全电缆贯通线合理接地方式与继电保护配置研究.doc

西南交通大学硕士学位论文全电缆贯通线合理接地方式与继电保护配置研究姓名：杨茂坤申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：陈小川20100401西南交通大学硕士研究生学位第页摘要客运专线具有运量大、效能高，社会经济效益显著等一系列优点，相应的建设项目已在我国全面展开。由于电缆线路较架空线路具有受外界因素的影响小、维护管理工作量小及工程隐蔽、不影响环境和人身安全等明显优点，全电缆贯通线已成为高速铁路建设中电力专业的设计标准。由于电力电缆与架空线相比，其对地电容电流般是架空线的几十倍，电缆比例的提高，显著加大了电力供电系统对地电容电流与相间电容电流。这就导致了系统单相接地电流较大，接地电弧不能自熄，带单相接地故障运行时，会导致故障扩大，产生过电压，以上因素导致客运专线电缆贯通线电容电流补偿方式、系统接地方式及继电保护方式都不同于常规。鉴于目前国内还没有全电缆线路成熟的运行经验，为保证客运专线电力供电系统安全、可靠运行，对客运专线电缆贯通线路存在的技术问题进行深入细致的研究，并且制定出切实可行的解决方案是十分必要的，而且是十分迫切的。从铁路贯通线考虑，由于供电负荷本身较轻的特点，这样对于距离比较长的电缆线路，除了要考虑投切的暂态过程以外，还要考虑运行中电容电流的补偿问题。本文从铁路电缆贯通线供电线路的应用目的出发，通过对全电缆贯通线路的中性点接地方式的比较对在特定的电容电流补偿情况下，不同距离电缆线路的运行及故障的各个环节进行详尽的研究和讨论，为铁路贯通线保护的配置以及整定提供有价值的参考。关键词：全电缆线路；中性点接地；电容电流；仿真计算；西南交通大学硕士研究生学位第页，：；西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口，在年解密后适用本授权书；不保密酬使用本授权书。（请在以上方框内打“寸）学位论文作者签名：榻槲日期沙西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：本文通过对铁路全电缆贯通线路系统进行分析，对比不同的中性点接地方式的特点，整理出对于贯通线路在不同情况下所适用的接地方式。通过仿真验证所选方案的合理性，并对贯通线路进行继电保护方案配置研究。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。敝作者躲榻柳日期：；西南交通大学硕士学位论文第页研究背景及意义第一章绪论弟一早三百匕研究背景随着我国经济与社会发展的迫切需要，在建设未来可持续发展的综合交通系统时，大力发展电气化交通是主要措施，努力保持铁路在客运中的骨干地位有着重要的意义。虽然我国铁路得到了良好发展，已形成完整的产业体系，实现了大规模应用，营业总里程已达万公里，承担了约的总客运量，约的总客运周转量，约的总货运量及约的总货运周转量，但与交通发展的需求及铁路在综合交通系统应有的作用相比，仍存在着路网密度小，运营速度低及电气化率低的问题，必须大力加速电气化铁路的建设，加强客运专线建设的比重。可喜的是，年初国务院常务会议已原则通过了我国“中长期铁路网规划”，根据中长期铁路网规划和铁路跨越式发展的思路，到年，我国将建立省会城市及中大城市间的快速客运通道，建成“四纵四横”铁路快速通道以及四个城际快速客运系统，建设客运专线万以上，构成我国高速铁路的基本框架，以便解决我国主要干线铁路运力不足和，满足社会经济发展的需要。电力贯通线作为铁路电力系统的重要组成部分，肩负着向铁路车站和沿线的全部非牵引电气设备供电，包括动力和照明。因此对供电可靠性要求非常高。由于电缆线路受外界条件影响较小，供电可靠性高，现阶段的电力贯通线正在从架空输电线向全电缆线路过渡。为补偿容性无功过大造成系统功率因数较低，在电缆贯通线系统需要采用补偿措施，以保证功率因数在以上眵。电力贯通线系统包含了多种运行模式和故障模式，例如空载运行、负载运行、单相接地故障等，通过分析系统电流、电压、功率因数等参数，可以判定系统运行的稳定性，提高设计的可靠性和合理性。有些地区在技术经济上未作全面分析比较，不结合当地实际情况，盲目地采用不适当的中性点接地方式，使得电网弧光接地和谐振接地过电压引起的故障还时有发生，特别是在限制过电压、补偿电网单相接地电容电流以及继电保护等方面还存在问题。