（电气工程专业论文）弧光接地过电压及限制措施的研究与实施.pdf

工程硕f ：学位论义 摘要 本论文针对国内6 6 6 k v 电网系统中性点接地方式的不同运行模式和运行情况， 结合本厂6 k v 系统中通过消弧线圈补偿方式限制弧光接地过电压措施实际运行存在 中的问题，主要进行了以下几方面的工作： 首先深入研究分析了6 6 6 k v 中性点非直接接地系统间歇性弧光接地过电压对 电力系统电气设备造成的危害，从原理上指出了该措施仅能减少弧光接地过电压的 概率，不能从根本上消除弧光接地过电压的原因。 其次在对我国新近使用限制弧光接地过电压技术调研和限制弧光接地过电压 新技术消弧过电压保护及选线装置研究的基础上，提出了在1 1 0 k v 变电站6 k v 系统中采用此项技术的设想，并对该装置进行了l ：1 模拟试验，结果证实了该装置 对有效消除弧光接地过电压的可行性。 最后依托厂技术改造项目，利用消弧过电压保护及选线装置将原来1 1 0 k v 变电 站6 k v 系统的中性点经消弧线圈接地系统改造为中性点不直接接地系统。 实际运行结果表明，该装置与消弧线圈相比，具有明显的优越性，不仅有效地 抑制弧光接地过电压，同时借助于三相组合式过电压保护器还能把母线过电压限制 在较低的水平，从而进一步保护了电气设备的绝缘性能；另外由于该装置采用非补 偿方式，在发生单相接地故障时，流过故障点的电容电流是系统对地的最大电流， 再加上最大增量算法的引入，还较大地提高了小电流接地选线装置的灵敏性、可靠 性及选线准确性。 关键词：电力系统：中性点接地方式；弧光接地过电压；小电流接地选线 弧光接地过电压及限制措施的研冤平口买施 a b s t r a c t t h i sm e s i sa i m sa tm ed i 疳矗e n te l e c 嘶cm n n i n gm o d ea n dn m n i n g c o n d m o no ft 圭l e n e u t r a lp o i m 乒o u n d i n gm e a s u r ei n6 6 6 k vd o m e s t i ce l e c 伍cs y s t e m ，i m e 掣a t e sm e p r o b l e m sw h i c he x i s t i n gi nt h em e a s u r et ol i m i tt h ea r cf o u n d i n go v e r _ v 0 1 t a g en l r o u 出 c o m p e n s a t i n gm e _ t h o do ft h ea r ce l 曲i n a 妇gc o i l 证t h e6 k vs y s t e mo fo l l rf a c t o r y ，i t i n c l u d e s l em a i np a r t sa sf o l l o w i n g ： f i r s t l y ，t h et l l e s i sa 工l a l y z e dm ed a n l a g eo f 廿l ee l e c t r i ce q u i p m e n t ，w h i c hc a u s e db ym e i n t e 皿i t 七c n t 盯cg r 0 i l l l m n go v e r - v 0 1 t a g e 曲6 6 6 k vn e u 仃a lp o i n ti n d 油c tg r o u n d e d e 】e c m cs y s t 锄h 1t h e o r ) i tp o i m e do u tt h a tm e a s u r ec a nd e c r e a s et h ep r o b a b i l i t yo ft h e a r c 芦o u n d i n go v e rv o h a g eo n l y b u t c a n tt e m o v a li ta ta 1 1 s e c o n d l y ，b 娼i n go nt h er e s e a r c ho fm el i m i tm e a r cg m l l l l d i n go v e r _ v o h a g e sr e c e i l t u s a g ei no u rc o u l l 血y 皿dm ei n v e s t i g a t i o no fl i m i tt h ea r cg m l l n d i n go v e r v 0 1 t a g e sn e w t e c l l n o l o g y m ee q u i p m e n tt op r e v e n t 肺ma r c e l i m i n a t i n gv 0 1 t a g ea n d t oc h o o s em e i i n e ，t h et h e s i sp r o p o s e d 血ea s s u m p t i o nt oa d o p t t h i sn e wt e c h n 0 1 0 9 yi n6 k vs y s t e mo f 1 l0 k vt r a l l