談電容電流對供電系統(tǒng)的影響

摘要：結(jié)合供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，分析了電容電流在小電流接地供電系統(tǒng)中的存在原因、電弧的產(chǎn)生、危害及通過消弧線圈進(jìn)行消解的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：電容電流；小電流接地系統(tǒng)；電弧；消弧線圈

作者簡介：謝麗娟（1966-），女，遼寧蓋縣人，四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系，講師。（四川 攀枝花 617000）

中圖分類號(hào)：TM64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）33-0150-02

電容電流又稱位移電流，是由于充電和放電電容器引起的等效電流。電容電流并沒有真正從故障點(diǎn)流向大地，因此它與電荷定向移動(dòng)形成的電流并不相同。因?yàn)榻涣麟姷碾娏鞑粩嘧兓刃щ娏鲗?huì)永遠(yuǎn)存在。供電系統(tǒng)中的電容電流、消弧線圈的運(yùn)作模式和補(bǔ)償效應(yīng)大小是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。[1]

一、電容電流的產(chǎn)生

1.供電系統(tǒng)對地電容的存在

任何導(dǎo)體和地面之間都有接地電容。本文重點(diǎn)討論提供電力的傳輸線路以及配電裝置母線產(chǎn)生的電容對提供電力的系統(tǒng)產(chǎn)生的電容器主要設(shè)備的影響。沿著導(dǎo)線、輸電線路對地電容均勻地分布，在不影響研究結(jié)果的前提下，可把輸電線路均勻分布的對地電容和配電裝置母線對地電容集中在線路的中間進(jìn)行簡化運(yùn)算。

2.電容電流的產(chǎn)生

在正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)不直接接地的供電系統(tǒng)對地電容電流、、分別代表供電系統(tǒng)對三相電路中每相電容的電流值。通常供電系統(tǒng)中三相對地電容的每相電流值基本相等。而且即三項(xiàng)相量和為零。所以在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候，電容電流的影響非常小。電容電流的危害只有在中性點(diǎn)不直接接地的供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)。[2]

二、電容電流的危害

1.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式及特點(diǎn)

由中性點(diǎn)的狀況來決定的兩種電力系統(tǒng)運(yùn)行方式如下：

（1）大電流接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)運(yùn)行方式。該類系統(tǒng)電力供應(yīng)的可靠性相對較低，但是它可以減少電源設(shè)備的絕緣要求，極大減少供電設(shè)備的制造成本，節(jié)省工程投資。它主要用于高壓供電系統(tǒng)。

（2）小電流接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)運(yùn)行方式。該類系統(tǒng)電力供應(yīng)的可靠性相對較高。當(dāng)供電系統(tǒng)單相接地時(shí)，可以查找接地點(diǎn)同時(shí)允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。對于中性點(diǎn)不直接接地的系統(tǒng)，應(yīng)該采取相應(yīng)的技術(shù)措施，盡量消除電容電流的危害和影響。[3，4]

2.單相接地電容電流的危害

單相接地故障發(fā)生時(shí)，電流流經(jīng)接地相接地點(diǎn)，從圖1可以看出該電流屬于容性電流。電容值決定了電容電流的大小，所以電容電流的大小決定于供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的大小。容性電流的主要危害是：電弧自己不能很快熄滅，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電磁能強(qiáng)烈震蕩，甚至引起中性點(diǎn)偏移；接地點(diǎn)電弧自己不能熄滅，導(dǎo)致弧光接地過電壓，造成燒壞附近電纜甚至大面積停電等重大事故；導(dǎo)致另外兩個(gè)非接地相過渡過電壓過高，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，甚至使系統(tǒng)絕緣的薄弱處被擊穿；當(dāng)發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，非接地相對地電壓直接升高，變成相電壓的倍，導(dǎo)致系統(tǒng)過電壓。6kV或10kV供電系統(tǒng)主要通過電纜直接供電，對地電容電流較大。目前就一般而言6kV供電系統(tǒng)的電容電流值已達(dá)到270A左右。[6]

三、消解電容電流危害的措施

1.在中性點(diǎn)接入消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償

若電力系統(tǒng)中的中性點(diǎn)沒有直接接地，則需要在系統(tǒng)中加裝能夠補(bǔ)償感性電流的消弧線圈，抑制和防止接地電弧的產(chǎn)生和擴(kuò)大，同時(shí)要迅速查找并切除接地回路。

我國對3～60kV供配電系統(tǒng)電容電流超過一定數(shù)值應(yīng)安裝消弧線圈的規(guī)定見表1。

表1 消弧線圈的安裝與電壓等級(jí)和電容電流的關(guān)系[2]