这对电网的安全、可靠运行带来很大影响。研究意义经济的发展和文明的进步，全球生产和生活用电量日益增加，对输电、供电线路的容量和可靠性要求也越来越高。作为连接电气设备、输送和分配电能的电缆线路的应用越来越广泛，已经在城市电网范围内逐渐取代架空线的地位。高效、高可靠性的输电、供电渠道，随着其应用范围的扩大，电缆长度和覆盖地域面积的增加，在应用中带来的问题也越来越突出。如：电容电流问题、系统保护问题、中性点接地问题以及运行方式和运行策略的问题等等。中性点采用的运行方式不西南交通大学硕士学位论文第页同，会影响到供电系统许多方面的技术经济问题。如供电的可靠性、电气设备和线路的绝缘水平、对通讯系统的干扰、继电保护的正确动作等。因此，中性点采用什么样的运行方式，实际上又是个涉及到供电系统许多方面的综合性技术问题。国内外还没有关于电缆线路成熟的运行经验，对于电缆中性点选择何种接地方式还存在着不同的认识，为保证客运专线电力供电系统安全、可靠运行，对客运专线电缆贯通线路接地方式进行深入细致的研究，并且制定出切实可行的解决方案是十分必要的，而且是十分迫切的。同时针对中性点接地方式的不同，选取合适的继电保护配置方案对提高电缆贯通线供电可靠性有着重要的意义。国内外研究现状中性点接地方式是一个涉及供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通讯干扰、电磁兼容及接地装置等多方面的综合性技术问题。它对电网运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。电力系统的中性点接地方式主要有两大类：凡是单相接地电弧能够瞬间自行熄灭者，属于小电流接地方式，主要有中性点谐振（经消弧线圈）接地方式、中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。凡是需要断路器遮断单相接地故障者，属于大电流接地方式，主要有中性点直接接地方式、中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式等。传统上以不接地方式为主，近年谐振接地和小电阻接地方式得到较为广泛的应用。目前，对于架空线路或者架空与电缆混合线路的接地方式，学术界和工程界的观点是一致的，即接地电流较小时采用不接地方式，接地电流较大时采用谐振接地方式。分歧主要在于，对于纯电缆网络究竟应该采用小电阻接地方式还是谐振接地方式，本质上是大电流接地方式和小电流接地方式之间的争论。小电阻接地方式的主要优点是可以限制过电压水平、易于选择故障线路，缺点是瞬时性故障跳闸降低了供电可靠性、接地电流大对通信系统有影响；单相接地时较大的电容电流产生的跨步电压和接触电压对人身安全将构成极大的威胁；单相接地电弧不易熄灭，电弧接地产生的弧光过电压对设备绝缘的威胁；系统长时间带单相故障运行容易发展成为相间短路或三相故障。而谐振接地方式恰恰相反，其主要优点是自动消除瞬时性故障提高供电可靠性、接地电流小，缺点是过电压（特别是工频）较高、故障线路选择困难。总体而言，小电阻接地方式管理简单，但对供电可靠性影响较大，而小电流接地方式恰恰相反。二者在人身安全方面则均存在定不安全因素【】。建国以后直至年代中期以前，我国参照前苏联的做法，对电网中性点主要采用不接地或经消弧线圈接地的运行方式。到年代中期以后，由于电网结构更为复杂，运行方式也经常变化，这样消弧线圈调整就存在一定的困难。年广州区庄变电站电网率先在国内采用了中性点经低电阻接地方式。在此以后国内很多电网，如北京、上海、天津、深圳和珠海等城市也先后采用了中性点经低电阻接地运西南交通大学硕士学位论文第页行方式。与此同时，不少地区在以往消弧线圈运行的基础上开始推广采用自动跟踪、自动调谐（带电情况下调节消弧线圈分头）的消弧线圈接地系统，使配电网经常处在最佳补偿状态下运行。自动跟踪补偿的消弧线圈与微机接地保护相配合，先后在珠海、铁岭供电局，邢台、大同煤矿，山西铝厂、本溪钢厂和辽河油田等地的，及的电网中应用【。世界各国对电网中性点接地方式的选择并不统一【】。法国电网的中性点，从六十年代初采用低阻抗接地方式以来，曾经有近年的历史。为了满足电能质量不断提高的要求和保障人身安全及适应负荷特性变化等的需要，法国电力公司毅然决定从九十年代初开始，将城市和农村的纯电缆网络、混合电网和架空线路的电网中性点，全部改为谐振接地方式运行。