【電氣工程及其自動(dòng)化】配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式選擇的研究

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式選擇的研究二級(jí)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化完成日期2015年5月24日A基礎(chǔ)理論B應(yīng)用研究C調(diào)查報(bào)告D其他目錄1緒論111課題研究的意義112國(guó)外配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展113我國(guó)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式發(fā)展214本文主要的工作22配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式221不同接地方式的比較222中性點(diǎn)接地方式選擇的影響因素423本章小結(jié)63某變電站10KV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式研究731某10KV電網(wǎng)等值接線圖732某變電站10KV電網(wǎng)單相接地故障分析9321中性點(diǎn)不接地的過(guò)電壓10322中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的過(guò)電壓10323中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的過(guò)電壓1333本章小結(jié)154消弧線圈分類及整定原則1641消弧線圈的分類1642消弧線圈的整定原則1743本章小結(jié)175結(jié)論18參考文獻(xiàn)19致謝10KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的研究摘要本文首先分析L0KV配電網(wǎng)的中性點(diǎn)各種運(yùn)行方式，比較不同運(yùn)行方式的特點(diǎn)。然后以某變電站L0KV電網(wǎng)的實(shí)際參數(shù)來(lái)建立數(shù)值計(jì)算模型，在考慮了電網(wǎng)接地電容電流變化、接地點(diǎn)接地電阻值變化等多種影響因素的情況下，對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)低電阻接地方式下電網(wǎng)的過(guò)電壓水平和接地點(diǎn)短路電流大小進(jìn)行了仿真和計(jì)算，本文還計(jì)算了經(jīng)消弧線圈接地方式下消弧線圈及相關(guān)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，做出合理選擇，并最終實(shí)現(xiàn)消弧線圈接地的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。關(guān)鍵詞配電網(wǎng)；中性點(diǎn)接地方式；消弧線圈；過(guò)電壓；自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償10KVDISTRIBUTIONNETWORKNETURALPOINTGROUNDINGWAYOFRESEARCHABSTRACTFIRSTLY,THISPAPERANALYZEDTHECHARACTERISTICOFGROUNDINGMODESABOUT10KVNETWORKTHENWITHTHEDEMONSTRATIONOFONESUBSTATION,THISPAPERBUILTANUMERICALVALUEEQUIVALENTMODELTAKINGACCOUNTOFTHETRANSFORMATIONOFTHECAPACITIVECURRENTORTHEVARIETYOFTHEGROUNDINGPOINTRESISTANCE,ITSIMULATEDTHEOVERVOLTAGELEVELANDTHEGROUNDINGPOINTSHORTCURRENTVALUEOFTHENETWORKWITHARCSUPPRESSINGCOILGROUNDINGMODEORLOWRESISTANCEGROUNDINGMODEINTHISPAPER,THETECHNICALPARAMETERSFORTHEARCSUPPRESSINGCOILANDASSOCIATEDEQUIPMENTWERECALCULATED,ANDREASONABLESELECTIONHASBEENMADETOFINALLYREALIZEAUTOMATICTRACINGCOMPENSATIONFORARCSUPPRESSINGCOILGROUNDINGMODEKEYWORDSPOWERDISTRIBUTIONNETWORKNEUTRALGROUNDINGMODEARCSUPPRESSINGCOILOVERVOLTAGEAUTOMATICTRACINGCOMPENSATION1緒論11課題研究的意義配電網(wǎng)中的電力電纜的大量使用，饋線增多，增大了配電網(wǎng)的電容電流。同時(shí)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇關(guān)系到配電系統(tǒng)的絕緣水平，供電和用電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性的問(wèn)題，所以，研究中性點(diǎn)接地方式對(duì)提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行水平有重要意義。配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要有以下幾種不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地、直接接地等幾種。從其運(yùn)行特征而言，可歸納為兩大類一類是非有效接地，包括中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地；而是有效接地，包括直接接地和經(jīng)小電阻接地。