红沿河核电项目二期辅助电源6.6kV回路接地方式的探讨

覃红玉

（中广核工程设计有限公司电气所，广东 深圳518057）

红沿河核电项目二期辅助电源是一期工程的扩建，其6.6kV用电负荷大部分集中在二期核岛电气厂房（LX）内，距离与一期共用的220kV辅助开关站（TD楼）内的电源端较远，6.6kV电缆敷设距离达到1.4km。经计算，系统电容电流达29.068A，超过规范要求。

为了使系统安全运行，本文主要从技术和经济两方面对方案进行了比选，推荐选择6.6kV回路并采用经消弧线圈补偿的接地方式。

1 问题的提出

1.1 已建红沿河核电项目一期辅助电源6.6kV中性点的接地方式

红沿河核电项目一期辅助电源6.6kV系统为中性点不接地系统。中性点不接地方式的优点如下：

（1）当发生单相接地故障时，流过故障点的电流为对地的电容性电流，因而减小了设备的损害程度；

（2）当发生单相接地故障时，三相的线电压对称性没被破坏，可继续为用户供电，提高了供电的连续性和可靠性，特别是发生单相瞬间对地短路时更显优势；当厂用电系统单相电流小于10A时，允许继续运行2h，为处理故障赢得时间；

（3）无需中性点接地装置；

（4）运行经验丰富，在火电厂和核电厂有着广泛的应用。

中性点不接地方式的缺点如下：

（1）当不能将该系统的对地电容电流控制在允许范围内，即电容电流大于10A时，接地电弧不能自动消除，易形成周期性重燃，可能引起系统的过电压，且过电压的数值可达3.5倍相电压，易发展为相间短路；

（2）实现有选择的接地保护比较困难。中性点不接地方式适用于单相接地电容电流小于10A、对供电连续性要求较高的高压厂用电系统。

1.2 国内电网、电厂6～10kV系统中性点接

地方式

目前，国内电网6～10kV系统、火电厂与核电厂高压厂用电系统主要采用的中性点接地方式见表1，各种中性点接地方式的比较见表2。

表1 国内电网6～10kV系统主要采用的中性点接地方式Table1 Neutral－point grounding mode of 6－10kV grid in China

表2 各种中性点接地方式的比较Table2 Comparison of neutral－point grounding modes

续表

1.3 标准、规范要求

DL 5000—2000《火力发电厂设计技术规程》第13.3.2条规定：“当高压厂用电系统的接地电容电流在7A及其以下时，其中性点宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式。”

根据GB 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》第4.13.3条规定：当电动机“单相接地电流为10A及以上时保护可动作于跳闸，单相接地电流为10A以下时保护可动作于跳闸，也可动作于信号”。

DL／T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》的第4.2.1条规定：“当高压厂用电系统的接地电容电流小于或等于7A时，其中性点宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式”。

电力行业标准DL／T 620—1997《交流电气装置的过压保护和绝缘配合》中明确规定，3～10kV配电网中单相接地电容电流大于10A时，要求安装消弧线圈。

1.4 红沿河核电项目二期存在的问题

由于红沿河核电项目二期辅助电源6.6kV配电距离长且回路多，单台机三相21根500mm2的电缆，5、6号机组总共42根，系统容性电流达到29.068A，超过规范要求。

2 降低电容电流的几种措施

2.1 采用220kV电缆替代部分路径的6.6kV电缆

（1）主接线设计将5、6号辅助变压器（以下称辅变）下放到二期厂区，采用220kV电缆将一期TD楼的六氟化硫全封闭组合电器（GIS）与5、6号辅变连接，缩短了6.6kV电缆传输的距离，大大减少了电缆传输所产生的容性电流，满足规范要求。

（2）布置设计

在一期TD楼预留位置上扩建5、6号辅变出线GIS间隔，5、6号辅变及相应的配套设施布置在二期厂区的西北角，辅变、隔离开关、避雷器及电缆终端为户外常规布置，另新建6.6kV配电室、380V配电室、继电器室、蓄电池室和工程师站等房间，单列布置。整个电气室为一层建筑，面积6×57.3m2。

（3）小结

在不改变原系统接线方式的情况下，采用了更高电压等级的220kV电缆，解决了系统电容电流超标的问题，达到了安全运行的要求，但同时增加了运行电缆的级次，不方便管理，业主方不接受。

