石化企业配电网接地方案的探讨

周勋甜

（宁波市电力设计院有限公司，浙江 宁波 315000）

随着近年来宁波地区经济的发展，一批具有相当规模的石化企业相继登陆宁波，石化企业具有负荷密度高、供电可靠性要求高、厂区配电网以电缆线路为主等特点。而中性点接地方式的选择是直接影响石化企业安全运行和供电可靠性的重要因素之一。从石化企业配电网的特点入手，深入分析了各种接地系统存在的优缺点，对电阻接地系统的具体方案进行比较选择，并计算接地电阻值。

1 中性点不接地系统

石化企业以前普遍采用中性点不接地系统运行方式。当发生单相接地故障时，流过故障点的容性电流较小，三相电源电压仍维持其对称性，不影响供电的连续性。可允许带故障运行1～2 h，具有较高的可靠性。但是目前石化企业内电力电缆的大量使用，电容电流比较大，单相接地为非金属性时，流经故障点的容性电流会形成不稳定的电弧，产生弧光接地过电压，一般弧光接地过电压约为3.5倍的相电压，将带来以下危害：

（1）弧光接地过电压会直接导致电压互感器饱和，激发铁磁谐振，甚至导致电压互感器爆炸。

（2）弧光接地过电压持续时间较长时，当过电压超过避雷器承受极限时，避雷器也会发生损坏或者爆炸。

（3）在3.5倍相电压的过电压下会导致很多电气设备绝缘击穿，造成设备直接损坏。

考虑石化企业的易燃易爆和供电可靠性要求高的特点，不宜采用中性点不接地系统。

2 中性点经消弧线圈接地系统

中性点经消弧线圈接地可降低单相接地时故障点的残流，有利于接地电弧的熄灭，避免长时间燃弧而导致相间短路。

（1）靠人工计算后再调整档位的固定补偿方式的消弧线圈，这种补偿方式不能随着石化企业配电网的运行方式变化而实时调整补偿量，故不能保证电网始终处于需要的过补偿状态，可能会导致系统谐振。

（2）石化企业由于普遍存在高次谐波，对于弧光接地时的谐波分量无法抵消，因而不能完全有效地限制弧光的产生。

（3）某些大型的石化企业，采用全电力电缆，且跨度很长，计算后的消弧线圈的容量很大，存在选型上的难度。

（4）接地选线准确率普遍不高，查找故障线路时间影响供电可靠性。

考虑在经消弧线圈接地系统中，仍然存在弧光接地的可能性，而接地选线的不理想状态也对供电连续性有一定影响，故在石化企业不推荐中性点经消弧线圈接地方式。

3 中性点经电阻接地系统

3.1 电阻接地方式

中性点经电阻接地系统是在电力系统中性点与地之间人为接入电阻。当流过中性点的电流与故障点的电容电流相接近时，中性点电阻接地方式能有效地解决弧光接地过电压问题。同时由于人为地增加了1个与电网接地电容电流相位相差90°的有功电流，故可根据流过故障点的接地电流大小和方向区分故障支路和非故障支路。

在主变为Y/Δ接线的中性点经电阻接地系统有2种电阻接地方式：一为接地变压器（简称接地变）接于低压母线，其的中性点经电阻接地；另一为接地变直接接于主变压器（简称主变）Δ线圈引线，其中性点也经电阻接地，如图1所示。

图1 接地变的接入方式

3.2 2种电阻接地方式下的继电保护

上述2种接地方式接地变中性点电流互感器上均应配置两段式零序电流保护，作为接地变接地故障主保护和系统接地故障后备保护。接地变电源侧应配置电流速断和过电流保护，作为接地变相间故障主保护和后备保护。

对于图1（a）的接线方式，接地变保护一般安装在接地变开关柜上；主变低压Ⅰ段零序电流保护作为主变低压侧引线接地故障主保护，对于图1（b）接线方式可作为所供电母线接地故障主保护和出线接地故障远后备保护，继电保护配置和跳闸方式见如图2、图3所示。

图2 接地变接于母线时的继电保护配置

图3 接地变接于主变低压侧时的继电保护配置

考虑整定计算因素，电阻接地系统的主变低压侧需开环运行，接地变中性点零序电流保护是电阻接地系统中的重要保护，正常运行时必须投入，故1个电阻接地系统中必须有且只有1个中性点接地运行。

在图2接线中当1台主变带多段母线并列运行，接地变发生故障时，保护动作后直接将接地变切除，而主变还继续运行，变电站内无接地点。

在图3接线中，由于中性点直接接于主变低压侧引线，接地变故障视为主变差动范围内故障，保护将跳开主变各侧开关。这种方式能固定地保持1个电阻接地系统中有且只有1个中性点接地运行，运行方式相对比较简单，既不占用出线间隔的位置，又可提高供电可靠性。

3.3 接地电阻的选择

EMTP程序计算、过电压模拟试验及运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流IR增加而降低，Ic为系统电容电流。即：

当IR≈Ic时，过电压水平可降至2.5 p.u.以下。

当IR≈2Ic时，过电压水平可降至2.2 p.u.以下。

当IR≈4Ic时，过电压水平可降至2.0 p.u.以下。

当IR＞4Ic时，降低过电压的作用已不明显。

可以根据上述关系，通常要求过电压水平不大于2 p.u.，故按大于4倍系统电容电流来确定流经小电阻的阻性电流。则接地电阻R为：

4 计算实例

对位于宁波北仑区大榭开发区的中海油大榭石化项目110 kV变电站进行了中性点接地方案选择，110 kV海油变已于2009年1月投产，到目前为止已经安全运行了3年，海油变的接地变压器直接接于主变Δ线圈引线，中性点经电阻接地的接地系统方案符合石化行业要求。下面计算接地电阻。

首先计算电容电流。根据业主提供的10 kV配套工程相关资料可知：10 kV出线中电缆线路长度L约为12 km，电缆截面为185 mm2。结合计算得出10 kV电缆线路单相接地电流Ic约为2.5 A/km。

Ic1=L×Ic=12×2.5=30 A

考虑到变电所增加的电容电流值，则发生单相接地时电容流值为Ic2=Ic1×K1=1.16×30=34.8 A。当考虑到用户侧电缆及电缆分支影响，考虑影响系数为1.2，则发生单相接地时总电容电流值为：

Ic=K2×Ic2=1.2×34.8=41.76 A

按4倍系统电容电流来确定流经小电阻的阻性电流IR，故可以计算出IR=4×Ic=167.04 A，接地电阻值为：

工程取标称电阻值R=31.75 Ω。

5 结语

石化企业普遍厂区面积大，又是以电缆供电为主。通过对3种配电网中性点接地方式的比较，针对石化企业的特点，结合保护配置方案，建议采用接地变直接接于主变Δ线圈引线、中性点经电阻接地的方式，应根据实际情况选择合适的中性点接地电阻值，以保证变电站和厂区的安全运行及供电的可靠性。

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