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潤揚(yáng)大橋總變10KV側(cè)低電阻接地介紹
本文闡述長距離電纜輸送10KV電力的供配電系統(tǒng),在運(yùn)行過程中由于10KV電力電纜接地電容電流過大而引起接地故障的解決方法。確保潤揚(yáng)大橋供配電系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。
接地電容中性點(diǎn)直接接地中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地繼電保護(hù)
一、概述
潤揚(yáng)長江公路大橋及南北接線全長約35公里,由主橋段、北接線段和南接線段組成,其中主橋段用電負(fù)荷約為6850KVA,南接線段用電負(fù)荷約為800KVA。以上均由鎮(zhèn)江南岸橋區(qū)35/10KV總變電站供電,其10KV側(cè)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。
我國電力系統(tǒng)常用的系統(tǒng)接地方式有四種:中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。
對(duì)10KV交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜線路,由于其自熄電弧電流較小,僅為10A。當(dāng)接地電容電流Id<10A時(shí),接地故障產(chǎn)生的穩(wěn)定電弧一般能自行熄滅,線路仍能繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,在此期間,如能消除故障,則系統(tǒng)可以不停電而繼續(xù)運(yùn)行。一旦產(chǎn)生單相接地短路,當(dāng)電容電流超過10A時(shí),則產(chǎn)生弧光接地過電壓,往往會(huì)造成多處絕緣擊穿現(xiàn)象,危險(xiǎn)性很大,必須立即切斷電源,防止事故擴(kuò)大。
潤揚(yáng)大橋南北接線供電方式均采用YJV電力電纜穿管埋地敷設(shè),南接線雙回路YJV-10KV-3*70電纜總長5公里,3*70交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜的接地電容電流為1.3A/Km,世業(yè)洲YJV-10KV-3*240電纜總長9公里,3*70交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜的接地電容電流為2.1A/Km。這樣,當(dāng)單相接地故障時(shí),其接地電容電流為Id=76.2A,電容電流超過了規(guī)范要求。
由上分析可見,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只適用于線路不太長,也就是電容電流不太大的架空線路,并不適用于線路很長的電纜線路。
二、接地方式比較
在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中,常用的有中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地。各種接地方式各有其特點(diǎn)。
中性點(diǎn)直接接地方式:
⑴適用于110KV以上高壓和0.4KV低壓系統(tǒng)。
⑵單相接地故障時(shí),非故障相電壓升高最小。
⑶對(duì)通信電子設(shè)備干擾最大。
⑷單相接地電流最大。
中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式:
⑴電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性較高。
⑵對(duì)瞬間故障單相接地能自行熄弧,不易發(fā)展為三相短路。
⑶可減小故障電流。
⑷當(dāng)系統(tǒng)電容電流超過30A時(shí),消弧線圈容量增大,增加投資。
⑸處理故障過程中對(duì)線路逐條進(jìn)行拉閘可能產(chǎn)生較高的過電壓。
⑹人工檢測與排除故障所需的時(shí)間較長,容易擴(kuò)大事故。
⑺繼電保護(hù)運(yùn)算較復(fù)雜。
中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式:
⑴能將單相接地時(shí)的異常過電壓抑制在運(yùn)行相電壓的2.8倍以下,電網(wǎng)可采用絕緣水平較低的電氣設(shè)備。
⑵能快速切除單相接地故障。
⑶對(duì)通信電子設(shè)備干擾大。
⑷改善了電氣設(shè)備運(yùn)行條件,提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
⑸繼電保護(hù)簡單
人們對(duì)接地方式的選擇是根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等因素綜合考慮,中性點(diǎn)接地系統(tǒng)是一個(gè)涉及到供電可靠性、過電壓與絕緣配合、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的正確動(dòng)作、通干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定等多方面的綜合性技術(shù)問題。
中性點(diǎn)接地方式的選擇一般遵循以下原則:
經(jīng)濟(jì)因素
經(jīng)濟(jì)因素是選擇中性點(diǎn)接地方式的重要因素,隨著電壓等級(jí)的提高,輸變電設(shè)備的絕緣費(fèi)用在總投資中的比重愈來愈大,如果中性點(diǎn)采用有效接地方式,絕緣水平可以降低,減少設(shè)備造價(jià),經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
安全供電質(zhì)量因素
單相接地故障對(duì)安全和供電質(zhì)量的影響取決于故障電流、故障電壓、中性點(diǎn)位移電壓這三個(gè)數(shù)據(jù)及故障的持續(xù)時(shí)間。
三、潤揚(yáng)大橋接地方式
