（电气工程专业论文）大庆油田35kv系统中性点位移电压成因及改进技术研究.pdf

中文摘要 大庆油田电网3 5 k v 系统中性点一般经消弧线圈接地，运行中存在三相电压 不平衡、中性点位移电压偏大的现象，严重影响了油田电网的安全运行。因此， 分析查找中性点位移电压偏大的原因并采取有效措施予以消除，对保障大庆油 田电网安全可靠运行具有重要意义。 本文在对中性点接地方式和中性点不接地系统的中性点位移电压理论深入 学习研究的基础上，结合大庆油田电网3 5 k v 系统中性点运行现状，首先分析得 出目前系统中性点运行主要存在的问题为中性点不平衡电压偏高。 之后，本文又采用e m t p a t p 电磁暂态程序建立了系统仿真模型，分析得出 系统中性点位移电压产生的原因：一是由于不同运行方式下，油田电网消弧线 圈的档位选择不合适；二是由于系统网络结构中三相对地电容不均衡。同时本 文也利用现场试验结果验证了仿真模型的准确性。 随后，结合造成中性点位移电压过高的原因，提出了降低中性点位移电压 的3 种整改方案，再次建立相应的仿真模型对不同整改方案进行综合分析，通 过对实施难度、效果和性价比的比较后得出最佳改善措施为耦合电容器调相安 装，同时也计算了消弧线圈投不同档位时的系统中性点位移电压和残流，为合 理调节消弧线圈的档位提供了必要的数据支持。现场试验结果也进一步验证了 仿真模型计算结果的正确性和改善措施的有效性。 最后，油田电网在采用该技术后，系统中性点位移电压指标长期不超过2 1 相电压；电网不对称度指标不大于1 o ；消弧线圈投运率1 0 0 。实际运行结果 表明：本项技术有效地解决了消弧线圈投入率低的问题，降低了电网故障率， 减少了电气设备的损坏，明显地提高了供电的可靠性。另外，本项技术和研究 方法对电力线路的设计也具有重要的指导意义，对其它3 5 k v 经消弧线圈接地系 统也具有一定的参考价值。 关键词：3 5 k v 系统中性点消弧线圈三相电压不平衡位移电压耦合电容器 a b s t r a c t 3 5 k vs v s t e mn e u t r a l p o i n ti so f t e ne a r t h e dt h r o u g ha r c e x t i n c t i o n c 0 1 ll nl ) a q i n g o i if i e l dp o w e rn e t 、o r k s u c hp h e n o m e n a a su n b a l a n c eo ft h r e e p h a s ev o g e 绷d h i g hn e u 仃a 1d i s p l a c i n gv o l t a g eo f t e n e x i s t si no p e r a t i o n ，w h i c hi n f l u e n c e s s a f e o p e r a t i o no f o i lf i e l dp o w e rn e t w o r k t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n t f o rk e e p i n gs a l e a n dr e l i a b l e0 p e r a t i o no fo i lf i e l dp o w e rn e t w o r kt os e a r c hf o rt h er e a s o n so fh l g h n e u 蛔jd i s p l a c i n gv o l t a g ea n dt a k ee f f e c t i v em e a s u r e s t oe l i m i n a t ei t mt h eb a s i so fs t u d yo i ln e u t r a lp o i n to p e r a t i o nm o d ea n d a c a d e m i cc a l c u l a t i o n m e t h o do fn e u t r a ld i s p l a c i n gv o l t a g e ，t h ec o n c l u s i o nw a sf i r m l yo b t a i n e dt h a t t h e m a i np r o b l e me x i s t i n gi nd a q i n go i lf i e l dp o w e r n e t w o r ki sh i g hn e u t r a ld i s p l a c i n g v o l t a g e s e c o n d l y ，t h et h e s i se s t a b l i s h e dt h es i m u l a t i o nm o d e l sb yu s i