不接地系统容性电流危害分析处理.doc

技术交流不接地系统电网单相接地电容电流危害处理办法近年来，供电线路逐渐增加，高压电网的单相接地电容电流也在增大，给供电系统的正常运行带来一系列安全性和可靠性问题。随着接地电容电流的增大，降低了电缆的绝缘程度，易形成绝缘击穿从而发生两相或三相短路故障，当电网的接地电容电流增大到一定值后，接地故障点电弧便难以自熄，容易引起间隙电弧过电压。为减少安全事故发生的可能，必须对高压电网的单相接地电容电流进行准确的治理。单相接地和电弧光故障是影响高压电网安全供电的主要因素之一，当单相接地电容电流超过一定值时，必须对煤矿高压电网的单相接地电容电流进行准确的治理。本文在分析高压电网电容电流理论准确计算基础上，应用了综合考虑电缆系数、天气系数及高压电器设备增值系数的改进的单相接地电容电流计算方法。1 、电网单相接地电容电流的理论计算10kV高压电网中性点不接地系统可以由图1模拟表。图中，、为电网各相相电势，为各线路每相对地分布电容，为电力系统中其它线路与设备的一相对地总电容，为电力系统单相接地电容电流。当配电网发生A相单相接地故障时，故障点的接地电容电流由式计算，其中为配电网一相对地总电容值， 为电网的相电压，大小为。从而可见，在配电网中，供电电缆长，电缆越粗，则电网的对地电容就越大，接地电流也越大。煤矿配电网中性点不接地系统单相接地故障时，有如下的故障特征：流过所有非故障线路零序电流的方向相同，故障线路零序电流方向与非故障线路相反，且故障线路电流突变的幅值大于所有非故障相的幅值，其值为所有非故障相的幅值之和。2 、10kV供电系统单相接地电容电流的实用精确计算通常情况下，高压电网中计算电缆和架空线路的电容电流，再加上电气设备的对地电容电流，作为电力系统总的单相接地电容电流。2.1 电缆对地电容电流在10kV高压电网中，发生单相接地故障时，电缆的电容电流计算如下： （1）式中； ；L为电缆的长度(km)；S为电缆芯线横截面积(mm2)；U为电缆线路的额定电压(kV)；为电缆截面系数，见表1，如。2.2 架空线路对地电容电流 根据经验架空线路对地电容电流远小于电缆线路，煤矿10kV高压电网的架空线路均无架空地线，系统发生单相接地故障时，架空线路电容电流可由下式计算： (2)式中L为线路长度(km)；U为架空线路额定线电压(kV)。2.3电气设备对地电容电流由经验知10kV电气设备的单相接地电容电流约为架空线及电缆对地电容电流总和的0.18倍，从而可精确计算在分列运行状态下，以各段10kV母线为电源的相对独立的煤矿高压电网单相接地电容电流。计算如下： (3 )式中 为相对独立的高压电网发生单相接地故障时的电容电流；为天气系数。阴雨天时=1.05，天气晴朗干燥时=1；为电力系统中所接高压电气设备的增值系数，在10kV高压电网中 =1.18； 为该高压电网中所有带电运行的架空线路单相接地电容电流之和；为该高压电网中所有带电运行的电缆路单相接地电容电流之和。3 、翔盛供电系统单相接地电容电流的计算 A、变电所10KV母线I段：地面架空线路较短可以忽略 电缆长度统计：95mm2/2.8km、185mm2/0.2km、240mm2/0.15km； 计算后容性电流为：约为15A； B、变电所10KV母线II段： 电缆长度统计：95mm2/1233m、185mm2/0.2km、240mm2/669m； 保守估算后容性电流为：约为11A； C、变电所10KV母线段： 电缆长度统计：95mm2/6530m； 保守估算后容性电流为：约为29A； D、硫酸厂变电所： 电缆长度统计：95mm2/1260m； 保守估算后容性电流为：约为6A；4、中华人民共和国电力行业标准 3kV10kV不直接连接发电机的系统当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式接地，或强制消弧措施；a)3kV10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统，10A。b)3kV10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：1)3kV和6kV时，15A；2)10kV时，10A。3)3kV10kV电缆线路构成的系统，10A。