s f o n n e rs u b s t a t i o n ，a n dv 面f i e dt h ee q u i p m e n t sf b a s i b i l 时t oe h m i n a t em e a r cg r o l l i l 小n go v e r v o l t a g eo nt h eb a s i so f t h er e s u l to f1 1s i m u l a t i v ee x p e r i m e n t - f i n a l l y ，d 埘n g 也et e c l l l l 0 1 0 9 yr e n 0 v a t i o n ，m a k i n gu s eo fm ee q u i p m e n tt op r e v e m 丘o ma r c e l i m i n a t i n gv 0 1 t a g ea n dt oc h o o s em e1 i n e ，a sf o rm en e u t r a lp o i n tg r o u l l d i n g s y s t e m ，w ea l t e r e dm ef o 衄盯o n ew h i d hw a sg m u n d e db y a r ce l i m m a t i n gc o i lt oi n d i r e c t 酉o l l l l d i n gw a y i n0 1 1 rf a c t o r y t h er c s u l to ft h ea c t u a l 印p l i c a 矗o ns h o w st h a ti to w n st h ev i s i b l ea d v a n t a g ec o m p a r e d w i t ht h eo l d e ro n e n o to n l yi tr e s 仃i c t st h ea r c 铲o u n d i n go v e r - v 0 1 t a g e ，b u ta l s op r o t e c t s m ee l e c 城c e q u i p m e n t s i n s u l a t i o np e r f o m a n c eb e c a u s et h e 1 r e ep h a s em o s a i c o v e r - v o l t a g ep r o t e c t i o nc a nc o n t r o lm eg e n e r a 缸x so v e r v 0 1 t a g e a ta1 0 w1 e v e l h 1 a d d i t i o n ，a sar e s u l to ft h ee q u i p m e ma d o p t st h en o n c o m p e n s a t i n gw a y ，w h e ns i 印a 1 p h a s e s 协1 l l r ea r i s i n 晷t h ec 印a c i t a n c e sc u r r e n tw h i c hn o w i i l gt l l r o u 曲t h ef a i l w ep o i n t i i 工程硕士学位论文 i sm em a ) 【i n l a lc u r r e n to fm es y s t e mt og r o u n d i t 乒e a t l yi m p r o v e dt 1 1 es e n s i t i v i t ” r e l i a b i l i t ya r dv e r a c i t yo ft h es m a l lc 1 】r r e n te q u i p m e n tt oc h o o s e1 i n eb yi n 虹d d u c i n g m ea d t h m e t i co fm a x i i n a li n c r e m e n t k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e m ； e u t r a lp o i n tg r o u d i gm e t h o d ；a r cg r o u n d i g o v e r 。v o l t a g e ； t h es m a e l e c t r i cc u r r e n tg r o u n d e da dr o u t es e l e c 廿o 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：爱沙荇 日期：矽一；年，月日 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。本人授权兰州理工大学可以将本学位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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名 导师签名 日期：秒。