刘文静,刘 乐

烟台华力热电股份有限公司,山东烟台 264002

某电网部分变电站容性电流分析及解决方式

刘文静,刘 乐

烟台华力热电股份有限公司,山东烟台 264002

10kV配电网接地容性电流的不断增大，致使一些中性点经消弧线圈的变电站处于欠补偿状态；没有消弧线圈的变电站，使得发生单相接地故障时故障电流电弧无法自熄。加剧了故障程度，扩大故障范围。本文对经消弧线圈和经低电阻接地的方式利弊进行了比较，提出了解决方案。

容性电流；中性点接地；消弧线圈；低电阻

1 电网现状分析及问题提出

修验场已在部分变电站进行了容性电流测试，由测试结果可知，我公司部分变电站的容性电流已相当高，部分变电站消弧线圈容量已不满足要求，更为严重的是，还有一些变电站中还没有安装消弧线圈，严重地违背了国家电力行业标准DL／T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中对有关配电网中性点接地方式的相关规定：

1）当单相接地容性电流大于10A时即要求安装消弧线圈。具体如下

（1）10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，10A。

（2）10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，20A。

（3）10kV电缆线路构成的系统，30A。

2） 6kV～35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障容性电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。

3）6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障容性电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。

4）消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。

5）消弧线圈接地系统故障点的残余电流不宜超过10A，必要时可将系统分区运行。消弧线圈宜采用过补偿运行方式。

综上所述，烟台华力热电股份有限公司10kV配电网存在较为严重的问题：

1）部分变电站安装的消弧线圈容量不满足要求。由于消弧线圈容量小，属于欠补偿方式。这样会有以下几点危害：

（1）随着变电站出线的增加，脱谐度必然增大。脱谐度过大，将导致接地电流过大，不利于灭弧；

（2）在运行方式改变或电网切除部分线路的情况下，有可能出现全补偿的情况，即，产生串联谐振。这样非但没有解决问题，反而加重了问题的严重性。

2）部分变电站接地容性电流已经很大，但仍是采用中性点不接地方式。中性点不接地方式有以下几点危害：

（1）当容性电流一旦过大，接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3～5倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几个小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。

（2）单相接地容性电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入大地后由于接地电阻的原因，使整个接地网电压升高，危害人身安全。

3）容性电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃瓦斯爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管、气管等设施。

在确定中性点接地方式时，必须全面考虑以下的问题：

1）保证电网的安全运行；

2）保证供电的可靠性；

3）单相接地时健全相的工频电压升高尽可能的小；

4）单相接地时的故障电流应限制到对通信线路干扰的允许范围之内；

5）单相接地故障线路的继电保护应有足够的灵敏度和选择性。

因此，从以上5点出发，分析经消弧线圈或低电阻接地的方式的利弊。

2 经消弧线圈或低电阻接地的方式利弊的比较

2.1 经消弧线圈接地

2.1.1 优点

1）当发生瞬时单相接地时，可形成与接地容性电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流，从而使故障处的残余电流变得很小或接近于零，以促使电弧自动熄灭；当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度，从而减小电弧重燃的可能性；

2）发生瞬时单相接地时故障电流小，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h，供电可靠性高；

3）对邻近通信线路干扰小；

4）目前，公司所属各变电站均采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可以将容性电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果自动选线装置准确率很高，对于永久性故障能正确选出故障线路并跳闸，不影响其他非故障线路的正常运行；

5）该种接地方式已运行多年，积累丰富的运行经验。

2.1.2 缺点

消弧线圈的容量必须满足电网电缆增加的要求，否则就会出现欠补偿的情况。这就要求设计时需结合规划情况考虑足够容量，避免更换；

对于电缆线路，单相接地故障概率较低。当发生永久性单相接地故障时，接地选线装置不能做出判断，若按规程规定运行2h，则产生的电弧热量可使绝缘击穿，直至发展成相间短路而跳闸，造成事故进一步扩大。即使不会击穿绝缘，也会加速绝缘的老化，不利于安全运行；

消弧线圈的伏安特性直接影响到单相接地时的补偿效果。目前，我公司普遍采用的为调匝式自动跟踪调谐消弧线圈装置。它可以通过实时测量流过消弧线圈电流的幅值和相位变化，计算出电网当前方式下的对地容性电流，根据预先设定的最小残流值或脱谐度，由控制器调节有载调压分接头，调节到所需要补偿到的档位。这种预先调整档位的方式只有当消弧线圈伏安特性接近直线时才是正确的。若消弧线圈伏安特性为非线性，同时线路发生高阻接地时，接地点的残流将很大，再考虑到其它因素（级差、测量准确性和零序有功分量）的影响，其幅值甚至可能超过原电容电流，比需补偿的还要大。

