核电厂厂用电系统中性点接地方式的分析及应用孔凡盛

核电厂厂用电系统中性点接地方式的分析及应用孔凡盛

孔凡盛

(辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连116001)

摘要：保护选择性是指故障点在区内保护就动作，在区外不动作；当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。在6kV厂用电系统中，保护的选择性是指中压配电盘之间、配电盘与其负荷之间过流保护的选择性。

关键词：核电厂；厂用电系统；中性点接地方式；分析及应用

1导言

为检验厂用电系统保护的选择性，试验的范围应包括中压配电系统中所有存在选择性的保护，即配电盘之间、配电盘与其负荷之间的选择性。不仅要验证发生短路故障的配电盘或负荷进线断路器准确跳闸，而上一级配电盘断路器不动作，还要验证本级断路器拒动时，上一级断路器准确动作。

2配电网中性点的接地方式

(1)中性点不接地方式主要用于接地电容电流小于10A的配电网中。其优点是发生单相接地故障时，系统可以继续运行2h，供电可靠性较高;缺点是非故障相对地电压升高至槡3倍相电压，过电压为3．5倍相电压，系统中绝缘薄弱部分易被击穿，导致事故扩大。

(2)中性点谐振(经消弧线圈)接地方式主要用于电容电流大于10A的配电网中。随着传输容量的增大，线路发生单相故障时，接地电容电流形成的电弧很难熄灭。为了解决上述问题，德国专家提出了谐振接地方式。这种接地方式能够减小接地故障电流，降低故障相恢复电压的初速度和幅值，有利于接地电弧的熄灭，最大过电压为3．2倍相电压。

(3)中性点经电阻接地方式分为经高电阻接地和经低电阻接地两种。经高电阻接地用于电容电流小于10A的电网中，可以限制暂态过电压和实现单相接地故障准确选线，过电压在3倍相电压以下。对于纯电缆网络或以电缆为主的电网，中性点可经低电阻接地。这种接地方式可降低暂态过电压，过电压在2．5倍相电压以下，继电保护简单，能够快速切除单相接地故障线路。

(4)中性点经消弧线圈并联电阻接地方式主要由自动调谐消弧线圈、自动投切电阻器和控制器等组成，既能充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障点熄弧概率的作用，又能利用并联电阻抑制过电压和实现单相接地故障选线。这种接地方式的过电压水平介于中性点经消弧线圈接地和中性点经电阻接地之间。

(5)中性点谐振—低电阻接地方式在接地故障发生后一定时间内具有谐振接地系统的性质，瞬时性故障的接地电弧可由消弧装置熄灭;当故障持续一定时间，判定为永久接地故障时，专门装置将系统中性点切换至低电阻值的电阻器，使系统转换为低电阻接地系统。该接地方式可保证架空配电线路故障点在较高电阻条件下也可正确选线，从而切除故障线路。

3核电厂厂用电系统中性点接地方式的选择

GB50064《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》征求意见稿对接地方式的选择有如下规定:不直接连接发电机的6kV～20kV电缆线路构成的系统，当单相接地故障电容电流≤10A时可采用不接地系统;当超过相应电流又需要在接地故障条件下运行时，应采用谐振接地系统或谐振—低电阻接地系统。电力行业标准DL/T5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》对发电厂厂用电系统的接地方式也作了规定:当高压厂用电系统的接地电容电流小于或等于槡10/2≈7(A)时，其中性点宜采用经高电阻接地方式，也可采用不接地方式;当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用经低电阻接地方式，也可采用不接地方式。核电站设计标准ＲCC－E《压水堆核电厂核岛电气设备设计和建造规则》2005版从保证厂用电系统持续稳定运行的角度，也对厂用电系统的接地方式提出了要求:6．6kV系统中性点绝缘，以便能够连续检测线路的绝缘并允许在限定时间内带单相接地故障运行。综上所述，按照GB50064征求意见稿的要求，接地电容电流超过10A的6．6kV电缆系统，又需要在接地故障下运行时，应采用谐振接地系统或谐振—低电阻接地系统。依据DL/T5153—2002的规定，厂用电系统应改为中性点经低电阻接地方式。如果采用该接地方式，单相接地发生时立即断开故障线路，又与ＲCC－E的要求相违背。核电厂厂用电系统中性点采用谐振(经消弧线圈)接地方式，则不仅能满足允许在限定时间内带单相接地故障运行，而且能够将工频接地故障电流限制在10A以下，过电压水平较中性点不接地方式还略有降低。

4消弧线圈的工作原理和技术特点

消弧线圈种类繁多，调匝式、调气隙式、磁饱和式、调容式、晶闸管调节式和并联电抗式在配电网中都有应用，如何选择合适的消弧线圈是电气工作人员关注的问题。下面从工作原理和技术特点方面对各种消弧线圈进行分析。

4.1工作原理

(1)调匝式消弧线圈是带多个分接头的电感线圈，利用有载分接开关来调整其等值输出电抗。为了防止发生串联谐振，调匝式消弧线圈必须串联或并联阻尼电阻。这种消弧线圈调节速度较慢，只能工作在预调谐方式;如果是串联阻尼电阻，则电路一旦发生故障，易引起接地电阻发生故障;电感分级调节;因存在机械动作机构，故调节时有一定的噪声。(2)调气隙式消弧线圈用电动机带动传动机构调节铁心气隙的大小来改变磁导率，从而改变消弧线圈的电感。这种消弧线圈只能工作在预调谐方式，需要串联或并联阻尼电阻，电感不能连续调节，振动和噪声较大，而且传动机构容易出现故障。(3)磁饱和式消弧线圈利用磁性材料的交流有效磁导率随直流控制电流的变化而变化的特点，来改变交流有效电抗值，可分为直流偏磁式和磁阀式两种。这种消弧线圈具有良好的伏安特性，电流调节范围较广，存在一定的谐波问题，工作时噪声较大。

4.2技术特点

在分析消弧线圈接地方式原理的基础上，笔者调研了国内各种消弧线圈的技术参数并进行统计分析，整理出各种消弧线圈的性能指标，如表1所示。从表1中可以看出，各种消弧线圈在调谐方式、响应时间、电流调节方式、电流调节范围和噪声水平方面差异较大，在接地残流和伏安特性方面差异较小。从理论上来讲，只要响应时间足够快、接地残流足够小，就能可靠熄弧。从配电网的运行情况来讲，配电网最少有几条出线同时运行，电网的电容电流不可能为零，消弧线圈的电流调节范围不必从零开始。连续调节和分级调节的差别在于接地残流的大小，从熄弧角度讲，残流越小越好;但如果是完全补偿，在故障消失的瞬间，会发生串联谐振，所以分级调节的消弧线圈只要级差电流足够小，使得接地残流在10A以下，就可以达到熄弧的目的。

表1消弧线圈的性能指标

5结语

电力系统中性点接地方式的选择应按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》进行选择，即根据系统对地电容电流的大小进行判断。电容电流小于10A的配电网可以选择不接地方式;6kV～10kV配电系统及发电厂厂用电系统，接地电容电流小于等于7A时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，也可采用经高电阻接地方式;电容电流大于10A时，如果需要在接地故障下运行，则应选择谐振、经消弧线圈并联电阻或谐振—低电阻接地方式;如不需要带故障运行，可选择经低电阻接地方式。

参考文献:

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