单相接地电容电流限制措施

1、关键词：中性点间歇性弧光过电压消弧线圈接地电容电流摘要:本文对中性点几种接地方式进行了比较讨论，介绍了中性点经消弧线圈接地的原理，分析了消弧线圈对提高煤矿供电可靠性、安全性的重要作用。中性点运行方式，是指电力系统中星形联接的发电机和变压器中性点的运行方式。电力系统的中性点运行方式有不接地、经电阻接地、经电抗接地、经消弧线圈接地、直接接地等几种方式。我国目前所采用的中性点接地方式主要有三种，即直接接地、不接地、经消弧线圈接地。煤矿安全规程规定第 443 条规定:严禁井下配电变压器的中性点直接接地， 严禁由地面上中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。 ”所以在煤矿供电系统中不采用中性点直接

2、接地方式。另外煤矿安全规程第 457 条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过 20A。一、中性点不接地采用中性点不接地方式，当发生单相接地时，电网的线电压保持不变，对三相用电设备的运行没有直接影响,线路可以带故障运行 0.52h,这就保证了煤矿供电的连续性，减少了停电次数。但该系统在发生单相接地时同时会产生以下几点严重危害：1、间歇性弧光接地引起过电压中性点不接地供电系统中，当电容电流一旦过大，接地点就会产生持续或断续电弧，持续电弧的燃烧极易引起相间短路。接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时，断续电弧在电网的电感和对地电容形成的振荡回路中引起揩振产生弧光接地过电

3、压，这种过电压可以达到相电压的 35 倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几个小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。弧光接地过电压还会使电压互感器发生饱和，激发铁磁谐振，导致电压互感器严重过载，造成熔断器熔断或互感器烧毁。由于弧光接地过电压持续时间长，能量极易超过避雷器的承受能力，导致避雷器爆炸。这类故障已成为这类电网安全运行的最大威胁。2、造成接地点热破坏及接地网电压升高单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，并且该电流流入大地后由于接地电阻的原因，使整个接地网电压升高，危害人身安全。3、引起杂散电流当接地点电容电流流

4、入大地后，在大地中将形成杂散电流，该电流可能产生火花，引起矿井瓦斯爆炸。为有效限制单相接地电容电流，保障煤矿供电系统的安全性和可靠性，现在多采用中性点经消弧线圈接地的供电方式。二、经消弧线圈接地1、消弧线圈的作用及原理消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地时的电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。1）减少故障点的接地电流在正常 T#况下，三相电压是基本平衡的，由于各种原因，系统发生单相（例如 C相）接地故障（如图所示）,破坏了原有的平衡，系统将产生接地电容电流 IC,中性点的对地电压 UN 升高为相电压，其大小与接

5、地相电压 UC大小相等但方向相反。此时有电流 IL 流过消弧线圈，IL 的相位滞后于 UN90，从向量图中可以看出，ICA 和 ICB 所组成的总电容电流 IC 将超前 UN900，电感电流 IL 与电容电流 IC 正好相位相反，而且 IL 也流经故障点，从而对单相接地所产生的电容电流实现了补偿。此时 C 相的接地电流为：Ic=ICA+ICB+IL,只要适当调节消弧线圈的电抗值，就可将接地电流减小到不能建立电弧的程度。2）减缓电弧熄灭瞬间故障点恢复电压的上升速度接地点弧隙的恢复电压是由故障相实际电网电压和中性点电压叠加而成的，故障相实际电网电压在熄弧瞬时超前电流相位 90达到正最大值，并仍按正

6、弦规律变化，而中性点电压在熄弧瞬时却滞后电流 90。达到负最大值，并逐渐衰减，因此灭弧后由于电容上的电荷经消弧线圈电感放电形成慢慢衰减的自由振荡过程，弧隙电压是缓慢上升的，故不容易发生重燃。3)根据消弧线圈中感性电流对接地容性电流的补偿程度，可分为完全补偿(IL=ICB+ICA)、欠补偿(ILICB+ICA)完全补偿时，虽然接地处电流为零，但因 XL=XC 正是电流谐振的关系，正常运行时一旦中性点出现对地电压，会在谐振回路中产生很大电流，使消弧线圈上产生很大电压，造成中性点对地电压升高，有可能造成设备的损坏。因此一般不采用完全补偿。进行欠补偿时，一旦电网中部分线路被断开，使接地电流减小，有可能