单相接地故障消除后，消弧线圈不能准确退出运行（如消弧线圈的控制系统出现问题），将产生严重的过电压。当发生单相接地故障后，消弧线圈将马上投入运行，消弧线圈与零序电容是并联的，因此，可以对零序容性电流进行补偿。实际运行中，大部分的单相接地故障在补偿之后都能自动解除，这时消弧线圈与零序电容就形成串联回路，如果消弧线圈未能及时退出补偿状态，阻尼电阻还处于被短接的状态，这时消弧线圈就刚好与零序电容形成串联谐振，而且谐振状态会一直维持下去，容易造成较长时间的工频过电压，因此必须设法尽快结束该状态。但是，一般消弧系统均是以中性点电压超过一定值作为发生单相接地的判据而改变消弧线圈的档位，而串联谐振时中性点电压也较高，导致系统误认为单相接地故障继续存在，所以系统将继续进行补偿，从而导致恶性循环。

在消弧线圈应用中一个最重要的问题是选线问题没有得到解决。目前，公司所属变电站中的小电流接地选线装置的准确率非常低。发生单相接地后，仍需人工拉合。

2.2 经低电阻接地

2.2.1 优点

1）可及时切除故障线路，中性点经小电阻接地系统可以简单的配置零序过流或限时速断保护，在发生单相接地故障时，故障线路的零序保护动作在0.2～2.0s跳开本线路的开关。

2）中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压有一定作用。

3）以电缆为主的配电网，单相接地故障概率较低，电缆一旦发生单相接地，容易发展为相间故障，多为永久性故障。采用低电阻接地方式可以实现快速继电保护跳闸，避免事故扩大。

4）低电阻接地方式能降低过电压，允许使用低一级绝缘水平的电气设备，具有经济性。

2.2.2 缺点

1）中性点经电阻接地后，一旦发生单相接地，无论是瞬时还永久均跳闸，增加了跳闸次数，影响供电可靠性。

2）若接地电阻选择不合适，由于中性点低值电阻器的存在，当发生单相接地故障时，在电网的电容电流中又附加了一个有功分量，显著增大了故障点的接地电流。由此对电网的运行特性带来了的负面影响，如对人身安全的威胁增加，容易引起对通信线路的干扰。

3）由于接地点的电流较大，零序保护如动作不及时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障的发生。

3 两种方式的比较

随着城市配电网的迅速发展，电缆大量增多，电容电流达到很大值(>300A)，用户使用的敏感元件(电脑、电子控制、电力电子)日益增多，配电网与电信网共处的电磁兼容问题日益突出。可以预见低电阻接地方式要限制单相短路电流同时又要满足过电压的要求将很困难。

采用对接地故障反应极快速度的自动跟踪补偿消弧线圈和准确的接点选线装置组合，既可以大大降低故障残流而不影响供电，又能实现快速跳闸永久性的故障，不影响其他非故障线路的正常运行，对设备和人身安全，防止通信和弱电设备受电磁干扰都有好处，是配网中性点接地方式的一种发展趋势。但是，由于将现有的消弧线圈全部换成可控硅控制的消弧线圈存在着较大困难，同时，现运行的接地选线装置准确率也不高。

因此，在目前的过渡时期，中性点接地方式采用就目前的状况来看，设备成为确定配电网中性点接地方式的阻碍。

4 结论

在目前这种过渡时期，究竟采用哪种中性点接地方式才适合我公司的现状尚需论证、研究。所以，建议在公司所属的变电站中选取两座变电站，分别进行对中性点接地方式进行改造：一座采用中性点经小电阻接地的方式；一座采用可控硅控制的消弧线圈，并选用准确率高的选线装置。

对于经小电阻接地的变电站选择条件应为：

1）用户不是十分重要的；

2）双电源用户所占比例较大的；

3）出线的拉手率较高的，最好具备配网自动化的；

4）在平时处理单相接地拉试过程中占用时间较长的；

5）出线的容性电流比较大的；

对于采用可控硅控制的消弧线圈的变电站选择条件除与经小电阻接地的（1）-（4）条件相同外，还应有：

1）容性电流相对小一些；

2）出线发生永久接地的现象较多的。

[1]Seppo Hanninen, Matti Lehtonen.. Characteristics of Earth Faults in Electrical Distribution Networks With High Impedance Earthing. Electric Power System Research 44 (1998)：155-161.

[2]要焕年，曹梅月. 电力系统谐振接地. 中国电力出版社， 2000.

[3]陆国庆，姜新宇.“影响消弧线圈应用效果的重要性能” 电网技术，2001，11：62-65.

[4]上海思源电气有限公司，《XHK-Ⅱ型消弧线圈自动调谐及 接地选线成套装置原理》，2007.

[5]国家电力行业标准DL／T620-1997《交流电气装置的过电 压保护和绝缘配合》.

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1674-6708（2010）21-0109-02