配電網(wǎng)中性點接地方式研究終期報告（課堂PPT）

1、1配 電 網(wǎng) 中 性 點 接 地 方 式 研 究配 電 網(wǎng) 中 性 點 接 地 方 式 研 究 本科畢業(yè)設(shè)計終期答辯本科畢業(yè)設(shè)計終期答辯學 院 ： 電 氣 工 程年級專業(yè)： 學生姓名： 指 導 教 師 ： 董 海 艷 電氣工程學院電氣工程學院2主要內(nèi)容5 結(jié)論4 不同接地方式的應(yīng)用3 配電網(wǎng)模型的搭建和仿真2 配電網(wǎng)單相接地故障特征分析 1 緒論電氣工程學院電氣工程學院31 緒論 配電網(wǎng)系統(tǒng)作為直接為用戶生產(chǎn)生活提供電能支持的系統(tǒng)，其所具有的功能就是把變電站或者小型電廠提供的電力輸送給沒個用戶，并且在必要的地方進行合適電壓等級的轉(zhuǎn)換。 中壓配電網(wǎng)中性點接地方式涉及到電網(wǎng)的安全運行、供電可靠性、

2、過電壓和絕緣的配合、繼電保護、接地設(shè)計等多個因素，同時對通信和電子設(shè)備的干擾、人身安全等方面有重要影響。對配電網(wǎng)選擇合適的中性點接地方式是最重要和最靈活的提高中壓配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性的方法之一，因此研究中性點接地方式的特性對配電網(wǎng)的運行也顯得尤為重要。1.1 課題背景和意義 電氣工程學院電氣工程學院41.2 課題的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題 我國的中壓配電網(wǎng)中主要有中性點不接地，中性點經(jīng)消弧線圈接地，中性點經(jīng)低值電阻接地以及自動跟蹤補償消弧線圈裝置接地等方式。這些方式都各自獨特的優(yōu)點，尤其以經(jīng)小電阻接地和消弧線圈接地兩種方式發(fā)展尤為迅速。自動跟蹤消弧線圈及接地選線裝置的不斷完善和推廣應(yīng)用，為中壓電網(wǎng)中

3、性點經(jīng)消弧線圈接地提供了技術(shù)保障。為此，在我國采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式是我國中壓電網(wǎng)的發(fā)展方向。電氣工程學院電氣工程學院5 不同的接地方式有著其特點，但也存在著各自的問題。在不直接接地系統(tǒng)中，當單相接地電流過高時，弧光電壓不能自行熄滅，給配電網(wǎng)造成嚴重損害。在中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，當零序保護動作不及時或拒動時，將導致相間故障發(fā)生。在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，當系統(tǒng)發(fā)生接地時，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)，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。1.2 課題的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題電氣工程學院電氣工程學

4、院61.3 課題的主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計所研究的課題是配電網(wǎng)中性點接地方式研究，其主要內(nèi)容是： (1)理論分析不同的中性點接地方式下單相接地時暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)等值電路。 (2)分別建立10kV系統(tǒng)中性點不接地、直接接地、經(jīng)低電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地的MATLAB仿真模型。 (3)對四種中性點接地方式下發(fā)生單相接地故障時電壓、電流波形進行分析。通過對配電網(wǎng)中性點接地方式的研究，以此來了解不同接地方式所具有的優(yōu)缺點，以及每種方式的供電可靠性。電氣工程學院電氣工程學院72 配電網(wǎng)單相接地故障特征分析 2.1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障分析2.1.1 穩(wěn)態(tài)分析 圖2-2 中性點不接地系統(tǒng)等值電路圖2-1

5、中性點不接地系統(tǒng)三相線路示意圖電氣工程學院電氣工程學院8各相電容電流： 故障點處電流： 式中， 與A相電源電壓方向相反， 為相電壓有效值。非故障相電壓數(shù)值上等于線電壓：000Ij C U00033dIIjCU03ddIICU3BCUUU電氣工程學院電氣工程學院92.1.2 暫態(tài)分析 當配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，接地點將產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓。對于中性點不接地方式，故障相A相產(chǎn)生的過電壓為：(1.5 2.5)AUU圖2-3 中性點不接地系統(tǒng)等值電路電氣工程學院電氣工程學院10 當配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，接地點將產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓。對于中性點不接地方式，故障相A相產(chǎn)生的過電壓為： 非故障相過

6、電壓分別為：(1.5 2.5)AUU(2.53.5)BCUUU 2.2 中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)單相接地故障分析2.2.1 穩(wěn)態(tài)分析電氣工程學院電氣工程學院11圖2-5 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)等值電路圖2-4 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)三相線路示意圖 零序電流： 零序電壓：0001*()3nIUj CR0AUU 電氣工程學院電氣工程學院122.2.2 暫態(tài)分析 故障相A相產(chǎn)生的過電壓為： 非故障相過電壓為：0.013(1.5)nCRAUUe0.013(2.5)nCRBCUUUe2.3 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障分析2.3.1 穩(wěn)態(tài)分析電氣工程學院電氣工程學院13圖2-7 中性點經(jīng)消弧線圈接地系

