小電流接地系統(tǒng)單相接地故障

1、畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）小電流接地系統(tǒng)單相接地故障仿真與分析系別：機電信息學(xué)院專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師姓名、職稱：完成日期 2011 年 12 月 10 日51論文題目：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障仿真與分析 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 姓 名：趙 娜 （簽 名）： 指導(dǎo)教師：王清亮 （簽 名）： 摘 要 我國366kv中低壓配電網(wǎng)大多數(shù)采用中性點非有效接地運行方式，俗稱小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障是常見的故障形式，占全網(wǎng)故障的80%以上。當(dāng)故障發(fā)生時故障相電壓為零，非故障相電壓上升為線電壓，但是三相電壓依然對稱，系統(tǒng)可以帶故障運行12h，提高了系統(tǒng)運

2、行的可靠性。但是必須盡快找出故障相并排除故障以免事故擴大和設(shè)備損壞。由于故障電流微弱、電弧不穩(wěn)定等原因，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測比較困難，接地線路的選擇一直沒有得到很好的解決，嚴重阻礙了供電可靠性和自動化水平的提高。因此，研究小電流接地系統(tǒng)單相接地故障特征，不僅對配電線路單相接地故障的快速準確定位和線路修復(fù)、可靠供電具有直接幫助，而且對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都具有十分重要的意義。本文首先對電力系統(tǒng)各種中性點接線方式做了簡要介紹，分析了小電流接地系統(tǒng)兩種不同的中性點接線方式的基本原理及運行特點，并對這些接線方式的運行參數(shù)進行了綜合比較。在深入分析小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時的穩(wěn)態(tài)

3、和暫態(tài)電氣量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的研究了小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的分析方法，總結(jié)論述了小電流接地系統(tǒng)正常時，各相電壓電流的一些基本現(xiàn)象和基本規(guī)律；在發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)電壓電流的變化情況和各相對地電容電流及系統(tǒng)零序電壓的情況。并且利用matlab仿真軟件搭建了小電流接地系統(tǒng)單相接地故障仿真模型，分別對小電流接地系統(tǒng)中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)進行仿真，通過設(shè)置統(tǒng)一的線路參數(shù)、仿真參數(shù)，給出了仿真結(jié)果及線路各主要參數(shù)的波形圖，最后根據(jù)仿真結(jié)果，得出重要結(jié)論及以后注意的問題。 關(guān)鍵字：小電流接地系統(tǒng)；單相接地故障；matlab仿真subject：simulation and anal

4、ysis of single phase grounding fault for small current grounded systemspecialty ：electrical engineering and automationname ：zhao na （signature）： instructor：wang qingliang （signature）： abstract neutral non-effective grounded system is widely adopted in power distribute networks of 366kv in china, it

5、also called small current grounded system, and the single-phase-to-earth fault happens most frequently in the system, almost 80% of all faults in the system. during occurrence of the fault, the voltage of the grounded phase down to zero and the voltage of the ungrounded phase up to the line voltage

6、is still symmetrical under fault conditions, the system can keep operating for two hours. however the fault line must be detected quickly to avoid more seriously fault and destroying devices. the fault line detection is a difficult problem, especially in the resonance-grounded power system, because

7、the small fault current and arcing effect etc. so the research of the fault line detection is very necessary and valuable. this article firstly introduces the neutral point connection mode of power system, analyzes the fundamental principle and its function characteristics of the two modes, and comp

8、ares the parameters of each mode synthetically. this paper analyzes the steady and transient process of the small current grounded power system, especially on the resonance-grounded power system. the paper makes a model of the small current grounded system and simulates it. furthermore, an unify sim

9、ulated model of indirectly grounded power system is established in this paper , set equal line parameters and simulation parameters with the simulink package of matlab. presents the simulation results and waves of primary parameters. finally, point out the main problems of the indirectly grounded po

10、wer system and theirs development orientation in the future.key words: small current grounded system; single-phase ground fault; matlab目 錄第1章 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的概況31.1 本課題的產(chǎn)生背景及研究的意義31.2 接地方式研究現(xiàn)狀31.2.1 國外中性點接地方式的發(fā)展概況31.2.2 國內(nèi)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中性點接地方式的發(fā)展概況41.3 論文的主要工作5第2章 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障過程分析62.1 電力系統(tǒng)各種接線方式62.1.1 電力系統(tǒng)接線方

11、式的分類62.1.2 小電流接地方式的主要特點62.1.3 小電流接地方式對選線的影響72.1.4 配電網(wǎng)接地方式的發(fā)展趨勢82.2 小電流接地系統(tǒng)兩種接地方式介紹92.2.1 中性點不接地方式原理綜述92.2.2 中性點不接地方式運行狀況分析92.2.3 中性點不接地方式系統(tǒng)特點112.2.4 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式122.2.5 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式運行狀況分析132.2.6 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式系統(tǒng)特點152.2.7 兩種中性點接地方式的綜合比較162.2.8 中性點經(jīng)高阻接地方式162.3 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障穩(wěn)態(tài)分析172.4 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)分析202

12、.4.1 暫態(tài)時刻的電容電流202.4.2 暫態(tài)時刻的電感電流212.4.3 暫態(tài)時刻的故障特征222.5 本章小結(jié)23第3章 小電流接地系統(tǒng)matlab建模與分析243.1 matlab在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用243.1.1 matlab簡介243.1.2 simpowersystem介紹253.1.3 常用元件263.1.4 系統(tǒng)構(gòu)建293.2 小電流接地系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建303.2.1 中性點不接地系統(tǒng)的仿真及計算303.2.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真及計算353.3 主要研究結(jié)論363.3.1 中性點不接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析363.3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析41

