中性點不接地系統單相接地電容電流的工程計算方法

吳玉碩 楊志華 賀得王君 張蘭平

（1.甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050 2.白銀供電公司，甘肅 白銀 730900）

配電網中小電流接地系統單相接地的電容電流由電力線路（電纜線路、架空線路、電纜線路+架空線路）和電氣設備（同步發電機、異步電動機、變壓器、斷路器等）兩部分電容電流組成[1]。電力電纜的電容電流要比等長度、等截面下的架空線路的電容電流大得多，比電力設備的電容電流更大[2]，工程計算往往只計算電力線路的電容電流。近幾年，余熱發電、熱電聯產、小水電、小風電等項目大量接入6～35kV系統，配電網中存在大量的同步發電機；配電網中還有一些用戶專線，接入大容量的同步電動機，引起系統中電容電流的變化，也應計算其電容電流，或統計其參數，按照經驗值估算。本文將對小電流接地系統電網單線接地電容電流的工程計算方法進行介紹。

1 電容電流計算

1）6～35kV架空線路單相接地單位長度的電容電流為

6kV線路：Ic6=0.017A/km

10kV線路：Ic10=0.029A/km

35kV線路：無架空地線Ic35=0.10A/km，有架空地線Ic35=0.12A/km。

無架空地線近似計算公式：

有架空地線近似計算公式：

式中，U為電網線電壓（kV）；L為架空線長度（km）。

說明幾點：①水泥桿線路，鐵塔（鋼桿），增加10%；②2.7—系數，適用于無架空地線的線路，3.3—系數，適用于有架空地線的線路；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）；④根據實際測量積累經驗：夏季比冬季電容電流增加10%左右[3]。

2）6～35kV架空線路單相電容電流經驗數據見表1。

表1 架空線路電容電流（A/km）

3）電力電纜單相接地電容電流

電纜線路在同樣的電壓下，每公里電容電流是架空線的25～30倍（三芯統包），或50～58（單芯）[4]，6～35kV電力電纜線路電容電流每公里長度的單相接地電容電流近似按下列公式計算。

6kV電力電纜：

10kV電力電纜：

35kV電力電纜電容電流約為10kV的4倍[6]。以上公式適用于油浸紙絕緣的電力電纜，對目前廣泛采用的交聯聚乙烯電力電纜每公里對地電容電流比油浸紙絕緣的要大，依據廠家提供的參數和實際測試積累數據比較，增大約20%。Ue為額定線電壓kV，S為電纜線芯截面mm2。為便于簡化計算，將常用油浸紙絕緣電力電纜和交聯聚乙烯電力電纜線路每公里長度電容電流列表見表2、表3。

表2 油浸紙絕緣電力電纜電容電流（A/km）

表3 交聯聚乙烯電力電纜電容電流（A/km）

交聯聚乙烯電力電纜電容電流值與絕緣層厚度、線芯類型、絕緣結構、有無鎧裝等因素有關，必須參照出廠參數。上表以常見電力電纜型號為例計算給出。接地電容電流的計算公式為：Ic=2πf×3C×Un×10-3（A/km）。其中C為電纜電容電流計算值，Un為相電壓。

4）變電站電氣設備引起電容電流增加值列表4。

表4 變電站電氣設備引起電容電流增加值

5）隨著配電網的快速發展，網絡結構復雜化及新型材料的使用，需對傳統的計算公式進行修正。①變電站6～35kV采用封閉母線、巨型母線、管型母線，且母線排列方式的改變均增加電容電流的值，一般可取15%～20%；②架空絕緣導線替代架空裸導線，架空絕緣線路與架空裸線路的電容電流是有差別的，大量測試數字表明：10kV每10km架空裸線：0.32A，10kV每10km架空絕緣線：0.62A；③在配電系統，10kV變電站、箱式變配變下低壓側（380V）均有大量電纜線路，其貢獻的電容電流對系統總的電容電流有較大影響。查得金屬保護的四芯電纜每相對地的電容電流列表5。所以，對10kV電力電纜計算公式進一步修正：

Ic10=Ue（195+1.44S）/（2200+0.23S）。

電容電流計算值（A）=α（1+ε）{∑[各標稱截面的電纜長度（km）×Ic（對應截面電容電流值A/km）]+[各架空線路長度（km）×Ic（架空線路電容電流值（A/km）+[各架空絕緣線路長度×Ic（架空絕緣線路電容電流值（A/km）]}+變電站電氣設備引起電容電流值（%）。其中α為配電網裕度系數，取1.1～1.5按具體情況選取，ε取1.15～1.20。

