10kV系统中性点低电阻接地方式在钢铁企业供电系统中的应用

魏亮（中冶华天南京工程技术有限公司，江苏南京，210019）



10kV系统中性点低电阻接地方式在钢铁企业供电系统中的应用

魏亮
（中冶华天南京工程技术有限公司，江苏南京，210019）

摘 要：为提高钢铁企业10kV配电系统的可靠性，保证所有电气设备的稳定运行，钢铁企业10kV配电系统中性点经低电阻接地系统是否稳定可靠非常重要。本文研究分析了中性点不接地系统和中性点谐振接地系统，探讨了在发生单相接地故障时系统过电压水平以及对故障线路的选线问题，测算验证了选择中性点经低电阻接地系统的稳定可靠性。

关键词：电容电流；继电保护整定；接地变压器容量

引言

目前，在我国钢铁企业中，10kV配电系统选取中性点并接地方式的主要方式有三种：一是中性点不接地系统；二是中性点谐振接地系统；三是中性点低电阻接地系统。现代钢铁企业10kV配电系统馈线回路大多采用电缆线路，系统电容电流较大。

当单相接地故障电容电流不超过10A时，可采用中性点不接地系统。当超过10A，又需在接地故障条件下运行时，应采用中性点谐振接地系统或中性点低电阻接地系统［1］。

当系统电容电流大于10A时，在发生单相接地时故障点的电弧不能自行熄灭，就会产生间隙性弧光接地，其极端过电压可以达到正常运行相电压峰值的3.5倍以上，将危及电气设备安全运行，并容易发展成为两相短路或三相短路；此时继电保护装置应动作并作用于跳闸，迅速切除发生故障电缆线路。钢铁企业10kV配电系统馈线开关在生产中操作比较多，采用中性点谐振接地系统，如果消弧装置的分接头不能及时得到调整，则比较容易发生谐振过电压。所以在钢铁企业10kV配电系统中，中性点低电阻接地方式已较广泛应用。

1 中性点低电阻接地系统（10kV）的构成及特点

1.1 中性点低电阻接地系统构成

主变二次侧采用星型接线方式，并且将中性点引出，接线方式如图1所示。

图1 变压器10kV侧中性点直接经低电阻接地方式

在钢铁企业10kV配电系统中，主变10kV侧多采用三角形接线方式，此时主变10kV侧无中性点可引出，则需要装配专用的接地变压器，提供10kV系统中性点，其容量的选择应与中性点电阻值相匹配，接地变压器多采用Z型接地变压器。

此接地系统由Z型接地变压器，接地电阻以及零序CT等组成，接线方式如图2所示。

图2 专用接地变压器经低电阻接地结构图

1.2 装配专用接地变压器经低电阻接地系统特点

钢铁企业中，主变10kV侧多为三角形接线方式，因此无法引出中性点。为此需要装配专用接地变压器，同时也起一定保护隔离作用。通过该专用接地变压器可以设置并产生出10kV中性点接入电阻。

接地变压器的绕组在正常情况下阻抗比较高，相当于励磁阻抗，此时接地变压器绕组中只流过相当小的励磁电流；当10kV系统发生接地故障时，接地变压器的绕组将流过正序、负序、零序电流，该绕组对正序、负序电流呈现出高阻抗，而对于零序电流则呈现出较低阻抗。因此，当发生接地故障时，会产生较大的零序电流。通过在10kV中性点接入零序CT，它将可检测到产生的零序电流，并送至电流继电器，这样就可以起到瞬间而有选择地保护作用。

通过接地变压器产生10kV中性点接入接地电阻，能有效抑制接地过电压。10kV中性点接入接地电阻后，配电网相对地电容与接入的接地电阻之间形成一个RC放电回路，将电弧接地累积的电荷按e-t/r（r=3RoCo）规律衰减。这样能有效的抑制接地过电压，提高保护装置动作的快速性和灵敏性，为降低10kV系统的绝缘水平提供可能，并为人身安全提供较好地保证；另外在10kV中性点低电阻接地系统正常运行时，在中性点接地电阻的强阻尼作用下，中性点位移远小于10kV中性点不接地系统的中性点位移电压。

2 设计应用研究

2.1 接地电阻选择

某钢厂110kV变电站10kV配电系统采用单母线分段接线方式，单相接地电容电流由电缆线路和电力设备（如同步发电机、大容量同步电动机以及变压器等）两大部分的电容电流组成。即IC=I+I，其中：IC为单相接地电容电流；I为电力线路接地电容电流；I为电力设备接地电容电流，单位为A。

