涟钢Ⅱ站接地方式研究与讨论.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER涟钢站接地方式研究与讨论李崇，李明和，岳玉琅，曾俊，周燕军（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南娄底 417009）【摘要】涟钢公司由于电网接地电流较小，系统接地方式采取消弧线圈加不接地方式。近年来，随着公司发展，系统网络日趋复杂。系统内部分区域发生单相接地故障时，出现消弧线圈欠补偿，导致故障电缆持续拉弧、燃烧的现象。为此，从单相接地电容电流数学模型出发，对各区域接地电流进行计算，并核算现有消弧线圈补偿能力，为后续网络发展接地方式的选取提供理论基础。【关键词】接地方式；消弧线圈；单相接地电容电流【中图分类号】TM862 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0005-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Study and Discussion on Grounding Methods of Liangang StationLI Chong,LI Minghe,YUE Yulang,ZENG Jun,ZHOU Yanjun(Valin Lianyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Loudi,Hunan 417009,China)【Abstract】Due to the small grid grounding current,the system grounding method of Liangang Company adopts the arcing coil plus ungrounding method.In recent years,with the development of the company,the system network has become increasingly complex.When a single-phase ground fault occurs in some areas of the system,undercompensation of the arc-absorbing coil would happen,resulting in a continuous arcing and burning of the faulted cable.Thus,based on the single-phase grounding capacitance current mathematical model,the grounding current of each region is calculated,and the existing arc-absorbing coil compensation capacity is accounted for,so as to provide a theoretical basis for the selection of grounding methods for subsequent network development.【Keywords】grounding method;arcing coil;single-phase grounding capacitive current引言涟钢公司共有4座220 kV的总降变电所，分别为涟钢站、涟钢站、涟钢站和涟钢站。其中涟钢站系统内含35座变电站、开关站，系统内接地方式采取消弧线圈接地或不接地。1 中性点接地方式1.1 中性点接地方式的选择配电系统中性点接地方式的选择是一个很重要的综合性问题，对整个企业具有至关重要的意义，关系到电网运行的可靠性。过电压、绝缘水平的选择及保护配置对通信干扰、接地装置及人身安全有着重要的影响1。我国中压供配电系统目前常用的中性点接地方式有3种2，分别是不接地、谐振接地以及小电阻接地。3种中压配电系统接地方式对比见表1。1.2 涟钢站供配电系统现状涟钢站现有4台主变压器（3#、4#、5#和6#），均为 150/150/75 MVA、220/38.5/10.5 kV、三绕组有载调压变压器。220 kV系统采用双母线接线，两路220 kV电源分别引自上级民丰变电站和豹南山变电站，与涟钢站之间有一条 220 kV 联络线路，35 kV、10 kV系统均为单母线分段接线。1.3 涟钢站中压供配电系统中性点接地方式现状接地系统的划分以电源侧主变压器中性点或其母线上所带接地装置为接地系统的中心，与其存在电源关系，且属于同一个零序回路，为同一个接地系统。按此将涟钢站35 kV、10 kV中压供配电系统分为21个接地系统，分类见表2。52024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER2 中性点接地方式分析2.1 供配电系统单相接地电容电流数学模型小接地电流电网中的单相接地电容电流由电力线路及电力设备（同步发电机、大容量同步电动机和变压器等）两部分的电容电流组成3。2.1.1 电缆单相接地电容电流中性点不接地系统等值电路和相量图见图1。正常运行时，各相对地电压Ua.、Ub.、Uc.三相对称，幅值为相电压。三相对地电容Ca、Cb、Cc近似相等，都为C0，各相对地电容电流对称且平衡，三相对地电容电流相量和为零，中性点没有电容电流流过4，对地电压为零。