（电气工程专业论文）龙凤热电厂63kv小电流接地系统故障分析与研究.pdf

摘要 在中小型电厂中，3 5 k v 及以下电压等级直配供电系统和6 k v 厂用电系统， 一般都采用中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统接线方式。这种接 线方式的优点是当系统出现单相接地故障时，不会形成短路，接地点没有量值很 大的短路电流，而且三相相间电压仍保持对称，不影响对负荷的供电。这种接线 方式的缺点是当出现单相接地故障时，非故障相电压升高，而且在电弧型接地故 障下，还可能会产生电弧过电压，因此对绝缘的要求较高，长时间带接地点运行， 可能会导致非故障相击穿，形成两点接地故障。中性点经消弧线圈接地的系统， 是指中性点经过一个消弧电感与大地相连的系统，它利用电感产生的电感电流来 补偿和抵消系统分布电容产生的容性电流，达到减小接地电流、自动熄灭接地电 弧的目的。 本文主要介绍龙风热电厂6 3 k v 小电流接地系统运行方式、系统运行特点， 从1 9 6 4 年至2 0 0 4 年该系统所遇到的问题、故障，如何分析和解决这些6 3 k v 系 统的问题。其中1 9 7 7 年厂内组织对6 3 k v 系统的电容电流进行核算；1 9 8 2 年对 当时6 3 k v 系统的电容电流进行了测试；1 9 9 6 年重新对6 3 k v 系统的电容电流 进行了测试；2 0 0 4 年对原有的消弧线圈进行改造，并对当时6 3 k v 系统的电容 电流进行了测试。本文重点是利用m a t l a b 软件s i m u l i n k 对龙风热电厂6 3 k v 系统的故障仿真和分析，为今后6 3 k v 系统安全平稳运行，故障分析和排查奠定 理论基础。 关键词：小接地电流消弧线圈m a t l a b 仿真 a b s t r a c t i ns m a l la n dm e d i u m s i z e dp o w e rp l a n t s ，3 5 k va n db e l o w , w i t hd i r e c tv o l t a g e 6 k vp o w e rs u p p l ys y s t e ma n dp o w e rp l a n ts y s t e m s ，b i cg e n e r a l l yn e u t r a lo r g r o u n d i n gp o 缸a r c s u p p r e s s i o nc o i lg r o u n d i n gs y s t e mo fs m a l lc u r r e n tg r o u n d i n g c o n n e c t i o nm o d e t h ea d v a n t a g e so fs u c hac o n n e c t i o nm o d ew h e nt h es y s t e mi s s i n g l e - p h a s eg r o u n df a u l tw i l ln o tf o r mas h o r tc i r c u i t t h e nt h el o c a t i o ni sn o tal o to f m o n e ys h o r t c i r c u i tc u r r e n t ，a n dt h r e e - p h a s ea l t e r n a t i n gv o l t a g er e m a i n ss y m m e t r i c a l ， d o e sn o ta f f e c tt h ep o w e rs u p p l yt ot h el o a d t h i sc o n n e c t i o nm o d ew h e nt h e r ei st h e d i s a d v a n t a g ei st h a ts i n g l e - p h a s eg r o u n df a u l t ，t h en o n - f a u l tp h a s ev o l t a g e ，a n du n d e r t h ea r c - t y p ee a r t h - f a u l t , b u ta l s om a yh a v eo v e r - v o l t a g ee l e c t r i ca r e ，a n dt h e r e f o r e r e q u i r eah i g h e ri n s u l a t i o n , t h e nt a k eal o n gt i m ep l a c et or u n ，m a yl e a dt ot h e b r e a k d o w no fn o n - f a u l tp h a s e ，t h ef o r m a t i o no ft w oe a r t hf a u l t n e u t r a lt h r o u g h a l e - s u p p r e s s i o nc o i lg r o u n d i n gs y s t e mi st h r o u