中性点不接地系统电容电流分析与研究
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国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司变电检修室的研究人员王晓康、王亚芳等，在2018年第6期《电气技术》杂志上撰文，通过测量宁夏吴忠10～35kV电网电容电流，得到该电压等级电网存在电容电流超标现象，分析电容电流超标后对电网存在的安全隐患，并对电容电流超标这一普遍现象进行原因分析。同时，针对电容电流超标提出切实可行的解决措施，保证电网电气设备良好运行状态，从而确保电网安全可靠运行。
由于电缆在输配电供电系统中，具有传输容量大，稳定性好，因此在中性点不接地系统（10～35kV）的普遍采用。但电力电缆输电线路一般具有较大的电容量，根据经验值10kV电缆输电线路，一般每公里电容量为1.5～2.0A。在中性点不接地系统中，过大（100A以上）的电容电流值对系统可靠性和稳定性都是潜在的威胁[1]。
10kV及35kV电网通常采用中性点不接地的运行方式。中性点不接地电网发生单相接地时，当单相接地电流超过限值时，极易发生弧光接地过电压而引发设备事故[2]。因此，如何根据系统电容电流值得大小，选择适当容量的消弧消协系统显得尤为重要。
随着电网的不断发展，有些变电所出线发生较大变化，电容电流也相应发生变化，对此按照技术监督和运维管理要求，对变电所进行电容电流测试。现有的电容电流测试方法一般分为一次测量法和二次测量法。一次测量法一般选取电容器间隔进行测试，二次测量法一般选取电压互感器检测测试[3]。同时电容电流测量过程中需要注意以下方面：
1）如果使用一次法进行测量，就需要在电容器间隔进行。同时电容器间隔的隔离开关除正常的三相外，还必须包含中性点，一次测量应在中性点进行。
2）为了保证测试数据的准确性，必须退出系统中包括用户侧的消弧装置。
3）电压互感器一次尾端与大地串接有热敏或者压敏型消协器，不管用一次法还是二次法进行测量，试验前都必须对其短接，测试完成后，拆除短接线。
4）如果采用二次法进行测量，测试前就应测量开口三角电压值，如果小于5V，就直接进行后面的测量；如果大于5V，系统中就可能存在着单相接地或者其他故障，必须等故障消除后方可进行[4]。
5）如果电压互感器为三相五柱式结构，就直接在辅助绕组进行二次进行测试。
6）当进行二次法测量电容电流时，防止电压互感器保护、计量二次绕组短接。
二次法测试接线图如图1所示。
图1 二次法测试接线图
1 中性点不接地概述
在10～35kV系统中，鉴于所接负荷的特殊性，在该系统中发生单相接地，非故障不会立即跳闸，还会稳定运行一段时间（一般为2h），这种特有电接线方式，既满足了系统的稳定性，同时又不会影响用户的可靠性。
1）在年度电网运行方式核算中，如果个别变电站的不接地系统单相接地短路电流相比较其他变电站超过50%，就可以考虑在母线电压互感器的一次尾端加装小电阻。
2）单相故障接地电流大于等于30A以上的变电站，根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620—1997中规定，加装消弧和接地变压器，以此来抵消、抑制电容电流的大小。
中性点不接地系统主要运用在10～35kV电力系统中，这种特有的接线方式具有很强的稳定性，因为在系统发生单相接地时，依然能够稳定运行一段时间，这对于有点负荷用户来说至关重要。同时中性点不接地方式还具有以下特点[6]：
1）中性点不接地系统普遍被应用在低压配电网中，这种低电压等级电网极容易发生单相接地故障，以及产生断线后产生的弧光过电压。中性点不接地系统中，单相接地后，非故障相电压会升高，但不会出现线路跳闸，同时如果系统电容电流数值小于10A，弧光就会自动熄灭。
2）系统的稳定性相比于其他接线方式更具有自身的优点，不容易受到破坏，能够在故障状态下稳定运行，给故障查找和故障抢修争取了时间。
3）故障后对周围环境破坏、干扰小。
4）前期建设费用低、经济实惠。
另外，中性点不接地系统也有它自身的缺点和不足：
1）系统发生单相接地故障后，故障相电压降低为零，非故障相的电压从原理的相电压升高为线电压，数值增大1.7倍之多，如果此时其他设备绝缘存在缺陷隐患，容易将故障范围扩大。
2）中性点不接地系统电容电流超过10A以后，线路出现单相接地后，极易产生长间隙弧光，并且这种弧光产生的过电压是正常运行电压的4～5倍，不容易自动熄灭。弧光过电压持续时间越长，对系统设备的伤害就越大。严重时会造成系统内其他绝缘相对薄弱的地方出现多点接地或者由单相故障发展成为相间故障。最终对这个系统造成不可逆转的损坏[7]。
3）为避免电压互感器间隔的熔断器出现单相或者多相烧毁，可在电压互感器高压尾端加装谐振电阻，但谐振电阻在过电压运行时，极易损坏，最后造成电压互感器的铁心饱和而导致烧损。
2 测试结果
为确保吴忠电网一次电气设备安全稳定运行，按照通过对吴忠电网所管辖的变电站进行电容电流普测，对测试结果参照标准《中性点不接地系统电容电流测试规程》进行比对，发现有以下变电站存在电容电流超标，见表1。
表1 电容电流超标变电站统计表
通过表1吴忠电网中性点不接地系统电容电流超标站统计表得知，吴忠电网中性点不接地系统中，电容电流超标站有20座，其中重点超标表现在以下变电站。