7、統(tǒng)等值電路圖2-6 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)三相線路示意圖 零序電流： 零序電壓：0001*(3)IUjCj L001*( 3)ddCLII UCIIL電氣工程學院電氣工程學院142.3.2 暫態(tài)分析 暫態(tài)電容電流： 暫態(tài)電感電流：CC.osC.stiiisin sincos coscos()fttt etfcT4fC.os.maxCmi=Ie2.4 中性點直接接地系統(tǒng) 單相接地故障分析 系統(tǒng)的零序電壓為零 故障點電流：AdgUIRR電氣工程學院電氣工程學院圖2-8 中性點直接接地系統(tǒng)三相線路示意圖153 配電網(wǎng)模型的搭建和仿真 3.1 模型參數(shù)設(shè)置 在本次仿真模型中，三相電源容量為300MV

8、A，主變一次側(cè)電壓等級為110kV，二次側(cè)電壓等級為10kV，連接方式為Yg，頻率50Hz，A相初相角為零，變壓器采用Three-Phase-Transformer(Two Windings)模型。輸電線路采用PSB模塊庫中的貝杰龍數(shù)學模型，仿真開始時間和停止時間為0.0s和0.1s，仿真故障起始時間和停止時間設(shè)定為0.03s和0.07s；步長類型選擇為Variable.step，最大步長0.02，最小步長和初始步長設(shè)定為自動方式。本次設(shè)計選取了ode15s解題器，允許誤差至少小于0.001，該解題器專門用于解Stiff方程的變階多步算法，在仿真中具有較快的運算速度。相對容差為1e-3，絕對容

9、差為自動方式。電氣工程學院電氣工程學院163 配電網(wǎng)模型的搭建和仿真 本次仿真采用線路分別為：架空線路選用LGJ-240型號導線，電纜線路選用YJV22-3300型號交聯(lián)聚乙烯電力電纜。 線路類型1234架空線路/km8005電纜電纜/km091010表3-1 混合線路分布電氣參數(shù)電阻/km電感mH/km電容F/km正序0.451.29.49e-3零序0.64.155.2e-3表3-2 架空線路電氣參數(shù)電氣參數(shù)電阻/km電感mH/km電容F/km正序0.1030.2190.329零序0.9270.9880.163表3-3 電纜線路電氣參數(shù)電氣工程學院電氣工程學院17 3.2 中性點不接地系統(tǒng)圖

10、3-2 故障點電流圖3-3 中性點電壓圖3-1 不接地系統(tǒng)仿真模型 在該仿真模型中，故障點處過渡電阻選取了0、5、10、100、2000五不同個等級的阻值分別進行仿真分析，由此觀察，在不同過渡電值下的故障電流和非故障相電壓。同時，選定5過渡電阻下的波形圖，與其他接地方式進行比較。18圖3-4 故障線路三相電壓、電流圖3-5 非故障線路三相電壓、電流接地點過渡電阻()B相電壓 ( )C相電壓 ( )中性點電壓( )故障點電流(A)01.511.620.61695.9851.351.400.43489.32101.281.290.33375.561001.061.050.0672.4020001.

11、021.0103.98UUU表3-4 不同過渡電阻值下的仿真數(shù)據(jù)電氣工程學院電氣工程學院19 3.3 中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)圖3-6 經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)仿真模型 在該仿真模型中，故障點處過渡電阻固定為5 ，中性點接地電阻一次選取2 、5 和10 ，以此觀察不同中性點接地電阻下的波形圖。同時選取中性點接地電阻為10 下的波形圖與其他接地方式進行比較分析。圖3-8 中性點電壓圖3-7 故障點電流20表3-5 不同接地電阻值下的仿真數(shù)據(jù)圖3-9 故障線路三相電壓、電流圖3-10 非故障線路三相電壓、電流中性點接入電阻值( () )B相電壓( )C相電壓( )中性點電壓( )中性點電流(A)故障點電流(

12、A)21.261.280.13661.69829.9851.211.180.23455.44725.47101.151.100.29299.35645.55UUU電氣工程學院電氣工程學院21 3.4 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)圖3-11 經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真模型 在該仿真模型中，故障點處過渡電阻固定為5 ，分別選取-10%、-5%、0、5%、10%五種不同補償度下的電感值進行仿真。補償度公式如下：LCLIII架空線的線路電容電流計算公式：電纜線路的電容電流計算公式：消弧線圈電感計算公式：3(2.73.3)*10CLLIU L95 1.442200 0.23CLSIUS33*10*102LLUU

