中性点不接地系统电容电流检测方法及系统设计Word文件下载.docx

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电力系统及其自动化

指导单位或教研室：

电子科技大学中山学习中心

指导教师：

漆强职称：

讲师

电子科技大学

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

4月18日

至

4月22日

开题报告

4月23日

5月15日

完成毕业论文资料的收集、查阅相关参考文献、准备毕业论文需要的基本知识。

5月16日

5月23日

论文初稿

6月16日

6月30日

论文终稿

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

摘要

本文主要阐述了针对10kV、35kV配电系统电容电流过大，引起弧光接地过电压，造成重大设备损坏事故的情况，阐述不接地系统电容电流的危害以及几种测量方法和估算方法。

为防止弧光接地过电压，中性点经消弧线圈接地，并简单介绍中性点经消弧线圈接地系统的特点以及一些计算方法和在有关消弧线圈参数选择上应注意的一些问题。

关键词不接地系统；

电容电流；

测试方法；

消弧线圈；

接地变

Abstract

Thispaperdescribesforthe10kV,35kVdistributionsystemcapacitorcurrentistoolarge,causingarcinggroundover-voltage,causingsignificantequipmentdamageincident,withadescriptiondoesnotharmcapacitivecurrentgroundingsystemandseveralmethodsofmeasurementandestimationmethods.Topreventover-voltagearcgrounding,neutralgroundingviaarcsuppressioncoil,andabriefNeutralGroundingSystemArccharacteristicsandanumberofcalculationmethodsandparametersinthechoiceofthearcsuppressioncoilshouldpayattentiontosomeproblems

Keywords：

insolatedneutralsystem；

capacitancecurrent；

measuringmethod；

arc-suppressioncoil；

groundingtransformer

.

第一章绪言

我国电力系统中，10kV、35kV电网中一般都采用中性点不接地的运行方式。

电网中主变压器配电电压侧一般为三角形接法，没有可供接地的中性点。

当中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压三角形保持对称，对用户继续工作影响不大，并且电容电流比较小（小于10A）时，一些瞬时性接地故障能够自行消失，这对提高供电可靠性，减少停电事故是非常有效的。

由于该运行方式简单、投资少，所以在我国电网初期阶段一直采用这种运行方式，并起到了很好的作用。

但是随着电力事业日益的壮大和发展，这简单的方式已不在满足现在的需求，现在城市电网中电缆电路的增多，电容电流越来越大（超过10A），此时接地电弧不能可靠熄灭，就有可能引发起间歇性弧光接地、铁磁谐振等中性点位移过电压，甚至发展为事故。

当接地故障电容电流<

10A时，采用中性点不接地系统；

当接地故障电容电流>

10A时，采用经消弧线圈接地系统。

是否设置及如何使用消弧线圈，完全取决于系统的动态对地电容——以系统电容电流来描述、即为处于运行中的系统在没有补偿的情况下，发生单相接地时，流过接地点的无功电流。

鉴于电容电流的重要性，就有必要及时通过测量获取电网对地电容电流的大小。

这样可以提前采取措施，补偿此电容电流，防患于未然。

这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。

第二章中性点不接地系统

第一节中性点不接地系统特点

中性点不接地系统，指系统中性点与地之间没有任何形式连接，即是中性点对地绝缘，这种接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资经济。

适用于l0kV架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。

中性点不接地系统优点在于发生单相接地故障时，由于接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，根据安规规定，系统发生单相接地故障后可允许继续运行不超过两小时，从而获得排除故障时间，相对地提高了供电的可靠性。

中性点不接地方式缺点在于因其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。

在发生弧光接地时，电弧的反复熄火与重燃，也是向电容反复充电过程。

由于对地电容中的能量不能释放，造成电压升高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。

第二节不接地系统电容电流的危害

但是随着电力事业日益的壮大和发展，这简单的方式已不在满足现在的需求，现在城市电网中电缆电路的增多，电容电流越来越大（超过10A），此时接地电弧不能可靠熄灭，就会产生以下后果：

1）单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃，会产生弧光接地过电压，其幅值可达4U（U为正常相电压峰值）或者更高，持续时间长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘薄弱处形成击穿；

造成重大损失。

2）持续电弧造成空气的离解，拨坏了周围空气的绝缘，容易发生相间短路；

3）产生铁磁谐振过电压，容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆炸；

这些后果将严重威胁电网设备的绝缘，危及电网的安全运行。

第三章单相接地电容电流的计算

3.1空载电缆电容电流的计算方法[5]有以下两种：

（1）根据单相对地电容，计算电容电流。

Ic=

×

Up×

ω×

C×

103 

（1）

式中:

Up━电网线电压（kV）

C━单相对地电容（F）

一般电缆单位电容为200-400pF/m左右（可查电缆厂家样本）。

（2）根据经验公式，计算电容电流。

Ic=0.1×

UP×

L 

（2）

L━电缆长度（km）

3.2架空线电容电流的计算方法[5]有以下两种：

（1）根据单相对地电容,计算电容电流。

103 

（3）

一般架空线单位电容为5-6pF/m。

（2）根据经验公式,计算电容电流。

Ic=（2.7～3.3）×

L×

10-3 

（4）

Up━电网线电压（kV）

L━架空线长度（km）

2.7━系数，适用于无架空地线的线路

3.3━系数，适用于有架空地线的线路

同杆双回架空线电容电流：

Ic2=（1.3～1.6）Ic

（1.3-对应10kV线路,1.6-对应35kV线路,Ic-单回线路电容电流）

3.3对于变电所增加电容电流的计算[5]

额定电压（KV）增大率（%）

618

1016

3513

通过

（2）和（4）比较得出电缆线路的接地电容电流是同等长度架空线路的37倍左右，所以在城区变电站中，由于电缆线路的日益增多，配电系统的单相接地电容电流值是相当可观的，又由于接地电流和正常时的相电压相差90°

，在接地电流过零时加在弧隙两端的电压为最大值，造成故障点的电弧不易熄灭，常常形成熄灭和重燃交替的间隙性和稳定性电弧，间隙性弧光接地能导致危险的过电压，而稳定性弧光接地会发展成相间短路，危及电网的安全运行。

第四章电容电流的测量方法

不同电压等级、不同运行方式其电容电流是不同的，并且当电容电流大于一定值时，必须装设消弧线圈。

为了更准确的调谐，仅仅对系统电容电流进行估算是不够的，还需要对电容电流加以实际测量。

对电容电流的测量方法很多，归纳不外乎两类

第一节直接法测量电容电流

直接法即单相金属接地法：

在正常运行条件下，一相线路直接金属接地，试验接线如图l所示，其中所测电流值即为系统电容电流。

该方法优点是所得电流值为真实的电容电流，同时还可以测量有功泄漏电流和全电流、计算阻尼率。

缺点是安全性没有保障，如果在测量过程中被测电网发生接地，将对测量人员和仪器构成威胁，故此种方法很少采用。

第二节间接法测量电容电流

间接法包括中性点外加电容法、中性点外加电压法、谐振法，日前常用的是中性点外加电容法和谐振法。

4.2.1中性点外加电容法

中性点外加电容法[2]测量等值电路图如图2所示。

图中N为电网中性点，为系统不对称电压，此电压在电缆线路中很低；

在架空线路60kV及以下电网中一般为100～300V。

当电网中性点N接入外加电容C后，中性点电压由

变为

称为位移电压。

（5）

电网电容电流

（6）

式中，Cx为系统电容；

Up为相电压。

由上式不难看出：

外加电容对测量结果的精度产生重大影响。

如果电容选择适当，则测量结果准确；

否则，测量误差较大。

减小误差的方法有两种：

一是根据电网估算电容值Cx,在1/3～3Cx之间分为几档选取多组电容值求取测量平均值，当然电容器额定电压值宜不低于系统相电压；

二是选择C1、C2，分别测量

、

，利用式（5）可以计算Cx，当然为测量准确所选电容值与Cx同一数量级。

（7）

鉴于电缆线路不对称电压较低，为提高系统电容的测量精度，要求有较高的不对称电压值，可以在任一相中加偏置电容Cp，此偏置电容最好与系统电容同一数量级，其它测量与以上所述相同。

