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1、青岛大学硕士学位论文基于Matlab的小电流接地系统自动选线仿真研究姓名：战祥新申请学位级别：硕士专业：自动化工程指导教师：迟正刚20060522摘要V90 9 0 8摘要因故障电流小，系统可带故障继续运行一定时问，不影响对负荷的连续供电等特点，国内外中低压配电网中性点广泛采用小电流接地方式(包括不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地三种方式)。同时由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因，小电。流接地系统单相接地故障检钡4 比较困难，一直缺乏可靠的故障线路选择方法，长期以来是电力系统继电保护工作的重要课题。随着配电网自动化技术的兴起和发展，使得采用自动装置快速、准确地判断接地故障线路变得越来越重要。本
2、文先对电力系统的各种中性点接线方式做了简要介绍，分析了小电流接地系统三种不同中性点接线方式的基本原理及其运行特点，并对这些接线方式的运行参数进行了综合比较。在深入分析小电流接地系统发生单相接地故障时的稳态和暂态电气量的基础上，总结论述了当今小电流接地选线的各种流行方案，分别阐述了其基本选线原理和存在的局限性。对其中的零序电流比幅法、零序功率法、五次谐波法、注入信号法四种自动选线法做了详细的论述，分析了其选线原理、与其它方式相比较的优点、仍存在的问题以及它的实际应用情况。并且利用M a t l a b 中的s i m u l i n k仿真软件包，建立了小电流接地系统的统一模型，通过设置统一的线
3、路参数、仿真参数，对这四种接地选线方案进行了仿真比较，给出了仿真结果及线路各主要参数的波形图。最后根据仿真结果，分析目前自动选线法存在的主要问题及以后的发展方向。关键词：小电流接地系统；单相接地故障；选线；注入法；M a t l a b青岛大学硕士学位论文A b s t r a c tI n d i T e c t l y 乎_ 0 u n d e dp o w e rs y s t e mi sw i d e I yu di l Im e d i a la n dl o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k si nt l l
4、ew o r l d(i n c l u d i n gt】l en e u I r a lp o i n ti sn o tg r o u d e d，b yt h eP e t e r s e n 啪丑o r b yh i g hr e s i s I o r s)，w h i c hi sb 锄e f i ct 0i m p m V eI h er c l i a b i l i t y0 fp o w e rs y s I e m，b e c a u s ei I sc h a 糟c I e f st h a tf a u l lc u r n n ti sl o wa n dt l
5、l es y s t e mc a nc 0 t i n u et 0p r o v i d ep 删盯I ol o a dw h i l es i n 羽e _ p h a s eg m u I l df a u no c c u 巧T h e r ej 锄te x i s I e da ne f f e c I i v em e t h o dt 0 l e c tt 1 1 ef a u l tl i n en o w a d a y s，w h i c hh a sb e e a i m p o n a n tt a s kf o r t h er e l a yp m t e c t
6、 i 锄r e s e a r c h e 幅o fp 0 啊e rs y s t e m I ti sd i m c u l tt od e l e c tt h es i g n a l s、他i I es i n 羽e _ p h a s eg r 0 I l n df a u l t0 c 锄吗b e c 卸s et h cf a u l tc u 玎e n ti ss m a l la n dt h ee k c t I i c i t ya r ci si n s t a b i l i t y W i t ht 量l er e a r c h 卸dd e v e l o p m