5 年月莎日 日期：州年6 月g 日 、荐毒1、一1靖f 复立莎 工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的来源及背景 本课题研究的来源是中国石油兰州石化公司合成橡胶厂的一个更新改造技术 攻关项目，其项目名称为“弧光接地过电压及限制措施的研究与实施，以提高小电 流接地选线装置的灵敏性和准确性”。 兰州石化公司橡胶厂1 1 0 变电站自2 0 0 1 年7 月投运以来，总共发生1 3 次单相 接地故障，而1 1 0 变电站在用的上海思源电气有限公司的产品消弧线圈及小电 流选线装置，根本没有起到消弧及正确选线的作用，每次发生单相接地故障时，小 电流选线装置全部错选为非故障线路，其中有4 次接地故障，现场故障点拉弧现象 明显可见，时间间隔1 分钟左右即发生相间短路，保护动作使开关跳闸，酿成了停 电和晃电事故，给生产带来了严重的损失。因此，我们认为对原有消弧线圈及小电 流选线装置进行更新改造势在必行，刻不容缓。另外，消弧线圈能不能消除单相接 地的弧光电流? 这个问题学术界至今各述其解，没有一个明确定性。经2 0 0 2 年下 半年至2 0 0 3 年与同行进行技术咨询和探讨，邀请有关厂家进行技术交流，并参加 一些学术研讨会，最后厂内专家们经过多次讨论，决定把1 1 0 变电站小电流选线及 消弧线圈装置改造列入2 0 0 4 年到2 0 0 5 年度的技术改造和技术攻关项目。 1 2 课题研究的目的及意义 本课题根据变电站( 所) 的实际运行情况，针对消弧线圈正常运行中带来的 问题，研究当今限制弧光接地过电压措施方面的一些新技术，对原有消弧线圈补 偿系统进行更新改造，将原来的中性点经消弧线圈接地系统改进完善为中性点不 直接接地系统，目的是当系统发生单相弧光接地故障时，一方面能有效地抑制或 进而消除6 k v 中性点非直接接地系统弧光接地给电气设备带来的危害弧光接地过 电压，另一方面可大大提高小电流接地选线装置的灵敏性、可靠性及选线准确性， 以便及早切除故障设备，确保供电系统的安全稳定运行。 该课题属于过电压保护与系统安全性理论的研究范畴，所涉及内容属当今设 备管理“四新”技术的推广领域，对科教兴国具有战略意义。该课题的实施在限 弧光接地过电压及限制措施的研冤和实旌 制弧光接地过电压措施方面是一个新突破，对企业内部电网和供电电网的安全稳 定运行有着重要的现实意义和重大的经济意义。 1 3 课题研究现状 1 3 。1 关于弧光接地过电压的概念 电力系统常见的内部过电压一般分为操作过电压、谐振过电压和弧光接地过电 压。操作过电压是由开关操作引起；谐振过电压是由系统电感和电容组成的谐振回 路引起；弧光接地过电压是由间歇性接地电弧引起。这些过电压，与系统运行电压 有直接关系，一般以额定相电压的倍数来表示，通常是在系统操作或事故时产生的。 弧光接地过电压又称间歇性弧光接地过电压，是本课题研究的重点。我国现有电力 网的中性点接地方式有：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地 ( 即中性点绝缘) 三种，单相弧光接地引起的过电压主要发生在中性点不接地的电 力网中，在线路较短时，接地电流不大，许多临时性的弧光接地故障，一般能够迅 速熄弧。但是，随着线路的增长和工作电压的升高，单相接地电流也随之增大，许 多弧光接地故障变得不能自动熄灭；另一方面，由于接地电流不大，所以往往不能 产生稳定性的电弧，于是就形成了熄弧与电弧重燃相互交替的不稳定状态。这种间 歇性电弧现象引起了电力网运行状态的瞬息改变，导致电磁能的强烈振荡，并在非 故障相以致故障相中产生严重的暂态过程过电压，这就是弧光接地过电压“”。 1 3 2 弧光接地过电压对电气设备绝缘的危害 当6 6 6 k v 中性点非直接接地系统发生单相金属性接地时，非故障相电压幅值 可达3 倍相电压，系统中的电气设备可以在这个电压下安全运行。当发生间歇性 弧光接地时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障 相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达 3 1 5 3 5 倍相电压。这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重 新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅值较高的过电压，对电力系统的设备危 害极大。而如果接地电流在高频过零点熄弧或在电压接近最大值时发生击穿，这一 过程电压将会更高，曾经记录到超过8 倍的过电压。正是间歇性弧光接地引起的过 工程硕士学位论文 电压，才是电气设备绝缘的主要威胁之一，其表现在以下几个方面： 1 ) 随着我国电网的发展，具有固体绝缘的电缆线路逐渐取代架空线路。由于 固体绝缘击穿的积累效应，当系统发生单相对弧光接地时，在3 5 倍过电压的持续 作用下，造成电气绝缘的积累性损伤，在非故障相的绝缘薄弱环节造成对地击穿， 进而发展成为相间短路事故。 2 ) 弧光接地过电压还会使电压互感器饱和而容易激发铁磁谐振，导致过电压 或电压互感器爆炸事故。 3 ) 弧光接地和铁磁谐振过电压的能量由电源提供，持续时间较长，当过电压 超过避雷器所能承受的4 0 0 a2 i n s 能量时，就会造成避雷器的爆炸事故。 