13、3.4 本章小結(jié)45第4章 結(jié)論和展望464.1 主要研究結(jié)論464.2 待解決的問題和展望47參考文獻48致 謝50引 言電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、供電、用電等設(shè)備和技術(shù)組成的將一次能源轉(zhuǎn)換為電能的統(tǒng)一整體。電能由發(fā)電廠發(fā)出后，通過各級變電所經(jīng)高壓輸電網(wǎng)送到電力用戶側(cè)，然后經(jīng)配電網(wǎng)供給用戶。一般來說，110kv以上電壓等級網(wǎng)絡(luò)屬于輸電網(wǎng)，666kv電壓等級屬于配電網(wǎng)。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中作為末端直接與用戶相聯(lián)系。電力系統(tǒng)中性點是指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。電力系統(tǒng)中性點是否接地及以何種接地是涉及到絕緣水平、通信干擾、接地保護方式、電壓等級、

14、系統(tǒng)接線和系統(tǒng)穩(wěn)定等多個方面的綜合問題。中壓配電網(wǎng)通常采用中性點不直接接地方式，其中性點接地方式主要有四種，即中性點不接地方式、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式、中性點經(jīng)高阻接地方式、中性點經(jīng)小電阻接地方式。1我國的666kv配電網(wǎng)電力系統(tǒng)多屬于小電流接地系統(tǒng)，一般采用中性點不接地或者中性點經(jīng)消弧線圈接地的工作方式，因其發(fā)生接地故障時，流過接地點的電流小，又稱中性點非有效接地系統(tǒng)。接地故障是指由于導(dǎo)體與地連接或?qū)Φ亟^緣電阻變的小于規(guī)定值而引起的故障。根據(jù)電力系統(tǒng)運行部門的故障統(tǒng)計，由于外界因素（如雷擊、大風(fēng)、鳥類等）的影響，配電網(wǎng)單相接地故障是配電網(wǎng)故障中最常見的，發(fā)生率最高，占整個電氣短路故障的80

15、%以上。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于不能構(gòu)成低阻抗的短路回路，接地電流很小，故稱為小電流接地系統(tǒng)。它的優(yōu)點在于發(fā)生單相接地故障時多數(shù)情況下可以自動熄弧并恢復(fù)絕緣。當(dāng)線路發(fā)生永久性單相金屬接地故障后，三相系統(tǒng)的線電壓仍然是對稱的，大小與相位并不變化，但系統(tǒng)的接地相對地電容被短接，對地電壓都變?yōu)榱?。為防止另一相在接地而引起兩相短路甚至三相電路，因而必須限制一定時間內(nèi)排除單相故障。長期以來，國內(nèi)外電力領(lǐng)域的專家學(xué)者對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障問題進行了大量的研究。發(fā)生單相接地故障時，以往采用的檢測原理大多是基于故障時產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)信號。但是由于穩(wěn)態(tài)信號比較微弱，受外界因素及運行方式影響大，致使在實際的工程

16、應(yīng)用中難以提取有效地故障信號。而且，配電網(wǎng)絡(luò)故障復(fù)雜多變，如系統(tǒng)中性點補償度、各出線長度、故障點位置、過渡電阻大小、短路點電弧的發(fā)展等，這些條件的組合，使得在一種故障情況下工作良好的裝置，在另一種情況下可能失效。因此，小電流接地系統(tǒng)單相接地保護看似簡單易行但實踐證明是非常復(fù)雜的，這也是一些國家不采用中性點非有效接地方式的主要原因之一。但畢竟小電流接地系統(tǒng)有著得天獨厚的優(yōu)越性，并在我國及其它國家被廣泛應(yīng)用，準確找準故障線路成為當(dāng)務(wù)之急。2現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個超高壓、大容量、跨區(qū)域的巨大聯(lián)合動力系統(tǒng)。配電網(wǎng)又是一個包含了很多不同電壓等級的變壓器、輸電線路、電力負荷等設(shè)備的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，進行

17、很多電力科研實驗條件是很難滿足的，另外系統(tǒng)的安全運行也不允許進行實驗。因此電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與故障分析往往離不開仿真研究。當(dāng)前對小電流接地系統(tǒng)的仿真研究，采用計算機仿真程序建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)置仿真參數(shù)進行離線仿真，以求取零序電流、零序電壓的穩(wěn)態(tài)值和暫態(tài)值。因此，采用規(guī)范的數(shù)學(xué)模型，一致的仿真參數(shù)，利用matlab程序作為仿真的同一平臺，對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的分析，就具有一定的現(xiàn)實意義。3第1章 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的概況1.1 本課題的產(chǎn)生背景及研究的意義 目前世界各國配電網(wǎng)大都采用小電流接地系統(tǒng)，可分為中性點經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，中性點不接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)

18、的重要組成部分，在電力系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)中作為末端直接與用戶相聯(lián)系。一方面直接體現(xiàn)對用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量；另一方面，配電網(wǎng)由于電壓等級低、缺乏有效的優(yōu)化運行手段，功率損耗普遍提高，是電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的挖潛大戶。我國366kv電力系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，即為小電流接地系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的臨時性故障，多發(fā)生在潮濕，多雨天氣。發(fā)生單相接地故障時，由于不構(gòu)成短路回路，接地短路電流比負荷電流小很多，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行12h。因而小電流接地方式可顯著提高供電可靠性，同