7、e n to fp o w e ra u t o m a t i o n，i th 船b e c o m em o r ea n dm o r ei m p o n 柚tt 0V e r d i c tt h ef a u l tl i n ec o r r e c ya n dp r o m p yb y 卸c o m e c h 蛐i s m T h i sa n i d ef 缸I l yi n t m d u c e st h en c u 仃a lp o j n tc 0 鹏c t i o nm o d eo fp o w e rs y s I e m，a n“y z e st h
8、ef u n d a m e n p f i n c i p l ea d 砥f I l n c t i o nc h a m c I e r i s t 蛔o ft h et h r e em o d e s，柚d m p a r e sm ep a r 帅e t e r so fe a c hI n o d es”l h e t i c a l l y o nt h eb 勰i so f 柚a l y z i gt h et r 札s i e n la n ds t e a d ye l e c t f i cp a r a m e t e r si ni n d i r c c t l
9、y 掣D u d e dp o、耽rs y s t e mw h i ks i n g l e-p h 粘eg r o u n df 蛐l to c c u f si nd e I a n，s 啪m a r i z c st h em s tf 船h i o n a b l ep r o t e c t i o ns c h e m 瞄f o rs i n 羽e p h a s eg m u n df a u l tb d e ny-E a c hs c h 锄e sb 船i cp d c i p l e 卸dl h n i t a t i o nw a sa l s os h o w n P
10、 a n i c u l a d yd i s c 璐鸵st h ez e r o-S e q u e n c ec u n n tc o m p a r a t i v es c h e m e，z e r o。S e q u e n c ep d w e rs c h e m e，五f mh 盯m o n i cs c h e m ea 1 1 dt h e s i g n a li n p u f m e t l l o di nd e t a i l A n a I y z e st I l e i rp 血c i p l e s，m e mc o m p a r e dw i I h
11、o t h e rs c h e m e s，p r o b l e m ss I i l le x i s ta n dt h e i rp r a c t i c a la p p l j c a t i o n s F u n h e m l o r c，蛆u n 毋s i m u h t e dn l o d e lo fi n d i r e c yg m u n d e dp o w e fs y s t e mi se s t a b l i s h e di nt l I i sp a p e s e te q u a ll i ep a r a m e t e r s 柚ds
12、 j m u l a I i o np a r a I n e t e 墙，b a s e d 仰l h ep f i n c i p k so ft h ea b o v ef o u rs e l e c d n gl i m e l h o d sw i t ht h eS i m u l i n kp a c k a g eo fM a t l a b P 陀s e n t st b es i m I I l a t i o nr e s u l I s 柚dm ew a V e so fp r i m a r yp 盯a m e t e r s F i 舶l l y，p o i n
13、t so u tt 1 1 em a i np r o b l e m so ft l l ea u I o S c l e c t i o f a u l Il i n en l c t h o d s 粕dI h e i r sd e v e l 叩眦n to r i e n t a I i o ni nt l l ef u l u r e K e y w o r d s：i n d i r e c U yg m u n d e dp o w e rs y s t e m，s i n g l e-p h a s eg m u n df a u l t，l i n es e l e c t