由以上分析可见，系统发生弧光接地时，由于电容电流与电容电压存在9 0 0 的 相角差，所以电容电流在较大时不能自熄灭电弧，相应的就会产生间隙弧光接地一 一稳定弧光接地金属性弧光接地的一个发展过程。对地弧光给供用电设备造成 的危害简单说，就是产生的过电压，对供用电设各绝缘造成破坏或累积性损伤，导致 供用电设备故障，逐步会发展成弧光短路，而较强的弧光热能使固体绝缘迅速下降， 最终造成电缆短路停电或电压波动等事故。因此，供用电设备发生弧光接地故障时 必须将其电弧消灭，如不采取有效的措施进行限制，其危害是非常严重的，直接危 及企业的安全供电和连续生产啪。 1 3 3 目前国内外限制弧光接地过电压措施的研究现状 多年以来人们一直为寻求适合本国国情的能有效抑制弧光接地过电压的措施， 以便提高中性点非直接接地系统的供电可靠性，做了大量的探索和研究，但效果并 不理想。虽有很多措施方法及相应设备技术问世，但解决问题的实效性、可靠性以 及提高电网安全运行和经济运行水平等方面难以达到令人满意的效果，尤其对于小 电流接地选线装置存在的灵敏性差、选线准确性低等问题，都是限制措施研究与改 进中的难点所在。 国外6 6 6 k v 中等电压等级的电力系统多为中性点直接接地或经小电阻接地， 弧光接地过电压问题并不突出，一般不需要采取特殊的措施“”“”。由于我国电气设 g 光接地过电压及限制措施的研究和实施 各设计规范中规定：“3 5 k v 电网如果单相接地电容电流大于1 0 a ，3 k v l o k v 电 网如果接地电容电流大于3 0 a ，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，以消除弧 光接地过电压”。”1 因此，我国6 6 6 k v 中等电压等级的电力系统多为中性点非直接 接地，弧光接地过电压的幅值较高。由于建国初期多为架空线路，且气体绝缘是可 恢复的，弧光接地过电压危害不大，因此并未特殊采取措施。随着城网改造的进行， 架空线路逐步被电缆线路取代之后，近几年来弧光接地过电压问题越来越突出，以 至于电缆放炮等绝缘事故成为影响企业内部电网和供电电网安全运行的主要因素。 从运行经验来看，中性点经消弧线圈接地方式，对于目前以电缆线路为主的供电网 络无法起到应有的保护作用，不仅不能抑制弧光接地过电压，有时反而会加大过电 压的幅值，另外还会使小电流选线装置的选线灵敏度降低，甚至使选线工作根本无 法进行，常常出现错选现象。中性点经小电阻接地方式，从根本上解决了消弧线圈 正常运行中带来的问题，缓解了弧光接地时的过电压，但扩大了单相接地时的故障 电流，加剧了故障点的烧伤，牺牲了对用户供电的可靠性，尤其对辐射型的企业内 部电网是不合适的”1 。 1 3 4 我国6 6 6 i ( 、，电网中性点接地方式的调研及选择 1 ) 我国配电系统中性点接地方式的调研 1 9 9 9 年，苏州供电局组织有关人员到上海、珠海、广州、厦门、大连、沈阳、 北京等地对6 6 6 k v 系统的中性点经电阻接地方式和经消弧线圈接地方式进行了调 研、分析。 ( 1 ) 各单位配电系统中性点接地方式 a 、上海地区 上海地区3 5k v 、1 0k v 配电系统中性点原由电阻接地改为经消弧线圈接地， 现在大部分又改为电阻接地。当中性点采用消弧线圈接地时，在试检线路时，往往 会发生另一相接地，导致线路跳闸。 在中性点经电阻接地系统中，设备仍按不接地系统选择。发生单相金属性接地， 保护时间较短，在非金属性单相接地( 经过渡电阻接地) 靠零序保护，时间稍长。在 4 工程硕士学位论文 3 5 l ok v 变电站内变压器采用y 接地，中性点引出经电阻接地。 上海电网对中性点接地方式的选择有如下规定：主城区部分，3 5k v 、1 0k v 系 统由于电缆出线日益增多，电缆在发生单相接地故障后，如不及时切除，易扩大事 故，因此，新建变电站应采用电阻接地方式。边缘地区新建3 5k v 、1 0k v 系统宜 采用电阻接地方式。郊区农村地区3 5k v 和1 0k v 架空配电线路宜采用消弧线圈自 动补偿接地方式。 b 、大连地区 该地区配电系统绝大部分为电缆和架空线混合线路。现有5 个6 6k v 变电站 的1 0 条l ok v 母线装有消弧线圈，消弧线圈为5 0 1 0 0a ，当电容电流变化达到 消弧线圈一档即进行操作，其中2 台为自动跟踪补偿。 c 、沈阳地区 该地区配电系统绝大部分为电缆和架空线混合线路。原来6 6 1 0k v 变电站的 主变并列运行，电容电流较大，一部分装设了消弧线圈，2 5 6 2 5a ，为自动跟踪 补偿。现变压器绝大部分改为分别运行，电容电流不大，因此，消弧线圈均没投入。 d 、北京地区 北京郊区四环路之内，大部分是电缆和架空线混合线路，1 9 9 6 年开始全部采用 中性点经电阻接地。而四环路之外全部采用中性点经消弧线圈接地或不接地。即使 1 0k v 出线以电缆为主，也是采用中性点经消弧线圈接地。 由中性点经消弧线圈接地改为电阻接地之后，要求用户的保护增加零序保护， 零序电流互感器采用1 0 0 5a 或5 0 1a 。 在中性点经电阻接地系统中，电缆仍按不接地系统选择，若开关设各为国外设 备，电缆按接地系统选择；若为国内产品，电缆则仍选用目前生产的常规产品。 