35kV小電流接地系統電容電流研究及對策

田繼偉

摘 要：某單位35kV系統采用中性點不接地方式、單母分段的接線方式，目前主要負荷為35kV三條輸電線路，其中一條為水源地線路，還有兩條新建工程輸電線路，供電線路均采用電纜和架空導線混合敷設方式。通過計算，在三條線路全部投入運行的情況下35kV系統總的單相接地電容電流將超過規范要求，本文通過對對電容電流的研究，提出采用增設自動跟蹤補償消弧裝置來抵消電容電流，從而保障設備的安全穩定運行。

關鍵詞：電容電流;消弧裝置

0引言

電力系統中性點接地方式是防止系統事故的一項重要應用技術，它與系統的供電可靠性、人身設備安全、絕緣水平、過電壓保護、繼電保護、通信干擾及接地裝置等問題有密切關系。我國6一66kv 配電網的運行主要采用中性點不接地或經消弧線圈接地兩種方式，在系統發生單相接地時，允許帶故障運行2小時，提高供電可靠性。

1系統概述

某單位變電站聯絡變采用360MVA強迫油循環戶外式三相油浸自耦變壓器，帶有第三繞組，高壓側和中壓側是自耦連接方式的中性點直接接地系統，35kV采用三角形接線方式。35kV配電室采用單母線分段接線，其中一段母線所帶負荷為水源三線和新建工程一路電源。二段母線所帶負荷為新建工程二路電源。水源三線采用電纜和架空導線混合的敷設方式線路總長度約12.8km，其中電纜段長約2.2km，架空段長約10.6km，導線型號為LGJ-150。新建工程兩路電源分別引自35kV配電室的I、II段母線，供電線路采用電纜和架空導線混合的敷設方式，單回線路總長度15.2km，其中電纜段長度約4.3km，架空段長度約10.9km，導線型號為JL/GIA-150/25。

2系統電容電流計算

對于電力系統來不接地系統來說，單相接地是最常見的故障形式，約占60%以上。在發生單相接地故障后，如單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為零，其余兩健全相對地電壓升高到線電壓，用電設備在正常情況下都能承受這種過電壓。隨著配電網絡的擴大以及電纜線路的增加，系統對地電容電流急劇增加，發生單相接地故障后，自然熄弧變得越來越困難。如果發生單相弧光間歇性接地，則會在系統中產生約3.5 倍相電壓峰值的過電壓，這樣高的電壓如果數小時作用于電網，勢必會造成電氣設備、電力電纜內絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環節造成絕緣對地擊穿，進而發展成為相間短路故障，造成開關跳閘，用電負荷失壓。同時接地電弧產生間歇性弧光過電壓，電磁式電壓互感器鐵心飽和引起諧振過電壓等，將造成燒保險、避雷器、PT的爆炸、線路的跳閘等事故發生，其中尤以相間短路和間歇性弧光接地過電壓最為嚴重，因此對電容電流的計算十分必要。

（1）對于水源地水源線發生單相接地故障后采用經驗公式進行對電容電流計算：架空段長約10.6km，電纜段長約2.2km。

架空線電容電流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.6×10-3 =1.224A

電纜線路電容電流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×2.2=7.7A

系統設備引起的電容電流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=1.03A

總電容電流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=10.08A

注：式中 Ve--線路額定電壓（KV）;3.3--適用于有架空地線路系數 ;IcI--架空線路電容電流（A）;L--線路長度（km）

（2）對于新建工程兩路輸電線路發生單相接地故障后采用經驗公式進行對電容電流計算：架空段長度約12.4km，電纜段長度約2.8km。

架空線電容電流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.9×10-3 =1.259 A

電纜線路電容電流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×4.3=15.05A

系統設備引起的電容電流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=2.12A

總電容電流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=18.42A

注：式中 Ve--線路額定電壓（KV）;3.3--適用于有架空地線路系數 ;IcI--架空線路電容電流（A）;L--線路長度（km）

因此對于35kV配電室一段母線電容電流為：10.08+12.69=22.77A，二段母線電容電流為12.69A，如果母線并列運行合計電容電流12.69為35.46A。所以電廠35kV系統目前的中性點接地方式將不滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）第3.1.3條第1款的相關規定，應改為中性點諧振接地方式，增設消弧裝置。消弧線圈的作用就是當發生單相接點產生電容電流時產生電感電流來抵消電容電流，使總電流小于10A，抑制電弧產生。

