摘要：某110kV变电站10kV为中性点不接地系统。系统各相导线存在分布电容。一般运行正常时，三相对称，中性点对地基本可以看作零电位，三相中每相导线的对地电位可以看作为基本跟相电压相等。而每相导体因为对地存在相电压，相当于对地加上了一个电容元件，存在电容电流。运行正常时，由于系统三相对称，故每一相导线对大地的电容电流也可以看作是对称的。
关键词：单相接地故障电流；过电压；电容电流；消弧线圈；补偿
在中性点不接地三相系统，在发生单相接地故障时仍能保持三相对称，可以继续供电，但在单相接地故障电流大于10A时，就无法继续供电并带来一系列危害，具体表现如下：
1）、当单相接地为间歇性弧光接地时，可能引起高达3.5~5倍相电压的弧光过电压，会造成站内用电设备的绝缘击穿，设备瞬间损坏。
2）、当发生单相接地故障时，不能自行灭弧，容易破坏邻近设备的绝缘，造成相与相之间的短路，引起停电事故或设备的损坏。
3）、发热引起接地材料的破坏或接地系统的电压存在升高现象，单相接地故障电容电流过大，使接地位置热效应增大，对电缆等材料的绝缘造成损坏，接地故障电流引入接地网系统后，因为接地系统存在接地电阻，会造成接地系统的电压增加，当有人误触带电部位时，受到大电流的影响，会引起人员触电，严重的会造成人身伤亡。
4）、弧光接地过电压引起的烧毁电压互感器或保险的熔断，一般PT的饱和点约为1.6～1.8倍，在弧光接地过电压的影响下，使电压互感器严重饱和，励磁电流增长过快。且PT饱和，容易造成铁磁的谐振现象，引起PT过载。上面所述的两种原因，都会引起PT烧毁或高压保险、熔断器频繁熔断。
5）弧光接地时，电源会提供能量，引起过电压现象，且一般持续较长间隙时间，能量很大。超出避雷器能承受的极限时，一般为400A/2ms，会引起避雷器爆炸事故的发生。
为了避免以上危害，快速熄灭间歇性发生的对地电弧，而且不再重燃，一般在接地点串接电感元件，起到对电容电流进行补偿的作用。消弧线圈即用于此目的的一种电抗器。
如果把大地也看做是一种导体，那么架空的导线、大地就可以看作是电容器的两极。线路与大地之间的电容，约等于由数量不定的均匀分布的电容并联而形成的总电容。由此可见，当架空的导线的长度增加、与大地的距离减小时，电容就会增加。电缆各相之间及各相对外皮之间就象电容器一样，当电缆充电后，就会有微小的电流，这个电流就叫电缆的电容电流，为什么电缆的线间电容或者线对地电容更大，因为导线之间或导线对地的距离很近。
单相的接地故障电流对以电缆为主的线路影响有以下几点：
①因为电缆线路电容电流跟架空线路相比要大得多，且在过渡时存在更大的高频电流，所产生的电流对于故障点的损坏严重程度相比架空导线更严重一些。
②由电缆所组成的线路的相与相之间距离比架空导线小，电弧在燃烧的过程中，将直接破坏相间绝缘，以至于在很短的时间之内就会造成电缆击穿，造成相与相之间短路事故。
架空或电缆线路的这种电容效应会产生对地电容电流，对电力系统主要有两大影响：一是当中性点不接地系统发生一相接地故障时，流经故障点的电容电流较大，导致故障点电弧不能熄灭，产生很高的谐振过电压，威胁系统内设备的绝缘；二是对系统内的发电机具有“助磁”作用，会造成系统电压“抬升”现象，影响系统电压稳定性。
由于电网的持续稳定发展，架空导线趋于逐渐被采取固体绝缘方式的电缆取代。而固体绝缘的击穿存在积累现象，电缆内部的过电压，当系统发生间歇性的单相弧光接地现象时，将会产生较大的弧光接地过电压，并因此引起铁磁的谐振电压过大，威胁电力系统的安全运行，单相弧光接地过电压将造成严重影响。会引起PT饱和，造成铁磁的谐振现象，此时PT过载现象严重，引起高压熔断器的熔断、PT烧毁。弧光接地过电压的持续时间一般较长，很容易超出避雷器的极限承受，引起避雷器的爆炸事故发生。且弧光接地造成幅值较高的过电压，会引起电缆线路中固体绝缘的持续破坏，最终造成击穿。现阶段，变电站的10kV系统，线路一般为全电缆的出线形式，单相的接地故障电容电流在一般情况下均较大，当电缆与架空线路的长度相等时，接地电容电流的比值约为25:1（三芯电缆）/50:1（单芯电缆）。电容电流的值如果超过规程要求时，将对电网和系统的运行安全造成极为不利的影响。
在中性点不接地的电力变压器中，通过接地变压器引出一个人为中性点，在中性点和地面之间接入一个消弧线圈。