n ge m t p a t p s o f h v a r ea n dt h e na n a l y z e dt h et w or e a s o n so fh i g hn e u t r a ld i s p l a c i n gv o l t a g e t h e f i r s to n ei si m p r o p e rc h o i c ef o ro p e r a t i o nt a p so fa r c - e x t i n c t i o nc o i l d u r i n gd i f f e r e n t n e 铆o r km n n i n gm o d e s ，t h eo t h e ri st h r e e p h a s el i n ec a p a c i t a n c e s u n b a l a n c em s v s t e mn e t w o r kf r a m e t h et e s t i n gr e s u l t so ff i e l dw o r kp r o v e dt h a tt h es i m u i a t l o n m o d e l sw e r ec o r r e c t t h i r d l v t h et h e s i sp r e s e n t e dt h r e em e a s u r e s t ol o w e rn e u t r a lu n b a l a n c ev o 胍g e a 惋re s t a b l i s h i n gt h es i m u l a t i o nm o d e l s ，t h et h e s i ss u g g e s t e dt h a tt h eb e s tm e 槲e s h o u l db ea d j u s t i n gp h a s ei n s t a l l a t i o no fc o u p l i n gc a p a c i t o r sb y t h ec o m p a r l s o n0 1t h e i m p l e m e n t a t i o no f t h ed i f f i c u l t y , t h ee f f e c t i v e n e s sa n dc o s t - e f f e c t i v e t h et h e s i sa l s o c a l c u l 纳e dn e u t r a ld i s p l a c e dv o l t a g e sa n dr e s i d u a lc u r r e n t so fa r c e x t i n c t i o n c o i la t v a r i a b l eo p e r a t i o nt a p s ，w h i c hp r o v i d e dn e c e s s a r yd a t af o ra d j u s t i n go p e r a t l o n 协p s o t a r c e x t i n c t i o nc o i l t h et e s t i n gr e s u l t so ff i e l dw o r kp r o v e d t h a tt h es i m u l a t i o nm o d e i s w e r ec o r r e c ta n dt h ei m p r o v i n gm e a s u r ew a se f f e c t i v e f i n a l l u 撒e ra d o p t i n gs u c ht e c h n o l o g y ，n e u t r a ld i s p l a c i n gv o l t a g eo fd a q i n g o i l f i e l dd o w e rn e t w o r kn o ww a sl e s st h a n2 1p e r c e n to fp h a s ev o l t a g e ，t h ed e g r e eo f n e 铆0 r ka s y m m e t r yw a sl e s st h a n1 0p e r c e n t ，a n dt h eo p e r a t i o n r a t eo fa r c - e x t m c t l o n c o i lw a slo op e r c e n t a l lo f t h er e s u l t sa b o v ep r o v e dt h a tt h et e c h n o l o g ye f f e c t l v e l y s o l v e dt h ep r