對(duì)于配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的問(wèn)題，世界各國(guó)配電網(wǎng)選取的中性點(diǎn)接地方式不統(tǒng)一，不同的國(guó)家甚至不同的城市都不完全相同，其配電網(wǎng)的接地方式主要根據(jù)本國(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)來(lái)決定。12國(guó)外配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展1原蘇聯(lián)對(duì)于中性點(diǎn)不接地的方式有過(guò)詳細(xì)規(guī)定6KV電網(wǎng)單相接地電流小于30A；10KV電網(wǎng)單相接地電流小于20A；1520KV電網(wǎng)單相接地電流小于15A；35KV電網(wǎng)單相接地電流小于10A。當(dāng)單相接地電流超過(guò)上述規(guī)定時(shí)，則需要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。而在實(shí)際中，為提高供電可靠性，前蘇聯(lián)和東歐配電網(wǎng)基本采用了經(jīng)消弧線圈接地方式。在美國(guó)城市配電網(wǎng)2277KV中，中性點(diǎn)接地方式以直接接地為主，其中中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地的占71，經(jīng)消弧線圈接地的占12，不接地的占105經(jīng)小電抗接地的占65。日本1135KV電網(wǎng)中，經(jīng)消弧線圈和電抗接地的占28，經(jīng)電阻接地的占31，不接地的占39，直接接地的占2。德國(guó)最先采用了接地故障補(bǔ)償裝置，中壓電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，并在中歐和斯堪的納維亞地區(qū)得到廣泛使用。俄羅斯中壓電網(wǎng)單相接地短路電流小于20A時(shí)，采用中性點(diǎn)絕緣的接地方式；大于20A時(shí)，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式。英國(guó)66KV電網(wǎng)、33KV及以下的架空配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地和直接接地兩種方式，部分電網(wǎng)中性點(diǎn)由直接接地或電阻接地逐步改消弧線圈接地；由電纜組成的配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用低電阻接地方式。13我國(guó)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式發(fā)展我國(guó)在80年代中期以前，參照前蘇聯(lián)的做法，對(duì)中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。80年代中期以后，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，運(yùn)行方式也經(jīng)常變化，這樣消弧線圈調(diào)整就存在一定的困難。1987年廣州區(qū)莊變電站中壓電網(wǎng)率先在國(guó)內(nèi)采用了中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。此后北京、上海等城市配電網(wǎng)也先后采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式運(yùn)行。隨著負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，電纜線路逐年增多，近年來(lái)部分城市配電網(wǎng)開始采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式運(yùn)行，如北京10KV電網(wǎng)、廣州、深圳、珠海以及蘇州工業(yè)園區(qū)20KV配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式運(yùn)行7。與此同時(shí)，我國(guó)的消弧線圈接地方式有了半個(gè)多世紀(jì)的運(yùn)行實(shí)踐，不少地區(qū)推廣應(yīng)用自動(dòng)跟蹤消弧線圈及接地選線裝置，取得了良好的效果和豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地提供了技術(shù)保障。為此，在我國(guó)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是我國(guó)中壓電網(wǎng)的發(fā)展方向。14本文主要的工作本文主要的內(nèi)容是介紹中性點(diǎn)接地方式的影響因素，比較國(guó)內(nèi)中壓配電網(wǎng)現(xiàn)在所采用的中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地、電阻接地等幾種接地方式的工作原理，并介紹各種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。本文還以某變電站10KV供電系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，著重分析電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈和經(jīng)低電阻接地方式下的各種過(guò)電壓，通過(guò)比較中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)這幾種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確立了該變電站10KV供電系統(tǒng)選擇中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，并對(duì)消弧線圈的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。