摘要：本文以一家企业的发、供、用电有2家设计单位分别设计，企业投产后在发生10kV单相接地时电弧先后造成的后果以及先后采取的不同措施来说明10kV中性点接地方式选择的重要性。
关键词：10kV系统；接地方式
目前中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地方式。
35kV、66kV系统和不直接连接发电机，由钢筋混凝土杆或金属杆塔的架空线路构成的6kV-20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地系统；当大于10A又需在接地故障条件下运行时，应采用中性点谐振接地方式。不直接连接发电机、由电缆线路构成的6kV-20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式；当大于10A又需在接地故障条件下运行时，宜采用中性点谐振接地方式。6kV-35kV主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统，当单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点低电阻接地系统。
对于发电机系统，发电机定子绕组发生单相接地故障，故障电流不超过允许值不要求瞬时切机时（发电机额定电压10.5kV时，接地电流允许值为3A），可采用不接地方式；当超过最高允许值时，将烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，引起匝间或相间短路，故需要在发电机中性点采取经消弧线圈；当发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用中性点经高电阻接地的方式。
中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行2小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不能自熄，易产生较高的弧光过电压。这种过电压一般不超过3.5p.u电压，但在具有限流电抗器、电动机负荷且设备参数配合不利的6kV和10kV某些不接地系统，发生单相间歇性接地故障时，可能产生大于3.5p.u的过电压，这种过电压会造成设备的绝缘损坏或开关柜绝缘子闪络，电缆绝缘击穿等。因此，在单相接地电容电流超过规定值时，最有效的方法是改变中性点的接地方式，如中性点采用消弧线圈接地，把接地点的电容电流补偿到安全电流以下（根据具体情况，中性点具备采用低电阻接地时可采用低电阻接地，把接地点的电容电流变为阻容性电流，破坏接地点再重燃的条件）。
某大型水泥公司热电部设计安装有4台自备发电机组（总装机容量88MW），全厂总用电负荷100MW左右（含自备机组厂用电负荷），全公司所有用电负荷均由单母分段的10kV发电机电压母线经电缆馈出（分段断路器正常在合闸状态，分段母线之间设计安装有母线电抗器），10kV系统采用中性点不接地的运行方式。10kV发电机电压母线经1台35MVA（110/10.5kV）的主变和一条110kV线路与系统并联运行，10kV发电机电压母线上设计安装有消弧消谐装置。热电部机组的设计和各水泥线的电气设计分别由两家不同单位的设计院设计。
该水泥公司投运后曾发生过多次10kV单相接地，伴随的现象是10kV母线上的消弧装置分相开关动作和故障电缆开关速断保护动作跳闸（接地报警和绝缘监测的三相对地电压异常早于速断保护的跳闸时间）。对电厂的消弧装置分相开关检查，发现动作的一相分相开关上侧熔断器熔丝熔断（熔丝额定电流50A），跳闸的故障电缆故障点每次均有明显的相间短路迹象。对全公司10kV电缆敷设长度和截面进行了粗略的统计，计算10kV单相接地的零序电流约120A。
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分析原因：在10kV中性点不接地系统中，发生单相接地后，10kV母线上的消弧装置延时动作将发生接地相的分相开关合闸，故障变为金属性接地故障，故障点电弧熄灭，由于10kV接地故障零序电流远大于与动作的分相开关串联的熔断器熔丝额定电流（50A），熔丝熔断，故障点又变为电弧接地，燃烧的电弧形成两相或三相短路引起速断保护动作跳闸。
随后该公司采取将所有10kV电动机和10kV配电变压器高压侧的零序电流保护出口由报警改投瞬时跳闸，经过两年的观察，在10kV发生多次单相接地时零序电流保护均正确动作跳闸，切除故障。
随着公司4台发电机组的逐步投运，在最大运行方式下10kV母线的短路电流计算值（0.06秒）已达到45kA，远超水泥线各配电室10kV断路器的额定开断电流31.5kA（10kV发电机电压母线上各断路器额定开断电流是40kA）。从安全方面考虑，该公司将实际情况反馈给机组的设计单位，设计院采取在两台容量大的发电机出口加装限流电抗器来限制短路电流，两台电抗器投运后在10kV电缆连续两次发生单相接地时均同时出现10kV发电机电压母线相间绝缘击穿导致相间短路，全公司停电的严重事故（第一次是人为外力导致10kV电缆单相接地）。
第二次电缆单相接地引发10kV母线短路事故发生后公司根据10kV母线投运前的耐压试验等数据和自建厂以来一直到电抗器投运前，历年发生过多次电缆单相接地的情况，对比分析判断为：限流电抗器投运后在参数不利的配合下产生了过高的过电压引起10kV母线相间绝缘击穿，虽然10kV各电动机和变压器的馈线零序保护在投入状态，但10kV断路器零序电流保护动作跳闸的时间（断路器全分闸时间+微机保护动作时间）和10kV消弧装置分相开关动作的时间（延时2s动作）均滞后接地瞬间产生的过电压（弧光接地10ms就重燃一次），参数不利的配合情况下产生的过电压是导致母线绝缘击穿的原因。公司将问题再次反馈给机组的设计单位，设计院采取在两段10kV发电机电压母线上各加装一组450kVA自动跟踪补偿消弧线圈（三相接地变压器加自动补偿消弧线圈），投运后经过近两年的观察，在发生多次单相接地时，到目前为止没有再出现单相接地引发的相间短路故障，也没有出现因单相接地引发过高的过电压导致事态扩大。
小结
当同一企业有关联的电气系统由不同设计单位设计时，建设单位应将整个企业的最终规模的发电、供电、用电情况告知各设计单位。当然各设计单位更应该主动了解整个企业的发、供、用电情况，各设计单位应考虑自己设计的回路引起的接地零序电流值对整个系统的影响，并及时告知建设单位。建设单位应根据各设计单位提供的单相接地零序电流值征求各设计单位并指定哪家设计单位来采取取措。指定采取措施的设计单位应根据10kV系统发生单相接地时的零序电流大小、供电方式（电缆还是架空线路）、是否连接有发电机、保护装置的配置、供电连续性要求等条件正确选择10kV的接地方式，避免各自设计各自的，避免因接地方式设计不合理导致事故扩大。
参考文献：
[1]GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》
[2]《电力工程设计手册 火力发电厂电气一次设计》 中国电力出版社2018年6月1日出版
[3]《工业与民用供配电设计手册 第四版》中国航空规划设计研究总院有限公司 组编 中国电力出版社
作者简介：付建伟（1973.3.4），男（汉族），河南省荥阳市人，大专，注册电气工程师（专业：发输变电）。
论文作者:付建伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：单相论文; 电流论文; 过电压论文; 母线论文; 故障论文; 发电机论文; 方式论文; 《电力设备》2019年第19期论文;