14、i n g，”S j g n a ll n p u t m e t h o d，M a U a b第一章引言1 1 选题的目的和意义第一章引言电力系统是由发电、变电、输电、配电、供电、用电等设备和技术组成的将一次能源转换为电能的统一系统。配电网是电力系统的重要组成部分，在电力系统的各环节中作为末端直接与用户相联系。一方面直接体现对用户的供电可靠性和电能质量；另一方面，配电网由于电压等级低、缺乏有效的优化运行手段，功率损耗普遍较高，是电力系统经济运行的挖潜大户【l l。电力系统中性点是否接地及以何种形式接地，是涉及到技术、经济、安全等多个方面的综合问题。目前处理方式主要有：直接接地、电抗接地、低
15、阻接地、高阻接地、消弧线圈接地(又称谐振接地 和不接地。我国的6 3 5 k V 配电网电力系统多属于小电流接地系统，又称中性点非有效接地系统。接地故障是指由于导体与地连接或对地绝缘电阻变得小于规定值而引起的故障。根据电力运行部门的故障统计，由于外界因素(如雷害、风害、鸟害等)的影响，配电网单相接地故障是配电网故障中最常见的，发生率最高，占整个电气短路故障的8 0 以上。当发生单相接地故障时，由于不能构成低阻抗的短路回路，接地短路电流很小，故称为小电流接地系统。它的优点在于发生单相接地故障时多数情况下可以自动熄弧并恢复绝缘。当线路发生永久性单相金属性接地故障后，三相系统的相电压与线电压仍然是对
16、称的，大小与相位并不变化，但系统的接地相对地电容被短接，对地电压都变为零，中性点电压上升为相电压，非接地相对地电压升高至原来的i 倍，长时间运行会破坏系统的绝缘，对接入系统中的线路、配电、变电设备等造成损害。为防止另一相再接地而引起两相短路，甚至三相短路，因而必须限制一定时间内排除单相故障【2 5 J。由于故障电流小，系统可带故障继续运行一定时间，不必立即跳闸，不影响对负荷的连续供电。因而小电流接地方式可显著提高供电可靠性，同时也具有提高对设备和人身安全性、降低对通讯系统电磁干扰等优点。但长时间带故障运行，特别是间歇性弧光接地故障时，过电压(特别是弧光过电压)容易使电力设备出现新的接青岛大学硕
17、士学位论文地点使事故扩大；同时故障电流可能使故障点永久烧坏，最终引起短路故障。因此故障后尽快选择故障线路就显得十分重要。另一方面，故障电流微弱、故障电弧不稳定等原因，也造成了小电流接地系统的单相接地故障检测比较困难。目前对接地故障点的判断、选线问题一直没得到很好的解决，国内很多配电部门仍采用传统的“拉线法”。该法是通过装设在母线上的零序电压互感器来检测是否发生接地故障，若发生接地故障，则采用逐条线路拉闸观测接地指示是否消失的方法判断哪条线路出现故障。这种传统选线方法既造成了用户不必要的停电损失，也不利于人身及设备安全。目前，国内外研制的小电流接地故障选线装置灵敏度低，一般需集中比较变电站所有出
18、线的零序电流大小或方向，不易在现场控制单元(如F r U)上安装，难以满足配电自动化对接地故障线段自动隔离的要求。在1 9 9 8 年中国电机工程学会配电自动化专委会学术讨论中，己经肯定了小电流接地系统单相接地故障检测是我国实现配电自动化的一个难题，呼吁进行小电流接地系统接地故障检测的攻关研究。2 0 世纪7 0 年代以来，我国开始进行小电流系统单相接地自动选线方法的研究和探索。根据小电流接地系统发生单相接地故障时的稳态量和暂态量，产生了多种单相接地故障选线的方法。但是理论分析和实际运行经验表明，它们都存在着各自的使用局限性和动作死区。因此目前任何一种单一选线方案都无法实现适应各种单相接地故障
19、情况的1 0 0 正确选线【6】f”。近年来，随着单片机技术的飞速发展及其在电力系统继电保护领域的广泛应用，出现了微机在线自动选线装置。这种选线装置通过检测发生单相接地后各条线路及系统的电气量变化提取故障特征，辨识故障线路，在保持持续供电的条件下实现自动选线功能。但在实际运行过程中，由于单相接地残流小，受零序电流互感器角度误差和测量误差及环境气候的影响，时常发生误判而达不到理想的使用效果。因此如何自动检测并迅速隔离单相接地故障线路，是当前配电自动化领域的一个重要研究课题，也成为制约配电自动化发展的关键问题。解决了系统的单相接地故障自动选线问题，可以使故障线路就近跳闸，或通过馈线自动化技术中的通
20、信网络和远动终端设备切除故障线路。现代电力系统是一个超高压、大容量、跨区域的巨大联合动力系统。配电网又是一个包含了很多不同电压等级的变压器、输电线路、电力负荷等设备的复杂网络。2第一章引言在这种情况下，进行很多电力科研实验的实验条件是很难满足的，另外系统的安全运行也不允许进行实验(如系统短路等实验)。因此电力系统的稳定与故障分析往往离不开仿真研究。当前对小电流接地系统的仿真研究，主要集中在对各种具体选线方法的验证上，即采用计算机仿真程序建立数学模型、设置仿真参数进行离线仿真，以求取零序电流、零序电压的稳态值和暂态值。因此，采用规范的数学模型、一致的仿真参数，利用M a t l a b 程序作为