e 、珠海地区 1 9 9 8 年底，市区配电系统基本上都是架空线和电缆混合线路，变电站全部采用 中性点经电阻接地方式。郊区全部为架空线路的变电站，其中有一座1 1 0k v 变电 站，原先是中性点经电阻接地，由于该站的出线均为架空线路，开关跳闸次数较多， g h 光援地过电压及限制措施的研究和实施 所以已改成中性点经消弧线圈接地，但因电容电流较小，消弧线圈至今未投运。电 阻接地系统的设备按接地系统选择。 f 、广州地区 市区配电线路在进行电缆改造时，因订购进口电力电缆时按中性点接地系统的 绝缘标准，部分进口的配电设备也是中性点接地系统的绝缘标准，所以也将配电线 路改为中性点经电阻接地，经过段时间的运行，情况良好。现在，市区变电站全 部采用中性点经电阻接地方式，郊区变电站采用中性点经消弧线圈接地或不接地方 式。 配电系统中性点改电阻接地时，除变电站的出线加装零序保护外，要求高压装 置的用户也要加装零序保护。 g 、厦门地区 市区配电系统基本上是架空线和电缆混合线路，变电站基本为不接地方式，电 缆按不接地系统选择。 ( 2 ) 各单位配电系统运行中的一些情况及意见 a 、上海市区供电局认为在中性点经电阻接地系统中，发生单相接地时，另外 两相电压也会升高，因此，电缆仍应按不接地系统选择。 b 、珠海供电局采用中性点经电阻接地方式，运行情况较好，只是单相接地电 流较大，容易发生针式瓷瓶爆裂。 c 、广州供电局在中性点经电阻接地系统中，曾发生过单相接地不跳闸，原因 是安装变电站的零序电流互感器时，没有将电缆的铠装外护套剥掉，一起穿过零序 电流互感器。当发生单相接地时，电缆和铠装分流，导致零序保护拒动。 d 、厦门供电局采用中性点经电阻接地后，由于海风、树枝碰线情况较多，因 此线路跳闸增多。采用中性点经消弧线圈接地，当配电线路增长，尤其是电缆长度 增加，或者配网运行方式改变，都有可能发生欠补偿情况，就要进行电容电流的实 测和消弧线圈容量的调整。 e 、各地区在改为中性点经电阻接地后，没有发生过因导线断落对行人造成伤 工程硕士学位论文 害，也没有发生过因跨步电压、接触电压或反击造成人员或设备事故。 f 、这些地区的供电局都认为中性点不接地或经消弧线圈接地发生单相接地时， 过电压倍数过高，可达7 8 倍。而中性点经电阻( 电抗) 接地系统过电压倍数较低。 g 、上海曾发生过在中性点经消弧线圈接地系统中，因线路单相接地产生过电 压导致变电站母线故障全站失电事故。北京10k v 配电系统也发生过几起单相接地 过电压事故，均扩大了事故范围。虽然上述事故的扩大是由于多种因素造成的，但 也不能排除中性点不接地或经消弧线圈接地方式的影响。 2 ) 中性点接地方式的选择 电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的可靠性、过电压与绝缘配合、继 电保护、通信干扰、系统稳定诸多方面的综合技术问题，这个问题在不同的国家和 地区，不同的发展水平可以有不同的选择。“。 ( 1 ) 配电网中性点采用传统的小电流接地方式 传统的小电流接地方式主要是指中性点不接地或经手动调整的消弧线圈接地 两种方式。 当系统不大，线路主要是架空线路，网络结构相对比较简单，运行方式变化范 围不很大，采用传统的小电流接地方式有明显的优点。 首先是供电可靠性高，由于接地故障电流很小，其电弧可以瞬间自行熄灭。对 单相永久性接地故障，允许一定时间内带故障运行，避免了过多的跳闸现象。其次 是人身及设备的安全性较好，由于单相接地时故障点电流很小，跨步电压和接触电 压都较低，使人身伤亡和弱电设备的损坏率都显著降低。第三是通信干扰小。 配电网采用小电流接地方式应认真地按交流电气装置的过电压保护和绝缘配 合( d l t 6 2 0 1 9 9 7 ) 标准的要求执行，对架空线路电容电流在1 0 a 以下可以采用不 接地方式，而大于1 0 a 时，应采用消弧线圈接地方式。采用消弧线圈时应按要求调 整好，使中性点位移电压不超过相电压的1 5 ，残余电流不宜超过1 0 a ；消弧线圈 宜保持过补偿运行。这样，基本上可以使配电网安全可靠运行“。 ( 2 ) 配电网中性点经低电阻接地 9 光接地过电压及跟制措施的研究和实施 在配电网中选用中性点经低电阻接地，可以降低单相接地时非故障相的过电 压，抑制弧光接地过电压，消除谐振过电压和大部分内部过电压，避免使单相接地 发展为相间故障，接地保护方式比较简单，对电缆为主的系统可以选择较低的绝缘 水平，以利节约投资，但是对以架空线为主的配电网因单相接地而引起的跳闸次数 则会大大增加。 对以电缆为主的配电网，其电容电流达到1 5 0 a 以上，故障电流水平为4 0 0 1 0 0 0 a ，经综合比较后可以采用这种接地方式。采用低电阻方式时，对中性点接地 电阻的动热稳定应给以充分的重视，以保证运行的安全可靠。 ( 3 ) 配电网采用自动跟踪补偿的消弧线圈装置 对于运行方式经常变化，特别是电容电流变化的范围比较大，用手动的消弧线 圈已很难适应要求，此外，由于系统的扩大，原有的消弧线圈容量已不够，可能处 于欠补偿状态下运行的配电网，采用自动跟踪补偿的消弧线圈，可以将电容电流补 偿到残流很小，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。