10 kV厂用电系统中性点接地方式改造经验简析

2020-12-29朱传宗朱海峰

水电站机电技术 2020年12期

张甜，朱传宗，朱海峰

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300）

1 引言

张河湾公司10 kV厂用电系统共配置4台高压厂用变压器，均为单相干式变，接线组别Yd11，中性点采用不接地方式。厂用电系统主用电源经4台高压厂用变压器取自各台主变低压侧，备用电源为厂外35 kV变电站，保安电源为柴油发电机；地下厂房10 kV开关柜共分3段，其中第1段和第3段均为两路电源进线，来自厂高变低压侧，第2段母线电源来自厂外35 kV变电站10 kV电源。

2 系统架构

配电系统中性点接地方式通常有中性点不接地、中性点经电阻接地和中性点经消弧线圈接地。各种接地方式不同，使用方式也不同。随着国民经济的发展，许多城市配电网已经改变了过去以架空线路为主的局面，而是以电缆线路为主，与此同时，一些新型设备，如结构紧凑的封闭式SF6开关柜、交联聚乙烯电缆以及氧化锌避雷器等得到越来越广泛的应用，这就使得原来沿用的非有效接地方式不再适用。因此，如何有效经济的设置中性点接地成为当前供电工作的重点。

在电缆供电的系统中，接地电容电流较大。当电流大于规定值时会产生弧光接地过电压。采用中性点电阻接地方式的目的就是给故障点注入阻性电流，使接地故障电流呈阻容性质，减小与电压的相位差，降低故障点电流过零熄弧后的重燃率，使过电压限制在相电压的2.6倍以内，提高继电保护的灵敏度，作用于跳闸，从而有效保护系统正常运行。

本次改造采用的是变压器中性点接地电阻柜，它包括接地变压器在内的成套接地设备，可安装于10 kV厂用电系统中，实现厂用电采用中性点经电阻接地的系统运行方式。

中性点接地电阻柜主要由接地变压器、电阻器、零序电流互感器3部分组成。系统变压器接线为星形接线，中性点接地电阻经接地变压器接入，接地电阻柜在10 kV厂用电系统中的接线如图1所示。

图1 接地电阻柜安装位置

3 思路来源

张河湾电站高厂变采用单相双绕组有载调压，型号为DCZ10-1000/15.75，变比为接线组别为Yd11，10 kV厂用电系统不接地。电站10 kV厂用电系统采用不接地方式，发生单相短路故障可继续运行不超过2 h，保证了供电的连续性。但是这种接地方式的缺点也很明显：当电容电流不大时，发生单相接地故障时接地电弧可以自熄，非故障相承受大约1.73倍过电压，虽然过电压倍数不算大，但仍会对系统的绝缘造成压力；当电容电流较大时，国内相关研究表明，短路电流超过10 A，短路点电弧就无法自熄，会出现间歇性电弧或持续电弧，一方面电弧本身容易诱发火灾，烧毁输电线路，导致事故扩大，另一方面，会出现弧光过电压，过电压倍数最高可达3.5倍，因线路设备老化导致绝缘水平薄弱的地方容易被击穿，发生相间短路甚至三相短路。

经计算，在最大运行方式下，电站厂用电系统单相接地电容电流可达16.23 A，故障点可以形成稳定的电弧。10 kV厂用电系统虽已配置了小电流接地选线装置，但保护仅动作于报警信号，且从电网中小电流接地选线装置的运行情况来看，其准确性也不是很理想。因而，电站10 kV厂用电系统无法实现灵敏且有选择性的接地保护，可能导致单相接地故障扩大为事故，存在较大安全隐患。

