复，单相接地不破坏系统对称性，可带故障运行一段时间，保证供电连续性。而当IC＞10 A时，接地点电弧难以自熄，可能产生过电压等级相当高的间歇性弧光接地过电压，引起停电事故。该方式适用于单相接地故障电容电流IC＜10 A，以架空线路为主。

4.2 中性点经消弧线圈接地

利用消弧线圈的感性电流补偿接地点流过的电网容性电流，使故障电流＜10 A，电弧自熄，熄弧后故障点绝缘自行恢复，减少系统弧光接地过电压的概率，系统可带故障运行一段时间，降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高，减少了跨步电压和接地电位差，减少了对低压设备的冲击以及对信息系统的干扰。适用于单相接地故障电容电流IC＞10 A，瞬间性单相接地故障较多的架空线路为主的配电网。

4.3 中性点经电阻接地运行方式的特点

能够降低操作过电压。中性点经电阻接地的配电网发生单相接地故障时，零序保护动作，可准确判断并快速切断故障线路，有效降低工频过电压。单相接地故障时非故障相电压为31/2UC，且持续时间短，中性点电阻为耗能元件，有效地限制弧光接地过电压。当电弧熄灭后，系统对地电容中的残余电荷将通过接地电阻泄放掉，下次电弧重燃时，不会叠加形成过电压，可有效消除系统内谐振过电压。中性点经电阻接地适于瞬间性单相接地故障较少的电力电缆线路。

以上三种方式适合不同情况下的生产需求，通过对三种中性点接地方式进行比较，从供电可靠性以及有效消除弧光过电压的角度，中性点经电阻接地运行方式优于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地方式。改进后的热轧炼钢系统采用了中性点经电阻接地运行方式——XHG新型消弧装置。

5 XHG新型消弧装置

5.1 XHG新型消弧装置的基本功能

正常运行时，承担PT柜功能。当系统发生单相弧光接地故障时，可迅速将故障相转化为金属接地，则故障相电弧熄灭，同时将弧光过电压稳定在线电压水平，可有效避免因单相电弧接地引发的相间短路、避雷器爆炸及电缆放炮等事故。该装置动作后，面板显示故障类型（PT断线，金属接地或弧光接地）和相别同时输出无源接点信号，装置动作后将过电压限制在1.732倍之内。

5.2 XHG新型消弧装置的工作原理

系统正常运行时，开口三角电压U很小，控制器面板显示是正常的。故障与否，主要由开口三角电压U来判断。当U由低电平变成高电平时，表明系统发生故障，此时微机控制器ZK立即启动，根据PT二次输出信号UA、UB、UC的变化进行故障类型和相别的判断，如果A相发生弧光接地，则命令A相真空接触器对地合闸，把弧光相转变为金属性接地，则A相弧光消除。

若为单相PT线路故障，则装置面板显示故障相别和断线信号，并输出无源接点信号。若为单相金属接地故障，则装置面板上只显示故障相别和接地类型信号，真空接触器合闸，输出无源接点信号。见图1。

图1 XHG新型消弧消谐装置原理图

6 改进后具有的优点

6.1 可分相控制的高压真空快速接触器JZ，一端分别接至母线，另一端直接接地。正常运行时JZ处于断开状态，受控制器ZK的控制而合闸。各相真空接触器操作回路相互闭锁，当其中任一相合闸使该相母线接地后，其它两相中任何一相不会再动作。JZ（A、B、C）的作用是当系统发生弧光接地时，使其由不稳定的弧光接地迅速转变成稳定的金属性直接接地，从而保护了设备，使系统和设备不受损害。

6.2 控制器ZK是本装置的核心控制部件，它根据PT提供的Uao、Ubo、Uco、UA的信号来判断故障类型（PT断线、金属接地和弧光接地），按照预先设定的方式控制高压真空接触器JZ。

6.3 大能容组合式过电压保护器YTG是一种功能强大的新型大能容组合式过电压保护器，起限制系统过电压的作用，主要具有以下特点：

（1）大通流容量，适用范围广，且可被使用在对保护器保护性能要求更高的特殊场合；

（2）可将相间过电压大大降低，保护的可靠性大为提高；

（3）用氧化锌非线性电阻和放电间隙组合而成，两者互为保护；放电间隙使氧化锌电阻的荷电率为零，氧化锌电阻的非线性特性又使放电间隙动作后无续流，放电间隙不现承担灭弧任务，提高了产品的使用寿命；

（4）电压冲击系数为1，在各种过电压波形下放电电压值相等，不受各种操用过电压的影响，过电压保护值准确，保护性能优良。

6.4 带有辅助二次绕组的电压互感器PT，当被保护的系统发生单相接地时，电压互感器PT的开口三角两端电压U△立即由低电位变成高电位，使控制器投入工作。

6.5 高压限流速断保护器YTSD是整个装置的后备保护器件，可防止因误接线或装置故障造成误判断时导致相间短路，避免给系统造成更大危害。

7 新型装置使用效果

7.1 装置动作后可立即熄灭电弧，功能有效地将弧光接地电压限制在1.732倍以内。

7.2 装置动作后，可允许系统持续运行2 h以上，用户可以在完成转移负荷的倒闸操作之后，再处理故障线路。

7.3 保护功能不受电网规模和运行方式的影响。

7.4 具有较高的功能性价比，其中的电压互感器可以向计量仪表和继电保护提供电压信号，可取代常规的PT柜。

8 结束语

通过对10 kV供电系统供电系统接地方式进行改进，有效地解决了因系统扩容带来的问题，解决了原系统供电存在的安全隐患，保证了供电系统长期可靠运行，取得了较好的效果。

Improvement of Earthing System of Steel-making 10 kV System

Li Jinqi

The author analyzes the problem brought by the capacity increase of steel-making 10 kV power supply system of Hot Rolling Subsidiary,TIANTIE,demonstrates the earthing method of power supply system from aspects of economy and effect,improves the earthing method by changing from neutral point via arc suppression coil type into neutral point via resistor type and chooses XHG new arc harmonic elimination device.The problem caused by the expansion of the system is solved effectively.The actual practice shows good effect.

power supply system,neutral point,arc suppression coil,resistor,earthing,improvement

（收稿 2010－03－20责编赵实鸣）

李金启，男，2007年毕业于天津理工大学自动化专业，工程师。在天津天铁冶金集团有限公司从事技术管理工作。