中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電容電流的工程計(jì)算方法

吳玉碩 楊志華 賀得王君 張?zhí)m平

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

配電網(wǎng)中小電流接地系統(tǒng)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(shè)備（同步發(fā)電機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、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(zhǎng)度、等截面下的架空線路的電容電流大得多，比電力設(shè)備的電容電流更大[2]，工程計(jì)算往往只計(jì)算電力線路的電容電流。近幾年，余熱發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、小水電、小風(fēng)電等項(xiàng)目大量接入6～35kV系統(tǒng)，配電網(wǎng)中存在大量的同步發(fā)電機(jī)；配電網(wǎng)中還有一些用戶專線，接入大容量的同步電動(dòng)機(jī)，引起系統(tǒng)中電容電流的變化，也應(yīng)計(jì)算其電容電流，或統(tǒng)計(jì)其參數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)值估算。本文將對(duì)小電流接地系統(tǒng)電網(wǎng)單線接地電容電流的工程計(jì)算方法進(jìn)行介紹。

1 電容電流計(jì)算

1）6～35kV架空線路單相接地單位長(zhǎng)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(jì)算公式：

有架空地線近似計(jì)算公式：

式中，U為電網(wǎng)線電壓（kV）；L為架空線長(zhǎng)度（km）。

說明幾點(diǎn)：①水泥桿線路，鐵塔（鋼桿），增加10%；②2.7—系數(shù)，適用于無架空地線的線路，3.3—系數(shù)，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(duì)應(yīng)10kV線路，1.6—對(duì)應(yīng)35kV線路，Ic—單回線路電容電流）；④根據(jù)實(shí)際測(cè)量積累經(jīng)驗(yàn)：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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)包），或50～58（單芯）[4]，6～35kV電力電纜線路電容電流每公里長(zhǎng)度的單相接地電容電流近似按下列公式計(jì)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(duì)目前廣泛采用的交聯(lián)聚乙烯電力電纜每公里對(duì)地電容電流比油浸紙絕緣的要大，依據(jù)廠家提供的參數(shù)和實(shí)際測(cè)試積累數(shù)據(jù)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(jiǎn)化計(jì)算，將常用油浸紙絕緣電力電纜和交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路每公里長(zhǎng)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(lián)聚乙烯電力電纜電容電流（A/km）

交聯(lián)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(jié)構(gòu)、有無鎧裝等因素有關(guān)，必須參照出廠參數(shù)。上表以常見電力電纜型號(hào)為例計(jì)算給出。接地電容電流的計(jì)算公式為：Ic=2πf×3C×Un×10-3（A/km）。其中C為電纜電容電流計(jì)算值，Un為相電壓。

4）變電站電氣設(shè)備引起電容電流增加值列表4。

表4 變電站電氣設(shè)備引起電容電流增加值

5）隨著配電網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化及新型材料的使用，需對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算公式進(jìn)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(dǎo)線替代架空裸導(dǎo)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(cè)試數(shù)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(tǒng)，10kV變電站、箱式變配變下低壓側(cè)（380V）均有大量電纜線路，其貢獻(xiàn)的電容電流對(duì)系統(tǒng)總的電容電流有較大影響。查得金屬保護(hù)的四芯電纜每相對(duì)地的電容電流列表5。所以，對(duì)10kV電力電纜計(jì)算公式進(jìn)一步修正：

Ic10=Ue（195+1.44S）/（2200+0.23S）。

電容電流計(jì)算值（A）=α（1+ε）{∑[各標(biāo)稱截面的電纜長(zhǎng)度（km）×Ic（對(duì)應(yīng)截面電容電流值A(chǔ)/km）]+[各架空線路長(zhǎng)度（km）×Ic（架空線路電容電流值（A/km）+[各架空絕緣線路長(zhǎng)度×Ic（架空絕緣線路電容電流值（A/km）]}+變電站電氣設(shè)備引起電容電流值（%）。其中α為配電網(wǎng)裕度系數(shù)，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(duì)地的電容電流