g han e u t r a li n d u c t i v ea r ec o n n e c t e d w i t ht h ee a r t hs y s t e m ，w h i c hi s g e n e r a t e du s i n gi n d u c t o ri n d u c t o rc u r r e n tt o c o m p e n s a t ef o ra n do f f s e ts y s t e md i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c eo ft h ec a p a c i t i v ec u r r e n t g e n e r a t e dt or e d u c et h eg r o u n dc u r r e n t ，a u t o a r ce x t i n g u i s ht h ep u r p o s eo fg r o u n d i n g 1 ：b i s p a p e rm a i n l yi n t r o d u c e st h el o n g f e n g6 3 k vp o w e rp l a n ts m a l lc u r r e n t g r o u n d i n gs y s t e mo p e r a t i n gm o d e ，t h es y s t e mo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，f r o m19 6 4 t o 2 0 0 4o ft h es y s t e mt h ep r o b l e m se n c o u n t e r e d ，f a i l u r e ，h o wt oa n a l y z ea n ds o l v et h e s e 6 3 k vs y s t e m o r g a n i z a t i o n si n19 7 7i nw h i c ht h ef a c t o r ys y s t e mo f6 3 k vc a p a c i t o r c u r r e n ta c c o u n t s ；i n19 8 2t h et h e n - c u r r e n t6 3 k vc a p a c i t o rs y s t e mh a sb e e nt e s t e d ；i n 19 9 6t or e 一6 3 k vc a p a c i t o rc u r r e n ts y s t e mh a sb e e nt e s t e d ；i n2 0 0 4t h eo r i g i n a l t r a n s f o r mt h ea r c - s u p p r e s s i o nc o i l ，a n da tt h et i m eo ft h ec a p a c i t i v ec u r r e n t6 3 k v s y s t e mw a st e s t e d 1 f 1 1 i sa r t i c l ef o c u s e so l lt h eu s eo fs i m u l i n ko fm a t l a b s o f t w a r es y s t e ml o n g f e n g6 3 k vp o w e rp l a n tf a u l ts i m u l a t i o na n da n a l y s i s ，s y s t e m s e c u r i t yf o rt h ef u t u r es m o o t hr u n n i n g6 3 k v , f a i l u r ea n a l y s i sa n di n v e s t i g a t i o nt ol a y at h e o r e t i c a lb a s i s k e yw o r d s ：s m a l lc u r r e n t g r o u n d i n g ，a r c s u p p r e s s i o nc o i l ， m a t l a b s i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 索鸯山军 签字日期： 2 叼年9 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论衰作者完全了解丞盗盘鲎：有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞叁鲎二司以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部fj 或机构送交论文的复印件和磁盘。 i ( 保密的学位论义在解密后适用本授权说明) ￥i j 一：论文作西筏名： 并：甓峥? 师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 第章引言 1 1 课题研究的意义 第一章引言 电力系统是指由发电厂、变电站、输配电线路和用户在电气上连接成的整体。 