o b l e mo fl o wo p e r a t i o nr a t eo fa r c - e x t i n c t i o nc o i l ，l o w e r e dt h ef a i l u r e r a t eo f n e t w o r k , r e d u c e dt h ed a m a g eo fe l e c t r i c a l p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y m o r e o v e r ，t h e e q u i p m e n t s ，a n de v i d e n t l yi m p r o v e d t e c h n o l o g ya n dt h er e s e a r c hm e t h o d sa r e m e a n i n g f u l f o rt h ed e s i g n0 fe l e c t r i c a l l i n e sa n dt h e 。t 1 e r3 5 k vs y s t e m se a r t h e d t h r o u g ha r c - e x t i n c t i o nc o i l 1 ( e yw o r d s ：3 5 k v s y s t e r n ；n e u t r a l - p 。i n t ；a r c 删i n c t i 。n c 。i l ；u n b a l a n c e0 f 她e - p h a s ev o l t a g e ；n e u t r a ld i s p l a c i n gv o l t a g e ；c 。u p l i n gc 印a c i t o r s 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，也不包含为获得苤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。 学位敝储躲丝主嘲签锢期：砷年事月了日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可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 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：竺轰辟 签字日期彩q 年弓月日 导师签名：黼，f 签字日期：加p 罗年3 月乙日 第一章电力系统中性点接地方式概述 1 1 概述 第一章电力系统中性点接地方式概述 电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可 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 磁环境) 及接地装置等问题的关系十分密切。 电力系统中性点接地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术，具有 理论研究与实践经验密切结合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的 技术基础。 电力系统中性点接地方式主要是技术问题，但也是经济问题。在选定方案 的决策过程中，应结合系统的现状与发展规划进行技术经济比较，全面考虑， 使系统具有更优的技术经济指标，避免因决策失误而造成不良后果。 简言之，电力系统的中性点接地方式是一个系统工程问题。 1 2 中性点接地方式发展简史 在发展初期，电力系统的容量较小，当时人们认为工频电压升高是绝缘故 障的主要原因，即使相电压短时间升高至3 倍，也会威胁安全运行。由于对过 电流的一系列危害作用估计不足，同时对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力 估计过高，所以，电力设备的中性点最初都采用直接接地方式运行。 随着电力系统的扩大，单相接地故障增多，线路断路器经常跳闸，造成频 繁的停电事故，于是，便将上述的直接接地方式改为不接地方式运行。 尔后，由于工业发展较快，使电力容量增大，距离延长，电压等级逐渐升 高，电力系统的延伸范围不断扩大。在这种情况下发生单相接地故障时，接地 电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时，间歇电弧产生的过电压往 往又使事故扩大，显著地降低了电力系统的运行可靠性。 为了解决系统中出现的这些问题，当时世界上两个工业比较发达的国家分 别采取了不同的解决途径。德国为了避免对通信线路的干扰和保障铁路信号的 正确动作，采用了中性点经消弧线圈的接地方式，自动消除瞬间的单相接地故 障；美国采用了中性点直接接地和经低电阻、低电抗等接地方式，并配合快速 继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路。