劉文靜,劉 樂(lè)

煙臺(tái)華力熱電股份有限公司,山東煙臺(tái) 264002

某電網(wǎng)部分變電站容性電流分析及解決方式

劉文靜,劉 樂(lè)

煙臺(tái)華力熱電股份有限公司,山東煙臺(tái) 264002

10kV配電網(wǎng)接地容性電流的不斷增大，致使一些中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的變電站處于欠補(bǔ)償狀態(tài)；沒(méi)有消弧線圈的變電站，使得發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流電弧無(wú)法自熄。加劇了故障程度，擴(kuò)大故障范圍。本文對(duì)經(jīng)消弧線圈和經(jīng)低電阻接地的方式利弊進(jìn)行了比較，提出了解決方案。

容性電流；中性點(diǎn)接地；消弧線圈；低電阻

1 電網(wǎng)現(xiàn)狀分析及問(wèn)題提出

修驗(yàn)場(chǎng)已在部分變電站進(jìn)行了容性電流測(cè)試，由測(cè)試結(jié)果可知，我公司部分變電站的容性電流已相當(dāng)高，部分變電站消弧線圈容量已不滿足要求，更為嚴(yán)重的是，還有一些變電站中還沒(méi)有安裝消弧線圈，嚴(yán)重地違背了國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》中對(duì)有關(guān)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的相關(guān)規(guī)定：

1）當(dāng)單相接地容性電流大于10A時(shí)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(gòu)成的系統(tǒng)，10A。

（2）10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，20A。

（3）10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，30A。

2） 6kV～35kV主要由電纜線路構(gòu)成的送、配電系統(tǒng)，單相接地故障容性電流較大時(shí)，可采用低電阻接地方式，但應(yīng)考慮供電可靠性要求、故障時(shí)瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對(duì)電氣設(shè)備的影響、對(duì)通信的影響和繼電保護(hù)技術(shù)要求以及本地的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等。

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

4）消弧線圈接地系統(tǒng)，在正常運(yùn)行情況下，中性點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間電壓位移不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓的15%。

5）消弧線圈接地系統(tǒng)故障點(diǎn)的殘余電流不宜超過(guò)10A，必要時(shí)可將系統(tǒng)分區(qū)運(yùn)行。消弧線圈宜采用過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行方式。

綜上所述，煙臺(tái)華力熱電股份有限公司10kV配電網(wǎng)存在較為嚴(yán)重的問(wèn)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(bǔ)償方式。這樣會(huì)有以下幾點(diǎn)危害：

（1）隨著變電站出線的增加，脫諧度必然增大。脫諧度過(guò)大，將導(dǎo)致接地電流過(guò)大，不利于滅?。?/p>

（2）在運(yùn)行方式改變或電網(wǎng)切除部分線路的情況下，有可能出現(xiàn)全補(bǔ)償?shù)那闆r，即，產(chǎn)生串聯(lián)諧振。這樣非但沒(méi)有解決問(wèn)題，反而加重了問(wèn)題的嚴(yán)重性。

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

（1）當(dāng)容性電流一旦過(guò)大，接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅。當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓，這種過(guò)電壓可達(dá)相電壓的3～5倍或更高，它遍布于整個(gè)電網(wǎng)中，并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)幾個(gè)小時(shí)，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對(duì)整個(gè)電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。

（2）單相接地容性電流過(guò)大，使接地點(diǎn)熱效應(yīng)增大，對(duì)電纜等設(shè)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(gè)接地網(wǎng)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(chǎn)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(shè)施。

在確定中性點(diǎn)接地方式時(shí)，必須全面考慮以下的問(wèn)題：

1）保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行；

2）保證供電的可靠性；

3）單相接地時(shí)健全相的工頻電壓升高盡可能的?。?/p>

4）單相接地時(shí)的故障電流應(yīng)限制到對(duì)通信線路干擾的允許范圍之內(nèi)；

5）單相接地故障線路的繼電保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度和選擇性。

因此，從以上5點(diǎn)出發(fā)，分析經(jīng)消弧線圈或低電阻接地的方式的利弊。

2 經(jīng)消弧線圈或低電阻接地的方式利弊的比較

2.1 經(jīng)消弧線圈接地

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

1）當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)單相接地時(shí)，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(bǔ)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(dòng)熄滅；當(dāng)電流過(guò)零電弧熄滅后，消弧線圈還可減小故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減小電弧重燃的可能性；