在发电厂中将一次能源转换为电能，再将电能输送给电力用户，为了提高供电的 可靠性和经济性，通过升、降变电站和输电线路连接起来工作，向用户供电。 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，由于这种电力网一 般来说线路不太长，网络结构不太复杂，电压等级不是很高，绝缘水平对电网建 设费用和设备投资的影响不如1 l o k v 及以上电网显著。另外，此电网一般不装 设避雷线，因此，通常总是从供电可靠性与故障后果出发选择中性点接地方式， 当单相接地电流不大于规定数值时，宜采用不接地方式或者经消弧线圈接地的方 式。根据电力运行部门的故障统计，由于外界因素的影响，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。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，因而小电流接地 方式不影响对负荷的连续供电，提高供电的可靠性，同时还具有对设备和人身安 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，过电压容易使得电力设备出现新的接地点，扩大事故，或者使得 故障点永久烧毁，引起短路故障。因此故障后尽快找出故障线路，解除故障点显 得十分重要。 对于小电流接地系统而言，故障电流微弱、故障电弧不稳定等因素，导致小 电流接地系统的单相接地故障检测较为困难。国内许多电力部门仍采用传统的 “拉线法”，就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，则采用逐条线路拉开开关观测接地指示是否消失的方法来判断 哪条线路出现故障。目前查找接地线路的方法由人工拉线法和自动接地选线法两 类，在自动接地选线中，用来查找和指示接地线路的自动装置称为接地选线保护。 在2 0 世纪9 0 年代以前，查找接地线路的方法以拉线法为主。近年来，随着 电子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，在保持连续供电的条件下，实现自动选线的 功能。目前多数已经转为以自动装置指示为主，但由于种种原因，自动装置还难 以做到1 0 0 准确的指示接地线路，所以某些情况下必须使用拉线法来查找接地 第一章引言 线路。 电力系统的稳定与故障分析往往离不开仿真研究，对小电流接地系统的仿真 研究，是指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 程序作为仿真平台，对小电流接地系统单相接地故障 进行离线仿真，具有一定的现实意义。 1 2 小电流接地系统接地故障的研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外对小电流接地系统的应用及研究十分广泛。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、化工用电应用比较 普遍，多为中性点不接地或经有效电阻接地系统。其选线原理比较简单，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式，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难以 实现，而且造成过电压的后果非常严重，因此，他们一般不采用小电流接地系统， 而是愿意在供电网上多投资来保证供电的可靠性。上世纪9 0 年代以来，随着一 些欧洲国家逐渐将中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多项研究和现场实验【l 】。 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，其中多是中性点不接 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护装置是绝缘监查装置，从2 0 世纪5 0 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，利用零序电流五次谐波原理的接地选线装 置。7 0 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，适用 于中性点经消弧线圈接地系统的z d 5 型五次谐波零序功率方向保护装置等。8 0 2 第一章引言 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，随之出现了适合微机实现的选线理论。9 0 年代至今，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【2 】o 1 3 本文主要研究内容 论文主要分为三部分： 第一部分，论文的第二章，主要论述了小电流接地系统的理论基础，三种不 同的中性点接地方式。重点介绍小电流接地系统的三种方式：不接地方式、经消 弧线圈接地方式和经高阻接地方式，重点研究的是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，另外介绍了发电机中性点接地方式，包括不 接地、经消弧线圈和高电阻接地的方式。 