小电流接地系统电容电流超标的治理

摘 要：在中性点不接地系统中，输电线路与大地之间存在着电容电流，而输电线路对地的电压以及电容影响电容电流的大小。随着供电系统的规模不断扩大，线路对地电容电流也将增加，特别是电缆线路增加对于线路对地电容电流的增大影响较大。如果线路对地电容电流超出国家相关规范值较多，且没有采取有效的控制措施，一旦线路出现单相接地故障，受对地电容电流的影响，则电弧不易熄灭，容易产生弧光接地过电压，可能危及整个供电系统的安全运行。现以胜利110 kV变电站为例，对于35 kV供电系统对地电容电流超标的危害及采取的治理措施进行探讨研究，可为其他变电站解决此类问题提供参考。

关键词：胜利110 kV变电站;电容电流;超标;治理措施

1    电力系统中性点不接地运行情况分析

电力系统中性点运行方式有多种，例如中性点不接地、经电抗接地、经电阻接地、经消弧线圈接地或直接接地等[1]。我国电力系统中，目前采用中性点不接地和经消弧线圈接地的方式较为常见，本文重点对中性点不接地系统运行情况进行分析。

中性点不接地系统正常运行时，各相对地的电压是对称的，各相线路对地电容相等，如图1（a）所示，故各相对地电容电流也相等。各相电流等于负荷电流及对地电容电流之和，相量关系如图1（b）和图1（c）所示。以A相为例，有：

iA=ifhA+iCA

式中：iA为A相电流;ifhA为A相负荷电流;iCA为A相对地电容电流。

各相对地电容电流的数值相等，相位相差120°，它们的相量和等于零，如图1（b）所示，地中没有电容电流通过，中性点对地电位与地电位一致，此时中性点是否接地对各相对地电压没有任何影响。

当中性点不接地系统的任意一相发生接地时[2]，接地相的对地电压为零，如图2（a）所示，三相对地电流基本不变，但此时中性点电位不再是零了，未接地相的对地电压将升高到线电压，各相间的电压大小和相位没有变化，如图2（b）所示，电压的对称性没有变化，这样三相系统发生单相接地后可以继续运行一段时间，但最长不得超过2 h。同时也可得知单相接地时，通过接地点的电容电流相比于未接地时增大了两倍，并且极有可能在接地点引起弧光接地，周期性地熄灭和重新发生电弧。弧光接地的持续间歇性可能会引起线路的谐振现象，产生过电压，使故障进一步扩大，造成电气设备损坏或线路发生相间短路故障。

2    胜利110 kV变电站35 kV系统故障分析

2021年5月，胜利110 kV变电站2回35 kV线路同时故障跳闸，经检查发现一回35 kV线路B相避雷器击穿，另一回线路全线检查未发现故障点，如表1所示。

从综保装置跳闸类型及跳闸时间可以看出，2回线路同时跳闸，故障类型为速断动作。从故障数据来看，胜利110 kV变电站35 kV系统中性点不接地，线路单相接地故障电流的大小不足以引起保护装置速断动作。所以初步推断导致2回线路同时跳闸的原因为351线路的A相和354线路的B相发生接地短路，从而引起2回线路保护装置同时动作，具体故障过程如下：

1#故障线路A相存在缺陷，在运行过程中发生了A相对地放电，引发弧光接地，弧光接地的持续间歇性电弧引发系统谐振产生过电压，2#故障线路B相避雷器因无法长时间承受过电压而对地击穿，35 kV系统形成1#线路A相、2#线路B相接地短路，导致1#线路、2#线路速断保护动作，2回线路同时跳闸。电缆线路对地电容电流经验计算公式为：

Ic=[（95+1.44S）/（2 200+0.23S）]UnL            （1）

式中：Ic为线路对地电容电流（A）;S为电缆导线截面积（mm2）;Un为额定线电压（kV）;L为线路长度（km）。

电缆导线截面积为185 mm2，电压等级为35 kV，电缆长度为10.2 km。根据公式（1），可知该电缆对地电容电流为：

Ic=[（95+1.44×185）/（2 200+0.23×185）]×35×10.2

=（361.4/2 242.55）×357≈57.53 A

由经验公式（1）初步估算得出，在忽略该线路架空线路对地电容电流的前提下，仅10.2 km地埋电缆对地电容电流就高达57.53 A，是相关规范规定的10 A的5倍多。这只是计算了胜利110 kV变电站其中一回包含地埋电缆的线路，如果将其他2回35 kV架空线路对地电容电流也计算在内，35 kV系统对地电容电流将达到60 A左右。从上述估算数据可以得出，胜利110 kV变电站35 kV系统对地电容电流超标严重。其线路故障时产生的避雷器对地击穿，2回线路同时速断跳闸的故障现象完全符合系统间歇性接地时产生弧光接地过电压的故障现象。

3    35 kV系统对地电容电流超标整改措施

根据上述分析结果及胜利110 kV变电站的实际情况，35 kV系统需采用中性点谐振接地方式，即消弧线圈接地方式，实现对系统对地电容电流的补偿，也可以在Ⅰ段母线上增加消弧线圈。方案如图3和图4所示。

除增加消弧线圈外，为方便变电站运行人员及时发现35 kV线路接地故障，需在35 kV侧增加小电流接地报警裝置，实现接地报警。但现有35 kV系统各出线处均为硬母线，无零序互感器，且母线排增加零序互感器较为困难，不具备增加小电流选线装置的条件。鉴于目前35 kV系统仅有3回出线，系统结构简单，故在3回35 kV馈线出口处增加架空线路暂态录波故障指示器，将信号上传至变电站主控室，并配置监控后台，通过此方式实现故障线路报警功能，增加运行人员判断35 kV线路接地故障的技术手段，为线路接地后运行人员采取合理、科学的故障控制措施提供可靠的技术保障。

4    结语

综上所述，在电力系统中性点不接地运行方式下，系统对地电容电流的大小对系统稳定运行的影响是固有的。如果系统对地电容电流超标严重，还不采取有效的补偿和故障报警措施，将出现系统谐振烧损PT、线路接地烧损供用电设备等情况。因此，在供电线路参数发生较大变化时，特别是有电缆供电线路接入时，要从系统的全局考虑参数的变化给系统带来的影响以及采取何种措施来消除影响。

[参考文献]

[1] 庞元俊，叶予光.电力系统中性点接地方式运行分析[J].煤炭工程，2003（11）：13-14.

[2] 殷翔.小接地电流系统中电容电流测量的研究[J].大科技·科技天地，2011（8）：336-337.

收稿日期：2021-07-06

作者简介：邢拴龙（1984—），男，内蒙古包头人，工程师，研究方向：供配电系统。