美国电力公司在及以下的电网，中性点接地方式很不统一。早期广泛采用快速切断故障的方式。目前，消弧线圈接地方式发展很快，但在城市供电电网中（）中性点直接接地或经低电阻接地的占，经消弧线圈接地方式的占，不接地的占，经小电抗接地方式的占。这是因为美国基本为私营电力企业，系统的备用容量大，网架结构好，自动化水平和管理水平高等，故供电可靠性自然也耐】。日本的电网中，消弧线圈和电抗接地方式为，电阻接地方式为。德国最先采用了接地故障补偿装置（即现在所称的消弧线圈），并在中欧和斯地那维亚地区被广泛地实用。前苏联电网单相接地短路电流小于时，采用中性点绝缘的接地方式。否则，采用中性点经消弧线圈的接地运行方式【。英国及以下的电网中性点采用经消弧线圈接地和直接接地的两种方式均有。爱尔兰电网电容电流较小，因而运行于中性点绝缘方式。澳大利亚及以下电网中性点采用低电阻接地。新西兰、马来西亚、西班牙：（）以下电网中性点采用经消弧线圈接地。可见，国外中压配电网中性点接地方式主要是经消弧线圈和经电阻两种，具体选择的方式依据国家的不同以及同一国家不同地区的差异而不同【本文主要研究内容随着客运专线的不断建设和发展，列车时速的不断提升，对输电、供电线路的容量和可靠性要求也越来越高。作为连接车站电气设备、向铁路沿线设备提供稳定电力供应的电缆线路的应用越来越广泛，已经在逐步取代架空贯通线的地位。电缆作为高效、高可靠性的输电、供电渠道，随着其应用范围的扩大，电缆长度和覆盖地域面积的增加，在应用中带来的问题也越来越突出。如：电容电流问题、系统保护问题、中性点接地问题以及运行方式和运行策略的问题等等。因此，本文通过对电缆贯通线中性点接地方式进行分析，研究不同接地方式对于电缆线路在运行与故障情况下电压、电流变化的影响，以及在相关情况下如何配置贯通线保护。西南交通大学硕士学位论文第页皇一第二章中性点接地系统运行方式比较中性点接地方式综述随着电力工业的发展，目前我国许多地区已经形成具有多种电压等级的大型电力系统。为了保证电力系统安全、经济、可靠运行，必须正确地选择电力系统中性点的接地方式。选择电力系统中性点接地方式是一个综合性问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、继电保护的配置等多种因素有关。能否恰当地选择电力系统的中性点运行方式，将会直接影响电力网的绝缘水平、系统供电的可靠性、发电机和主变压器的安全运行以及对通信线路的干扰等问题，同时还与国家的技术经济政策有关【】电力系统的中性点接地（系指电力系统中发电机或变压器的中性点的接地）是一种工作接地。目前，我国电力系统中性点接地方式可分为中性点非直接接地和直接接地两大类。（）中性点非直接接地系统：中性点不接地系统；中性点经消弧线圈接地系统；中性点经高阻接地系统。（）中性点直接接地系统：中性点直接接地系统；中性点经小电阻接地系统。中性点接地方式比较中性点不接地系统中性点不接地系统，是指与该系统直接连接的全部发电机和变压器中性点对大地为绝缘的系统。中性点不接地系统又称为中性点绝缘系统。中性点不接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省，适用于农村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，从而获得排除故障时间，相对地提高了供电的可靠性【。中性点不接地系统简单网络图（单条线路）如下图所示：西南交通大学硕士学位论文第页图中性点不接地系统不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，如图一（忽略导线间电容）。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。在正常运行时，忽略电源和线路压降，三相各相对地电容相等。在相线对地电压彳，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。即喜够丑）（）。妻占）（）当系统发生单相接地时，其等值电路图如图为：图（）性点不接地系统单相接地故障示意图西南交通大学硕士学位论文第页图（）中性点不接地系统单相接地故障示意图当系统中相发生金属性接地时，则有所以一从图上可以看出，、两相对地电压分别为日口一彳女，驴【，一及厶毋、两相对地电容电流分别为五：粤：以以，盼。