这两种具有代表性的解决办法，对 第一章电力系统中性点接地方式概述 后来世界上许多国家的电力系统中性点接地方式的发展产生了很大的影响。 后来，在中压电网的发展过程中，逐渐形成了两类中性点接地方式，即小 电流接地方式和大电流接地方式。前者包括中性点不接地、经消弧线圈或经高 电阻接地；后者包括中性点直接接地、经低( 中) 电阻和低( 中) 电抗接地等。 而单相接地电弧能否瞬间自行熄灭，是区分大、小电流接地方式的必要和充分 条件。 在这两类六种接地方式中，前者以中性点经消弧线圈接地为代表，后者以 低电阻接地为代表。长期以来，两者互有优缺点，因此在不同的国家和地区均 有了相当的发展。但是，随着时间的推移和科学技术的发展，现在许多情况已 经发生了变化。利用当代的微机、微电子先进技术，伴随着自动消弧线圈和微 机接地保护( 或自动选线装置) 的推广应用，谐振接地方式在保持原来优点的 条件下，克服了缺点，实现了优化，运行特性得到了显著的提升，可以适应当 代负荷特性变化的需要。而低电阻接地方式，虽然用不锈钢电阻器取代了原来 的铸铁材料、物理模拟的零序过电流保护也换成了微机接地保护，但在技术内 涵方面，多少年来没有实质性的进步；而且在快速清除接地故障问题上，还遇 到了新的挑战，运行特性进一步下降，对人身和设备安全等的威胁较前增大。 这样，两者之间的性能投资比差距也就越来越大了。 近几十年来，在飞速发展的社会生产力的推动下，已经形成了遍布世界各 地的强大电力系统。当今世界上已经有了从低压、中压、高压到超高压、特高 压等多种电压等级的电力系统。在不断深化的理论研究和日益丰富的运行经验 的基础上，人们对中性点的各种不同接地方式有了更好的掌握，并进行了创造 性的应用，使当今电力系统的建设发展和安全经济运行均达到了很高的水平。 随着科学技术的进步与生产水平的提高，世界已逐步进入信息社会和知识 经济时代，用户对电能质量提出了新的和更高的要求。中性点接地方式作为理 论与实践相结合的一项应用技术，服务于电力系统的安全运行，可使电力系统 达到更优的技术经济指标。 1 3 中性点接地方式的划分 电力系统的电压等级较多，不同额定电压电网的中性点接地方式也各有特 点，适当地对其进行划分，有助于正确地理解、选择和处理相关的问题。 我国早期的接地技术规程中曾规定，不论电力系统中性点的接地方式 如何，只要单相接地电流或同点两相相接时的入地电流大于5 0 0 a ，则称为大接 地短路电流系统；反之，则称为小电流接地系统。由于此项规定不大合理，所 2 第一章电力系统中性点接地方式概述 以在后来修订s d j 8 - 7 9 电力设备接地设计技术规程时，已被删除。 国外电力系统中性点接地方式的划分各有特点。例如，美国与加拿大根据 自己的国情规定，单相接地短路电流值处在三相短路电流的0 2 5 范围内，为 小电流接地系统；在2 5 1 0 0 范围内，为大电流接地系统；而接地电流大于 1 0 0 并小于1 5 0 时，为非常大电流接地系统。不过，如此划分也存在一些问题。 在中压范围内，我国和许多国家的电网普遍采用小电流接地方式，其单相 故障接地电弧能够自行熄灭，是一个突出的特点，这应当是进行小电流接地系 统范围界定的必要与充分条件。而按美、加的划分方法，势必有一部分单相故 障接地电弧不能自行熄灭的系统也被划分在小电流接地系统之中了。显然，这 个观点是不大合理的。其他一些国家也有类似的划分方法，把单相接地故障电 流为数十安和数百安的系统也划分到小电流接地系统之中了。不言而喻，这同 样是不合理的。 电力系统的中性点接地方式虽然有多种表现形式，但根据上述原则，基本 上可以划分为两大类：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；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。 在大电流接地方式中，主要有：中性点有效接地方式；中性点全接地 方式，即非常有效接地方式。此外，还有中性点经低电抗、中电阻和低电阻接 地方式等。 在小电流接地方式中，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；中性点经高电阻接地方式等。 1 4 不同接地方式系统的基本运行特性 当电力系统中的任何一相发生单相接地故障时，单相接地故障电流的大小 和非故障相工频电压的高低，即所谓的电力系统的基本运行特性。各种中性点 接地方式的电力系统具有不同的基本运行特性。 1 4 1 中性点不接地系统 通常所讲的中性点不接地，实际上是经过集中于电力变压器中性点的等值 电容( 绝缘欠佳时还有泄漏电阻) 接地的，其零序阻抗多为一有限值，而且不 一定是常数。