如果配有自动选线装置， 对于永久性故障能正确选出故障线路并告警或跳闸，则可不影响其他非故障线路的 正常运行，则是比较合理和很有发展前景的中性点接地方式。 随着城市配电网的迅速发展，电缆大量增多，电容电流达到很大值( 3 0 0 a ) ； 用户使用的敏感元件( 电脑、电子控制、电力电子) 日益增多；配电网与电信网共处 的电磁兼容问题日益突出。可以预见低电阻接地方式要限制单相短路电流同时又要 满足过电压的要求将很困难。相反自动快速跟踪补偿的消弧装置，配合可靠的自动 选线装置则有较大的发展优势。但通过企业用户供电系统运行情况来看，自动跟踪 补偿的消弧线圈存在着一些问题，没有起到消弧及正确选线的作用，还需进一步研 究和探讨“”“4 “”m “。 为满足今后电力系统快速发展的需要，必须根据电力负荷、电网结构、电缆回 数、过电压保护、跳闸方式，以及继电保护构成和电力系统稳定性等因素，对6 6 6 k v 电网中性点接地方式进行合理选择，在保证供电系统安全可靠稳定运行的前提 下，不断摸索和探讨运行经验，最终确定中性点接地方式的优化。各地区应该根据 工栏坝士学位论文 当地配电网的发展水平、电网结构特点，从长远的发展观点，因地制宜地确定配电 网中性点接地方式。7 “”“”“。 1 4 课题的理论依据与现有基础 1 4 1 理论依据 1 ) 根据电力运行规程：对于中性点非直接接地的中压系统，可以带单相接地 故障运行两小时。而规程中对于单相接地故障未说明是金属性接地还是弧光接地： 对于金属性接地，由于故障相电压为零，非故障相电压升高到线电压，系统中的设 备如变压器、线路及电机等的绝缘水平均是按照线电压水平考虑的，因此，不会对 系统中的运行设备的绝缘造成损害；对于单相弧光接地，在间歇性弧光接地阶段， 健全相电压为3 1 5 4 5 倍相电压，对于稳定的弧光接地，健全相电压为2 5 倍相电 压，大量的运行经验及实验室的试验结果表明，在发生单相弧光接地时，系统只能 运行几秒钟最多几分钟，就会使故障扩大o “。 2 ) 为了消除弧光接地过电压，可采取消除弧光接地的方法来从根本上消除弧 光接地过电压，当发生弧光接地的相由弧光接地变成金属性接地时，接地相电压变 为零，自然消除了弧光接地，消除了弧光接地，也就消除了弧光接地过电压。 1 4 2 现有基础 1 ) 中油股份公司2 0 0 2 年4 月在安徽合肥召开了“企业内部电网过电压与安全 运行专题研讨会”，一致认为采用有关专家介绍的“限制弧光接地过电压的新技术” 能够解决中油系统企业内部电网存在的因弧光接地过电压引起的绝缘事故问题，同 时要求在总降变电所6 “和3 5 k v 主母线上装设“消弧及过电压保护装置”，以迅速 消除弧光接地过电压，才能避免因单相弧光接地导致的电缆放炮等绝缘事故。 2 ) 已在“消弧及过电压保护装置”生产厂家及用户单位作过调研考察，有了 一定的合作基础。 3 ) 课题属工程技术领域研究及改造的范畴，所涉及内容完全是切合实际的。 4 ) 具备了一定的理论研究基础，达到了一定的技术要求，型式试验和1 ：1 仿 真实验取得了良好的效果。 1 5 本论文的主要工作 1 ) 针对目前国内外限制弧光接地过电压措施的研究现状和我厂1 1 0 k v 变电站 9 光接地过电压及f 艮制措施的研究和实施 6 k v 系统中使用消弧线圈所存在的问题，研究并分析我国6 6 6 k v 中性点不接地系统 通过消弧线圈不能有效消弧的原因； 2 ) 研究并分析消除弧光接地过电压及限制措施的新技术； 3 ) 针对解决我厂1 1 0 变电站6 k v 系统消弧线圈不能有效消弧以及配套的小电 流接地选线装置灵敏性差和选线准确性极低的问题，对消弧及过电压保护装置进行 论证、选择、配置并实施。 1 6 论文内容的安排 论文共分四章。其中第一章主要介绍课题研究的来源背景及国内外研究现状， 课题研究的目的及意义，课题的理论依据、现有基础等，并引出了弧光接地过电压 的概念，分析了弧光接地过电压对电气设备绝缘的危害，调研了目前国内外限制弧 光接地过电压措施的研究现状以及我国配电系统中性点接地方式的选择情况，指出 了本论文的主要工作；第二章对限制弧光接地过电压的传统措施进行了研究分析， 回顾了我国6 6 6 k v 供电系统的几种中性点接地方式，从理论上分析了消弧线圈的 工作原理，指出了消弧线圈在实际运行中存在的一些问题，阐明了消弧线圈自动跟 踪补偿装置是不可能消除弧光接地过电压的；第三章针对弧光接地过电压限制措施 的新技术进行了分析，介绍了消弧及过电压保护装置g 的基本原理、构成、硬 件组成和软件流程；第四章重点围绕我厂供电系统的实际情况，综合考虑了各种因 素，大胆采用限制弧光接地过电压措施的新技术，将原来的中性点经消弧线圈接地 系统改进完善为中性点不直接接地系统，在有效消除弧光接地过电压的同时，大大 提高了微机小电流选线装置的灵敏性、可靠性及准确性，最后通过一系列消弧模拟 动作试验、运行电压下的各种故障试验以及现场调试和运行考核等验证方式，对新 旧两套消弧装置及配套的小电流接地选线装置的具体应用效果进行了比较分析。最 后在结论部分中，对该项新技术及新装置提出了尚待解决的问题，进一步研究的设 想，技术设备的改进和完善等建议。 工程硕士学位论文 第2 章限制弧光接地过电压传统措施的研究分析 世界各国电力系统的中性点接地方式都不尽相同，主要是根据自己的经验和传 统，权衡利弊，因地制宜地选用。