诰惫妇叫（）式中，占、，一分别为、相的对地电容电流；口一分别为、相的对地电压；一各相对地电容；彩一电源角频率；以电源相电压。西南交通大学硕士学位论文第页根据基尔霍夫第一定律可知接地点电容电流如为（）一（驴。）妒静显然可见，接地点故障相对地电容电流为，（）非故障相对地电压为（）当中性点不接地系统中发生一相金属性接地时，根据上述分析可得出以下结论：故障相对地电压为零；非故障相对地电压升高到倍相电压；接地点电容电流为系统正常时一相对地电容电流的倍；接地点电容电流超前故障相电源电压；系统的线电压不变。中性点不接地系统中接地故障经过渡电阻氐接地时，系统中性点的电压偏移要比改点发生金属性接地时的电压偏移小当系统中相发生经过渡电阻氐接地时，忽略各项对地泄露电导，则有口瓦）蕊式中彳、以、。一分别为三相对地导纳；心一过度电阻电源中性点对地电压为一攀群：。十，二（）（）西南交通大学硕士学位论文第页式中一接地系数，夕巧面通过以上分析可以看出：当，在，一之间变化，电源中性点电压将在之间变化嘲。中性点不接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资少，适用于农村架空线路为主的辐射形或树形的供电网络。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，故障相对地电压下降为零，两个非故障相对地电压将上升为线电压，此时三个线电压仍然保持对称和大小不变，对用电设备的继续工作没有什么影响，故规程规定，系统仍可以继续运行两小时，但要求各种设备的绝缘水平按照线电压来设计利。中性点不接地方式在单相接地故障时仍能继续供电是一个很大的优点。但是在电力供电系统中采用电缆的时候，线路对地电容较大，正常运行时电容电流约为，单相接地时电容电流约为。正常运行时，电缆线路电容电流约为；单相接地时，电缆线路电容电流约为，。近几年国家和地方大力投资进行城网、农网改造，电网规模扩大，电缆线路不断增加，中压电网原有的中性点不接地方式己不再适宜，并己逐渐被其他接地方式取代【。中性点不接地方式具有下列缺陷：（）对电容电流有严格的要求，根据电力规程，对及以下系统，规定当电网电容电流小于；以上电网电容电流小于时，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，因而不宜带单相接地故障持续运行。中性点直接接地系统为了防止发生单相接地时，电源中性点电位变化和相对地电压升高的一种办法是将中性点直接和大地连接起来，采用这种接地方式的系统称为中性点直接接地系统。中性点直接接地系统绝缘正常时，电源中性点电位与大地相同，各相对地电压等于电源相电压。如果系统中发生一相与大地相连接（即单相短路），将会产生很大的短路电流，。这时断路器在继电保护装置的作用下自动断开，将电源与故障点隔开。由于电源中性点与大地直接有接地线固定连接，所以未故障相对地电压也不会升高。因此，电网中电气设备的相对地绝缘水平可按相电压考虑，从而使绝缘费用大大降低。当电网的额定电压愈高时，采用中性点直接接地方式所节省绝缘费用的效果愈明显。西南交通大学硕士学位论文第页中性点直接接地系统的原理接线图如图所示：仔上；土。小【一夕士图电网中性点直接接地系统示意图中性点直接接地系统中发生单相接地故障时，利用对称分量法可以求得其故障电流为厶厶。厶厶：厶。砭而妒（）式中。、厶。、厶：一故障电流的零序、正序、负序分量、。、：一零序、正序、负序网络中短路点的输入阻抗由于中性点直接接地系统中的零序阻抗较小，所以当发生单相接地故障时，系统中便会流过很大的单相接地短路电流，这不但会对电气设备造成严重的破坏，还将对邻近的电信设备产生电磁感应危险影响，并在接地装置上产生高电位，经过地下的直接传导，使电信设备的接地部分也产生高电位，导致对电信设备的高电位危险影响【。因此，在全电缆贯通线路中一般不采用中性点直接接地方式运行。中性点经电阻接地系统。为了降低发生单相接地时，接地电流过大的办法是将中性点与大地之间通过一定的电阻连接起来，采用这种接地方式的系统称为中性点接地系统。当贯通线发生单相接地故障时，在贯通线系统的接地电容电流中附加了一个有功分量，显著增大故障点的接地电流，形成稳定的接地电弧，使继电保护迅速切除故障。