19、時也具有提高對設(shè)備和人身安全性、降低對通訊系統(tǒng)電磁干擾等優(yōu)點。1但是若發(fā)生單相接地故障時電網(wǎng)長期運行，因非故障的兩相對地電壓升高，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴大，影響用戶的正常用電，還可能使電壓互感器鐵心嚴重飽和，導(dǎo)致電壓互感器嚴重過負荷而燒毀。同時，長時間帶故障運行極易產(chǎn)生弧光接地，引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行。長時間運行會破壞系統(tǒng)的絕緣，對接入系統(tǒng)的線路、配電、變電設(shè)備等造成損害。為防止另一相再接地而引起兩相短路，甚至三相短路，因而必須限制一定時間內(nèi)排除單相故障。 為快速找到故障線路并予以切除，提高供電可靠性和減少線路損耗，達到配電網(wǎng)的安全，

20、經(jīng)濟運行。需要建立小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的仿真模型并進行仿真和分析，可靠地檢測出小電流接地系統(tǒng)故障線路是十分重要的。但是，故障電流微弱、故障電弧不穩(wěn)定等原因，也造成了小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障比較困難。目前對接地故障點的判斷一直沒有得到很好的解決。所以小電流接地系統(tǒng)單相接地故障是制約配電自動化發(fā)展的關(guān)鍵問題，也是當(dāng)前電力系統(tǒng)的一個重要研究課題。2-51.2 接地方式研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外中性點接地方式的發(fā)展概況 配電網(wǎng)接地方式的問題在世界各國是一個很有爭議的熱點。為了減少單相接地故障造成的危害，各國采用了不同的方法。 第一次世界大戰(zhàn)時期，德國人彼得遜首先提出并發(fā)明了消弧線圈，提出了經(jīng)

21、消弧線圈接地的電力系統(tǒng)諧振接地方式，于是當(dāng)時該國在各種電壓等級的電網(wǎng)中性點廣泛地采用了經(jīng)消弧線圈接地方式，電網(wǎng)電壓范圍為30220kv，后因220kv電網(wǎng)中事故較多，19世紀60年代就不再應(yīng)用消弧線圈了。在柏林市的30kv電網(wǎng)中，共有電纜1400km，其電容電流高達4ka，也采用了經(jīng)消弧線圈接地方式。 前蘇聯(lián)曾規(guī)定366kv電網(wǎng)中性點采用經(jīng)消弧線圈接地方式，莫斯科市配電電纜網(wǎng)絡(luò)至今仍是中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。 美國在20世紀20年代中期到40年代中期，在2270kv電網(wǎng)中，中性點直接接地方式所占比例高達72%，且發(fā)展很快，逐步取代了中性點不接地的運行方式，一直延續(xù)至今。 英國66kv電

22、網(wǎng)中性點采用電阻接地方式，而對33kv及以下由架空線路組成的配電網(wǎng)，中性點逐步由直接接地方式改為中性點經(jīng)消弧線圈接地方式；由電纜組成的配電網(wǎng)，仍采用中性點經(jīng)小電阻接地方式。 1950年以來，日本20kv電纜和架空線路混合電網(wǎng)一直采用中性點不接地方式，隨著電纜的增加，為防止接地繼電器的誤動、拒動和中性點位移，采用經(jīng)低值電阻器接地方式。1975年統(tǒng)計，1133kv配電網(wǎng)中性點不接地占2%。采用電阻接地方式一般限制接地電流數(shù)值為100200a。東京電力公司所屬配電網(wǎng)中，其中性點接地方式為66kv電網(wǎng)分別采用中性點經(jīng)電阻、電抗和消弧線圈接地；22kv系統(tǒng)采用中性點經(jīng)電阻接地方式。法國電力公司從1962

23、年開始將城市配電網(wǎng)的標稱電壓定為20kv，其接地方式采用中性點經(jīng)電阻或經(jīng)電抗接地，故障線路要求快速跳閘，但不考慮故障發(fā)生到故障切除這段時間中的接觸電壓和跨步電壓。至20世紀80年代，法國電力公司對20kv配電網(wǎng)中性點接地方式提出了新要求，即瞬時間地故障電流應(yīng)降低到4050a，同時要求考慮接觸電壓和跨步電壓和對低壓設(shè)備絕緣危害等問題。20kv電網(wǎng)對地電容電流小于50a時，采用中性點經(jīng)小電阻接地方式；電容電流在50200a之間，則在電阻器旁邊并聯(lián)補償電容器，及消弧線圈。意大利、加拿大、瑞典、日本和美國等在中壓電網(wǎng)升壓運行后，大部分都采用電網(wǎng)中性點直接接地方式。 世界各國的配電網(wǎng)中性點在20世紀50

24、年代前后，大都采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式；到60年代以后，有的采用直接接地和低電阻接地方式，有的采用經(jīng)消弧線圈接地方式。4 1.2.2 國內(nèi)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中性點接地方式的發(fā)展概況建國初期，我國各大城市電網(wǎng)開始改造簡化電壓等級，將遺留下來的3kv、6kv配電網(wǎng)相繼升壓至10kv，解放前我國城市配電網(wǎng)中性點不接地、直接接地和低電阻接地方式都存在過，上海10kv電纜配電網(wǎng)中性點不接地、經(jīng)電纜接地、經(jīng)電抗接地3種方式并存至今。北京地區(qū)10kv系統(tǒng)中性點低電阻與消弧線圈并聯(lián)接地。上海35kv系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈和低電阻接地兩種方式并存至今。但是，從20世紀50年代至80年代中期，我國1066kv系統(tǒng)中性