如在工频零序电压作用下，零序阻抗可能呈现较大的数值，因此 零序电流数值较小：而在3 次或更高次谐波的零序电压作用下，零序容抗锐减， 高次谐波电流骤增，有时甚至在正常运行情况下也可引起通信干扰。显然，中 性点绝缘的概念对这一现象就解释不通了，而必须用中性点经容抗接地这一概 第一章电力系统中性点接地方式概述 念来说明了。中性点不接地这一术语虽不理想，但习惯上已被国内外广泛地应 用了多年，因而只要正确理解其物理意义就行了，在本论文中将沿用这一技术 术语。 中性点不接地系统中，实际上中性点是经过一定数值的容抗接地的。接地 程度系数k o 时，对应于过补偿时的情况；当p = 0 时，对应于全 补偿，当p 0 时，对应于欠补偿。 消弧线圈使单相接地故障电流自动瞬间熄灭，主要是基于以下两个要点： ( 1 ) 消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，限制了接地故障电 流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭； ( 2 ) 当残流过零熄弧后，又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值，避 第一章电力系统中性点接地方式概述 免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。 中性点经消弧线圈接地方式，即是在中性点和大地之间接入一个电感消弧 线圈( 手动或自动调谐电感) ，也可采用消弧变压器。从理论上可以这样考虑， 将系统的三相对地分布电容集中在一个( 或几个) 变压器的中性点上，同时与 该集中电容并联一个( 或几个) 调谐电感，对电感值进行调整，使之靠近谐振 点运行。 由于接地故障电流的减小，有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效 应和空气游离等的破坏作用，防止或减小了在故障点形成残留性故障的概率， 使故障点介质绝缘的恢复强度很容易地超过故障相电压的恢复初速度，如此， 接地电弧得以彻底熄灭，补偿电网便在瞬间恢复了正常运行。 该接地方式因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置 动作情况复杂，寻找发现故障点比较难。消弧线圈采用无载分接开关，靠人工 凭经验操作比较难实现过补偿。消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐 振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。消弧线圈能使单相接地电流得到补 偿而变小，这对实现继电保护比较困难。 在中性点经消弧线圈接地系统中，也存在一定的缺陷。 ( 1 ) 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。 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 中性点经消弧线圈接地的系统在某些条件下，会发生谐振过电压。 ( 4 ) 对于以电缆为主的配电网中采用中性点经消弧线圈接地，在发生单相 接地时( 多为永久性故障) ，由于查找故障点时间较长，电缆长时间承受工频或 暂态过电压作用，易发展成相间故障，经常发生来不及找出故障线路，就发生 电缆爆炸的情况。 另外，由于中性点经消弧线圈接地只是减少间隙性弧光接地过电压的概率， 抑制过电压的效果不理想，因此，现在已发展成中性点经消弧线圈并( 串) 电 阻接地。电网中性点经消弧线圈并( 串) 电阻接地的系统中发生单相间歇性弧 光接地时，其故障相恢复电压的上升和过电压的情况同经消弧线圈接地类似， 不管是在消弧线圈两端并联电阻，还是在消弧线圈回路中串联电阻，当第一次 接地电流过零时，在电网对地电容上存储的电荷很快就通过电阻泄放掉了，有 利于电弧的熄灭和降低过电压数值。 中性点经消弧线圈并( 串) 联电阻接地具有明显的优点，既可使高幅值过 电压的概率降低，又可使最大过电压倍数降低，同时接地电流减小。 6 第一章电力系统中性点接地方式概述 目前，随着技术的不断进步，应用于该种接地方式的消弧线圈并联电阻装 置的功能也在不断完善，兼顾了电容电流补偿一定电阻值的电阻。中性点电阻 是耗能元件，也是阻尼元件。当接地电弧熄弧后，系统对地电容中的残荷将通 过中性点电阻泄放掉，不会产生很高的弧光接地过电压。中性点电阻相当于在 谐振回路中的系统对地电容两端并接的阻尼电阻、内部过电压抑制、故障选线、 故障指示等方面功能于一体，能从根本上提高供电可靠性。 1 4 3 中性点经电阻接地系统 中性点经电阻接地方式，即是中性点与大地之间接入，由于电阻的阻尼作 用，基本上可以消除系统的各种谐振过电压。中性点电阻阻值越小，泄放残荷 越快，同时消除谐振的效果越好。 对于中压电网来说，中性点经电阻接地的最初出发点，主要是为了限制电 弧接地过电压。