陳國棟

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司能源動力總廠，山西 太原 030003）

1 35 kV不接地系統(tǒng)技術(shù)改進背景

目前的鋼鐵行業(yè)領(lǐng)域，大電爐供電普遍采用35 kV不接地系統(tǒng)，35 kV不接地系統(tǒng)所保護的類型一般分為電流速斷保護和接地選線兩種，電流速斷保護動作主要針對于相間短路故障，而接地選線報警則針對于單相接地的情況。但由于消弧補償?shù)慕尤?，選線成功率極低，無法實現(xiàn)快速的正確選線拉路，使接地線路退出系統(tǒng)，以此同時，35 kV線路相比較于10 kV、6 kV系統(tǒng)而言，發(fā)生接地時對系統(tǒng)的沖擊和波動影響更大，極易引發(fā)相間短路，電纜炸損嚴重，電纜頭制作、試驗、接線等修復工作困難，且恢復供電時間很長，直接影響生產(chǎn)，造成的損失巨大。該問題屬于極度困擾鋼鐵電力行業(yè)的一大難題。太鋼十一降35 kV供電系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，接地電流較小、不穩(wěn)定，且其35 kV線路還存在電纜纜徑普遍較大、條數(shù)較多、實際中無理想的與之匹配的零序互感器的難題。太鋼十一降35 kV供電系統(tǒng)線路頻繁發(fā)生線路單相接地，現(xiàn)場電纜炸損情況極為嚴重，直接影響太鋼新煉鋼160 t大功率電爐的生產(chǎn)運行，其直接損失及間接損失嚴重。

針對這一棘手難題，分析研究35 kV大電爐不接地系統(tǒng)的特點及接線，并進行系統(tǒng)設(shè)計、實施改進：

1）與十一降35 kV線路的微機保護廠家共同研究開發(fā)，對保護裝置功能進行改進，增設(shè)了零序電壓的線路延時跳閘功能，即在發(fā)生單相接地故障時，利用合理的時間級差實現(xiàn)了分時限跳閘，從而縮短了跳閘后的判斷、處理及恢復時間。

2）在零序電壓分時差跳閘的基礎(chǔ)上，輔助增設(shè)實施完成了新型35 kV接地選線裝置項目，使十一降35 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，既有采樣零序電壓進行分級延時的零序跳閘功能，同時又有采樣三相電流電壓進行分析選線的接地告警信息，兩者實現(xiàn)互補的雙重化保護組合功能。

2 改進方案及實施過程

2.1 零序電壓按時間級差跳閘

在中性點直接接地系統(tǒng)中，當發(fā)生一相接地事故時，接地故障電流較大，零序電流保護動作跳閘，切斷電源，造成停電。由于中性點直接接地系統(tǒng)中零序故障電流大，容易實現(xiàn)零序保護。但在中性點非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，接地電流較小、不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)可靠檢測及選線，并且無其他及時有效的解決措施。太鋼160 t大電爐十一降35 kV供電系統(tǒng)為確保供電的連續(xù)性，采用中性點非直接接地系統(tǒng)，但投運后其35 kV線路多次發(fā)生單相接地，導致電纜爆炸等嚴重后果。經(jīng)研究分析，太鋼十一降壓站為220 kV變35 kV，使用太鋼第二鋼煉鋼廠的專用大電爐生產(chǎn)線，因此其35 kV系統(tǒng)的出線數(shù)量相對較少，共兩段35 kV母線，而每段母線只帶有5趟出線，分別是35 kV SVC線路、35 kV中頻爐、35 kV EAF電爐、35 kV LF精煉爐、35 kV消弧。針對此問題進行分析后決定，采用零序電壓按不同時間級差來實現(xiàn)35 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時線路的分級跳閘。由于用于中性點非直接接地系統(tǒng)中的保護裝置沒有設(shè)計零序電壓跳閘的程序及回路，經(jīng)與保護廠家聯(lián)系改進，在原南瑞RCS線路微機保護程序中進行了設(shè)計改進，增設(shè)不接地系統(tǒng)的零序電壓跳閘功能，實現(xiàn)了35 kV單相接地時能夠延時跳閘。