25、點，逐步改造為不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種方式。20世紀80年代中期我國城市10kv配電網(wǎng)中，電纜線路增多，電容電流相繼增大，而且運行方式經(jīng)常變化，消弧線圈調(diào)整存在困難，當(dāng)電纜發(fā)生單相接地故障時間一長，往往發(fā)展成為兩相短路。從1987年開始，廣州區(qū)莊變電站為了滿足較低絕緣水平10kv電纜線路的要求，采用低電阻接地方式。隨后深圳、珠海和北京的一些小區(qū)，以及蘇州工業(yè)園20kv配電網(wǎng)采用了低電阻接地。90年代上海35kv配電網(wǎng)也全面采用電阻接地方式。20世紀90年代對過電壓保護設(shè)計規(guī)范（sdj-79）進行了修訂，在新規(guī)程中，310kv配電網(wǎng)中單相接地電容電流降低為大于10a時，要求裝消弧線圈。近年來，

26、我國引進了大量的國外設(shè)備，由于各國的接地方式不同，各國設(shè)備的設(shè)計標準也不一致，特別是設(shè)備的耐壓不同，要使用這些設(shè)備，首先必須決定電力系統(tǒng)的接地方式。因此在對接地方式的選擇上引起爭論。有的大城市已局部將配電網(wǎng)中性點不接地方式改為小電阻接地方式，以消除弧光接地過電壓的產(chǎn)生，減少異相接地的發(fā)生。有的改為大電阻接地方式，以消除諧振接地過電壓的危害。但大部分仍主張改為經(jīng)消弧線圈接地方式，補償系統(tǒng)的電容電流，使得單相弧光接地時，故障點電流減小，降低故障相電壓的恢復(fù)速度，達到熄弧效果，從而避免了單相瞬時接地故障的跳閘，提高系統(tǒng)運行的可靠性。11.3 論文的主要工作 針對目前小電流接地系統(tǒng)故障選線普遍存在的缺

27、陷和需要解決的問題，本課題對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時的特征進行了研究。目的是為了快速準確的確定故障線路并給以排除，提高供電可靠性。 論文主要分為三部分: 第一部分，主要是對小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的概況，簡述了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及選題的目的意義。 第二部分，主要論述了小電流接地系統(tǒng)的主要特點，三種不同的中性點接地方式，重點分析了中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的情況，分別分析了故障時的穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量，分析了故障后的零序電流和零序電壓產(chǎn)生過程。通過分析，得出一些可供我們故障選線的結(jié)論，形成了本論文的理論基礎(chǔ)。第三部分，也是本文的重點內(nèi)容，在分析小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障

28、時的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程電氣量特征的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用matlab軟件的simulink仿真工具包，建立小電流接地系統(tǒng)仿真模型，采用相同的參數(shù)設(shè)置，分別對小電流接地系統(tǒng)中性點不接地方式發(fā)生單相接地故障和小電流接地系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地方式發(fā)生單相接地故障仿真，并分析研究。第四部分,結(jié)論和展望。第2章 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障過程分析2.1 電力系統(tǒng)各種接線方式電力系統(tǒng)的接線方式是指三相電力系統(tǒng)的中性點以何種方式接地。電力系統(tǒng)中性點可以有多種接地方式，中性點可以直接接地，可以經(jīng)過某元件接地，也可以不接地。中性點以何種方式與大地相接的問題在工程上就稱為中性點的接地方式。中性點接地方式對電力系統(tǒng)運行的很

29、多方面都有影響，是一個很重要、很復(fù)雜的問題。 2.1.1 電力系統(tǒng)接線方式的分類電力系統(tǒng)常用的接地方式有：中性點直接接地、中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地（又稱諧振接地）、中性點經(jīng)電阻接地。其中，中性點經(jīng)電阻接地方式按接地電流大小又分為高阻接地和低阻接地。上述四種中性點接地方式又可歸納為兩大類：1. 中性點有效接地系統(tǒng)：中性點直接接地或經(jīng)一低值阻抗接地。通常其零序電抗與正序電抗的比值小于或等于3（即/3），零序電阻與正序電抗的比值小于或等于1（即/1）.這種接地系統(tǒng)中性點接地阻抗小，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障回路中將流過很大的短路電流，要求保護裝置立即動作，線路終止供電，所以此類系統(tǒng)又稱為大

30、電流接地系統(tǒng)。2. 中性點非有效接地系統(tǒng)：中性點不接地，或經(jīng)一高阻值接地或消弧線圈接地的系統(tǒng)。通常本系統(tǒng)的零序電抗與正序電抗的比值大于3（即/ 3），零序電阻與正序電抗的比值大于1（即/1）.此類系統(tǒng)由于中性點接地阻抗非常大，發(fā)生單相接地故障時電流很小，所以又稱為小電流接地系統(tǒng)。62.1.2 小電流接地方式的主要特點在我國666kv電力系統(tǒng)中普遍采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，由于不能構(gòu)成低阻抗短路回路，接地故障電流很小，系統(tǒng)線電壓的對稱性并不遭到破壞，系統(tǒng)還可繼續(xù)運行一段時間，規(guī)程規(guī)定一般為12h，為防止系統(tǒng)事故擴大，在接地運行的這段時間里必須設(shè)法排除