为了使测量结果更符合实际，可以在其它两相上分别加偏置电容测量，再取平均值。

应指出的是，此时实际电容为实测值减去外加电容Cp。

中性点外加电容法具有如下优点：

a．不影响系统的正常运行。

b．测试方法安全、可靠、准确度高。

c．便于运行人员实际掌握消弧线圈的分接头调整。

4.2.2谐振法

谐振法[2]是利用消弧线圈在不同调谐或不同频率时，用补偿电流、中性点位移电压等参数来计算网络的电容电流。

原理接线图如图3所示

用等效发电机原理可以将图3简化为图4。

（8）

（9）

式中，E0为消弧线圈脱离时测的得的系统不平衡电压；

U0为消弧线圈在各分接头时测得的中性点位移电压；

Xc为系统等值容抗；

I为流经消弧线圈的电流。

对于分级式消弧线圈，在不同分接头处测量中性点位移电压、流经消弧线圈的电流、线电压与相电压，可以求解系统等值容抗，进而不难得到电容电流。

该试验方法优点是测量准确，不足之处是需要改变消弧线圈的分接头，测试步骤繁琐。

第五章中性点经消弧线圈接地系统设计

第一节中性点经消弧线圈接地系统的特点

中性点经消弧线圈接地系统属于非有效接地系统，目前在电力系统中应用较为广泛。

中性点经消弧线圈接地系统必须采用过补偿运行方式，即消弧线圈的感抗小于电网对地的容抗，XL＜XC，这可通过调节消弧线圈的分接头实现。

由于人为地增加了一个比电网接地电容电流略大一些而相位相差180°

的电感电流，电容电流被电感电流补偿掉，流过接地故障点的接地故障电流，仅为补偿后的数值很小的残余电流，并具有以下特点：

1、电网运行可靠性高。

补偿电网发生单相接地时，相间电压仍然对称，不影响电网继续供电。

此时，因为电网单相接地故障电流很小，不会危及电网内各元件的绝缘，因而即使电网的单相接地电容电流很大，补偿后通常可以带着接地故障继续运行，所以电网运行可靠性高，这是补偿电网一个重要的优点。

2、对瞬时性单相对地闪络能自动熄弧。

在补偿电网中，许多瞬时性单相对地闪络刚一发生后，接地电容电流就被电感电流所补偿，由于流过故障点的残余电流很小，使接地电弧不能维持而立即自动熄弧，电网迅速地恢复了正常运行。

3、故障点对地电位小，零序电压保护的灵敏系数大。

4、能将单相接地时的过电压抑制在2.5倍相电压以下。

补偿电网由于采用了过补偿运行方式，其脱谐度在-0.05～-0.1，不超过10%，脱谐度在1.05～1.1范围内运行，可将弧光接地过电压抑制在2.5倍运行相电压以下，同时不会产生如同中性点不接地系统中的基波串联谐振，因此保证了用电设备的安全运行，同时提高了电网供电的可靠性，这是补偿电网的主要优点。

5、由于补偿电网接地故障电流很小，又是经补偿后的电感电流，所以就不能采用简单零序电流和零序功率方向保护，而需要采用较为复杂的保护，如反映高次谐波的单相接地保护等。

6、运行维护复杂。

补偿电网处于过补偿状态运行时，才会有上述优点，但在实际电网运行中，经常会遇到要改变电网结线方式或改变运行方式的情况，致使电网参数随之不断变化，这就可能出现全补偿或欠补偿的运行状态，为了避免这种状态出现，就需要维护人员全程监控并及时地调节补偿电流，这是消弧线圈接地系统的主要缺点之一。

中性点经消弧线圈接地系统适用于单相接地电容电流比较大的电网，既可抑制异常过电压，又可在电网单相接地时保持连续供电，保证了大型电网供电可靠性，同时也显著降低了单相接地故障电流对电气设备引起的热效应。

第二节中性点经消弧线圈接地系统的设备选择

1、消弧线圈安装位置的选择

消弧线圈的装设条件根据中性点接地方式确定。

在选择消弧线圈的安装位置时，需注意以下几点：

（l）在任何运行方式下，大部分电网不得失去消弧线圈的补偿。

不应将多台消弧线圈集中安装在一处，并应尽量避免在电网中仅安装一台消弧线圈。

（2）发电厂中，发电机电压的消弧线圈可装在发电机中性点上，也可装在厂用变压器中性点上；

当发电机与变压器为单元连接时，消弧线圈应装在发电机中性点上。

（3）变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点上，6～10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。

（4）装在Y0/△接线双绕组变压器或Y0/Y0/△接线三绕组变压器中性点上的消弧线圈的容量，不应超过变压器三相总容量的50%，并且不得大于三绕组变压器任一绕组的容量。

（5）装在Yo/Y接线的内铁心或变压器中性点上的消弧线圈的容量，不应超过变压器三相总容量的20％。

消弧线圈不应安装在三相磁路互相独立、零序阻抗很大的Y0/Y接线变压器的中性点上。

（6）变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用的接地变压器。

其容量应与消弧线圈的容量相配合，并采用相同的定额时间，而不是连续时间。

接地变压器的特性要求是：

零序阻抗低、空载阻抗高、损失小。

2、消弧线圈容量及分接头的选择

消弧线圈的补偿容量，一般按下式[5]计算：

（10）

式中，Q为补偿容量，kVA；

K为系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定；

Ue为电网或发电机回路的额定线电压，kV；

Ic为电网或发电机回路的电容电流，A。

消弧线圈应避免在谐振点运行。

一般需要将分接头调谐到接近谐振点的位置，以提高补偿成功率。

为便于运行调谐，选用的容量宜接近于计算值。

装在电网变压器中性点的消弧线圈以及具备直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式，防止运行方式改变时，电容电流减少，使消弧线圈处于谐振点运行。