5、不接地系统容性电流的危害：单相接地时，当接地电流大于10A而小于30A时，有可能产生不稳定的间歇性电弧，随着间歇性电弧的产生将引起幅值较高的弧光接地过电压，其最大值不会超过3.5倍相电压，对于正常设备有较大的绝缘裕度，应能承受这种过电压，对绝缘较差的设备、线路上的绝缘弱点和绝缘强度很低的旋转电机有很大的威胁，在一定程度上对安全运行有影响。 过电压一般为下列数值： 不接地： 3.5 P.U 消弧线圈接地： 3.2 P.U 电阻接地： 2.5 P.U 非线性电阻接地： 不大于 2.5 P.U A、 开关柜内部电燃弧耐受时间及成本估计B、实际发生的电弧事故 C、PT铁磁谐振过电压烧坏6、不接地系统容性电流处理办法：A有效的增加消弧线圈补偿容性电流： 消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当发生单相接地时，可形成与接地电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流，从而使接地处的电流变得很小或接近于零，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度从而减小电弧重燃的可能性。完全补偿状态时，中性点位移电压U0将很高，因此一般都采取过补偿方式以减小中性点位移过电压。失谐度大可降低中性点位移电压，但失谐度过大，将使线路接地电流太大，电弧不易熄灭，因此合理地选择失谐度才能使消弧线圈正常运行。对以电缆线配网，消弧线圈接地方式存在的问题：1、单相接地故障时，非故障相对地电压升高到相电压以上，持续时间长、波及全系统设备，可能引起第二点绝缘击穿，引起事故扩大。2、消弧线圈不能补偿谐波电流，有些城市电网谐波电流占的比例达5%-15%，仅谐 波电流就可能远大于10A，此时无法避免发生弧光接地过电压。3、对于电容电流很大的配电网，如果通过补偿要使单相接地故障电流Ijd 10A，就必须使系统保持较小的脱谐度，系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，使中性点电压偏移超过规程允许值(10A)，又可能引起间歇性弧光接地过电压。很难保证既使残余接地电流Ijd 10A，又保证中性点位移电压不超过规程允许值这两个相互制约的条件。4、消弧线圈的调节范围受到调节容量限制，其调节容量与额定容量之比一般为 1/2，如按终期要求选择，工程初期系统电容电流小，消弧线圈的最小补偿电流偏大，可能投不上；如按工程初期的要求选择，工程终期时系统电容电流大，消弧线圈的最大补偿电流又偏小，也不能满足合理补偿的要求。5、在运行中，消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流会出现较大误差，运行中就6、发生过由于实际电流与名牌电流误差较大而导致谐振的现象。由于系统的运行方式及系统电压经常变化，系统的电容电流经常变化，跟踪补偿困难。目前的自动跟踪补偿装置呈百花齐放的景象，实际运行考验时间较短，运行情况还不理想。而且价格高、结构复杂、维护量大，不适应无人值班变电站的要求。7、由于上述原因，中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率，不能消除弧光接地过电压，也不能降低弧光接地过电压的幅值弧光过电压倍数也很高，对设备绝缘威胁很大。特别是对紧凑型配电装置及电缆线路，更易造成绝缘击穿或相间短路，造成设备烧毁的大事故。8、寻找单相接地故障线路困难，目前许多针对消弧线圈接地系统的小电流接地选线装置的选线正确率还不理想，往往还要采用试拉法 。系统谐振过电压高，谐振过电压持续时间长并波及全系统设备，常造成PT烧坏、或PT熔断器熔断。武高所和广州供电局在区庄变电站试验中测得1/2分频谐振过电压达2PU ，测得由合闸操作激发的3次高频谐振过电压达4PU，测得A相导线断线并接地于负荷侧时，谐振过电压值为3.8PU。9、电缆排管或电缆隧道内的电缆发生单相接地时，不能及时断开故障线路，可能引起火灾，上海某35KV系统电缆就发生过单相接地一小时后引起火灾，烧毁电缆隧道中40多条电缆的重大事故。10、寻找故障线路时间较长，在带接地故障运行期间，容易引起人身触电事故。单相接地时，非故障相电压升高至线电压或更高，在不能及时检出故障点的情况 下，无间隙金属氧化物（MOA）避雷器长时间在线电压下运行，容易损坏甚至爆炸。