2）發(fā)生瞬時(shí)單相接地時(shí)故障電流小，按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地故障運(yùn)行2h，供電可靠性高；

3）對(duì)鄰近通信線路干擾??；

4）目前，公司所屬各變電站均采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈，可以將容性電流補(bǔ)償?shù)綒埩骱苄。顾矔r(shí)性接地故障自動(dòng)消除而不影響供電。如果自動(dòng)選線裝置準(zhǔn)確率很高，對(duì)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(yùn)行；

5）該種接地方式已運(yùn)行多年，積累豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2.1.2 缺點(diǎn)

消弧線圈的容量必須滿足電網(wǎng)電纜增加的要求，否則就會(huì)出現(xiàn)欠補(bǔ)償?shù)那闆r。這就要求設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合規(guī)劃情況考慮足夠容量，避免更換；

對(duì)于電纜線路，單相接地故障概率較低。當(dāng)發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，接地選線裝置不能做出判斷，若按規(guī)程規(guī)定運(yùn)行2h，則產(chǎn)生的電弧熱量可使絕緣擊穿，直至發(fā)展成相間短路而跳閘，造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大。即使不會(huì)擊穿絕緣，也會(huì)加速絕緣的老化，不利于安全運(yùn)行；

消弧線圈的伏安特性直接影響到單相接地時(shí)的補(bǔ)償效果。目前，我公司普遍采用的為調(diào)匝式自動(dòng)跟蹤調(diào)諧消弧線圈裝置。它可以通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量流過(guò)消弧線圈電流的幅值和相位變化，計(jì)算出電網(wǎng)當(dāng)前方式下的對(duì)地容性電流，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的最小殘流值或脫諧度，由控制器調(diào)節(jié)有載調(diào)壓分接頭，調(diào)節(jié)到所需要補(bǔ)償?shù)降臋n位。這種預(yù)先調(diào)整檔位的方式只有當(dāng)消弧線圈伏安特性接近直線時(shí)才是正確的。若消弧線圈伏安特性為非線性，同時(shí)線路發(fā)生高阻接地時(shí)，接地點(diǎn)的殘流將很大，再考慮到其它因素（級(jí)差、測(cè)量準(zhǔn)確性和零序有功分量）的影響，其幅值甚至可能超過(guò)原電容電流，比需補(bǔ)償?shù)倪€要大。

單相接地故障消除后，消弧線圈不能準(zhǔn)確退出運(yùn)行（如消弧線圈的控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題），將產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)電壓。當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，消弧線圈將馬上投入運(yùn)行，消弧線圈與零序電容是并聯(lián)的，因此，可以對(duì)零序容性電流進(jìn)行補(bǔ)償。實(shí)際運(yùn)行中，大部分的單相接地故障在補(bǔ)償之后都能自動(dòng)解除，這時(shí)消弧線圈與零序電容就形成串聯(lián)回路，如果消弧線圈未能及時(shí)退出補(bǔ)償狀態(tài)，阻尼電阻還處于被短接的狀態(tài)，這時(shí)消弧線圈就剛好與零序電容形成串聯(lián)諧振，而且諧振狀態(tài)會(huì)一直維持下去，容易造成較長(zhǎng)時(shí)間的工頻過(guò)電壓，因此必須設(shè)法盡快結(jié)束該狀態(tài)。但是，一般消弧系統(tǒng)均是以中性點(diǎn)電壓超過(guò)一定值作為發(fā)生單相接地的判據(jù)而改變消弧線圈的檔位，而串聯(lián)諧振時(shí)中性點(diǎn)電壓也較高，導(dǎo)致系統(tǒng)誤認(rèn)為單相接地故障繼續(xù)存在，所以系統(tǒng)將繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)。

