（电气工程专业论文）自动跟踪补偿控制消弧线圈在10kv配电网的应用.pdf

摘要 摘要 电力系统中性点的接地方式是一个非常综合的技术问题，它与电网电压等级、 电网结构、绝缘水平、供电可靠性、继电保护、过电压保护、通信干扰( 电磁环 境) 、接地装置及人身安全都有十分密切的关系。过去我国l o k v 电网中性点运行 方式主要不接地、经消弧线圈接地、经电阻接地和经电抗接地多种运行方式，而 大部分城区电网的迅猛发展，特别是架空线路比例的减少和电缆大量采用，出现 了l o k v 电网中性点经小电阻接地方式。该运行方式先后在许多大城市如广州、上 海、北京、珠海等地采用。但经多年的运行，各地普遍认为小电阻接地方式比消 弧线圈接地方式的过电压水平要低，但同时反映出的运行状况却存在较大差异。 上海、广州等地反映运行状况良好；珠海等地则反映运行状况存在较多的问题， 主要是多项供电可靠性指标有所较大下降，且发生多起人身伤亡事件。由于大城 市城区的l o k v 电网本身的特殊性和重要性，因此国内在l o k v 电网中性点接地方式 的选择上出现了较大争议。争议点主要是在l o k v 电网接地故障的形式、消弧线圈 接地的应用范围、两种运行方式供电可靠性的高低、人身安全、通讯干扰和运行 维护工作量等诸多方面。 本文提出了配电网中性点新型接地方式为：当发生瞬时性单相接地故障时， 利用自动跟踪的消弧线圈实现快速补偿，当发生非瞬时性单相接地故障时，能正 确选出故障线路并跳闸。提出了高短路阻抗变压器式可控电抗器的基本结构和原 理，用该原理研制成功的高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统。具有伏安特性 线性度优良、响应速度快、电流由零到最大都能无级连续调节、补偿效果好、对 系统适应性强等优点。是实现新型接地方式比较理想的设备。 根据从化地区1 0 k v 配电网的发展水平、电网结构特点，从长远的发展观点， 建议选用经自自动跟踪补偿控制消弧线圈接地方式为益。 以上得出的结论具有相当的工程实用价值，为城市l o k v 电网中性点接地方式 的选择提供了一定的参考依据。 关键词1 0 k v 配电网；中性点接地方式；消弧线圈；自动跟踪补偿 华南理_ _ l = 大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep r o b l e ma b o u tn e u t r a l 一p o i n t g r o u n d i n gm o d eisa na l l a r o u n d t e c h n i c a lp r o b l e mw h i c ha s s o c i a t e dw i t hn o to n l yp o w e rs y s t e mr e l i a b i l i t y ， i n s u l a t i o nc o o r d i n a t i o n ， e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ， b u ta s s a u l t s a f e t y i nc h i n a ，t h en e u t r a lg r o u n d i n gm o d e so ft h e1 0 k vn e ti n v o l r e do fn o n e g r o u n d i n g ，g r o u n d i n gb ya r cs u p p r e s s i n gc o i i s ， r e s i s t a n c eg r o u n d i n go r r e a c t a n c eg r o u n d i n gi nt h ep a s t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i v i cp o w e r n e t w o r k ，1 0 wr e s i s t a n c eg r o u n d i n gm o d ew a su s e dt or e s t r a i nt h eo v e r v o l t a g e ，p a r t i c u l a r l yi ng u a n g z h o u ，s h a n g h a i ，b e i j i n g ，a n dz h u h a ie t c i tw a sr e p o r t e dt h a tt h eo v e r v o l r a g el e v e lo f1 0 wr e s i s t a n c eg r o u n d i n g m o d ei si o w e rt h a nt h a to fa r cs u p p r e s s i n gc o i1m o d e ，b u tt h eo p e r a t i o n c a r i e do u tt h eo t h e rw a y a ts u b s t a t i o n si ng u a n g z h o ua n ds h a n g h a ii tw a s f o u n dt h a tt h e 1 0 wr e s i s t a n c eg r o u n