其特点如下：（）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（为线路对地电容总和），弧光接地过电压能被限制在矿以下。对于不同的系统，对地电容不同，电阻取值不同。对西南交通大学硕士学位论文第页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，当系统发生单相接地故障时，故障线路的零序保护可在内切除故障，缩短电压持续时间。这样，限制带故障运行有助于性能优良的无间隙氧化锌避雷器的推广应用。（）在低电阻接地系统中，当接地电弧第一次自动熄灭后，系统对地电容的残余电荷将通过接地电阻及时释放，中性点电位降低，抑制电网过电压的幅值，使健全相的过电压低于倍的相电压，不会危及设备安全。中性点经电阻接地系统的原理接线图如图所示占图电网中性点经电阻接地系统示意图）中性点接高电阻副高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，主要用于以上大型发电机回路和某些电网。中性点经高值电阻接地系统是限制接地故障电流水平为以下，高电阻接地系统设计应符合每相零序电阻足）群（托为每相对地容抗）准则，以限制由于间歇性电弧接地故障时产生的瞬态过电压。其优缺点如下（）可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，在尸及以下；（）接地电流水平为以下，减小了对地电位升高；（）接地故障可以不立即清除，因此能带单相接地故障相运行；（）使用范围受到限制，适用于某些小型配电网和发电厂厂用电系统这种接地方式看上去与经消弧线圈接地方式相似，但性质不同，消弧线圈是接近于开路的纯感性元件，感性电流与容性电流相位差，对电容电流起补偿作用：而经高电阻接地方式以电阻为主，与容性电流接近的相位差，接地点电流是容性电流和电阻性电流的矢量和。它具有经消弧线圈接地方式所没有的优点，由于接地电流中的较大的电阻分量，它对振荡有明显的阻尼和加速衰减作用：同时能可靠避免出现谐振条西南交通大学硕士学位论文第页：萱葺件，还可有效地抑制电压互感器铁磁谐振，这对保证发电机的绝缘安全是非常重要的：另外，这种方式可以快速选出接地相，使保护动作、示警。灭的选择要从限制间歇电弧接地过电压以及从灭的接入并不明显增加流过人体电流角度考虑，通常取（）（们）中性点接低电阻中性点经低值电阻接地系统是限制接地故障电流水平为，系统单相接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。另外，单相接地故障时，低压侧中性点对地故障电压较高，此电压传导至用户电气设备外壳时，将危及人身安全。中电阻接地没有任何优势，不值得推广【】。表电阻接地的阻值及故障电流范围）电阻接地系统接地变压器选择如果侧为接线，需增加接地变，形成人为的中性点。型接地变的主要特点是：对正序、负序电流呈现高阻抗（相当于激磁阻抗），绕组中只流过很小的励磁电流，损耗很小：当系统发生单相接地故障产生零序电流时，同芯柱上绕组流过相等的零序电流，绕组产生的磁通相互抵消，对零序电流呈现低阻抗（相当于漏抗），零序电流在绕组上的压降很小。中性点经小电阻接地系统严禁失地，在接地电阻退出运行前应将相应的负荷转移到其他小电阻接地系统。因小电阻的阻值直接决定接地电流的大小，决定保护动作的定值，故不允许出现个或多个接地电阻并列运行的情况。考虑到接地变压器的重要性，采用专用接地变压器与站用变压器分开，以免因接地变故障影响系统运行晗。）电阻接地系统接地接地电阻柜选择在中性点经小电阻接地系统中，要求小电阻有更高的可靠性。如果中性点电阻发生故障，将使系统处于不接地状态，这时若发生单相接地故障，流经故障线路故障电西南交通大学硕士学位论文第页：置流仅为系统的单相接地电容电流，故障电流远小于带电阻接地时的数值，零序保护可能拒动：由于系统单相接地电容电流远大于，往往会引起波及整个系统且幅值很高的间歇性弧光接地过电压和谐振过电压，有时造成非故障相绝缘击穿，危害系统的安全运行。中性点经消弧线圈接地系统为了限制接地点电弧，使接地点电弧能自行熄灭，在电源中性点与大地之间接入消弧线圈的系统，称为中性点经消弧线圈接地系统，原理接线如图所示：上，、扩一泰上：啦一图电网中性点经消弧线圈接地系统示意图在中性点不接地系统中，发生单相金属性接地故障时，接地点电容电流在相位上比接地故障相电压超前。