2配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式本章將結(jié)合影響選擇接地方式的因素（包括供電可靠性、安全因素、絕緣水平配合、繼電保護(hù)配合、經(jīng)濟(jì)性因素和通信干擾因素）和不同接地方式的特點(diǎn)對(duì)10KV配電網(wǎng)的接地方式進(jìn)行分析。21不同接地方式的比較（1）中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)不接地方式是指中性點(diǎn)沒有人為與大地連接。事實(shí)上，這樣的配電網(wǎng)是通過(guò)電網(wǎng)對(duì)地電容接地的。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以帶故障運(yùn)行052小時(shí)，能保持線電壓三角形不變繼續(xù)供電，單相接地電流較小通信干擾小，但使非故障相對(duì)地電壓升高較大，單相接地存在電弧接地過(guò)電壓的危險(xiǎn)，容易造成絕緣破壞，采用這種方式整個(gè)系統(tǒng)的絕緣水平和過(guò)電壓保護(hù)裝置費(fèi)用較大，實(shí)現(xiàn)有選擇的接地保護(hù)很困難。另外還存在中性點(diǎn)不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致電壓互感器鐵芯磁飽和以及激發(fā)中性點(diǎn)過(guò)電壓，經(jīng)常引起電壓互感器燒毀和高壓熔絲熔斷事故5。（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是指配電網(wǎng)一個(gè)或多個(gè)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈與大地連接，消弧線圈的穩(wěn)態(tài)工頻感性電流對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)工頻容性電流調(diào)諧，故也稱諧振接地。當(dāng)單相接地電容電流超過(guò)了允許值10A時(shí)，可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來(lái)解決。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)采用消弧線圈接地時(shí)，其單相接地故障電流僅為補(bǔ)償后很少的殘余電流，使電弧不能維持而自動(dòng)熄滅。因此，消弧線圈可抑制電弧重燃，減少間歇性電弧過(guò)電壓出現(xiàn)的機(jī)率。為避免出現(xiàn)諧振過(guò)電壓，消弧線圈一般運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)8。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的缺點(diǎn)91）切合電纜線路時(shí)的電容電流變化較大，需要及時(shí)調(diào)整消弧線圈的調(diào)諧度，操作麻煩，并要求熟練的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)。因電網(wǎng)中電纜增多，電容電流很大，要求消弧線圈容量隨之增大，很不經(jīng)濟(jì)。2）由于單相接地電流得到補(bǔ)償而變小，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)比較困難。（3）中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式是指配電網(wǎng)中至少有一個(gè)中性點(diǎn)接入電阻。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式根據(jù)接地電阻阻值的不同可以分為三種經(jīng)高電阻接地、經(jīng)中電阻接地和經(jīng)小電阻接地5。其中，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方式主要應(yīng)用在10KV配電網(wǎng)系統(tǒng)1。高電阻接地是指電阻值在數(shù)百到數(shù)千歐姆范圍內(nèi)，單相接地故障電流限制到略大于系統(tǒng)對(duì)地電容電流大小的接地方式；中電阻接地是電阻值在20100，單相接地故障電流限制在30300A的接地方式，但目前在實(shí)際中運(yùn)用較少低電阻接地是指電阻值在20以下，單相接地故障電流限制400A1000A的接地方式8。中性點(diǎn)電阻值的選擇若取得大低，則單相接地電流較大，對(duì)通訊干擾較大；若電阻值取得太大，則繼電保護(hù)不可靠。對(duì)于以電纜為主的城市電纜線，中性點(diǎn)電阻中的電流在200400A時(shí)，對(duì)通訊的干擾間題不大，此時(shí)，電阻取值為721446。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)是可以抑制電弧接地時(shí)的過(guò)電壓，由于人為地增加了有功電流，使得更易于實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的主要缺點(diǎn)為接地點(diǎn)的電流較大，當(dāng)零序保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)或拒動(dòng)時(shí)，將使接地點(diǎn)及附近的設(shè)備絕緣受到更大的威脅，很有可能導(dǎo)致發(fā)生相間故障。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，無(wú)論是永久性的還是非永久性的，均會(huì)使線路的跳閘次數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響了向用戶供電的正常性，使其供電的可靠性下降2。（4）中性點(diǎn)直接接地中性點(diǎn)直接接地適用于110KV以上高壓系統(tǒng)和038KV低壓系統(tǒng)9。