31、接地點。該接地方式的主要特點： 電流信號很小小電流系統(tǒng)單相接地時產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線路類型有關(guān)，數(shù)值很小。對于10kv架空線路來說，每30公里線路大約產(chǎn)生1安培的零序電流，電纜線路產(chǎn)生的零序電流稍大一些。這樣微弱的故障信號混雜在上百安培的負荷電流中，使得傳統(tǒng)的基本過流、方向、距離等原理的繼電保護裝置根本不可能正確反映故障情況。經(jīng)中性點接入消弧線圈補償后，其數(shù)值更小，且消弧線圈的補償狀態(tài)不同。 干擾大、信噪比小小電流接地系統(tǒng)中的干擾主要包括兩個方面：一是在變電站和發(fā)電廠的小電流系統(tǒng)單相接地保護裝置的裝設(shè)地點，電磁干擾大；二是由于負荷電流不平衡造成的零序電流較大，

32、特別是當(dāng)系統(tǒng)較小，對地電容電流較小時，接地回路的零序電流甚至小于非接地回路的對應(yīng)電流。 隨機因素的影響不確定我國配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運行方式改變頻繁，造成變電站出線的長度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低，負荷電流的大小總在不斷地變化；故障點的接地電阻不確定等等，這些都造成了零序故障電容電流的不穩(wěn)定。 電容電流波形不穩(wěn)定小電流接地系統(tǒng)單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定。42.1.3 小電流接地方式對選線的影響在配電網(wǎng)接地故障的處理中，逐漸形成了兩個方向：一是采用大電流接地方式并在配電網(wǎng)各出線上配以快速繼電保護，在出現(xiàn)短路電流時

33、立即動作，迅速準確的切除故障線路，從時間上限制接地故障的危害；二是采用小電流接地方式配以集中選線裝置，使電網(wǎng)在發(fā)生接地故障后繼續(xù)運行而不影響用戶正常用電，通過選線裝置選出故障線路后才切除故障線路，最大限度保障供電可靠性。選線是指對于有多條出線的配電網(wǎng)在發(fā)生線路接地故障尤其是單相接地故障時，通過一定的方法對故障信息的分析、判斷，選出故障線路的保護技術(shù)，選線主要應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)中?，F(xiàn)代選線裝置要求能夠配合小電流接地技術(shù)，在電網(wǎng)發(fā)生接地故障時及時、準確的選出故障線路，使運行人員根據(jù)需要斷開故障線路進而排除故障。選線是在小電流接地技術(shù)發(fā)展、成熟的過程中逐漸發(fā)展完善的，現(xiàn)代微機、電子技術(shù)、信號處理、

34、通訊技術(shù)、自動化技術(shù)以及測量技術(shù)的進展對現(xiàn)代選線技術(shù)的發(fā)展提供了足夠的技術(shù)支持，目前它已經(jīng)成為小電流接地系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)。但選線和小電流接地方式尤其是諧振接地方式在對接地電流的要求方面是矛盾的：小電流接地方式要求流過故障點的電流小，越小越有利于熄弧；而選線要求流過故障點的電流大，越大越有利于突出故障特征，選線越準確。在小電流接地系統(tǒng)中，一方面用于選線的故障信號較弱，有效故障信號難以采集；另一方面故障線路的零序電流與非故障線路故障電流的分布趨于一致，故障線路的故障特征不明顯，加之各出線的參數(shù)不盡相同，選線裝置很難在這種情況下準確選出故障線路。到目前為止，小電流接地選線問題仍然是本領(lǐng)域內(nèi)比較棘

35、手的問題。許多選線裝置目前雖然廣泛使用，但沒有一種裝置能準確地檢測出故障線路，選線技術(shù)需進一步改進和提高。就選線問題而言，配電網(wǎng)中性點不同的接地方式對選線的準確度影響也很大。采用不同接地方式的配電網(wǎng)在發(fā)生接地故障時，故障電流的特性有很大差異，故障電流的特性對選線裝置的準確度有較大影響。4 2.1.4 配電網(wǎng)接地方式的發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)中性點的接地方式是一個涉及到技術(shù)、經(jīng)濟、安全等多個方面的綜合問題。它可劃分為兩類，凡是需要斷路器立即斷開單相接地故障者，屬于中性點有效接地方式，也稱大電流接地方式，包括中性點直接接地和經(jīng)小電阻接地；凡是單相接地電弧能夠自行熄滅者，屬于中性點非有效接地方式，也稱小電流

36、接地方式。小電流接地系統(tǒng)包括中性點不接地（中性點絕緣）系統(tǒng)、中性點經(jīng)消弧線圈接地（即諧振接地）系統(tǒng)、經(jīng)高阻或中阻接地系統(tǒng)、經(jīng)高阻抗接地系統(tǒng)以及由控制裝置控制的靈活接地系統(tǒng)。大電流接地方式的優(yōu)點是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)的對地過電壓小，電氣設(shè)備的絕緣等級可以按相電壓選擇；故障點和中性點構(gòu)成短路回路，故障線路的故障電流很大，線路的零序繼電保護可以迅速、準確的將故障線路從系統(tǒng)中切除。但在大電流接地方式下無論瞬時性故障還是永久性故障，故障線路的繼電保護均跳閘，跳閘次數(shù)大大增加，供電可靠性低；投入的繼電保護設(shè)備成本較高。小電流接地方式中最有代表性的是中性點不接地和諧振接地方式。中性點不接地方式是我

