10kV中性点经消弧线圈接地系统单相接地引发线路故障的分析及防范措施

10kV中性点经消弧线圈接地系统单相接地引发线路故障的分析及防范措施

张海1兰兴伟2

（1.云南电网有限责任公司大理城区供电局；2.云南电网有限责任公司教育培训评价中心）

摘要：随着城市配电网的不断发展，负荷密度越来越大，电力电缆大量投入系统运行，电容电流也随之越来越大。当系统发生单相接地故障时，接地电弧不能自熄，将引起弧光接地过电压，持续时间一长，在线路绝缘弱点还会发展成两相短路事故。因此，当电容电流足够大时，就需要采用消弧线圈补偿电容电流。为避免不适当的补偿给电力系统安全运行带来威胁，必须正确测定系统电容电流值，并据此合理选择消弧线圈电流值及补偿方法，才能做到正确调谐，避免单相接地故障扩大，提高供电可靠性，确保人身设备安全。

关键词：接地系统；线路故障；防范措施

引言

10kV系统中性点接地的方式主要有不接地、经电阻接地及经消弧线圈接地三种类型。《中国南方电网公司城市配电网技术导则》规定：主要由架空线路构成的配电网，当单相接地故障电容电流35kV不超过10A，10kV不超过20A时，宜采用不接地方式；当超过上述数值且要求在故障条件下继续运行时，宜采用消弧线圈接地方式。主要由电缆线路构成的10kV配电网，当单相接地故障电容电流不超过30A时，可采用不接地方式；超过30A时，宜采用低电阻接地或消弧线圈接地方式。当前由于通道制约、城市美化、经济发展等因素，10kV电力电缆大量投入配电网运行，电容电流成倍增长，部分变电站中性点接地的方式、消弧线圈补偿电流值已不能满足补偿要求。电力技术的发展和高质量供电的需求，需要我们进一步加以改善。下面我们就一起发生在220kV某变电站10kV系统的单相接地故障进行分析。

一、10kV系统单相接地引发多回线路故障案例

2012年10月11日，220kV某变电站10kV系统发生一起由10kV线路单相接地引发多条线路跳闸的事件。由于多条线路停电，造成了城市部分区域的停电，影响面积较大，具体故障经过：

10:21分220kV某变10kV系统A相接地，选线装置显示为10kV沧浪左线。10:44分某变10kV沧浪左线由运行转为热备用。线路巡视后发现故障点为10kV沧浪左线金叶巷支线电缆分支箱电缆头击穿接地，于10:48分断开10kV沧浪左线3号电缆分支箱内断路器，故障隔离。11:01分某变10kV沧浪左线转运行。

在10kV沧浪左线接地运行23分钟期间内，10kV沧浪右线、烟厂右线、云鹤线、天庆线相继故障跳闸。10kV沧浪右线跳闸4次，均重合闸成功；10kV烟厂右线跳闸1次，重合闸不成功，巡视发现烟厂5号变电站1号变压器至高压开关柜之间电缆头击穿；10kV云鹤线跳闸1次，重合闸成功；10kV天庆线接地，巡视发现顺兴酒店变压器A相避雷器击穿。

此外，2012年年初发生过一起由220kV某变10kV电容器接地引起的故障。在10kV电容器接地运行期间，10kV富海线15号塔避雷器击穿（当时避雷器击穿放电泄漏的火花导致15号塔周边小面积起火，幸而被附近养殖场人员扑灭），10kV文昌线66号塔电缆头击穿，10kV烟厂线电缆头击穿。

二、220kV某变电站10kV线路构成状况及电容电流估算

1、线路构成状况

220kV某变电站共有10kV馈线12回，由于城市化建设的需要以及多年的业扩报装，10kV线路及其支线由大量的10kV电力电缆构成，近年来整个10kV系统电容电流剧增，经统计当前电缆线路长度已达44.969公里，架空干线长度62.53公里，各条线路情况详见下表：