中性點(diǎn)的電位在電網(wǎng)的任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，這一相直接經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)和接地的中性點(diǎn)短路，單相接地短路電流的數(shù)值最大，因而立即使繼電保護(hù)動(dòng)作，將故障部分切除。中性點(diǎn)直接接地的主要特點(diǎn)是它在發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓不會(huì)增高因而各相對(duì)地絕緣可按相對(duì)地電壓考慮。電網(wǎng)的電壓等級(jí)越高，經(jīng)濟(jì)效益越大；而在中性點(diǎn)接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，單相接地電流往往比正常負(fù)荷電流小得多，因而要實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)就比較困難，但在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)就比較容易。由于接地電流較大，繼電保護(hù)一般都能迅速而準(zhǔn)確地切除故障線路，且保護(hù)裝置簡(jiǎn)單，工作可靠。22中性點(diǎn)接地方式選擇的影響因素（1）供電可靠性大電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，故障電流較大，保護(hù)立即跳閘，使供電突然中斷；而小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障則可帶故障運(yùn)行12小時(shí)，但故障選線困難，同樣會(huì)增加故障停電時(shí)間。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，衡量供電可靠性不再僅僅依據(jù)發(fā)生單相接地故障時(shí)不跳閘，而是依靠加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)度控制和自動(dòng)化程度來(lái)保證8。（2）人身安全人身安全，也是選擇中性點(diǎn)接地方式的一個(gè)主要方面，對(duì)于人身安全主要考慮61）人接觸接點(diǎn)的設(shè)備金屬部件（正常時(shí)不帶電）；2）單相接地電流入地點(diǎn)附近的跨步電壓；3）人直接觸及處于工作電壓下的帶電部分。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障點(diǎn)以及中性點(diǎn)接地裝置附近都會(huì)產(chǎn)生接地電流以及跨步電壓，容易發(fā)生人身安全事故，跨步電壓越大，危險(xiǎn)越大，跨步電壓的大小取決于接地點(diǎn)接地故障電流的大小，在考慮中性點(diǎn)接地方式的時(shí)候如何通過(guò)限制接地電流也是一個(gè)重要的參考指標(biāo)5。（3）絕緣水平的配合在大電流接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓在相電壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，而小電流接地系統(tǒng)中，則可能在線電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展。因而在絕緣水平的配置上，大接地電流系統(tǒng)要比小電流接地系統(tǒng)低20左右8。（4）繼電保護(hù)的特性以前的消弧線圈接地方式的殘流很小，繼電保護(hù)難以配合的障礙可以通過(guò)微機(jī)保護(hù)來(lái)解決。而相反，低電阻接地方式卻遇到了困難。根據(jù)北京供電局在中性點(diǎn)經(jīng)低電阻10接地的10KV電網(wǎng)中的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)裸導(dǎo)線發(fā)生斷線接地時(shí)，計(jì)算的接地電流值為465A，但實(shí)際接觸瀝青路面時(shí)，在15S只能達(dá)到15A；經(jīng)過(guò)033S，接地電流增至114A時(shí)線路跳閘。在絕緣導(dǎo)線斷線的情況下，若斷面較臟，情況與裸線相似；若為新斷面，則觀察不到電弧，線路也不會(huì)跳閘；當(dāng)裸線斷線后與水泥路面接觸時(shí)，經(jīng)23S后接地故障電流從約42A增大到21A時(shí)被切斷；絕緣導(dǎo)線與瀝青路面接觸時(shí)情況相似，只有斷面被弄濕后，才能引起故障線路跳閘4。為了使零序過(guò)電流保護(hù)能夠瞬間跳閘，則必須加大接地故障電流。顯然，接地故障電流越大，問(wèn)題和缺點(diǎn)越多，越難適應(yīng)現(xiàn)代負(fù)荷特性的。（5）經(jīng)濟(jì)性因素各中性點(diǎn)接地方式系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的特征不同，導(dǎo)致相應(yīng)的安全防護(hù)措施及投資費(fèi)用有較大差異。此外，各中性點(diǎn)接地方式本身的接地裝置購(gòu)置成本也相差較大8。（6）設(shè)備安全10中性點(diǎn)接地方式與置于網(wǎng)絡(luò)中的各類電氣設(shè)備的安全與否密切相關(guān)。電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地運(yùn)行方式可以把單相接地故障電流限制在較低范圍內(nèi)，比小電阻接地方式下要低很多，可以有效地限制單相接地故障電流的危害性，對(duì)電網(wǎng)中的電力設(shè)備均可起到不同程度的保護(hù)作用。如，可以減少一次設(shè)備頻繁的短路電流沖擊；減少斷路器的遮斷次數(shù)和繼電保護(hù)的動(dòng)作次數(shù)和誤動(dòng)；減少斷路器的拒動(dòng)概率以及運(yùn)動(dòng)人員的誤操作概率；降低線路絕緣子的損壞率；減輕設(shè)備的運(yùn)動(dòng)維護(hù)與檢修工作量，等。而對(duì)弱電設(shè)備的影響，主要是對(duì)電子控制設(shè)備和數(shù)控加工機(jī)械，微機(jī)，精密湊、價(jià)格昂貴的電子、微電子設(shè)備，長(zhǎng)途通信設(shè)備等的影響。