電力工程課件(自編)第6部分

山東建筑大學(xué)尹春inchunjie@126.com

電力工程

ELECTRICPOWERENGINEERING

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

主要內(nèi)容：

0、前章回顧

1、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)2、電力系統(tǒng)接地方式3、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析4、小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)構(gòu)成原理

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析前章回顧：主要的電力設(shè)備：

線路、變壓器-功能、指標(biāo)、模型及參數(shù)折算；

斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、真空接觸器-分合控制；

避雷器、熔斷器-系統(tǒng)保護(hù)；

電壓互感器、電流互感器-一次系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。典型電氣主接線方式

有母線：?jiǎn)文妇€、單母線分段、單母線(分段)帶旁路、雙母線、雙母線(分段)帶旁路、3/2開關(guān)接線；

無母線：內(nèi)橋、外橋、單元接線、角型等。！問題：電力系統(tǒng)廠/站為什么要有母線？第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析1、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析

各種電力設(shè)備按特定的接線方式連接構(gòu)成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電能的輸送。1.1、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)概括起來，電力系統(tǒng)可分為以下三種運(yùn)行狀態(tài)：正常狀態(tài)：可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行。額定條件下運(yùn)行，連續(xù)、穩(wěn)定合格電力供應(yīng)，期望狀態(tài)。不正常狀態(tài)：允許短時(shí)運(yùn)行。由于各種原因使電力設(shè)備或系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離其容許值。如電壓過高或過低、頻率偏差過大、過負(fù)荷（電流超出容許值）及設(shè)備本身異常如溫度過高、壓力異常等。危害：設(shè)備或系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間偏離其容許的運(yùn)行參數(shù)可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，引發(fā)電網(wǎng)故障;在電網(wǎng)故障時(shí)不能做出正確反映擴(kuò)大故障范圍，如控制回路斷線。

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析故障狀態(tài)：故障電網(wǎng)停止運(yùn)行，電能輸送中斷。

由于設(shè)計(jì)安裝問題、設(shè)備老化、操作維護(hù)不當(dāng)、環(huán)境氣候等各種人為或自然因素導(dǎo)致運(yùn)行中的電力系統(tǒng)發(fā)生各種形式的結(jié)構(gòu)性異常變化，使電力系統(tǒng)的正常工作遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致部分區(qū)域停電、電能質(zhì)量嚴(yán)重下降、設(shè)備損壞甚至電網(wǎng)穩(wěn)定破壞。有關(guān)故障狀態(tài)的幾個(gè)基本概念：短路：正常狀態(tài)以外的一切相-相、相-地之間的短接；另外有電動(dòng)機(jī)、變壓器同相繞組的匝間短路。永久性故障：指故障發(fā)生后永久存在，不會(huì)自行消失；瞬時(shí)性故障：故障發(fā)生后經(jīng)過一小段時(shí)間后可自行消失。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析1.2、引發(fā)電網(wǎng)故障的主要原因：

設(shè)備絕緣損壞：絕緣降低導(dǎo)致短路發(fā)生；自然氣候：雷擊、冰凍、暴雨、地震等；人為因素：誤操作、誤破壞等。1.3、主要故障類型橫向故障：主要指各種永久或瞬時(shí)性異常短路狀態(tài)；如三相短路、相間短路、接地短路等；縱向故障：主要指某一相或幾相發(fā)生異常斷線導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入非全相運(yùn)行或三相供電停止。復(fù)雜故障：同一地點(diǎn)幾種不同基本類型的故障同時(shí)發(fā)生或不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生故障；如相間接地短路等。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析常見故障統(tǒng)計(jì)：三相短路3.1%；兩相短路0.5%；兩相接地短路7.8%；單相接地88.6%；斷線等3.3%.注意：各種故障類型的標(biāo)識(shí)方式。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析1.4、電網(wǎng)短路故障的危害短路電流劇增產(chǎn)生過量熱應(yīng)力及電動(dòng)應(yīng)力。短路引起的強(qiáng)烈電弧燒損故障元件及周邊設(shè)備。系統(tǒng)電壓急劇下降，導(dǎo)致電壓崩潰，引發(fā)大面積停電。引發(fā)系統(tǒng)振蕩甚至系統(tǒng)失穩(wěn)。不對(duì)稱故障導(dǎo)致負(fù)序分量，嚴(yán)重危害發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)；對(duì)通訊設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

1.5全球電網(wǎng)大停電事故示例第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

*2002-2009年度全球大停電事故記錄第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析1.6、應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的主要措施

