系統(tǒng)單相接地危害及消弧線圈的選擇

文／浙江西子聯(lián)合工程有限公司 王芳 ／

1 前言

接地故障是目前電力系統(tǒng)比較常見的故障之一，而在接地故障中以單相接地發(fā)生的概率最高。當(dāng)中性點絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，電容電流過大，電弧不能自行熄滅，結(jié)果可能會使健全相的絕緣損壞，引起兩相接地短路或相間短路，容易燒壞電氣設(shè)備和發(fā)生停電事故，影響供電可靠性。因此如何準(zhǔn)確計算接地電容電流從而進(jìn)行消弧線圈的選擇就成為當(dāng)務(wù)之急。

2 系統(tǒng)單相接地

2.1 系統(tǒng)中性點接地方式

在我國，通常采用以下幾種方式接地：110kV及以上電壓等級的高壓電網(wǎng)和380V/220V供電網(wǎng)采用直接接地方式；66kV電壓等級的電網(wǎng)采用消弧線圈接地方式；35kV電壓等級的電網(wǎng)采用不接地或消弧線圈接地方式；10kV、6kV電壓等級的電網(wǎng)采用不接地方式。但系統(tǒng)接地方式不是固定的，關(guān)鍵取決于電容電流的大小。3～10kV電網(wǎng)中，架空線路單相接地故障電流大于10A、電纜線路單相接地故障電流大于30A；35kV以上電網(wǎng)單相接地故障電流大于10A，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。

按接地電流可分為大電流接地方式和小電流接地方式。大電流接地方式：在以三相交流輸電為主的交流電路中，當(dāng)三相交流電經(jīng)變壓器中性點直接接地時，此時若發(fā)生單相接地故障，因為接地短路電流很大，因此稱之為大電流接地系統(tǒng)，如我國110kV及以上電壓等級的電網(wǎng)均采用大電流接地系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)小于或等于0.5Ω。小電流接地方式：在以三相交流輸電為主的交流電路中，變壓器中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地,此時當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往很小，有時甚至比負(fù)荷電流還小，因此這種系統(tǒng)被稱之為小電流接地系統(tǒng)，如我國6.6～35kV的電網(wǎng)均為小電流接地系統(tǒng)。

2.2 單相接地故障與其他故障的區(qū)別

單相接地：接地相電壓降低在0與相電壓之間，非故障相電壓升高在相電壓與線電壓之間；線電壓不變；有接地信號 。PT高壓熔斷器熔斷相：熔斷相電壓降低，但不為零，未熔斷相電壓不升高；與熔斷相相關(guān)的線電壓降低；有接地信號。PT低壓熔斷器熔斷相：熔斷相電壓降低，但不為零，未熔斷相電壓不升高；與熔斷相相關(guān)的線電壓降低；無接地信號 。系統(tǒng)諧振：相電壓相降低，兩相升高，超過線電壓；三相同時升高，超過線電壓；三相輪流升高，超過線電壓線；有時發(fā)系統(tǒng)接地信號。

2.3 小電流接地系統(tǒng)單相接地的危害

1)弧光接地過電壓的危害。當(dāng)電容電流一旦過大，接地點電弧不能自行熄滅。當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時，產(chǎn)生弧光接地過電壓，這種過電壓可達(dá)相電壓的3～5倍或更高，它遍布于與故障點有直接電氣連接的整個電網(wǎng)中，并且持續(xù)時間長，可達(dá)幾個小時，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對整個電網(wǎng)絕緣都有很大的危害。2)接地電流引起爆炸。雜散電流可能產(chǎn)生火花，引燃瓦斯爆炸。

3 經(jīng)消弧線圈的選擇

3.1 經(jīng)消弧線圈的接地方式的優(yōu)點

1)供電可靠性高。由于接地電流很小，其電弧可以瞬時自行熄滅，對單相永久性接地故障，允許在一定時間內(nèi)帶故障運行，避免了過多的跳閘現(xiàn)象；2)對人身及設(shè)備的安全性較好。由于單相接地時的故障點電流很小，跨步電壓和接觸電壓都比較低，使人身傷亡和弱電設(shè)備的損壞率都顯著降低；3)接地電流小，對附近通訊線路的干擾極??；4)電弧重燃的次數(shù)大為降低，從而使高幅值的過電壓出現(xiàn)的概率減小。

3.2 消弧線圈的補(bǔ)償原理

消弧線圈的作用有兩個：一是大大減小故障點接地電流；二是減緩電弧熄滅瞬時故障點恢復(fù)電壓的上升速度。

消弧線圈是1臺帶有間隙的分段鐵芯的可調(diào)電感線圈。其伏安特性組對于無間隙鐵芯線圈來說是不易飽和的，消弧線圈的鐵芯和線圈均浸在絕緣油中，外形與單相變壓器相似。

消弧線圈接地補(bǔ)償裝置的原理接線圖：

3.3 消弧線圈的補(bǔ)償方式

工程上用脫諧度V來描述調(diào)諧程度：當(dāng)V=0時，稱為全補(bǔ)償；當(dāng)V>0時，稱為為欠補(bǔ)償；當(dāng)V<0時，稱為為過補(bǔ)償。 從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點上，但是在電網(wǎng)正常運行時，將產(chǎn)生各種諧振過電壓。如余熱電廠6KV電網(wǎng)，當(dāng)消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)時，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運行情況下其中性點位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的10～25倍，這就是通常所說的串聯(lián)諧振過電壓。除此之外，電網(wǎng)的各種操作（如大電機(jī)的投入，斷路器的非同期合閘等）都可能產(chǎn)生危險的過電壓，所以電網(wǎng)正常運行時，或發(fā)生單相接地故障以外的其它故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)未發(fā)生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。

3.4 消弧線圈容量的確定

消弧線圈容量應(yīng)主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應(yīng)留一定裕度。

式中Q——消弧線圈的容量，kV·A;；Un——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；Ic——對地電容電流，A。對于改造工程，Ic應(yīng)以實測值為依據(jù)；對于新建工程，則應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計資料進(jìn)行計算。計算系數(shù)K——一般采用過補(bǔ)償，K取1.35。

3.5 配電網(wǎng)的電容電流確定

主要有2種方法： 1)進(jìn)行實際測量。利用中性點外加電容法、增量法等，可以比較有效地將電容電流測出來，且對系統(tǒng)沒有任何影響。 2)根據(jù)配電網(wǎng)參數(shù)估算電容電流。主要包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、變壓器以及母線和電氣的電容電流。

3.6 單相接地電流的計算

1)架空線路的電容電流近似估算公式為：

無架空地線：Ic=2.7×Ue×L×10-3

有架空地線：Ic=3.3×Ue×L×10-3

同桿雙回架空線電容電流：Ic2=（1.3～1.6）Ic （1.3-對應(yīng)10KV線路,1.6-對應(yīng)35KV線路, Ic-單回線路電容電流）式中L為線路的長度，km；Ic為線路的電容電流，A；Ue為額定電壓，kV。

2)電纜線路的電容電流近似估算公式：

10kV電纜線路：Ic=(95+1.14S) Ue/ (2200+0.23S)

6kV電纜線路：Ic=(95+2.84S) Ue/ (2200+6S)

上式中，S為電纜截面，mm；Ic為線路的電容電流，A；Ue為額定電壓，kV。

4 結(jié)束語

通過對電力系統(tǒng)中性點接地方式及危害的理論歸納，以及對電容電流的計算，確定在電力系統(tǒng)中如何選擇消弧線圈容量，從而確保用電的可靠性。

[1]要煥年.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京:中國電力出版社,2000.