35kV小电流接地系统电容电流研究及对策

田继伟

摘 要：某单位35kV系统采用中性点不接地方式、单母分段的接线方式，目前主要负荷为35kV三条输电线路，其中一条为水源地线路，还有两条新建工程输电线路，供电线路均采用电缆和架空导线混合敷设方式。通过计算，在三条线路全部投入运行的情况下35kV系统总的单相接地电容电流将超过规范要求，本文通过对对电容电流的研究，提出采用增设自动跟踪补偿消弧装置来抵消电容电流，从而保障设备的安全稳定运行。

关键词：电容电流;消弧装置

0引言

电力系统中性点接地方式是防止系统事故的一项重要应用技术，它与系统的供电可靠性、人身设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等问题有密切关系。我国6一66kv 配电网的运行主要采用中性点不接地或经消弧线圈接地两种方式，在系统发生单相接地时，允许带故障运行2小时，提高供电可靠性。

1系统概述

某单位变电站联络变采用360MVA强迫油循环户外式三相油浸自耦变压器，带有第三绕组，高压侧和中压侧是自耦连接方式的中性点直接接地系统，35kV采用三角形接线方式。35kV配电室采用单母线分段接线，其中一段母线所带负荷为水源三线和新建工程一路电源。二段母线所带负荷为新建工程二路电源。水源三线采用电缆和架空导线混合的敷设方式线路总长度约12.8km，其中电缆段长约2.2km，架空段长约10.6km，导线型号为LGJ-150。新建工程两路电源分别引自35kV配电室的I、II段母线，供电线路采用电缆和架空导线混合的敷设方式，单回线路总长度15.2km，其中电缆段长度约4.3km，架空段长度约10.9km，导线型号为JL/GIA-150/25。

2系统电容电流计算

对于电力系统来不接地系统来说，单相接地是最常见的故障形式，约占60%以上。在发生单相接地故障后，如单相接地故障为金属性接地，则故障相的电压降为零，其余两健全相对地电压升高到线电压，用电设备在正常情况下都能承受这种过电压。随着配电网络的扩大以及电缆线路的增加，系统对地电容电流急剧增加，发生单相接地故障后，自然熄弧变得越来越困难。如果发生单相弧光间歇性接地，则会在系统中产生约3.5 倍相电压峰值的过电压，这样高的电压如果数小时作用于电网，势必会造成电气设备、电力电缆内绝缘的积累性损伤，在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，进而发展成为相间短路故障，造成开关跳闸，用电负荷失压。同时接地电弧产生间歇性弧光过电压，电磁式电压互感器铁心饱和引起谐振过电压等，将造成烧保险、避雷器、PT的爆炸、线路的跳闸等事故发生，其中尤以相间短路和间歇性弧光接地过电压最为严重，因此对电容电流的计算十分必要。

（1）对于水源地水源线发生单相接地故障后采用经验公式进行对电容电流计算：架空段长约10.6km，电缆段长约2.2km。

架空线电容电流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.6×10-3 =1.224A

电缆线路电容电流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×2.2=7.7A

系统设备引起的电容电流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=1.03A

总电容电流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=10.08A

注：式中 Ve--线路额定电压（KV）;3.3--适用于有架空地线路系数 ;IcI--架空线路电容电流（A）;L--线路长度（km）

（2）对于新建工程两路输电线路发生单相接地故障后采用经验公式进行对电容电流计算：架空段长度约12.4km，电缆段长度约2.8km。

架空线电容电流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.9×10-3 =1.259 A

电缆线路电容电流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×4.3=15.05A

系统设备引起的电容电流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=2.12A

总电容电流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=18.42A

注：式中 Ve--线路额定电压（KV）;3.3--适用于有架空地线路系数 ;IcI--架空线路电容电流（A）;L--线路长度（km）

因此对于35kV配电室一段母线电容电流为：10.08+12.69=22.77A，二段母线电容电流为12.69A，如果母线并列运行合计电容电流12.69为35.46A。所以电厂35kV系统目前的中性点接地方式将不满足《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）第3.1.3条第1款的相关规定，应改为中性点谐振接地方式，增设消弧装置。消弧线圈的作用就是当发生单相接点产生电容电流时产生电感电流来抵消电容电流，使总电流小于10A，抑制电弧产生。