電網(wǎng)安全穩(wěn)定關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，必須針對(duì)各種電網(wǎng)故障采取有效手段，確保電網(wǎng)可靠運(yùn)行。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析我國(guó)加強(qiáng)電網(wǎng)安全的主要措施：上世紀(jì)80年代，中國(guó)根據(jù)當(dāng)時(shí)的國(guó)情提出了抓電網(wǎng)安全從繼電保護(hù)著手；上世紀(jì)90年代末開始連續(xù)進(jìn)行城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)大面積改造；本世紀(jì)初開始堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)并多角度開展分布式發(fā)電、微電網(wǎng)新技術(shù)研究與試點(diǎn)。國(guó)家電網(wǎng)公司在“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上提出了名為“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃。規(guī)劃提出，將分三個(gè)階段推進(jìn)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的建設(shè)：*2009年至2010年為規(guī)劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開展規(guī)劃、制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)、開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，及各環(huán)節(jié)試點(diǎn)工作；*2011年至2015年為全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)；*2016年至2020年建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。注：當(dāng)前國(guó)內(nèi)關(guān)于三華交流同步電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性爭(zhēng)議。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析幾點(diǎn)提示：“電”是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)、生活重要的二次能源，安全穩(wěn)定的電力供給直接關(guān)乎國(guó)計(jì)民生；對(duì)電力系統(tǒng)來講，可靠的電氣設(shè)備、恰當(dāng)?shù)碾姎庵鹘泳€方式非常重要，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；發(fā)、輸、變、配、用電的每一個(gè)環(huán)節(jié)事關(guān)電力安全可靠供給，小到一戶、一廠、一村、一鎮(zhèn)，大到跨省域、跨國(guó)域，做為一個(gè)電氣專業(yè)科學(xué)研究、工程技術(shù)人員應(yīng)樹立：

安全意識(shí)：人身，設(shè)備，系統(tǒng)；

責(zé)任感：即使小到一個(gè)鄉(xiāng)村、企業(yè)電工亦責(zé)任重大，關(guān)乎電力安全可靠供應(yīng)，應(yīng)認(rèn)清責(zé)任、背負(fù)壓力、發(fā)奮學(xué)習(xí)，做一名真正合格的電力、電氣專業(yè)技術(shù)人員。

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析2、電力系統(tǒng)接地方式2.1、接地的基本概念定義：把電網(wǎng)中設(shè)備的某一部分通過接地電極與大地緊密連接起來。接地的作用防止人身遭受電擊：將人可觸及的設(shè)備保持地電位。防止設(shè)備遭受損害：防止靜電、雷擊：保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行：接地的分類工作接地：電力系統(tǒng)的某一點(diǎn)直接或經(jīng)特殊設(shè)備與大地電氣連接，保證

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。保護(hù)接地：防止故障導(dǎo)致設(shè)備異常帶電造成人身危害。防雷接地：將雷電流引入大地，避免設(shè)備、人身危害。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析2.2、電力系統(tǒng)工作接地及分類為保證電力系統(tǒng)正常工作，通常要對(duì)電力系統(tǒng)做接地處理。2.2.1、電力系統(tǒng)接地點(diǎn)的選擇電力系統(tǒng)接地點(diǎn)一般選在變壓器中性點(diǎn)處，無中性點(diǎn)時(shí)采用專門的接地變壓器取得中性點(diǎn)。2.2.2分類及特征根據(jù)中性點(diǎn)接地方式不同，分為大電流接地及小電流接地。*大電流接地系統(tǒng)：中性點(diǎn)直接接地、經(jīng)小電阻接地方式。特征：發(fā)生單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓降低，電流激增；非故障相對(duì)地電壓不變；接地后必須迅速切除故障區(qū)域。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析*小電流接地系統(tǒng)：消弧線圈接地、經(jīng)大電阻接地、不接地特征：發(fā)生單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓降低；非故障相對(duì)地電壓升高；故障電流為線路對(duì)地電容電流，一般故障電流較小，允許帶故障運(yùn)行一段時(shí)間。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析2.3、系統(tǒng)接地方式選用原則通常綜合考慮以下主要因素：*

供電可靠性：小電流系統(tǒng)接地后可短時(shí)繼續(xù)運(yùn)行；*

過電壓、安全因素：小電流系統(tǒng)接地導(dǎo)致非故障相電壓高*

繼電保護(hù)選擇性和靈敏性：大電流系統(tǒng)接地故障量大；*

通訊信號(hào)干擾。

我國(guó)110KV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)為大電流接地系統(tǒng)，35KV/66KV及以下電網(wǎng)多為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)的接地方式以中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地為主。下面對(duì)分別就兩種方式單相接地故障特征進(jìn)行分析。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3、小電流接地系統(tǒng)分析3.1、中性點(diǎn)不接地方式*系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：三相對(duì)地電容平衡：CA=CB=CC=C0三相電壓平衡，零序電壓為零:3U0=UA+UB+UC=0三相對(duì)地電容平衡，各相電容電流平衡，零序電流為零:3I0=IA+IB+IC=(IA0+IBO+ICO)+(IfhA+IfhB+IfhC)=0第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析*發(fā)生單相接地故障后例：C相d點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析接地故障特征：C相對(duì)地電壓：UC’=0;A相對(duì)地電壓：UA’=UA-UC=UACB相對(duì)地電壓：UB’=UB-UC=UBC零序電壓：3U0=UA’+UB’+UC’=UA+UB-2UC=-3UCA相電容電流：I0A’=ICA’=UA’WC0B相電容電流：I0B’=ICB’=UB’WC0C相電容電流：ICC’=0,I0C’=-3I0零序電流：3I0=ICA’+ICB’+ICc’=-3UCWC0=3U0WC0零序電流3I0流經(jīng)接地點(diǎn)。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析要點(diǎn)：U0=-UC;I0C=-3I0;