第二部分，本文的第三章，主要介绍龙凤热电厂6 3 k v 配电系统为小电流接 地系统，1 9 6 4 年建厂时采用经发电机消弧线圈接地，故障选线为传统的绝缘监 查装置。首先对6 3 k v 配电系统的电容电流进行估算，以及对单相接地故障时的 电容电流进行估算；其次，介绍龙凤热电厂6 3 k v 配电系统电容电流的测试方法， 通过实测系统电容电流，对比估算值，对确定消弧线圈运行位置及调整具有重要 指导意义。 第三部分，本文的第四章，主要是利用m a t l a b 软件中s i m u l i n k 对电力系统 短路故障进行仿真，分别得到三相短路故障仿真分析图形，两相短路及接地故障 仿真分析图形，单相接地故障仿真分析图形；并且应用s i m u l i n k 中 “s i m p o w e r s y s t e m s ”的模块对龙凤热电厂小电流接地系统进行仿真，得到三相 短路故障仿真分析图形，两相短路及接地故障仿真分析图形，单相接地故障仿真 分析图形。 第四部分，本文的第五章，介绍偏磁式消弧线圈自动跟踪补偿装置在龙凤熟 电厂的应用。首先介绍偏磁式消弧线圈工作原理，其次说明装置的选型和参数的 确定，最后仿真经消弧线圈接地系统以及故障选线。 第五部分是，本文的第六章，总结全文得出结论。 第二章小接地电流系统的理论基础 第二章小接地电流系统的理论基础 2 1 电力系统的中性点接地方式介绍 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。电力系统的中性点接地方式是一个涉及到短路电流大小、供电可靠性、 过电压大小及绝缘配合、继电保护和自动装置的配置及动作状态、系统稳定、通 信干扰等多方面的综合性技术问题【3 】。 2 1 1 中性点接地方式的分类 电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点，称为电力系统中 性点。电力系统中性点与大地之间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方 式。电力系统的中性点接地方式有不接地( 中性点绝缘) 、经消弧线圈接地、经 电阻接地及直接接地等【4 】。根据主要运行特征，可将电力系统中性点接地方式归 纳为两大类： 1 非有效接地系统或小接地电流系统。包括中性点不接地，经消弧线圈接地， 以及经高阻抗接地的系统。通常这类系统的零序电抗x 0 与正序电抗x i 的比值大于 3 ，零序电阻与正序电抗x l 的比值大于1 ，即x o x 1 3 ，r o x l 1 。当发生一 相接地故障时，接地电流被限制到较小数值，非故障相的对地稳态电压可能达到 线电压。 2 有效接地系统或大接地电流系统。包括中性点直接接地及经低阻抗接地的 系统。通常这类系统有x dx l 主3 ，r o x l 兰1 。当发生一相接地故障时，接地电 流有较大数值，非故障相的对地稳态电压不超过8 0 。 2 1 2 小电流接地方式的主要特点 采用小电流接地系统运行时，当发生单相接地故障时，由于不能构成低阻抗 短路回路，接地故障电流很小，系统线电压的对称性并未遭到破坏，系统还可继 续运行一段时间，规程规定一般为l 之小时，并且在这段接地运行时间内，必须 设法排除接地故障点，保证其电气设备、系统的正常运行。 中性点不接地系统的优缺点： 4 第二章小接地电流系统的理论基础 中性点不接地系统的优点主要为：一是运行方面，当电网发生单相接地故障 时稳态工频电流小，瞬时故障可自动消除，无需跳闸；可单相接地运行2 小时， 提高供电可靠性；接地电流小，减小了跨步电压和接触电压，减小了对信息系统 的干扰。二是经济方面，节省了接地设备或接地系统导体的开支。 中性点不接地系统的缺点有三个：与中性点电阻器接地系统相比，产生弧光 过电压和铁磁谐振过电压高，对弱绝缘击穿概率大；间歇性电弧接地故障时，产 生的高频振荡电流大，可能引发相间短路；故障定位困难，尚不能正确快速切除 接地故障线路【5 】。 中性点经消弧线圈接地中性点谐振接地系统的优缺点： 中性点谐振接地是指配电网一个或多个中性点经消弧线圈与大地相连接，消 弧线圈的稳态工频感性电流对电网稳态工频容性电流调谐，目的是获得接地故障 残流最小，接地故障有可能自动消除，经济性比较不接地系统付出一些，性能和 功能方面较不接地系统更好一些。 中性点谐振系统同样具有中性点不接地系统的三个缺点，但不同的是消弧线 圈降低了单相接地时的建弧率，因此出现最大幅值的弧光过电压的概率要小一些 【6 】。 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、中性点经消弧线圈和中性点 经高阻抗接地三种方式。 2 2 1 中性点不接地方式 原理：电网的中性点与大地之间没有任何电气联系的系统。事实上，这样的 配电网是通过电网对地电容接地，该接地方式在运行中发生单相接地故障时，流 过故障点的电流只是电网对地的电容电流，其数值很小，不形成短路回路。 运行状况分析：图2 1 为中性点不接地系统单相接地网络图 图2 - 1 中性点不接地系统单相接地示意图 c b a 第二章小接地电流系统的理论基础 当单相( a 相) 接地时，接地相对地电容c o 被短路，此时电流分布图如图2 1 所示。