37、國配電網(wǎng)采用最早、運用最多的一種方式，同時也是小電流接地方式中最具代表性的接地方式。采用該接地方式的系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，在接地點和電網(wǎng)中性點之間不會形成短路回路，故障電流較小；雖然非故障相電壓升高，但系統(tǒng)三相之間的線電壓仍然對稱，短時間內(nèi)不影響用戶的正常用電，供電可靠性高。在小電流接地方式中，中性點不接地方式在電網(wǎng)容量擴大、對地電容電流不斷增大的新形勢下，難以限制并熄滅故障電弧，且故障選線困難，限制了它的應(yīng)用；諧振接地方式能夠根據(jù)運行需要在故障時和非故障時靈活的切換，兼具其它小電流接地方式的優(yōu)點，從綜合經(jīng)濟技術(shù)指標來看，諧振接地方式優(yōu)于其他小電流接地方式，是一種很有前途的新型接地方式，具

38、有良好的應(yīng)用前景。82.2 小電流接地系統(tǒng)兩種接地方式介紹 2.2.1 中性點不接地方式原理綜述 通常所講的中性點不接地，實際上是經(jīng)過集中于電力變壓器中性點的等效電容接地的。中性點不接地方式結(jié)構(gòu)簡單，運行方便，不需任何附加設(shè)備，若是瞬時故障，一般能自動熄弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統(tǒng)的對稱性，單相接地電流較小，單相接地不形成短路回路，運行中可允許單相接地故障存在一段時間。電力系統(tǒng)安全運行規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運行12h，從而獲得排除故障的時間，若是由于雷擊引起的絕緣閃絡(luò)，則絕緣可自行恢復(fù)，相對提高了供電可靠性。中性點不接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點在于：當(dāng)線路不太長時能自動消除單相接地故障，而不需要跳閘。

39、中性點不接地方式因其中性點是絕緣的，電網(wǎng)對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。在發(fā)生弧光接地時，對地電容的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接地過電壓或諧振過電壓，其值可達到相電壓的數(shù)倍，乃至數(shù)十倍，對設(shè)備絕緣造成威脅。此外，由于電網(wǎng)中存在電容和電感元件，在一定條件下，因倒閘操作或故障，容易引發(fā)線性諧振或鐵磁諧振，這時線路較短的電網(wǎng)會激發(fā)高頻諧振，產(chǎn)生較高諧振過電壓，導(dǎo)致電壓互感器擊穿；配電網(wǎng)中存在較長線路時容易激發(fā)分頻鐵磁諧振，在分頻諧振時，電壓互感器呈較小阻抗，其通過電流將成倍增加，引起熔絲熔斷或電壓互感器過熱而損壞。為解決中性點不接地單相接地時引起的一些后果，早期曾采取過故障相自動接地

40、的措施，但由于這一措施不能解決過電壓的問題，且無助于將故障線路選出，故不就被中性點經(jīng)消弧線圈接地方式和中性點經(jīng)電阻接地方式所取代。10 2.2.2 中性點不接地方式運行狀況分析簡單網(wǎng)絡(luò)圖如下圖2-1所示：圖2-1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地示意圖不論是架空線路還是地下電纜，各相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與大地之間都存在著分布電容，如圖2-1（本文忽略了導(dǎo)線間電容）。一般來說，線路零序電容的大小與線路的長度、導(dǎo)線的半徑、幾何均距以及線路與地面的距離因素有關(guān)。在考慮線路充分換位的情況下，相間電容是相等的，并且三相的對地電容也是對稱的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點電位與地電位不等，中性點對地絕緣，必須存在對

41、地電容，此電容很小，因此中性點對地阻抗很大，從而系統(tǒng)中任一點的零序阻抗都很大。對零序電流而言，線路或者其它元件的串聯(lián)阻抗，比以線路對地導(dǎo)納表示的并聯(lián)阻抗小得多。因此在小電流接地選線問題的研究中，忽略這些串聯(lián)阻抗，主要分析各相對地的電容電流組成的回路。如圖2-1所示的簡單網(wǎng)絡(luò)，在正常運行時，忽略電源和線路壓降，三相各相對地電容c 相等。在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓90的電容電流注入地中。由于三相電壓對稱，無零序電壓；忽略三相負載不對稱產(chǎn)生的不平衡電流，三相電流之和等于零，無零序電流。即： =（+）=0 （2.1） =（+）=0 （2.2）在如圖2-1所示的小電流接地系統(tǒng)（中性點不接地

42、）d點發(fā)生a相金屬性接地時，其向量圖如圖2-2所示，用、表示電源的各相電動勢。圖2-2 a相接地時向量圖各相對地電壓為 =0 （2.3） =e （2.4） =-=e （2.5）可見，故障相電壓為零，非故障相對地電壓升高為原來的倍。因此，系統(tǒng)的零序電壓為 =（+ +）=（0 +）=- （2.6）各相對地電容電流為 =e （2.7） =e （2.8） =-(+)=3 （2.9）用相電動勢的有效值，則、的有效值為 =3 （2.10） = （2.11）故障線路始端的零序電流為零，即 3=+=+（-）=0 （2.12）由此可見，對于單條線路，當(dāng)發(fā)生單相接地時，流過故障線路的零序電流為零，所以零序電流保護

