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(jiàn)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(diǎn)絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，電容電流過(guò)大，電弧不能自行熄滅，結(jié)果可能會(huì)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(jì)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(diǎn)接地方式

在我國(guó)，通常采用以下幾種方式接地：110kV及以上電壓等級(jí)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(jí)的電網(wǎng)采用消弧線圈接地方式；35kV電壓等級(jí)的電網(wǎng)采用不接地或消弧線圈接地方式；10kV、6kV電壓等級(jí)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(diǎn)直接接地時(shí)，此時(shí)若發(fā)生單相接地故障，因?yàn)榻拥囟搪冯娏骱艽?，因此稱之為大電流接地系統(tǒng)，如我國(guó)110kV及以上電壓等級(jí)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(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,此時(shí)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往很小，有時(shí)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(guó)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(hào) 。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(hào)。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(wú)接地信號(hào) 。系統(tǒng)諧振：相電壓相降低，兩相升高，超過(guò)線電壓；三相同時(shí)升高，超過(guò)線電壓；三相輪流升高，超過(guò)線電壓線；有時(shí)發(fā)系統(tǒng)接地信號(hào)。

2.3 小電流接地系統(tǒng)單相接地的危害

1)弧光接地過(guò)電壓的危害。當(dāng)電容電流一旦過(guò)大，接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅。當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓，這種過(guò)電壓可達(dá)相電壓的3～5倍或更高，它遍布于與故障點(diǎn)有直接電氣連接的整個(gè)電網(wǎng)中，并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)幾個(gè)小時(shí)，它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)，而且對(duì)整個(gè)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(diǎn)

1)供電可靠性高。由于接地電流很小，其電弧可以瞬時(shí)自行熄滅，對(duì)單相永久性接地故障，允許在一定時(shí)間內(nèi)帶故障運(yùn)行，避免了過(guò)多的跳閘現(xiàn)象；2)對(duì)人身及設(shè)備的安全性較好。由于單相接地時(shí)的故障點(diǎn)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(duì)附近通訊線路的干擾極小；4)電弧重燃的次數(shù)大為降低，從而使高幅值的過(guò)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(gè)：一是大大減小故障點(diǎn)接地電流；二是減緩電弧熄滅瞬時(shí)故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度。

消弧線圈是1臺(tái)帶有間隙的分段鐵芯的可調(diào)電感線圈。其伏安特性組對(duì)于無(wú)間隙鐵芯線圈來(lái)說(shuō)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(lái)描述調(diào)諧程度：當(dāng)V=0時(shí)，稱為全補(bǔ)償；當(dāng)V>0時(shí)，稱為為欠補(bǔ)償；當(dāng)V<0時(shí)，稱為為過(guò)補(bǔ)償。 從發(fā)揮消弧線圈的作用上來(lái)看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上，但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生各種諧振過(guò)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(shí)，電網(wǎng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下其中性點(diǎn)位移電壓是未補(bǔ)償電網(wǎng)的10～25倍，這就是通常所說(shuō)的串聯(lián)諧振過(guò)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(xiǎn)的過(guò)電壓，所以電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，或發(fā)生單相接地故障以外的其它故障時(shí)，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來(lái)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(shí)，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運(yùn)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(shí)電容電流的大小來(lái)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(duì)地電容電流，A。對(duì)于改造工程，Ic應(yīng)以實(shí)測(cè)值為依據(jù)；對(duì)于新建工程，則應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算系數(shù)K——一般采用過(guò)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(shí)際測(cè)量。利用中性點(diǎn)外加電容法、增量法等，可以比較有效地將電容電流測(cè)出來(lái)，且對(duì)系統(tǒng)沒(méi)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(jì)算

1)架空線路的電容電流近似估算公式為：

無(wú)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(duì)應(yīng)10KV線路,1.6-對(duì)應(yīng)35KV線路, Ic-單回線路電容電流）式中L為線路的長(zhǎng)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及危害的理論歸納，以及對(duì)電容電流的計(jì)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(guó)電力出版社,2000.