2 實(shí)際測(cè)試對(duì)比驗(yàn)證分析

隨著電網(wǎng)的改造建設(shè)，供電負(fù)荷迅速增加，配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在飛速的優(yōu)化和延伸，同桿多回線路、地下電力電纜線路，環(huán)網(wǎng)柜和箱變的廣泛使用。配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化和大量投入使用的電纜所帶來對(duì)地容性電流的增大。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地或間歇性接地時(shí)容易引起接地過電壓和系統(tǒng)諧振等現(xiàn)象突顯，對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)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(tǒng)計(jì)數(shù)字列表6。甘肅電力公司管理部門對(duì)此應(yīng)引起高度重視，2013年在全公司所轄變電站開展電容電流實(shí)際測(cè)試工作，并根據(jù)電容電流的大小及系統(tǒng)情況及時(shí)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(jìn)行實(shí)際測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

表6 故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)

1）測(cè)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?cè)敿?xì)統(tǒng)計(jì)輸電線路參數(shù)（電力電纜、架空線路型號(hào)、長(zhǎng)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(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為65.613A。為減小測(cè)量誤差，我們采用直接法，即人工直接接地法，見表7。

理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值比較，誤差為1.8%。并對(duì)該公司所轄56座變電站6～35kV母線電容電流進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，部分變電站實(shí)際測(cè)試值與理論計(jì)算值列表8和9。

表7 科技園變10kV母線電容電流計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較

表8 6～10kV母線電容電流測(cè)試值與計(jì)算值比對(duì)表

表9 35kV母線電容電流測(cè)試值與計(jì)算值比對(duì)表

2）誤差分析。根據(jù)理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)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(diǎn)：①計(jì)算所采用的設(shè)備參數(shù)、長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)以設(shè)備臺(tái)賬為準(zhǔn)，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，如變電站以環(huán)形網(wǎng)狀或手拉手方式供電，電纜架空線路，架空線路錯(cuò)綜復(fù)雜，存在一定的差錯(cuò)；用戶使用電力電纜和架空線路的參數(shù)、長(zhǎng)度難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)；②隨著城市建設(shè)的規(guī)劃，線路走廊有限，配電網(wǎng)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(fù)荷大的用戶，采用2根電纜并聯(lián)方式或單芯大截面電纜，這方面理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)積累數(shù)據(jù)較少，有待積累；④變壓器、同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等設(shè)備對(duì)電容電流的影響，如變壓器典型值每相4000pF；⑤配電網(wǎng)浪涌吸收電容電流，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為每相按0.5～1.0μF計(jì)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(jìn)一步積累驗(yàn)證；⑦架空絕緣導(dǎo)線、配電變壓器、低壓電力電纜對(duì)配電網(wǎng)的電容電流影響目前的計(jì)算公式仍存在一定的不足，需要大量的測(cè)試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)積累；⑧風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電投入大量電力電纜，對(duì)配電網(wǎng)電容電流的影響。

3 結(jié)論

電容電流工程計(jì)算法是設(shè)計(jì)人員正確選擇新建、擴(kuò)建項(xiàng)目是否裝設(shè)消弧線圈的理論依據(jù)。根據(jù)普測(cè)結(jié)果與理論計(jì)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(nèi)，值得推廣應(yīng)用。如果我們掌握的設(shè)備參數(shù)準(zhǔn)確，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值將會(huì)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(hào)）或直接法對(duì)不接地系統(tǒng)電容電流進(jìn)行一次普測(cè)，積累電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化的數(shù)據(jù)，為理論計(jì)算提供更理想的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不斷修正工程計(jì)算公式，為設(shè)計(jì)人員提供更有實(shí)用價(jià)值的工程計(jì)算公式。

[1]利潤(rùn)先.中低壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地使用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社.

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

[3]朱大萌.10～35kV電網(wǎng)單相接地電容電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)研究[J].電測(cè)與儀表,2004(4).

[4]陳戌生.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

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

[6]拉克維·霍曼斯.配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)電力出版社,1999.