2.2 采用浇注母线替换部分大截面电缆

（1）系统分析

LGA、LGD、LGE、LGF、LGB、LGC 均 为6.6kV配电盘系统。考虑到从高压厂用电变压器 到 LGA、LGD、LGE、LGF，由 辅 变 到LGB、LGC以及由1、2号机组公用6.6kV配电盘系统（9LGIA）到全厂公用6.6kV配电盘系统（0LGIA）采用浇注母线，浇注母线的敷设路径参照电缆的敷设路径。

（2）布置分析

从浇注母线与电力电缆的敷设方式分析，3 665A浇注母线外形（宽×高）为322mm×210mm，若采用电缆供电约需9～15根500mm2的电缆，其单根外径约50mm，9～15根电缆采用桥架敷设，其所占截面约为500mm×400mm（2层宽500的桥架），可以看出浇注母线在敷设上对空间的要求比电缆对空间的要求还小。电缆桥架与浇注母线的安装方式基本相同，现有安装桥架的通道大多可以安装浇注母线。

（3）小结

浇注母线具有载流量大、运行可靠性高、免维护、耐腐蚀、防爆、防火等特点，同时其与电缆桥架的安装敷设方式接近，如在6.6kV厂用电系统供电干线上采用，替代现有的大截面单芯电缆，将大大减小电容电流。

由于浇注母线供应商少，价格高，供货不可靠，在阳江核电项目上才开始应用，所以此方案亦未受到业主的青睐。

3 采用补偿方式的可行性

3.1 消弧线圈在电网和常规电厂中的应用

（1）中国南方电网220kV变电站典型设计方案中消弧线圈的应用

典设方案中10kV接线：1、2、3号主变压器（以下称主变）各配置10回出线，最终共30回出线，10kV接线采用单母线双分段四段母线接线，1、3号主变10kV侧单断路器进线，各带10回10kV出线，2号主变10kV分双臂经双断路器各进1段10kV母线，每段母线各带5回10kV出线。

10kV中性点的接地方式需根据具体工程单相接地电容电流确定，本方案按1～3号主变10kV母线上各设置1台专用接地变压器（共3台），用于引接消弧线圈。

10kV消弧线圈接地成套装置（自动调谐消弧线圈成套装置）共3套，宽×深×高≤3 500mm×2 000mm×2 200mm，包括以下组件：接地变压器 DKSC－630／10.5，接线组别（ZN）；消弧线圈 XHDCZ－630／10.5；阻尼电阻控制箱（或电容补偿柜）；相应配套的电流互感器、电压互感器、避雷器、外壳箱体及内部设备之间的连接电缆；微机型消弧线圈自动跟踪调节器，包括控制柜（放置于控制室内1控2）；微机小电流接地选线装置（共42路）；配套避雷器应含放电记录器；不锈钢或铝合金箱体，IP40防护等级，温控温显系统，配带电显示装置，柜门配电磁锁或具备挂微机五防锁的条件。

（2）消弧线圈在常规电厂中的应用

扬子石化热电厂电力系统中6kV、35kV系统母线上直接带有大量的电缆出线负荷，其中性点都采用经消弧线圈接地的运行方式。该厂通过工程改造，实现消弧线圈接地补偿装置自动调谐，在技术上是可行的。采用智能型消弧线圈接地补偿装置，提高了接地补偿的效率，保证了热电厂电力系统的安全运行。

3.2 消弧线圈的作用原理

（1）规范及要求

DL／T 1057—2007《自动跟踪补偿消弧线圈成套装置技术条件》、DL／T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：在正常运行情况下，消弧线圈接地系统中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%，消弧线圈宜采用过补偿运行方式。

（2）作用原理

消弧线圈是1台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈，其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈不易饱和，外形与单相变压器相似。

图1为补偿电网单相接地故障图，其中gx、Lx分别为消弧线圈的电导和电感；g1、g2、g3分别为三相对地电导；C1、C2、C3分别为三相对地电容；UN为中性点对地电压。图2为单相接地的等值电路图，其中Id为接地点D处的接地电流；3C为等值电容。图3为单相接地相量图，其中Ic为电网电容电流；IL为消弧线圈补偿电流。