10kV电缆线路的单相接地电容电流：

其中：S为电缆芯线的标称截面/mm2；Ur为线路额定线电压/kV；l为线路长度/km。每千米单相接地电容电流的平均值如表1所示。

表1 电缆线路每千米单相接地电容电流的平均值单位：A/km

表2 变电所增加的接地电容电流值

本总降变电所10kV电缆截面和对应长度比分别为：

3×185mm2：5km； 3×240mm2：17km；

兼顾未来用电负荷增加，远期发展需求，以及变电站其他设备的对地电容电流，系统单相接地电容电流选择50A进行接地电阻，并进行验证。

当IC=50A时，该总降变电所10kV系统中性点接地电阻选择30欧姆，即在10kV系统发生单相接地故障时，流过接地电阻的额定电流IR=200A，接地电阻额定通流时间按10s考虑，选择依据如下：

（1）钢铁企业10kV配电系统的过电压水平［1-2］：高压、大电流配电系统中，选择中性点低电阻接地方式，可以降低系统的弧光接地过电压水平，从而保证电气设备的安全运行。根据相关经验，弧光接地过电压水平值，随着接地电阻的额定通流IR增加而降低，呈现反比。当IR=4IC（IC为系统电容电流）时，可以有效地将10kV系统的间歇性弧光接地过电压水平限制在2.0倍的相电压以内，同时能够将系统的工频过电压水平限制在1.58倍的相电压以内。

（2）从继电保护整定角度分析：当10kV配电系统中有一条电缆线路发生单相接地故障时，计算接地故障电流可按公式（1）：

I0为发生接地故障电缆自身的电容电流，与10kV配电系统总电容电流相比可以忽略不计，得到。

由于受中性点电压、接地点过渡电阻等多因素的影响，实际上接地故障电流通常都达不到206.2A。考虑到保证继电器灵敏度，接地电阻值越小即流过接地电阻的电流越大越好。当前钢铁企业10kV配电系统中，已经普遍使用了微机综合保护装置，通常都具有零序保护功能，启动的电流值很小；而且单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，都能满足零序保护的灵敏度要求。所以选择接地电阻3 0欧姆，过渡电阻不是很大时，继电保护装置的灵敏度完全能够满足要求，具有保护作用。

2.2 接地变压器容量的选择

接地变10S的短时运行容量：

将10S短时运行容量折算到连续运行时的额定容量Sn=2425/10≈243kVA，可选择比243kVA大的最近一档的标准容量250kVA。

3 零序电流保护整定

某钢厂的总降变电所10kV配电系统中性点通过低电阻接地，配置零序电流保护，继电保护装置通过时间进行配合，在发生故障时可以使停电范围尽可能的缩小。

3.1 馈线的零序电流保护［3-6］

本总降变电所1 0 k V系统单相接地电容电流按5 0 A考虑，1 0 k V系统的所有馈线回路继电保护装置零序保护一次动作电流IDZ1=KK×ICL=2.5×50=125A（KK为可靠系数），定值取150A，动作时限取0.2S，动作于跳闸。

3.2 接地变压器的零序电流保护［3-6］

本总降变电所10kV系统单相接地电容电流按50A考虑，接地变压器回路继电保护装置零序保护一次动作电流IDZ1=KK×ICL=2.5×50=125A （KK为可靠系数），定值取150A，I段时限取1.2S，动作于跳闸（在单台主变运行，10kV母联断路器合闸的情况下，跳10kV母联断路器）；II段时限取1.5S，动作于跳闸（跳主变10kV侧进线断路器和接地变压器）。

4 结束语

总之，钢铁企业10kV配电系统中，选择中性点经低电阻接地能有效解决中性点不接地系统或中性点谐振接地系统在发生单相接地故障时的系统过电压水平以及对故障线路的选线问题。中性点经低电阻接地系统可提高钢铁企业10kV配电系统的可靠性，同时可保证电气设备的稳定运行。

参考文献

［1］GB/T50064-2014，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.

［2］GB/T50065-2011，交流电气装置的接地设计规范［S］.

［3］DL/T584-2007，3～110kV电网继电保护装置运行整定规程［S］.

［4］ 国家电力调度通信中心，电力系统继电保护规程汇编［M］.

［5］ 付晓奇，徐粮珍，赵宝丽.10kV配网中性点小电阻接地技术与应用［J］.许昌：电力系统保护与控制，2010.

［6］ 任元会，卞铠生，姚家祎.工业与民用配电设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2005.

Application of Grounding Mode for Neutral Point through Low Resistance in the 10 kV Distribution System of Iron and Steel Plant

Liang Wei
（Huatian Engineering&Technology Corporation， MCC， Nanjing， Jiangsu， 210019， China）

Abstract：For improving reliability of iron and steel enterprises and ensure the steady operation of electric equipment，that neutral point through low resistance grounding of 10kV distribution system is very important.This article studied and analyzed the neutral point grounding system and the neutral resonant grounding system， discussed the system in the case of single-phase earth fault overvoltage level as well as to the problem of fault line selection， measured and verified that neutral point of low resistance grounding was stability system.

Key words：

中图分类号：TF808

文献标识码：A

文章编号：2095-8412 （2016） 02-155-04

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.012

作者简介：

魏亮（1982-），男，工程师，本科，从事电气设计工作。

E-mail： weiliang@htzy.cn