核电中压系统接地方式探讨

胡周阳 刘涛

摘 要：国内某核电6.6kV中压系统在中性点接地方式采用不接地的基础上，同时增加了一套消弧线圈和选线屏装置，应对在不同工况下的特殊需求，防止中压设备在发生接地故障时由于过大接地电容电流对事故扩大。

关键词：中压系统；消弧线圈；不接地

一、中压系统中性点接地方式

1.中压系统的中性点不接地方式

中性点不接地系统的特点是当系统发生单相接地时，允许继续允许2h。它具有较高的供电可靠性。同任何一种接地方式一样，它也有其运行中需要解决的问题，主要是中压电网常见的一些铁磁谐振过电压、操作过电压、中性点偏移。

2.中压系统的中性点电抗（电阻）接地方式

电力行业标准DL/T620-1997（交流电气装置的过电压保护和绝缘配合）3.1.2条规定：

3～10kV不直接连接发电机的系统和35、66kV系统，当单相接地电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。

（1）3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35、66kV系统，10A。

（2）3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：

1）3kV和6kV时，30A；

2）10kV时，20A；

3）3～10kV电缆线路构成的系统，30A。

3.1.4条规定：

6～35kV主要由电缆线路构成的送配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式。

中性点接地方式有4类：

（1）高电阻、中电阻和小电阻接地；

（2）高电抗、中电抗和小电抗接地；

（3）不接地和消弧线圈接地；

（4）直接接地。

二、消弧线圈的工作原理

在中性点与大地之间接入消弧线圈后，发生单相接地，其单相接地电容电流将会得到有效补偿，当故障点的残余电流降至10A以下，就可使故障点电弧不易重燃，从而防止事故扩大。因此通常把接有消弧线圈的电网称为补偿电网或谐振接地系统。

中性点接入消弧线圈后，发生单相接地时，通过接地点的接地电流为消弧线圈的电感电流与系统电容电流之相量和，因电感电流与电容电流方向相反，可互相抵消，减少了通过接地点的电流，当残流小于10A（一般控制在5A左右）使接地电弧过零后易于熄灭，从而防止事故扩大。根据加入消弧线圈的电感量的大小，所产生的电感电流补偿程度的不同，可以为完全补偿、过补偿和欠补偿。

三、自动选线装置

谐振接地系统发生单相接地故障时，由于消弧线圈的补偿作用，故障电流值较小以及故障电弧的不稳定等因素，造成接地故障的选线的困难。

按照利用信号的稳态或暂态分量，选线技术分为稳态选线和暂态选线两大类。稳态选线有S注入法、5次谐波法、零序有功率方向法、残流增量法、中电阻法和小扰动法等，暂态选线有首半波法、小波变换法和暂态电流方向法等。

S注入法原理是在发生单相接地时，通过运行中母线三相电压互感器的中性点向接地线路注入一个特殊信号，从故障线路接地点流回形成通路，用信号探测器检测每一条线路，有注入信号流过的线路，从而可确定为故障线路。S注入法的优点是不受消弧线圈的影响，不要求装设零序电流互感器，在现场应用较为广泛。由于注入信号频率特殊，可以容易从工频、谐波等干扰信号中提取，S注入法具有较高的可靠性，其选线正确性高于5次谐波法。

四、核电厂中压系统

核电通过GEV系统将发电機产生的电能通过主变压器输送给电网，以及通过高压廠用变压器向LGA、LGB、LGC、LGD、LGE、LGF、LGIA/B供电。高压厂用变压器包括两台降压变压器，它们T接在24kV封闭母线上，为厂用设备供6.6kV电源，降压变压器A为LGA、LGB、LGC、LGD、LGIA/B提供6.6kV电源，降压变压器B为LGE、LGF提供6.6kV电源。降压变压器初级线圈绕组为三角形连接，次级线圈绕组为星型连接，原设计6.6kV为不接地系统，中性点未引出。

在机组正常运行条件下，厂用电设备配电系统由24kV母线经过高压厂用变压器供电。24kV母线在机组运行时由发电机供电，当发电机停机时则由500kV超高压电网经过开关站及主变压器向厂内系统供电。如果24kV母线失电或高压厂变故障，则由220kV电网经过辅助变压器向常备、应急和共用设备供电。如果24kV母线失电或高压厂变故障，则由220Kv电网经过辅助变压器向常备、应急和共用设备供电。如果主电网和辅助电网均失电时，则由柴油发电机向应急设备供电。

在该核电，负荷切换还有两种情况：（1）由于某种故障，500kV断路器跳闸，转为发电机带厂用电运行；（2）厂用常备负荷、应急和公用厂用设备切换到220kV辅助电源供电。

五、限制单相接地电容电流方案

根据电缆集团提供的6.6kV电缆电容参数重新计算电容电流，LGIB的电容电流为27.25A，不计及LGIB母线的电容电流为17.36A，根据计算结果，电容电流远远超过标准值，6.6kV系统无法带接地点运行，在不改变厂用电接地线的情况下，无法有效限制电容电流。

因此，在电厂正常运行时，6.6kV系统维持中性点不接地的方式；发生单相故障时报警，并将消弧线圈投入，高压厂变和辅助变低压中性点经消弧线圈接地，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，补偿电容电流，将接地点的综合电流限制在10A以下，达到自动熄弧、选线、继续供电的目的。之后，切除该消弧线圈。这样既满足RCC-E相关要求，又能消弧并选线。

为了提高接地保护灵敏度和选择性，在消弧线圈的二次侧装设并联电阻，当机组的负荷变化时，需要改变消弧线圈的分接头以适应厂用电系统电容电流的变化，但消弧线圈变比改变后又改变了接地点的电流值。为了保持接地故障电流不变，必须相应地调节二次侧的电阻，所以二次电阻应有与消弧线圈分接头相匹配的调节分接头。

消弧线圈采用以过补偿为基础的运行时，既按照补偿系统最大电容电流为基础进行计算，消弧线圈的容量为60kVA左右。

在变压器中性点接入消弧线圈后，因串联谐振的关系，中性点位移电压将远大于原设计的中性点残余电压，在中性点还必须装设电压互感器测量变压器中性点位移电压。

在调试过程，发现投运的消弧线圈设备计算不准，检查发现，系统过于平衡，计算过程中，中性点电压最大不超过6V，中性点电流基本为0，计算过程未超过1mA，导致设备无法计算。我们只能通过人为方式加大系统的不平衡，计算电容电流，以便装置实现正常补偿。我们也是采用注入信号的方式解决了此问题。

六、结论

我们通过把两种中性点接地方式的优劣进行分析，取长补短，根据不同的工况采用不同的接地方式，并采纳了自动选线装置，较好地解决了电厂所遇到的难题。

作者简介

胡周阳，男，目前在中国核电工程有限公司调试部从事电气调试，工程师职称。

（作者单位：中国核电工程有限公司）