消弧系统加装小电阻接地成套装置改造

甘成旺

摘 要：为了及时切断故障线路，提高电网运行的稳定，结合当前电网中性接地系统的发展，通过研究分析，发现原有的消弧线圈接地系统和小电阻接地系统都各有利弊，结合曹妃甸煤炭码头二期电网工況和设备实际，采用消弧线圈并联小电阻接地系统的改造设想，以满足港口生产对电力的需求。

关键词：电网；消弧；小电阻接地

中图分类号：TM475.05 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0184-01

1 立项背景

曹妃甸煤炭港务有限公司是年设计吞吐能力5000万吨的现代化煤炭作业码头，港口供电可靠性是港口正常运营的根本保证。港口10KV配电网中性点采用经消弧线圈接地的方式。当线路发生单相接地时，系统单相接地故障还可连续运行2小时，对于瞬时接地故障不会启动线路跳闸。由于港区的电缆线路众多，电缆故障多为永久性故障，不允许长期带故障运行，而消弧线圈接地方式使电缆带故障运行，加速了绝缘老化，降低了电缆的使用寿命，甚至影响供电质量。

为了满足港区生产对电力的可靠性的要求，在曹妃甸煤二期10KV电网消弧系统上加装并联小电阻成套装置改造，与西门子7SJ62微机保护密切配合，能及时切断故障线路，是一个既经济又有效的选择。

2 设备改造方案

2.1 消弧线圈并联小电阻系统工作原理：

消弧线圈并联小电阻接地系统主要由接地变压器、消弧线圈及其调节装置、小电阻及其投切装置、电压互感器、电流互感器等组成，其中控制装置实现消弧线圈自动调谐和控制小电阻投切地两大功能。控制装置既能完成电容电流的计算，自动调节消弧线圈进行合理补偿，又能在永久性接地故障情况下控制小电阻投切，实现中性点接地方式的灵活转换，即实现中性点经消弧线圈接地和经小电阻接地两种方式的并联运行。

正常运行时，将消弧线圈投入到系统中，小电阻不投入运行，投切装置处于断开状态。系统发生单相接地故障后，不会立刻闭合投切装置，通过电压互感器监测中性点电压，判断接地故障状态。若故障消失，系统则认为是瞬时接地故障，投切装置不动作，保持断开状态；若接地故障持续时间超过整定时间，系统判定为发生永久性接地故障，此时控制投切装置闭合，投入小电阻产生足够大的阻性电流，触发故障线路零序电流保护动作，切除故障线路；当持续投入小电阻到达整定时间后，将投切装置断开，退出并联的小电阻装置，恢复为消弧线圈接地方式。

2.2 小电阻参数选择

10KV电力电缆（电缆芯线截面积185mm2）线路每公里单相接地电容电流按下式计算：

，则港口10kV电网的接地电容电流，查找10kV电网出线电缆的数据，所有投入运行的出线电缆总长度∑L=72km，则电力电缆总接地电容电流，则110KV变电站的接地电容电流，以上式中S—电缆线芯的截面积，mm2；Ue—电缆线路额定线电压，KV；L—出线电缆长度，km；Ic—电缆接地电容电流，A。

2.2.1 按限制弧光接地过电压的要求选择

，其中K—间歇性弧光过电压倍数；IR—中性点电阻值，Ω；Ic—电缆接地电容电流，A。

国内外许多研究机构和科研人员进行了大量的试验和计算表明，当时，可将间歇性弧光过电压倍数限制在1.8倍以内，一般选取则=（1～4）*95=（95～380）A。

2.2.2 按保证继电保护灵敏度的要求选择

从满足继电保护灵敏度的角度考虑，K值越大越好（即越大越好），港口12个10kV变电所10KV馈线柜都有零序保护功能，且电流起动值相当小。不论是经中值电阻或者是经小电阻接地的配电系统，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能保证零序保护的灵敏度要求。问题是当中性点电阻值过高时，继电保护的灵敏度会受到影响。按照①所选择的中性点电阻值 Ω。

2.2.3 从对人身安全方面考虑

中性点经小电阻接地配电网在发生单相接地故障时，通过故障点的接地短路电流比较大，引起故障点地电位升高，有可能造成跨步电压、接触电压超过允许值。如果此时人员接近故障点或者是接触故障电器有可能会造成人员伤亡。所以从降低故障点的跨步电压和接触电压角度考虑，中性点接地电阻阻值越大越越好。

因此综上所述，借鉴国内的运行经验，以及现场设备状况，设备选型需要，选接地电阻电流为300A，Ω，在消弧线圈加装的并联小电阻选择为20Ω，选用小电阻接地成套装置型号为HD-BNR-10/20（规格：系统额定电压10.5kV，短时通流电流300A，短时通流时间10S，标称阻值20Ω），将2套小电阻接地成套装置分别并联接到消弧系统接地变压器中性点。

2.3 小电阻延时投入时间选择

当发生永久性单相接地故障时，消弧线圈开始灭弧，经过一段延时t1后，投入小电阻。t1的选择应大于瞬时单相接地故障的恢复时间，且小于设备带故障运行的允许时间，t1值应可调，运行经验的调节范围为5秒～2小时，借鉴国内的运行经验和现场运行条件设计为10秒。因此，小电阻成套装置控制器设定，发生单相接地t1=10s，装置投入，小电阻并联接入消弧系统接地变压器中性点。

2.4 小电阻投入持续时间选择

受并联小电阻过载能力的限制，投入小电阻的持续时间t2不宜过长，同时不应小于线路零序保护动作所需要的时间，即应满足t2≥2（t3+t4）+△t.式中t3为零序保护继电器动作时间，t4为线路保护断路器分闸时间，△t为裕度时间。港口10kV电网开关馈线柜采用的保护为西门子7SJ62，其零序保护继电器动作时间为0.045s，线路断路器分闸时间为0.05s，裕度时间为0.5s，则t2≥2（0.045+0.05）+0.5=0.69s，结合实际情况将小电阻成套装置控制器短时通流时间调整为t2=8s，当小电阻短时通流大于等于300A，并且持续时间超过8秒，控制器切除小电阻，保护小电阻成套装置过热损毁，作为装置的后备保护。

2.5 出线柜零序保护定值的设定

出线柜零序保护定值应躲过最大15%相电压的不平衡电压造成的零序电流A，再乘以可靠性系数1.4，设定为零序保护电流值60A，动作于跳闸；动作时间应躲过间歇性单相接地峰值，结合实际情况，确定为2s。

将12个10kV变电所所有162面10kV馈线柜（包括未接电缆的备用柜）零序保护动作跳闸功能开通，设定值为60A，2S动作于开关跳闸。

考虑电网上下级开关配合，将110kV变电站29面10kV出线开关柜零序电流值设定为85A，4S，对应变电所10kV进线开关零序保护值设定为70A，3S（以上计算60A加上每个变电所平均电容电流按958=12A，分别取85A，70A。

3 应用情况

在消弧线圈加装并联小电阻的改造后，发生故障后10S投入小电阻，故障点与小电阻及地形成电流通路，2S后相应故障线路开关继电保护装置零序保护可靠动作，从故障发生到切除只用了12S，较之前人工故障排查2小时的效率及准确性有了质的飞跃。

投资少，创造效益大，只是加装2台小电阻接地成套装置，再加上所有出线开关继电保护装置零序保护定值的计算设定，还充分利用了原有的消弧系统设备和出线开关设备，节省了大量的投入，特别适合本港口高压电缆出线多，工况复杂的电网，能准确、可靠、迅速切除故障线路，极大减少停电范围。