電壓等級(jí)（kV）3～61035～60備注

電容電流值（A）302010超過該值應(yīng)安裝消弧線圈

2.消弧線圈的補(bǔ)償原理

單相接地電容電流的補(bǔ)償原則：我國相關(guān)電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，30～10kV的電力網(wǎng)單相接地故障電流大于30A時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。消弧線圈應(yīng)接于系統(tǒng)中性點(diǎn)上，變電站主變壓器10kV側(cè)采用的是三角形接線，10kV系統(tǒng)是沒有中性點(diǎn)的，解決的辦法是將消弧線圈接在星形接線的10kV站用接地變壓器中性點(diǎn)上；這樣，系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)等效于由對地電容和消弧線圈構(gòu)成的LC串聯(lián)電路。[5]

脫諧度決定了弧道中的殘余電流I殘；恢復(fù)電壓上升到最大值的時(shí)間tm；恢復(fù)電壓的上升速度v，它是影響滅弧的主要因素。工程上用脫諧度V來描述調(diào)諧程度，。當(dāng)V=0時(shí)，稱為全補(bǔ)償；當(dāng)V>0時(shí)，為欠補(bǔ)償。當(dāng)V<0時(shí)，為過補(bǔ)償。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度V的絕對值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常補(bǔ)償時(shí)，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓V過。如10kV電網(wǎng)，當(dāng)消弧線圈處于全性點(diǎn)位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的10～25倍，這就是通常所說的串聯(lián)諧振過電壓V過。除此之外，電網(wǎng)中各種操作（如大電機(jī)投入、斷路器非同期合閘等）及電網(wǎng)發(fā)生其他故障時(shí)（如單相斷線、斷路器非全相合閘等）都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓V過。所以在電網(wǎng)正常運(yùn)行或發(fā)生單相接地之外的其他故障時(shí)，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全而是危害。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度V越小越好，最好是全補(bǔ)償；當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，希望消弧線圈的脫諧度V越大越好，最好是退出運(yùn)行。[6，7]

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（電流分布見圖2）仍屬于中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)。消弧線圈本質(zhì)上是電感線圈L。由圖2可知，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地點(diǎn)與消弧線圈構(gòu)成另一回路，在接地點(diǎn)除了容性電流I容外，還增加了一個(gè)感性電流I感分量，與容性電流相消，減少了接地點(diǎn)的電流，使電弧易于自行熄滅。

四、消弧線圈的補(bǔ)償作用

消弧線圈的補(bǔ)償作用能夠最大限度地減少因弧光過電壓Vh而對電力系統(tǒng)造成的損害，同時(shí)能夠使接地閉環(huán)電弧自行熄滅，大大消解了因接地故障而對電力系統(tǒng)造成的不良影響；為工作人員迅速發(fā)現(xiàn)和排除故障爭取緩沖時(shí)間，因?yàn)橛捎谒拇嬖诙闺娏ο到y(tǒng)能夠在接地故障的狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間（一般情況下在6kV供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間不得超過2小時(shí)）；能夠消除在過補(bǔ)償條件下電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)的共振，降低過電壓倍數(shù)M，消解過渡過電壓V過的危害。[8]

五、結(jié)束語

為使電容電流不超過補(bǔ)償電流，需要計(jì)算測量，在掌握供電系統(tǒng)運(yùn)行模式、負(fù)荷變化的情況以及電容電流的分布狀況情況下，及時(shí)調(diào)整消弧線圈的抽頭。為使系統(tǒng)中電容電流的增加值不超過消弧線圈的安裝容量，繼續(xù)研究供電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，提前對逐漸增多的供電網(wǎng)絡(luò)和不斷增大的電容電流采取必要措施。

參考文獻(xiàn)：

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15（2）.

[2]陳巧.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：水利電力出版社，1985.

[3]李潤先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，

2002.

[4]白俊.大一準(zhǔn)電氣化鐵路10kV配電系統(tǒng)電容電流分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003，（3）.

[5]卓樂友，等.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊[M].北京：水利電力出版社，1994.

[6]黃義權(quán).煤礦6～l0kV電網(wǎng)中電容電流的危害及防治[M].北京：中國設(shè)備工程，2008.

[7]朱冬梅，田小鵬，趙賢會(huì).煤礦供電系統(tǒng)單相接地電容電流的治理[J].煤礦機(jī)電，2002，（6）.

[8]崔天同.電容電流對供電系統(tǒng)的影響及消解[J].有色設(shè)備，2001，（5）.

（責(zé)任編輯：王祝萍）