中性点不接地系统单相接地电容电流的工程计算方法

吴玉硕 杨志华 贺得王君 张兰平

（1.甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州 730050 2.白银供电公司，甘肃 白银 730900）

配电网中小电流接地系统单相接地的电容电流由电力线路（电缆线路、架空线路、电缆线路+架空线路）和电气设备（同步发电机、异步电动机、变压器、断路器等）两部分电容电流组成[1]。电力电缆的电容电流要比等长度、等截面下的架空线路的电容电流大得多，比电力设备的电容电流更大[2]，工程计算往往只计算电力线路的电容电流。近几年，余热发电、热电联产、小水电、小风电等项目大量接入6～35kV系统，配电网中存在大量的同步发电机；配电网中还有一些用户专线，接入大容量的同步电动机，引起系统中电容电流的变化，也应计算其电容电流，或统计其参数，按照经验值估算。本文将对小电流接地系统电网单线接地电容电流的工程计算方法进行介绍。

1 电容电流计算

1）6～35kV架空线路单相接地单位长度的电容电流为

6kV线路：Ic6=0.017A/km

10kV线路：Ic10=0.029A/km

35kV线路：无架空地线Ic35=0.10A/km，有架空地线Ic35=0.12A/km。

无架空地线近似计算公式：

有架空地线近似计算公式：

式中，U为电网线电压（kV）；L为架空线长度（km）。

说明几点：①水泥杆线路，铁塔（钢杆），增加10%；②2.7—系数，适用于无架空地线的线路，3.3—系数，适用于有架空地线的线路；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）；④根据实际测量积累经验：夏季比冬季电容电流增加10%左右[3]。

2）6～35kV架空线路单相电容电流经验数据见表1。

表1 架空线路电容电流（A/km）

3）电力电缆单相接地电容电流

电缆线路在同样的电压下，每公里电容电流是架空线的25～30倍（三芯统包），或50～58（单芯）[4]，6～35kV电力电缆线路电容电流每公里长度的单相接地电容电流近似按下列公式计算。

6kV电力电缆：

10kV电力电缆：

35kV电力电缆电容电流约为10kV的4倍[6]。以上公式适用于油浸纸绝缘的电力电缆，对目前广泛采用的交联聚乙烯电力电缆每公里对地电容电流比油浸纸绝缘的要大，依据厂家提供的参数和实际测试积累数据比较，增大约20%。Ue为额定线电压kV，S为电缆线芯截面mm2。为便于简化计算，将常用油浸纸绝缘电力电缆和交联聚乙烯电力电缆线路每公里长度电容电流列表见表2、表3。

表2 油浸纸绝缘电力电缆电容电流（A/km）

表3 交联聚乙烯电力电缆电容电流（A/km）

交联聚乙烯电力电缆电容电流值与绝缘层厚度、线芯类型、绝缘结构、有无铠装等因素有关，必须参照出厂参数。上表以常见电力电缆型号为例计算给出。接地电容电流的计算公式为：Ic=2πf×3C×Un×10-3（A/km）。其中C为电缆电容电流计算值，Un为相电压。

4）变电站电气设备引起电容电流增加值列表4。

表4 变电站电气设备引起电容电流增加值

5）随着配电网的快速发展，网络结构复杂化及新型材料的使用，需对传统的计算公式进行修正。①变电站6～35kV采用封闭母线、巨型母线、管型母线，且母线排列方式的改变均增加电容电流的值，一般可取15%～20%；②架空绝缘导线替代架空裸导线，架空绝缘线路与架空裸线路的电容电流是有差别的，大量测试数字表明：10kV每10km架空裸线：0.32A，10kV每10km架空绝缘线：0.62A；③在配电系统，10kV变电站、箱式变配变下低压侧（380V）均有大量电缆线路，其贡献的电容电流对系统总的电容电流有较大影响。查得金属保护的四芯电缆每相对地的电容电流列表5。所以，对10kV电力电缆计算公式进一步修正：

Ic10=Ue（195+1.44S）/（2200+0.23S）。

电容电流计算值（A）=α（1+ε）{∑[各标称截面的电缆长度（km）×Ic（对应截面电容电流值A/km）]+[各架空线路长度（km）×Ic（架空线路电容电流值（A/km）+[各架空绝缘线路长度×Ic（架空绝缘线路电容电流值（A/km）]}+变电站电气设备引起电容电流值（%）。其中α为配电网裕度系数，取1.1～1.5按具体情况选取，ε取1.15～1.20。