弧光接地过电压、谐振过电压幅值高、持续时间长，MOA由于动作负载问题，一般不要求WGMOA保护系统内过电压，不能有效利用MOA的优良特性，不利于MOA在配电网的推广使用。B新型AWSX消弧消谐选线综合装置：一、技术方面1、我公司消弧装置，在变弧光接地为金属接地时故障相电压为零，在吸收接地电流能量、限制弧道恢复电压时其电压为相电压的50%，可以有效消除各类弧光。采用新型高能限压器的接地方式（国家发明专利技术），按总电流300%裕量配置的高能限压器可有效消耗接地时的冲击能量，对电容电流大的电力系统特别适用。2、使用我公司消弧装置，因故障时电流突变量较大，因而为正确选线提供了前提条件，我公司消弧装置选线的准确率达到98%，远高于其它同行选线设备。3、我公消弧装置工作原理科学简单，全色彩7寸触摸屏，大容量存储技术，32位处理器嵌入式系统，技术功能齐全，结构简洁，出厂整定后，正常运行时一般不需要维护，到消弧动作时才需要检查动作后的情况（如看熔丝是否熔断，查阅动作记录等）。4、特种无触点恒流消谐技术，消谐速度快，不打火，不闪络。5、新型段外闭锁技术，三段分别配置一台AWSX消弧消谐综合装置，自动识别段内外故障，准确动作，不重动。二、经济方面，1、使用AWSX消弧装置，不需要再用消弧线圈，不需要再用接地变压器，不需要再用阻尼电阻，也不需要自动调谐装置。2、AWSX消弧装置，有选线和消除谐振的功能，因此不需要再另外购买小电流选线装置，不需要再另外购买消谐装置。3、AWSX消弧装置装有零序电流互感器，具有原PT柜功能，因此不需要再另外配备PT柜。4、装置配置大容量过电压保护器，2Ms方波电流可达800A；具备了聚优的所有功能。5、AWSX消弧装置和普通开关柜一样大小，可和开关柜并排安装。另外，不必随电网的扩大而更换。总结：能特点和达到的效果：1、有雷电过电压及操作过电压保护功能。装置内装设了APB组合式过电压保护器，该保护器不仅可以保护大气过电压，而且还可以保护操作过电压，特别具备了相间过电压保护功能，使保护功能更加完善。与同类产品相比具有更高的安全性和稳定性，是目前国内唯一能够真正满足IEC99-4及ZBK49005-90规定的额定电压要求的产品，不论系统发生任何情况，均不会发生误动爆炸事故。采用了本装置后，原则上在系统母线上可以不再装设避雷器。2、有消除瞬时接地功能。当系统发生瞬时性接地是，本装置在20mS内就可以作出准确判断，并及时消除接地故障，同时对接地的具体位置进行纪录，为系统分析和故障预防提供依据。3、有消除谐振过电压功能。当系统发生谐振故障时，本装置能够准确判断，并及时消除故障，消除故障的时间不超过1s，防止了事故的进一步扩大，维持了系统运行的 可靠性，延长了系统中电气设备的使用寿命，特别是对系统中运行的无间隙金属氧化物避雷器的安全运行，提供了可靠的保障。本装置是采用幅值和相位双重判据，可靠性更高。本装置的消谐采用的是在电压互感器开口三角绕组是并联功率元件的原理，结构简单，消谐迅速，可以对整个系统起到保护作用。4、代替PT柜功能，为防止由铁磁谐振烧坏PT，使抗谐振特种电压互感器；5、单相直接接地选线功能。本装置具有准确的单相接地选线功能，其选线判据在保留了传统的相位和幅值(采用高速逻辑电路，可多路同时检测，准确率高。)双重判据的基础上，另外还利用装置本身多功能电容器和三相分体真空接触器，在健全相中电压较高的一相中将多功能电容投切一次，将零序电流进行放大，同时还可以根据零序电流的突变，从而准确判断出界地点的位置，极大地提高了选线的准确性，该项技术为我公司独创，避免了目前选线准确性差的缺点，并且很大程度上降低了工程的投资成本。 6、装置工作对系统无暂态侵害。本装置在系统正常运行时，三个真空接触器均处于开断状态，对系统不会产生任何不良影响，当系统发生瞬时性接地或弧光接地时，它采用的是降压泄能灭弧原理，灭弧过程中故障相上仍然残存一定的电压，整个系统处于平稳过渡状态，特别是在接地故障消失的瞬间，系统不会发生谐振，更不会在电压互感器的高压熔断器中产生很大的涌流，对系统以及系统中运行的电气设备无暂态侵害。7、装置综合性能优于国内同类产品。A.智能化程度高：本装置的检测和判断均采用微机控制，不仅准确快速，而且智能化程度非常高，整个装置根本就不需要人工操作，并且对每次的动作及故障都有详细的纪录，便于系统和故障分析。通过RS-485串行口可以与上位