21、仿真的统一平台，对小电流接地系统单相故障的各种选线方法进行离线仿真，就具有一定的现实意义。1 2 小电流接地系统单相接地故障研究现状1 2 1 国外研究概况5 1国外对小电流接地系统的应用及研究十分广泛。在前苏联，二十世纪以来小电流接地系统应用较多，主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式，保护主要采用零序功率方向原理和首半波原理。其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器。在日本，小电流接地系统在供电、钢铁、化工用电中应用比较普遍，多为中性点不接地或经有效电阻接地系统，但电阻接地方式居多。因此，选线原理也比较简单，采用了基波无功方向继电器。在美国，由于其电网中性点主要采用电阻接地方
22、式，也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路。小电流接地系统中单相接地保护被认为是难以实现的，而且引起的过电压非常严重。因此，他们一般不采用小电流接地系统而宁愿在供电网络上多投资以保证供电的可靠性。但是近年来，在I E E E 的专题报告上也认为应当加强小电流接地系统保护的研究。三十年代德国首次提出利用零序电流的首半波极性来判断接地线路，相继有多篇论文发表，并有几代产品问世。现在，他们又研制出一种便携带式接地报警装置。而挪威一家公司则利用测量空间电场和磁场的相位，反应零序电流和零序电压的相位，研制出悬挂式接地指示器，分段悬挂在线路和分叉点上。上世纪9 0 年代以来，随着法国，波兰等欧洲国家逐渐将中
23、压电网由中性点经低阻接地方式改为谐振接地方式，对小电流接地保护装置进行了许多研究和现场实验。青岛大学硕士学位论文如应用有功电流法，法国电力公司(E D F)开发出D E s m 保护装置。应用零序导纳法，波兰有公司研制了导纳接地保护装置，已在国内推广应用，到1 9 9 6 年为止，已有多套投入中压电网运行。1 2 2 国内研究现状在我国，6 3 5 K V 配电网系统常采用小电流接地系统，其中大多数是中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。接地选线方案也从最初的零序电流保护发展到零序无功方向保护，从基波方案发展到五次谐波方案，以及利用首半波极性方案，并先后推出几代产品。最早出现的小电流接地系统保
24、护装置是绝缘监视装置，从2 0 世纪五十年代就开始对接地保护原理和装置的研究，研制出了根据接地电流的首半波极性进行选线定位的小电流接地系统的保护装置和利用零序电流五次谐波原理的接地选线装置。七十年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制出一批具有选择性的接地信号装置，如适应中性点不接地系统的z D-4 型零序功率方向保护和适用于中性点经消弧线圈接地系统的Z D 一5，Z D 一6，Z D 7 型五次谐波零序功率方向保护装置等。八十年代中期以来随着微机的应用和推广，我国又相继研制出一批微机型接地选线装置，随之也出现了适合微机实现的选线理论，其中有南京自动化研究院的利用比较零序电流五次谐波的大
25、小和方向的小电流接地系统单相接地选线装置：东北电力学院研制出通过无线电接收谐波电流，利用比相原理而实现的单相接地选线装置；山东大学(原山东工业大学)研制出的基于零序电流群体比幅原理的单相接地选线装置；华北电力学院研制出的基于群体比幅比相原理的M L l 型以及利用零序电流五次谐波比相原理的M L A 9 8 型小电流接地选线装置；话安交通大学则提出了利用零序电流的3，5，7 次谐波分量之和的相对比较法和自适应独立判别法进行选线的原理等等。九十年代至今，又先后推出了基于“有功功率法”，“S 注入法”，“小波分析法”，“接地残留增量法”等原理的新型选线装置，并且分析故障暂态特征，应用D S P 技
26、术的基于小波理论的选线装置也已产生。4第一章引言1 3 论文的主要工作论文主要分为三部分。第一部分，就是论文的第二章。主要论述了小电流接地系统的主要特点，三种不同的中性点接地方式。重点分析了中性点不接地和经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的情况，分别分析了故障时的稳态量和暂态量，分析了故障后的零序电流和零序电压产生过程。通过分析，得出一些可供我们故障选线的结论，形成了本文工作的理论基础。第二部分，也就是本文的第三章，主要讨论了目前已存在的各种自动选线方法的基本原理和局限性。分别论述了基于故障稳态量的零序电流比幅法、群体比幅比相法、法和零基于五次谐波分量的选线方法、基于(I s i n 西)原
