小電流接地系統(tǒng)電容電流超標的治理

摘 要：在中性點不接地系統(tǒng)中，輸電線路與大地之間存在著電容電流，而輸電線路對地的電壓以及電容影響電容電流的大小。隨著供電系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，線路對地電容電流也將增加，特別是電纜線路增加對于線路對地電容電流的增大影響較大。如果線路對地電容電流超出國家相關規(guī)范值較多，且沒有采取有效的控制措施，一旦線路出現單相接地故障，受對地電容電流的影響，則電弧不易熄滅，容易產生弧光接地過電壓，可能危及整個供電系統(tǒng)的安全運行?，F以勝利110 kV變電站為例，對于35 kV供電系統(tǒng)對地電容電流超標的危害及采取的治理措施進行探討研究，可為其他變電站解決此類問題提供參考。

關鍵詞：勝利110 kV變電站;電容電流;超標;治理措施

1??? 電力系統(tǒng)中性點不接地運行情況分析

電力系統(tǒng)中性點運行方式有多種，例如中性點不接地、經電抗接地、經電阻接地、經消弧線圈接地或直接接地等[1]。我國電力系統(tǒng)中，目前采用中性點不接地和經消弧線圈接地的方式較為常見，本文重點對中性點不接地系統(tǒng)運行情況進行分析。

中性點不接地系統(tǒng)正常運行時，各相對地的電壓是對稱的，各相線路對地電容相等，如圖1（a）所示，故各相對地電容電流也相等。各相電流等于負荷電流及對地電容電流之和，相量關系如圖1（b）和圖1（c）所示。以A相為例，有：

iA=ifhA+iCA

式中：iA為A相電流;ifhA為A相負荷電流;iCA為A相對地電容電流。

各相對地電容電流的數值相等，相位相差120°，它們的相量和等于零，如圖1（b）所示，地中沒有電容電流通過，中性點對地電位與地電位一致，此時中性點是否接地對各相對地電壓沒有任何影響。

當中性點不接地系統(tǒng)的任意一相發(fā)生接地時[2]，接地相的對地電壓為零，如圖2（a）所示，三相對地電流基本不變，但此時中性點電位不再是零了，未接地相的對地電壓將升高到線電壓，各相間的電壓大小和相位沒有變化，如圖2（b）所示，電壓的對稱性沒有變化，這樣三相系統(tǒng)發(fā)生單相接地后可以繼續(xù)運行一段時間，但最長不得超過2 h。同時也可得知單相接地時，通過接地點的電容電流相比于未接地時增大了兩倍，并且極有可能在接地點引起弧光接地，周期性地熄滅和重新發(fā)生電弧?；」饨拥氐某掷m(xù)間歇性可能會引起線路的諧振現象，產生過電壓，使故障進一步擴大，造成電氣設備損壞或線路發(fā)生相間短路故障。

2??? 勝利110 kV變電站35 kV系統(tǒng)故障分析

2021年5月，勝利110 kV變電站2回35 kV線路同時故障跳閘，經檢查發(fā)現一回35 kV線路B相避雷器擊穿，另一回線路全線檢查未發(fā)現故障點，如表1所示。

從綜保裝置跳閘類型及跳閘時間可以看出，2回線路同時跳閘，故障類型為速斷動作。從故障數據來看，勝利110 kV變電站35 kV系統(tǒng)中性點不接地，線路單相接地故障電流的大小不足以引起保護裝置速斷動作。所以初步推斷導致2回線路同時跳閘的原因為351線路的A相和354線路的B相發(fā)生接地短路，從而引起2回線路保護裝置同時動作，具體故障過程如下：

1#故障線路A相存在缺陷，在運行過程中發(fā)生了A相對地放電，引發(fā)弧光接地，弧光接地的持續(xù)間歇性電弧引發(fā)系統(tǒng)諧振產生過電壓，2#故障線路B相避雷器因無法長時間承受過電壓而對地擊穿，35 kV系統(tǒng)形成1#線路A相、2#線路B相接地短路，導致1#線路、2#線路速斷保護動作，2回線路同時跳閘。電纜線路對地電容電流經驗計算公式為：

Ic=[（95+1.44S）/（2 200+0.23S）]UnL??????????? （1）

式中：Ic為線路對地電容電流（A）;S為電纜導線截面積（mm2）;Un為額定線電壓（kV）;L為線路長度（km）。

電纜導線截面積為185 mm2，電壓等級為35 kV，電纜長度為10.2 km。根據公式（1），可知該電纜對地電容電流為：

Ic=[（95+1.44×185）/（2 200+0.23×185）]×35×10.2

=（361.4/2 242.55）×357≈57.53 A

由經驗公式（1）初步估算得出，在忽略該線路架空線路對地電容電流的前提下，僅10.2 km地埋電纜對地電容電流就高達57.53 A，是相關規(guī)范規(guī)定的10 A的5倍多。這只是計算了勝利110 kV變電站其中一回包含地埋電纜的線路，如果將其他2回35 kV架空線路對地電容電流也計算在內，35 kV系統(tǒng)對地電容電流將達到60 A左右。從上述估算數據可以得出，勝利110 kV變電站35 kV系統(tǒng)對地電容電流超標嚴重。其線路故障時產生的避雷器對地擊穿，2回線路同時速斷跳閘的故障現象完全符合系統(tǒng)間歇性接地時產生弧光接地過電壓的故障現象。

3??? 35 kV系統(tǒng)對地電容電流超標整改措施

根據上述分析結果及勝利110 kV變電站的實際情況，35 kV系統(tǒng)需采用中性點諧振接地方式，即消弧線圈接地方式，實現對系統(tǒng)對地電容電流的補償，也可以在Ⅰ段母線上增加消弧線圈。方案如圖3和圖4所示。

除增加消弧線圈外，為方便變電站運行人員及時發(fā)現35 kV線路接地故障，需在35 kV側增加小電流接地報警裝置，實現接地報警。但現有35 kV系統(tǒng)各出線處均為硬母線，無零序互感器，且母線排增加零序互感器較為困難，不具備增加小電流選線裝置的條件。鑒于目前35 kV系統(tǒng)僅有3回出線，系統(tǒng)結構簡單，故在3回35 kV饋線出口處增加架空線路暫態(tài)錄波故障指示器，將信號上傳至變電站主控室，并配置監(jiān)控后臺，通過此方式實現故障線路報警功能，增加運行人員判斷35 kV線路接地故障的技術手段，為線路接地后運行人員采取合理、科學的故障控制措施提供可靠的技術保障。

4??? 結語

綜上所述，在電力系統(tǒng)中性點不接地運行方式下，系統(tǒng)對地電容電流的大小對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響是固有的。如果系統(tǒng)對地電容電流超標嚴重，還不采取有效的補償和故障報警措施，將出現系統(tǒng)諧振燒損PT、線路接地燒損供用電設備等情況。因此，在供電線路參數發(fā)生較大變化時，特別是有電纜供電線路接入時，要從系統(tǒng)的全局考慮參數的變化給系統(tǒng)帶來的影響以及采取何種措施來消除影響。

[參考文獻]

[1] 龐元俊，葉予光.電力系統(tǒng)中性點接地方式運行分析[J].煤炭工程，2003（11）：13-14.

[2] 殷翔.小接地電流系統(tǒng)中電容電流測量的研究[J].大科技·科技天地，2011（8）：336-337.

收稿日期：2021-07-06

作者簡介：邢拴龍（1984—），男，內蒙古包頭人，工程師，研究方向：供配電系統(tǒng)。