35kV、10kV系统消弧线圈、小电阻接地、接地变压器的选择及计算.doc
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35kV、10kV系统消弧线圈、小电阻接地、接地变压器的
选择及计算
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《一次设计手册》P81页）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，这中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。
为了防止上述事故的发生，为系统提供足够的零序电流和零序电压，使接地保护可靠动作，需人为建立一个中性点，以便在中性点接入接地电阻。
为了解决这样的办法。
接地变压器（简称接地变）就这样的情况下产生了。
接地变压器就是人为制造了一个中性点接地电阻，它的接地电阻一般很小。
另外接地变压器有电磁特性，对正序负序电流呈高阻抗，绕组中只流过很小的励磁电流。
由于每个铁心柱上两段绕组绕向相反，同心柱上两绕组流过相等的零序电流呈现低阻抗，零序电流在绕组上的压降很小。
也既当系统发生接地故障时，在绕组中将流过正序、负序和零序电流。
该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗，而对零序电流来说，由于在同一相的两绕组反极性串联，其感应电动势大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。
接地变压器的工作状态，由于很多接地变压器只提供中性点接地小电阻，而不需带负载。
所以很多接地变压器就是属于无二次的。
接地变压器在电网正常运行时，接地变压器相当于空载状态。
但是，当电网发生故障时，只在短时间内通过故障电流，中性点经小电阻接地电网发生单相接地故障时，高灵敏度的零序保护判断并短时切除故障线路，接地变压器只在接地故障至故障线路零序保护动作切除故障线路这段时间内起作用，其中性点接地电阻和接地变才会通过IR=（U为系统相电压，R1为中性点接地电阻，R2为接地故障回路附加电阻）的零序电路。
根据上述分析，接地变压器的运行特点是；长时空载，短时过载。
总之，接地变压器是人为的制造一个中性点，用来连接接地电阻。
当系统发生接地故障时，对正序负序电流呈高阻抗，对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作。
一、电容电流的计算
此计算作为是否安装消弧线圈/小接地电阻的判据，小于10A不需要，大于10A需要
1.1架空线路的电容电流可按下式估算：
1.1.1根据单相对地电容，计算电容电流
Ic=√3×UP×ω×C×103
式中：
UP━电网线电压（kV）
C━单相对地电容（F）
一般架空线单位电容为5-6pF/m。
1.1.2根据经验公式，计算电容电流
Ic=（2.7~3.3）×Ue×L×《一次设计手册》P261
式中：
L-线路长度（公里）
Ue-额定电压（kV）
Ic-架空线路的电容电流（A）
2.7-系数，无架空地线的线路
3.3-系数，有架空地线的线路
同杆双回线路的电容电流为单回线路的1.3~1.6倍
注：
（1.3-对应10kV线路，1.6-对应35kV线路，Ic-单回线路电容电流）
1.2电缆（具有金属保护层的三芯电缆）线路的电容电流可按下式估算：
1.2.1根据单相对地电容，计算电容电流
Ic=√3×UP×ω×C×103
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）。
1.2.2根据经验公式，计算电容电流
Ic=0.1×Ue×L不太准《一次设计手册》P262
式中：
L-线路长度（公里）
Ue-额定电压（kV）
Ic-架空线路的电容电流（A）
1.310kV电缆线路单相接地电容电流可按下式计算：
Ic=《一次设计手册》81
式中：
S-电缆截面（m㎡）
Ue-额定电压（kV）
Ic-电缆线路的电容电流（A）
1.3.110~35kV电缆线路的电容电流（A/km）可按下表计算：
表1.3-1
额定电压
Ue（kV）
电缆截面S（m㎡）
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
10
0.46
0.52
0.62
0.69
0.77
0.9
