小電流接地系統電容電流超標的治理

摘 要：在中性點不接地系統中，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。隨著供電系統的規模不斷擴大，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的安全運行。現以勝利110 kV變電站為例，對于35 kV供電系統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??? 電力系統中性點不接地運行情況分析

電力系統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運行情況進行分析。

中性點不接地系統正常運行時，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的任意一相發生接地時[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，這樣三相系統發生單相接地后可以繼續運行一段時間，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生電弧。弧光接地的持續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生相間短路故障。

2??? 勝利110 kV變電站35 kV系統故障分析

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，在運行過程中發生了A相對地放電，引發弧光接地，弧光接地的持續間歇性電弧引發系統諧振產生過電壓，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，是相關規范規定的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系統僅有3回出線，系統結構簡單，故在3回35 kV饋線出口處增加架空線路暫態錄波故障指示器，將信號上傳至變電站主控室，并配置監控后臺，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，在電力系統中性點不接地運行方式下，系統對地電容電流的大小對系統穩定運行的影響是固有的。如果系統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，在供電線路參數發生較大變化時，特別是有電纜供電線路接入時，要從系統的全局考慮參數的變化給系統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。