d i n gm o d eiss u c c e s s f u l b u ti ns o m e a r e a s ，s u c ha sz h u h a i ， s u b s t a t i o n sg r o u n d i n gw i t hl o wr e s i s t a n c er e v e a l e d s o m ep r o b l e m s ，i n c l u d i n gp o w e rs u p p l yf e l i a b i l i t yr a p i d l yd r o p p i n g ， t r a n s m i t t i n gl i n eo f t e nt r i p p i n g ： a n dp e r s o ns a f e t yb e i n gt h r e a t e n e d s o i n t e r i o r l yt h eg r o u n d i n gm o d es e l e c t i o no ft h e1 0 k vn e t w o r kw a sd i s p u t e d ， w h i c hm a i n l yf o c u s e do nt h ef a u l tf o r mo fl o k vn e tg r o u n d i n g ，t h ea p p l y a r e ao fs u p p r e s s i n ga r c i n gc o i lg r o u n d i n gm o d e ，p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y 1 e v e lo ft h et w om o d e s ，p e r s o ns a f e t y ，c o m m u n i c a t i o ni n t e r f e r ea n dt h e w o r m o a do fm a i n t e n a n c e an e wn e u t r a lg r o u n d i n ga p p r o a c hf o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kisp r e s e n t e d i nt h i sp a p e r i t sp r i n c i p l ei st h a t ：w h e ni n s t a n t a n e o u ss i n g l ep h a s e t o g r o u n df a u l to c c u r st h er a p i dc o m p e n s a t i o ni sp e r f o r m e db yu s eo fa u t o m a t i c a r c s u p p r e s s i o nc o i l t oc l e a rt h ef a u l t ，w h e np e r m a n e n ts i n g l e p h a s e s i n g l e g r o u n df a u l to ccurst h ef a u l t y1 i n ec a nb eq u i c k l yf o u n do u t a n dt r i p p e dw i t h i nt h es e t t i n gt i m e t h eb a s i cs t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo f c o n t r o l l a b l er e a c t o rb a s e do nt r a n s f o r m e rw i t hh i g hs h o r tc i r c u i ti m p e d a n c e i sp u tf o r w a r d ，u s i n gt h iss t r u c t u r ea n dp r i e i p l ea na u t o m a t i cr a p i da r c s u p p r e s s i o ns y s t e mi sd e v e l o p e da n di tp o s s e s s e ss u c ha d v a n t a g e sa sf i n e l i n e a r i t yo fv 0 1 t - a m p e r ec h a r a c t e c i s t i c s ，h i g hr e s p o n s es p e e d ，c o n t i n u o u s l y a d j u s t a b l ec u r r e n to u t p u tf r o mz e r ot or a t e dv a l u e ，g o o dc o m p e n s a t i o ne f f e c t a b s t r a c t a n da d a p t a b i l i t yt op o w e rs y s t e m ，e t e ，t h u st h ea b o v em e n t i o n e dn