胡宇

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710001）

1 工程概況

1.1 概述

中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司是我國(guó)西部地區(qū)集煉油和石油化工為一體的大型國(guó)有企業(yè)，由于油品質(zhì)量升級(jí)、化工園區(qū)擴(kuò)能和機(jī)械加工等項(xiàng)目的增設(shè)，新增負(fù)荷40.4 MW，用電高峰總負(fù)荷將達(dá)到188 MW，現(xiàn)中1變電所將難以滿足新增負(fù)荷的供電要求，需將中2變電所由35 kV升壓為110 kV，由系統(tǒng)（蘭州南變）提供兩回110 kV線路供電，本次設(shè)計(jì)安裝3臺(tái)50 MV·A有載調(diào)壓變壓器,預(yù)留第4臺(tái)主變的安裝位置。

1.2 電氣主接線

1）110 kV側(cè)電氣接線。110 kV側(cè)采用單母線分段接線，2回電纜至蘭州南變，1回電纜出線至中1變，4回變壓器進(jìn)線，1個(gè)母聯(lián)單元，2個(gè)PT/BL單元。

安裝3臺(tái)三相三繞組自冷式有載調(diào)壓電力變壓器，容量為50 MV·A，電壓等級(jí)110/38.5/6.3 kV，連接組別：YN.yn0.d11。

2）35 kV側(cè)電氣接線。35 kV側(cè)采用單母線三分段接線，3回變壓器進(jìn)線，6回電纜出線，2個(gè)母聯(lián)單元，3個(gè)PT/BL單元。

3）6 kV電氣接線。6 kV側(cè)采用單母線三分段接線，3回變壓器進(jìn)線，30回電纜出線，2個(gè)母聯(lián)單元，3個(gè)PT/BL單元，3個(gè)無(wú)功補(bǔ)償單元，3個(gè)站用變單元。

電氣主接線見圖1。

圖1 中2變主接線圖

2 35 kV和6 kV中性點(diǎn)接地方式選擇

根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T620要求，為避免間歇性電弧接地過電壓，3 ～10 kV電纜線路單相接地故障電流不大于30 A，35 kV電纜線路單相接地故障電流不大于10 A時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地方式，中2變35 kV和6 kV系統(tǒng)單相接地電容電流均已超出規(guī)范要求的數(shù)值（計(jì)算見式1），必須采取措施避免間歇性電弧接地過電壓。

目前中性點(diǎn)非直接接地方式可分為：經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高電阻接地、經(jīng)小電阻接地等方式，各種方式的特點(diǎn)如下：

2.1 消弧線圈接地

消弧線圈又稱消弧電抗器或接地故障補(bǔ)償裝置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈產(chǎn)生的電感電流可以補(bǔ)償相應(yīng)的單相接地電容電流，使接地點(diǎn)電弧容易熄滅，防止弧光重燃，減少了間歇性電弧的產(chǎn)生，降低了電網(wǎng)絕緣閃絡(luò)接地故障電流的建弧率，抑制了弧光過電壓，避免長(zhǎng)時(shí)間燃弧使單相故障發(fā)展為兩相或多相故障，同時(shí)單相金屬性接地故障時(shí)，健全相可以繼續(xù)運(yùn)行2 h，提高供電可靠性[1]。

據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)研究，消弧線圈抑制過電壓的效果與其脫諧度有著密切的關(guān)系，必須將脫諧度控制在±5%的范圍內(nèi)才能把弧光過電壓限制在2.6倍相電壓以下。為了消弧線圈保持在過補(bǔ)償狀態(tài)下運(yùn)行，常常要求消弧線圈在諧振點(diǎn)附近的范圍內(nèi)運(yùn)行，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行方式地變化，消弧線圈難以始終運(yùn)行在最佳檔位，有可能使殘流得不到有效抑制而產(chǎn)生弧光接地過電壓；消弧線圈導(dǎo)致接地電流的大小和方向發(fā)生改變，使小電流選線裝置的靈敏度受到影響。

2.2 高電阻接地

高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，電阻阻值一般在數(shù)百 ～數(shù)千歐姆，采用高電阻接地可以消除大部分諧振過電壓，對(duì)單相間歇弧光接地過電壓具有一定限制作用，主要用于發(fā)電機(jī)回路。

缺點(diǎn)是系統(tǒng)絕緣水平要求較高。

2.3 低電阻接地

6 ～35 kV主要由電纜構(gòu)成的配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大時(shí)，采用低電阻接地，電阻值一般在10 ～20 Ω，單相接地故障電流為100 ～1000 A，優(yōu)點(diǎn)為快速切除故障，過電壓水平低，可采用絕緣水平較低的電纜和設(shè)備；單相接地時(shí)，由于流過故障線路的電流較大，可以方便零序過流保護(hù)整定，迅速切除故障線路。