3.应对对策及补偿容量的选择

根据消弧线圈的电感电流对接地电流的补偿程度，可分为全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式。中性点经消弧线圈接地的系统，发生单相接地时，允许连续运行不超过2小时，在这段时间内，运行人员应尽快采取措施，查出接地点并消除之。从易于熄弧的观点而言，希望接地点的残余电流越小越好，但又不能采用全补偿，以避开谐振，即所谓脱谐。如脱谐度过大，接地电流也不易熄灭，因此消弧線圈一般采用接近谐振的过补偿方式，即感抗小于容抗，接地点的电容电流经补偿后有多余的电感电流时称为过补偿。这种方式可避免产生上述的谐振过电压。消弧线圈留有一定的裕度，即使将来系统发展，对地电容增加后，原有的消弧线圈仍可使用。脱谐度不大于5-10%，接地补偿后的残余电流不超过5-10A。经验证明，对于各种电压等级的电网，只要残余电流不超过的允许值，接地电弧就能可靠熄灭。需要指出，如果系统中性点的位移电压过高，则发生单相接地时应用消弧线圈也难以熄弧。因此，要求中性点经消弧线圈接地的系统，在正常运行时，其中性点的位移电压不得超过额定相电压的15%。这样，在单相接地时中性点位移电压不超过额定相电压。以利于电弧熄灭。

因此对35kV系统的补偿容量进行计算，考虑到系统的多种运行方式，采用对两段母线分别加装一套消弧装置的方案，使系统运行灵活可靠。

根据我国电力行业标准，消弧线圈的容量应根据电网5-10 年的发展规划确定，应该采用过补偿，并按下式计算：

W=KIcUn/1.732（W —消弧线圈的容量，kVA;Ic —电容电流，A;Un—系统标称电压，kV;K —补偿系数，过补偿一般取1.35）

对于一段母线：电容电流计算为：10.08+18.42=28.5A

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

对于一段母线：电容电流计算为： 12.69A

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

通过上述计算可以发现在一段母线需要补偿消弧线圈的容量为777.5 kVA，

二一段母线需要补偿消弧线圈的容量为502.5 kVA，我们可以据此结合系统运行方式合理的选择消弧线圈。目前系统中应用的大多是自动跟踪补偿的消弧线圈装置，根据其运行原理的不同，又可分为预调式和随调式。消弧线圈需在系统中性点安装，现有的35kV系统为中性点不接地系统，系统的变压器中性点沒有引出线，需要加装专用接地变压器，制造出中性点，并装设消弧线圈。最终可以通过消弧线圈有效补偿，将电气系统残流控制在安全范围以内，可以有效遏制系统单相接地故障引发的事故扩大。

4.结束语

通过对35kV 不接地系统电容电流的研究和计算，对此的认识和解决方案的实现，对35kV系统未来的的安全运行有重要的意义。对系统加装接地变消弧线提供了依据，当系统所带的水厂等重要输电线路发生单相接地时，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障等继发问题。可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从而保证35kV系统电气系统安全、稳定的运行。

参考文献

[1]dl/t620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中华人民共和国行业标准。

[2] 曾祥君. 基于注入变频信号法的经消弧线圈接地系统控制与保护新方法[J]. 中国电机工程学报，2000，（1）.

[3]国家电网公司.10～66kV消弧线圈管理规范.北京：中国电力出版社.2006.

[4]殊大萌《10～35kV电网单相接地电容电流自动跟踪补偿系统研究》电测与仪表2004年