（1.沈阳工程学院研究生学院 辽宁沈阳 110000；2.国网宁波供电公司 浙江宁波 315000）
摘要：随着配电网因电缆出线增加致使其电容电流不断增大的情况，分析了现行电容电流超标治理存在的主要问题，并针对这些问题提出了切合实际的整治方案：新规划区域或全电缆出线变电站可采用中性点低电阻接地；消弧线圈增容可因地制宜选择就地更换、变电站固定补偿与可调补偿相结合或分布式补偿的方案。
关键词：配电网；电容电流；中性点；消弧线圈；低电阻；超标治理
Discussion on over standard treatment scheme of distribution network to ground capacitance current
YanYitian1 ZhaoZhigang1 YanHaojun2
（1.Shenyang Institute of Engineering，2.State Grid Ningbo power supply company）
Abstract：With the increase of power distribution network，the capacitance current increases with the increase of the cable outlet.The passage analyze he main problems of the current excess capacity control of capacitor current and puts forward a practical solution to these problems：The new planning area or the whole cable outlet substation can adopt the neutral point low resistance grounding，arc-extinguish coilcapacity can be replaced by local conditions，Scheme of combined or distributed compensation for fixed compensation and adjustable compensation in Substation.
Key words：Distribution network Capacitive current Neutral point Arc-extinguish coil Low-resistance Excessive treatment
0 引言
我国35kV和10kV配电网基本采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，亦即小电流接地系统。近年来，各地小电流接地系统设备故障频发，如开关柜烧毁、电缆头爆炸等，这固然有多种因素，但其中一个重要原因是对地电容电流超标治理不彻底所造成的弧光接地过电压（注：本文讨论的对地电容电流超标，意指配电网单相接地电容电流超过有关规范规定的数值。如35kV和10kV系统配电网单相接地电容电流超过10A；或因消弧线圈补偿不足，补偿后接地点电容电流仍超过10A的情况）。随着我国城镇化进程的推进，架空线路落地的电缆化进程也不断加快，从而导致了小电流接地系统对地电容电流的急剧增加。针对系统电容电流的过快增长，不少供电公司虽采取了的一定的措施，但最终治理结果往往仍不理想。有鉴于此，作者结合宁波电网实践，提出了配电网对地电容电流超标治理的几种实用方案。
1 配电网对地电容电流特点及其超标危害
在中性点不接地系统中，正常情况下三相基本对称，系统对地电容电流相量和为零。当线路发生单相接地（设想为金属性接地）时，以A相接地为例（如图1）：
由上两式可见，在接地点通过的电流Ic，等于全系统非故障元件对地电容电流之和，数值上等于正常时全系统相对地电容电流的三倍，其电容电流功率方向为由线路流向母线，恰好与非故障线路上的相反。
小电流接地系统单相接地，当接地点电流超过一定数值时，其接地过程常常表现为：间歇性弧光接地→稳定弧光接地→金属性接地。间歇性弧光接地，持续时间可达0.2至2秒；然后稳定成弧光接地，持续时间可达2至10秒；最后线路被烧熔成为金属性接地，即成永久性故障[1]。最危险的情况是发生单相间歇性弧光接地，此时在非故障相发生的过电压最高，可达到3至4倍相电压的数值。若故障得不到有效控制，即可能进一步导致相间以致三相短路事故，对电力系统的安全运行产生严重威胁。所以有关规程对小电流接地系统的电容电流作了严格限制，如要求10kV和35kV系统对地电容电流之和小于10A[2]，亦即故障点的接地电流小于10A，使其尽快自行息弧，否则会发生弧光接地过电压。弧光接地过电压极易造成开关柜烧毁、电缆头爆炸等事故。