中性点的d 上升为相电压( - t ) ，a 、b 、c 三相对地电压为： u = 0 0 b = 电b 一宅。= 瓜琶t e j 埘 0 c = 应c t = 拉彳p 叩5 0 0 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) 接地相( a 相) 电压为零，非接地相( b 、c 相) 电压升高正常相电压的压 倍。零序电压为【7 。= ；( d 一+ 0 占+ 0 c ) = 一t = 0 ，各相电流的关系为： i j | = - ( 1 口+ i c ) ( 2 4 ) 中性点不接地系统发生单相接地时，由于故障点电流很小，三相之间的线电 压仍然对称，对负荷的供电没有影响，在一般情况下允许继续运行1 2 小时，不 必立即跳闸。但是单相接地以后，其它两相对地电压升高；倍，为了防止故障 进一步扩大成两点或多点接地短路，应及时发出信号，以便采取措施予以消除。 2 2 2 中性点经消弧线圈接地方式 中性点经消弧线圈接地的系统，是中性点经过一个消弧电感与大地相连的系 统。 原理：当系统发生单相接地故障时，利用电感产生的感性电流来补偿和抵消 系统分布电容产生的容性电流，以达到减小接地电流、自动熄灭接地点电弧的目 的，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网单相接地故障运行l 2 小时。 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。 从图2 2 可知，消弧线圈的阻抗很大，复导纳近似等于零，由弥尔曼定理可 知正常运行时中性点对地电压0 = 0 ，消弧线圈中无电流。当发生单相接地时 ( a 相) ，中性点对地电压0 = 埘。，非故障相对地电压升高为原来的3 倍， 消弧线圈处于a 相相电压的作用下，在线圈中有电感电流j ，通过，此电流经接 地点形成回路，接地点的电流为电容电流j r 与电感电流j ，的向量和。电感电流 j 。滞后电压【7 。9 0 。，电容电流j f 超前电压汐。9 0 。，j ，与j f 方向相反，在接地 处j ，与? c 将相互抵消，既是电感电流对接地的电容电流的补偿，适当选择消弧 线圈的电感量，使接地点的电流足够小，保证接地电弧自动熄灭，从而消除接地 6 第二章小接地电流系统的理论基础 点电弧所产生的危害。 l 一 b l 一一 - 上c c 三- _ r l n l n上上t 一 n ，_ 价e b 一 一 =： 厂、厂、n 宦 照 ： ij 岛l c o t _ - j c 0 7 _ = j k = 上， d _ 彳f 牛一寸汇二 cba 图2 2 消弧线圈接地电网中单相接地时的电流分布 根据消弧线圈的电感电流对电网的电容电流的补偿程度，中性点经消弧线圈 接地的系统有全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式。 ；1 全补偿时系统运行特点：当全补偿时，工= 。c z ，w l = ，接地点电 3 w c x ； 流d 接近于零，从消除电弧的角度来看，这种补偿方式很理想，但在实际运行 中一定要避免完全补偿方式。原因是正常运行时，如果出现线路三相对地电容不 完全相等，或者断路器三相触头不同时合闸时，在中性点与地之间会出现一定的 电压，这个电压在消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联回路中，因为 工，= x c ，满足谐振条件，形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘， 一般不采用完全补偿方式( 安装自动跟踪消弧线圈装置除外) 。 ； 欠补偿时系统运行特点：当欠补偿时，有。工 1 c x ，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，并且方向与非故障线路相同，由母线流向线 路。采用这种方式，即使电网发展、电容电流增大，消弧线圈留有一定裕度，可 继续使用，也不会发生串联谐振。由于过补偿方式在接地处有一定的过补偿电流， 这一电流不得超过i o a ，否则接地处的电弧不会自行熄灭。过补偿方式在实际中 获得广泛的应用，补偿程度用补偿度v 示，其值为： 第二章小接地电流系统的理论基础 v ：烛 i c ( 2 - 5 ) 一般选择过补偿度值为、，= ( 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，此电流值很小，在相位上超前的相角为9 0 。， 与非故障线路容性电流与u 0 的关系相同。因此在过补偿情况下，零序电流保护 和零序方向保护已不在适用。 中性点经消弧线圈接地的主要优点：当系统电容电流增大时，单相接地电流 已不能自熄，采用消弧线圈可补偿电容电流，当残流小于1 0 a 时，电弧可以自 熄；由于残流较小，可以带故障运行，提高了供电的可靠性；降低了弧光接地过 电压的概率；如配置性能可靠的选线系统，可迅速切出故障。 中性点经消弧线圈接地的主要问题：消弧线圈并不能降低弧光过电压的最大 值，只能降低高幅值过电压的概率；弧光过电压及接地故障电流是高频暂态过程， 而消弧线圈工作是建立在工频基础上的。 