27、理的方法、有功分量方向序功率方向法六种方法，基于故障暂态量的首半波法、能量法和小波分析法嘎三种方法，还有拉线法和注入信号法等。第三部分，也是本文的重点内容，主要是第四、五章的内容。通过应用M a t l a b软件的s i m u l i n k 仿真工具包，建立了一个小电流接地系统的多回路仿真模型。采用相同的设置参数，对零序电流比幅法、五次谐波分量法、零序功率方向法、注入信*号法四种选线方法进行了仿真。重点对零序电流比幅法和注入信号法进行了较为详，细的仿真研究。第四部分是结论和展望。第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析2 1 电力系统各种接线方式介
28、绍电力系统的接线方式是指三相电力系统的中性点以何种方式接地。电力系统中性点可以有多种接地方式，中性点可以直接接地，可以经过某元件接地，也可以不接地。中性点以何种方式与大地相接的问题在工程上就称为中性点的接地方式。中性点接地方式对电力系统运行的很多方面都有影响，是一个很重要、很复杂的问题。2 1 1 电力系统接线方式的分类电力系统常用的接地方式有：中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地(又称为谐振接地)、中性点经电阻接地。其中，中性点经电阻接地方式，按接地电流大小又分为高阻接地和低阻接地。我国G B T4 7 7 6 一1 9 8 4“电气安全名词术语”标准中，将上述四种中性点接地方
29、式归纳为两大类 5】：(1)中性点有效接地系统(s y s t e mw i t he 趾c t i v e l ye a n I l e dn e u 妇1)：中性点直接接地或经一低值阻抗接地。通常其零序电抗凰与正序电抗五的比值小于或等于3(即I 墨J s 3)，零序电阻R 与正序电抗五的比值小于或等于1(即R 墨s 1)。这种接地系统中性点接地阻抗小，当发生单相接地故障时，故障回路中将流过很大的短路电流，要求保护装置立即动作，线路终止供电，所以此类系统又称为大电流接地系统。(2)中性点非有效接地系统(s y s t e mw i mn o n e 彘c t i v e l ve a n I
30、 l e dn e u t r a l)：中性点不接地，或经一高值阻抗接地或谐振接地的系统。通常系统的零序电抗与正序电抗置的比值大于3(即l 甄置I，3)，零序电阻R 与正序电抗五的比值大于1(即R 置，1)。此类系统由于中性点接地阻抗非常大，发生单相接地故障时故障电流很小，所以又称为小电流接地系统。7青岛大学硕士学位论文2 1 2 小电流接地方式的主要特点在我国6 3 5k V 电力系统中普遍采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统方式，当系统发生单相接地故障时，由于不能构成低阻抗短路回路，接地故障电流往往很小，系统线电压的对称性并不遭到破坏，系统还可继续运行一段时间，规程规定一般为
31、l 2 h，为防止系统事故扩大，在接地运行的这段时间里必须设法排除接地点。该接地方式的主要特点：、电流信号很小小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模大小和线路类型(电缆或架空线)有关，数值甚小。对于1 0 K v 架空线路来说，每3 0 公里线路大约产生1 安培的零序电流，电缆线路产生的零序电流稍大一些。这样微弱的故障信号混杂在上百安培的负荷电流中，使得传统的基于过流、方向、距离等原理的继电保护装置根本不可能正确反映故障情况。经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态(过补偿、欠补偿、完全补偿)不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相
32、同，对于有消弧线圈的小电流系统采用5 次谐波电流或零序电流有功功率方向检测，而5 次谐波电流比零序电流又要小2 0 5 0 倍。、干扰大、信噪比小小电流系统中的干扰主要包括两个方面：一是在变电站和发电厂的小电流系统单相接地保护装置的装设地点，电磁干扰大；二是由于负荷电流不平衡造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小，对地电容电流较小时，接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。、随机因素的影响不确定我国配电网一般都是小电流系统，其运行方式改变频繁，造成变电站出线的长度和数量频繁改变，其电容电流和谐波电流也频繁改变；此外，母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断地变化；故