這些設(shè)備均具有對(duì)過(guò)電壓的敏感性，要求電網(wǎng)必須嚴(yán)格限制電磁浪涌，以防止由各種原因在電網(wǎng)的低壓側(cè)和用戶內(nèi)部引起的地電位升高。中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地運(yùn)行方式比低電阻接地對(duì)這些弱電設(shè)備的影響要小。（7）通信干擾在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，一般對(duì)通訊系統(tǒng)的干擾和影響很小。如果電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，出現(xiàn)的零序電壓與零序電流是強(qiáng)大的干擾源。在小電流接地系統(tǒng)中，起主要作用的是靜電感應(yīng)。在大接地電流系統(tǒng)中，則以電磁感應(yīng)為主，靜電感應(yīng)可以用比較簡(jiǎn)單的方法加以限制，而電磁感應(yīng)的消除就十分的困難12。而中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式與不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式相比對(duì)通信有較大的干擾，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施11配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，大電流接地系統(tǒng)產(chǎn)生的零序電壓與零序電流是主要干擾源，但其故障切除快，干擾存在時(shí)間較短，且國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，故障電流在1000A以下通常不會(huì)對(duì)通信造成干擾8。23本章小結(jié)中性點(diǎn)不接地方式主要應(yīng)用于以架空線為主的農(nóng)網(wǎng)線路中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的電容電流較小，弧光可以自熄滅。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式主要應(yīng)用網(wǎng)架相對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)架空或電纜與架空混合電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的電容電流比不接地方式的大，此時(shí)弧光不能自行熄滅。但此接地方式下電網(wǎng)網(wǎng)架變化比較頻繁，可能會(huì)造成消弧線圈容量不足等引起脫諧度與補(bǔ)償方式的變化。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式主要為小電阻接地方式應(yīng)用較多在電纜網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的接地故障電流很大，繼電保護(hù)裝置會(huì)立即動(dòng)作零序切斷線路故障。中性點(diǎn)直接接地適用于110KV以上高壓系統(tǒng)和038KV低壓系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的接地故障電流最大。小電阻接地方式與消弧線圈接地方式比較，過(guò)去是互有優(yōu)缺點(diǎn)，消弧線圈接地供電可靠性高，人身安全與設(shè)備安全性好，通信干擾小等，但保護(hù)選擇性差，人工調(diào)諧困難，但隨著微機(jī)選線技術(shù)的提高，以及自動(dòng)跟蹤消弧線圈的技術(shù)成熟，消弧線圈接地方式的優(yōu)越性越來(lái)越明顯并且受到重視和發(fā)展。3某變電站10KV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式研究4本章以某變電站10KV側(cè)的中性點(diǎn)接地方式為研究對(duì)象并分析該變電站10KV電網(wǎng)的實(shí)際參數(shù)，對(duì)中性點(diǎn)在不同接地方式下電網(wǎng)的過(guò)電壓水平和接地點(diǎn)短路電流大小進(jìn)行數(shù)值比較,該變電站的主接線如圖31所示。圖3110KV變電站主接線圖31某10KV電網(wǎng)等值接線圖該變電站10KV電網(wǎng)的接線示意圖見圖32，兩臺(tái)主變型號(hào)為SFZL150000/110，電壓等級(jí)為110KV/10KV，額定容量為250000KVA。其中一臺(tái)為工作變，另一臺(tái)為備用變。10KV側(cè)為單母線分段，1段母線上帶有5回出線，2段母線上帶有6回出線，11回線路都是架空線路，線路均用型電路進(jìn)行等值，參數(shù)見表31和表33，其電網(wǎng)等值電路圖如圖33。圖3210KV電網(wǎng)接線示意圖圖3310KV電網(wǎng)等值電路表31單位長(zhǎng)度的架空線路的電阻、電感、電容參數(shù)正序電阻（/KM）正序電感（MH/KM正序電容NF/KM零序電阻（/KM）零序電感（MH/KM零序電容NF/KM017125469211039494655347561表32某變電站10KV架空線路長(zhǎng)度（M）線路編號(hào)101線102線103線104線105線201線202線203線204線205線206線長(zhǎng)度735093059202365359068251210624016502230199032某變電站10KV電網(wǎng)單相接地故障分析某變電站是某工業(yè)園區(qū)最主要的110KV變電站，擔(dān)負(fù)著工業(yè)園區(qū)70的負(fù)荷供電任務(wù)，具有比較重要的地位。下面以該變電站10KV電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障為例，對(duì)中性點(diǎn)采取不同接地方式下的過(guò)電壓水平、接地點(diǎn)故障電流大小等問(wèn)題進(jìn)行比較。計(jì)算中以101線路發(fā)生A相單相接地故障為例，假設(shè)故障點(diǎn)在離電源1KM處。