2 2 3 中性点经高阻接地方式 中性点经电阻接地方式是指中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。中性点 经高阻抗接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可以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。 中性点经高阻接地方式的主要特点：单相接地故障时，可以避免开关立即跳 闸和电动机停运，提高了供电系统的运行靠性；单相电流值在小范围内变化，采 用简单的接地保护装置，实现有选择性的动作；接地电阻值的大小以满足所选用 的接地指示装置动作为原则，不应超过电动机带单相接地运行的允许电流值( 一 般按照1 0 a 考虑) 。 2 3 发电机中性点接地方式 发电机中性点接地方式一般采用非直接接地方式，包括不接地、经消弧线圈 接地和经高电阻接地三种接地方式。 第二章小接地电流系统的理论基础 2 3 1 采用中性点不接地方式 发电机采用中性点不接地方式适用于单相接地电流不超过允许值的1 2 5 m w 及以下中小型机组。 发电机中性点应装设电压为额定相电压的避雷器，防止三相进波在中性点反 射引起过电压；当有发电机电压架空直配线时，在发电机出线端应装设电容器和 避雷器，以削弱进入发电机的冲击波陡度和幅值。 2 3 2 采用经消弧线圈接地方式 发电机采用经消弧线圈接地方式适用于单相接地电流超过允许值的中小型 机组或要求能带单相接地故障运行的2 0 0 m w 及以上大型机组。 对具有直配线的发电机，消弧线圈可接在发电机的中性点，也可接在厂用变 压器的中性点，宜采用过补偿方式。 对于单元接线的发电机，消弧线圈应接在发电机的中性点，宜采用欠补偿方 式。 发电机采用经消弧线圈接地方式可以做到，经过补偿后，单相接地故障电流 小于1 a ，因此，可不跳闸停机，仅仅作用于信号，可以大大提高供电的可靠性。 2 3 3 采用经高电阻接地方式 发电机经高电阻接地方式适用于2 0 0 m w 及以上大型机组。采用经高电阻接 地方式是将电阻经单相接地变压器接入中性点，电阻在接地变压器的二次侧，通 过二次侧接有电阻的接地变压器接地，实际上就是经高电阻接地。接地变压器的 作用是使低压小电阻起高压大电阻的作用，从而可简化电阻器的结构，降低其价 格，使安装空间更易解决。部分发电机中性点不经接地变压器而直接接入数百欧 姆的高电阻。 发电机中性点经高电阻接地后，当发生单相接地故障时，限制其它两相的过 电压不超过2 6 倍额定相电压；限制接地故障电流不超过1 0 , - , 1 5 a ；为定子接地 保护提供电源，便于检测。当发生单相接地故障时，总的故障电流不宜小于3 a ， 以保证接地保护不带时限立即跳闸停机。 2 4 本章小节 本章主要介绍电力系统接线方式中小接地电流系统的三种接地方式中 性点不接地方式，中性点经消弧线圈接地方式和中性点经高阻抗接地方式，另外 9 第二章小接地电流系统的理论基础 介绍了发电机中性点接地方式，阐明其接线原理，运行特点，在发生单相接地故 障时的电流分布情况，以及存在的优缺点。为下面分析龙凤热电厂小接地电流系 统奠定了理论基础。 l o 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 第三章龙凤热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 3 1 电容电流计算的理论依据 3 1 1 系统电容电流估算方法 1 、架空线路电容电流按照公式( 3 1 ) 计算： i c = ( 2 7 - 3 3 ) u e lx1 0 3 ( a ) ( 3 1 ) 式中u e - - - - - - 线路额定电压( k v ) ； i 。线路长度( 虹) ； 系数2 7 适用于无避雷线的线路；3 3 适用于有避雷线的线路。由于变电所和 用户电力设备存在着对地电容，将使得架空线路电容电流有所增加，一般增值可 以用表3 1 的数值估算。 表3 1 电容电流增值估算表 额定电压k v61 03 5 6 0 电容电流增值1 81 61 31 2 2 、电缆线路电容电流可按照表3 2 进行系统电容电流的估算： 表3 - 2 电缆线路电容电流增值估算表 额定电压k v61 0 3 5 电缆截面积m m 2电容电流平均值a k m l o0 3 30 4 6 1 60 3 7 0 5 2 2 50 4 60 6 2 3 50 5 2 0 6 9 5 00 5 90 7 7 7 00 7 10 93 7 9 50 8 21 0 4 1 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 1 2 00 8 91 14 4 1 5 01 11 34 8 1 8 51 21 45 2 2 4 01 31 6 3 0 01 51 8 3 1 2 单相接地电容电流的计算方法 1 、6 3 k v 电缆线路 161型u。