43、不起作用。 2.2.3 中性點不接地方式系統(tǒng)特點中性點不接地方式對于低壓配電網(wǎng)具有運行維護簡單、經(jīng)濟，單相接地時允許帶故障運行兩個小時，供電連續(xù)性好等優(yōu)點。目前，國內(nèi)35kv以下電網(wǎng)還采用該運行方式，在該運行方式下，接地電流為線路及設(shè)備的電容電流。但是，由于該方式對電網(wǎng)電容電流及負荷水平有嚴格的限制，超過一定數(shù)值后將引起電弧接地過電壓，故該方式已經(jīng)不再適合配電網(wǎng)的發(fā)展。中性點不接地方式的主要缺陷有： 對電容電流有嚴格的要求，根據(jù)電力規(guī)程，對35kv及以下系統(tǒng)，規(guī)定當(dāng)310kv電網(wǎng)電容電流小于30a，20kv以上電網(wǎng)電容電流小于10a時，可采用中性點不接地運行方式。 中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地

44、時，中性點電位偏移，過電壓水平高，持續(xù)的時間長。而目前在我國隨著經(jīng)濟發(fā)展，城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中大量采用電流和各類封閉組合電器，甚至進口設(shè)備，這些設(shè)備一般絕緣水平一般較低，且一旦被擊穿很難修復(fù)，因而不宜帶單相接地故障持續(xù)進行。 單相接地時，避雷器長時間在工頻過電壓下運行，易發(fā)生損壞，甚至爆炸。目前采用提高氧化鋅避雷器運行電壓的方法，可以避免爆炸事故的發(fā)生，但這并不經(jīng)濟，因而這種接線方式不利于無間隙氧化鋅避雷器的推廣使用。 從保證人身安全的角度來說，不宜采用中性點不接地系統(tǒng)來保證供電連續(xù)性。11 2.2.4 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式近年來我國城市配電網(wǎng)發(fā)展較快，電力電纜在城市配電網(wǎng)中大量使用，配電網(wǎng)的對地

45、電容電流迅速增大，單相接地電弧難以自行熄滅。隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸，電容電流也愈益增大，以致完全有可能使接地點電弧不能自行熄滅并引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)展成嚴重的系統(tǒng)性事故。采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，即在中性點和大地之間接入一個電感消弧線圈。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式通常稱為諧振接地方式，該接地方式將帶氣隙的感抗可調(diào)的電抗器接在系統(tǒng)中性點和地之間，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈的電感電流能夠基本補償電網(wǎng)的接地電容電流，使故障點的接地電流變?yōu)閿?shù)值顯著減小的殘余電流，殘余電流的接地電弧就容易熄滅。由于消弧線圈的作用，當(dāng)殘流過零熄弧后，降低了恢復(fù)電壓的初速度，延長了故障相電壓的恢復(fù)時間，并限制了恢復(fù)

46、電壓的最大值，從而可以避免接地電弧的重燃，達到徹底熄弧的目的。因此中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的可靠性大大的高于中性點不直接接地系統(tǒng)運行方式。隨著工農(nóng)業(yè)、城市建設(shè)的迅速發(fā)展，大容量負荷中心的增多及城網(wǎng)建設(shè)電纜化，不但每個站得出現(xiàn)增多了，而且架空線路逐步為電纜所代替，單相接地電容電流相應(yīng)增大，因弧光不能自動熄滅而產(chǎn)生相間短路或因間歇性弧光引起的過電壓事故也增多，為提高供電可靠性，按有關(guān)規(guī)程規(guī)定，以架空線路為主的10kv系統(tǒng)電容電流超過10a以上者，必須改為中性點經(jīng)消弧線圈接地的補償方式。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式中，消弧線圈的運行要求比較苛刻，如果補償過多或過少，使得接地殘流過大，則不易消弧，而剛好完

47、全補償，則容易產(chǎn)生諧振過電壓，而且由于消弧線圈的補償，接地殘流過小，接地故障辨別、故障選線困難。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相故障時，由于接地點殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補償狀態(tài)，故障線路和健全線路流過的零序電流方向相同，故零序過電流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。因目前運行在電網(wǎng)的消弧線圈大多為手動調(diào)閘的結(jié)構(gòu)，必須在退出運行時才能調(diào)整，也沒有在線實時檢測電網(wǎng)單相接地電容電流的設(shè)備，故在退出運行中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時調(diào)節(jié)，所以不能很好地起到補償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自行熄滅及過電壓問題。不過，由于微機接地保護和微機選線裝置的出現(xiàn)，尤其是近年來，自動調(diào)節(jié)消弧裝置的出現(xiàn)，使得經(jīng)消

48、弧線圈接地方式存在的這些問題有了很好的解決，它能夠在單相接地故障發(fā)生時，精確補償系統(tǒng)電容電流，有效熄滅接地點的電弧，使得單相接地故障不致發(fā)展為相間短路而引起線路跳閘，從而保證了設(shè)備安全和可靠供電?？梢姡行渣c采用經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)具有很高的運行可靠性。 2.2.5 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式運行狀況分析中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地的電流分布如圖2-3所示。圖2-3 諧振接地單相接地故障時電流分布假設(shè)某個時刻線路2發(fā)生了單相金屬性接地故障，a相某點接地，對地電容被短接，各電壓、電流的相量關(guān)系如圖2-4所示。 圖2-4單相接地故障電壓、電流相量圖其中，a相對地電壓變?yōu)榱悖枪收舷郻相和c相電壓