在中性点经消弧线圈接地系统中，由于电源中性点与大地之间接入一个近于纯感性消弧线圈，若发生一相金属性接地故障，电源故障相电压将在消弧线圈所构成的回路中产生电感电流，：。：在相位上滞后于电源故障相电压。因此在中性点经消弧线圈接地系统中，如果发生单相金属性接地故障，通过接地点的电流由接地电容电流与电感电流，：两部分组成。由于接地点电容电流丘与电感电流，在相位上互差，在适当地选择消弧线圈的电感量时，使通过接地点的电流，：，丘足够小，足以保证接地点电弧的自动熄灭。中性点经消弧线圈接地系统在系统绝缘正常运行时，电源中性点电压可根据基尔霍夫第一定律求得，因中性点电流之和，求得（）一（占）】，口（）】，三士）（）式中】，一中性点对地导纳；西南交通大学硕士学位论文第页所以一消弧线圈的电阻；一消弧线圈的电感。痧一竺！匕旦竺圣竺姿匕砭将式中的三相电压用相电压己，痧表示，则有（）一煮掣斜唧陪，彩（巴）十壶壶式中、一分别为三相对地电容；土一对地全电导，去詈，其中土为消弧线圈的电导，吉为每相对地泄漏电导在中性点经消弧线圈接地系统中，一般用中性点位移度表示中性点位移。中性点位移度表示中性点位移电压与电源相电压的比值，即，缈（口口）凹（）去一幺刍鱼竺！鱼：垒：竺三壶一，！彩（）排（）（）、式中刁一中性点位移度；一系统的不对称度，兰错；西南交通大学硕士学位论文第页一系统的脱谐度，：竺笔未箫系统的阻尼率川面毒杀可觥（巴）系统的脱谐度，反映接地点补偿电感电流与接地电容电流之间的关系。脱谐度计算公式可表示为一：亟兰焉一（）国（巳）、式中足一系统的调节度，币丽妒。【一，中性点经消弧线圈接地系统中，各相对地电容大致相同。因此，若将系统的调节度视为中性点经消弧线圈接地系统接地点的电感电流与接地电容电流的比值，则有币丽冬仁，七、）、一式中丘一接地点电感电流；以一接地点电容电流。故中性点经消弧线圈接地系统有三种不同的运行方式：（）全补偿时系统运行特点分析当调节度为时，即有乓，接地电流，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（蛙）成立（其中（）为角频率，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，这是很危险的。（）欠补偿时系统运行特点分析当调节度小于时，有以露，补偿后接地点的电流仍然是容性的。当系统运行方式改变时，例如某些线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，系统零序电容电流会减小，致使可能得到完全补偿，所以欠补偿方式一般不用。西南交通大学硕士学位论文第页（）过补偿时系统运行特点分析当调节度大于时，有，；，补偿以后的接地电流是感性的，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。实际运行中，从避免全补偿方式运行考虑，一般采用过补偿运行方式。选用过补偿方式运行时，适当选择消弧线圈的工作电流，既能保证接地点电弧的自行消失，又不会引起系统谐振过电压。从降低电源中性点位移电压考虑，希望系统脱谐度越大越好。但是实际系统中不允许脱谐度选择的过大，因脱谐度过大会影响接地点电弧自行熄灭的效果。电压为以下，以电缆为主的系统，取左右【。为保证中性点经消弧线圈接地补偿方式不因系统接线的变化（即线路的投入或切除）而受影响，当系统接线方式变化前应首先调节消弧线圈的分接头，以防因系统接线的改变后发生单相接地引起串联谐振。近年来，随着我国电力工业的迅速发展，城市配电网的结构变化很大，在馈电线路中电缆所占的比重越来越大，我国城市配电网中性点经消弧线圈接地运行方式的一些问题日渐暴露。随着配网电容电流的迅速增大，很难保证消弧线圈在一定脱谐度下过补偿运行。主要原因为：（）消弧线圈的调节范围有限，一般为：，不适合工程初期和终期的需要；（）消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流误差较大，有些甚至可达，运行中就发生过由于实际电流值与铭牌数据差别而导致谐振的现象；（）计算电容电流和实际电容电流误差较大，多数变电站是电缆和架空线混合的供电网络，准确而及时的掌握配电线路的长度是很难做到的，而且电缆型号繁多，单位长度的电容电流也不尽相同；（）有些配电网在整个接地电容电流中含有一定成分的次谐波电流，其比例高，即使将工频接地电流计算得十分精确，但是对于接地电容电流中的谐波电流值还是无法补偿的。