e wi l e u t r a l g r o u n d i n ga p p r o a c hi sw e l li m p l e m e a t e d a st o1 0 k vd is t r i n u t i o nn e t w o r ko fc o n g h u a ，c o n s i d e r i n gt h e d e v e l o p m e n ta n ds t r u c t u r e ，i ti ss u g g e s t e dt oc h o o s ea r cs u p p r e s s i n gc o i 1 m o d ei nr e c e n ty e a r t h e r e f o r e ，t h ec o n c l u s i o ni sv a l u a b l et oe n g i n e e r i n ga p p l y ，a n dc o u l d b ec o n s u l t e df o rt h es e l e c t i o no ft h en e u t r a lp o i n tg r o u n d i n gm o d eo ft h e c i v i c1 0 k vd i s t r i n u t i o i ln e t w o r k k e y w o r d sl o k vd i s t r i n u t i o nn e t w o r k ：n e u t r a lp o in tg r o u n d i n gm o d e ； a r cs u p p r e s s i n gc o i l ；a u t o m a t i cf o l l o w i n ga n dc o m p e n s a t i o n i i i 华南理工大学 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f 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：吴小穆 日期：2 0 0 5 年5 月3 01 5 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。本人授权华南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。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 昊小穆 口期：2 0 0 5 年5 月3 0 日 导师签名：奏渤碜 日期：2 0 0 5 年5 月3 0 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源与研究意义 广州从化l o k v 电网一直采用中性点不接地运行的方式。2 0 0 5 年3 月5 日，从化 市良口地区发生一起因为1 0 k v 配电线单相接地故障导致3 人死亡的重大惨剧，亲人 的离去给死者家属带来巨大的痛苦，在社会引起强烈反响，给供电系统的形象造 成严重负面影响。这就引出我们对1 0 k v 电网各种中性点接地方式的思考，本文通 过分析比较各种接地方式的优劣，借鉴各地l o k v 电网中性点接地方式的先进经验， 提出可行的接地方式。 电力系统中性点接地方式是涉及到供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身 安全、电磁兼容等多方面的一项综合性技术问题。它对电网运行的安全可靠性和 经济性有着重大影响。我国电力系统过电压保护设计技术规程( s d l 7 - 7 9 ) 中 规定：3 - l o k v 电网单相接地电流小于3 0 a ， 3 5 6 0 k v 电网单相接地电流小于1 0 a 时， 电网采用中性点不接地方式；如果电网单相接地电流不满足上述条件，应采用中 性点经消弧线圈接地。但近十几年来，城市电网发展十分迅速，负荷的不断增加， 电缆线路不断加长，使原来架空线路占主要的l o k v 电网变为电缆线路占主要的电 网，因此系统单相对地电容电流比原来大大增大。并且一般认为电缆为主要的电 网在发生单相接地故障时，故障不易消除，易造成事故扩大，引起电缆绝缘击穿、 m o a 爆炸、断路器烧毁等。而电缆绝缘故障多为永久性故障，一旦损坏只有更换新 的电缆，这对电网的安全、可靠运行带来很大影响。因此，过去那种一律采用中 性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已经不能满足电力工业发展的需要 2 3 】 到目前为止，广州、上海、北京、合肥许多大城市的1 0 k v 城区电网己将原来 中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式改为经小电阻接地的运行方式 “”3 ，经过多年的运行表明：中性点经小电阻接地运行方式的1 0 k v 城区电网在 一定程度上限制了内部过电压水平，从而减轻了对设备绝缘特别是进口设备绝缘 的威胁，并对一些接地故障能迅速切除。但同时发现中性点经小电阻接地的运行 方式也存在较多问题，如单相接地跳闸率大大增加，降低了供电可靠性和断路器 寿命，与中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式相比对通讯有较大的干扰。 