在小电流接地系统的继电保护选择性获得解放之前，也曾藉此 来实现故障线路的自动跳闸。 按限制接地故障电流大小的要求不同，中性点经电阻接地的方式有高电阻 接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式。 在中性点为高电阻接地方式的情况下，为使接地电弧瞬间熄灭，一般说来 单相接地电容电流应不大于l o b ，所以适用范围受到限制，只宜在规模较小的 l o k v 及以下电网中应用。当电网的额定电压较高时，接地电容电流超过限值后， 此种接地方式便不再适用，而需要改变为其他接地方式了。 若改为低电阻接地方式，电网的接地电容电流便可不受限制。可是，由于 此种接地方式的接地故障电流大，由此带来不少的问题和麻烦，如人身安全、 设备安全和通信干扰等均需采取措施，而且运行和维护费用也会相应增加。 中性点若采用中电阻接地方式，接地故障电流一般不应超过2 0 0 a ，最大不 应超过3 0 0 a 。但是，当系统发生高阻接地故障时，零序过电流保护的灵敏度明 显降低，较难保证正确动作，等等。 中性点高阻接地只适用于单相接地电容电流不大于l o h 的系统，适用范围 受到限制，可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压在2 5 u m 及以下， 接地故障可以不立即清除，能带单相接地故障相运行。中性点低阻接地系统的 过电压水平低，接地电流控制在1 0 0 - - , 1 0 0 0 a ，故障定位容易，能够迅速切除接 地故障线路，间断供电，供电可靠下降。为了克服高阻和低阻接地系统的弊端 而保留其优点，而采用中值电阻，接地故障电流控制在5 0 1 0 0 a ，仍保留了过 电压水平低、故障定位容易等优点，但也具有切除接地故障线路间断供电等缺 点。 7 第一章电力系统中性点接地方式概述 但对于以电缆线路为主的配电网中，由于电缆线路受外界环境条件影响小， 瞬时接地故障很少，接地故障一般都是永久性故障。而且，当电缆线路发生接 地故障时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，如不及时跳闸，很容 易造成相间短路，扩大事故。所以，对于以电缆线路为主的配电网的中性点采 用经电阻接地的方式，虽然跳闸次数增加，但综合考虑供电可靠性并未降低。 1 5 本文所做的工作 本文在对中性点接地方式和中性点不接地系统的中性点位移电压理论深入 学习研究的基础上，结合大庆油田电网3 5 k v 系统中性点运行现状，以登峰变电 所为主要研究对象，采用e m t p a t p 电磁暂态程序建立了系统仿真模型，找出了 油田电网短线路耦合电容器对中性点位移电压的影响的理论依据，分析出载波 通讯用耦合电容器在a 、b 、c 三相的不均衡安装是造成系统三相电压不平衡的 主要原因。 随后，结合造成中性点位移电压过高的原因，提出了降低中性点位移电压 的3 种整改方案，通过对实施难度、效果和性价比的比较后得出最佳改善措施 为耦合电容器调相安装，同时也计算了消弧线圈投不同档位时的系统中性点位 移电压和残流，为合理调节消弧线圈的档位提供了必要的数据支持。 最后，通过在登峰等6 座变电所应用该技术，系统中性点位移电压指标长 期不超过2 1 相电压；电网不对称度指标不大于1 0 9 6 ；消弧线圈投运率1 0 0 。 实际运行结果表明：本项技术有效地解决了消弧线圈投入率低的问题，降低了 电网故障率，减少了电气设备的损坏，明显地提高了供电的可靠性。另外，本 项技术和研究方法对电力线路的设计也具有重要的指导意义，对其它3 5 k v 经消 弧线圈接地系统也具有一定的参考价值。 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 2 1 正常运行时的中性点位移电压 中性点不接地系统在正常运行时，其中性点也具有一定的对地电位，这个 对地电位叫中性点的位移电压，也叫做不对称电压u 册，这一电压的产生，主要 是由于导线的不对称排列而使各相对地电容不相等引起的。 设三相对地电容为c 口，c 6 ，c c ，对于中性点绝缘系统，由导线换位不良所造成 的不对称电压u 尸d 推导如下： e ib b 图2 - 1 中性点不接地系统由导线换位不良所造成的不对称电压 根据节点电流： i a + i s + i c = 0 i a = 歹酊。( u p d + u ) i b = j a t c b ( u p d + u b ) i c = j 贰c ( u p o + u c ) u p d = 等等 设三相电源电压平衡，且以u 一为参考量，则 移矗- a 2u 二口2 瓯 u c = a u 一= a u x 式中口相因子，口= 坨旷，口2 = 2 耵 9 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 于是u p d - - - - 等q 芬- 等叽 【，+ 【， ( 2 3 ) 式中：，一，b ，c 系统的三相电容电流； u 一，u 占，u c 系统三相电源的相电压； c 。