35kV小電流接地系統(tǒng)電容電流研究及對策

田繼偉

摘 要：某單位35kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式、單母分段的接線方式，目前主要負(fù)荷為35kV三條輸電線路，其中一條為水源地線路，還有兩條新建工程輸電線路，供電線路均采用電纜和架空導(dǎo)線混合敷設(shè)方式。通過計(jì)算，在三條線路全部投入運(yùn)行的情況下35kV系統(tǒng)總的單相接地電容電流將超過規(guī)范要求，本文通過對對電容電流的研究，提出采用增設(shè)自動跟蹤補(bǔ)償消弧裝置來抵消電容電流，從而保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電容電流;消弧裝置

0引言

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是防止系統(tǒng)事故的一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，它與系統(tǒng)的供電可靠性、人身設(shè)備安全、絕緣水平、過電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、通信干擾及接地裝置等問題有密切關(guān)系。我國6一66kv 配電網(wǎng)的運(yùn)行主要采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，允許帶故障運(yùn)行2小時(shí)，提高供電可靠性。

1系統(tǒng)概述

某單位變電站聯(lián)絡(luò)變采用360MVA強(qiáng)迫油循環(huán)戶外式三相油浸自耦變壓器，帶有第三繞組，高壓側(cè)和中壓側(cè)是自耦連接方式的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，35kV采用三角形接線方式。35kV配電室采用單母線分段接線，其中一段母線所帶負(fù)荷為水源三線和新建工程一路電源。二段母線所帶負(fù)荷為新建工程二路電源。水源三線采用電纜和架空導(dǎo)線混合的敷設(shè)方式線路總長度約12.8km，其中電纜段長約2.2km，架空段長約10.6km，導(dǎo)線型號為LGJ-150。新建工程兩路電源分別引自35kV配電室的I、II段母線，供電線路采用電纜和架空導(dǎo)線混合的敷設(shè)方式，單回線路總長度15.2km，其中電纜段長度約4.3km，架空段長度約10.9km，導(dǎo)線型號為JL/GIA-150/25。

2系統(tǒng)電容電流計(jì)算

對于電力系統(tǒng)來不接地系統(tǒng)來說，單相接地是最常見的故障形式，約占60%以上。在發(fā)生單相接地故障后，如單相接地故障為金屬性接地，則故障相的電壓降為零，其余兩健全相對地電壓升高到線電壓，用電設(shè)備在正常情況下都能承受這種過電壓。隨著配電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大以及電纜線路的增加，系統(tǒng)對地電容電流急劇增加，發(fā)生單相接地故障后，自然熄弧變得越來越困難。如果發(fā)生單相弧光間歇性接地，則會在系統(tǒng)中產(chǎn)生約3.5 倍相電壓峰值的過電壓，這樣高的電壓如果數(shù)小時(shí)作用于電網(wǎng)，勢必會造成電氣設(shè)備、電力電纜內(nèi)絕緣的積累性損傷，在健全相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成絕緣對地?fù)舸M(jìn)而發(fā)展成為相間短路故障，造成開關(guān)跳閘，用電負(fù)荷失壓。同時(shí)接地電弧產(chǎn)生間歇性弧光過電壓，電磁式電壓互感器鐵心飽和引起諧振過電壓等，將造成燒保險(xiǎn)、避雷器、PT的爆炸、線路的跳閘等事故發(fā)生，其中尤以相間短路和間歇性弧光接地過電壓最為嚴(yán)重，因此對電容電流的計(jì)算十分必要。

（1）對于水源地水源線發(fā)生單相接地故障后采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對電容電流計(jì)算：架空段長約10.6km，電纜段長約2.2km。

架空線電容電流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.6×10-3 =1.224A

電纜線路電容電流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×2.2=7.7A

系統(tǒng)設(shè)備引起的電容電流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=1.03A

總電容電流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=10.08A

注：式中 Ve--線路額定電壓（KV）;3.3--適用于有架空地線路系數(shù) ;IcI--架空線路電容電流（A）;L--線路長度（km）

（2）對于新建工程兩路輸電線路發(fā)生單相接地故障后采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對電容電流計(jì)算：架空段長度約12.4km，電纜段長度約2.8km。