由于l o k v 城区电网本身的重要性和特殊性，特别应该注意的是电网供电可靠性和 人身安全问题，珠海市的l o k v 城区电网运行经验就是一个非常典型的例子。珠海 于1 9 9 3 年开始将原来所有经消弧线圈接地的l o k v 城市电网改为经小电阻( 1 0 q ) 接 地的运行方式，经过几年的运行，发现线路跳闸次数太多，最多一天跳闸4 次，重 合不成功，强送成功，或强送不成功，查不到故障点，再强送成功。这说明两个 华南理t 大学工程硕士学位论文 问题，一方面自动重合闸装置对提高1 0 k v 电网的供电可靠性仍然有着相当大的作 用，另一方面也说明l o k v 城区电网单相接地故障并不是都是永久性的相间故障。 珠海小电阻( 1 0q ) 接地系统的运行方式先后发生3 起因铸铁电阻热容量不够、单相 接地过渡电阻的影响及整定值偏大导致电阻柜烧毁事故。另外发现中性点经电阻 接地的l o k v 电网对有些接地故障不能及时跳闸，从而危及到人身安全。珠海市在 中性点经小电阻接地的运行方式期间就发生了1 l 起人身伤亡事故，其中死亡9 人。 珠海电业局认为l o k v 城市电网中性点经电阻接地运行方式存在较多的问题，比较 后认为弊大于利。由于将中性点经电阻接地运行方式全部又改为经消弧线圈接地 方式具有相当大的难度，因此珠海电业局现在继续维持经电阻接地的运行方式， 而将新投1 0 k v 城市电网中性点接地方式全改为经消弧线圈接地的运行方式”3 。 厦门电业局的要焕年高级工程师就极力反对1 0 k v 城市电网中性点采用小电阻 接地方式。由于中性点经电阻或消弧线圈接地各具特点，特别是自动跟踪补偿消 弧线圈与微机接地保护的出现，使得这两种接地方式成为目前我国城市配电网中 性点接地方式选择的焦点。到底采用哪一种接地方式，就必须结合本地区的实际 情况，深入细致地进行研究，才能选择适合本地区实际情况的配电网中性点接地 方式，避免造成较大的经济损失”“。 本论文以城区l o k v 电网作为研究对象，在考虑了多种主要影响因素的情况下， 就国内的城区l o k v 电网中性点接地方式选择时争论较大的几个问题进行了研究。 根据实际运行情况和国、内外中压系统中性点接地方式现状，提出了谐振接地系 统在补偿、选线、消谐、接地保护方面的系统优化构想，1 0 k v 电网中性点采用经 自动补偿式消弧线圈接地运行方式的最大优点在于供电可靠性较高，对通讯干扰 较小，但是，随着城市建设的发展，城区电网的发展很快，为适应未来新的城市 规划的发展要求，电网结构会有很大的变化，电缆线路的比重也将逐年上升，将 形成以电缆线路为主的电网。同时，结构紧凑的全封闭电器和进口设备已广泛使 用并逐渐增多。对供电可靠性、过电压水平的限制及人身安全的要求也更高。因 此，本论文所研究的l o k v 电网中性点接地方式的选择、选用良好接地补偿和保护 装置以及系统优化具有重要的学术意义和工程应用价值，对从化1 0 k v 电网中性点 接地方式的优化改造具有实际的指导意义。 1 2 本文的内容安排 全文内容安排如下： 第一章，即本章，概括描述选题的来源和背景，分析比较现行使用的1 0 k v 电 网中性点接地方式的优劣，对各地l o k v 电网中性点接地方式的经验和争议做出概 述，提出了谐振接地系统在补偿、选线、消谐、接地保护方面的系统优化构想， 第一章绪论 l o k v 电网中性点采用经自动补偿式消弧线圈接地运行方式。 第二章，l o k v 电力系统中性点接地方式是涉及多方面问题的一项综合性技术 问题。它对电网运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。研究电力系统中性点 接地方式的主要目的，在于正确认识和处理系统中最常见的单相接地故障问题， 在于选择适合于电网发展的接地方式。本章主要分析了几种1 0 k v 配网中常见的接 地方式，讨论中性点接地方式选择的主要因素，比较各种接地方式的优缺点。 第三章，世界各国的城市配电网中性点接地方式，每个国家和同一个国家的 不同城市都不尽相同，各种接地方式并存，主要是根据自己的运行经验和传统做 法来确定。本章分析国外和国内中性点接地方式的现状，描述国内对l o k v 电网中 性点接地方式选择的争议。 第四章，本章介绍一种妥善解决中性点如何接地的新型接地方式智能型消 弧线圈自动跟踪补偿控制成套装置。分析消弧线圈的功能作用：如何选择使用消 弧线圈系统，提出基本要求；简述消除成套装置的补偿原理及其自动控制。 第五章，将消弧线圈的自动调整和小电流接地选线原理结合起来就可以实现 对配电网的全面合理的控制。本章分析小电流接地系统单相接地故障的主要特点、 选线存在的技术难点和需要解决的问题，并分析多种小电流接地系统单相保护原 理。 第六章，提出一种基于快速可控消弧线圈接地加快速选线跳闸的新型接地方 式，说明了该接地方式对可控消弧线圈和选线装置的要求；介绍了一种新型配电 网智能型快速消弧线圈和另一种配电网接地故障智能检测装置的基本原理、技术 特点及运行情况，以及新型接地方式的使用情况。 第七章，简述如何在从化电网中应用该项技术，以白兔变电站为例，分析该 站的负荷情况分布及1 0 k v 出线概况，选择合适的消弧线圈、接地变压器和选线装 置，并对该消弧系统的安装方法作简单介绍。 