某電網部分變電站容性電流分析及解決方式

劉文靜,劉 樂

煙臺華力熱電股份有限公司,山東煙臺 264002

某電網部分變電站容性電流分析及解決方式

劉文靜,劉 樂

煙臺華力熱電股份有限公司,山東煙臺 264002

10kV配電網接地容性電流的不斷增大，致使一些中性點經消弧線圈的變電站處于欠補償狀態；沒有消弧線圈的變電站，使得發生單相接地故障時故障電流電弧無法自熄。加劇了故障程度，擴大故障范圍。本文對經消弧線圈和經低電阻接地的方式利弊進行了比較，提出了解決方案。

容性電流；中性點接地；消弧線圈；低電阻

1 電網現狀分析及問題提出

修驗場已在部分變電站進行了容性電流測試，由測試結果可知，我公司部分變電站的容性電流已相當高，部分變電站消弧線圈容量已不滿足要求，更為嚴重的是，還有一些變電站中還沒有安裝消弧線圈，嚴重地違背了國家電力行業標準DL／T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中對有關配電網中性點接地方式的相關規定：

1）當單相接地容性電流大于10A時即要求安裝消弧線圈。具體如下

（1）10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構成的系統，10A。

（2）10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構成的系統，20A。

（3）10kV電纜線路構成的系統，30A。

2） 6kV～35kV主要由電纜線路構成的送、配電系統，單相接地故障容性電流較大時，可采用低電阻接地方式，但應考慮供電可靠性要求、故障時瞬態電壓、瞬態電流對電氣設備的影響、對通信的影響和繼電保護技術要求以及本地的運行經驗等。

3）6kV和10kV配電系統以及發電廠廠用電系統，單相接地故障容性電流較小時，為防止諧振、間歇性電弧接地過電壓等對設備的損害，可采用高電阻接地方式。

4）消弧線圈接地系統，在正常運行情況下，中性點的長時間電壓位移不應超過系統標稱相電壓的15%。

5）消弧線圈接地系統故障點的殘余電流不宜超過10A，必要時可將系統分區運行。消弧線圈宜采用過補償運行方式。

綜上所述，煙臺華力熱電股份有限公司10kV配電網存在較為嚴重的問題：

1）部分變電站安裝的消弧線圈容量不滿足要求。由于消弧線圈容量小，屬于欠補償方式。這樣會有以下幾點危害：

（1）隨著變電站出線的增加，脫諧度必然增大。脫諧度過大，將導致接地電流過大，不利于滅弧；

（2）在運行方式改變或電網切除部分線路的情況下，有可能出現全補償的情況，即，產生串聯諧振。這樣非但沒有解決問題，反而加重了問題的嚴重性。

2）部分變電站接地容性電流已經很大，但仍是采用中性點不接地方式。中性點不接地方式有以下幾點危害：

（1）當容性電流一旦過大，接地點電弧不能自行熄滅。當出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3～5倍或更高，它遍布于整個電網中，并且持續時間長，可達幾個小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。

（2）單相接地容性電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入大地后由于接地電阻的原因，使整個接地網電壓升高，危害人身安全。

3）容性電流流入大地后，在大地中形成雜散電流，該電流可能產生火花，引燃瓦斯爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蝕水管、氣管等設施。

在確定中性點接地方式時，必須全面考慮以下的問題：

1）保證電網的安全運行；

2）保證供電的可靠性；

3）單相接地時健全相的工頻電壓升高盡可能的小；

4）單相接地時的故障電流應限制到對通信線路干擾的允許范圍之內；

5）單相接地故障線路的繼電保護應有足夠的靈敏度和選擇性。

因此，從以上5點出發，分析經消弧線圈或低電阻接地的方式的利弊。

2 經消弧線圈或低電阻接地的方式利弊的比較

2.1 經消弧線圈接地

2.1.1 優點

1）當發生瞬時單相接地時，可形成與接地容性電流大小接近但方向相反的感性電流以補償容性電流，從而使故障處的殘余電流變得很小或接近于零，以促使電弧自動熄滅；當電流過零電弧熄滅后，消弧線圈還可減小故障相電壓的恢復速度，從而減小電弧重燃的可能性；

2）發生瞬時單相接地時故障電流小，按規程規定電網可帶單相接地故障運行2h，供電可靠性高；

3）對鄰近通信線路干擾小；

4）目前，公司所屬各變電站均采用自動跟蹤補償的消弧線圈，可以將容性電流補償到殘流很小，使瞬時性接地故障自動消除而不影響供電。如果自動選線裝置準確率很高，對于永久性故障能正確選出故障線路并跳閘，不影響其他非故障線路的正常運行；

5）該種接地方式已運行多年，積累豐富的運行經驗。

2.1.2 缺點

消弧線圈的容量必須滿足電網電纜增加的要求，否則就會出現欠補償的情況。這就要求設計時需結合規劃情況考慮足夠容量，避免更換；

對于電纜線路，單相接地故障概率較低。當發生永久性單相接地故障時，接地選線裝置不能做出判斷，若按規程規定運行2h，則產生的電弧熱量可使絕緣擊穿，直至發展成相間短路而跳閘，造成事故進一步擴大。即使不會擊穿絕緣，也會加速絕緣的老化，不利于安全運行；