通過對以往案例所收集的35 kV不接地系統(tǒng)接地時的電壓幅值、電壓波動以及電壓異常值的持續(xù)時間、衰減時間等相關(guān)參數(shù)進行了反復研究，并對所涉及35 kV系統(tǒng)的5趟線路按照發(fā)生單相接地故障的可能性、線路負荷的重要性等情況進行綜合分析，通過接線設(shè)計、定值及時間整定等操作，提出了改進方案并予以實施。

1）從原南瑞RCS-9612線路微機保護盤分別引取A母、B母兩段35 kV母線的開口電壓，分別對應兩段母線上所帶出線，作為在中性點非直接接地系統(tǒng)中判斷發(fā)生接地故障的零序電壓采樣，將保護屏上原有備用壓板，重新配線變更為零序過電壓保護出口壓板，從而實現(xiàn)零序電壓保護跳閘功能，兩段零序過壓跳閘壓板表情況如表1、表2所示。

表1 35 kV A母1#電爐、1#精煉爐、1#SVC零序過壓跳閘壓板表

表2 35 kVB母2#電爐、2#精煉爐、2#SVC零序過壓跳閘壓板表

2）分析35 kV不接地系統(tǒng)接地時的電壓幅值、電壓波動，以及電壓異常值的持續(xù)時間、衰減時間等相關(guān)量參數(shù)變化特性。

3）與用戶現(xiàn)場分析生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，包括35 kV系統(tǒng)出線，SVC、EAF電爐、中頻爐、LF精煉爐負荷等各自不同的運行工況，發(fā)生接地的頻次，接地幾率的大小，接地造成影響的嚴重程度，接地跳閘后的損失程度等。

4）綜合分析設(shè)定零序電壓定值及其動作時限，設(shè)定調(diào)整35 kV系統(tǒng)線路35 kV的零序電壓的幅值及跳閘時間：零序過電壓幅值均設(shè)為50 V；時間設(shè)定分別為SVC線路1＂、中頻爐3＂、EAF電爐4＂、LF精煉爐5＂、消弧6＂。

5）當SVC線路發(fā)生單相接地時，零序過電壓達到50 V，第一時間SVC將跳閘，系統(tǒng)接地消失，快速恢復正常，保證了其余所有線路的正常運行；如果SVC跳閘后接地仍未消失，則經(jīng)一個時間級差后跳入下一個分路。

6）當線路SVC零序過壓跳閘后接地消失時，可判斷為SVC接地；當SVC及中頻爐均零序過壓跳閘后接地消失時，可判斷為中頻爐接地；當SVC、中頻爐、電爐均零序過壓跳閘，且跳閘后35 kV電壓恢復，可判斷為電爐接地；以此類推，如5趟35 kV線路均跳閘且35 kV電壓仍有單相接地，則判斷為母線接地。

首次在35 kV中性點非直接接地系統(tǒng)中實現(xiàn)零序過電壓跳閘功能，當35 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通過合理的分時間級差進行延時跳閘，避免了單相接地發(fā)展為兩相接地短路事故的發(fā)生，縮短了跳閘后的判斷、處理及恢復時間，大大縮短了二鋼電爐的停電時間，此改進方案應用效果良好，經(jīng)濟價值顯著。

2.2 接地選線告警及數(shù)據(jù)分析

新型35 kV接地選線裝置可同時采集各出線的三相電流及零序電流濾過器中的零序電流4個量，消除了勵磁特性對零序電流濾過器中暫態(tài)過程的誤差影響，提高了選線準確率，且告警信息全面、信息量大，同時接地時的各類參數(shù)采樣值、波形分析、回放等提供了實時、完整數(shù)據(jù)。選線裝置的安裝、接線方案及實施如下：

1）考慮到保護室位置及有利于35 kV線路二次電流線的引接，將新型35 kV接地故障監(jiān)視與診斷裝置系統(tǒng)選擇安裝于十一降壓站故障錄波屏柜內(nèi)下側(cè)，具體接線情況如圖1所示。

圖1 接地選線裝置、各線路三相電流及零序電流的背板插件、端子排接線

2）35 kV線路中的1#電爐、1#精煉爐、1#SVC、2#電爐、2#精煉爐、2#SVC的保護裝置設(shè)在35 kV保護室，其CT二次線引入保護室保護裝置以及故障錄波屏，在故障錄波屏端子排上將進入錄波屏的電流回路串接至北京沛森選線裝置的電流回路中。

