提高攀钢输配电系统供电安全可靠性的改进措施

摘要：针对攀钢输配电系统发生的两次重大配电网事故、结合当前攀钢电网系统接线及开关、保护配置情况，提出将6～10kV配电网系统的中性点接地方式改为低电阻接地方式的技术经济可行性。

关键词：中性点接地方式低电阻接地快速保护保护性能

0 引言

电力系统由发电、输电、配电系统组成。随着经济社会的发展，电力系统发展迅速，电网输送电容量显著扩大，电网装备制造技术水平与电网运行管理水平日益提高，电网运行的可靠性、安全性要求也越来越高。攀钢供配电系统也曾有2次重大配电系统事故，对攀钢生产造成了重大经济损失。其中一次是在对10kV的烧结电缆送电时因带地线合闸送电，10kV开关放炮拒动、烧毁直流控制回路电源，造成新冶炼变电所所有保护与开关拒动，10kV配电室完全烧毁、110kV变压器损坏，攀钢炼铁系统停产数日的重大事故；另一次是在对新建的10kV烧结配电所电源送电过程中，因施工技术质量原因造成发生电缆绝缘击穿接地、后发展为相间短路故障而放炮着火，并引发运行系统的电缆绝缘击穿而放炮着火事故，造成四座高炉休风全停长达30多个小时，对攀钢生产造成了重大损失。从事故过程及分析看，若攀钢配电系统采取了相应的措施，完全可以避免这些事故的发生。

1 攀钢6～10kV配电系统接地方式研究及改进

1.1 中压配电系统中性点接地方式 电力系统的中性点接地方式分为中性点直接接地系统与非直接接地系统，而中性点非直接接地方式有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈并电阻接地方式和中性点经消弧线圈串电阻接地方式。

1.2 攀钢6～10kV配电系统接地方式改进必要性

1.2.1 配电网现状 根据攀钢电网情况，35kV以电缆、架空线路相结合，中性点多为不接地系统。6kV、10kV是电缆配出线，中性点有不接地、消弧线圈接地。

1.2.2 变电所新增负荷的问题 随着攀钢技改扩能工程建设，在变电所新增电缆配出，使6kV、10kV配电网的电容电流明显增大，目前还没有实时在线检测配电网系统电容电流的技术及装置，其原来的消弧线圈补偿容量不能一直满足动态过补偿的要求。中性点经消弧线圈接地的系统在某些条件下，会发生谐振过电压，对系统安全运行带来相应的危害。

1.2.3 对设备绝缘造成的威胁 ①由于接地选线装置在实际应用中的可靠性并不理想，在发生单相故障后，通过运行方式的调整与试拉手段，有时产生幅值较高的操作过电压。②中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比，仅能降低弧光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压的幅值，据相关资料介绍：实测中性点接地过电压能达到相当大的数值，甚至达4倍以上。③中性点经消弧线圈接地的系统在某些条件下，会发生谐振过电压。由于电缆为弱绝缘设备，当前普遍使用的交联聚乙烯电缆的1min工频耐压为28kV，比一般设备低20%以上。

1.2.4 攀钢配网供电方式改进与配电设备装备水平的变化为配网中性点接地方式改变 目前，攀钢配网接线方式虽然为以环网接线及开放式放射状接线并存的方式，但是对于环网接线方式均已开环运行，对于重要负荷的供电以双电源供电方式，并配置了微机型备用电源自投装置（即BZT装置）；新建项目的开关均为性能可靠、少维护的真空开关或SF6开关，其保护也为微机保护装置，而老的变配电所的开关与保护均已改造。当前微机保护装置据大多数均有接地保护功能，但由于采用经消弧线圈接地或不接地系统的单相接地电流小，微机保护装置不能有效检测单相接地故障。

因此配网现有的高可靠性的开关、微机保护装置的配置及双路电源配合BZT装置的供电方式，为配网将中性点经消弧线圈接地或不接地系统改为中性点经小电阻（10Ω左右）接地方式提供了可行性，并且不降低配电系统的供电可靠性。

由于电缆馈线发生的故障一般为永久性故障，宜采用迅速切除故障防止故障扩大。特别是对于以电缆配出为主的配电系统、新旧电缆在系统运行时，为避免电缆单相接地后引发相间故障、扩大故障范围，故从行业应用趋势看，更有必要研究实施攀钢配网系统的接地方式改进，同时在大型新建项目的供配电系统设计时，也应研究考虑配网系统的中性点接地方式的问题，以保证供配电系统的长久的可靠性。

1.3 攀钢6～10kV配电系统改为中性点经小电阻接地方式时有关注意问题

在攀钢现有6～10kV配网改造实施中性点经电阻接地方式的改进时，应注意以下问题：

1.3.1 清理落实配网现有设施情况 由于攀钢现有6～10kV配网中没有中性点，在有消弧线圈补偿的系统中，采用了专门的消弧线圈接地变压器。因此，采用经中性点接地电阻接地时，同样需要接地变压器（即Z型变或曲折变压器），需要利用原来的消弧线圈补偿变压器的开路或新增接地变回路的开关与保护，同时考虑接地电阻器的安装位置。