缺點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)需瞬時(shí)跳閘，供電可靠性差；由于接地點(diǎn)的電流大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將可能導(dǎo)致相間短路發(fā)生。

由于蘭州石化公司大多數(shù)負(fù)荷為一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷，對(duì)供電可靠性要求較高，綜合以上幾種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，確定中2變電所35 kV和6 kV接地方式采用經(jīng)消弧線圈接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，可繼續(xù)供電2 h，盡快消除故障，保障供電的連續(xù)性。

3 消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的選擇

傳統(tǒng)的消弧線圈需要人工進(jìn)行調(diào)諧，不僅會(huì)使電網(wǎng)短時(shí)失去補(bǔ)償，而且不能有效地控制補(bǔ)償后的單相接地故障電流，消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置能隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，及時(shí)、快速地調(diào)節(jié)消弧線圈，使失諧度始終處于規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)電感值，使接地點(diǎn)殘流基波無(wú)功分量為零，避免了間歇性弧光接地過電壓的產(chǎn)生。

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置按改變電感方法的不同，大致分為調(diào)匝式、調(diào)氣隙式、調(diào)容式、調(diào)直流偏磁式、可控硅調(diào)節(jié)式等[2]。各種不同的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈有不同的特點(diǎn)。

1）調(diào)匝式：調(diào)節(jié)速度慢，消弧線圈工作在諧振點(diǎn)附近，為了避免出現(xiàn)過高的串聯(lián)諧振過電壓，需在消弧線圈上串聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，將諧振過電壓限制在允許的范圍內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)制造工藝簡(jiǎn)單，成本低。

2）調(diào)氣隙式：電抗器鐵芯由靜止芯和動(dòng)芯組成，通過連續(xù)調(diào)整動(dòng)靜鐵芯之間的氣隙，改變磁通量實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)電感值。缺點(diǎn)為噪聲較大，運(yùn)行過熱。

3）調(diào)容式：調(diào)容式消弧線圈就是通過接入一定數(shù)量的電容器以抵消消弧線圈電感電流。由于感性電流和容性電流的相位相差180°，兩者進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，因此，可通過對(duì)電容電流的開、合將消弧線圈二次側(cè)的電容電流折算到一次側(cè)去抵消電感電流，從而改變消弧線圈的電感補(bǔ)償電流，不需加阻尼電阻。

4）調(diào)直流偏磁式和可控硅調(diào)節(jié)式：響應(yīng)快，能自動(dòng)消除單相接地故障，且輸出電流可在0 ～100%額定電流間連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，殘流小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲低。

綜合以上幾種方式，經(jīng)比較確定采用可控硅調(diào)節(jié)式自動(dòng)跟蹤裝置。

4 消弧線圈容量

35 kV母線出線電纜總長(zhǎng)度約6 km，電纜截面為240 mm2，6 kV每段母線出線電纜總長(zhǎng)度約23 km，電纜截面為240 mm2，變電所增加的接地電容電流值35 kV按13%，6 kV按18%計(jì)取。

電容電流計(jì)算：

式中，Ic為接地電容電流有效值，A；C為電纜每相對(duì)地電容，μF/km；Uψ為相電壓有效值，kV。

經(jīng)計(jì)算，35 kV母線單相接地電容電流為25.1 A（規(guī)范要求不大于10 A），6 kV每段母線單相接地電容電流為51.36 A（規(guī)范要求不大于30 A）。

消弧線圈容量計(jì)算：

式中，W為消弧線圈容量，kV·A；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。

計(jì)算出35 kV消弧線圈容量為684 kV·A，選用800 kV·A消弧線圈成套裝置；6 kV消弧線圈容量為240 kV·A，由于6 kV為三角形接線，需經(jīng)接地變引出，同時(shí)考慮所用負(fù)荷160 kV·A，故選用450 kV·A接地變與消弧線圈組合成套裝置。

5 結(jié)語(yǔ)

蘭州石化公司中2變電所35 kV和6 kV中性點(diǎn)接地設(shè)計(jì)中本著保證供電安全可靠，降低電能損耗的原則，同時(shí)借鑒行業(yè)內(nèi)其他變電所的接地設(shè)計(jì)后，根據(jù)蘭州石化公司具體情況，確定了采用配置自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的消弧線圈成套設(shè)備限制弧光接地過電壓。

[1] DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

[2] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.