在消弧線圈應(yīng)用中一個(gè)最重要的問(wèn)題是選線問(wèn)題沒(méi)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(zhǔn)確率非常低。發(fā)生單相接地后，仍需人工拉合。

2.2 經(jīng)低電阻接地

2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

1）可及時(shí)切除故障線路，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單的配置零序過(guò)流或限時(shí)速斷保護(hù)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路的零序保護(hù)動(dòng)作在0.2～2.0s跳開(kāi)本線路的開(kāi)關(guān)。

2）中性點(diǎn)與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)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(duì)防止諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓有一定作用。

3）以電纜為主的配電網(wǎng)，單相接地故障概率較低，電纜一旦發(fā)生單相接地，容易發(fā)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(shí)現(xiàn)快速繼電保護(hù)跳閘，避免事故擴(kuò)大。

4）低電阻接地方式能降低過(guò)電壓，允許使用低一級(jí)絕緣水平的電氣設(shè)備，具有經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 缺點(diǎn)

1）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地后，一旦發(fā)生單相接地，無(wú)論是瞬時(shí)還永久均跳閘，增加了跳閘次數(shù)，影響供電可靠性。

2）若接地電阻選擇不合適，由于中性點(diǎn)低值電阻器的存在，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在電網(wǎng)的電容電流中又附加了一個(gè)有功分量，顯著增大了故障點(diǎn)的接地電流。由此對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行特性帶來(lái)了的負(fù)面影響，如對(duì)人身安全的威脅增加，容易引起對(duì)通信線路的干擾。

3）由于接地點(diǎn)的電流較大，零序保護(hù)如動(dòng)作不及時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的絕緣受到更大的危害，導(dǎo)致相間故障的發(fā)生。

3 兩種方式的比較

隨著城市配電網(wǎng)的迅速發(fā)展，電纜大量增多，電容電流達(dá)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(wǎng)與電信網(wǎng)共處的電磁兼容問(wèn)題日益突出。可以預(yù)見(jiàn)低電阻接地方式要限制單相短路電流同時(shí)又要滿足過(guò)電壓的要求將很困難。

采用對(duì)接地故障反應(yīng)極快速度的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈和準(zhǔn)確的接點(diǎn)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(shí)現(xiàn)快速跳閘永久性的故障，不影響其他非故障線路的正常運(yùn)行，對(duì)設(shè)備和人身安全，防止通信和弱電設(shè)備受電磁干擾都有好處，是配網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的一種發(fā)展趨勢(shì)。但是，由于將現(xiàn)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(shí)，現(xiàn)運(yùn)行的接地選線裝置準(zhǔn)確率也不高。

因此，在目前的過(guò)渡時(shí)期，中性點(diǎn)接地方式采用就目前的狀況來(lái)看，設(shè)備成為確定配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的阻礙。

4 結(jié)論

在目前這種過(guò)渡時(shí)期，究竟采用哪種中性點(diǎn)接地方式才適合我公司的現(xiàn)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(jìn)行對(duì)中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行改造：一座采用中性點(diǎn)經(jīng)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(zhǔn)確率高的選線裝置。

對(duì)于經(jīng)小電阻接地的變電站選擇條件應(yīng)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(wǎng)自動(dòng)化的；

4）在平時(shí)處理單相接地拉試過(guò)程中占用時(shí)間較長(zhǎng)的；

5）出線的容性電流比較大的；

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

1）容性電流相對(duì)小一些；

2）出線發(fā)生永久接地的現(xiàn)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(tǒng)諧振接地. 中國(guó)電力出版社， 2000.

[3]陸國(guó)慶，姜新宇.“影響消弧線圈應(yīng)用效果的重要性能” 電網(wǎng)技術(shù)，2001，11：62-65.

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

[5]國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電 壓保護(hù)和絕緣配合》.

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1674-6708（2010）21-0109-02