在电网发展的不同阶段、不同的中性点接地方式 的“利弊”是不同的，在电网发展初期，电容电流较小，电网结构简单，一般以中 性点不接地方式运行为宜。中性点不接地系统的缺点是发生单相接地时的故障电流 随着线路长度的增加和电力系统标称电压的提高而增大，这使高压长线路的电弧接 地故障难以自动消除，产生弧光接地过电压，有时甚至发展为两相短路故障。为解 决这个问题，传统上有选择了两种解决方法：一是中性点经消弧线圈接地，以降低 建弧率，减少跳闸；二是中性点直接接地或经电阻器接地，以快速将故障切除。这 两种方法各具优缺点，对各国电力系统的中性点接地方式选择有着深远影响。 为了限制弧光接地过电压，我国从二三十年代就应用了消弧线圈。消弧线圈连 接在供电变压器的中性点，目的是使经消弧线圈流入接地弧道的电感性电流抵消经 健全相流入该处的电容性电流，从而使接地电流大大减小。消弧线圈主要应用在6 6 6 k v 供电系统中性点非直接接地的电网中，当发生单相金属性接地故障时，起熄灭 电弧的作用。 2 1 我国6 6 6 k v 供电系统中性点接地方式的分类及比较 2 1 1 中性点接地方式的分类 电力系统的中性点接地是一种工作接地，它保证系统在正常及故障情况下具有 适当的运行条件，保证电力设备绝缘所需的工作条件，以及继电保护、自动装置和 过电压保护装置的正确动作。电力系统和电力设备的中性点接地方式有：不接地( 绝 缘) 、经电阻接地、经电抗接地、经消弧线圈接地和直挂接地等几种。就主要运行 特征而言，可将各种接地方式归纳为两大类：一类是所谓大接地电流系统或有效接 地系统，包括中性点直接接地与经小阻抗接地；另一类是所谓小接地电流系统，包 括中性点不接地、经消弧线圈接地以及那些中性点经大阻抗接地，因而接地电流被 限制到较小数值的系统。 随着科技的不断进步和国民经济的快速发展，无论是日常生活还是各个企事业 弧光接地过电压及限制措施的研究和实施 单位，对电力系统供电的安全、可靠及稳定要求越来越高，进而对各种电压等级电 网的运行技术指标要求也日益提高，不言而喻，中性点接地方式的正确选择及其在 不同条件下的正常运行就显得越来越重要。电力系统中性点接地方式是一个很重要 的综合性问题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而 且对通讯干扰、人身安全有重要影响。电网中性点的接地方式直接影响到：( 1 ) 供 电的可靠性；( 2 ) 线路和设备的绝缘水平；( 3 ) 单相短路电流对设备的损伤程度； ( 4 ) 继电保护装置的功能；( 5 ) 对通信和信号系统的影响等等。 城乡配电网主要指6 k v 、l o k v 、3 5 k v 、6 6 k v 四个电压等级的电网，而工企配 电网主要指6 k v 、1 0 k v 、3 5 k v 三个电压等级的电网，都在电力系统中量大面广， 占有重要的地位。在过去，由于配电网比较小，主要采用不接地或经消弧线圈接地， 一般来说运行状况较好，在8 0 年代中后期，有些城市和地区配电网的中性点采用 了经低电阻接地或高电阻接地方式，近年来各种不同形式的自动跟踪补偿的消弧线 圈开始在配电系统中运行。城乡配电网的中性点接地方式是一个涉及面广、与诸多 因素有关的综合问题，在不同地区、具有不同特点的配电网，在不同的发展阶段， 这些因素及要求都是不一样的，而各种中性点接地方式和装置都有一定的适用范围 和使用条件，为此，采用不同的中性点接地方式是很正常的。我国城乡电网正在加 快建设与改造的速度，中性点接点方式对于电网的发展是重要的技术问题，引起了 多方面的关注和重视。本文根据配电网的具体情况和要求，对不同发展阶段的电网 中性点接地方式，提出了应考虑的主要因素和问题。 电网的中性点接地方式并不是一成不变的，以世界各国的电网来说，早期既用 过中性点不接地方式，也用过中性点直接接地方式。经过长期的变迁，目前6 6 6 k v 电网采用较多的方式主要有不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地等几种。”1 。 2 1 2 中性点不同接地方式的比较 1 ) 中性点不接地方式 中性点不接地配电网如果三相电源电压是对称的，则电源中性点的电位为零， 但是由于架空线排列不对称而换位又不完全等原因，使各相对地导纳不相等，则中 工程硕士学位论文 性点将会产生位移电压。一般情况位移电压不超过电源电压的5 ，对运行的影响 不大。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，非故障的两相对地电压将升 高3 倍，由于线电压仍保持不变，故对用户正常供电在短时间内不受影响。 实践表明，单相接地时，当接地电流大于1 0 a 而小于3 0 a 时，有可能产生不 稳定的间歇性电弧，随着间歇性电弧的产生将引起幅值较高的弧光接地过电压，其 最大值不会超过3 5 倍相电压，对于正常设备有较大的绝缘裕度，应能承受这种过 电压，对绝缘较差的设备、线路上的绝缘弱点和绝缘强度很低的旋转电机有一定威 胁，在一定程度上对安全运行有影响。 由于中性点不接地配电网的单相接地电流很小，对邻近通信线路、信号系统的 干扰小，这是这种接地方式的一个优点。 