小电阻接地方式应用中存在的问题及对策

大理学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＬＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　第ｌ蜷第６期２０１４年６，９　

Ｖｏ１．１３　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１４　

［ＤＯＩ］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２３４５．２０１４．０６．０１２　

小电阻接地方式应用中存在的问题及对策　陈晓宏　（攀钢集团西昌钢钒有限公司能源动力中心，四川西昌　６１５０３２）　

［摘要］以攀钢电网为实例，介绍小电阻接地系统的配置方式，分析小电阻接地系统在实际应用中存在的问题，提出相应的解　决办法，为其它配电系统采用小电阻接地方式提供借鉴。　［关键词］小电阻接地系统；配置方式；问题；对策　［中图分类号］ＴＭ７７４　［文献标志码］Ａ　［文章编号］１６７２—２３４５（２０１４）０６—００４５—０３　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏｈｏｎｇ　（Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｘｉｃｈａｎｇ　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　Ｖａｎａｄｉｕｍ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐａｎｇａｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｘｉｃｈａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ　６１５０３２，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔａｋｉｎｇ　Ｐａｎｇａｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｌｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ；ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｉｎ　ｏｔｈｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ；ｐｒｏｂｌｅｍ；　

电力系统６　３５　ｋＶ配电网中性点通常采用不接　地或经消弧线圈接地的方式，当系统发生单相接地　故障时，非故障相对地电压升高而相间电压对称性　未破坏，故不影响用电设备的供电，并且电容电流　比较小时，一些瞬时性接地故障能够自行消失，可　有效提高供电可靠性，减少停电事故。在攀钢本部　配电网中性点也采用这种方式，但是随着配电网中　电缆线路日益增多，电容电流越来越大，也暴露出　诸多弊端：发生单相接地故障时，会产生较高过电　压倍数的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压，严重　威胁设备安全运行甚至造成设备绝缘损坏；现有国　内接地选线装置准确性不高，延长了接地线路的选　择时间，特别当电缆发生单相接地故障后极易发展　成相问短路故障，增大了电缆火灾事故的发生概　率，在攀钢本部主电缆隧道就发生过多起电缆火灾　事故，造成了较为严重的后果。　针对中性点不接地或经消弧线圈接地方式存　在的不足，在攀钢西昌４００万ｔ钒钛资源综合利用项　目供配电工程中，我们首次在１０　ｋＶ配电系统中采　用了中性点经小电阻接地方式。中性点经小电阻　４５　接地方式能有效降低工频过电压和弧光接地过电　压倍数，消除谐振过电压的发生条件，可提高钢铁　企业中大量低绝缘水平的电动机和电缆的运行安　全性，同时发生单相接地故障时，零序电流保护迅　速切除故障线路，可使电缆故障温度达不到着火蔓　延程度，对防止电缆火灾十分有利。攀钢西昌供配　电系统已于２０１１年５月投运，总体运行情况良好，　但由于设计上的不足加上运行经验欠缺，也出现了　一些问题，因此有必要进行分析总结。　