3.應對對策及補償容量的選擇

根據消弧線圈的電感電流對接地電流的補償程度，可分為全補償、欠補償和過補償三種補償方式。中性點經消弧線圈接地的系統，發生單相接地時，允許連續運行不超過2小時，在這段時間內，運行人員應盡快采取措施，查出接地點并消除之。從易于熄弧的觀點而言，希望接地點的殘余電流越小越好，但又不能采用全補償，以避開諧振，即所謂脫諧。如脫諧度過大，接地電流也不易熄滅，因此消弧線圈一般采用接近諧振的過補償方式，即感抗小于容抗，接地點的電容電流經補償后有多余的電感電流時稱為過補償。這種方式可避免產生上述的諧振過電壓。消弧線圈留有一定的裕度，即使將來系統發展，對地電容增加后，原有的消弧線圈仍可使用。脫諧度不大于5-10%，接地補償后的殘余電流不超過5-10A。經驗證明，對于各種電壓等級的電網，只要殘余電流不超過的允許值，接地電弧就能可靠熄滅。需要指出，如果系統中性點的位移電壓過高，則發生單相接地時應用消弧線圈也難以熄弧。因此，要求中性點經消弧線圈接地的系統，在正常運行時，其中性點的位移電壓不得超過額定相電壓的15%。這樣，在單相接地時中性點位移電壓不超過額定相電壓。以利于電弧熄滅。

因此對35kV系統的補償容量進行計算，考慮到系統的多種運行方式，采用對兩段母線分別加裝一套消弧裝置的方案，使系統運行靈活可靠。

根據我國電力行業標準，消弧線圈的容量應根據電網5-10 年的發展規劃確定，應該采用過補償，并按下式計算：

W=KIcUn/1.732（W —消弧線圈的容量，kVA;Ic —電容電流，A;Un—系統標稱電壓，kV;K —補償系數，過補償一般取1.35）

對于一段母線：電容電流計算為：10.08+18.42=28.5A

W=1.35IcUn/1.732=1.35×28.5×35/1.732= 777.5kVA

對于一段母線：電容電流計算為： 12.69A

W=1.35IcUn/1.732=1.35×18.42×35/1.732=502.5kVA

通過上述計算可以發現在一段母線需要補償消弧線圈的容量為777.5 kVA，

二一段母線需要補償消弧線圈的容量為502.5 kVA，我們可以據此結合系統運行方式合理的選擇消弧線圈。目前系統中應用的大多是自動跟蹤補償的消弧線圈裝置，根據其運行原理的不同，又可分為預調式和隨調式。消弧線圈需在系統中性點安裝，現有的35kV系統為中性點不接地系統，系統的變壓器中性點沒有引出線，需要加裝專用接地變壓器，制造出中性點，并裝設消弧線圈。最終可以通過消弧線圈有效補償，將電氣系統殘流控制在安全范圍以內，可以有效遏制系統單相接地故障引發的事故擴大。

4.結束語

通過對35kV 不接地系統電容電流的研究和計算，對此的認識和解決方案的實現，對35kV系統未來的的安全運行有重要的意義。對系統加裝接地變消弧線提供了依據，當系統所帶的水廠等重要輸電線路發生單相接地時，因接地電流得到補償，單相接地故障并不發展為相間故障等繼發問題?？刹涣⒓刺l，按規程規定電網可帶單相接地故障運行2小時。從而保證35kV系統電氣系統安全、穩定的運行。

參考文獻

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