表5 四芯电缆每相对地的电容电流

2 实际测试对比验证分析

随着电网的改造建设，供电负荷迅速增加，配网网架结构在飞速的优化和延伸，同杆多回线路、地下电力电缆线路，环网柜和箱变的广泛使用。配网网架结构的变化和大量投入使用的电缆所带来对地容性电流的增大。当系统出现单相接地或间歇性接地时容易引起接地过电压和系统谐振等现象突显，对配电网设备运行造成极大地威胁。下面是甘肃电力公司白银供电公司所辖变电站（56座）2008年到2012年统计数字列表6。甘肃电力公司管理部门对此应引起高度重视，2013年在全公司所辖变电站开展电容电流实际测试工作，并根据电容电流的大小及系统情况及时采取措施。我们选择白银供电公司所辖110kV变电站变6～35kV母线进行实际测试，将测试结果与理论计算值计算值进行对比验证。

表6 故障次数统计

1）测试比较。首先选择出线电力电缆较多的110kV科技园变，该站10kV母线共有24回电缆出线，我们详细统计输电线路参数（电力电缆、架空线路型号、长度）。其中架空线路：19.5km，电力电缆 3×150mm2，0.7km，3×240mm2，8.5km，3×240mm2，4.7km，3×400mm2，13.5km，按照本文所给出的算法进行计算，计算结果为65.613A。为减小测量误差，我们采用直接法，即人工直接接地法，见表7。

理论计算结果与实际测量值比较，误差为1.8%。并对该公司所辖56座变电站6～35kV母线电容电流进行实际测试，部分变电站实际测试值与理论计算值列表8和9。

表7 科技园变10kV母线电容电流计算值与实测值比较

表8 6～10kV母线电容电流测试值与计算值比对表

表9 35kV母线电容电流测试值与计算值比对表

2）误差分析。根据理论计算值与实际测量值进行比较，存在一定的误差，最大误差为13%。主要原因有以下几点：①计算所采用的设备参数、长度等数据以设备台账为准，配电网结构的复杂，如变电站以环形网状或手拉手方式供电，电缆架空线路，架空线路错综复杂，存在一定的差错；用户使用电力电缆和架空线路的参数、长度难以准确统计；②随着城市建设的规划，线路走廊有限，配电网采用钢杆、同塔（杆）双回和多回输电，改变其电容电流值；③一些负荷大的用户，采用2根电缆并联方式或单芯大截面电缆，这方面理论计算和经验积累数据较少，有待积累；④变压器、同步发电机、同步电动机等设备对电容电流的影响，如变压器典型值每相4000pF；⑤配电网浪涌吸收电容电流，统计数据为每相按0.5～1.0μF计算；⑥变电站6～35kV采用封闭母线、巨型母线、管型母线等增加电容电流的影响值有待进一步积累验证；⑦架空绝缘导线、配电变压器、低压电力电缆对配电网的电容电流影响目前的计算公式仍存在一定的不足，需要大量的测试统计数据积累；⑧风力发电、光伏发电投入大量电力电缆，对配电网电容电流的影响。

3 结论

电容电流工程计算法是设计人员正确选择新建、扩建项目是否装设消弧线圈的理论依据。根据普测结果与理论计算比较，本文提到的工程算法虽然存在一定的误差，但误差均在允许范围内，值得推广应用。如果我们掌握的设备参数准确，计算值与实测值将会得到令人满意的效果。我们建议每隔3～5年采用变频法（电压互感器二次开口三角注入异频信号）或直接法对不接地系统电容电流进行一次普测，积累电网结构变化的数据，为理论计算提供更理想的经验数据，不断修正工程计算公式，为设计人员提供更有实用价值的工程计算公式。

[1]利润先.中低压电网系统接地使用技术[M].北京：中国电力出版社.

[2]梁晓红.防止中性点不接地系统铁磁谐振的措施[J].电工技术,2012(4).

[3]朱大萌.10～35kV电网单相接地电容电流自动跟踪补偿系统研究[J].电测与仪表,2004(4).

[4]陈戌生.电力工程电气设计手册》[M].北京:中国电力出版社,2006.

[5]钟新华.配电网电容电流估算公式的修正[J].现代电力,2004(21).

[6]拉克维·霍曼斯.配电网络规划与设计[M].北京:中国电力出版社,1999.