浅析电容电流对35kV变电站10kV系统的危害及对策

[摘要]

2013年2月，安康供电分公司组织技术人员对陕西省宁陕县35kV七亩坪变电站进行了10kV系统整体电容电流测试。10kV系统电容电流测试平均值严重超标。因宁陕35/10kV电网属中性点不接地三相系统。当系统发生单相接地故障，其接地电弧不能自熄，极易产生间隙性弧光接地过电压，发展成两相短路事故。给京昆高速公路西汉段的供电，带来极大的安全隐患。

【关键词】 35/10kV电网 中性点不接地三相系统 电容电流 分析治理

引言

陕西省宁陕县宁陕35/10kV电网属中性点不接地三相系统，该系统在一相绝缘损坏等原因发生单相接地时，另两相对地电压较接地前高至线电压，三相的电压保持对称且大小不变。对于电力用户接于线电压设备的工作无影响，无须立即停电，这是不接地系统的优点。此时三相的对地电容电流之和不为零，大地中有电流流过，并且在接地点形成回路，该电流可能会在接地处形成间歇的电弧，这种周期性熄灭和复燃的间歇性电弧将导致系统产生过电压，其中幅值可达2.5～3倍的相电压，足以危机整个电力网络的绝缘，这是不接地系统的缺点。

宁陕35kV七亩坪变电站的主供电源的35KV输电线路由钢芯铝绞线和电力电缆组成，10KV出线八回全为电力电缆线路。随着宁陕35kV电网不断扩大，电缆输电、供电线路的增多，造成系统电容电流大大增加。当系统发生单相接地故障，其接地电弧不能自熄，极易产生间隙性弧光接地过电压，持续时间一长，在线路绝缘弱点还会发展成两相短路事故。

二、系统概述

35kV七亩坪变输变电工程始建于2007年6月，位于陕西省秦岭南边，与西安市户县毗陵，占地面积6.7亩，主要为京昆高速公路西汉段营运用电服务。2007年9月投入试运行，35kV七亩坪变电站主要是为京昆高速公路西汉段秦岭Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号特长隧道及服务区供电。该站35kV电源分别与县电网35kV钢铁、35kV沙坪变电站、西安供电局户县35kV涝浴变电站引入，实现不间断供电。主变容量1号变：5000kVA；2号主变：5000kVA；调压方式：1、2号主变均为有载调压。35kV进出线3回，为35kV七涝线、35kV线七沙线、35kV七钢线，其中35kV线七沙线、35kV七钢线互为备用，具备线路备自投功能。35kV母线采用单母分段形式；电压互感器2组，母线分段控制，35kV断路器采用手车式断路器，10kV采用户内配电设备，10kV出线八回，已运行七回 。

三、运行情况

35kV七亩坪变输变电工程于2007年10月1日投入运行，自投运以来，该电缆共发生7次运行故障，其中4次为电缆接头引起，另3次故障为同电缆沟运行的10kV电缆接头爆炸后导致钢七线电缆损伤。其中近期为2013年3月30日14：13时七亩坪变电站1273#隧道下行线开关电流Ⅰ段保护动作跳闸；14：26时，钢铁变电站3552钢七开关电流Ⅲ段保护动作开关跳闸，京昆高速公路西汉段秦岭服务区及秦岭1#、2#、3#隧道停电，事故原因：为西汉段10kV127电缆着火造成3552钢七线主绝缘破坏，发生相间短路，引起上级电源钢铁变电站3552钢七开关电流Ⅲ段保护动作开关跳闸。

四、存在的问题

1、已运行七回的10kV出线，属电缆线路，电容电流通过理论计算，单相接地故障电流大于30A时，根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，当10kV系统在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式或在短暂时间内切除故障线路。目前，这些设施没设置。

2、电缆沟道截面为0.5m×0.5m，不能够满足电缆运行要求的需要。

3、高压电缆、低压电缆、通讯电缆同沟敷设，所有电缆在沟道内混乱、重叠敷设在一起，容易引起火灾及运行事故，而且会影响到电缆的散热，降低电缆的正常载流量。

4、现运行的10kV电缆的接头附件采用热缩型式制作，该型式电缆附件在运行2-3年后，故障率较高。

5、电缆沟道内所有高压电缆接头均未采取防爆措施，若一条电缆的接头发生故障，将会危及其它带电运行电缆。

6、在隧道内安装电缆附件时，未采取有效的防尘措施。

五、10kV系统电容电流测试

2013年2月28日，安康供电分公司组织国网武汉电力科学研究院一起到宁陕35kV七亩坪变电站进行了10kV系统整体电容电流测试。测试结果为：七亩坪变电站10kV系统电容电流平均值为82A，该值大大超出了电力行业标准30A的要求。根据电力行业标准要求，拟采用自动消弧线圈来补偿电容电流或在短暂时间内切除故障线路，确保系统安全正常可靠运行。