华南理丁大学t 程硕士学位论文 第二章配电网中性点运行方式 2 1引言 电力系统中性点接地方式是涉及多方面问题的一项综合性技术问题。它对电 网运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。电力系统发展初期，绝大多数电网 是采用中性点不按地方式。随着系统的扩大，线路长度的增加，电网电流随之增 大，使愈来愈多的瞬时接地故障不能自动消除，频繁的出现弧光接地过电压，威 胁设备绝缘。为了解决此问题，德国采用中性点经消弧线圈接地，美国采用采用 中性点直接接地或经小电阻接地方式，他们代表了两条途径前苏联是以中性点绝 缘和经消弧线圈接地为主。英、法、日等国家各种接地方式都曾有，但随着电力 网的发展，电缆线路增多，也有采用了低电阻接地或直接接地方式“。 2 2 中性点接地方式分类 配电网的中性点接地方式有如下两类六种： l 、非有效接地，也称小电流接地类包括中性点经消弧线圈接地、经高电阻接 地和中性点不接地的接地方式，其共同特点是单相接地瞬间接地电弧可以自行熄 灭。 2 、有效接地，也称为大电流接地类包括中性点直接接地、中性点经的电抗和 经小电阻接地方式，其共同特点是，不论单相接地故障是瞬间或永久性的，故障 线路一律必须跳闸。 2 2 1 中性点不接地运行方式 配电网中性点不接地运行方式下，如果电网三相电源电压是对称的，则中性 点的电压是零，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，则中性点将发生位移电压，一般情况位移电压不超过电源电压的5 ， 对运行影响不大。当中性点不接地配电网发生单相短路时，健全相电压将升高3 倍，由于线电压仍保持不变，故对电力用户的继续工作影响不大。 单相接地时所产生的接地电流将在故障点形成电弧，这种电弧可能是稳定的 或间歇的。当接地电流不大时，则电流过零时电弧将自行熄灭，接地故障随之消 失。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电弧，由此将引 起幅值较高的弧光接地过电压，其幅值可达( 2 5 3 5 ) u + ，对绝缘较差的设备、 线路上的薄弱环节和绝缘强度很低的旋转电机有较大的威胁，在一定程度上对安 全运行有影响n “。 第二章配电网中性点运行方式 2 2 2 中- 陛点经消弧线圈接地运行方式 消弧线圈是一个装设于电网中性点具有铁芯的可调电感线圈，当发生单相接 地故障时，可形成与接地电容电流大小接近但方向相反的感性电流以补偿容性电 流。从而使故障点的电流变得很小或接近于零，当电流过零时电弧熄灭，消弧线 圈还可以减小故障相电压的恢复速度从而减小电弧重燃的可能性，中性点经消弧 线圈接地的电网又称为补偿电网，或谐振电网”1 。 消弧线圈接地电网根据补偿率的不同可分为过补偿、欠补偿和全补偿。正常 运行时，当各相对她电容电流不等，电网中性点同榉存在位移电压矾 u 0 = 配翰+ 弘始+ 阮k ( 2 一i ) 肠+ b + 托+ k 式中k 一消弧线圈的等值导纳，当忽略电导时，k m 。 ，( o l n 采用全补偿时，容抗等于感抗，即= o j ( c + c 8 + c c ) ，网络将发生串联谐 c o l 振，式( 2 - 1 ) 的分母将变为零( 或接近于零) 。此时，各相电容值不等。则式c 2 - z ) 的分子将不会为零，中性点位移电压矾将达到极高的数值，因此，在中性点经消 弧线圈接地系统中多采用不完全补偿。”。 在不完全补偿方式中又有欠补偿和过补偿之分。如果消弧线圈的感抗值大于网 l 络的总对地容抗值，则il i 。，称为过补偿，其特点为k = 。i l ，v 0 ，此 c 时故障点将有残余的感性过补偿电流。过补偿方式消弧线圈保留一定的裕度，即 使将来电网发展，对地电容增加后，原有的消弧线圈仍可使用。如果采用全补偿 方式。则当运行方式改变而切除部分线路时，整个网络的容抗减少，又可能接近 完全补偿方式，出现危险的过电压。此外，电网采用欠补偿还可能出现数值很高 的铁磁谐振过电压，因此在补偿电网中多采用过补偿。 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 的几率较小，一般认为6 6 k v 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 u + ，略低于中性点不接地系统。 一般情况消弧线圈接地失谐度不大，如果线路不对称度很大，特别是断路器 华南理工大学工程硕士学位论文 非全相操作，线路发生单相或二相断线时，对于消弧线圈接地系统，若阻尼率较 小，在某些条件下有可能发生串联谐振，需加以防止。3 。 中性点经消弧线圈接地的主要优点减少了接地故障电流，并且当接地电抗在 和之间时，允许的暂态电压值比直接接地系统和谐振接地系统要高些。对于在引 起相序颠倒的接地故障情况下的系统特性，电抗接地会起有利的影响。对于大气 过电压，在开始时接地电抗器是一个障碍，从这方面来看，一个电抗接地的变压 器中性点，应按不接地的方式处理。如果中性点对于冲击波有合适的保护措施， 还可以用分段绝缘o ”口。 2 2 3 中陛点经电阻接地运行方式 中性点经电阻接地系统，发生单相接地时，故障点电流将增大，跳闸次数会 大大增加，如果线路没有重合闸，停电次数将会增加，供电可靠性降低，但在以 电缆为主的电网中，因故障率低，使得这一问题并不突出“。 对于在接地故障状况下的工频过电压，和作为一个限制故障电流的设备来看 电阻器要比电抗器差。