架空線電容電流：Ic1=3.3×Ve×L×10-3 =3.3×35×10.9×10-3 =1.259 A

電纜線路電容電流： Ic2=0.1VeL=0.1×35×4.3=15.05A

系統(tǒng)設(shè)備引起的電容電流增值：Ic3=（Icl十Ic2）×13%=2.12A

總電容電流Ic= Icl+Ic2+ Ic3=18.42A

注：式中 Ve--線路額定電壓（KV）;3.3--適用于有架空地線路系數(shù) ;IcI--架空線路電容電流（A）;L--線路長度（km）

因此對于35kV配電室一段母線電容電流為：10.08+12.69=22.77A，二段母線電容電流為12.69A，如果母線并列運(yùn)行合計(jì)電容電流12.69為35.46A。所以電廠35kV系統(tǒng)目前的中性點(diǎn)接地方式將不滿足《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）第3.1.3條第1款的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)改為中性點(diǎn)諧振接地方式，增設(shè)消弧裝置。消弧線圈的作用就是當(dāng)發(fā)生單相接點(diǎn)產(chǎn)生電容電流時(shí)產(chǎn)生電感電流來抵消電容電流，使總電流小于10A，抑制電弧產(chǎn)生。

3.應(yīng)對對策及補(bǔ)償容量的選擇

根據(jù)消弧線圈的電感電流對接地電流的補(bǔ)償程度，可分為全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時(shí)，允許連續(xù)運(yùn)行不超過2小時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)，運(yùn)行人員應(yīng)盡快采取措施，查出接地點(diǎn)并消除之。從易于熄弧的觀點(diǎn)而言，希望接地點(diǎn)的殘余電流越小越好，但又不能采用全補(bǔ)償，以避開諧振，即所謂脫諧。如脫諧度過大，接地電流也不易熄滅，因此消弧線圈一般采用接近諧振的過補(bǔ)償方式，即感抗小于容抗，接地點(diǎn)的電容電流經(jīng)補(bǔ)償后有多余的電感電流時(shí)稱為過補(bǔ)償。這種方式可避免產(chǎn)生上述的諧振過電壓。消弧線圈留有一定的裕度，即使將來系統(tǒng)發(fā)展，對地電容增加后，原有的消弧線圈仍可使用。脫諧度不大于5-10%，接地補(bǔ)償后的殘余電流不超過5-10A。經(jīng)驗(yàn)證明，對于各種電壓等級的電網(wǎng)，只要?dú)堄嚯娏鞑怀^的允許值，接地電弧就能可靠熄滅。需要指出，如果系統(tǒng)中性點(diǎn)的位移電壓過高，則發(fā)生單相接地時(shí)應(yīng)用消弧線圈也難以熄弧。因此，要求中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)，其中性點(diǎn)的位移電壓不得超過額定相電壓的15%。這樣，在單相接地時(shí)中性點(diǎn)位移電壓不超過額定相電壓。以利于電弧熄滅。

因此對35kV系統(tǒng)的補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算，考慮到系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式，采用對兩段母線分別加裝一套消弧裝置的方案，使系統(tǒng)運(yùn)行靈活可靠。

根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，消弧線圈的容量應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)5-10 年的發(fā)展規(guī)劃確定，應(yīng)該采用過補(bǔ)償，并按下式計(jì)算：

W=KIcUn/1.732（W —消弧線圈的容量，kVA;Ic —電容電流，A;Un—系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV;K —補(bǔ)償系數(shù)，過補(bǔ)償一般取1.35）

對于一段母線：電容電流計(jì)算為：10.08+18.42=28.5A

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

對于一段母線：電容電流計(jì)算為： 12.69A

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

通過上述計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)在一段母線需要補(bǔ)償消弧線圈的容量為777.5 kVA，

二一段母線需要補(bǔ)償消弧線圈的容量為502.5 kVA，我們可以據(jù)此結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行方式合理的選擇消弧線圈。目前系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是自動跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈裝置，根據(jù)其運(yùn)行原理的不同，又可分為預(yù)調(diào)式和隨調(diào)式。消弧線圈需在系統(tǒng)中性點(diǎn)安裝，現(xiàn)有的35kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)沒有引出線，需要加裝專用接地變壓器，制造出中性點(diǎn)，并裝設(shè)消弧線圈。最終可以通過消弧線圈有效補(bǔ)償，將電氣系統(tǒng)殘流控制在安全范圍以內(nèi)，可以有效遏制系統(tǒng)單相接地故障引發(fā)的事故擴(kuò)大。

4.結(jié)束語

通過對35kV 不接地系統(tǒng)電容電流的研究和計(jì)算，對此的認(rèn)識和解決方案的實(shí)現(xiàn)，對35kV系統(tǒng)未來的的安全運(yùn)行有重要的意義。對系統(tǒng)加裝接地變消弧線提供了依據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)所帶的水廠等重要輸電線路發(fā)生單相接地時(shí)，因接地電流得到補(bǔ)償，單相接地故障并不發(fā)展為相間故障等繼發(fā)問題。可不立即跳閘，按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運(yùn)行2小時(shí)。從而保證35kV系統(tǒng)電氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

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