变电所设计中接地变、消弧线圈及自动补偿装置的原理和选择

    1、问题提出

    随着城市建设发展的需要和供电负荷的增加，许多地方正在城区建设110/10kV终端变电所，一次侧采用电压110kV进线，随着城网改造中杆线下地，城区10kV出线绝大多数为架空电缆出线，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，根据国家原电力工业部《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，3—66KV系统的单相接地故障电容电流超过10A时，应采用消弧线圈接地方式。一般的110/10kV变电所，其变压器低压侧为△接线，系统低压侧无中性点引出，因此，在变电所设计中要考虑10kV接地变、消弧线圈和自动补偿装置的设置。

    2、10kV中性点不接地系统的特点

    选择电网中性点接地方式是一个要考虑许多因素的问题，它与电压等级、单相接地短路电流数值、过电压水平、保护配置等有关。并直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全运行以及对通信线路的干扰。10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高√3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障，保证连续不间断供电。

    3、系统对地电容电流超标的危害

    实践表明中性点不接地系统(小电流接地系统)也存在许多问题，随着电缆出线增多，10kV配电网络中单相接地电容电流将急剧增加，当系统电容电流大于10A后，将带来一系列危害，具体表现如下：

    （1）当发生间歇弧光接地时，可能引起高达3.5倍相电压(见参考文献1)的弧光过电压，引起多处绝缘薄弱的地方放电击穿和设备瞬间损坏，使小电流供电系统的可靠性这一优点大受影响。

    （2）配电网的铁磁谐振过电压现象比较普遍，时常发生电压互感器烧毁事故和熔断器的频繁熔断，严重威胁着配电网的安全可靠性。

    （3）当有人误触带电部位时，由于受到大电流的烧灼，加重了对触电人员的伤害，甚至伤亡。

    （4）当配电网发生单相接地时，电弧不能自灭，很可能破坏周围的绝缘，发展成相间短路，造成停电或损坏设备的事故；因小动物造成单相接地而引起相间故障致使停电的事故也时有发生。

    （5）配电网对地电容电流增大后，对架空线路来说，树线矛盾比较突出，尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

    4、单相接地电容电流的计算

    4.1 空载电缆电容电流的计算方法有以下两种：

    （1）根据单相对地电容，计算电容电流(见参考文献2)：

                  (4-1)

    式中：U_P ━ 电网线电压(kV)
          C ━ 单相对地电容(F)

    一般电缆单位电容为200-400 pF/m左右（可查电缆厂家样本）。

    （2） 根据经验公式，计算电容电流(见参考文献3)：

    I_c=0.1×U_P ×L                         (4-2)

    式中：U_P━电网线电压(kV)
          L ━电缆长度(km)

    4.2 架空线电容电流的计算有以下两种：

    （1）根据单相对地电容，计算电容电流(见参考文献2)：

    式中：U_P━电网线电压(kV)
          C ━单相对地电容(F)

    一般架空线单位电容为5-6 pF/m。

    （2）根据经验公式，计算电容电流(见参考文献3)：

    I_c= (2.7~3.3)×U_P×L×10^-3            (4-4)

    式中：U_P━电网线电压(kV)
          L ━架空线长度(km)
          2.7━系数，适用于无架空地线的线路
          3.3━系数，适用于有架空地线的线路

    同杆双回架空线电容电流(见参考文献3) ：I_c2=（1.3~1.6）I_c（1.3-对应10KV线路,1.6-对应35KV线路,  I_c-单回线路电容电流）

    4.3 变电所增加电容电流的计算(见参考文献3)

表1

    通过4-2和4-4比较得出电缆线路的接地电容电流是同等长度架空线路的37倍左右，所以在城区变电站中，由于电缆线路的日益增多，配电系统的单相接地电容电流值是相当可观的，又由于接地电流和正常时的相电压相差90°，在接地电流过零时加在弧隙两端的电压为最大值，造成故障点的电弧不易熄灭，常常形成熄灭和重燃交替的间隙性和稳定性电弧，间隙性弧光接地能导致危险的过电压，而稳定性弧光接地会发展成相间短路，危及电网的安全运行。