圖34某變電站10KV電網(wǎng)的MATLAB仿真模型通過(guò)對(duì)該變電站的接地系統(tǒng)使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，仿真模型如上圖33所示，圖中畫出四回出線；架空線路按照型線路模型模擬；接地點(diǎn)的位置通過(guò)接地模塊和傳輸線的直連實(shí)現(xiàn)，接地時(shí)刻通過(guò)接地模塊（BREAKER）內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)設(shè)置，代表接地電阻；仿真解法采用變步長(zhǎng)的ODES15，仿真時(shí)間為001S。假定T003S時(shí)，A相發(fā)生接地故障，過(guò)渡電阻為1的情況下，起動(dòng)不同接地方式下的仿真，得到的仿真圖形和電流、電壓數(shù)據(jù)如下圖表表示。321中性點(diǎn)不接地的過(guò)電壓不接地的仿真電壓、電流波形圖圖35所示，當(dāng)A相發(fā)生接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高較大，因此，這種系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計(jì)，絕緣投資比重加大。而故障點(diǎn)過(guò)渡電阻為不同值時(shí)的電壓、電流變化見表33?？梢钥闯觯?dāng)過(guò)渡電阻值為5時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為1749和1870，中性點(diǎn)工頻過(guò)電壓為0859，故障點(diǎn)電流最大值為3435A（有效值為2429A）。隨著過(guò)渡電阻的增大，流過(guò)故障相和過(guò)渡電阻的電流都逐漸減小，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地故障，即過(guò)渡電阻值為0時(shí)，流過(guò)故障相電流和過(guò)渡電阻的電流值最大，對(duì)系統(tǒng)造成的危害也最大。表33故障點(diǎn)過(guò)渡電阻不同時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電壓和電流接地點(diǎn)過(guò)渡電阻值（）B相電壓（）UC相電壓（）中性點(diǎn)電壓（）UA相電流（I）故障點(diǎn)電流（I）017931861085936883497517491870082536273435101699187208073559336810013801613048327162487200013131342004649154061001100107450322中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的過(guò)電壓中性點(diǎn)經(jīng)10接地的波形如圖36所示，發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位上升。非故障相電壓上升為原來(lái)的倍，即線電壓?？梢韵拗齐娀〗拥貢r(shí)的過(guò)電壓。3與不接地系統(tǒng)相比，經(jīng)電阻接地可以限制電弧接地時(shí)的過(guò)電壓，但故障點(diǎn)的電流比較大。（A）故障點(diǎn)三相電壓波形（B）故障點(diǎn)電流波形（C）中性點(diǎn)電壓波形圖35中性點(diǎn)不接地的仿真波形（A）故障點(diǎn)三相電壓波形（B）故障點(diǎn)電流波形（C）中性點(diǎn)電壓波形圖36中性點(diǎn)經(jīng)10電阻接地的仿真波形而中性點(diǎn)接入不同電阻值情況下，電壓電流結(jié)果如表34所示。一般接地電阻大于100的為高電阻接地接地電阻小于20的為低電阻接地。從表34可以看出，當(dāng)中性點(diǎn)接地電阻為100時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為1599和1662，高電阻接地具有一定的抑制單相接地過(guò)電壓的能力，而且單相接地電流和中性點(diǎn)電流不太大，有帶故障運(yùn)行的能力。當(dāng)接地電阻為10時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為1180和1381，限制過(guò)電壓的能力非常好。接地點(diǎn)電流最大值為2992A，接地電流非常大。由于接地電流大，沒有帶故障運(yùn)行的能力，繼電保護(hù)設(shè)備只能動(dòng)作于線路跳閘。與中性點(diǎn)不接地方式相比，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地優(yōu)勢(shì)并不突出。表34中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電壓和電流（接地點(diǎn)過(guò)渡電阻為5）中性點(diǎn)接入電阻值（）B相電壓（）UC相電壓（）中性點(diǎn)電壓（）U中性點(diǎn)電流（I）故障點(diǎn)電流（I）101180138101572954299220128814190267226523555014921561045912821448100159916621605731294912001688172107193902656350017251748081016253862100017281766084582735172000173617690865414348617481802088703437323中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的過(guò)電壓中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的仿真波形如圖37所示，其本上與中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)一樣，但經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的故障點(diǎn)電流相對(duì)小點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單項(xiàng)故障時(shí)，接地故障與消弧線圈構(gòu)成了另一個(gè)回路，接地電流中增加了一個(gè)感性電流，它和裝設(shè)消弧線圈的電容電流方向相反，相互補(bǔ)償，減小了接地點(diǎn)的故障電流，使電弧易于自行熄滅，從而避免了由此引起的各種危害，提高了供電可靠性。