1.0
1.1
1.3
1.4
35
备注：
10kV，35kV电缆为具有金属保护层的三芯电缆。
1.3.2110~220kV电缆线路的电容电流（A/km）可按下表计算：
表1.3-2
额定电压
Ue（kV）
电缆截面S（m㎡）
240
300
400
500
630
800
1000
1200
1400
1600
110
2.7
2.9
3.3
3.6
4
4.5
5
5.3
5.6
6
220
4.7
5
5.4
5.9
6.5
7.4
7.8
8.2
8.7
备注：
110kV、220kV电缆为单芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电缆。
1.4电容电流计算完毕后，还需要根据不同电压等级的系统，附加如下表的变电站接地电容电流系数：
表1.4-1《一次设计手册》P262
额定电压（kV）
6
10
15
35
63
110
系数
1.18
1.16
1.15
1.13
1.12
1.10
二、消弧线圈及配合的接地变压器的选择
消弧线圈作用：
单相接地故障时，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，补偿电容电流，将接地点的综合电流限制在10A以下，达到自动息弧、继续供电的要求。
安装在Y/∆接线的双绕组变压器或者Y/Y/∆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%，且不得大于三绕组变压器任何一绕组的容量。
安装在Y/Y接线的变压器上的消弧线圈的容量不应超过变压器三相总容量的20%。
如变压器无中性点或者中性点未引出，应装设专用接地变压器。
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。
一般采用曲折形接法（Z形）的变压器。
消弧线圈一般采用油浸式。
装设在屋内小于80%湿度的场合可以用干式。
2.1消弧线圈选择计算
2.1.1根据架空线或电缆参数计算公式计算电容电流Ic
消弧线圈补偿容量计算：
Q=KIc《一次设计手册》P261
式中：
Q-补偿容量（kVA）
K-系数，过补偿选择1.35
Ue-额定线电压
Ic-电网电容电流
消弧线圈应避免在谐振点运行。
一般需将分接头调谐到接近谐振点的位置，以提高补偿成功率。
脱谐度V=不大于10%，Il为消弧线圈中的电感电流。
为便于运行调谐，选用的容量宜接近于计算值。
消弧线圈的分接头一般不小于5个。
2.1.2接地变压器的容量（此式中接地变同时作为所用变，二次侧接所用电）计算：
Sj=
式中：
Q-消弧线圈容量（kVA）
S-二次侧接所用电的容量（kVA）
-功率因数角（°）
Sj-接地变容量（kVA），需除以10.5
接地变10s的允许过载系数为额定容量的10.5倍，所以计算出来的接地变容量除以10.5就是接地变的容量。
2.1.3实例
例如某110kV变电所，二台主变，10kV单母线分段，共24回电缆出线，两套装置补偿，一回电缆平均长度按2kM计算，所变容量100kVA，COSФ=0.8.根据式（4-1）或式（4-2）有：
Ic=0.1×UP×L
=0.1×10.5×2×12=25.2（A）
变电所增加电容电流为16%故Ic=25.2×1.16=29.23（A）
根据式上式：
Q=K×Ic×UP/√3
=1.35×29.23×10.5/√3
=239（kVA）
根据消弧线圈容量系列性及最大电容电流Ic，确定相应的Q=300KVA，补偿电流调节范围为25—50A
根据上式：
因此整套装置，可调电抗器选用了型号为XHDCZ-300/10/25-50A（九档），容量为300kVA，系统电压10kV，额定电压6.062kV，补偿电流调节范围为25-50A.接地变压器选用了型号为DKSC-400/100/10.5，10.5±5%、容量为400kVA，二次容量为100kVA，系统电压10.5kV。
三、小接地电阻及配合的接地变压器的选择
小接地电阻的作用：
经小电阻接地产生足够的零序电压或者零序电流，使接地保护可靠动作。
小电阻阻值RN=，
式中：
Id-短路电流（Id=IN相电压流过接地电阻电流+IC电容电流）一般取1000A（此值为经验值）
Ue-额定电压
RN-小接地电阻的电阻值
接地变容量kVA：
Se=相数×相电压×
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