UA’=UACUB’=UBCI0A’超前UA’90度；

I0B’超前UB’90度；

3I0超前U090度；

I0C’滯后U090度。

第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析結(jié)論：不接地系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，非接地相對(duì)地電壓可升高至線電壓；零序電壓升高至相電壓；零序電流取決于線路對(duì)地電容，線路越長(zhǎng)，零序電流越大。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電容電流的主要危害：在發(fā)生弧光接地時(shí)容易引發(fā)3.5倍以上的過電壓，導(dǎo)致設(shè)備絕緣損壞，擴(kuò)大故障；引發(fā)鐵磁諧振過電壓，導(dǎo)致PT等設(shè)備損壞、擴(kuò)大事故；加劇意外觸電事故的燒灼危害；接地點(diǎn)電弧不能自熄時(shí)易導(dǎo)致相間短路。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析中性點(diǎn)不接地方式適用范圍：第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3.2、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式正常運(yùn)行時(shí)，3U0=0,3I0=0.下面以C相d點(diǎn)金屬性接地為例分析接地故障特征。流經(jīng)接地點(diǎn)D的故障電流為:I0C=IL+IC,分兩個(gè)部分：*IC:由于對(duì)地電容不平衡產(chǎn)生的電容合成電流；*IL:零序電壓經(jīng)消弧線圈產(chǎn)生的電感電流。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3.2.1、關(guān)于電容電流IC根據(jù)3.1的分析結(jié)果，可得到：IC=-3I0=3UCWC0=-3U0WC0零序電壓:3U0=-3UC

各向量間的關(guān)系如圖所示。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3.2.2、關(guān)于消弧線圈電流IL如圖所示，設(shè)消弧線圈電感為L(zhǎng),電感電流可表示為：IL=UC/WL=-U0/WL

IL相位滯后UC90度，超前U090度。

各向量間的關(guān)系如圖所示。可以看出：

IL與IC方向相反，相位相差180度。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3.2.3、關(guān)于補(bǔ)償度與脫諧度如果選取：IL=IC，即：3WC0=1/WL，LC0=1/3W2則電感電流完全補(bǔ)償電容電流，稱為完全補(bǔ)償。同理，

欠補(bǔ)償：IL<IC;接地后通過補(bǔ)償，仍有部分電容電流；

過補(bǔ)償：IL>IC;接地后全部補(bǔ)償電容電流，仍有部分剩

余電感電流；注：為防止串聯(lián)諧振引發(fā)過電壓，多采用過補(bǔ)償方式，補(bǔ)償度K>1,脫諧度為負(fù)值。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析3.3、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式適用范圍

DL/T620【交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合】里3.1.2條有明確的規(guī)定：3-10KV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35、66KV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電容電流不超過下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。

A、3-10KV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35、66KV系統(tǒng)，10A。B、3-10KV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，不同電壓等級(jí)的限定接地電流值為：a）3KV和6KV時(shí)，30A；b）10KV時(shí)，20A；c）3-10KV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，30A。第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析4、小電流接地系統(tǒng)接地保護(hù)構(gòu)成原理

我國(guó)6-35kV的配電網(wǎng)一般采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式，其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地時(shí)接地故障電流小，三相線電壓依然對(duì)稱，不影響對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，一般情況下可以連續(xù)運(yùn)行1～2h。但由于非故障相對(duì)地電壓升高到線電壓，長(zhǎng)期運(yùn)行可能引起絕緣薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大，影響用戶的正常用電。因此，在發(fā)生系統(tǒng)接地后準(zhǔn)確地選出故障線路對(duì)提高配電網(wǎng)的供電可靠性大有裨益。系統(tǒng)單相接地判據(jù)：3U0越限，通過監(jiān)視3U0很容易實(shí)現(xiàn)。故障線路確定：

傳統(tǒng)做法-逐條拉路停電，尋找接地線路。

自動(dòng)選線技術(shù)-信號(hào)注入法、比幅、比相、五次諧波法等第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析4.1、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

*故障特征：3U0越限；全部電容電流流經(jīng)故障線路；非故障線路零序電流超前零序電壓，故障線路3I0滯后3U0.第6部分電力系統(tǒng)接地方式及接地故障分析*中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)常用接地選線判別方法系統(tǒng)接地判別：

當(dāng)3u0大于設(shè)定值，判斷為系統(tǒng)發(fā)生接地故障；采用比幅法確定接地線路：

比較各條線路的3i0幅值，最大的診斷為接地線路。采用比相法確定接地線路：

比較零序電壓及零序電流的相位差，零序電流滯后零序電壓的線路診斷為接地線路。