图1 配电网单相接地故障示意图（图中D、d都为接地点）Fig.1 Single－phase grounding fault

图2 单相接地的等值电路图Fig.2 Equivalent circuit of single－phase grounding

图3 单相接地相量图Fig.3 Vector diagram of single－phase grounding

由于消弧线圈是一个电感元件，因此相量图中Ic和IL为方向相反的电流。如忽略导纳影响，根据以上分析可以得出Id的数值为：

式中，j为复数的虚部单位；ω为角频率；ωL为感抗。

由此可得：

又

当Id＝0时，电网电容电流全部被消弧线圈补偿。

消弧线圈的脱谐度v表征偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程度：

v的选取应适当。一方面，v减小不仅能减小单相接地弧道中的残流，还可以降低恢复电压的上升速度。由此可知，v越小越好；但另一方面，v减小会使消弧线圈分接头数量增多，增加设备的复杂程度，还会使有载调节开关频繁动作，降低设备运行的可靠性。运行经验表明，v不大于5%就能很好地灭弧，维持较理想的残余电流和恢复电压的上升速度。

当IL＞Ic即感抗小于容抗时，接地点出现多余的电感电流，这种补偿称过补偿。过补偿可以避免出现上述的过电压，因此得到广泛应用。同时，消弧线圈还留有一定的裕度，也有利于将来电网发展。采用过补偿，补偿后的残余电流一般不超过5～10A。运行实践也证明，不同电压等级的电网，只要残余电流不超过允许值（6kV电网，残余电流≤30A），接地电弧就会自动熄灭。

3.3 红沿河核电项目二期采用消弧线圈的分

析计算和设备选型

（1）单相接地电容电流的计算依照《电力工程电气设计手册电气一次部分》公式：

式中，S为电缆截面积；Ue为系统额定电压；L为计算电缆长度。根据厂用电接线图，初步汇总出厂用电系统的电缆长度（长度仅为估算），由式（5）得出的计算结果见表3。

辅变有2种工作状况，计算时取最大工况1，辅变分别为LGC和LGB段供电，LGC与7LGI段间断路器闭合，LGC段向7LGI段供电，同时LGC与LGD段间断路器断开；LGB与LGA段间断路器断开（同3号、4号机组，详见图4）。

表3 电容电流计算结果（以5号机组为例，6号机组相同）Table3 Calculation results of capacitive current（taking Unit 5as example，the same as Unit 6）

图4 1台辅变在最大工况下的系统接线图Fig.4 System wiring with one auxiliary transformerunder maximum load condition

（2）消弧线圈选型及容量的确定

根据表3，修订计算补偿上、下限：上限＝Ic＋30%Ic；下限＝Ic－50%Ic。

容量计算公式：

式中，K为系数，过补偿取1.35；Q为消弧线圈容量，kV·A。由式（6）得：Q＝1.35×29.068×，取上限：Q＝1.3×149.5＝194.39（kV·A）。

主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定消弧线圈容量，设备容量暂按200kV·A选取。

（3）接地变压器的作用及容量选择

采用普通变压器引出中性点，虽然可以接入消弧线圈，但因为系统零序阻抗很大，建议对于自动调谐装置的中性点采用Z型接线的专用接地变压器，其主要特点是当系统发生单相接地时，零序磁通相互抵消，这样其零序阻抗就很小，便于补偿电流的输出。这种专用接地变压器一、二次容量可以做成不相等，所以二次侧可以带专用负荷（如实现自动调谐的专用负荷）。

接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变压器只带消弧线圈、无二次负载时，接地变压器的容量与消弧线圈的容量相等即可。根据厂家配套，接地变压器的容量选为250kV·A。

（4）设备规范及参数

接地变压器：DKSC－250／6.6，接线组别（ZN）。

消弧线圈：XHDCZ－200／6.6 0－55A 可调，自动调谐5%。

4 结论

由于核电机组厂用电系统的持续变大，导致电容电流持续增加，不接地方式对于部分供电系统的供电连续性、降低系统暂态过电压的要求已经有一定的风险。为了保证核电厂安全、可靠、经济运行并满足相关规范的要求，将单相接地电容电流较大（大于10A）系统的辅助变压器中性点的接地方式改为经微机控制消弧线圈接地，该方式具有保证供电连续性、限制单相接地电流、降低系统暂态过电压、快速选线、安装方式灵活以及经济性良好等优势。

综上，此次红沿河核电项目二期工程推荐采用经消弧线圈补偿的接地方式。