13、LIfI22圖3-12 故障點電流圖3-13 中性點電壓 由上面的公式計算出不同補償度下的消弧線圈電感值，-10%的電感值3.95H，-5%的電感值3.75H，0的電感值3.55H，5%的電感值3.35H,10%的電感值3.15H。 在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)仿真中，選取了10%、0、-10%三種補償度進行對比，這三種補償度仿真波形類似，因此只下面給出了補償度為0的波形。其不同可由表格中數(shù)據(jù)看出。電氣工程學院電氣工程學院23 補償度 接入電感(H)B相電壓( )C相電壓( )中性點電壓( )中性點電流(A)故障點殘流(A)10%3.151.341.380.428.790.725%3.351.341.

14、380.4311.871.103.551.341.380.437.810.06-5%3.751.351.380.4310.610.35-10%3.951.341.380.4310.080.87UUU表3-6 不同補償度下的仿真數(shù)據(jù)圖3-14 故障線路三相電壓、電流圖3-15 非故障線路三相電壓、電流電氣工程學院電氣工程學院24 3.5 中性點直接接地系統(tǒng)圖3-16 經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)仿真模型 在該仿真模型中，故障點過渡電阻固定為5 ，然后進行仿真。圖3-18 中性點電壓圖3-17 故障點電流25接地點過渡電阻()B相電壓( )C相電壓( )中性點電流(A)故障點電流(A)01.311.08210

15、1.111901.3751.171.01942.32966.15101.121.01595.51615.121001.021.0175.4878.1720001.001.013.884.02表3-7 不同過渡電阻值下的仿真數(shù)據(jù)圖3-19 故障線路三相電壓、電流圖3-20 非故障線路三相電壓、電流UU電氣工程學院電氣工程學院26 中性點不接地系統(tǒng) 在中性點不接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，故障線路上的非故障相對地電壓等于或略大于線電壓，電弧接地過電壓較高，操作過電壓是四種接地方式中最高的，對人身安全有很大的危害。 35kV及以下電壓的配電網(wǎng)，發(fā)生單相接地故障后，接地電流不大，故一般情況下接地電

16、弧均能自動熄滅，所以這種配電網(wǎng)采用中性點不接地方式最為合適。在我國配電網(wǎng)中，中性點不接地系統(tǒng)適用于310kV電壓等級，單相電流小于10A的電網(wǎng)，或2060kV電壓等級，單相電流小于8A的電網(wǎng)，或發(fā)電機能帶內(nèi)邊接地故障運行，發(fā)電機與電氣連接的的接地電流小于5A的電網(wǎng)。 4 不同接地方式的應(yīng)用電氣工程學院電氣工程學院27 中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng) 在中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，故障線路上的非故障相對地電壓等于線電壓有時會高于線電壓，電弧接地過電壓可以不予以考慮，操作過電壓是四種接地方式中最低的，對人身安全并沒有很大的危害。 在電纜為主的配電網(wǎng)中，其故障率低，特別是使用了絕緣水平低

17、的電纜的電網(wǎng)，采用經(jīng)小電阻接地方式，可以降低過電壓水平，減小相間故障的可能性，并且瞬間跳開故障線路。 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，故障線路上的非故障相對地電壓等于線電壓，電弧接地過電壓可以不予以考慮，操作過電壓也在安全允許范圍內(nèi)，對人身安全在四種接地方式中是最小的。 該接地方式在335kV電壓等級配電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在這些電壓等級的配電網(wǎng)中，單相接地故障發(fā)生率很高，采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式可以有效的提高供電可靠性。電氣工程學院電氣工程學院28 中性點直接接地系統(tǒng) 在中性點直接接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，故障線路上的非故障相對地電壓小于80%的線電壓，電弧接地過電壓可以不予以考慮，操作過電壓是四種接地方式中最低的。故障相上面流過的電流相當于配電網(wǎng)的短路電流，電流幅值很高，所以對人身安全的威脅很大。 中性點直接接地方式多用于110kV以上的電壓等級配電網(wǎng)中。這是因為在高電壓等級配電網(wǎng)中，絕緣設(shè)備的費用在工程總價格中占有很大的比重，從限制過電壓能力和絕緣水平以及經(jīng)濟性方面綜合考慮來看，中性直接接地方式能夠很好的滿足以上條件。電氣工程學院電氣工程學院29 通過以上的工作，對配電網(wǎng)不同中性點接地方式有以下結(jié)論： (1)中性點不接地系統(tǒng)在抑制弧光過電壓方面的能力差，發(fā)生單相接地故障時非故障相的最大過電壓幅值