在散热和保持供电可靠性方面。它也是很不利的，还存在 一个危险的电阻值范围，在这范围内，接地故障时消耗的电力要大到足以引起发 动机间大相位摇摆，或甚至使稳定性受到危害。在电阻接地的系统里，当电阻值 选择适当时，有时亦能得到改善稳定性的效果，这是由于电阻器内的电力损失会 顶上故障时因供电电压降低而减少的用电负荷。 在需要有方向性的区别时，电阻接地对于接地的继电保护是有好处的。如果 故障电阻很高，中性点位移就不会超过正常相对值的一个小百分值，这就可能不 足以使方向性继电保护可靠动作。一个中性点接地电阻器会改变系统的电压分布， 将中性点电位提到一个较高的水平。对大气和操作过电压来说，电阻接地系统的 动作和中性电直接接地的系统很相似，因为在常用接地电阻值的范围内，与大地 的交换暂态电流不会在电阻上产生多大的电压降。 电阻接地是防止弧光接地的有效措施，具体的电阻值可以变化很大。 对于电阻接地的系统，相序颠倒的接地故障没有不良影响。 结合我国具体实际，以电缆为主的电网，电容电流达到1 5 0 a 以上，可以考虑 采用中性点经电阻接地方式，r 。= 1 0 2 0q “”。 2 3 中性点接地方式选择的主要因素 中性点接地方式是一个涉及到电力系统的许多方面的综合性问题，在选择中性 点接地方式时必须考虑很多因素，综合考虑主要有以下几个方面“： 1 、电气设备和线路的绝缘水平 6 第二章配电网中性点运行方式 中性点接地方式对于电力网的过电压与绝缘水平有着很大影响。在电力网发展 初期，人们就是首先从过电压与绝缘水平来考虑中性点接地问题的。电气设备和 线路的绝缘水平除了与长期最大工作电压有关外，主要决定于各种过电压的大小。 对小接地短路电流电力网而言，无论最大长期工作电压或所遭受的过电压均较中 性点直接接地时要大。研究表明，中性点直接接地电力网的绝缘水平与不直接接 地时相比大约可降低2 0 左右。归纳起来，从过电压与绝缘水平的经济意义随额 定电压的不同而异，在1 1 0 k v 以上的高压电力网仲，变压器等电气设备的造价大 约与其绝缘水平成比例地增加。因此，采用中性点直接接地时，设备造价大约可 降低2 0 左右。但是，在3 一l o k v 的电力网中，绝缘费用占总投资的比例较小，采 用中性点直接接地方式来降低绝缘水平意义并不大。 2 、继电保护工作的可靠性 在中性点不接地或经消弧线圈接地的电力网中，单相接地电流往往比正常负荷 电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，特别是经消弧线圈接 地的电力网困难还要更大一些。而在中性点直接接地的电力网中，实现有选择性 的接地保护就比较容易，且保护装置结构简单，工作可靠。 3 、供电可靠性与故障范围 单相接地是电力网中最常见的一种故障。如上所述，中性点直接接地电力网在 单相接地是将产生很大的单相接地电流，个别情况下甚至比三相短路电流还大。 因此它相对小接地短路电流系统而言存在以下缺点： ( 1 ) 任何部分发生单相接地时都必须将它切除，即使采用自动重合闸装置， 在发生永久故障时，供电也将较长时间中断。 ( 2 ) 巨大的接地短路电流将产生很大的力、热效应，可能造成故障范围的扩 大和损坏设备。 ( 3 ) 一旦发生单相接地，断路器就跳闸，从而增大了断路器的维修工作量。 ( 4 ) 大的接地短路电流将引起电压急剧降低，而发生单相接地故障后，还容 许继续工作一段时间。因此，总的来说，从供电可靠性和故障范围的观点来看， 小接地短路电流电力网，特别是经消弧线圈接地的电力网具有明显优越性。 4 、对通信和信号系统的干扰 当电力网正常运行时，只要三相对称，则不管中性点接地方式如何，中性点 的位移电压都等于零，各相电流及对地电压数值相等，相位互差1 2 0 。，因而它们 在线路周围空间各点所形成的电场和磁场均彼此抵销，不会对通信和信号系统产 生干扰源，电流愈大，干扰愈严重。因而，从干扰的角度来看，中性点直接接地 方式当然最为不利，而小接地短路电流电力网，一般不会发生较严重的干扰问题。 5 、过电压的影响 华南理工大学工程硕士学位论文 中性点不接地或经消弧线圈接地的情况下，发生单相接地故障时，非故障相电 压会升高，易导致电缆或线路两相短路，而且中性点不接地易产生间歇电弧过电 压和引起电压互感器铁磁谐振，消弧线圈也可能会产生谐振过电压，而中性点接 地电阻可有效地抑制这类过电压。 6 、人身安全 不接地电网中产生的问歇电弧入地电流大，经消弧线圈接地的暂态接地电流也 大，对人身安全是很不利的。而经高阻的接地方式比上述的两种接地方式为好。 经低、中电阻接地的电网故障存在时间很短。 表2 1 罗列了十项各种中性点接地方式的优缺点，说明中性点接地方式是一个 涉及到电力系统的许多方面的综合问题。 2 4 本章小结 l o k v 配电网的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，不同的接地方式对 电网的运行特性有很大的影响，它是电网规划研究领域中的一项关键技术，也是 我国学术界关注的热点，具有理论研究与实践经验密切结合的特点。本章主要讨 论了中性点接地方式的分类，从不同方面比较了各种接地方式的优缺点。 