2 现行电容电流超标治理方案及其实施中的主要问题
2.1 现行电容电流超标治理方案
现行电容电流超标治理的方案一是采用中性点经消弧线圈接地；一是中性点经低电阻接地。二者对电容电流的划分界限遵循GB 50613-2010《城市配电网规划设计规范》等标准规定：10kV 和 20 kV中压配电网，当单相接地电容电流超过10A、小于100A~150A时，宜采用经消弧线圈接地方式，接地电流宜控制在10A以内；当单相接地电流超过100A~150A，或为全电缆网时，宜采用低电阻接地方式，其接地电阻宜按单相接地电流200A~1000A、接地故障瞬时跳闸方式选择。35kV高压配电网当单相接地电容电流超过10A、小于100A时，宜采用经消弧线圈接地方式，接地电流宜控制在10A以内；接地电容电流超过100A，或为全电缆网时，宜采用低电阻接地方式，其接地电阻按单相接地电流1000A~2000A、接地故障瞬时跳闸方式选择。
2.2 实施中的主要问题
2.2.1中性点经低电阻接地
中性点经低电阻接地，当系统发生单相接地故障时，回路呈现较低阻抗产生较大的接地短路电流，通过二次设备的检测进行有选择性的快速保护。中性点经低电阻接地的系统，设备承受的过电压幅值显著降低，承受过电压的时间明显缩短，因而可适当降低设备的绝缘水平，延长设备的使用寿命，减少系统的运行维护成本。但是低电阻接地在实际电网设计中存在配置问题；另外，由于实际电力网络并非理论上每个变电站单独工作，相同电压等级变电站之间有联络线相连。如当低电阻接地系统与消弧线圈接地系统连接时，由于低电阻接地和消弧线圈接地的原理和保护方式不同，会导致故障无法隔离的情况。其原理如下：
如图2所示，低电阻接地系统与消弧线圈接地系统的35kV侧通过联络线相连，当联络线发生单相接地故障时，低电阻接地系统中短路电流超过继电保护整定值，电流速断保护动作，开关跳闸切断联络线；消弧线圈侧回路仍属于小电流接地系统，不存在单相接地短路电流，保护不动作，故障不会切除。就系统来说单相接地故障依然存在。如将消弧线圈回路换成中性点不接地系统，情况相同。可见，在区域配电网中个别变电站的中性点低电阻接地存在很大的局限性，实际无法彻底隔离故障。
2.2.2 中性点经消弧线圈接地
中性点经消弧线圈接地，当发生单相接地时，在接地点就有一个电感分量的电流流过，此电流和原系统中的电容电流相抵消，就可以减少流经故障点的电流，使其小于10A，可以有效抑制弧光过电压的产生。中性点经消弧线圈接地具有很多优点，但在实施过程中却碰到了一些问题：
图2 变电站不同接地方式的区域配电网简化示意图
1）原先没有配置消弧线圈的变电站，随着配电网络电缆线路的增加，单相接地电容电流超过10A，需增加消弧线圈补偿，然而当初设计时并没有考虑到这一情况，导致变电站内没有合适的安装位置，致使消弧线圈安装项目难以实施。
2）弧线圈容量根据5～10年发展预期配置，往往满足不了当前电网发展的速度。部分投运时间并不太久的变电所已发生消弧线圈容量不足，基层供电部门不断提出增容要求。然而消弧线圈增容是一个比较复杂的问题，传统方法不但要更换消弧线圈，同时还须对所用变压器增容（对于变电站主变压器低压侧为三角形接线的系统，一般中性点从变电站所用变压器高压侧引出），此时不但要更换消弧线圈，还要改装所用变压器，不但成本较高，实施难度也大。
3 电容电流超标整治实用方案探讨
3.1 新规划区域、全电缆出线变电站中性点采用低电阻接地
由上文可知，在配电老区进行中性点低电阻接地改造涉及整个区域配电网，否则无法彻底隔离单相接地故障，且改造还涉及到变电站一、二次设备的配置和更换，难度很大。随着我国配电网建设的不断推进和加快，电缆出线不断增多电容电流不断上升，因此对于新建或新规划区域，应有意识地采用中性点低电阻接地。中性点采用低电阻接地后，原有的小电流接地系统变为大电流接地系统，一旦发生单相接地，开关跳闸切除故障。从长远发展来看，大电流接地系统应对电容电流的增长有以不变应万变的特点，比小电流接地系统更加适应如今电容电流快速增长的环境，应是发展趋势。