当A相接地短路时，故障相对地电压为零，中性点对地电压值为相电压，非故障相对地电压值升高为线电压5。在A相接地短路情况下，B、C两相对地电容电流均经大地流过A相短路点，此时A相对地电容电流为B、C两相之和（即Ik=Ibk+Ick）。B、C相电压升高3倍，短路电流Ik升高3倍6，因此得到短路点接地电流有效值为：Ik=3 3UXc 10-3=3 UC0 10-3=3 UnC0 10-3（1）式中：Ik短路点接地电容电流有效值，A；U额定相电压，kV；Xc短路点阻抗，；C0每相对地电容，F；Un额定线电压，kV；角频率，rad/s。2.1.2 高速电机、隐极式同步电动机及汽轮发电机的电容电流高速电机、隐极式同步电动机及汽轮发电机的电容电流Ic按下式计算7：Ic=2.5KSedUed3Ued(1+0.08Ued)（2）式中：Sed电机额定容量，MVA；表1 3种中压配电系统常见接地方式的对比项目单相接地电流继电保护工频过电压值弧光过电压值过电压保护高压电器的绝缘（断路器等）运行维护接地部分投资重复故障可能性可能的故障后果对通讯的干扰跨步电压和接触电压不接地系统电容电流较小灵敏度低最高值为线电压的1.05倍最高值为相电压的3.5倍设备选择难全绝缘简单最小大接地时过电压可能损坏设备最小低消弧线圈接地补偿后的残流最小灵敏度低最高值为线电压的1.05倍最高值为相电压的3.2倍设备选择难全绝缘复杂最大小接地时过电压损坏设备可能性小小低小电阻接地系统电容电流和电阻电流的向量和较大灵敏度高线电压最高值为相电压的2.5倍设备选择容易允许降低绝缘水平简单较小最小接地时过电压小，原则上不会损坏设备大高表2 涟钢站接地系统分类接地系统涟钢站35 kV、段母线所带35 kV变电所涟钢站10 kV、段母线所带10 kV变电所及配电室高棒35 kV变电站10 kV、段母线所带10 kV配电室2 800 m3高炉35 kV变电站10 kV、段母线所带10 kV配电室薄板热轧35 kV变电站10 kV、段母线所带10 kV配电室3#风机房35 kV变电站、段10 kV母线所带设备发电一车间、段10 kV母线所带设备发电二车间、段10 kV母线所带10 kV配电室电压等级35 kV10 kV10 kV10 kV10 kV10 kV10 kV10 kV现有接地方式消弧线圈接地消弧线圈接地小电阻接地消弧线圈接地不接地系统不接地系统不接地系统消弧线圈接地接地装置接入位置3#、4#、5#、6#主变35 kV侧中性点10 kV、段母线10 kV、段母线10 kV、段母线无无无10 kV、段母线62024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWERUed电机额定电压，kV；K与绝缘材料有关的系数，当温度为1520 时，K=0.018 7。2.1.3 系统单相接地电容电流考虑设备及配电装置并网后，电缆对地电容增加8，并考虑一定的裕度，将求得的电缆接地电容电流值乘以表3所列系数，可得，系统总单相接地电容电流近似值。2.2 涟钢站中压供配电系统单相接地电容电流计算根据公式（1）、（2），对21个供配电系统单相电容电流进行计算，求得各系统单相接地电流值见表4。从表4可以看出，薄板热轧35 kV变电站、3#风机房35 kV变电站和发电一车间系统单相接地电容电流较小，可维持原不接地方式不变，不需校核。涟钢站、高棒35 kV变电站、2 800 m3高炉35 kV变电站和发电二车间系统单相接地电容电流较大，需对其进行校核。2.3 消弧线圈装置容量校核2.3.1 消弧线圈容量计算公式交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范（GB/T 500642014）对自动跟踪补偿消弧装置消弧部分容量计算进行了规定：W=1.35IcUn3（3）式中：W自动跟踪补偿消弧装置消弧部分的容量，kVA；Ic接地电容电流，A；Un系统标称电压，kV。2.3.2 消弧线圈容量校核结果根据公式（3），对表4涟钢中压供配电系统单相接地电容电流计算值进行校核，得到消弧线圈容量的理论计算校验值，并与现有消弧线圈容量实际值进行对比。涟钢站35 kV、10 kV中压供配电系统消弧线圈装置容量校核结果见表5。表6给出了现有消弧线圈装置能够补偿电感电流的最大值（数据来自设备实际参数）与系统单相接地电容电流（2.2节理论计算结果）的比较。由表5和表6可得出以下结论：（1）涟钢站10 kV 段、段的消弧线圈容量不足，一旦发生单相接地故障，系统将运行在欠补偿状态，存在安全隐患，需对系统消弧线圈进行扩容或采取母线串联电抗器等措施，减小系统单相接地电流。（2）发电二车间和2 800 m3高炉35 kV变电站系统接地装置满足要求。3 结语从涟钢配网系统欠补偿现象出发，通过计算各区域现有接地方式下单相接地电流数值，发现涟钢21个系统中存在站10 kV、段消弧线圈补偿容量不足的现象，为下一步消弧线圈扩容或母线串联电抗器提供了一定的理论基础。