第二章配电网中性点运行方式 表2 1 各中性点接地方式的优缺点 t a b 2 1e c c e l l e n c ea n dd i s a d v a n t a g eo fn e u t r a lp o i n tg r o u n d i n gm o d e s 方式 比淤 中性点不接地电阻接地经消弧线圈接地直接接地 单相接地健全相过补偿时为3 对地电压( 相电压3 倍以上3 倍以上倍，欠补偿时有 1 3 倍以下 的倍数)谐振危险 发展为多重故障 线路长电容电流可能有串联谐振引 情况较好几乎无 的可能大时可能性大起多重故障 由中性点接地电 为三相总对地电阻值确定，一般最小，但随脱谐度 单相接地电流大 容限制在5 0 而增大 4 0 0 a 继保保护动作情实现有选择性的可以实现选择性实现选择性的继电 可靠迅速 况接地保护较困难的接地保护保护尤其困难 故障时对通信线随中性点电阻值大，但高速切断时 小小，但时间较长 路的电磁干扰增大而减小间短 因有中性点不平因可能发生串联谐 正常时的静电干有三次谐振引起的 衡电压，故有静电较小振故有静电感应问 扰静电感应问题 感应问题题 最小，采用快速切 系统动态稳定性大中最大 断和重合闸，可得 到改善 绝缘水平高，全绝与中性点电阻有与中性点不接地方比中性点绝缘方式 变压器绝缘 缘关 式基本相同 低2 0 避雷器灭弧电压高1 0 0 1 0 5 高1 0 0 1 0 5 高1 0 0 低8 0 中性点电阻价格 接地网工程费用最 中性点装置费用小消弧线圈价格更大 大大 故障电流对人身 持续时间长 小最小 大 安全的影响 9 华南理t 大学t 程硕士学位论文 第三章1 0 k v 系统中性点运行方式的现状 3 1 引言 纵观全世界中压配电系统基本可划分为四种接地方式，即中性点不接地、经 消弧线圈接地、电阻接地和直接接地系统( 过电压倍数最低，但故障接地电流最 大，我国中压配电系统不用，故不讨论) 。据了解世界各国的城市配电网中性点接 地方式，每个国家和同一个国家的不同城市都不尽相同，各种接地方式并存，主 要是根据自己的运行经验和传统做法来确定。5 0 年代前后大多采用消弧线圈接地 方式，而到了6 0 年代后逐步采用直接接地和低电阻接地方式，但有的国家某些城 市至今仍保留一部分消弧线圈接地系统。中性点不接地、经消弧线圈接地、电阻 接地等各有其优缺点，应通过综合性的技术分析，结合电网具体条件来选择。 3 2国外1 0 k v 系统中。眭点运行方式 独联体的情况与我国基本相似，当6 k v 电网单相接地电流小于3 0 a ，1 0 k v 电网 单相接地电流小于2 0 a 时，采用中心点不接地方式，否则需采用经消弧线圈接地。 美国早期( 1 9 2 2 一1 9 3 0 年左右) 对消弧线圈的意见很不一致。他们习惯于采用快 速切断故障的方式。大约在1 9 3 5 年以后，消弧线圈有了较大的发展，对5 0 个消弧 线圈电网进行运行方面的调查，评价是：3 0 为优，6 2 为良，8 为可，没有一个 不满意的反映。 德国广泛采用消弧线圈，从1 9 1 6 年开始采用，已有丰富的经验。举一个典型 的例子：有一3 0 k v 的电缆电网，1 9 4 7 年电缆总长为1 4 0 0 k m ，电容电流为4 0 0 0 a 以上， 电网中1 8 个电厂和变电所装了消弧线圈，最大电感电流可供给4 3 0 0 a ，总容量 7 5 0 0 0 k r a ( 按2 小时工作) 。接地电流不超过2 5 0 a 。即使有这样大的末补偿的电流仍 允许在3 0 秒到数小时( 视电缆的类型而不同) 内寻找故障点。 没有最近的统计，从1 9 4 7 年看，2 2 7 7 k v 电网直接接地占大多数，约7 1 。经 电阻或小电抗接地个约6 5 ，不接地1 0 6 ，经消弧线圈接地约5 4 。 日本的情况也很不统一，1 9 7 5 年的统计结果见表3 1 。 从日本的资料看，对中性点不接地和经消弧线圈接地方式的缺点似乎说得多 些。例如经消弧线圈的接地方式，其主要优点有三条，即( 1 ) 单相接地时，电弧电 流因得到补偿而变得很小，有利于熄弧；( 2 ) 故障点被熔断或绝缘子被烧伤的可能 性减小；( 3 ) 对通讯的干扰减轻。但缺点可以罗n 5 6 条。例如( 1 ) 单相接地电流小， 实现选择性接地保护困难；( 2 ) 容易产生串联谐振；( 3 ) 在切合线路时，要改换线圈 抽头，需要有熟练的运行维护技术；( 4 ) 设备费用高；( 5 ) 高电压时，因电晕和泄 1 0 第三章l o k v 系统中性点运行方式的现状 露电流增大，接地电流得不到充分补偿。消弧困难等等。 表3 - 1 日本电网中性点接地方式 t a b 3 1n e u t r a lp o i n tg r o u n d i n gm o d e o fp o w e rn e t w o r ki nj a p a n 方式 直接接地电阻接地电抗接地不接地总计 电压八 1 1 3 32 6 24 9 4 94 5 1 46 4 5 41 6 1 7 9 4 4 7 71 98 7 0 31 7 3 9 44 3 l2 6 5 4 7 1 l o 1 5 42 4 29 3 6 0 2 3 0 1 0 1 1 9 0 3 1 8 7 2 7 55 3 6 40005 3 6 4 即使对3 - 6 k v 工厂用电电网，采用经电阻接地方式也似乎多了起来，这主要因 为： ( 1 ) 避免由单相接地过渡到两相短路； ( 2 ) 中性点不接地电网的故障检出灵敏度低，即使能检出，但要找到事故点， 通常要么要人眼看见，要么试切某线路以进行区分搜查，这总需要时间，故对工 厂生产有影响； ( 3 ) 3 - 6 k v 系统中有些电动机绝缘差，中性点改为经电阻接地后，可降低过电 压，而减小绝缘击穿的机会。 