3）35 kV線路中的1#消弧、2#消弧、1#中頻爐、2#中頻爐的保護裝置在35 kV開關(guān)現(xiàn)場采用就地安裝式，電流回路未引至35 kV保護室，因此安裝難度較大。從開關(guān)現(xiàn)場至保護室重新敷設(shè)電纜：利用7X2.52電纜，每相用2根，余一相為N線，分別將各線路的三相電流回路進行串接。

4）對串接后的電流回路進行測試，將測試值與保護裝置、后臺、選線裝置進行對比，確認接線的正確性以及選線裝置采樣的正確性。

5）新型沛森選線裝置的最小判斷、檢測時間為2.5~2.9 s；因此，在零序電壓跳閘功能中對其進行時間設(shè)定，除SVC外，其余分路的跳閘時間從3s開始順延。

2.3 兩種接地保護的組合應用

最新接地保護技術(shù)實現(xiàn)了十一降35 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，零序過電壓保護跳閘和沛森接地選檢可同時發(fā)揮作用的雙重化組合功能。35 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，能夠?qū)崿F(xiàn)零序過電壓延時跳閘；同時，輔助增設(shè)的接地選線系統(tǒng)進行采樣及判斷，以實現(xiàn)電流、電壓的采樣、計算、判斷以及接地時波形回放。通過對零序電壓跳閘時間的設(shè)定調(diào)整，實現(xiàn)了與選線報警的匹配。十一降壓站35 kV線路零序電壓動作值及時間級差整定情況如表3所示。

表3 220 kV十一降壓站35 kV線路零序電壓動作值及時間級差整定表

3 實施效果

十一降35 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，既有零序過電壓進行分級延時的零序跳閘功能，又輔助了采樣三相電流電壓進行分析選線的接地告警功能，兩者實現(xiàn)了互補的雙重化保護組合。南瑞RCS線路保護裝置顯示的跳閘內(nèi)容為零序過電壓跳閘；選線裝置選出接地線路全漢字顯示，圖文并茂，信息直觀豐富，設(shè)置操作方便。發(fā)生單相接地時，選線裝置在2.5~2.9 s之內(nèi)進行接地數(shù)據(jù)采樣分析以及線路的選檢；零序電壓跳閘進行電壓采樣，除SVC外從3 s開始階梯性跳閘。

改進方案實施后，從根本上解決了新煉鋼160 t電爐生產(chǎn)供電難題，在160 t電爐站35 kV系統(tǒng)發(fā)生接地時，35 kV線路能夠按設(shè)定時間級差實現(xiàn)快速跳閘，同時能分析接地參數(shù)變化等接地信息，避免了太鋼十一降160 t電爐站35 kV不接地系統(tǒng)發(fā)生接地時電纜炸損的惡性事故的發(fā)生，實現(xiàn)了大電爐35 kV系統(tǒng)接地后的快速處理及恢復供電，大大縮短了恢復供電的時間，對公司經(jīng)濟效益及正常生產(chǎn)起到了顯著作用，投運后運行正常，效果良好。

4 結(jié)語

1）通過增設(shè)零序過電壓進行分時間級差跳閘，以及輔助增設(shè)的新型35 kV接地選線項目，使太鋼十一降35 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，能夠可靠實現(xiàn)零序過電壓進行分級延時的零序跳閘功能，確保接地線路可靠跳閘，同時具有接地選線分析的大量接地數(shù)據(jù)、波形、報文等信息告警，可對接地時的數(shù)據(jù)、波形等參數(shù)進行綜合分析、判斷。

2）消除了太鋼新煉鋼系統(tǒng)存在的重大供電隱患，避免了35 kV系統(tǒng)單相接地發(fā)展為相間短路事故的發(fā)生，確保了太鋼新煉鋼系統(tǒng)的可靠生產(chǎn)，為新煉鋼的經(jīng)濟技術(shù)指標的完成提供了可靠電力支撐。太鋼十一降壓站35 kV大電爐不接地系統(tǒng)接地保護的創(chuàng)新和改進，解決了35 kV大功率電爐的不接地系統(tǒng)的保護技術(shù)難題，為國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)及電力系統(tǒng)提供了極有價值的借鑒。