消弧線圈的伏安特性直接影響到單相接地時的補償效果。目前，我公司普遍采用的為調匝式自動跟蹤調諧消弧線圈裝置。它可以通過實時測量流過消弧線圈電流的幅值和相位變化，計算出電網當前方式下的對地容性電流，根據預先設定的最小殘流值或脫諧度，由控制器調節有載調壓分接頭，調節到所需要補償到的檔位。這種預先調整檔位的方式只有當消弧線圈伏安特性接近直線時才是正確的。若消弧線圈伏安特性為非線性，同時線路發生高阻接地時，接地點的殘流將很大，再考慮到其它因素（級差、測量準確性和零序有功分量）的影響，其幅值甚至可能超過原電容電流，比需補償的還要大。

單相接地故障消除后，消弧線圈不能準確退出運行（如消弧線圈的控制系統出現問題），將產生嚴重的過電壓。當發生單相接地故障后，消弧線圈將馬上投入運行，消弧線圈與零序電容是并聯的，因此，可以對零序容性電流進行補償。實際運行中，大部分的單相接地故障在補償之后都能自動解除，這時消弧線圈與零序電容就形成串聯回路，如果消弧線圈未能及時退出補償狀態，阻尼電阻還處于被短接的狀態，這時消弧線圈就剛好與零序電容形成串聯諧振，而且諧振狀態會一直維持下去，容易造成較長時間的工頻過電壓，因此必須設法盡快結束該狀態。但是，一般消弧系統均是以中性點電壓超過一定值作為發生單相接地的判據而改變消弧線圈的檔位，而串聯諧振時中性點電壓也較高，導致系統誤認為單相接地故障繼續存在，所以系統將繼續進行補償，從而導致惡性循環。

在消弧線圈應用中一個最重要的問題是選線問題沒有得到解決。目前，公司所屬變電站中的小電流接地選線裝置的準確率非常低。發生單相接地后，仍需人工拉合。

2.2 經低電阻接地

2.2.1 優點

1）可及時切除故障線路，中性點經小電阻接地系統可以簡單的配置零序過流或限時速斷保護，在發生單相接地故障時，故障線路的零序保護動作在0.2～2.0s跳開本線路的開關。

2）中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統對地電容構成并聯回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓有一定作用。

3）以電纜為主的配電網，單相接地故障概率較低，電纜一旦發生單相接地，容易發展為相間故障，多為永久性故障。采用低電阻接地方式可以實現快速繼電保護跳閘，避免事故擴大。

4）低電阻接地方式能降低過電壓，允許使用低一級絕緣水平的電氣設備，具有經濟性。

2.2.2 缺點

1）中性點經電阻接地后，一旦發生單相接地，無論是瞬時還永久均跳閘，增加了跳閘次數，影響供電可靠性。

2）若接地電阻選擇不合適，由于中性點低值電阻器的存在，當發生單相接地故障時，在電網的電容電流中又附加了一個有功分量，顯著增大了故障點的接地電流。由此對電網的運行特性帶來了的負面影響，如對人身安全的威脅增加，容易引起對通信線路的干擾。

3）由于接地點的電流較大，零序保護如動作不及時，將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害，導致相間故障的發生。

3 兩種方式的比較

隨著城市配電網的迅速發展，電纜大量增多，電容電流達到很大值(>300A)，用戶使用的敏感元件(電腦、電子控制、電力電子)日益增多，配電網與電信網共處的電磁兼容問題日益突出。可以預見低電阻接地方式要限制單相短路電流同時又要滿足過電壓的要求將很困難。

采用對接地故障反應極快速度的自動跟蹤補償消弧線圈和準確的接點選線裝置組合，既可以大大降低故障殘流而不影響供電，又能實現快速跳閘永久性的故障，不影響其他非故障線路的正常運行，對設備和人身安全，防止通信和弱電設備受電磁干擾都有好處，是配網中性點接地方式的一種發展趨勢。但是，由于將現有的消弧線圈全部換成可控硅控制的消弧線圈存在著較大困難，同時，現運行的接地選線裝置準確率也不高。

因此，在目前的過渡時期，中性點接地方式采用就目前的狀況來看，設備成為確定配電網中性點接地方式的阻礙。

4 結論

在目前這種過渡時期，究竟采用哪種中性點接地方式才適合我公司的現狀尚需論證、研究。所以，建議在公司所屬的變電站中選取兩座變電站，分別進行對中性點接地方式進行改造：一座采用中性點經小電阻接地的方式；一座采用可控硅控制的消弧線圈，并選用準確率高的選線裝置。

對于經小電阻接地的變電站選擇條件應為：

1）用戶不是十分重要的；

2）雙電源用戶所占比例較大的；

3）出線的拉手率較高的，最好具備配網自動化的；

4）在平時處理單相接地拉試過程中占用時間較長的；

5）出線的容性電流比較大的；

對于采用可控硅控制的消弧線圈的變電站選擇條件除與經小電阻接地的（1）-（4）條件相同外，還應有：

1）容性電流相對小一些；

2）出線發生永久接地的現象較多的。

[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]要煥年，曹梅月. 電力系統諧振接地. 中國電力出版社， 2000.

[3]陸國慶，姜新宇.“影響消弧線圈應用效果的重要性能” 電網技術，2001，11：62-65.

[4]上海思源電氣有限公司，《XHK-Ⅱ型消弧線圈自動調諧及 接地選線成套裝置原理》，2007.

[5]國家電力行業標準DL／T620-1997《交流電氣裝置的過電 壓保護和絕緣配合》.

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1674-6708（2010）21-0109-02