系统单相接地危害及消弧线圈的选择

文／浙江西子联合工程有限公司 王芳 ／

1 前言

接地故障是目前电力系统比较常见的故障之一，而在接地故障中以单相接地发生的概率最高。当中性点绝缘系统发生单相接地时，电容电流过大，电弧不能自行熄灭，结果可能会使健全相的绝缘损坏，引起两相接地短路或相间短路，容易烧坏电气设备和发生停电事故，影响供电可靠性。因此如何准确计算接地电容电流从而进行消弧线圈的选择就成为当务之急。

2 系统单相接地

2.1 系统中性点接地方式

在我国，通常采用以下几种方式接地：110kV及以上电压等级的高压电网和380V/220V供电网采用直接接地方式；66kV电压等级的电网采用消弧线圈接地方式；35kV电压等级的电网采用不接地或消弧线圈接地方式；10kV、6kV电压等级的电网采用不接地方式。但系统接地方式不是固定的，关键取决于电容电流的大小。3～10kV电网中，架空线路单相接地故障电流大于10A、电缆线路单相接地故障电流大于30A；35kV以上电网单相接地故障电流大于10A，应装设消弧线圈。

按接地电流可分为大电流接地方式和小电流接地方式。大电流接地方式：在以三相交流输电为主的交流电路中，当三相交流电经变压器中性点直接接地时，此时若发生单相接地故障，因为接地短路电流很大，因此称之为大电流接地系统，如我国110kV及以上电压等级的电网均采用大电流接地系统，这种系统的接地电阻应小于或等于0.5Ω。小电流接地方式：在以三相交流输电为主的交流电路中，变压器中性点不接地或中性点经消弧线圈接地,此时当发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往很小，有时甚至比负荷电流还小，因此这种系统被称之为小电流接地系统，如我国6.6～35kV的电网均为小电流接地系统。

2.2 单相接地故障与其他故障的区别

单相接地：接地相电压降低在0与相电压之间，非故障相电压升高在相电压与线电压之间；线电压不变；有接地信号 。PT高压熔断器熔断相：熔断相电压降低，但不为零，未熔断相电压不升高；与熔断相相关的线电压降低；有接地信号。PT低压熔断器熔断相：熔断相电压降低，但不为零，未熔断相电压不升高；与熔断相相关的线电压降低；无接地信号 。系统谐振：相电压相降低，两相升高，超过线电压；三相同时升高，超过线电压；三相轮流升高，超过线电压线；有时发系统接地信号。

2.3 小电流接地系统单相接地的危害

1)弧光接地过电压的危害。当电容电流一旦过大，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，它遍布于与故障点有直接电气连接的整个电网中，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)接地电流引起爆炸。杂散电流可能产生火花，引燃瓦斯爆炸。

3 经消弧线圈的选择

3.1 经消弧线圈的接地方式的优点

1)供电可靠性高。由于接地电流很小，其电弧可以瞬时自行熄灭，对单相永久性接地故障，允许在一定时间内带故障运行，避免了过多的跳闸现象；2)对人身及设备的安全性较好。由于单相接地时的故障点电流很小，跨步电压和接触电压都比较低，使人身伤亡和弱电设备的损坏率都显著降低；3)接地电流小，对附近通讯线路的干扰极小；4)电弧重燃的次数大为降低，从而使高幅值的过电压出现的概率减小。

3.2 消弧线圈的补偿原理

消弧线圈的作用有两个：一是大大减小故障点接地电流；二是减缓电弧熄灭瞬时故障点恢复电压的上升速度。

消弧线圈是1台带有间隙的分段铁芯的可调电感线圈。其伏安特性组对于无间隙铁芯线圈来说是不易饱和的，消弧线圈的铁芯和线圈均浸在绝缘油中，外形与单相变压器相似。

消弧线圈接地补偿装置的原理接线图：

3.3 消弧线圈的补偿方式

工程上用脱谐度V来描述调谐程度：当V=0时，称为全补偿；当V>0时，称为为欠补偿；当V<0时，称为为过补偿。 从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上，但是在电网正常运行时，将产生各种谐振过电压。如余热电厂6KV电网，当消弧线圈处于全补偿状态时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10～25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网的各种操作（如大电机的投入，断路器的非同期合闸等）都可能产生危险的过电压，所以电网正常运行时，或发生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。综上所述，当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。

3.4 消弧线圈容量的确定

消弧线圈容量应主要根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并应留一定裕度。

式中Q——消弧线圈的容量，kV·A;；Un——系统标称电压，kV；Ic——对地电容电流，A。对于改造工程，Ic应以实测值为依据；对于新建工程，则应根据配电网络的规划、设计资料进行计算。计算系数K——一般采用过补偿，K取1.35。

3.5 配电网的电容电流确定

主要有2种方法： 1)进行实际测量。利用中性点外加电容法、增量法等，可以比较有效地将电容电流测出来，且对系统没有任何影响。 2)根据配电网参数估算电容电流。主要包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、变压器以及母线和电气的电容电流。

3.6 单相接地电流的计算

1)架空线路的电容电流近似估算公式为：

无架空地线：Ic=2.7×Ue×L×10-3

有架空地线：Ic=3.3×Ue×L×10-3

同杆双回架空线电容电流：Ic2=（1.3～1.6）Ic （1.3-对应10KV线路,1.6-对应35KV线路, Ic-单回线路电容电流）式中L为线路的长度，km；Ic为线路的电容电流，A；Ue为额定电压，kV。

2)电缆线路的电容电流近似估算公式：

10kV电缆线路：Ic=(95+1.14S) Ue/ (2200+0.23S)

6kV电缆线路：Ic=(95+2.84S) Ue/ (2200+6S)

上式中，S为电缆截面，mm；Ic为线路的电容电流，A；Ue为额定电压，kV。

4 结束语

通过对电力系统中性点接地方式及危害的理论归纳，以及对电容电流的计算，确定在电力系统中如何选择消弧线圈容量，从而确保用电的可靠性。

[1]要焕年.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2000.