1）吴忠、红星、西郊、北郊、金积以上五座变电站10kV系统电容电流超过标准要求的30A达3倍以上，需要重点关注。
2）金银滩、余桥、两座变电站35kV系统电容电流超过标准要求的10A以上达近10倍以上，线驼石变电站超标最为严重。
3）近年来，随着能源结构的改变，风能、太阳能等新能源在电力系统能源所占比例逐年升高。线驼石变电站的35kV系统主要为进线负荷，主要为风能变电站。在进行系统电容电流测试时，按照常规测试所得的是非真实数据，因为对策变电站的消弧线圈存在接地点，使测量回路出现两处接地点（图2（a））使的回路容抗减小，从而使测得数据偏大，这与传统的测量回路（图2（b））不同。
图2 电容电流测量接线图
图2中，u为系统不平衡电压；i为测量装置输入系统电容电流；c为系统对地电容；L为负荷侧消弧线圈接地变。由于用户侧消弧线圈的接入，使不接地系统中增加了感抗，导致系统阻抗由原来的XC变化为XCXL，系统阻抗的减小，在电压一定的前提前，必然引起系统电容电流的增大。
因此，在负荷侧接有消弧线圈的变电站，进行不接地系统电容电流测试时，要想得到准确的试验数据，一方面按照技术条件和标准要求，在规定试验环境下进行；另一方面，应在测试前与调度控制中心联系，申请短时退出对侧消弧线圈，从而测出不接地系统电容电流的真实值[8]。
3 分析影响
根据电力行标《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620—1997中3.1.2中规定3～10kV系统电容电流不大于30A、20kV及以上不大于10A。电容电流超过规定值时，建议采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。一般采用过补偿运行方式，只有当消弧设备容量不足或采用过补偿不能满足对接地点残流的要求时，才能采用欠补偿运行方式。
中性点不接地系统中电容电流数值超过规程标准阀值，主要危害表现在以下4个方面。
1）过电压影响。10～35kV不接地系统中，单相稳定接地后会产生过电压，故障相电压降低为零，非故障相电压从原来的相电压升高至线电压，此时若系统对地电容值越大，则系统接地后流过接地点电故障电流就越大，因此产生的弧光就很难熄灭，伴随产生弧光过电压。弧光过电压为设备正常运行电压的4～5倍。弧光过电压作用在电气设备上，轻者引起设备跳闸，严重时造成设备绝缘烧毁，造成事故进一步扩大。
2）热效应影响。系统单相接地后，瞬间形成的接地电流伴随产生热效应。接地电流的热效应长时间作用在橡胶绝缘的热敏性消谐器，不仅会改变消谐器的伏案特性曲线，还会加剧消谐器的老化速度，最终使消谐器失去电气特性。
3）杂散电流影响。10～35kV系统普遍采用开关柜，随着电器设备集中化的逐步推进，开关的体检逐步减小，安装空间也随之减小，开关柜在初始安装时灰尘清理不彻底，电容电流在产生细微火花时，会造成开关柜的烧毁甚至鼓包变形，尤其在开关柜运行环境中粉尘密度较大时，比如厂矿、煤矿、洗煤厂附近的变电站开关柜容易在形成高密度粉尘。因此对于该类变电站的开关柜，利用停电检修机会，应充分清理柜内粉尘，避免开关柜内的高密度粉尘因接地电流而造成开关柜烧毁。
4）铁磁谐振过电压影响。在中性点不接地系统中，电容电流过大，根据系统潮流计算公式，母线电压增量与电容电流成正比，若电容量与电压互感器感抗构成串联谐振电路，则还会引起母线铁磁谐振现象发生。
综上所述，电容电流过高可能产生的危害是有很多方面的，有时候甚至可能造成极其严重的危害。所以，测试电网运行中的电容电流对电网的安全运行有着极其重要的作用及影响。
4 处理意见及决策
1）在中性点接入消弧线圈进行补偿，或者安装快速接地开关。消除电容电流对供电系统的危害，基本方法是采用谐振原理，用电感电流抵消电容电流，从而使电容电流降低。消弧线圈是提供电感电流的装置，其中消弧线圈的容量应根据系统5～10年的发展规划确定，并应按如下计算：
通过以上计算，北郊变电站中性点不接地系统需要安装2018.76kvar，该变电站现安装的是两台1200kvar容量的消弧柜。
针对10kV系统由于不存在中性点，需要配合接地变才能完成。消弧线圈的的安装受客观条件限制较多，比如自身容量受限制，如果接地电容电流发展较快，消弧线圈很快就不满足系统要求。近年来市场上出现了快速接地开关，相比于消弧线圈，快速接地开关几乎不受容量限制，能够在弧光接地产生的过电压转化为单相金属接地，保持在较低的数值，从而不会造成电气设备的烧毁。
2）提高小电流10～35kV系统绝缘强度，主要提高10～35kV电压互感器一次绝缘强度，最直接有效地办法就是将半绝缘电压互感器改为全绝缘电压互感器。这样在发生单相接地时，产生的过电压不至于烧毁电压互感器。
3）对负荷侧为新能源的变电站（主要是装有消弧线圈和接地变），在测量电源侧变电站不接地系统电容电流时，需要将负荷侧的消弧线圈和接地变短时间退出运行，从而准确测得该系统电容电流的真实值。
本文针对中性点不接地系统电容电流测试为研究内容，介绍电容电流测试目的和测试方法，同时针对存在的电容电流超过注意值的变电站展开分析，并详细分析电容电流超标带来的影响。文中特别提出了针对负荷侧接有消弧线圈的变电站在测试电容电流数据时应该短时停用消弧线圈。在电容电流过注意值，中性点不接地系统发生单相接地时，为降低过电压对电气设备造成的伤害，提出了切实可行的有效措施，以避免由于过电压而烧毁电气设备。