接地電容電流計算

2021-01-14 電力知識課堂

1　前言

眾所周知10kV中性點不接地系統(小電流接地系統)具有如下特點：當一相發生金屬性接地故障時，接地相對地電位為零，其它兩相對地電位比接地前升高√3倍，一般情況下，當發生單相金屬性接地故障時，流過故障點的短路電流僅為全部線路接地電容電流之和其值並不大，發出接地信號，值班人員可在2小時內選擇和排除接地故障，保證連續不間斷供電。


2　單相接地電容電流的危害

當電網發展到一定規模，10kV出線總長度增加，對地電容較大時，單相接地電流就不容忽視。當單相接地電流超出允許值，接地電弧不易熄滅，易產生較高弧光間歇接地過電壓，波及整個電網。單相接地電容電流過大的危害主要體現在五個方面：



1）弧光接地過電壓危害

當電容電流過大，接地點電弧不能自行熄滅，出現間歇性電弧接地時，產生弧光接地過電壓，這種過電壓可達相電壓的3-5倍或更高，它遍布於整個電網中，並且持續時間長，可達幾小時，它不僅擊穿電網中的絕緣薄弱環節，可使用電設備、電纜、變壓器等絕緣老化，縮短使用壽命，而且對整個電網絕緣都有很大的危害。


2）造成接地點熱破壞及接地網電壓升高

單相接地電容電流過大，使接地點熱效應增大，對電纜等設備造成熱破壞，該電流流入接地網後由於接地電阻的原因，使整個接地電網電壓升高，危害人身安全。


3）交流雜散電流危害

電容電流流入大地後，在大地中形成雜散電流，該電流可能產生火花，引燃可燃氣體、煤塵爆炸等，可能造成雷管先期放炮，並且腐蝕水管，氣管等金屬設施。


4）接地電弧還會直接引起火災,甚至直接引起可燃氣體、煤塵爆炸。


5）配電網對地電容電流增大後，架空線路尤其是雷雨季節，因單相接地引起的短路跳閘事故佔很大比例。


3單相接地電容電流的補償原則


我國的相關電力設計技術規程中規定，3～10kV的電力網單相接地故障電流大於30A時應裝設消弧線圈。消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障後，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減小，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效的減少產生弧光接地過電壓的機率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時也最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網的電壓等。消弧線圈應接於系統中性點上。變電站主變壓器10kV側採用的是三角形接線，10kV系統是沒有中性點的，解決的辦法是將消弧線圈接在星形接線的10kV站用接地變壓器中性點上。這樣，系統零序網絡等效於由對地電容和消弧線圈構成的LC串聯電路。


脫諧度決定了一是弧道中的殘餘電流；二是恢復電壓上升到最大值的時間；三是恢復電壓的上升速度，它是影響滅弧的主要因素。工程上用脫諧度V來描述調諧程度


V=（IC-IL）/IC

當V=0時，稱為全補償，當V>0時為欠補償,V<0時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處於全補償狀態，即調至諧振點上。但是在電網正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓。如10KV電網，當消弧線圈處於全補償時，電網正常穩態運行情況下其中性點位移電壓是未補償電網的10-25倍，這就是通常所說的串聯諧振過電壓。除此之外，電網中各種操作（如大電機投入，斷路器非同期合閘等）及電網發生其它故障時（如單相斷線，斷路器非全相合閘等）都可能產生危險的過電壓，所以在電網正常運行時，或發生單相接地之外的其他故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不是安全因素而是危害。綜上所述，當電網發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，最好是全補償。當電網正常運行時,希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。


4智能型自動補償裝置的組成及特點


近年來人工調諧的老式消弧線圈已逐步被智能型自動調諧式接地補償裝置取代。


（1）智能型自動補償裝置一般包括Z型接地變壓器、有載消弧線圈、阻尼電阻、中性點電壓互感器、電流互感器以及微機自動調諧系統。

（2）智能型自動補償裝置的特點：

a)　採用微機控制器，使裝置實現了智能化，不僅保障了裝置動作的快速性和準確性，而且實現了手動與自動控制獨立，自動控制部分如出現異常不會影響手動控制，手動控制也包括了檔位指示，手動升降及檔位到頭、單相接地閉鎖及升、降的互鎖，保證了裝置的可靠性和可控性。

b)　採用了多檔位抽頭，電動有載調壓消弧線圈，為裝置實現自動調諧創造條件。

c)　採用了特殊設計的高壓非線性電阻與消弧線圈並聯使用，對抑制鐵磁諧振過電壓，弧光過電壓，欠補償狀態下的斷線過電壓和傳遞過電壓等有明顯效果。

d)　運行方式靈活。由於採取了降低中性點諧振過電壓的措施，所以過補、欠補、全補方式都可以由用戶自由選擇。

e)　設有記憶和報警及信號通過接口遠送等功能，為實現變電所無人值班創造了條件。

5單相接地電容、接地變壓器及消弧線圈容量計算電網的電容電流，應包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路、發電機、變壓器以及母線和電器的電容電流，並應考慮5-10年的發展。

Ф—功率因素角

SJ—接地變容量，kVA

6結束語

（1）工程實際中應根據系統具體情況，選取適合的智能型自動補償裝置。首先，要根據系統電容電流大小來決定消弧線圈的補償範圍，即容量。如果消弧線圈在最大補償電流檔位運行，脫諧度仍大於5％，說明消弧線圈的容量已不能滿足要求。其次，要確定消弧線圈的調節步長，即分接頭數。從理論上講，最好是連續可調的消弧線圈。但由於技術方面的原因，使用帶分接頭的調匝式消弧線圈更為常見。

（2）兩臺接地變並列運行。通常一個變電站的兩臺接地變接在兩段母線上，裝置應對其並列和分列兩種情況予以考慮。並列運行時應同時調節兩臺消弧線圈，取得適當補償，並保證兩個中性點的一致性。

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