，c 。，c c 系统的三相对地电容； d p d 中性点不对称电压。 当考虑各相绝缘的对地泄露电阻时，如图所示，不对称电压u p d 的推导是 b 图2 - 2 中性点不接地系统考虑各相对地电容和泄漏电导时的不对称电压 ，4 + i b + i c = 0 并假设三相电压完全平衡，各相泄露电阻彼此相等：屹= ，6 = = ，。得 矽肋：竺竖羔旦i 圣掣u 工 j w ( c 。+ c 6 + c 。) + 二 将式( 2 _ 4 ) 分子和分母同除以万( e4 - 巴4 - c c ) ，得 dpd：一jw(c,+a2q+acc) j w ( c o + c 6 + e ) + 二 ( 2 - 4 ) ( 2 - 5 ) 焉磊1 峥而v o 玑( 2 _ 6 ) l o 一乞一 肋 肋 u u + + u u + + 戤 峨 肋 肪 u u + + u u ，一 妨 u+u+酊 h 鼢 u+c = 4 矗 c rj r ， 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 式中r = ； v 0 - - - - - 等糟网络的不对称度； d = 一网络的阻尼率 搬( c 口+ c 6 + e ) 实际测量表明，具有正常绝缘的架空电网的阻尼率一般不超过3 卜5 ，其 中较小的数值应对应与6 0 1 1 0 k v 电网，较大的数值对应于1 5 ，- - 3 5 k v 电网。当 绝缘积污受潮时，阻尼率可增大到1 0 左右。由此可见当三相对地电容不等时， 即使在正常运行状态，中性点的不平衡电压也不再是零。 2 2 电网的不对称度 电网的不对称度1 ：，。= 等揣，由式( 2 6 ) 看出，它等于在忽略网 络阻尼率情况下的不对称电压和相电压的比值，通常用标么值表示。 当网络的不对称度用标么值表示时，可用最大的一相对地电容( 例如c 。) 作为基准值，于是其他两相的对地电容为 聊z = 芑 m s 专 将，1 2 、m ，代a v o 的表达式，则得 ：咖c 一哪+ _ 2 苦+ 专 q e 刚+ 芑专 ：l + a 2 m 2 + a n 3 ( 2 7 ) = 一 三一， i + m 2 + m 3 如果网络的不对称度，仅由于一相电容减少( 例如c 。) 而引起，那么 鱼：班 e 旦：l 乞 1 l 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 0 。卢! 竺：竺丝：生堕型旦竺二生：旦兰口z ( 2 8 ) v 0 1 - i 忑一2 再丁一2 i 五口 u 6 因此0 。是个向量，其大小由旦；决定，其方向与口：相同，即，如以第一 m + z 相的电压为基准值时，1 ：，。与电容减少的第二相在一直线上；同时因m 恒为正值 且小于1 ，故0 。，与第二相有相反的方向。 如果网络的不对称度是由两相电容作同样减少( 例如c 。、c 。，r c 6 = c c ) 而引起，那么 。：l+gt2m+otn：l+a2m+am+m-mv02 ：一! 二竺 ( 2 9 ) 2 i f 2 1 i i 一2 l + 2 m “叫 v 0 2 也是一个向量，其大小由三；决定，其方向如以第一相的电压为基准 1 + 2 m 值，v 眈与第一相的相电压有相同的方向。 中性点不接地网络，正常运行时，因导线不对称布置所引起的中性点不对 称电压是不高的。例如没有架空地线的3 5 k v 线路，导线按水平位置排列，线间 距离为3 m ，每相每公里对地电容分别为 e = 0 0 0 4 8 3 , u f c b = 0 0 0 4 3 2 t f c c = 0 0 0 4 8 3 t f 所以 = 一= 0 0 0 4 8 3 0 0 0 4 8 3 m ，= = j 3 0 0 0 4 8 3 0 。：盟：一盟：- 0 0 3 5 ，规+ 22 9 当不考虑泄漏电阻时，不对称电压为 痧船：0 0 3 5 u 。：0 0 3 5 望掣：7 0 0 v4 3 1 2 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 2 3 故障情况下的中性点位移电压 中性点绝缘系统当发生一相导线断线，或两相导线同一处断线、或开关动 作不同步，都将使故障相对地电容减少，从而使不对称度有较大的增长，中性 点的位移电压可能达到很高的数值。 例如，系统一相或两相导线完全折断，且假设电容减少到使m = 0 的程度， 则按公式( 2 6 ) 、( 2 7 ) 可以得出不对称度的极限值 1 ：，o l ：旦生：5 0 - 31 ，o l = 2 m + 2 0：l二竺：10002 1 ，= 一= l + 2 m 当不考虑泄漏电阻时，与此对应的不对称电压将分别等于正常相电压的5 0 及1 0 0 9 6 。 