33、障点的接地电阻不确定等等。这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不稳定。第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析、电容电流波形不稳定小电流系统的单相接地故障，常常是间歇性的不稳定弧光接地，因而电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。2 2 小电流接地系统三种接地方式介绍小电流接地系统目前主要有中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻接地三种方式。2 2 1 中性点不接地方式(1)原理综述中性点不接地方式，即中性点对地绝缘，结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省，适用于农村l O k V 架空线路长的辐射形或树状形的供电网络。该接地方式在运行中，若发生单相接地故
34、障，流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流，其值很小，不形成短路回路。但是长时间的接地运行，极易形成两相接地短路；弧光接地还会引起全系统过电压，这种过电压能量大，持续时间长，同时在持续过程中，电网的单相接地还可能发展为两点接地短路，使事故进一步扩大。中性点不接地系统发生单相接地故障时，其接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动消弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，可带故障连续供电1 2 h，从而获得排除故障时间，相对地提高了供电的可靠性【6】【7】。(2)运行状况分析简单网络图(单条线路)如下图2 1 所示：(，=图2 1 中性点不接地系统单相接地示意图9CBA青岛大学硕士学位论文不
35、论是架空线路还是地下电缆，各相导线之间以及每相导线与大地之间都存在着分布电容，如图2 1(本文忽略了导线间电容)。一般来说，线路零序电容的大小与线路的长度、导线的半径、几何均距以及线路与地面的距离等因素有关。在考虑线路充分换位的情况下，相间电容是相等的，并且三相的对地电容也是对称的。当系统发生单相接地时，中性点电位与地电位不等，中性点对地绝缘，必然存在对地电容，此电容很小，因此中性点对地阻抗很大，从而系统中任一点的零序阻抗都很大。对零序电流而言，线路或者其他元件的串联阻抗，比以线路对地导纳表示的并联阻抗小得多。因此在小电流接地选线问题的研究中，忽略这些串联阻抗，主要分析各相对地的电容组成的回路
36、。如图2 1 所示的简单网络，在正常运行时，忽略电源和线路压降，三相各相对地电容c 0 相等。在相线对地电压u。、u a、u c 作用下，每相都有一个电容电流流入地中。由于三相电压对称，无零序电压；忽略三相负载不对称产生的不平衡电流，三相电流之和也等于零，无零序电流。1即：u o；妄(u+u 日+u c)=o2 一(1)J1，J o=妄+，口+，c)=o2 一(2)j(3)系统特点中性点不接地方式对于低压配电网具有运行维护简单、经济，单相接地时允许带故障运行两个小时，供电连续性好等优点。目前，国内3 5 k V 以下电网还采用该运行方式。在该运行方式下，接地电流为线路及设备的电容电流。但是，由
37、于该方式对电网电容电流及负荷水平有严格的限制，超过一定数值后将引起电弧接地过电压，故该方式已经不再适应配电网的发展。中性点不接地方式的主要缺陷有：、对电容电流有严格的要求，根据电力规程，对3 5 k V 及以下系统，规定当3 1 0 k V电网电容电流小于3 0 4，2 0 k V 以上电网电容电流小于l O 爿时，可采用中性点不接地运行方式。、中性点不接地电网发生单相接地时，中性点电位偏移，过电压水平高，持续的1 0第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析时间长。而目前在我国随着经济发展，城镇配电网中大量采用电流和各类封闭组合电器，甚至进口设备，这些设备绝缘水平一般较低，且一旦被击穿很难修复