7、变成完全补偿。因此，欠补偿方式一般也少用。过补偿时不会出现上述缺点，所以一般多采用过补偿方式。在工程上也用脱谐度()来描述过补或欠补，当 V0 时为欠补偿,VICC分别越前于 UB、 UC 电压的 90,其相量和 IC 即为流过A相故障点的电容电流。 它的大小是正常时一相对地电容电流的 3 倍，方向滞后于A相正常时电压 90o经消弧线圈接地系统，当发生单相接地时，如果消弧线圈调整的适当，则流过故障点的残流很小，因此大大有利于故障点电弧的熄灭。2 消弧线圈的整定消弧线圈的整定，主要考虑以下两点原则:(1)使流过故障点的残流应尽量小。因为残流越小，接地电弧的危害就越小，有利于电弧的熄灭。但是要想使

8、残流小，就得将消弧线圈所产生的补偿电流 IL调到接近于电容电流 Ic,使ABCILIC,此时流过故障点的残流将很小。但是，止匕时消弧线圈的电感和系统对电地容组成了振荡回路，在一定的条件下，可能发生串联谐振，使系统中性点和系统电压达到较高的谐振过电压，危及设备的安全运行。(2)在正常运行时， 中性点的位移电压不超过相电压的 15%,故消弧线圈的调整， 应采取过补偿和欠补偿的方式。实践证明在同时满足故障点残流和中性点位移电压规定的条件下，过补偿和欠补偿对灭弧的影响差不多。但在欠补偿运行时，当网络因故障或其他原因，使某些线路断开后，可能构成串联谐振，产生危险的过电压，所以，一般情况下，不宜采取欠补偿

9、的运行方式，而采用过补偿的运行方式。如果消弧线圈的容量不足，也可以采取欠补偿的运行方式，但必须事先进行断线后可能产生过电压的验算，使可能出现最大的中性点位移电压不超过相电压的 60%70%。3 消弧线圈的配置当系统发生单相接地时，接地电容电流超过下列数值时，均应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。36kV 网络电容电流IC30A10kV 网络电容电流IC20A2060kV 网络电容电流IC10A消弧线圈的容量选择，应根据网络总的电容电流来确定，还应考虑电网的发展，并按过补偿运行方式进行设计，其容量可按下列公式计算：Sk=1.35IU 小式中 SkU 小kV1.35计算系数4 消弧线圈的安装消弧

10、线圈的安装地点，应根据地区的实际电网的具体情况来决定，但要保证电网在任何运行方式下，都能满足过补偿运行的要求，并考虑系统的发展，不应将多台消弧线圈集中安装在电网的某一处，应分散安装在网络中的各个供电中心，这样不仅可以分区运行，而且在发生单相接地故障时，不致使大部分网络失去消弧线圈的补偿。在供电网络内应尽量避免只安装一台消弧线圈运行。消弧线圈的外部接线是上端经刀闸与变压器中性点相联结，下端与发电厂变电站kVA的接地网相联结。应当指出，并不是任何一台变压器的中性点，都能接消弧线圈，在选择装消弧线圈的变压器时，一方面要考虑和消弧线圈串联的变压器的阻抗，另一方面还要考虑因接入消弧线圈而使变压器过负荷的

11、条件，以下几条可供参考。(1)在 Y/接线的变压器，消弧线圈的电流是流过变压器线圈的，因变压器有一个接成三角形的线圈，无论磁路的结构如何，在这个线圈中，一定会出现抵消零序电流的环流。所以，消弧线圈的容量，不大于该变压器额客容量的 50%时，变压器不会受到任何不利的影响。(2)对于 Y/Y/接线的三线圈变压器，因考虑三线圈变压器的容量比，为满足变压器 2h 过负荷 30%的规定，则消弧线圈的容量，不得大于三线圈变压器的任一线圈的容量，一般选择消弧线圈的容量为不大于该变压器容量的 1/3(3)对 Y/Y 接线的三相内铁型变压器，因考虑到受零序电压降和铁壳损失的限制，一般消弧线圈的容量，不宜大于变压