4 中性点接地电阻柜特点

①电阻采用优质进口不锈钢或国产不锈钢电热金属材料，具有电导率高、温度系数高、耐腐蚀、耐高温、抗氧化能力强、抗拉强度高及阻值稳定等优良特点，产品运行安全可靠；②接地变压器主要针6～35 kV系统，变压器星型接线，直接接中性点电阻，变压器三角形接线的提供独立的接地变压器引出中性点，中性点电阻与之连接使用；③电阻柜阻值可1～2 000 Ω，电流1～2 000 A设计；④电阻柜柜体采用进口敷铝锌板，不锈钢板或者冷轧钢板喷塑制成，外观美观，耐腐蚀，防护等级高；⑤产品可加装隔离开关，检修方便；⑥柜内装设红外线探头，具有在线测温功能；⑦区别传统接地电阻柜，装设专门用于电阻柜的智能控制单元BW-DZ-6，该装置可随时监测电阻柜正常运行状态下中性点不平衡电流、电阻柜内及电阻器的温度，同时具备电阻主回路断线（异常开路）在线监测功能，也可以监测发生单相接地故障瞬间的电流以及记录接地动作次数，并预留通信接口，可将检测、记录的信息传递至中控室实现无人值守。

5 配置方案

电站10 kV厂用电接线为单母三分段。从1、3号主变低压侧各引一回电源，经1、3号厂高变降压至10 kV后接至=S01母线上；从35 kV变电站引一回10 kV线路，接至=S02母线上；从2、4号主变低压侧各引一回电源，经2、4号厂高变降压至10 kV后接至=S03母线上。相邻两段母线之间设置联络。本次接地系统改造共装设4套接地变及接地电阻柜，分别装设于1号机组、2号机组、3号机组、4号机组厂高变和进线开关之间，10 kV 1号、3号接地变及接地电阻柜一组，10 kV 2号、4号接地变及接地电阻柜一组，分别布置于两个10 kV开关室内。

6 现场实施

6.1 底座槽钢制作

接地变及接地电阻柜采用10号槽钢制作底座，10 kV 1号、3号接地变及接地电阻柜分别制做1 400 mm×2 000 mm槽钢底座，10 kV 2号、4号接地变及接地电阻柜并柜统一制做一个2 800 mm×2 000 mm槽钢底座，然后底座与地面用膨胀螺栓牢牢固定，基础制作完毕后，做防腐处理。每段基础用40 mm×4 mm镀锌扁钢两点接地。

6.2 设备吊装

6.2.1 起吊前准备工作

(1)设专人检查所用起吊用具，起吊用具必须满足起吊物件的重量要求。起吊设备时，严禁非作业人员在设备附近行走或站立，起吊操作人员必须站在安全可靠地点进行操作，并且在起吊过程中要设专人时刻观察起吊装置及用具的可靠性，发现问题要及时停止起吊工作，进行妥善处理，待检查无误后方可重新起吊，起吊前必须由施工负责人对起吊装置及工器具进行完好检查，严禁使用不完好起吊工器具，以免造成设备或人身事故。

(2)设专人检查起吊用具的完好情况，确认无误后方可使用。

(3)起吊时设专人监护，监护人员应监护到位。

(4)吊装前组织作业人员进行吊装方案及注意事项的学习和交底。

(5)确认吊装场地必须平整、压实，以保证操作平稳、安全。

(6)检查倒链等起吊工具是否符合起吊要求。

(7)设备本体有设备吊装吊耳的可采用设备自带的吊装吊耳，设备本体无吊装吊耳的，根据现场设备吊装要求，按照相关规范制作吊耳。

6.2.2 吊装

(1)清理吊装现场障碍物，并对场地按要求进行整理和维护。

(2)电阻柜运至吊装现场并拆除设备包装，检查设备吊耳，同时对设备的棱角及重要部位进行防护。

(3)将电阻柜吊至离地100 mm处进行试吊，检查倒链等吊装用具正常后起吊。

(4)将电阻柜吊至平面并落稳落实后，拆除吊具。吊具移开后对电阻柜进行就位。

6.3 设备就位及敷设电缆

参照施工图纸，确定每台接地变及电阻柜所安装的位置间隔，先按图纸规定的顺序将柜作好标记，然后人工将其搬运到安装位置，利用橇棍橇到底座基础上，再精确地调整柜体的水平度和垂直度。