在中性点经消弧线圈接地系统中，过电压数值较高，对设备绝缘造成威胁。单相接地故障点所在线路的检出，一般采用试拉手段。在断路器对线路试拉过程中，有时将产生幅值较高的操作过电压。中性点经消弧线圈接地系统和中性点不接地系统相比，仅能降低弧光接地过电压发生的概率，并不能降低弧光接地过电压的幅值。当系统发生接地时，中性点经消弧线圈接地方式虽能有效地减小单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，但由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。西南交通大学硕士学位论文第页因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。中性点经消弧线圈接地方式存在的几大缺点，也是几大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好效果，现在正处在推广应用阶段。中性点接地方式选择中性点接地电阻阻值的选择是根据系统电容电流来确定。采用中性点经电阻接地时，必须根据电网的具体情况选取电阻值，同时，应综合考虑限制弧光过电压倍数，继电保护的灵敏度，对通信的影响，人身安全等因素。电阻阻值的计算。）式中一中性点电阻；乩一额定相电压；一电网单相接地故障电容电流。电阻选择时需考虑的儿个因素：从降低配电系统过电压水平考虑，中性点经电阻接地方式可以降低配电系统的弧光接地过电压水平，从而保证配电系统电气设备的安全运行。根据国内有关机构做的程序计算、过电压模拟试验及各地区局运行经验表明，弧光接地过电压水平随着电阻的额定通流，。增加而降低，为系统电容电流。即：当，。时，过电压水平可降到（标么值）以下；当。时，过电压水平可降到（标么值）以下；当广时，过电压水平可降到（标么值）以下；但当时，降低过电压的作用己不明显。对于铁路贯通线来说，一般其处于配电网络末端，且考虑为了减少对通信信号的干扰，可采用故障接地。综合考虑系统暂态过电压倍数的因素影响和低点阻接地系统要求发生故障立即断电，为此低点阻接地系统中性点电阻可按下式计算（）（）对于某电缆贯通线，电缆截面为，系统单相接地电容电流为，系数选，则中性点接地电阻为欧姆。调压器同时带两个方向的贯通线时，单相接地电容电流为，则中性点接地电阻为欧姆。为了保证保护装置能可靠动作，降低西南交通大学硕士学位论文第页暂态过电压倍数，应考虑单相接地时接地点的过渡电阻影响【】。对于上例的中性点接地电阻可以取欧姆。在系统发生单相或两相不对称接地时，健全相的电压都会升高，其中单相接地时的健全相的暂态过电压可能达到更高的数值。表中性点经欧姆小电阻接地仿真计算电缆长度正常运行接地点接地点中性点过中性点故障点单相电容相过电压相过电压电压）电流电流电流（）（）（）从表中的结果来看，小电阻接地的接地电流超过了，接地电流非常大，但限制过电压的能力非常好，非故障相电压升高小于倍相电压，中性点电压升高小于相电压。由于接地电流大没有带故障运行的能力，继保设备只能动作于线路跳闸。相对于小电阻来说，消弧线圈能有效地减少单相接地电流，迅速熄灭故障电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在电压等级的电网中。在我国，规定凡不符合中性点不接地条件的，电力网（即电网，电容电流在上；电网，电容电流在以上时）均可采用中性点经消弧线圈接地方式。电压为以下，以电缆为主的系统，取左右【。表中性点接消弧线圈过电压计算结果电缆长度接地点相接地点相中性点中性点故障点过电压过电压过电压电流（）残流（）（）（）（）综上所述，小电阻接地与消弧线圈接地对于电缆线路都同样具有适用性，然而考虑到系统稳定性而言，优先考虑使用消弧线圈接地方式。对于电缆长度不大（小于），单相接地电容电流小于的电缆线路选用消弧线圈接地方式。对于电缆线路大于或者调压器带双回贯通线路（单相接地电容电流一般大于），选用小电阻接地西南交通大学硕士学位论文第页方式，进行快速切断故障线路。本章小结铁路贯通线中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问题，中性点经消弧线圈接地和经电阻接地各有其优缺点，综合其特点如下