表5 四芯電纜每相對地的電容電流

2 實際測試對比驗證分析

隨著電網的改造建設，供電負荷迅速增加，配網網架結構在飛速的優化和延伸，同桿多回線路、地下電力電纜線路，環網柜和箱變的廣泛使用。配網網架結構的變化和大量投入使用的電纜所帶來對地容性電流的增大。當系統出現單相接地或間歇性接地時容易引起接地過電壓和系統諧振等現象突顯，對配電網設備運行造成極大地威脅。下面是甘肅電力公司白銀供電公司所轄變電站（56座）2008年到2012年統計數字列表6。甘肅電力公司管理部門對此應引起高度重視，2013年在全公司所轄變電站開展電容電流實際測試工作，并根據電容電流的大小及系統情況及時采取措施。我們選擇白銀供電公司所轄110kV變電站變6～35kV母線進行實際測試，將測試結果與理論計算值計算值進行對比驗證。

表6 故障次數統計

1）測試比較。首先選擇出線電力電纜較多的110kV科技園變，該站10kV母線共有24回電纜出線，我們詳細統計輸電線路參數（電力電纜、架空線路型號、長度）。其中架空線路：19.5km，電力電纜 3×150mm2，0.7km，3×240mm2，8.5km，3×240mm2，4.7km，3×400mm2，13.5km，按照本文所給出的算法進行計算，計算結果為65.613A。為減小測量誤差，我們采用直接法，即人工直接接地法，見表7。

理論計算結果與實際測量值比較，誤差為1.8%。并對該公司所轄56座變電站6～35kV母線電容電流進行實際測試，部分變電站實際測試值與理論計算值列表8和9。

表7 科技園變10kV母線電容電流計算值與實測值比較

表8 6～10kV母線電容電流測試值與計算值比對表

表9 35kV母線電容電流測試值與計算值比對表

2）誤差分析。根據理論計算值與實際測量值進行比較，存在一定的誤差，最大誤差為13%。主要原因有以下幾點：①計算所采用的設備參數、長度等數據以設備臺賬為準，配電網結構的復雜，如變電站以環形網狀或手拉手方式供電，電纜架空線路，架空線路錯綜復雜，存在一定的差錯；用戶使用電力電纜和架空線路的參數、長度難以準確統計；②隨著城市建設的規劃，線路走廊有限，配電網采用鋼桿、同塔（桿）雙回和多回輸電，改變其電容電流值；③一些負荷大的用戶，采用2根電纜并聯方式或單芯大截面電纜，這方面理論計算和經驗積累數據較少，有待積累；④變壓器、同步發電機、同步電動機等設備對電容電流的影響，如變壓器典型值每相4000pF；⑤配電網浪涌吸收電容電流，統計數據為每相按0.5～1.0μF計算；⑥變電站6～35kV采用封閉母線、巨型母線、管型母線等增加電容電流的影響值有待進一步積累驗證；⑦架空絕緣導線、配電變壓器、低壓電力電纜對配電網的電容電流影響目前的計算公式仍存在一定的不足，需要大量的測試統計數據積累；⑧風力發電、光伏發電投入大量電力電纜，對配電網電容電流的影響。

3 結論

電容電流工程計算法是設計人員正確選擇新建、擴建項目是否裝設消弧線圈的理論依據。根據普測結果與理論計算比較，本文提到的工程算法雖然存在一定的誤差，但誤差均在允許范圍內，值得推廣應用。如果我們掌握的設備參數準確，計算值與實測值將會得到令人滿意的效果。我們建議每隔3～5年采用變頻法（電壓互感器二次開口三角注入異頻信號）或直接法對不接地系統電容電流進行一次普測，積累電網結構變化的數據，為理論計算提供更理想的經驗數據，不斷修正工程計算公式，為設計人員提供更有實用價值的工程計算公式。

[1]利潤先.中低壓電網系統接地使用技術[M].北京：中國電力出版社.

[2]梁曉紅.防止中性點不接地系統鐵磁諧振的措施[J].電工技術,2012(4).

[3]朱大萌.10～35kV電網單相接地電容電流自動跟蹤補償系統研究[J].電測與儀表,2004(4).

[4]陳戌生.電力工程電氣設計手冊》[M].北京:中國電力出版社,2006.

[5]鐘新華.配電網電容電流估算公式的修正[J].現代電力,2004(21).

[6]拉克維·霍曼斯.配電網絡規劃與設計[M].北京:中國電力出版社,1999.