6～35kV中性点不接地系统电容电流的危害及其对策(1)

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。

在这个运行系统中，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参数不对称，因而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。

单相接地电容电流对电力系统安全运行危害较大，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；因此，电力系统运行管理部门对此应引起高度重视，做到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，如配置消弧线圈等。

1 单相接地电容电流及其危害：正常运行的电力网，在不考虑系统参数和相电压误差的情况下，三相对地电容及电容电流大小相等。

在系统未接地时，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；如果发生单相接地，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按照有关电力运行规程规定，6～35kV配电网当系统出现单相接地或间歇性接地时，为了提高对用户供电可靠性，规程允许系统继续运行或限制时间运行。

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。

由于是间歇性接地，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。

这种情况的存在，往往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，给电网、电力设备和用电客户造成重大损失。

1.2热电流效应及导致接地网电压升高6～35kV配电网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，由于存在接地电阻，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我国很多地区如安徽省北部，煤矿用户较多，保证煤矿安全供电对煤矿系统安全生产至关重要。

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。

2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；因此，要想准确、全面掌握实际数据，有必要对系统接地电容电流进行实测，而且还必须进行定期测试。

（1）因为近年来电力系统发展速度加快，用电客户大量增加，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。

（2）在某些地区特别是煤矿用户较多的地区，存在煤矿变电站对周围用户转供电的情况，供电部门掌握的用户线路长度往往小于实际线路长度，不利于管理部门采取技术改造措施。

（3）对于城市电网中的电缆线路，电力部门掌握的只是主干线路状况，对一些分支回路则无法准确掌握，用户分支电缆较多。

以安徽淮北供电公司南湖变电站10kV配电线路为例，通过估算该变电站10kV系统接地电容电流在30～33A 左右，但实测时达到了50A以上，为了确保数据尽可能的真实准确，我们请安徽省电力公司技术主管部门对该系统进行复测，数据仍然在50～54A范围内。

据此，我们对该变电站消弧线圈补偿计划进行了调整，增加了消弧线圈补偿容量。

（4）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，特别是人为单相金属接地的直接法测量比较准确。

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，如金属接地法,就是将被测系统的出线线路人为地进行单相金属接地，,然后通过电流互感器直接测量接地的电容电流，此时系统中若有另外一相出现接地，就有可能造成线路跳闸，对用户造成停电。

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。

测试时由于注入的是微弱的异频测试信号，因此不会对系统继电保护和TV本身产生任何影响，又不受50Hz工频信号的干扰。

2．3测试综合结果及分析我们曾经组织安徽淮北供电公司对6～35kV系统接地电容电流进行普测工作，采用上海思源电气公司的CI-2000测量系统，仪器电容电流测量量程为1～200A；满足现场要求，仪器测量信号输出端有短路保护、过电压保护，其本身故障不影响TV二次开口三角回路内的其它装置正常运行，当系统发生单相接地故障时，不影响TV正常运行，也不会损坏仪器。

为了使测试数据尽可能准确，对每个系统都进行了3次测试，以便对各次数据进行比对。

表1为部分变电站实测数据。

表1部分变电站系统电容电流测量数据（无）通过此次测试，我们掌握了淮北地区6～35kV系统接地电容电流情况，并积累了一定的工作经验。

（1）由于很难掌握各变电站6～35kV系统出线线路实际长度，测试前只能对各变电所6～35kV系统接地电容和电容电流进行范围估算，上述4个变电站估算的电容电流较大，测试结果也证实这4个变电站电容电流较大，其中2个变电站35kV 系统电容电流超标，需要安装消弧线圈来补偿电容电流；另2个变电站10kV系统电容电流也较大，考虑到该系统还有部分线路未运行，线路全部运行时系统电容电流可能还要增加，应对系统进行跟踪测试，缩短电容电流测试周期。

（2）由于很难掌握系统运行时影响电容电流大小有关参数的实际数据，导致估算出的系统电容电流基本上会比实测数据偏小。

测试时，我们已尽可能安排在最大运行方式下进行测量，即便如此，由于受系统线路投运数量及用户线路是否全部投运等因素影响并考虑到今后用户的增加，在配置消弧线圈设备时，也应适当选取量程较大的设备。

（3）在今后配网改造扩容及用户线路增加时，应根据电容电流测试结果，采取技术措施，同步考虑系统电容电流补偿问题。

2．4测试注意事项对电容电流进行测试和掌握实际参数，对6～35kV电力系统中性点运行方式和过电压防护工作具有重要参考价值。

为了使测试数据尽可能准确、全面地反映系统真实情况，测试时还应注意以下事项。

（1）测试前，测试人员应向有关部门了解和掌握被测系统线路导线长度、型号及布置等参数，并初步估算线路对地电容及电流大小。

（2）选择合适的仪器，仪器应便于操作，量程符合现场需要，测量误差要小，信号不受现场环境干扰。

测试时还应认真作好各项准备工作，做好测试表格，测试时尽可能测出系统运行方式变化情况下不同组的数据，对不同数据进行比对。

（3）对系统是否有无消弧线圈、有无消谐器、TV开口三角电压、系统接线方式等情况进行详细记录，便于对数据的分析。

此外也可以采用不同厂家仪器对同一系统进行测试，将数据进行比对，以便判断仪器是否准确可靠。

3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。

消弧线圈的嵌位作用，还可以有效地防止铁磁谐振过电压的产生。

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，用户线路的长度相对固定，系统运行方式变化也较小，电容电流变化不大，因此采用固定补偿系统工作方式，这种选择比较经济合理，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%。

采用过补偿方式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。

缺点主要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。

随着技术的进步和经济发展，这种系统已逐渐不再使用。

（3）近年来电力系统发展很快，电力负荷快速增加，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。

这类装置有两种，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。

电网发生单相接地故障后，控制系统将电阻短接掉，达到最佳补偿效果，该系统的消弧线圈不能带高压调整。