对于全电缆出线变电站，由于电缆单相接地属于永久性故障，中性点采用低电阻接地并配置速断保护正符合其实际需求。这种情况下，即使联络线对侧变电站采用小电流接地方式（中性点经消弧线圈接地或不接地），笔者仍然推崇此变电站采用低电阻接地，因为从保护电缆需要出发，要求迅速切除故障。
3.2 因地制宜实施消弧线圈增容
3.2.1 就地更换增容
对于有条件容纳增容后消弧线圈及其所用变压器的变电站，可以采用就地更换消弧线圈进行增容的方法。选择消弧线圈的容量，应充分考虑电网的发展要求。其容量可按下式计算：SXH=1.35IDCUx（千伏安）；式中：SXH——消弧线圈的容量，千伏安；IDC——变电站最大运行方式下远景对地电容电流之和，安培；Ux——电网的相电压，千伏。
3.2.2 变电站固定补偿和可调补偿相结合
对于还有位置再配置一个消弧线圈的变电站，可采用变电站固定补偿和可调补偿相结合的方式。即在原有消弧线圈基础上再并联一个新的可调式消弧线圈。如图3，将原有欠补偿消弧线圈固定至合适档位视作固定补偿消弧线圈，并联可调式消弧线圈进行调节，以适应相应电容电流。
所增加的消弧线圈采用自动跟踪补偿方式，两个消弧线圈并联后的总容量尽量一次考虑到位。
3.2.3 采用分布式补偿
对于不方便或者没有条件按以上两种方式实施消弧线圈增容的变电站，可采用消弧线圈分布式补偿方式，即将原有变电站中性点引出的消弧线圈作为主消弧设备，在用户电缆出线侧安装容量适度的消弧线圈作为补充。
图4 消弧线圈分布式补偿原理示意图
分布式补偿的概念是：在变电站内安装自动补偿消弧线圈，保证容量至少可以补偿系统电容电流的50%以上，同时在该变电站相应出线末端（地点可在其下属开闭所、配电站等内部），根据所在地区的电容电流分布情况，安装容量合适的固定式消弧线圈。分布式补偿原理与消弧线圈单机运行类似，消弧线圈总补偿电流为全部消弧线圈补偿电流之和。因此，通过并联固定消弧线圈，不管消弧线圈的数量有几台，只要总容量与系统等值电容匹配即可。
4.需要注意的几个问题
以上我们讨论了配电网对地电容电流超标治理的几种实用方案，具体实施过程中还需注意以下几点：
1）如将区域电网或变电站35kV或10kV系统中性点改成低电阻接地，最好做一个统一的长远规划，并有意识地将变电站少量架空出线（若有的话）改成电缆出线，使变电站相应出线均成为电缆，这将大大有利于问题的解决，使不少事情事先得以考虑。
2）消弧线圈增容采用分布式补偿时，应接于线路末端，且在下一级开关之前，使该线路一旦充电即可达到补偿效果，若接于下一级开关之后，假使线路充电而下一级开关断开，就无法达到补偿目的。
3）近年来配电网电缆出线不断增加，导致电容电流增长很快。为此，应定期测量系统电容电流，并根据测量结果及时考虑电容电流超标治理方案。
4）要加强消弧线圈的运行维护和管理。由于系统正常时，接于中性点的消弧线圈并不发挥作用，以致运维人员平时不予重视，其缺陷也往往得不到及时处理，甚至有的消弧线圈即使容量不足，已处于欠补偿状态也没有及时发现，这些均极易导致系统单相接地电容电流超过10A而发生弧光接地过电压，最终破坏系统绝缘，发生开关柜烧毁、出线电缆头击穿等事故。
5 结语
随着我国城市化进程的推进，配电线路电缆出线的不断增多，导致消弧线圈补偿不足的配电网电容电流的超标情况也会时常发生，我们必须因地制宜选择切合实际的整治方案。中性点经低电阻接地适合新建配电区域，或全电缆出线变电站；消弧线圈增容可按条件选择就地增容、固定补偿与分散布偿相结合或分布式补偿的方案。对于中性点经低电阻接地的配电网最好做一个整体和长远规划；而对于消弧线圈补偿的配电网要做好电容电流的定时跟踪与测量，并加强消弧线圈的运行维护与管理工作。
参考文献：
[1] 许颖.3～66kV电网中性点接地方式的几个问题.2006年中国城市供电接地方式学术研讨会论文汇编，中国三亚2006.3.24～3.26，中国电机工程学会城市供电专委会。
[2] GB 50613-2010《城市配电网规划设计规范》
作者简介：
严倚天 在读硕士研究生，研究方向：配电网中性点接地方式。
赵志刚 硕士，高级工程师，硕士生导师，研究方向：分布式发电。
严浩军 研究生，高级工程师，从事输变电设备技术管理工作。
论文作者:严倚天,赵志刚,严浩军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/21
标签：电流论文; 弧线论文; 电容论文; 变电站论文; 单相论文; 电阻论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第22期论文;