１小电阻接地系统的配置方式　１．１接地电阻选择根据ＤＬ／Ｔ６２０－－１９９７（（交流电　气装置的过电压保护和绝缘配合》中相关规定：　低电阻接地的系统为获得快速选择性继电保护　所需的足够电流，一般采用接地故障电流为１００～　１　０００　Ａ［１　。当选择通过中性点电阻的电流厶等于系　统的电容电流，ｃ的２倍时，过电压倍数可限制在２．２　倍以下　。攀钢各１１０　ｋＶ区域变电站１０　ｋＶ配电系　统均为电缆出线，计算电容电流，ｃ平均值为６８　Ａ，因　此我们选择接地电流　为３００　Ａ。该接地电流能满　总第１２６期自然科学　大理学院学报　足零序保护灵敏度的要求。　根据接地电流厶值，可以计算出１０　ｋＶ配电系统　接地电阻器的阻值Ｒ＝ｕ／（　，　）：ｌｏｏｏｏ／（１．７３２×３００）＝　１９．２　Ｑ。因此我们采用阻值为１９．２　Ｑ的不锈钢接地　电阻器，额定电流３００　Ａ，持续运行时间１０　ｓ。　１．２接地变压器选择接地变压器采用ｚ型接线，接　地变压器ｌ０　ｓ短时容量Ｓ。。＝　）　＝０ｏ／１．７３２）Ｘ　３００＝　１　７３２　ｋＶＡ。根据ＩＥＥＥ－Ｃ６２．９２－３标准规定，变压器　１０　Ｓ的允许过载系数为额定容量的１０．５倍，因此接　地变压器额定容量Ｓ：１７３２／１０．５＝１６５　ｋＶＡ。我们　最终选取接地变压器容量为２１５　ｋＶＡ。在部分１　１０　ｋＶ　区域变电站的接地变还兼作所内变，计算所内变容　量为３１５　ｋＶＡ，因此接地兼所内变的额定容量选择　为５３０　ｋＶＡ。　１．３　零序电流保护配置小电阻接地系统零序电　流保护动作于跳闸，上、下级保护主要靠时间级差　配合ｂ　。接地变压器零序电流保护作为接地变压器　单相接地故障的主保护和系统各元件、出线的后备　保护，同时设置电流速断、过电流保护作为接地变　压器内部相间故障的主保护和后备保护　。根据　ＤＬ／Ｔ５８４—２００７（（３—１　１０ｋＶ电网继电保护装置运行整　定规程》要求，接地变压器零序电流保护动作值应　不小于下一级零序电流保护最大定值的１．１倍。　在零序电流保护实际整定过程中，我们取系统　最小单相接地故障电流为系统总接地电流的３０％　（即９Ｏ　Ａ），灵敏系数Ｋ　≥１．５：１０　ｋＶ系统最末一级　出线整定为３０　Ａ（或４５　Ａ），０．５　Ｓ；１１０　ｋＶ区域变电　站ｌ０　ｋｖ出线整定为４５　Ａ，０．８　ｓ；接地变压器整定为　６０　Ａ，１．４　Ｓ。　１．４小电阻接地系统运行方式的要求１１０　ｋＶ区　域变电站１０　ｋＶ系统正常运行方式为单母线分段运　行，每段母线上各接一组接地变压器和接地电阻　器，当一台主变检修或故障，由另一台主变带两段　负荷时，为保证系统只能有一个中性点接地运行，　此时应退出一组接地变压器和接地电阻器。　２应用中存在问题及对策　２．１宜采用专用零序ＣＴ且保证安装工艺正确在　攀钢各ｌ１０　ｋＶ区域变电站１０　ｋＶ系统中，除１１０　ｋＶ　热轧变电站外，其余变电站均设置了专用零序ＣＴ。　１１０　ｋＶ热轧变电站由Ａ、Ｂ、Ｃ三相ＣＴ组成零序电流　过滤器，由于ＣＴ二次阻抗值不平衡，三相特性不一　致，该方式容易引起零序保护误动，如我们在正常　启动电机时，偶尔会发生零序保护误动的情况。另　外，在投运初期，因工程施工中高压电缆屏蔽层接　线错误等原因，发生了多起零序保护误动或拒动事　故。因此，小电阻接地系统宜采用专用零序ＣＴ，同　时必须按照安装规范施工，尤其要注意高压电缆与　零序ＣＴ之间正确接线，这是保证零序保护正确动　作的基础。　２．２取消零序电压闭锁，防止零序保护拒动当系　统发生单相接地故障时，会产生零序电流和零序电　压，其大小取决于接地程度，与故障点接地电阻有　关。在攀钢热轧工程设计中，设计院为了防止零序　电流保护误动作，在热轧区域所有１０　ｋＶ出线均设　计了３０　ｖ零序电压闭锁，而在实际运行中，当系统　发生接地故障时，系统零序电压存在低于３０　Ｖ的情　况，从而造成保护拒动引起越级跳闸。　２０１２年５月ｌ１　Ｅｔ，热轧３５　ｋＶ水处理变电站１０　ｋＶ　Ｉ母出线“４号高压直接冷却水供水泵”电机接地故　障，由于零序电压未达到３０　Ｖ，该开路零序保护未　动作，最后由１群主变压器零序过流Ⅱ段保护动作跳　闸，一段母线失电。在这次事故之后，我们就取消　了各变电站１０　ｋｖ出线单相接地保护零序电压闭锁　设置。　２．３接地兼所内变过电流保护定值的整定具有特　殊性在攀钢部分１１０　ｋＶ区域变电站，１０　ｋＶ接地　变又兼作所内变，与专用接地变相比，接地兼所内　变保护配置上需增设低压侧中性点零序过流。系　统发生单相接地时，接地兼所内变将流过故障电　流，其过电流保护定值需躲过区外单相接地时流过　接地变的最大故障电流及接地变额定电流　，但我　们为了保证灵敏度，过电流保护定值存在躲不过区　外故障时流过的最大故障相电流的情况，过电流保　护动作时间按照常规变压器０．５　Ｓ整定（与最末一级　出线零序保护动作时限相同），此时接地兼所内变　过电流保护将误动作，而且联跳主变压器低压侧，　造成母线失电。因此，接地兼所内变过电流保护定　