2、电容电流估算

按照《电力工程电气设计手册》第1册（电气一次部分），系统电容电流计算方法如下：

电缆线路电容电流估算

IC1=0.1UnL

式中：IC1—电缆线路电容电流，A；

Un—系统最高运行电压，kV；

L—电缆线路总长度（km）。

架空线路电容电流估算

IC2=2.7×10-3UnL

式中：IC2—架空线路电容电流，A；

Un—系统最高运行电压，kV；

L—架空线路总长度（km）。

所有线路电容电流IC∑的估算

IC∑=IC1+IC2

考虑变电站内的附加电容电流，取出线电容电流的16%，则系统的总电容电流IC=1.16IC∑

取系统最高运行电压10.5kV，代入线路参数，220kV某变电站10kV系统电容电流计算结果为56.82A。

三、原因分析

在实际运行中，对于出线回路较多、线路较长或包含大量电缆线路的配电系统，当发生单相接地故障时，对地电容电流会相当大，接地电弧如果不能自熄灭，将产生间隙性弧光接地过电压或激发铁磁谐振，持续时间长还会在线路绝缘薄弱点发展成短路事故。本文所述接地故障发生地区近年来随着中压配电网容量不断扩大，且城市配电网大量采用电缆线路代替原来的架空线路，（单位长度的电缆线路的对地电容约为架空线路的30倍左右）致使电网对地电容电流大大增加。当发生单相接地故障时，如果中性点接地处消弧线圈补偿不当，极易引发过电压引发的线路故障。

根据变电站保护动作记录显示，10kV沧浪右线、10kV烟厂右线、10kV云鹤线、10kV天庆线相继故障跳闸的时间，正是在10kV沧浪左线金叶巷支线电缆分支箱电缆头击穿接地后继续运行的时间段内；10kV富海线15号塔避雷器击穿、10kV文昌线66号塔电缆头击穿、10kV烟厂线电缆头击穿均发生在220kV某变电站10kV电容器接地运行期间。

由于小电流接地系统为确保供电可靠性，单相接地故障时保护装置不作用于跳闸，允许运行一段时间，通过10kV系统电容电流的估算，进一步证实故障发生的原因是10kV线路单相接地后，由于系统电容电流过大，其接地电弧不能自熄，产生接地过电压，引起其他线路绝缘薄弱点击穿短路跳闸。

四、应采取的防范措施

消弧线圈有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿、过补偿。完全补偿时消弧线圈的电感电流IL和接地电容电流Ic相等，即IL=Ic；欠补偿即电感电流小于接地电容电流，即IL＜Ic；过补偿即电感电流大于接地电容电流，即IL＞Ic。完全补偿满足谐振条件，会使中性点对地电位升高，可能使设备绝缘损坏，一般不采用这种方式。欠补偿时，如果切除部分运行线路时使相对地电容减小，从而使Ic减小，有可能变成完全补偿，所以一般不采用。过补偿方式不存在上述缺点，因为当接地电流减小时，过补偿电流更大，不会变成完全补偿。即使将来电网发展，原有消弧线圈还可以使用。因此，装在电网中变压器中性点的消弧线圈，应采用过补偿方式。

根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：3-10kV电缆线路构成的系统，单相接地故障电流大于30A，需要在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。经查看220kV某变电站一次接线图，变电站已装设消弧线圈。由于近年配网电缆线路大量增加，系统电容电流急剧增大，而配电网的网络结构和运行方式变化频繁，要准确弄清每段时间电网中的电容电流是不可能的。因而补偿电流也就难以准确控制。不能准确控制补偿电流，也就不能把故障残流准确的控制在10A以下，影响对弧光接地过电压的抑制。

自动跟踪补偿消弧装置能对电网电容电流自动测量，自动调整补偿电流，克服了老式消弧线圈在调谐上存在的不足。能自动补偿电网单相接地电流促使接地电弧熄灭，有效降低了电网的故障建弧率，使配电网的供电可靠性大幅度提高。自动跟踪补偿消弧装置能有效的限制弧光接地过电压，消除铁磁谐振过电压。

结论：自动跟踪补偿消弧装置既保留了老式消弧线圈的优点，又克服了老式消弧线圈的不足，它能实时在线对电网电容电流进行测量，自动调整补偿电流，使之处于最佳补偿状态。因而配电网选用自动跟踪补偿消弧装置接地是比较好的接地形式，它能有效的限制弧光接地过电压，消除电磁式电压互感器所引起的铁磁谐振过电压，促使接地点电弧熄灭，降低线路建弧率，大大提高配电网的供电可靠性。