系統單相接地危害及消弧線圈的選擇

文／浙江西子聯合工程有限公司 王芳 ／

1 前言

接地故障是目前電力系統比較常見的故障之一，而在接地故障中以單相接地發生的概率最高。當中性點絕緣系統發生單相接地時，電容電流過大，電弧不能自行熄滅，結果可能會使健全相的絕緣損壞，引起兩相接地短路或相間短路，容易燒壞電氣設備和發生停電事故，影響供電可靠性。因此如何準確計算接地電容電流從而進行消弧線圈的選擇就成為當務之急。

2 系統單相接地

2.1 系統中性點接地方式

在我國，通常采用以下幾種方式接地：110kV及以上電壓等級的高壓電網和380V/220V供電網采用直接接地方式；66kV電壓等級的電網采用消弧線圈接地方式；35kV電壓等級的電網采用不接地或消弧線圈接地方式；10kV、6kV電壓等級的電網采用不接地方式。但系統接地方式不是固定的，關鍵取決于電容電流的大小。3～10kV電網中，架空線路單相接地故障電流大于10A、電纜線路單相接地故障電流大于30A；35kV以上電網單相接地故障電流大于10A，應裝設消弧線圈。

按接地電流可分為大電流接地方式和小電流接地方式。大電流接地方式：在以三相交流輸電為主的交流電路中，當三相交流電經變壓器中性點直接接地時，此時若發生單相接地故障，因為接地短路電流很大，因此稱之為大電流接地系統，如我國110kV及以上電壓等級的電網均采用大電流接地系統，這種系統的接地電阻應小于或等于0.5Ω。小電流接地方式：在以三相交流輸電為主的交流電路中，變壓器中性點不接地或中性點經消弧線圈接地,此時當發生單相接地故障時，由于不能構成短路回路，接地故障電流往往很小，有時甚至比負荷電流還小，因此這種系統被稱之為小電流接地系統，如我國6.6～35kV的電網均為小電流接地系統。

2.2 單相接地故障與其他故障的區別

單相接地：接地相電壓降低在0與相電壓之間，非故障相電壓升高在相電壓與線電壓之間；線電壓不變；有接地信號 。PT高壓熔斷器熔斷相：熔斷相電壓降低，但不為零，未熔斷相電壓不升高；與熔斷相相關的線電壓降低；有接地信號。PT低壓熔斷器熔斷相：熔斷相電壓降低，但不為零，未熔斷相電壓不升高；與熔斷相相關的線電壓降低；無接地信號 。系統諧振：相電壓相降低，兩相升高，超過線電壓；三相同時升高，超過線電壓；三相輪流升高，超過線電壓線；有時發系統接地信號。

2.3 小電流接地系統單相接地的危害

1)弧光接地過電壓的危害。當電容電流一旦過大，接地點電弧不能自行熄滅。當出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3～5倍或更高，它遍布于與故障點有直接電氣連接的整個電網中，并且持續時間長，可達幾個小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。2)接地電流引起爆炸。雜散電流可能產生火花，引燃瓦斯爆炸。

3 經消弧線圈的選擇

3.1 經消弧線圈的接地方式的優點

1)供電可靠性高。由于接地電流很小，其電弧可以瞬時自行熄滅，對單相永久性接地故障，允許在一定時間內帶故障運行，避免了過多的跳閘現象；2)對人身及設備的安全性較好。由于單相接地時的故障點電流很小，跨步電壓和接觸電壓都比較低，使人身傷亡和弱電設備的損壞率都顯著降低；3)接地電流小，對附近通訊線路的干擾極小；4)電弧重燃的次數大為降低，從而使高幅值的過電壓出現的概率減小。

3.2 消弧線圈的補償原理

消弧線圈的作用有兩個：一是大大減小故障點接地電流；二是減緩電弧熄滅瞬時故障點恢復電壓的上升速度。

消弧線圈是1臺帶有間隙的分段鐵芯的可調電感線圈。其伏安特性組對于無間隙鐵芯線圈來說是不易飽和的，消弧線圈的鐵芯和線圈均浸在絕緣油中，外形與單相變壓器相似。

消弧線圈接地補償裝置的原理接線圖：

3.3 消弧線圈的補償方式

工程上用脫諧度V來描述調諧程度：當V=0時，稱為全補償；當V>0時，稱為為欠補償；當V<0時，稱為為過補償。 從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態，即調至諧振點上，但是在電網正常運行時，將產生各種諧振過電壓。如余熱電廠6KV電網，當消弧線圈處于全補償狀態時，電網正常穩態運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網的10～25倍，這就是通常所說的串聯諧振過電壓。除此之外，電網的各種操作（如大電機的投入，斷路器的非同期合閘等）都可能產生危險的過電壓，所以電網正常運行時，或發生單相接地故障以外的其它故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當電網未發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。

3.4 消弧線圈容量的確定

消弧線圈容量應主要根據系統單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應留一定裕度。

式中Q——消弧線圈的容量，kV·A;；Un——系統標稱電壓，kV；Ic——對地電容電流，A。對于改造工程，Ic應以實測值為依據；對于新建工程，則應根據配電網絡的規劃、設計資料進行計算。計算系數K——一般采用過補償，K取1.35。

3.5 配電網的電容電流確定

主要有2種方法： 1)進行實際測量。利用中性點外加電容法、增量法等，可以比較有效地將電容電流測出來，且對系統沒有任何影響。 2)根據配電網參數估算電容電流。主要包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電氣的電容電流。

3.6 單相接地電流的計算

1)架空線路的電容電流近似估算公式為：

無架空地線：Ic=2.7×Ue×L×10-3

有架空地線：Ic=3.3×Ue×L×10-3

同桿雙回架空線電容電流：Ic2=（1.3～1.6）Ic （1.3-對應10KV線路,1.6-對應35KV線路, Ic-單回線路電容電流）式中L為線路的長度，km；Ic為線路的電容電流，A；Ue為額定電壓，kV。

2)電纜線路的電容電流近似估算公式：

10kV電纜線路：Ic=(95+1.14S) Ue/ (2200+0.23S)

6kV電纜線路：Ic=(95+2.84S) Ue/ (2200+6S)

上式中，S為電纜截面，mm；Ic為線路的電容電流，A；Ue為額定電壓，kV。

4 結束語

通過對電力系統中性點接地方式及危害的理論歸納，以及對電容電流的計算，確定在電力系統中如何選擇消弧線圈容量，從而確保用電的可靠性。

[1]要煥年.電力系統諧振接地[M].北京:中國電力出版社,2000.