(akm)2200+6s u r 式中：s 电缆截面积( m 2 ) u e - - - - - 额定线电压( k v ) 2 、1 0 k v 电缆线路 ( 3 2 ) ，= 淼以( a h n ) ( 3 - 3 ) 6 1 0 k v 电缆线路的电容电流也可使用表3 3 的中的数值： 表3 36 1 0 k v 电缆线路的电容电流 a k i n ， l 晒 1 01 62 53 55 07 09 51 2 01 5 01 8 52 4 03 0 0 k v 6o 3 3o 3 70 4 6o 5 2o 5 9o 7 10 8 2 o 8 91 1 1 21 3 1 5 l o0 4 60 5 2o 6 20 6 90 7 7o 91 0i 11 31 41 6 l1 8 3 、6 k v 架空线路 4 、1 0 k v 架空线路 1 埘6 j = 0 0 15 ( a k i n ) 1 尉1 0 j = 0 0 2 5 ( a k i n ) 1 2 ( 3 4 ) ( 3 5 ) 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 5 、汽轮发电机定子线圈单相接地电容电流 2 。5 k s ，硼。1 0 q i j a 2 面赫似) 。6 式中：k 与绝缘材料有关的系数。当发电机温度为1 5 2 0 时，k = 0 0 1 8 7 ； ，一发电机视在功率( m v a ) ； 卜电流角速度，f 2 万f ； 卜发电机电流频率( h z ) ； ( 倍一发电机额定线电压( 1 【v ) 。 i j d 肭近似值如表3 4 所示，准确值参见制造厂家提供的资料。 表3 - 4 汽轮发电机定子线圈单相接地电容电流 发电机视在功率发电机额定线电定子线圈对地电单相接地电容电 s e f | 心k压u e 瓜v容c u f 相 流i j d # a 4 3 7 56 30 0 50 1 7 7 5 0 06 3 0 0 5 0 1 7 1 5 0 0 06 30 1 00 。3 4 1 5 0 0 0l o 50 0 80 4 6 3 1 2 5 06 3o 2 00 6 9 3 1 2 5 0 1 0 5 0 1 60 9 2 5 8 9 0 01 0 50 2 51 4 3 3 1 3 龙凤热电厂6 3 k v 系统电容电流的估算 1 、1 9 7 7 年6 3 k v 系统电容电流的估算 1 9 7 7 年龙凤热电厂6 3 k v 系统的直配线路电缆的型号均为z l q 2 0 ，电缆统计 数据以及系统电容电流估算值如表3 5 所示： 表3 5 电缆统计数据及系统电容电流估算值 截面积r a m 2长度m 电容电流i c a 1 61 0 8 5o 4 2 5 4 7 3 02 1 8 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 3 51 0 8 00 5 6 5 01 2 8 6 57 5 9 7 02 0 2 01 4 3 9 54 9 50 4 1 1 2 05 9 0o 5 3 1 5 01 8 8 9 22 0 7 8 1 8 54 8 00 5 8 2 4 03 6 8 2 04 7 8 7 总计7 9 0 5 78 2 3 3 2 、1 9 8 1 年6 3 k v 系统电容电流的估算 龙凤热电厂6 3 k v 系统直配供电线路较多，1 9 8 0 年已经增加到2 0 多条线路， 并且多年来在运行中经常发生单相接地故障，绝大部分都发生在直配线路上。一 旦发生单相接地故障，一相电压为零，其它两相电压升高3 倍，严重危及到发 电机主绝缘和其他设备的正常运行，特别是绝缘薄弱环节，易导致绝缘击穿或设 备绝缘损坏，威胁安全生产。 以1 9 8 0 年9 月2 3 日6 3 k v 系统接地故障为例，早上2 时出现接地后，一直 持续七个多小时才处理好，其接地故障发生在线路9 2 4 3 、9 2 3 6 、9 2 2 4 之间，最 后通过选切9 2 2 4 线路后接地故障消失，查找为9 2 2 4 电缆接地故障。由于此次接 地故障处理时间过长，造成6 3 k v 消弧线圈严重过热、超温，同时发现群l 发电 机中性点避雷器放电击穿，伐片烧损，磁套破裂，已经危及到发电机主设备的损 坏和系统的安全运行。 鉴于上述故障的严重性，1 9 8 1 年龙风热电厂对6 3 k v 系统的电容电流进行了 重新估算，如表3 - 6 所示： 表3 - 6 电容电流估算表 截面积m m 2长度m 电容电流i c a 1 61 2 3 l0 4 6 2 55 2 8 52 4 3 3 51 1 1 0o 5 8 5 01 6 3 4 89 6 5 7 06 5 8 94 6 8 9 57 4 00 6 1 1 4 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 1 2 0 1 9 0 01 6 9 1 5 01 8 3 9 22 0 2 3 1 8 55 8 0o 7 2 4 06 1 3 9 87 9 8 2 总计1 1 3 5 7 31 2 0 8 5 通过表3 5 和表3 - 6 电容电流的对比得出，1 9 8 0 年6 3 k v 系统电容电流 1 2 0 8 5 a 已远超过1 9 7 7 年6 3 k v 系统电容电流8 2 3 3 a 。1 9 8 2 对龙凤热电厂6 3 k v 系统电容电流进行了实测，得到6 3 k v 系统全网电容电流1 3 0 3 a ，厂内决定调 整发电机消弧线圈分接头位置，此时脱谐度、，= 1 0 7 ，当系统一相接地时，通 过故障点残流的无功分量约为1 4 a 。 