电缆敷设前，施工人员认真核对电缆型号、规格、数量，避免出现电缆敷设差错。对电缆进行绝缘测试，绝缘电阻在规定范围内。电缆架起后，挡板边缘距地面的距离不得小于100 mm。电缆通道拐角处装设专用拐角滑轮，避免拐角处折损或划伤电缆。施工人员用卷尺预测电缆的长度，从电缆轴上倒下电缆，长度比实际长度多出10 m盘好，以备电缆穿入10 kV配电室施工,然后将牵引绳沿电缆沟滑轮放置到电缆处，用专用网套套住电缆头，开动牵引机，使电缆缓慢移动。敷设时专人随电缆头观察牵引套和方向，中间每隔20 m设专人监护电缆是否脱离滑轮。电缆敷设完毕后所有穿过地板、进入接地变及接地电阻柜的孔洞采用防火包、柔性有机防火堵料、防火板相结合的组合封堵，封堵厚度与孔洞相同。

6.4 电缆头制作及接线

10 kV电力电缆终端采用冷塑工艺，首先，把电缆临时固定好，按电缆头制作说明书的规定标出剥切位置，然后，解开电缆进行剥切。电缆头从剥切开始必须连续操作直至完成，缩短绝缘暴露时间，剥切电缆时不得损伤线芯和保留的绝缘层。剥切电缆前，先把电缆校直，在外护套上刻一环形刀痕，向电缆末端切开并剥除电缆外护层。在钢铠切断处内侧用绑线绑扎铠装层，锯断钢带，钢带留30 mm，锯口要整齐，在钢带断口处保留10 mm内护层，其余切除。除去填充物，分开线芯。

电缆钢铠需两端接地，制作时，把镀锡铜编织线一端拆开均分3份，将每一份重新编织后分别绕包在三相屏蔽层上并绑扎牢固，锡焊在各相铜带屏蔽上。接地线在铠装处用专用卡环卡牢，必要时把钢铠表面锉毛。接地线从三支套下部引出。然后，用自粘带填充分叉处，使外形成苹果形。用溶剂清洁电缆外护套表面，用密封胶带绕包两层，长约60 mm，将接地线包在两层之间，构成密封段，套上三支套，手套要套到线芯根部，均匀用力拉出尼龙涨套，收缩完全后，从三支套手指端部向上量40 mm为铜带屏蔽切断处，先用铜线将铜带绑扎再进行切割，切断口要整齐。保留半导电层20 mm，其余剥除，剥除要干净，注意不要损伤主绝缘。对于残留在主绝缘外表的半导电层，用细砂布打磨干净。用溶剂清洗主绝缘，用半导电带填充半导电层与主绝缘的间隙20 mm，以半叠绕方式绕包一层，与半导电层和主绝缘各搭接10 mm，形成平滑过渡，从半导电层中间开始向上以半叠绕方式绕包自粘带一层，绕包长度110 mm。安装应力控制管：清洁半导电层和铜带屏蔽表面，清洁线芯绝缘表面，确保绝缘表面无碳迹，套上应力控制管。应力控制管下端与分支手套上端相距20 mm，均匀用力拉下预制绕环撑环给应力使其收缩。在应力控制管上端包绕自粘带，使其平滑过渡：清洁线芯绝缘表面、应力控制管及分支手套表面。套上收缩管，其下部与分支手套根部搭接20 mm，均匀用力拉预制绕环撑环收缩。

压接接线鼻子：先量好线芯长度，按接线鼻子孔深加5 mm的长度，剥除线芯端部绝缘，线端绝缘削成“铅笔头”形状，长度为30 mm。套上接线鼻子进行压接，用锉刀修整压接部位，清洁导线及鼻子表面。用密封胶带或自粘带将鼻子与线芯绝缘端部之间填平，压接凹处一并填平，套上保护管塑好，再塑上相色标志。