首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 某变电站单相接地故障电容电流研究及治理措施

某变电站单相接地故障电容电流研究及治理措施

2025-01-03 107 上传者：管理员

摘要：基于某变电站实际，简述了单相接地故障电容电流的危害，对电容电流进行了理论计算，系统分析了单相接故障电容电流各项治理措施，并给出了建议。

关键词：
10kV系统
单相接地故障
变电站设计
小电流接地方式
电容电流
加入收藏

某变电站位于川西高原，主要作为工程建设施工电源，同时承担着区域内农村及工厂供电，负荷分布较广，10 kV系统网络发达。根据变电站前期设计资料，该变电站单相接地故障电容电流计算值为8.15 A，小于标准规定值（10 A）。所以在变电站设计期间，未考虑设置限制单相接地故障电容电流的相关装置。然而，在该变电站建成投产后，因工程施工组织设计发生较大调整，导致施工负荷、供电区域、线路通道及架设方式等边界条件发生重大变化，变电站增加10 kV出线8回，10 kV系统网络变得十分复杂，其设计阶段计算的单相接地故障电容电流值也严重偏离实际。考虑该变电站位于川西高原林区，10 kV系统单相接地故障发生率较高，如不及时采取措施进行治理，将严重影响现场安全生产。

1、电容电流的危害

目前，国内10 kV系统电网通常采用不接地方式，也称小电流接地方式，即当线路出现单相接地故障时，不能构成短路回路，接地电流较小，变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地的三相交流系统中。同时，系统单相接地故障电容电流的大小直接决定电网系统接地方式。

当系统发生单相接地故障时，系统线电压及相位关系不变，而故障相电压降低，非故障相电压升高，伴有接地信号。此时系统可以继续运行，但故障点会有电容电流通过，其值是正常运行时对地电容电流的3倍。一是单相接地故障电容电流在系统容量过大时产生很大电流，极易造成电气火灾事故。二是系统产生的电容电流会流入大地，形成杂散电流超过30 mA等极具危害性的电流，对人身安全造成威胁。三是当单相接地故障电容电流大于10 A时，接地故障点将产生间断式电弧，使接地电容和电感形成的电路发生振荡现象，引发系统过压，导致线路及其附属设备绝缘击穿，引发电压互感器、避雷器等设备烧损，严重影响供电稳定性[1]。

2、电容电流的计算

全面收集整理10 kV系统的详细资料，才能准确计算出系统单相接地电容电流。以下将以此变电所为例，对10 kV系统的电容电流进行测算。截至目前，该站共设置10 kV出线20回，均采用架空线与电缆线结合的方式敷设，10 kV架空线路总长度约74.11 km,10 kV电缆线路总长度约59.70 km。

10 kV架空线路电容电流Ic1=(2.7～3.3)Ue×L1×103=2.10 A。

10 kV电缆线路电容电流Ic2=(95+1.44S）/（2 200+0.23S）×Ue×L2=87.25 A。

变电站10 kV电容电流Ic=(1+K)(Ic1+Ic2)=103.65 A。

(2.7～3.3）取值，含架空地线取3.3，不含架空地线取2.7;Ue为额定电压，取10.5 kV;L1为架空线路总长度；S为线缆芯的标称截面，取150 mm2;L2为电缆长度；K为变电站配电装置附加接地电容电流，取16%[2]。

根据上述计算，变电站10 kV系统单相接地故障电容电流为103.65 A，远远大于10 A，根据相关标准规范要求，需采取单相接地故障电容电流治理措施[3]。

3、电容电流的治理措施

根据上述分析可知，当10 kV系统出现单相接地故障时，故障点电流即为系统单相接地故障电容电流，应对其采取限制措施。通常采用系统过度补偿的方式，即消弧线圈产生比系统单相接地故障电容电流稍大的电感电流，这不仅限制了接地点故障点电流在10 A以内，而且使系统不产生过电压。而补偿量的确定，则应统筹考虑变电站整个10 kV系统，当补偿装置独立配置时，需按变电站单相接地故障总体电容电流来确定。当补偿装置分散配置时，需考虑各10 kV线路的电容电流进行合理统筹安排。

目前，10 kV系统单相接地故障电容电流的治理措施一般采用中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地装置接地与中性点经主动干预型消弧装置接地[4]。