38、，因而不宜带单相接地故障持续运行。、单相接地时，避雷器长时间在工频过电压下运行，易发生损坏，甚至爆炸。目前采用提高氧化锌(z n O)避雷器运行电压的方法，可以避免爆炸事故的发生，但这并不经济，因而这种接线方式不利于无间隙氧化锌避雷器的推广应用。、从保证人身安全的角度来说，不宣采用中性点不接地系统来保证供电的连续性。2 2 2 中性点经消弧线圈接地方式采用中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈。由于导线对地电容的存在，中性点不接地系统中一相接地时，接地点接地相电流属于容性电流。而且随着网络的延伸，电流也愈益增大，以致完全有可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过
39、电压，甚至发展成严重的系统性事故。(1)原理综述在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行1 2 小时。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式。随着工农业、城市建设的迅速发展，大容量负荷中心的增多及城网建设电缆化，不但每个站的出线增多了，而且架空线路逐步为电缆所代替，单相接地电容电流相应增大，因弧光不能自动熄灭而产生相问短路或因间歇性弧光引起的过电压事故也增多。为
40、提高供电可靠性，按有关规程规定，以架空线路为主的1 0 系统电容电流超过3 0 爿(近年又提高要求为1 0 爿)以上者，必须改为中性点经消弧线圈接地的补偿方式。(2)运行状况分析中性点经消弧线圈接地系统单相接地的电流分布如图2 2 所示。青岛大学硕士学位论文Lm c 一一ll=U m 如c 0 c 0m 已!l l0 无=：c 0。：斛l：c 0阮c 0图2 2 消弧线圈接地电网中单相接地时的电流分布I I从图中可知，当发生单相接地时，非故障线路电容电流的大小、方向与中性点不接地系统一样；但对故障线路而言，接地点增加了一个电感分量的电流。从接地点流回的总电流b 为：式中：，。为消弧线圈的补偿电
41、流，。：为全系统的对地电容电流。2 一(3)由于，和，c=相位相差为1 8 0。，。将随消弧线圈的补偿程度而变，因此，故障线路零序电流的大小和方向也随之改变。、全补偿时系统运行特点分析【5】当全补偿时，有，c=，c z，接地点电流，D 接近于零，故障线路零序电流等于线路本身的电容电流，方向由母线流向线路，零序功率方向与非故障线路完全相同。此时有式子砒=1(3 崛)成立(其中。为角频率，c z 为线路电容的总和)，这正是工频串联谐振的条件，如果由于系统三相对地电容不对称，或者断路器合闸三相触头不同而使闭合时出现零序电压，串接于及3c t 之间，串联谐振将导致电源中性点对地电压升高及系统过电压，这
42、是很危险的。、欠补偿时系统运行特点分析1 2第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析当欠补偿时，有，c ，c=，补偿以后的接地电流，D 是感性的，故障线路零序电流增大了，且方向与非故障线路相同，由母线流向线路。采用这种方式即使系统运行方式发生改变，也不会发生串联谐振。因此实际中获得了广泛的应用，补偿程度用补偿度p 表示，其值为：p=毕2 一(4)口一般选择过补偿度值为p；(5 1 0)。在过补偿情况下，通过故障线路保护安装处的电流为补偿后的感性电流。此电流在数值上很小，在相位上超前d。的相角为9 0。，与非故障线路容性电流与U。的关系相同。因此在过补偿的情况下，零序电流保护和零序方向保护已不适
43、用。(3)系统特点当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间隙接地过电压，中性点经消弧线圈接地，在大多数情况下能够迅速地消除单相的瞬间接地电弧，而不破坏电网的正常运行。接地电弧一般不重燃，从而把单相电弧接地过电压限制到不超过2 5(虬为系统相电压)。很明显，在很多单相瞬时接地故障的情况下，采用消弧线圈可以看作是提高供电可靠性的有力措施，目前随着电网规模和负载越来越大，运行方式经常变化，消弧线圈也应当经常作相应的调整，以补偿相应的电容电流。因而出现了以实现消弧线圈调整自动化为目的的消弧线圈自动调谐装置，这种装置扩大了消弧线圈在大电网、多运行方式下的
44、适应能力。中性点经消弧线圈接地方式的主要缺陷有：、采用中性点经消弧线圈接地方式，不仅减小了线路的故障电流，而且故障线路的零序电流方向也发生了变化，给接地保护的正确选线提出了更高的要求。1 3青岛大学硕士学位论文、中性点经消弧线圈接地方式易发生谐振，且消弧线圈的补偿容量不易随电容电流的增加而增加。、消弧线圈的阻抗较大，既不能释放线路上的残余电荷，也不能降低过电压的稳态分量，因而对其它形式的操作过电压不起作用。2 2 3 中性点经高阻接地方式中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止
