6～35kV中性点不接地系统电容电流的危害及其对策

摘要

为了提高供电可靠性，我国6～35kV电力系统一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。在电力系统中当系统出现单相接地或间歇性电弧接地时，就会导致系统三相对地不对称接地点将流入电容电流，而且随着系统规模的扩大，电力线路的增加以及电缆线路的大量投运，系统对地电容电流也会变得越来越大。因此，电力系统运行需定期对电容电流进行测试，并根据电容电流的大小及系统情况及时采取措施。

一、单相接地电容电流及其危害

正常运行的电力网，通常三相对地电容及电容电流大小相等，未接地时，三相对地电容电流数值相等，相位相差120°，其矢量和为零，中性点无电流流入；若发生单相接地，则中性点电位升为相电压，其它两相电压将在振荡过程后上升为线电压，流过接地点电容电流为其它两相相电压在其对地电容上产生的电流矢量和，在不稳定单相接地过程中，将对电网造成间隙性电弧接地过电压等严重危害，主要体现在以下几方面：

1.1系统间歇性接地时弧光接地过电压

系统出现间歇性接地时三相线路对地电容不对称，接地点流入电容电流，在接地变化过程中不断产生拉弧现象，如果流过接地点的电容电流较大，电弧强度也随之增大，接地点电弧有可能无法自行熄灭，伴随产生的弧光接地过电压可达相电压的3～5倍或更高，有时持续时间很长，严重威胁系统安全运行，会造成电网绝缘薄弱环节被击穿，甚至发展成相间短路，电弧接地过电压还可能引起电缆、避雷器等电力设备爆炸、变电站断路器柜烧毁等情况发生。

1.2热电流效应及导致接地网电压升高

系统发生单相接地故障时，由于允许系统继续运行或限制运行时间，接地点电容电流将持续存在，电流较大电流维持时间越长，接地点的热效应作用就会越突出。尤其在城市配电网中，大量采用电缆供电，电缆受散热条件限制，接地点热效应对其热破坏及老化作用十分明显。此外存在接地电阻，流入接地点的电流使整个接地网的电压抬高，这不仅对电力设备而且对人身安全构成一定威胁。

1.3地网中杂散电流的危害

在煤矿供电系统中若出现单相接地故障时，通过接地点流入的电容电流，在大地中形成杂散电流；产生的细小火花有可能引燃瓦斯、煤尘等易燃物，间歇性接地过电压形成的接地电弧同样也会引起瓦斯煤尘爆炸，其后果不堪设想。

1.4铁磁谐振过电压

配电网出现单相接地故障时，相对地电压升高，可能造成系统中电压互感器（以下称TV）的铁心出现饱和情况，致使阻抗变小，系统电感发生变化。当系统中TV的参数和系统对地电容出现匹配时，就有可能引起系统铁磁谐振过电压，烧损TV等电力设备，使系统不能安全运行。

二、电容电流测试的基本方法

2．1测试的必要性

接地电容电流对系统安全运行的危害是客观存在的、也是不容忽视的。因此，电网运行管理人员需要掌握系统对地电容电流的大小和它的特性，并根据系统运行方式，及时采取相关措施，让这种危害降低到最低程度。通常我们可以通过对供电线路的型号、长度等进行统计，估算出对地电容和电容电流的大小。但是，由于受系统运行方式、线路实际长度、线路布置以及下述多种因素的影响，估算结果往往与实际数据相差较大；

因为近年来电力系统发展速度加快，供电线路数量和长度增长很快，线路对地电容随之增加，因此对配电网电容电流应进行定期测试。

配电网的对地电容和TV的参数匹配时会产生TV铁磁谐振过电压，为了验证该配电系统是否会发生TV谐振及发生什么性质的谐振，也必须准确测量配电网的对地电容值，以便选择合适的设备。

2.2测试基本方法

电容电流测量的方法有多种，如较早时期的人为单相金属接地的直接法、中性点外加电容法等间接方法，这些方法都有共同特点，就是要接触到一次设备，对电力设备和人身安全、系统安全运行等都有一定的威胁。

随着测量技术和电子技术的发展，新的测量技术和测量仪器应运而生，现在常用的是异频注入法，即在系统的TV二次线圈开口三角处注入低电压的变频测量信号，采用高性能A/D采样回路和数字信号处理器，对注入的测量信号进行计算分析，从而得出被测结果。考虑到测量的安全性，采用低电压异频注入，并考虑到系统安全性，注入的测量信号有效值<1V。另外，测量工作是在高压设备不停电情况下进行的，测试时是从TV的二次侧测量系统的电容电流，工作人员不需要接触高压设备，工作时不存在对系统和人身的安全威胁，测试时间较短，工作安全性和工作效率大大提高。

三、采取的对策

3.1消弧线圈作用

根据相关电力运行规程要求，不接地系统电容电流达到10A（35kV）、及30A（10kV），系统中性点必须安装消弧线圈。当系统出现单相接地后，接地点流过电容电流，中性点出现电压位移，安装在中性点的消弧线圈便提供一电感电流，使接地点电容电流补偿到较小的数值，防止接地弧光短路，同时减低弧隙电压恢复速度，提高弧隙绝缘强度，防止电弧重燃，造成间歇性接地过电压。

3.2消弧线圈的配置

（1）消弧线圈的配置应综合考虑系统运行方式和未来负荷增加情况、系统电容电流的估算大小及电容电流实测大小等多种因素。目前，系统内常用的主要有人工调匝式固定补偿消弧线圈和自动调谐补偿的消弧线圈装置。

（2）早期电力系统发展较慢，系统运行方式变化较小，电容电流变化不大，采用固定补偿系统工作方式，比较经济合理，也满足系统安全运行要求。这类消弧线圈采用过补偿方式，其过补程度的大小取决于电网正常稳态运行时不使中性点位移电压超过相电压的15%，是为了避免在切除线路时因电容电流减少造成全补偿或接近全补偿的情况。缺点是当电网因线路跳闸或运行方式变化时系统参数改变，脱谐度无法控制，中性点电压过高，三相电压不平衡，偏差较大。

（3）近年来负荷增加迅速，线路变化较大，对消弧线圈的技术要求更高产生了新的跟踪电网电容电流自动调谐的装置。这类有两种，一种是随动式补偿系统，即自动跟踪电网电容电流的变化，控制系统通过调整消弧线圈档位及时调节补偿容量，使消弧线圈运行在谐振点上，为了限制过电压幅值，使其符合要求，消弧线圈中串一阻尼电阻，增加电网阻尼率。还有是动态补偿系统即通过自动控制系统，当电网正常运行时，消弧线圈远离谐振点，避免各种谐振过电压；当电网发生单相接地后，瞬间调整消弧线圈到最佳状态，使接地电弧自动熄灭；

（4）为防止系统谐振过电压，还可以采取其它配套措施，如在母线TV开口三角处安装二次消谐器；在同一系统中减少TV高压侧中性点接地数量，特别是电力监察部门应加强对用户变电站中TV高压侧中性点接地情况的检查，明确要求用户变电站TV中性点不应接地。

四 结束语

6～35kV电力系统随着规模扩大，电缆设备投入运行增多，并且由于接地方式的特殊性，其单相接地电容电流越来越大，对系统安全运行的危害也不断增加。因此，运行管理部门应定期对系统电容电流进行测试，掌握系统实际状况，并采取相应对策，确保该系统安全运行。

参考文献：

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