潤揚(yáng)大橋現(xiàn)有35KV/10KV變電站的10KV側(cè)為△型接法,屬中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),不適用于長距離電力電纜線路,故需改成中性點(diǎn)接地系統(tǒng)。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn),有以下4種接地方式可供選擇:
⑴接地變壓器+消弧線圈接地方式。
⑵接地變壓器+低電阻接地方式。
⑶將35/10KV變壓器由Y/△型接法改成Y/Y型接法,制造一個(gè)中性點(diǎn),以便于接地。
⑷將35/10KV變壓器由Y/△型接法改成35/10/6的Y/Y/Y型接法。既解決了供電系統(tǒng)的接地問題,又解決了南北接線10KV供電、主橋6KV供電不同電壓等級(jí)同時(shí)的問題。
接地變壓器+消弧線圈接地方式:
消弧線圈接地方式常用于供電公司的電力系統(tǒng),可有效降低單相接地電流,促使電弧自動(dòng)熄滅,使單相接地故障不易發(fā)展為三相短路,且線路不立即跳閘,按規(guī)程規(guī)定,電網(wǎng)可帶故障運(yùn)行二小時(shí),有利于提高供電可靠性。但消弧線圈以往都是手動(dòng)調(diào)節(jié),存在調(diào)節(jié)困難,不易排除故障等缺點(diǎn),現(xiàn)在雖有了自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置,但仍存在價(jià)格偏高,需另配備檢測裝置等缺點(diǎn)。
另外潤揚(yáng)大橋南北接線均為10KV二回路供電,已充分保證了供電的可靠性,如有其中一路故障,可立即切換到另一路。
接地變壓器+低電阻接地方式。
方案2、3、4均為低電阻接地方式,該方式可降低單相接地
非故障相的過電壓,接地保護(hù)方式較簡單,電纜可選擇較低絕緣水平的,節(jié)省投資。低電阻接地方式能快速切除故障,縮短過電壓的持續(xù)時(shí)間,避免事故擴(kuò)大,卻增加了單相接地跳閘率,影響了供電可靠性。但潤揚(yáng)大橋南北接線本身就是雙回路供電,故障跳閘對(duì)其供電可靠性沒有影響。
方案2對(duì)原系統(tǒng)沒有作任何修改,僅在35/10KV變電站的10KV側(cè)增加了接地變壓器和低電阻共二套。通過接地變壓器將原來的10KV側(cè)無中性點(diǎn)的△型接法改成帶中性點(diǎn)的Y型接法。再通過Y型接法的中性點(diǎn)帶低電阻接地。
將35/10KV變壓器由Y/△型接法改成Y/Y型接法,
方案3對(duì)原系統(tǒng)沒有基本沒作修改,將原來的Y/△型接法的35/10KV油浸式變壓器更換成Y/Y型接法。然后通過加裝低電阻接地。
4、35/10KV變壓器由Y/△型接法改成35/10/6的Y/Y/Y型接法。
方案4,將原來的35/10KV的Y/△型接法的油浸式變壓器更換成35/10/6KV的Y/Y/Y型接法。然后在10KV側(cè)和6KV側(cè)通過加裝低電阻接地。原鎮(zhèn)江橋區(qū)變電站的10KV柜和10/6KV變壓器可取消。
投資估算:
方案1、接地變壓器10萬
消弧線圈接地裝置50萬
共二套60*2=120萬
方案2、接地變壓器10萬
接地電阻器10萬
共二套20*2=40萬
方案3、35/10KV△/Y變壓器25萬
接地電阻器10萬
共二套35*2=70萬
方案4、35/10/6KV△/Y/Y變壓器32萬
接地電阻器10萬
6KV開關(guān)柜2個(gè)12萬
共二套54*2=108萬
綜合比較分析,從系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、繼電保護(hù)簡單、接地故障容易切除及經(jīng)濟(jì)因素等方面考慮,同時(shí)考慮到潤揚(yáng)大橋的采用雙回路供電的實(shí)際情況,采用接地變壓器+低電阻的接地方式比較適合潤揚(yáng)大橋的供配電系統(tǒng),因此在本次工程中我們采用了在35KV總變電站的10KV母線側(cè)加裝接地變壓器和低電阻的形式。
四、系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)
在本次工程中,我們采用在10KV主母線側(cè)加設(shè)接地變壓器和低電阻器。
接地變壓器選用曲折接線接地變壓器,對(duì)三相平衡負(fù)荷呈高阻抗?fàn)顟B(tài),對(duì)不平衡負(fù)荷呈低阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),接地變壓器的中性點(diǎn)電位由零電位上升到U0=UL/√3=385A
Sd.r=0.576*10*385=2217KVA
接地變壓器的額定容量為Se.r=Sd.r/K=2217/10.5=211KVA,可選取315~400KVA。
接地變壓器容量400KVA,額定電壓10.5KV,短時(shí)允許電流400A,工頻耐壓35KV。
電阻柜中的電阻元件應(yīng)采用電阻專用、特殊配方的不銹鋼合金制造,其特點(diǎn)是:
耐受高溫:熔點(diǎn)為1375-1500℃,最高使用溫度1000℃。
抗拉強(qiáng)度高:抗拉強(qiáng)度700Mpa,在900-1000℃高溫下,機(jī)械強(qiáng)度基本保持不變;
電阻率高:電阻率為108μΩm,有利于減小電阻元件尺寸;
阻值穩(wěn)定:電阻溫度系數(shù)2.17×10Ω/℃,在350℃高溫時(shí),阻值僅增加6.6%,有利于保證保護(hù)的靈敏度。
高韌性:在溫度劇烈變化的運(yùn)行條件下,仍保持良好的韌性,不易斷裂。
電阻柜系統(tǒng)額定電壓10.5KV,電阻柜額定電壓6.0KV,短時(shí)允許電流400A,短時(shí)允許通流時(shí)間10s。
接地變壓器前端設(shè)置隔離開關(guān),電阻器與接地網(wǎng)之間設(shè)置零序互感器,用于測量和監(jiān)視單相接地零序電流。10KV側(cè)的所有饋出回路的零序互感器需作替換,改為能通過較大電流的零序互感器,用于測量本線路零序電流和保護(hù)動(dòng)作于跳閘,當(dāng)發(fā)生單相接地故障后,故障相所在饋出回路斷路器立即跳閘,以保證其他回路運(yùn)行的安全。
經(jīng)實(shí)地調(diào)查,潤揚(yáng)大橋35/10KV總變電站室內(nèi)己無法安裝接地裝置,因此,我們建議采用組合式接地裝置,安裝在室外。
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(責(zé)任編輯:xy)
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