中性点经小电阻接地后，对单相故障而言，故障电流增大，并有零序电流产生，因而保护配置应增加零序保护。因此需落实确认配网中中心变电站及下级配电所各配出开路的微机保护装置是否具备零序电流接地检测功能与跳闸功能，是否装有专门的零序电流互感器。若没有装设零序电流互感器，落实装设零序电流互感器的条件。若对于大负荷、多根电缆并列配出的开路，则考虑以三相装设的电流互感器方式来获得零序电流。零序CT最好采用套在三相电缆上的单个CT方式，以避免三个CT的误差和饱和差异所造成的不平衡电流。

1.3.2 规范配网运行方式 由于攀钢重要站所多由不同电源点供电，因此，在改造实施过程中，对于环网系统均按开环运行方式，以BZT装置实现对重要负荷的连续供电，禁止合环运行，以免中性点经电阻接地系统与经消弧线圈接地系统同时长期并列运行或者不同电源点间并列合环运行。

1.3.3 热电机组接入方式的探讨 按其他钢铁行业经验，热电13.5MW机组、热电25MW机组以及TRT机组，是可以将发电机直接接入6kV或10kV系统。但是发电机内部一旦发生单相接地时，因为是电阻接地系统，发电机的差动保护或零序电流保护动作切除发电机，其单相接地故障电流可能会造成发电机的定子不同程度的影响。

实际上，随着攀钢电网供电保障能力的改善，发电机在发生内部单相接地后，应迅速停运，以避免由发电机内部单相接地故障进一步发展扩大损坏发电机。从攀钢电厂发电机、热电机组多年来运行情况看，发电机真正内部发生单相接地故障没有发生，多数是外部电压不平衡或发电机定子漏水造成绝缘降低而发出信号，对于这种情况，本就应当立即安排停机，以免扩大事故。

2 影响攀钢动力供配电系统的整体安全性能的保护配置问题

2.1 在保护性能上存在影响攀钢动力供配电系统的整体安全性能的主要问题（特别是无快速保护，亟待整改） 随着电力设备与保护技术的发展，在供配电系统中逐步以可靠性高、少维护、动作快速的真空开关取代原来老式的少油式开关，以性能可靠的微机综合保护装置取代原来机械电磁式元件保护，从而为显著提高供配电系统的运行可靠性提供了可靠的基础保障。然而攀钢动力供配电系统的保护配置与保护性能仍然按以前传统老式的设计规定与方式配置，未能充分适应发挥现有先进设备的性能，使得供配电系统发生故障后只能以较长时限的过流保护来切除故障，对电气系统运行及设备安全带来严重影响。对于攀钢厂区高压电缆密布、交错接线供电的状况，一旦发生高压电缆上短路故障而仅由按传统常规配置的过电流保护以0.9秒～1.0秒以上的延时来切除故障，必然造成电缆放炮着火的扩大事故。如果以无延时的快速保护切除故障，仅基于微机保护固有反应时间与开关跳闸时间，最多仅以90毫秒以内就完全切除故障。从攀钢发电厂曾经发生的4次6kV厂用电系统过电压短路放炮事故的影响分析看，以无延时的快速保护切除故障时几乎未对系统及其它设备造成损失，而以1.5秒延时才切除的短路放炮事故中，曾造成了母线上多个开关设备与母线设备不同程度的损毁。

因此，改进增设攀钢供配电网络中电源系统的光纤电流差动快速保护，是提高攀钢动力供配电系统的整体安全运行性能。

2.2 缩短配网系统保护的动作时限 按以前常规保护装置与断路器分合闸时间的性能，在保护定值整定配合中一般取保护配合时限的整定级差t为0.5s。然而由于快速可靠的断路器与微机化保护装置的广泛应用，使得保护配合时限的整定级差t减小到0.25s～0.3s成为现实。

目前，攀钢供配电系统中改造项目或新建项目均是采用快速开关与微机保护装置。因此，将保护动作时限的配合级差由原来的0.5秒降到0.25-0.3秒，可以缩短配网系统过流保护的动作时限（从原来1.0秒可降到0.6秒以下），而对于中性点经电阻接地系统，其零序电流保护的时限按阶梯配合原则同样将最长时限压缩在0.6秒内。若结合光纤差动保护的配置，其后备过流保护的时限可以压缩在0.3秒内。由此，在满足保护选择性的基础上提高保护的动作快速性，相应可不同程度地减轻故障所带来的损失。

2.3 新设备或改造设备首次投运的补充措施 注重新设备或改造设备的首次投运的测试试验分析，也是保证保护系统正常运行的必要措施。根据攀钢电网曾经发生的事故现象分析，保护电压回路接错（长期接到另一组母线PT上而未发现）、电流回路极性错误长期未察觉而造成区外故障差动保护误动等事例时有发生。

3 结论

3.1 根据行业趋势及众多行业应用情况，对于攀钢主要以电缆配出的6～10kV 配电网系统，将其中性点接地方式以现有的经消弧线圈接地或不接地方式改为电阻接地方式，在技术上是可行、在保证供电安全可靠性上也是必要的。

3.2 完善配电保护性能，增加干线配出系统的快速保护、优化并缩短保护动作时限、重视设备的直流控制与保护电源的可靠性，做好新设备的投运管理，配有性能可靠、功能丰富的微机保护装置以及性能可靠的快速开关，从而得以长久保障电气系统的安全可靠运行。