４６　总第１２６期　陈晓宏小电阻接地方式应用中存在的问题及对策　第１３卷　值的整定与常规变压器相比具有特殊性，过电流保　护定值的整定必须考虑定值、时间上与零序保护定　值的配合，我们在保护整定时，通过延长过电流保　护动作时限来配合，即在接地兼所内变零序电流保　护动作时限的基础上加了Ｏ．３　ｓ时限的级差。　２．４两回线路发生同相故障或相继发生故障。会造　成接地变保护误动作单回线路发生单相接地时，　流过故障线路的零序电流与流过接地变的零序电　流近似于１：ｌ，而当两回线路发生同相故障时，流过　接地变的零序电流为两回线路零序电流的叠加，此　时可能出现故障线路零序电流小于整定值，接地变　零序保护误动作。另一种情况，当两回线路相继发　生接地故障，第一条线路跳闸后，由于接地变零序　保护未返回，在第二条线路跳闸前，也会导致接地　变零序保护误动作㈦。攀钢１０　ｋＶ系统均为电缆出　线，虽然发生以上情况的概率较小，但我们也采取　了相应措施：为避免两回线路同相故障电流叠加造　成接地变零序保护误动作，将接地变零序保护电流　动作定值整定为出线定值的１．３～２倍；为避免两回　线路相继故障造成接地变零序保护误动，将接地变　零序保护动作时限整定为出线动作时限的２倍以　上。　２。５接地变跳闸后应选择性地联跳主变压器低压　侧根据ＤＬ／Ｔ５８４—２００７（３—１　１０ｋＶ电网继电保护装　置运行整定规程》要求，当接地变或中性点电阻失　去时，相应电源主变压器同级开关必须同时打开。　在工程设计时，设计院也是按照上述原则进行设　计，即接地变跳闸后均联跳主变压器低压侧。但该　设计存在两个问题：没有设计接地变零序保护联跳　分段断路器功能，当一台主变压器带１０　ｋＶ两段负　荷时，接地变零序保护动作后同时跳接地变及主变　压器低压侧将使两段母线不加选择地同时失电；冶　金企业有很多一类负荷，尤其是高炉冶炼系统，接　地变所有保护动作后都联跳主变压器低压侧将对　生产和安全造成很大的影响，降低了供电可靠性。　经过分析评估，我们对设计进行了修改：增加　接地变零序保护联跳分段断路器功能，接地变零序　保护动作后，１．１　ｓ先跳１０　ｋＶ分段断路器，１．４　ｓ同时　跳接地变和主变压器低压侧；取消接地兼所内变低　４７　压侧零序电流保护动作联跳主变压器低压侧回路，　该保护动作跳闸后，由于１Ｏ　ｋＶ系统并未发生接地　故障，此时可迅速通过改变运行方式，合上分段断　路器，恢复小电阻接地系统。至于反映接地变本身　故障的保护动作时（如速断、超高温等保护），是否　联跳主变压器低压侧，我们应根据各１０　ｋＶ系统电　容电流的大小以及小电阻接地系统的运行经验，进　行更深入的分析研究，目前，我们仍然保持接地变　跳闸后联跳主变压器低压侧的功能设置。