而且三相導(dǎo)線之間的線電壓仍然平衡，電力用戶可以繼續(xù)運(yùn)行。（A）故障點(diǎn)三相電壓波形（B）故障點(diǎn)電流波形（C）中性點(diǎn)電壓波形圖37中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的仿真波形表35中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電壓和電流脫諧度（）接入電感（H）B相電壓（）UC相電壓（）中性點(diǎn)電壓（）U中性點(diǎn)電流（I）故障點(diǎn)殘流（I）3011089172118200765817021282150952817181814071941961795007805171818050669622281911506787171217940632824217323006004170817850599125921172而不同補(bǔ)償度情況下的消弧線圈，電壓電流結(jié)果如表35所示。當(dāng)補(bǔ)償度為15時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為1718和1814，與中性點(diǎn)不接地時(shí)發(fā)生單相接地故障時(shí)的情況差不多，但接地點(diǎn)殘流很?。?95A），有利于電弧的熄滅。為了避免電網(wǎng)切除部分線路時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過(guò)電壓，消弧線圈一般采用過(guò)補(bǔ)償方式。當(dāng)補(bǔ)償度為0時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為1718和1805，與過(guò)補(bǔ)償情況相差不多，此時(shí)流過(guò)接地點(diǎn)的電流很小（191A）從發(fā)揮消弧線圈的作用上來(lái)看，脫諧度的絕對(duì)值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)。但是脫諧度越小，正常運(yùn)行和電網(wǎng)發(fā)生斷線故障時(shí)中性點(diǎn)的位移電壓就越高。為保證在單相接地時(shí)有效地抑制弧光過(guò)電壓的產(chǎn)生，一般要求消弧線圈的脫諧度整定在5以內(nèi)。當(dāng)補(bǔ)償度為15時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別1712和1794，與前兩種補(bǔ)償情況相仿，接地點(diǎn)殘流732A，也有利于電弧的熄滅。從前面分析可以看出，消弧線圈一般不采用欠補(bǔ)償方式運(yùn)行。33本章小結(jié)本章以某變電站10KV電網(wǎng)作為計(jì)算模型，對(duì)中性點(diǎn)不接地、經(jīng)電阻接地和經(jīng)消弧線圈接地等方式下單相接地故障過(guò)電壓水平、接地點(diǎn)故障電流大小等問(wèn)題進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論（1）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，隨著過(guò)渡電阻的增大，流過(guò)故障相和過(guò)渡電阻的電流都逐漸減小。（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，根據(jù)不同補(bǔ)償情況的數(shù)據(jù)比較，消弧線圈一般采用過(guò)補(bǔ)償方式，不采用欠補(bǔ)償方式。（3）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式，限制過(guò)電壓的能力非常好，接地電流非常大，系統(tǒng)沒有帶故障運(yùn)行的能力，繼電保護(hù)設(shè)備只能動(dòng)作于線路跳閘。（4）經(jīng)分析數(shù)據(jù)比較，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式比低電阻接地方式的故障點(diǎn)電流要小，電弧容易熄滅，提高了供電可靠性。4消弧線圈分類及整定原則5隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，大多數(shù)的變電站要求實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，對(duì)自動(dòng)化的要求相當(dāng)高，現(xiàn)在人工調(diào)諧的消弧線圈顯然己經(jīng)不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈應(yīng)運(yùn)而生，并且技術(shù)已趨于成熟,本章將結(jié)合某變電站的情況介紹消弧線圈的應(yīng)用。41消弧線圈的分類自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈按改變電感方式的不同，大致可分為調(diào)匝式、調(diào)容式、調(diào)直流偏磁式等。（1）有載調(diào)匝式消弧線圈調(diào)匝式消弧線圈是采用有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)電抗器的抽頭以改變電感值，它可以在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量流過(guò)消弧線圈電流的幅值和相位變化，計(jì)算出電網(wǎng)當(dāng)前方式下的對(duì)地電容電流，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的最小殘流值或脫諧度，由控制器調(diào)節(jié)有載調(diào)壓分接頭，使之調(diào)節(jié)到所需要的補(bǔ)償檔位，在發(fā)生接地故障后，故障點(diǎn)的殘流可以被限制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。