另外，电网中目前广泛用金属氧化物避雷器，并在中性点不接地的配电网中 越来越多的用无间隙的金属氧化物避雷器取代有间隙的金属氧化物避雷器，但有 以下担心： ( 1 ) 单相接地后搜查事故的时间长，避雷器长时间在线电压下工作； ( 2 ) 弧光接地过电压的时间长，通流容量有问题； ( 3 ) 可能受到谐振过电压威胁。 3 3 国内1 0 k v 系统中性点运行方式 随着电力系统的发展，我国1 0 k v 电网中性点运行方式也是发展和变化的。 我国电力系统过电压保护设计技术规程( s d j 7 7 9 ) 中规定：3 - l o k v 电网单 相接地电流小于3 0 a ，3 5 6 0 k v 电网单相接地电流小于1 0 a 时，电网采用中性点绝缘 方式：如果电网单相接地电流不满足上述条件，应采用中性点经消弧线圈接地。 因此8 0 年代中期以前，我国1 0 k v 电网中性点运行有绝缘方式、经消弧线圈接 地方式、经电抗器接地方式、经电阻接地方式，而大多采用中性点不接地和经消 弧线圈接地的运行方式。但n 8 0 年代中期以后，我国城市1 0 k v 电网己大为发展， 电网结构更为复杂，电网中电缆线路大大增长，单相接地电容电流相继增大，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。同时认为当电缆发生 华南理_ 丁大学t 程硕十学位论文 单相接地故障时间一长后，故障就往往发展成为两相短路，为了避免事故扩大， 就要求电网快速跳闸。另外，比我国绝缘水平约低的大量进口电气设备也大量在 城区电网中采用，这些电气设备对电网过电压水平的限制要求也就更高。于是为 了解决上述问题，1 9 8 7 年广州区庄变电站1 0 k v 电网率先在国内采用了中性点经小 电阻接地方式。在此以后国内很多如北京、上海、合肥、珠海、深圳等大城市的 l o k v 城市电网也都采用了中性点经小电阻接地运行方式。经过十几年的运行，有 必要对城区以电缆为主的1 0 k v 电网中性点运行方式的选择作个总结。 中华人民共和国电力工业部1 9 9 7 0 4 2 1 批准的交流电气装置的过电压保护 和绝缘配合中有关3 3 5 k v 系统接地方式和运行中出现的各种电压的规定为： 3 1 23 k v 1 0 k v 不真接连接发电机的系统和3 5 k v ， 6 6 k v 系统，当单相接地 故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接 地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式： a ) 3 k v l o k v 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有3 5 k v 、6 6 k v 系统，1 0 a 。 b ) 3 k v 1 0 k v 非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为： 1 ) 3 k v 和6 k v 时，3 0 a ； 2 ) 1 0 k v 时，2 0 a 。 c ) 3 k v 1 0 k v 电缆线路构成的系统，3 0 a 。 3 1 46 k v - 3 5 k v 主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电 流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、 瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行 经验等。 3 1 56 k v 和l o k v 配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较 小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地 方式1 。 但经过十多年l o k v 城市电网的运行，各地也反映出一些运行上的问题。因此， 近几年来国内就l o k v 城市电网中性点究竟采用什么运行方式出现了较大的争论。 我们认为中性点运行方式的选择实际上是个需要综合考虑的问题，涉及的问题较 多，各个地方的电网结构不一样，运行水平等也不一样，应该针对本地具体情况 进行研究，不能一概而论。 1 9 8 7 年广州局从国外进口一批电缆，由于我国规程与国外有较大的差异，这 批进口电缆绝缘水平比我国的低，无法在配电网中直接使用。为此，广州供电局 和当时的能源部武汉高电压研究所合作，以广州市区庄变电站为典型，利用 t n a ( t r a n s i e n tn e t w o r kh n a l y s i s ) 对中性点经电阻接地方式进行研究。广州供电 第三章1 0 k v 系统中性点运行方式的现状 局还在区庄变电站进行了现场实测。根据对广州地区区庄变电站的研究结果，采 用中性点经低电阻接地，当r 。1 0q ，在大多数情况下可使单相接地工频过电压降 低到1 4 p u 左右。从限制弧光接地过电压考虑，当电弧起弧到熄灭过程中，系统所 积累的多余电荷在后半