郎进平

(山西太钢岚县矿业公司，山西 吕梁 033500)

摘要：针对一起10kV开关柜接地故障扩大引发的大面积停电事故，分析了 10kV中性点不接地系统发生单相接地时对地电容电流的危害，介绍了消弧线圈原理及选择。

关键词：开关柜；电容电流；接地故障

1  故障经过及原因分析

某110kV智能化无人值守浮选站的1台31500kVA主 变带110kV两段母线运行，由集控站进行集中监控、操 作。2014年10月8日9时14分，集控站事故报警、烟雾报警装置报警，监控后台显示浮选站8226 #2站变出线柜 过流I段动作跳闸，浮选站#2主变8202过流I段动作跳 闸，110kV两段母线失电。在浮选站现场检查发现，10kV高压室浓烟滚滚，无法进人。迅速开窗、开排风扇驱散烟雾后进人高压室检查发现，#2站变出线柜电缆室炸裂烧损。通过分析后台保护波形及保护动作情况可知，此次故障的直接原因为#2站变出线柜的电缆室内过电压保护器质量问题引起B相单相接地。但弧光没有及时熄灭，引发相间弧光短路，最终扩大到母线相间短路，造成站变断路器与主变二次侧断路器跳闸，从而引发大面积停电。

2 10kV中性点不接地系统运行对地电容电流分析

该110kV智能化无人值守浮选站的110kV系统运行方 式为中性点不接地运行，共有10kV电缆出线18回，其中10回出线为双回路，初期设计互为备用，实际出线为13回，系统对地电容电流设计为11.03A。站所自投用后，根据生产的需求，单回路出线不能满足需求，需双回路供电，于是增加发电线路，实际出线变为19回。事故后经计算，系统对电容电流为36.01A。

DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确要求，对于3〜10kV主要由电缆线路构成的系统，当接地故障电流大于30A时，中性点应装设消弧线 圈。但在实际工作中，系统电容电流大于20A时就需装设 消弧线圈。由此可知，导致本次事故的原因是随着电缆的 逐步增多，系统对地电容电流发生了显著的增加，10kV 系统对地电容电流从11.03A增加到36.01A，已超过了标 准规定的安全值，导致单相接地时弧光没有及时熄灭，造 成本次单相接地故障的扩大。

供电系统在正常运行中，三相对地电容基本相等且三 相对地电容电流向量和为零，对系统不会造成影响。当中 性点不接地系统中发生单相接地时，对地电容电流主要有 以下几方面危害。

(1)对地电容电流较大时，接地点的电容电流值也较大，使接地点的电弧不能自动熄灭，引起弧光接地过电 压，危及系统及供电设备的安全。电弧还易造成相邻设备 短路，进而扩大事故。

(2)导致另外两非接地相产生很高的过渡过电压，引 起系统内部过电压，击穿系统设备绝缘薄弱点，造成短路 事故。

(3)电弧持续不灭，会引起供电系统电磁能震荡，使中性点偏移。

为此，在我国6〜66kV中性点不接地系统中，中性点经消弧线圈接地方式被广泛采用，可显著减小系统接地时对地电容电流。

3 消弧线圈原理及选择

3.1 消弧线圈原理

消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，装设于变 压器或发电机的中性点。当发生单相接地故障时，可形成 一个与接地电流的大小相等但方向相反的电感电流，这个电流与电容电流可互相补偿，最终使接地点的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧。如图1所示，当 C相发生单相接地时，中性点电压U₀将变成一U_C，此时消弧线圈两端为相电压，若忽略线圈电阻，则有感性电流 流过线圈，其值为：

 

式中，L、X_L分别为消弧线圈的电感和感抗。

 

图1  单相接地时对地电容电流与补偿电流示意图

当C相接地时，无接地的A相和B相的电压将升高 到线电压，而A相和B相的对地电容电流I_CA和I_CB将分别超前U_A’和U_B’90°。从图2上还可看出，_?CA和JCB组成的 总电容电流h将超前认'90°。由此可知，电感电流I_L与电容电流I_C正好相位相反，I_L而且I_L也必然流经故障点，从而实现了对单相接地时产生的电容电流的补偿。随着接 地电流的减小，电弧将自行熄灭。

图2  系统接地时电流电压的向量图

 3.2 消弧线圈选择

由于系统中电容电流为36.01A，考虑供电系统扩展 性后应将电容电流设定为不低于50A，因此消弧线圈容量S=U_相 ×I_C = (10.5kV/1.732) × 50A=303kVA。对照标准选型手册后，选用315kVA型消弧线圈。其结构及自动 跟踪控制系统接线如图3所示。

 

图3  消弧线圈及自动跟踪控制系统接线围

4  消弧线圈的使用效果

实时监测的消弧线圈运行状态数据见表1。系统中电 容电流为36.8A，通过消弧线圈进行实时补偿后，剩余电 容电流即发生接地时接地残流为1.6A，符合标准要求的规定值。由此可知，110kV系统安装消弧线圈装置后，系 统电容电流控制在5A以下，极大提高了系统的稳定性与 可靠性。

表1  消弧线圈运行状态

 

5  结语

当供电系统运行方式改变后，一定要重新计算系统电 容电流参数，一旦发现超标就应重新配置设备，降低系统 运行风险，避免因小故障导致接地点电弧没有熄灭而引发 母线短路，造成大面积停电事故的发生。