不足之處是不能連續(xù)調(diào)節(jié)，需要合理的選擇和確定檔位數(shù)和每檔變化范圍，為保證較小的殘流，必須在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行，這將導(dǎo)致中性點(diǎn)位移電壓升高。因此需加裝阻尼電阻進(jìn)行限壓，保證中性點(diǎn)的位移電壓不超過(guò)15相電壓。為避免阻尼電阻上的有功電流使接地殘流增大，在發(fā)生單相接地時(shí)，必須將阻尼電阻延時(shí)05S后短接。（2）調(diào)氣隙式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈調(diào)氣隙式電感是將鐵芯分成上下兩個(gè)部分，下部分鐵芯同線圈固定在支架上，上部分鐵芯用電動(dòng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙的大小達(dá)到改變電抗值的目的。它能夠自動(dòng)跟蹤無(wú)極連續(xù)可調(diào)，安全可靠。其缺點(diǎn)是振動(dòng)和噪聲比較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施控制噪聲。這類裝置也可以將接地變壓器和可調(diào)電感共箱，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。（3）調(diào)容式消弧補(bǔ)償裝置。通過(guò)調(diào)節(jié)消弧線圈二次側(cè)電容量大小來(lái)調(diào)節(jié)消弧先圈的電感電流，二次繞組連接電容調(diào)節(jié)柜，當(dāng)二次電容全部斷開時(shí)，主繞組感抗最小，電感電流最大。二次繞組有電容接入后，根據(jù)阻抗折算，相當(dāng)于主繞組兩端并接了容量相同阻抗為K2倍的電容，使主繞組感抗增大，電容電流減小，因此通過(guò)調(diào)節(jié)二次電容的容量即可控制主繞組的感抗及電容電流的大小。電容器的內(nèi)部或外部裝有限流線圈，一限制合閘涌流。電容器內(nèi)部還裝有放電電阻。（4）調(diào)直流偏磁式消弧線圈直流偏磁式消弧線圈是在其交流工作線圈內(nèi)布置一個(gè)鐵芯磁化段，通過(guò)改變鐵芯磁化段磁路上的直流勵(lì)磁磁通大小來(lái)調(diào)節(jié)交流等值磁導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)電感連續(xù)可調(diào)的目的。直流勵(lì)磁繞組采取反串連接方式，使整個(gè)繞組上感應(yīng)的工頻電壓相互抵消，通過(guò)對(duì)三相全控整流電路輸出電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)消弧線圈勵(lì)磁電流的控制，利用微機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)消弧線圈伏安特性上固有的不大的非線性實(shí)施動(dòng)態(tài)校正。（5）可控硅調(diào)節(jié)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈該消弧線圈系統(tǒng)主要由高短路阻抗變壓器式消弧線圈和控制器組成，同時(shí)采用小電流接地選線裝置為配套設(shè)備，變壓器的一次繞組作為工作繞組接入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，二次繞組作為控制繞組由兩個(gè)反向的可控硅短路，可控硅的等效阻抗在無(wú)窮大至零之間變化，輸出的補(bǔ)償電流就可以在零到額定值之間得到連續(xù)無(wú)極調(diào)節(jié)?？煽毓韫ぷ髟谂c電感串聯(lián)的無(wú)容電路中，其工況既無(wú)反峰電壓的威脅，又無(wú)電流突變的沖擊，因此可靠性得到保障。42消弧線圈的整定原則消弧線圈的主要作用是在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單向接地故障時(shí)，限制接地點(diǎn)故障電流從而減輕電弧及熄滅電弧，從這個(gè)角度考慮，消弧線圈的脫諧度越小越好，但是脫諧度越小，正常運(yùn)行和電網(wǎng)發(fā)生短線故障時(shí)中性點(diǎn)的位移電壓就越高。鑒于上述原則，消弧線圈的整定原則是在保證中性點(diǎn)位移電壓不超過(guò)規(guī)定值的情況下選擇盡可能小的補(bǔ)償度，以達(dá)到最好的消弧作用。規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)移位電壓在正常運(yùn)行時(shí)允許小于15的相電壓，事故限時(shí)運(yùn)行允許小于100的相電壓。在整定時(shí)盡量采用過(guò)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，因?yàn)樵谀骋粭l線路跳閘或切除時(shí)有可能構(gòu)成全補(bǔ)償造成中性點(diǎn)位移電壓超過(guò)允許值，并且有可能引起諧振過(guò)電壓，同時(shí)在斷線時(shí)，欠補(bǔ)償?shù)闹行渣c(diǎn)位移電壓比過(guò)補(bǔ)償嚴(yán)重，如設(shè)備檢修或分區(qū)運(yùn)行需要在欠補(bǔ)償方式下運(yùn)行時(shí)，需要檢驗(yàn)線路跳閘和斷線情況下的中性點(diǎn)位移電壓是否滿足規(guī)定值。43本章小結(jié)本章介紹了消弧線圈的分類以及整定原則。補(bǔ)償電網(wǎng)若使用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈，就可以根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)消弧線圈的補(bǔ)償位置，讓電網(wǎng)總處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。5結(jié)論在目前配電網(wǎng)在電纜線路日益增多，線路電容電流逐漸增大的情況下，