消弧线圈的补偿方式有三种：全补偿、欠补偿和过补偿。全补偿可能会引起谐振过电压，危及电力系统的绝缘，一般不推荐采用；欠补偿若切除部分线路可能会出现全补偿现象，一般也很少采用。电力系统广泛采用的是过补偿方式，既避免出现谐振过电压，也满足后期负荷增长、线路增加的需求。
《电力工业技术管理法规》第4.10.21条规定：“用消弧线圈补偿的系统，在无接地的情况下，中性点的位移电压不得超过相电压的15%（长时间）或30%（在1小时内）。”第4.10.22条规定：“在中性点位移电压不超过第4.10.21条规定的条件下，消弧线圈一般采用接近共振的过补偿调谐，过补偿脱谐度一般不大于5%~10%。接地残余电流的无功分量不应超过5~10A。当消弧线圈容量不足时，如果中性点的位移电压在任何非全相的不对称情况下不超过70%相电压，则允许短时期采用欠补偿调谐，其脱谐度及残余电流限值同过补偿。”
系统中消弧线圈装置的设置位置，需符合下面六条规定：（1）保证电网在各种不同的运行方式情况下，消弧线圈都能正常工作。（2）不建议将多台消弧线圈装置集中安装在同一段母线（变压器中性点）上。（3）对于35kV消弧线圈装置一般接在YN,d或YN,yn,d接线形式的变压器中性点上，对于10kV消弧线圈一般接在ZN,yn接线形式的变压器中性点上。（4）接于YN,d接线形式的双绕组， YN,yn,d接线形式的三绕组变压器的中性点上设置的消弧线圈的容量，应在变压器容量的50%以内，且小于或等于变压器的任一绕组的容量。（5）如需将消弧线圈接于YN,yn接线形式的变压器中性点时，消弧线圈容量应在变压器容量的20%以内，但不应将消弧线圈装置接于零序磁通经铁芯闭路的YN,yn接线的变压器。（6）如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器，其容量应与消弧线圈装置的容量相配合。
下面以某110kV变电站为例介绍站内自动跟踪补偿装置的选型计算。
一、消弧线圈及接地变成套容量计算
某110kV变电站现有10kV出线24回，根据运检部分提供的数据，该变电站2018年实测5#母线电容电流为53A，6#母线电容电流为54A。本期工程除现有出线外，新增出线6回，10kV出线方式全部为电缆出线。出线电缆的截面考虑用户报装水平、负荷发展的需求，每回出线截面均考虑为400mm2，电缆按每回出线2km计算。
该站由电缆所组成的10kV线路的电容电流为：
站内所增加的电容电流按16%考虑，
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第3.1.3节， 35kV、66kV系统和不直接连接发电机，由钢筋混凝土杆或金属杆塔的架空线路构成的6kV~20kV系统，当单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地方式；当大于10A又需在接地故障条件下运行时，应采用中性点谐振接地方式。
综上，并参考国家电网公司2016版通用设计和2018版通用设备方案，本站本期工程需设置2组消弧线圈及接地兼站用变压器装置。
单相接地电容电流计算值为184.7A：
消弧线圈容量：
参考通用设备中消弧线圈的容量和最大电容电流，并留有一定裕度，确定相应的
。
根据《导体和电器选择设计技术规定》第18.3.4节，接地变压器额定容量应与消弧线圈容量相匹配，该站现有2台站用变，所以本期工程新上接地变不考虑二次负荷容量，确定其容量
。
二、消弧线圈及接地变成套设备选型
经验算，本期新上消弧线圈成套装置由XHDCB-1000/10.5型干式消弧线圈和DKSC-1000/10.5型干式接地变组成。
参考文献：
[1]《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》中国电力出版社，2013.08，P905
[2]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》GB/T50064-2014，2014.03.31，P4
[3]《10kV--66kV消弧线圈装置技术标准》2005.01.25，P8
[4]《电力工业技术管理法规》1980.05
论文作者:刘晓玲1,王超2,刘步宇3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
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