CaCbCc.aU.bU.cU.bkI.ckI.kI.OI.cI.bI（a）等值电路.ckI.bkI.kI.bkU.bU.cU.ckU.nU.oU（b）相量图图1 中性点不接地系统等值电路和相量图表3 10 kV、35 kV系统电容电流增加系数电压等级电容电流增加系数/%10 kV系统1635 kV系统1372024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER表4 涟钢中压供配电系统单相接地电容电流序号123456789101112131415161718192021变电所涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站高棒35 kV变电站高棒35 kV变电站2 800 m3高炉35 kV变电站2 800 m3高炉35 kV变电站薄板热轧35 kV变电站薄板热轧35 kV变电站3#风机房35 kV变电站3#风机房35 kV变电站3#风机房35 kV变电站发电一车间发电一车间发电二车间发电二车间发电二车间母线段35 kV 段35 kV 段35 kV 段35 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段接地电容电流计算值/A61.0847.8544.154.3313.3376.6681.476.6719.0831.5425.903.912.721.020.780.784.304.6037.2542.8119.01是否超过10 A限值是是是否是是是否是是是否否否否否否否是是是表5 涟钢站35 kV、10 kV中压供配电系统消弧线圈装置容量校核结果序号12345671011121314变电所涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站2 800 m3高炉35 kV变电站2 800 m3高炉35 kV变电站发电二车间发电二车间发电二车间母线段35 kV 段35 kV 段35 kV 段35 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段消弧线圈容量实际值/kVA1 8001 8001 8001 800485485485600600500500500消弧线圈容量校验值/kVA1 6661 3051 204118104598634246202290334148校核是否通过是是是是是否否是是是是是（下转第19页）82024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER（5）冷箱壁及塔器的拆除同样采取自上而下分层切割、分层起吊的方式。先拆除冷箱壁上附着的设备、管道、阀门、线缆，然后在施工平台搭设完成后对本层冷箱壁及塔器（先冷箱壁后塔器）进行分层切割。冷箱壁的切割点位于施工平台上方1.1 m处，留余的1.1 m高度作为安全护栏，以保证高空施工安全。同时，在冷箱壁上开孔设置安全绳以供作业人员佩挂安全带。上层平台切割作业时，下层平台派专人持灭火器巡查，以防起火。（6）切割后的冷箱壁钢板及塔器通过汽车吊吊装，严禁高空抛物。每块起吊物的重量要严格控制在汽车吊的吊重安全范围内，禁止一次起吊多物，起吊时吊件拴上风绳，依次吊装至地面指定地点。4 结语制氧机拆除存在氧气燃爆、氮气窒息、砂爆等特殊风险，因此拆除工作需采取吹扫置换、分析化验、逐层扒砂等措施。根据2套10 000 m3/h制氧机的实际拆除案例，分析了制氧机拆除前、拆除中所存在的危险源，并制定了应采取的安全技术措施，以确保拆除工作全过程的安全。在冷箱拆除施工中还创新性地制定了在冷箱内自上而下逐层搭建施工平台、逐层拆除的施工方案，既缩短了工期，又降低了施工费用，值得推广借鉴。参 考 文 献 1 樊新庆.制氧空分机组停运后加温方法的比较 J.新疆钢铁，2018（4）：47-49.2 徐少辉，张才礼，周尤刚.空分设备冷箱内珠光砂结冰块问题分析.低温与特气，2012，30（3）：32-34.收稿日期：2024-01-12 作者简介：徐少辉（1982-），男，硕士研究生学历，制氧工程师，现从事制氧机的建设、拆除、运营管理工作。参 考 文 献 1 吕峰.中压配电网中性点接地方式改造的研究 D.南京理工大学，2009.2 赵旭阳.中压配电网小电阻接地方式改造相关技术的研究 D.华北电力大学，2019.3 吴擎.小电阻接地系统单相接地保护技术研究 D.华北水利水电大学，2019.4 刘佰龙，陈浩博，申绪珍，等.中性点经消弧线圈接地方式的分析J.南方农机，2018，49（2）：127-128.5 侯义明，于辉，王喜伟.交流配电系统的接地方式及过电压保护M.北京：中国电力出版社，2016.6 陈景涛.中压电缆系统接地电容电流计算方法 J.电力勘测设计，2015（2）：41-43.7 武攀.IT接地系统单相接地故障后的情况分析 J.现代建筑电气，2021，12（3）：45-49.8 叶晨.中心城区10千伏配电网典型供电模式研究 D.华北电力大学，2015.收稿日期：2023-10-20作者简介：李崇（1985-），男，本科，工程师，现主要从事供配电工作。表6 现有消弧线圈补偿电流的最大值与系统电容电流比较序号123456789101112变电所涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站涟钢站2 800 m3高炉35 kV变电站2 800 m3高炉35 kV变电站发电二车间发电二车间发电二车间母线段35 kV 段35 kV 段35 kV 段35 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段10 kV 段补偿电流最大值/A65.9865.9865.9865.9862.2362.2362.2373.3173.3164.1564.1564.15系统电容电流计算值/A61.0847.8544.154.3313.3376.6681.4731.5425.9037.2542.8119.01欠补偿电容电流值/A-4.9-18.13-21.83-61.65-48.914.4319.24-41.77-47.41-26.9-21.34-45.14（上接第8页）19