太钢10 kV 系统并联中电阻选线的技术改进及应用

陈国栋

（山西太钢不锈钢股份有限公司能源动力总厂， 山西 太原 030003）

10 kV 系统的接地方式主要分为两种：中性点直接接地即大电流接地方式、中性点不接地或经消弧线圈接地即小电流接地方式。中性点直接接地系统发生单相接地故障时，单相接地的接地电流较大，继电保护装置立即发生跳闸动作,切除故障。中性点不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地时，由于接地电流相对较小，线电压保持不变，允许单相接地运行2 h，可以在此时间内尽快查找并消除接地点，但由于消弧线圈的补偿使小电流接地选线非常不准确，无法快速准确选出接地线路，加剧了绝缘损坏，引起两相或三相短路，造成事故扩大。严重影响到10 kV 小电流接地系统运行的稳定性。我国10 kV系统多数采用中性点经消弧线圈接地方式。

1 五降压站10 kV 接地方式及选检状况

山西太钢不锈钢股份有限公司（全文简称太钢）110 kV 五降压站的10 kV 系统为经消弧线圈接地的小电流接地系统，这种运行方式允许系统在单相接地时短时间内带接地点运行，供电可靠性高，可随着电网的扩大及供电线路的电缆化，系统对地电容电流急剧增加，单相接地后流经故障点的电流增大，接地电弧不易熄灭，导致单相接地进一步发展而引起相间短路故障，使故障扩大，对系统设备造成极大危害。但由于消弧线圈的补偿作用，使其接地选检无法实现准确选线，同时，太钢110 kV 五降压站的10 kV线路有电缆、有架空，且长度不同、新旧不同、电缆类型不同、电缆截面不同、电缆敷设环境不同、线路所带负荷容量、不同，稳定性不同，以及线路走向复杂多变等冶金行业较为特殊的方面，造成正常运行时其不平衡参数有较大不同。更增加了五降压10 kV小电流系统的接地选检难度，使其选线情况更加不准确。太钢110 kV 五降压站10 kV 分路出线多，10 kV系统单相接地发生次数较多，危害严重。

2 改进方案及实施过程

2.1 选线原理、装置型号选择

为了解决以上问题，消除消弧线圈的补偿对选线的影响，经多次研究分析，选择应用并联中电阻选线技术，并联中电阻接地选检技术是指在经消弧线圈接地的小电流系统中，将用于接地选线的中电阻并联于消弧线圈两端，正常运行时中电阻不投，当发生单相接地时将中电阻短时间投入，进行准确选线，这样既能保证正常时的可靠运行，又能在单相接地时快速选出接地线路，结合了接地系统和不接地系统的优点，实现10 kV 电网的稳定运行。选用上海思源XHK-Ⅱ型消弧线圈自动调谐及自动选线成套装置，采用并联中电阻选线方法。可完成48 路出线的接地选线（并联运行的出线数不限）。装置采用在消弧线圈两端并联电阻的方法，在接地时向接地点注入电流有功分量，使接地点的电流幅值和相位都有很明显的变化，使接地选线准确可靠。

2.2 一次系统及接线

五降压1 号、2 号、3 号主变压器均为110 kV/10 kV，主变10 kV 系统为△接法，无中性点引出，这就需要使用接地变压器引出中性点，1 号曲折变534 引出Y中性点，接1 号消弧线圈534，选线的中值电阻经真空断路器并联于消弧线圈的两端，用真空断路器对其进行控制投切。当选线装置判断确认系统发生了永久性单相接地故障时，真空断路器闭合，将中值电阻投入，向10 kV 系统注入有功电流供选线。由于此时中值电阻承受很高的电压，因此经过很短的延时（小于1 s）后，真空断路器立刻断开，将并联中电阻切除，退出系统（见下页图1、图2）。

图1 五降压10 kV 经消弧线圈接地系统并联中电阻选线一次接线图

图2 中电阻经真空开关并联于消弧线圈的两端

消弧线圈串接阻尼电阻后接地，阻尼电阻是用来限制谐振过电压，保护整套装置安全有效地运行的一个重要组成部分。增加阻尼电阻的目的是防止谐振过电压，维持系统的正常运行。当系统发生单相接地时，中性点流过很大的电流，这时必须将阻尼电阻进行短接。可控硅保护单元与阻尼电阻并接，系统发生单相接地时，中性点电流增大，电压升高，当阻尼电阻两端电压大于设定值时，可控硅导通，迅速将阻尼电阻短接，短接时间远远小于1 ms。当单相接地消失后，可控硅在电流电压过零时自然关断。见图1、图3。

图3 消弧线圈串接阻尼电阻后接地

2.3 二次回路及接线

2.3.1 零序CT 及接线

1）所有线路零序CT 的极性测试、标注。对零序CT 的极性进行测试，以线路流向母线的方向为正方向，用箭头进行标注，在以后发生电缆故障，进行恢复或重新敷设电缆线路等情况，需拆接零序CT 时，按已作的标注方向实施安装，保证零序CT 极性正确。