12、器额定容量的 20%。(4)Y/Y 接线的单相变压器组或外铁型三相变压器，因其零序阻抗很大，不应将消弧线圈接在这种变压器的中性点上。5 消弧线圈的调整原则消弧线圈的调整应以过补偿运行为基础。由于消弧线圈容量的限制或在特殊运行方式下，允许采用欠补偿运行， 但必须事先进行断线过电压的验算， 使可能出现的最大中性点位移电压，不超过相电压的 60%70%。在网络中同时有几台消弧线圈并联运行时，当网络发生单相接地，通过故障点的电感电流 II为各个消弧线圈的算术和，此时，网络消弧线圈应按照总和的电感电流进行整定。在整定时，应满足以下几点要求：(1)正常情况下，改变系统的运行方式，需要调整消弧线圈的补偿电流

13、时，只调整一个消弧线圈的抽头，就能满足所需调整的需要。(5)要满足系统的主要部分，在分区运行时，都应处在过补偿运行状态。(3)消弧线圈的调整，还应考虑到在系统发生单相接地时，流经故障点的残流越小越好，一般不应大于 5A;中性点位移电压，在正常运行时，不应超过相电压的 15%,特殊情况下，一小时内不得超过相电压的 30%;发生接地故障时，不得超过相电压的 100%。(4)脱谐度一般不大于 10%,脱谐度意为脱离谐振点的程度，它是IC与IL之差与IC之比。6 消弧线圈的操作(1)在系统发生单相接地故障时，禁止用刀闸断开消弧线圈，因为消弧线圈是经刀闸与变压器中性点相联接的，在系统接地情况下，拉开中性

14、点刀闸，将会造成带负荷拉刀闸。(2)若接地运行超过消弧线圈规定的时间，且上层油温超过 90C 时，此时消弧线圈必须退出运行，其方法有两种：一是将故障相进行临时的人工接地，然后将消弧线圈退出运行。二是用代有消弧线圈的变压器高压侧开关， 将变压器和联接在变压器中性点上的消弧线圈一齐退出运行。(3)在正常情况下，可以直接用消弧线圈的刀闸，进行消弧线圈投入或退出运行的操作，但当中性点位移电压超过相电压的 1/2 时，如需要将消弧线圈退出运行，应采用变压器高压侧开关，将变压器和联接在变压器中性点上的消弧线圈一齐退出运行。(4)调整消弧线圈抽头时，无论增大补偿或减少补偿，均应将该消弧线圈从网络中退出运行后

15、，再进行抽头的调整(上调或下调)，调整后即时投入运行。(5)不能将消弧线圈同时接于两台变压器中性点上运行，只能接于一台变压器中性点上运行，若消弧线圈需要从一台变压器中性点，转入另一台变压器中性点上运行时，应先将消弧线圈从原运行变压器上断开，再投入到另一台运行中变(6)原运行中的变压器，代有消弧线圈运行，现在需要将原变压器停止运行,备用变压器投入运行，具消弧线圈的操作，应遵守下列程序：投入备用变压器，使其运行正常。将消弧线圈从原变压器中退出运行。将消弧线圈投入到新加入运行的变压器中性点上运行。原变压器停止运行。(7)输配电线路投入与退出，具消弧线圈的操作，应遵守下列程序进行:在过补偿运行方式下a

16、 增加系统运行线路长度时（即投入线路），应在线路未投入前，先将消弧线圈退出运行，待消弧线圈抽头调到需要的新位置上（由小调大），投入消弧线圈,最后再投入待运行的线路。b 减少系统运行线路长度时（即退出线路），应先将需要退出的线路停止运行,然后将消弧线圈退出运行，待消弧线圈抽头调到需要的新位置上（由大调小），再投入消弧线圈。在欠补偿运行方式下a 增加系统运行线路长度时（即投入线路），应先将需要投入的线路加入运行，然后将消弧线圈退出运行，待消弧线圈抽头调整到需要的新位置上（由小调大），再投入消弧线圈。b 减少系统运行线路长度时（即退出线路），应在所需停运的线路未停运前，先将消弧线圈退出运行，待消弧线圈抽头调到需要的新位置上（由大调小），投入消弧线圈，最后再退出所需停运的线路。（8）对于装有 10kV 消弧线圈的变电站，其 1