3 2 电容电流的测试方法 电容电流的测量方法较多，但对于发电机电压系统其高次谐波电势较大，而 且发电机绝缘水平较低，有些方法不适合发电机系统的测量【1 刀【18 1 。龙凤热电厂 采用了发电机中性点外加电容法和6 3 k v 母线分相投入电力电容器法进行电容电 流测量。 3 2 1 中性点外加电容法测量电容电流 一、中性点外加电容法测量电容电流原理 中性点# i - n 电容法测量电容电流的零序等值回路如图3 1 所示： 图3 - 1 零序等值回路 图中i o _ 电源中性点不对称电压 c 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 c 厂中性点外加电容 c 电网三相对地电容 图中可见电网不对称电压u o 加在串联的两个电容上，因此电压分配与电 容成反比，有下面公式成立： 所以， 堕：坠 u d u cc o c = u u o o c 一 u c ：o ( 3 - 7 ) ( 3 8 ) 因外加电容c o 已知，u o 和u 0 。可以通过测量得到，因此在相电压时电网 电容电流可由下面公式计算求得： 仁c = 警 ( 3 - 9 ， 对于发电机直配电缆网络，不对称电压很低，近似为零，本次试验从三 台母线电压互感器开口三角测量平均结果小于0 i v ；而在发电机中性点直接 测量时，中性点对地电压较高，稃l 号发电机中性点对地电压为9 5 5 v ， 2 发 电机中性点对地电压为1 2 2 1 3 7 v ，料发电机中性点对地电压为2 2 3 5 v ，录 波分析表明结果表明此电压三次谐波分量占9 0 以上，幅值高低不仅与发电 机组结构和容量有关，而且随负荷变化而变化。 二、试验接线与测量方法 试验接线如图3 - 2 所示 国“母线 图中：卜发电机 图3 - 2 试验接线图 1 6 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 o - - - - - - - 发电机中性点 l 卜发电机消弧线圈 e 一管型避雷器 s n 2 1 0 _ 发电机断路器 c 0 1 、c 0 2 中性点外加电容 s c - - 光线示波器 w 卜支持绝缘子 r 防谐振电阻 c 为提高网络不对称度投入母线上的电容器 k l 、k 2 、k 3 叫压刀闸 v o 广高内阻电压表，国产5 0 0 型万用表和英国数字万用表 j s j w - 6 _ 母线三心五柱电压互感器 测量方法： 1 、6 3 k v 发电机消弧线圈全部脱离运行 2 、并列运行的四台发电机中选用轮发电机测量其中性点电压u o ，然后将外 加电容投至发电机中性点上，测量电容器两端电压u o c ，试验中分别取1 倍和4 倍进行两次测量并取其两次平均值。 3 、投入母线电容器2 o 8 5 u 侄a 相( 或b 相) ，获得人为不对称电压，测量 中性点电压u o ，然后投入中性点外加电容，测量所投电容器两端电压u o c ，取两 种电容测量的平均值。 4 、投入电容器2 0 8 5 u f 至母线的一相上，测量母线电压互感器开三角电压 和电容器电流。 三、中性点夕t - ：i n 电容法测量计算结果 测量计算结果见表3 - 7 表3 - 7 中性点外加电容法测量计算结果 一茎 母线不加不对母线a 相加二母线b 相加二 称电容器时台电容器时台电容器时 英 u 羽 1 2 2 1 2 91 3 1 3 国 u 0 c l v 3 9 7 4 2 2 54 2 5 万 c 0 1 = 2 2 6 i tfc l 1 0 9 1 1 0 0 71 0 8 2 用 i c l a 1 2 4 5 3 1 2 5 81 2 3 6 3 第三章龙风热电厂6 3 k v 系统电容电流的分析 表 u o c 2 v 2 3 l 2 4 62 4 5 c 0 2 = 4 6 0 uf c 2 1 0 7 4 4 1 0 8 3 9 1 0 5 5 i c 2 a 1 2 2 8 1 2 3 8 91 2 0 6 i c p a 1 2 3 6 9 1 2 4 8 51 2 2 1 u o 厂v 1 2 7 1 3 4 71 3 2 5 u o o v 4 1 4 3 54 3 7 5 0 0 c 0 1 = 2 2 6 ufc l 1 0 7 7 4 1 0 7 81 1 1 2 2 型 万 i c l a 1 2 3 1 5 1 2 3 2 11 2 7 1 2 用 u o c 2 v 2 3 5 2 52 5 c 0 2 = 4 6 01 tfc 2 1 0 4 4 4 1 0 4 8 31 0 6 9 8 表 i c 2 a 1 1 9 3 8 “9 8 21 2 2 1 i c p a 1 2 1 2 6 1 2 1 5 11 2 4 6 1 测量结果：英国万用表三次平均值：1 2 3 6 9 a 、1 2 4 8 5 a 、1 2 2 1 a ；5 0 0 型万 用表三次平均值：1 2 1 2 6 a 、1 2 1 5 1 a 、1 2 4 6 1 a 。根据测量结果表明，中性点外 加电容法测量具有一定的误差，与估算的系统电容电流( 1 3 0 a ) 接近但有差距。 3 2 26 3