3.1 各治理措施的特点

消弧线圈是针对单相接地故障电容电流增大，进而产生间断式电弧问题，利用消弧线圈的电感电流补偿故障点电容电流，通常运行在过补偿状态下（一般过补偿在10%以上），使故障点电容电流极大降低，转变为10 A以内的电感电流，起到了一定消弧作用。

随着10 kV系统电缆的增多，电容电流会增大，消弧线圈的作用受到限制。因此，可采用小电阻接地装置，当10 kV系统发生单相接地故障时，中性点位移电压加在小电阻上，其产生的电流叠加到故障线路，放大接地电流，超过一定限值时，启动故障线路零序保护，切除故障线路。

主动干预型消弧装置采用单相接地故障相自动经低励磁阻抗变压器接地保护方式。当发生单相接地故障时，装置将判别接地相别，控制单相接地断路器合闸，将接地相经阻抗变压器接地。当系统中性点位移电压达到故障启动电压时，装置能够快速的判断故障类型，准确判别故障相别，并控制相应相别的分相开关合闸。装置可以放大接地故障支路的零序电流信号，快速准确地选出故障线路。能在短时间内将故障相直接接地，熄灭接地电弧，限制弧光接地过电压并根据故障点的性质判定，并以不同的方式处理瞬时性接地故障和永久性接地故障。

3.2 技术经济比较

1）技术比较。因变电站后期大量采用电缆与架空线配合的架设方式，单相接地故障电容电流极大，消弧线圈不能很好地起到灭弧作用。根据相关标准规范要求，10 kV系统中除绝大多数电缆线路外还有少量架空线路且单相接地故障电容电流过大时，可采用中性点低电阻接地方式。因此，该变电站不应采用中性点经消弧线圈接地，可采用中性点经小电阻接地装置接地方式、中性点经主动干预型消弧装置接地方式两种。

从改造实施难度考虑，小电阻接地方式和主动干预型消弧装置接到10 kV母线上时，均要占用现有的10 kV备用馈线回路。小电阻接地成套装置和主动干预型消弧成套装置尺寸相当，所需要的布置空间相同，具体数据见表1。

表1 3种方式设备尺寸

2）结合该电站设备技术参数，经市场调研，中性点经小电阻接地方式经济性较好，中性点经主动干预型消弧装置接地方式经济性较差，具体数据表2。

表2 经济比较

3.3 建议

根据相关法规、标准及规范要求，对于燃弧和火灾等级要求高的场所，倾向于尽快切除故障线路，结合现场实际，该变电站10 kV系统重点关注森林防火、安全供电、技术可靠性等方面，确保不发生燃弧，消除火灾隐患。

根据技术可行性、改造实施难度、应用业绩及经济性等各方面考虑，根据侧重点不同，可择优选择不同的治理措施。当首要考虑经济性与技术成熟性时，可采用中性点经小电阻接地装置接地方式；当首要考虑现场安全生产与经济性时，可采用中性点经主动干预型消弧装置的接地方式；当首要考虑现场安全生产与技术先进性，可采用主动干预型消弧装置与消弧线圈结合的中性点接地方式，更好地发挥两者并列运行的技术优势，精准、高效消除单相接地故障危害。

4、结束语

经以上计算分析，现归纳如下：该变电站供电规模大，10 kV系统网络发达，承担着工程施工、农网及工厂用电。单相接地故障电容电流计算需全面收集变电站10 kV系统的详细资料，进行统筹考虑、精确计算。单相接地故障电容电流危害很大，必须采取措施将其限制在规定值以下。采用消弧线圈过补偿是限制单相接地故障电容电流的常见措施，补偿量的确定应统筹考虑、系统分析。单相接地故障电容电流较大时，消弧线圈装置不能有效消除间断性电弧与过电压。根据所在区域特点，统筹考虑现场安全生产、技术可行性、经济性等因素，合理选择单相接地故障电容电流整治措施，有效消除单相接地故障危害。

参考文献:

[1]崔志永.矿井井下电容电流的危害和治理[J].内蒙古煤炭经济,2015(12):1-2.

[2]陈根永.电力系统继电保护整定计算原理与算例[M].2版.北京:化学工业出版社,2019:31-35.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范:GB/T 50064—2014[S].北京:中国计划出版社,2014:3-6.

[4]张美华.电缆电容电流引起的单相接地故障分析与处理[J].科技信息,2012(33):465.

文章来源:徐青彪,刘海洋.某变电站单相接地故障电容电流研究及治理措施[J].人民黄河,2024,46(S2):134-135.