49、分別變?yōu)橄鄬相的線電壓，幅值升高至倍，中性點電壓由零上升為。故障點零序電壓為： =(+)=- （2.13） 若忽略負載不對稱引起的不平衡電流及對地電容電流在線路及電源阻抗上的電壓降，則在整個系統(tǒng)中，a相對地電壓均為零，非故障相電壓幅值升高至倍，即對地電容電也隨之升高至倍。同時，消弧線圈的電感電流經(jīng)故障點沿故障線返回，因此故障點的電流增加一個電感分量的電流，則如圖2.1所示流過故障點的電流是電網(wǎng)中所有非故障相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和： (2.14)其中為電網(wǎng)單相對地所有電容的總和，式2.14表明，流過故障點的電流數(shù)值為正常運行狀態(tài)下電網(wǎng)三相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反

50、相，因此故障點電流將因增加了消弧線圈而減少。非故障線路始端的零序電流為： =(+)=- (2.15）式2.15故障線路始端的零序電流為線路本身的電容電流，容性無功功率方向為母線流向出線。故障線路始端的零序電流為： (2.16)即故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，其容性無功功率方向?qū)⒂啥咧g的大小關(guān)系決定。如果小于，電網(wǎng)處于欠補償狀態(tài)；等于，電網(wǎng)處于完全補償狀態(tài)；若大于，則電網(wǎng)處于過補償狀態(tài)。 從圖中可知，當(dāng)發(fā)生單相接地時，非故障線路電容電流的大小、方向與中性點不接地系統(tǒng)一樣，但對故障線路來說，接地點增加了一個電感分量的電流。從接地點流回的總電流為： （

51、2.17）式中：為消弧線圈的補償電流，為全系統(tǒng)的對地電容電流。 由于和相位差為180，將隨消弧線圈的補償程度而變，因此，故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。16 2.2.6 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式系統(tǒng)特點1. 全補償時系統(tǒng)運行特點分析當(dāng)全補償時，有=，接地點電流接近于零，故障線路零序電流等于線路本身的電容電流,方向由母線流向線路，零序功率方向與非故障相線路完全相同。此時有式子成立（其中是角頻率，為線路電容總和），這正是工頻串聯(lián)諧振的條件，如果由于系統(tǒng)三相對地電容不對稱，或者斷路器合閘三相接觸頭不同而使閉合時出現(xiàn)零序電壓，串聯(lián)于及之間，串聯(lián)諧振將導(dǎo)致電源中性點對地電壓升高及系統(tǒng)過電壓，這是

52、很危險的。2. 欠補償時系統(tǒng)運行特點分析當(dāng)欠補償時，有,補償后的接地電流是感性的，故障線路零序電流增大了，且方向與非故障線路相同，由母線流向線路，采用這種方式即使系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變，也不會發(fā)生串聯(lián)諧振。因此實際中獲得了廣泛的應(yīng)用。4. 系統(tǒng)特點當(dāng)接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬時熄滅，以消除弧光間隙接地過電壓，中性點經(jīng)消弧線圈接地，在大多數(shù)情況下能迅速地消除單相的瞬間接地電弧，而不破壞電網(wǎng)的正常運行。接地電弧一般不重燃，從而能把單相電弧接地過電壓限制到一個低的水平。很明顯，在很多單相瞬時接地故障的情況下，采用消弧線圈可以看作是提高供電可靠性的有力措施，目前

53、隨著電網(wǎng)規(guī)模和負載越來越大，運行方式經(jīng)常變化，消弧線圈也應(yīng)當(dāng)經(jīng)常作相應(yīng)的調(diào)整，以補償相應(yīng)的電容電流。因而出現(xiàn)了以實現(xiàn)消弧線圈調(diào)整自動化為目的的消弧線圈自動調(diào)諧裝置，這種裝置擴大了消弧線圈在大電網(wǎng)、多運行方式下地適應(yīng)能力。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的主要缺陷有： 采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，不僅減小了線路的故障電流，而且故障線路的零序電流方向也發(fā)生了變化，給接地保護的正確選線提出了更高的要求。 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式易發(fā)生諧振，且消弧線圈的補償容量不易隨電容電流的增加而增加。 消弧線圈的阻抗較大，既不能釋放線路上的殘余電荷，也不能降低過電壓的穩(wěn)態(tài)分量，因而對其它形式的操作過電壓不起作用。 2.

54、2.7 兩種中性點接地方式的綜合比較比較項目不接地經(jīng)消弧線圈接地單相接地電流大小人生觸電的危險性大減小單相電弧接地過電壓最高較高單相接地保護較難難對通信的感應(yīng)危害較小小鐵磁諧振過電壓高高操作過電壓最高高高壓串入低壓引起過電壓最高較高保護接地的安全性單相接地電流大時危險安全表2-1 兩種中性點接地方式綜合比較 2.2.8 中性點經(jīng)高阻接地方式 中性點經(jīng)電阻接地方式，即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優(yōu)越性。在中性點經(jīng)電阻接地方式中，一般選擇電阻的阻值較小，在系統(tǒng)單相接地時，控制流過接地點的電流來啟動零序保護動作，切除故障線路。中性點經(jīng)高阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，并可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，主要用于200mw以上大型發(fā)電機回路和某些610kv配電網(wǎng)。 運行特點 由于中性點經(jīng)電阻接地可以迅速判斷故障，對于90%以上是電纜線路的城市電網(wǎng)，需要采用此種接地方式。另外，在人口稠密地區(qū)，架空線