在正常情况下，脱谐度一般不大于10%（脱谐度

其中IL为消弧线圈电感电流）。

消弧线圈的分接头数量应满足调节脱谐度的要求，接于变压器的一般不小于5个，接于发电机的最好不低于9个。

3、中性点位移校验

常时间中性点位移电压不应超过下列数值:

（1）中性点经消弧线圈接地的电网

；

（2）中性点经消弧线圈接地的发电机

（3）中性点位移电压一般按下式计算：

（11）

式中，

为消弧线圈投入前，电网或发电机回路中性点的不对称电压值，一般取0.8％相电压；

d为阻尼率，一般对63～110kV架空线3%,35kV及以下架空线路取5%，电缆线路取2%～4%；

为脱谐度。

4、接地变压器的选择

接地变压器的作用是在系统为△型接线或Y型接线中性点无法引出时，引出中性点用于加接消弧线圈，该变压器采用Z型接线（或称曲折型接线）,与普通变压器的区别是每相线圈分别绕在两个磁柱上，这样连接的好处是零序磁通可沿磁柱流通，而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通，所以Z型接地变压器的零序阻抗很小（10

左右），而普通变压器要大得多。

因此规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，其容量不得超过变压器容量的20%,而Z型变压器则可带90％～100％容量的消弧线圈，接地变压器除可带消弧圈外，也可带二次负载，可代替所用变压器，从而节省投资费用。

接地变压器容量选择可按下式[5]计算：

（12）

式中，Q为消弧线圈容量，kVA；

S为所变容量，kVA；

为功率因素角，°

为接地变容量，kVA。

5、举例说明

某35kV变电站，建设容量为2×

20MVA（35/10）有载调压变压器；

35kV线路电缆进线2回，采用内桥接线方式；

10kV电缆出线12回，采用单母线分段接线方式，每段6回。

10kV接地变压器及消弧线圈的选择如下：

（l）消弧线圈的选择

l）电容电流的估算本变电站10kV均为电缆出线，按主变压器分列运行，每段为6回。

每回10kV馈线电缆长Ikm估算，根据公式

（2），其电容电流估算为：

Ic=0.1UpL=0.1×

10.5×

1×

6=6.3（A）

对于10kV系统，附加的变电所电容电流为16%,故

Ic=6.3×

1.16=7.31（A）

2）消弧线圈容量的选择消弧线圈的容量配置采用过补偿方式，取补偿系数K=1.35

补偿容量

根据消弧线圈容量的系列性及考虑部分裕量，选用消弧线圈容量Q=75kVA，补偿电流调节范围Ix≤12.5A。

3）接地变压器的选择由于本变电站主变压器接线组别为YN,dll,低压侧无中性点引出，故考虑设专用接地变压器，将其中性点引出后用来引接消弧线圈。

消弧线圈运行系统电压为10kV，消弧线圈额定电压为

kV。

接地变压器兼作变电所用变压器，可带一个容量低于额定容量的二次绕组，作为变电站的所用电源。

经本变电站所用用电负荷统计计算，所用计算容量为39.1kVA，选择接地变压器的二次绕组容量S为50kVA，电压为400/23OV。

接地变压器的容量应与消弧线圈及所用电容量匹配。

取

=0.8，

=0.6,则接地变一次绕组容量计算为：

根据产品系列选用较接近的接地变压器容量（2h负载）

=60kVA。

接地（所用）变压器应能同时满足接地和所用电两种工况，即2h负载16OkVA，连续负载50kVA。

为满足接地变压器零序阻抗低，空载阻抗高，损失小的特性要求，采用曲折形接法的接地变压器，接线组别为ZN,yno。

结束语

随着电网的发展，10～35kV配电系统采用越来越多的电缆,不接地系统电容电流大大增加,必须十分重视由此而来的各种问题,避免事故的发生.在进行电容测量的时候,采用何种方法要视具体情况而定.在不具备现场测试条件时,可通过精确统计线路长度及电缆长度利用经验公式进行估算得到较为准确的数据。

对电容电流超标的变电站可采取中性点经消弧线圈接地，可以将电容电流补偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。

电网中性点经消弧线圈接地，必将使其成为中压电网中性点接地方式的发展方向。

谢辞

在整个毕业设计中，我得到了指导老师漆强讲师的细心指导下进行的。

在开题报告等多个设计环节遇到问题时，老师不辞辛苦的通过留言、讲解等方式，才使得我的设计顺利的进行。

从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了漆强讲师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！

导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！

参考文献

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5.《电力工程电气设计手册》上册，水利电力部西北电力设计院编，水利电力出版社。

6.《电气工程师手册》机械工业出版社,第二版。