六、设计方案计算

安康供电分公司35KV七亩坪变电站（宁陕县公司）承担着京昆高速公路西汉段秦岭隧道群1#、2#、3#隧道的供电任务，该站由35KV钢七线为主供电源，因该线路遗留的永久缺陷，使安康分公司在保电工作中，采取了很多措施，但治标不治本，致使保电工作压力很大。结合遗留的缺陷和110kV江口输变电工程的建设，我们拟采取抑制10kV系统的电容电流改造实施方案。即：采用消弧线圈补偿电容电流方案（其中消弧线圈补偿电容电流方案做了两个方案）。和在短暂时间内切除故障线路两个方案

七、方案比较

（一）方案推荐

方案一、消弧线圈接地变前端加装负荷开关保护方式：10kV母线到接地变压器加装负荷开关，为节省投资，结合设备现状，非标高压柜安装在10kV高压室内。

方案二、消弧线圈接地变前端加装高压开关柜保护方式：10kV母线系统通过带过流保护装置、速断装置到高压柜，再从高压柜到接地变压器，10kV母线到接地变压器前端加装真空断路器。

方案三、采用中性点接地电阻柜进行故障线路跳闸：该装置由高压开关柜、接地变压器、接地电阻器、智能控制器、电流互感器，隔离刀闸，箱式外壳等部分构成， 10kV母线通过高压开关柜（高压开关柜带复合开关、带过流、速断保护装置）；到接地变压器（10kV系统没有中性点，接地变压器是制造中性点的专用变压器）；接地变压器中性点连接到接地电阻柜，接地电阻柜再接地，形成了中性点通过小电阻接地一个完整的系统。

安装维护设备比中性点接地电阻柜要复杂。 对系统供电可靠性要求较高的城市电网及停电对社会、政治影响较大的系统使用，目前国网和南网普片使用的一种保护方式。

中性点采用电阻柜接地系统结构简单、安装维护方便，比起消弧线圈投资要低廉。线路发生单相接地事故时，与保护装置配合使故障线路跳闸，假若线路是单相瞬时故障，跳闸后，通过重合闸再送电。对供电可靠性要求不高的系统使用，停电对社会、政治影响不大的地方使用，但是前提一定要有重合闸装置。系统能经受反复的跳闸、合闸动作。

目前在我国电力系统中，电网中性点接地方式分为以下几种：

1）中性点不接地系统；

2）中性点直接接地系统；

3）中性点通过消弧线圈接地系统；

4）中性点通过电阻接地系统；

中性点不接地系统在国内主要用于3～66kV电压等级线路，其目的提高供电可靠性，降低跳闸率。中性点直接接地系统主要用于110kV以上的系统，其目的是电压等级越高，单相接地危害就越大，当发生单相接地事故时线路立即跳闸。中性点通过消弧线圈接地主要用在3～66kV电压等级线路，其目的是系统发生单相接地故障时，在不停电的情况下降低故障点电弧和补偿系统电容电流，使故障点尽快熄弧，防止电弧重燃引发其它事故，提高供电可靠性。中性点通过电阻接地是，是发生单相接地事故时通过零序电流回路和保护配合使开关动作跳闸，使系统断电来消除瞬时故障点电弧，通过重合闸装置再送电。

通过比较，建议采用中性点采用电阻柜接地方案，当线路发生单相接地事故时，与保护装置配合使故障线路跳闸，假若线路是单相瞬时故障，跳闸后，通过重合闸再送电。

（二）建议原因

1、35/10kV高压电缆、0.4/0.2kV低压电缆、通讯电缆同沟（断面0.5m×0.5m）敷设，所有电缆在沟道内混乱、重叠敷设在一起，当前还没办法做到电缆分层，分类摆放。如电缆发生故障不及时切除，发展为金属短路，破坏性非常大；

2、为高速路隧道10kV配电所供电是双回10kV电缆供电，不论哪回发生故障，切除故障相，另外1路能保证供电，以免电缆单相发生故障发展为金属短路，减小故障损失。

3、中性通过电阻柜接地，与保护配合使故障线路立即跳闸，减少因单相接地事故引起地电位抬升造成接触电势、跨步电势及电位转移对二次设备及人身安全的危害。

4、中性点通过电阻柜接地在10kV高压室内及室外安装方便，维护简单，比起消弧线圈使用占地面积小，后期维护工作量小。

参考文献：

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GB311.1-95 《高压输变电设备的绝缘配合》

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GB1408-89 《固体绝缘材料工频电气强度的试验方法》

GB2900.1-82 《电工名词术语 基本名词术语》

GB3309-89 《高压开关设备常温下的机械试验》

GB3804-90 《3～63kV交流高压负荷开关》

GB3804-87 《局部放电测量》

GB11022-89 《高压开关设备通用技术条件》

GB10229 《电抗器》

GB6450 《干式电力变压器》

GB1094 《电力变压器》

DL/T620 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

GB763 《交流高压电器在长期工作时的发热》

GB11022 《高压开关设备通用技术条件》

GB7328 《变压器和电抗器的声级测量》

GB311.1 《高压输变电设备的绝缘配合》

DL/T1057-2007 《自动跟踪补偿消弧选线成套装置技术条件》

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