45、谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。在中性点经电阻接地方式中，一般选择电阻的阻值较小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在5 0 0 A 左右，也有的控制在1 0 0 A 左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。中性点经高阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，主要用于2 0 0 M w 以上大型发电机回路和某些6 1 0 k v 配电网。(1)运行特点由于中性点经电阻接地可以迅速判断故障，对于9 0 以上是电缆线路的城市电网，需要采用此种接地方式。另外，在人口稠密地区，架空线一相导线落地会对人身安全造成极大的威
46、胁，因而也应考虑这种电阻接地方式。中性点经电阻接地在国内部分电网已开始应用，并取得了良好的效果。这种接地方式的优越性具体表现为：、有效地降低单相接地工频过电压和弧光接地过电压水平，是消除电压互感器铁磁谐振过电压的最有效的措施。只要Rs】(3 n 岛)(c 0 为线路对地电容总和)，弧光接地过电压能被限制在2 2 玑以下。对于不同的系统，对地电容不同，电阻取值不同。对R 无论是低阻还是高阻都能达到抑制电压互感器谐振电压和断线谐振电压的目的，当然R 愈小，过电压水平愈低，但同时应兼顾通过人体的接地电流不明显增加。、可简化继电保护，实现快速切除故障，缩短电压持续时问。这样，限制带故障运行有助于性能优
47、良的无间隙氧化锌避雷器的推广应用。从保证保护具有足够的灵敏度的角度来考虑，要求R 不宜太大，对接地过流继电器，如果架空线电网中性1 4第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析点电阻电流为1 0 0 A，则故障线中总零序电流比其它回路的电容电流大得多，从而保证了动作的选择性。对接地方向继电器，零序电流的功率因数是影响灵敏度的重要因素，当接地电流的有功分量与电容电流之比大于2 时，接地方向继电器才能可靠工作。(2)中性点经电阻接地方式的缺陷有：、对于有架空线的配电网，一般配有自动重合闸，中低阻接地方式在单相接地时，开关的跳闸率将大大增加，但绝大多数接地故障是由于架空线接地引起的，并且7 0 8 0
48、 的单相接地跳闸可以重合成功，只是对开关的性能提出了更高的要求；然而由于电缆线路不设置重合闸，采用小电阻接地方式的电缆网络不会使跳闸次数有明显的增加。、关于过渡电阻。如果单相接地不是金属性的，而是经过一过渡电阻接地，当架空线路断线落地(水泥路或沥青路)，甚至掉在树上，其过渡电阻有可能达到6 0 0 Q左右，这对接地电流有很大的影响，将使得继电保护灵敏度降低而影响系统安全运行。2 2 4 各种中性点接地方式的综合比较见下表2 1。青岛大学硕士学位论文表2 1 中性点接地方式比较嘲中性点接地方消弧线圈并、消弧线圈接式不接地电阻接地(串)电阻接直接接地地比较项目地小，同脱谐小，同脱谐度单相接地电流大
49、大最大度有关有关人身触电的危大大减小减小最危险险性单相电弧接地较高，高过低，高过电压最高低最低过电压电压概率小概率小单相接地保护较难易难较易很容易对通信的感应大(与接地电较小小小最大危害流大小有关)铁磁谐振过电局低尚低低压操作过电压最高最低较高较低低高压串入低压最高低较高较低最低引起过电压单相接地保护接地的安单相接地电电流大时安全安全危险全性流大时危险危险1 6第二章小电流接地系统单相接地故障过程分析2 3 小电流接地系统单相接地故障时的稳态量分析2 3 1 单条线路网络在图2 1 所示的小电流接地系统(中性点不接地)d 点发生A 相金属性接地时睁“1，其向量图如图2 3，用E 一、岛、E c
50、 表示电源的各相电动势。各相对地的电压为图2 3A 相接地时的向量图U 一Od。：壹。一言。：；官。e 一，m。2 二-(5)2 一(6)d。：童。一童。j 壹。e+，t m。2 一(7)可见，故障相电压为零，非故障相对地电压升高为原来的互倍。因此，系统的零序电压为r。；(d 一+【：r。+d c)。；(。+d。+D c)2 一言一z c s，各相对地电容电流为，口=u 口，珊c；=J 3 c o E 月e 一1”，2 一(9)j c=D c，m c o=J 虱峨童。e 1 对2 一(1 0)青岛大学硕士学位论文，=一(，口+，c)=，3 c；E J2 一(1 1)用乜相电动势的有效值，则L、