2）零序CT 的串并联接线方式。统一零序CT 接线，由串接全部改为并接。

3）电缆外皮接地引出线检查。接地线要完好，没有断线断股、接地处接触良好。接地线与电缆以及CT 的支架必须绝缘。

4）电缆外皮接地线的接线方式：电缆头三叉口在零序CT 上侧时，地线应向下穿过零序CT 后接地；电缆头三叉口在零序CT 下侧时，地线不穿零序CT 直接接地；确保流进电缆外皮的接地零序电流再从接地线流出。

2.3.2 电缆沟线路零序电流的引接

五降压站10 kV 共四段母线，其中两段为开闭所母线，共50 余回线路，线路分布距离较长，相距较远，设计一面端子箱A，安放固定在10 kV 电缆沟内，端子箱内安装左右两排端子排，左侧X1，右侧X2 分别安装25 个端子。N1-N46 线路的零序电流线L431，N431 分别引接到端子排A 的X1、X2 端子排，N1-N24 接入X1 的左侧，N25-N46 接入X2 的右侧（见图4）。

图4 电缆沟内增设的线路零序电流的引接端子排图

2.3.3 选线控制屏二次接线

端子箱A 的X1、X2 端子排，一侧引接现场各线路的零序电流，另一侧将各线路的零序N431 短接，从电缆沟上控制室的二次线为各线路的零序线N1-N46 的L431 共46 根线，和一根并接后的N 线，由电缆沟X1、X2 端子排至控制室选线屏敷设6 根10 芯电缆，其中3 根电缆引接端子箱A 的X1 端子排至控制室选线屏的电流端子8XT，3 根电缆引接端子箱A 的X2 端子排，引接至控制室选线屏的电流端子18XT。即8XT 接N1-N24 的L431,18XT 接N25-N46 的L431，以及电缆沟并接在一起的N431线（见图5）。

图5 选线控制屏二次电流端子引接图

2.3.4 室外曲折变、消弧线圈等二次接线

室外曲折变间隔、消弧线圈间隔引接PT 二次线、零序CT 二次线、消弧线圈的控制线等，分别从室外曲折变、消弧线圈间隔经电缆沟至楼上控制室的XHK-Ⅱ型选线控制屏。

2.4 选线设置、选线操作及结果

2.4.1 参加选线的线路设置

将系统中补偿电容、滤波器、接地变退出选线，装置最大共48 条线路，“长度”是对不同长度的出线所做的修正，是百分比。所有出线中最长出线定为99，其他线路按其与最长线的百分比来定。“参与选线”有“Y”“N”两种状态：“Y”表示参加选线，“N”表示不参加选线。将五降压10 kV 系统中补偿电容、滤波器、接地变等选择“N”，退出选线，其余46 回线路选择“Y”，参加选线。

2.4.2 参数测试及设置

线路有电缆、有架空，且长度不同、新旧不同、电缆类型不同、电缆截面不同、电缆敷设环境不同、线路所带负荷不同，造成正常运行时其不平衡参数有较大不同。测量10 kV 线路正常运行时不平衡电流的数值，对选线回路进行长度进行核对、校正；

2.4.3 选线过程及结果

消弧线圈并联中电阻，综合了两种接地方式的优点。既保证了电阻接地可以准确选线的优点，又减少了接地点残流，限制弧光接地过电压。

系统发生单相接地后,对瞬时接地故障,由于流过消弧线圈的电感性电流与流入接地点的电容性电流相位相反,接地弧道中所剩残流很小,对于瞬间接地将自行消失。如果是稳定接地,延时60 s 后(时间可以任意设定)可以通过设置延时时间，对投入并联电阻的时刻进行控制。并联电阻的延时时间最小设置为5 s，可以根据需要，增大延时时间。由计算机控制真空断路器将并联接地电阻投上(不超过1 s),投入并联电阻后，产生一定有功电流,该电流流向接地线路, 由于接地线路和正常线路零序电流信号差异相当显著，只有流入故障线路的电流增加，其他线路电流增量不明显，能够迅速选出具体接地线路。液晶屏显示报警信息，并将接地线路显示在屏上（见图6）。

选线实例（见图6）：

图6 五降压10 kV 并联中电阻选线装置接地报文

图6 接地线路显示图

1）2021 年10 月14 日10 kV 转炉2 号线接地12 min，将其退出后接地消失，原因是转炉2 号线用户现场有接地情况，选线正确。

2）2021年11月3日10 kV东山线546接地14min，将其退出后接地消失，原因是东山线线路有接地情况，选检正确。

3 改进效果

并联中电阻选线方式在太钢五降压站10 kV 系统应用后效果显著，运行情况稳定；极大提高了接地选线的准确率，能够及时排除单相接地故障；避免了由接地引发的短路故障、过电压等事故扩大，为太钢电网的稳定运行提供了保障。同时也为太钢以及冶金、矿山等企业的小电流接地系统的接地选线提供了极有价值的借鉴经验。