电容电流 [南宁市区10kV配网电容电流分析及运行建议]
摘要：随着社会经济的快速发展，城市10kV配网规模不断扩大，配网系统发生永久性单相接地故障的总量和类型必然随着配网规模的扩大有所增加。文章通过分析南宁市区10kV配网的接地方式，提出了在部分市区变电站增加或者更换10kV消弧线圈，以解决电容电流超出规定值给电网安全稳定运行带来隐患的问题，同时也为兄弟单位的配网建设提供借鉴。
关键词：市区配网；电缆线路；消弧线圈；电容电流；10kV配网
中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）20-0123-03
伴随着城市化进程的有力推进，南宁市区负荷呈稳步攀升态势，电网也得到了长足的发展，由于城市亮化的需要，电缆线路使用也日趋广泛。南宁市区现有220kV变电站7座，110kV变电站24座（不包括用户变电站），市区配网10kV出线有427条，架空线路总长为2400km，电缆线路总长为1965km。其中位于市区中心地段变电站出线的电缆线路总长均超过100km，最长达180km。2009年，南宁市配网电缆化率为42.5%、绝缘化率为65%，远低于国内发达城市的水平。为了进一步提高供电可靠率，提高配网线路的电缆化率和绝缘化率势在必行。而电缆线路的大量使用，必然会引起网络电容电流的增加，甚至超过规定值范围，给电网运行带来风险。因此，有针对性地分析总结，做好预防控制措施，是降低电网运行风险的重要手段。
1 电缆线路的特点
电力电缆线路在城市配网中的大量使用，是因为其具有以下优点：
（1）电缆线路受外界环境的影响小，瞬时接地故障几率低，供电可靠性高。
（2）线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波。
（3）地下敷设时，不占地面上的空间，既安全可靠，又不易暴露目标。
因此，在城镇市区人口稠密的地方，要求占地面积小，供电安全可靠的场所，城市建设有建筑与美观需要的区域，一般多采用电缆供电；在严重污染区和无线电保护区，为了屏蔽线路走廊，提高输送电能的可靠性，多采用电缆；对于跨度大，不宜架设架空线的过江、过河线路，或为了避免架空线路对航运和航空通道的影响，也多采用电缆；国防与军事工程，为了避免暴露目标而采用电缆。
电力电缆线路具有上述独特优点，但也存在着不足之处。国内外电力部门的实际运行经验表明，以架空线路为主的电力系统中单相接地故障绝大多数是瞬时性的，采用合理的消弧线圈接地方式可大大减小接地电流，从而使接地电弧迅速熄灭，故障自动消除，系统恢复正常运行，提高供电可靠性。而以电缆线路为主的系统其永久性单相接地故障较多，故障发生后若不采取措施降低电容电流并迅速灭弧，可导致故障的进一步扩大，发展为相间短路。
2 电容电流的危害
电缆线路的大量使用，使得电网运行更加稳定的同时，也伴随着潜在的风险。最突出的便是当系统发生接地故障，电容电流大于10A时，将带来一系列危害，具体表现如下三个方面：
（1）接地电流和正常时的相电压相位相差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，严重威胁到电网的安全运行。
（2）配网谐振产生的过电压常使设备内绝缘击穿、外绝缘放电，且常因事故处理不及时或事故扩大而造成大面积停电。
（3）配网的弧光接地时常产生电压互感器烧毁和熔断器频繁熔断等现象，严重威胁着配网的安全可靠性。
3 电容电流及消弧线圈容量的计算
3.1 电容电流计算
根据经验公式，计算电容电流采用以下公式：
（1）
式中：为对地电容电流（A），为系统标称线电压（kV），为电缆长度（km）。
上述公式主要适用于油浸纸电力电缆。对于目前采用较多的交联聚乙烯电缆，其每千米的对地电容电流根据制造厂提供的参数比油浸纸电力电缆的大20%左右。而根据实际运行经验，变电站电容电流将增加18%。综合上述考虑，可将交联聚乙烯电缆的电容电流公式归纳如下：
（2）
即
（3）
3.2 消弧线圈容量计算
消弧线圈容量根据系统单相接地故障时电容电流的大小来确定，并应留一定裕度，以适应系统今后的发展和满足设备裕度的要求等。消弧线圈的容量可按下式确定：
（4）
式中：为消弧线圈的容量（kVar），为容量系数，一般取1.35。
4 南宁市区配网运行情况
南宁市区配网是典型的电缆与架空线路混合组成的电网，采用所变中性点经消弧线圈接地的方式来补偿架空和电缆线路发生接地故障时产生的电容电流。
4.1 变电站现有消弧线圈规格
以市区6个主要变电站为例，它们的10kV供电线路包含大量的电缆线路，且出线所接用户多为重要客户，对这些变电站的研究极具价值。6个主要变电站的消弧线圈型号、参数及运行方式等情况，见表1：
表1 各主要变电站消弧线圈情况
所属变电站 消弧线圈型号 消弧线圈安装容量（kVA） 调谐方式 运行情况
南湖变电站 XHDCR-800/10 800 手动 退出
七一变电站 XHDCR-630/10 630·2 手动 投入
城东变电站 XHDCR-1100/10.5 1100·2 自动 投入
凤岭变电站 KD-XH01-900/10.5 900 自动 投入
朝阳变电站 KD-XH01-900/10.5 900 自动 投入
津头变电站 KD-XH01-1100/10.5 1100·2 自动 投入
4.2 变电站电容电流及消弧线圈容量计算
经计算，市区各主要变电站电容电流计算值及现有消弧线圈容量对比情况见表2。比较发现：南湖变电站所配置的消弧线圈容量远不能够满足过补偿的系统要求，无论消弧线圈投入或是退出均将使该站处于欠补偿的运行方式；朝阳变电站所配置的消弧线圈容量比较接近全补偿的运行方式，但仍有约18%的裕度；其余4个变电站的消弧线圈容量配置均能满足过补偿的系统要求。