2 ) 中性点经消弧线圈接地方式 消弧线圈是个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当发生单相接地时，可 形成与接地电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电流，从而使接地处的 电流变得很小或接近于零，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压 的恢复速度，从而减小电弧重燃的可能性。当完全补偿状态时，中性点位移电压 将很高，因此般都采取过补偿方式以减小中性点位移过电压。脱谐度大可降低 中性点位移电压，但脱谐度过大，将使线路接地电流太大，电弧不易熄灭，因此合 理地选择脱谐度才能使消弧线圈正常运行。脱谐度一般选在1 0 左右，中性点位移 电压长时间不应超过额定相电压的1 5 。 消弧线圈的存在，使电弧重燃的次数大为减少，从而使高幅值的过电压出现的 概率减小，一般认为6 6 k v 及以下系统发生间歇性电弧接地故障时，消弧线圈接地 方式下的最大过电压为3 2 倍相电压，略低于中性点不接地系统。 中性点经消弧线圈接地的配电网接地电流小，对附近通信线路的干扰小是这种 方式的一个优点。一般情况消弧线圈脱谐度不大，如果线路不对称度很大，特别是 发生断路器非全相操作，线路发生单相或两相断线时，对于消弧线圈接地系统，若 阻尼率又较小，在某些条件下有可能引起串联谐振，需加以防止。 弧光接地过电压及限制措施的研究和实施 3 ) 中性点经电阻接地方式 中性点经电阻接地方式一般是在电力变压器的中性点和地之间接入电阻，或者 接一个单相辅助变压器，在其二次侧接电阻，还有一种是在三相变压器或由三台单 相变压器组成的变压器组的二次侧接成开口三角形，并在开口两端接电阻，其特点 是电网主变压器中性点不需引出。 中性点经电阻接地方式按电阻取值的大小可分为低电阻和中电阻两种，低电阻 将单相接地电流限制到5 0 0 a 及以上；中电阻将单相接地限制到1 0 0 2 0 0 a 。经电阻 接地方式的特点就是一旦发生接地故障，线路立即切除。采用这一方式是需具备开 关性能好和有备用电源等条件，否则跳闸停电频繁；开关维护工作量加重。 中性点经电阻接地电网和中性点不接地电网相比，在消除间歇电弧过电压、自 动检出故障线路、预防谐振过电压等方面有其优点；和经消弧线圈接地电网相比其 主要特点是故障线路切除快，并实现自动重合闸。目前，经消弧线圈接地电网配合 灵敏的故障选线装置运行。故障选线也很灵敏迅速、能弥补其不足。 2 2 弧光接地过电压的形成及分析 我国现有电力网的中性点接地方式有：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接 地和中性点不接地( 即中性点绝缘) 三种，单相弧光接地引起的过电压主要发生在 中性点非直接接地的电力网中。单相接地是电网运行中出现频率最高、最常见的故 障形式。我国6 6 6 k v 电网的中性点运行方式，大部分采用中性点不接地或中性点 经消弧线圈接地。在这些电网的运行中，运行规程规定，出现单相接地后，允许带 接地点运行的时间，一般不超过1 2 0 分钟。但随着中低压电网的扩大，供电母线出 线回路数增多，线路长度增加，特别是电力电缆线路的大量使用，使单相接地电容 电流大幅度增加。当电容电流增大到一定程度，单相接点接地电弧不能自动熄灭， 就可能出现接地点电弧时燃时灭的不稳定状态。这种电弧重燃熄灭的间歇过程，导 致电网中电感和电容回路的电磁振荡，从而在同一电源供电的电网中产生电弧接地 过电压。 4 工程硕士学位论文 2 2 1 中性点不接地系统中单相接地的特性分析 供电变压器3 5 k v 侧的三相绕组一般是星型连接的，中性点n 在一定条件下是可 以对地绝缘的，这种方式就叫不接地方式。供电变压器1 0 k v ( 6 k v ) 侧的三相绕组是 三角形接线的，没有看得见的具体中性点，它有看不见的电气上的中性点n ，当然 不能在这个看不见的电气中性点上连接设备，故这种方式也是不接地方式。如图2 1 ( a ) 和( b ) 所示。 1 1 ，、，广x ，、勰0 猁 习( ) 网二二蹋f ) 肛 划义乡d 七，l 图2 1 中性点不接地方式 早期的电网大多是中性点不接地的，它的最大优点就是发生单相接地故障时， 只使三相对地电位发生变化，而线电压不变，所以并不中断用户供电，可带着单相 接地故障运行一段时间。 所谓单相接地是指三相输电线中的某一相导线因为某种原因通过电弧、金属或 电阻有限的非金属物体接地。这种故障常常发生，例如雷击后使雷击点对地发生电 弧接地：风吹摇动树枝碰到导线，也就是现场所谓的线树矛盾；变电所里的小动物 如老鼠活动时触电，也就是所谓的鼠害；电缆某一相的绝缘老化或破坏后发生接地 等等2 63 2 “。 我厂l l o 变电站的主变压器都是双绕组y j 。接线。其6 k v 侧电源通过母线 向用户馈电，接线图如图2 2 所示。 案 弧光接地过电压及限制措施的研究和实施 图2 2 供电线路图 当一相接地时，中性点电压升高。另外两个健全相电压也升高。 ( a )( b ) 图2 3 单相接地电流回路图和向量图 由图2 3 ( a ) 和( b ) 分析可知， - 故障相电压u 。：u 。= u 。十u 。= o所以u w = 一u - ( 2