中性点不接地系统分路单相接地保护分析与改进

2020-06-19

冶金动力 2020年4期

（太钢能源动力总厂，山西太原 030003）

引言

太钢由4 座220 kV 降压站及15 座110 kV 降压站构成高压供电网络。随着炼铁、炼钢、型材、线材、热轧、冷轧不锈钢、硅钢酸连轧等项目的投产，对供电系统安全可靠性要求越来越高。而为炼钢配套的EAF 炉、LF 炉、CONARC 炉、中频炉由35 kV系统供电，该系统为小电流接地系统，保证电能供应及故障时及时切除故障是维持生产稳定的前提。分析了各分路供电线路运行条件、负载特性、以及在单相接地故障时保护分级动作机理，制定了改进方案，消除了单相接地持续引发的事故扩大故障。

1 问题的提出

太钢220 kV 十二降于2009 年8 月投产，由1 台220/35 kV 120 MVA 主变压器供电。随着生产工艺调整，该站35 kV 系统供出分路由原来设计的3 回（EAF 炉1 台、LF 炉1 台、SVC1 套）增加了2 回（CO⁃NARC 炉1台、中频炉1台），负荷增加造成接地时切除故障点的难度将增加。

由于35 kV 采用的是中性点不接地系统，当发生母线单相接地故障时，故障相电压接近于零，正常相电压升高为线电压，而现场周边金属物分布复杂、接地电流流散不稳定，依靠接地选线装置无法准确检测出接地线路，只能逐一拉路试验。由于现场操作用时较长，不能快速切除故障点，极易造成单相接地进而发展为相间短路，电缆头击穿等事故扩大。在十一降就曾发生35 kV 单相接地后，未能及时将接地点退出，造成电缆相间短路跳闸事故，故障瞬间产生的电动力将固定电缆的线夹绷断，极易发生人身伤害事故，后果不堪设想。

2 现状及建议

目前35 kV系统供出的5个分路，分路保护装置均配置了速断保护、延时速断保护、定时限过流保护、反时限过流保护、低电压保护、过电压保护、监控PT 断线、重合闸。发生母线接地时，母线PT 保护装置发出接地报警信号，告之值班人员及时处理。但现场的恶劣环境表明，这种保护配置无法迅速消除接地隐患，保证其余分路的安全运行。在多次深入现场，了解生产工艺和短时停电对生产的影响情况后，提出了改进方案：当35 kV 发生单相接地时，利用零序电压幅值及接地持续时间，在较短时间内将分路逐一切除，直到接地消除，再将无故障线路恢复送电，可有效避免事故的扩大，减少持续接地对电气设备的破坏。

3 实施措施

（1）取35 kV 母线的开口电压，与该母线所带分路分别对应接线，由电压继电器、时间继电器、信号继电器构成新的跳闸回路，再利用各分路分闸回路实现跳闸。

（2）分析了该35 kV 系统接地时的电压波动幅值及持续时间、衰减时间，并对不同炉型在熔化初期、中段及出炉前的电压进行实测和分析，设定了接地保护跳闸时零序电压幅值的整定值。

（3）分析了母线所带5回线的运行环境、用电负荷特性、电缆敷设条件、暂时中断供电对生产的影响等因素，与生产单位沟通协商后设置了跳闸轮次，在确保接地后保护装置能够可靠动作，设置了动作时限间隔：①SVC 对生产影响小，电缆多，优先动作；②CONARC 炉用电和氧气均可炼钢，电缆长且敷设环境差，次之；③EAF 炉、LF 炉、中频炉根据停电对生产的影响依次排列。并对每个回路逐一传动合格，将动作信号接入了后台控制系统，实现远传，便于集控站值班员及时掌握信息。

4 实施效果

（1）投入使用后运行效果很好。在发生接地时能够通过轮切，在较短时间内将故障线路跳闸，有效避免了接地故障无法及时消除引发的事故扩大。

（2）当发现单相接地故障时，所带各分路逐一跳闸，直至接地线路跳闸后接地消除。再由值班员将之前跳闸的无故障分路恢复送电。

（3）改造完成至今发生的5次35 kV母线单相接地故障中，接地线路均能及时可靠跳闸，准确迅速地切除接地点，再未发生电缆烧损及事故的扩大，未造成重大经济损失。

5 推广应用

该项改进措施结合现场实际，在十一降压35 kV母线（所带分路5回）采用了接地分路逐一跳闸切除故障点的改进方式，效果良好。

该成果也可用于两个同类型供电系统：系统接地方式一致、所带分路性质相近，短时停电不会造成次生灾害的用电负荷。如某变电站2 台变压器，低压侧单母分段，无论分列运行还是在单变压器带全部负荷的运行方式下，当发生系统接地时，也可通过设定接地跳闸时间的不同，逐一切除分路至故障点切除的办法，迅速恢复无故障设备。我厂也有同类站所，实际运行情况良好。