2 4 3 5 k v 中性点经消弧线圈接地的位移电压 当消弧线圈投入运行，系统发生单相接地故障时( 如图2 3 所示) 。消弧线 圈可形成一个与接地电流方向相反的电感电流，这个电流与电容电流，c 相互 补偿，使接地处的电流变得很小，从而消除了接地处的电弧。另外，当电流经 过零值而电弧熄灭之后，消弧线圈的存在还可以显著减小故障相电压的恢复速 度，从而减小了电弧重燃的可能性，单相接地故障将自动消除。 b 图2 3 经消弧线圈接地系统发生单相接时的等值图 其中l 是消弧线圈电感，代表消弧线圈有功损耗的等效电阻。当设三相电 源电压完全平衡、各相泄漏电阻彼此相等：乞= r b = t = r ，且以u 一作为参考量 1 3 t帆卜+一 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 时，电网正常运行时中性点的电压u 砂一赢i j n r ( c 五, , + a i 2 c b + ；a , c c ) cc c ) -卒qj 刃k a + b +j i _ + 二+ = d ：一幽2 塑嗥q ( 2 - 1 0 j a r ( c a + c b + c o ) 一主+ 素 式中三r = 寺+ 吾 式( 2 - - 1 0 ) 的分子、分母同除以j a r ( c , + c b + c c ) ，则得 u r2 一 j w ( c , + 口2 c 6 + 口c c ) j w ( c 。+ g + c c ) 等等1 一歹赤r w ( c c c “m二 万( c 口+ c 6 + e ) 。 + g +) 【厂， d 一南峥南u ( 2 1 1 ) 式中：d = r w ( c o + l c 。+ 一c e ) 5 一网络阻尼率； 。：刍! ：鱼! g 一网络的不对称； 。 c 。+ c 6 + c 。 y ：兰三! 兰二兰：竺! 二兰主 j w ( c a + c b + c 。) ，：垡堕全墅垫皇窒睾鎏；婆罂肇里堡里坌塑墨堡堕堂网络的脱谐度等 7 线路全对地电容电流 于负的补偿度p 。 脱谐度还可以写成另外的表达式 ，：兰三! 兰：竺：竺盏i t 小； !斗k _ ，w ( c 。- t - 乙6 + 【一cj巧l l 【，口4 - 【，6 + 【一c j 式中1 1 4 第二章中性点不接地系统的中性点位移电压 l 趾而石丽12碌南2，dit,coc oc bc万2 三(+ g + e )万( + + e )，d c k ：塑罂冀粤望娑塑冀尝网络的调i l l 谐度。 = 一一m r n iu j 口 一 线路全对地电容电流 一。 消弧线圈接地系统正常时中性点电压的大小与补偿度有关，补偿度越小， 中性点电压越高；补偿度等于零，即谐振补偿时，中性点电压最高。因此，为 了保证正常运行时中性点的电压不致过高，必须： ( 1 ) 、避免谐振补偿，因而应尽量在较大的过补偿或欠补偿运行。过补偿 和欠补偿越大，i 纠越大，中性点电压越低。但实际上，过补偿或欠补偿不能选 的太大，否则影响到熄灭电弧的效果。 ( 2 ) 、采用线路换位等措施，以减小三相导线对地电容的不对称度。 从原理上来讲，脱谐度大些，可以减小中性点位移电压。但脱谐度过大， 将导致残余接地电流太大，使得接地处的电弧仍不能熄灭。所以要根据运行经 验合理地选择脱谐度，使得既可以熄灭接地处的电弧，又能防止危险的中性点 位移过电压。 第三章大庆油田电网3 5 k v 系统中性点运行现状 第三章大庆油田电网3 5 k v 系统中性点运行现状 电力行标d l t 6 2 0 一1 9 9 7 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中明确 规定，对于3 k v 1 0 k v 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统的电容电 流不超过1 0 a 时，应采用不接地方式。在3 1 0 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，其单相接地故障电容电流大于1 0 a 时，应采用消弧线圈接地方式。 3 1 油田电网3 5 k v 系统中性点运行方式 大庆油田电网有3 0 座1 1 0 k v 变电所，其中有2 8 座接带有3 5 k v 网络，3 5 k v 线路以短距离架空线为主。为满足载波通讯的需要，通常在某些线路两端装有 耦合电容器。3 5 k v 系统中性点一般均安装了消弧线圈。在实际运行中，根据实 测系统电容电流、中性点位移电压并考虑到系统实际运行方式，具体制定了中 性点采用何种接地方式运行。但在实际运行中，也存在着一定的问题。 3 1 。1 中性点不接地运行 目前，大庆油田电网已有1 3 座1 1 0 k v 变电所的3 5 k v 系统中性点采用不接 地方式运行，见表3 - i 。在表3 - 1 中，除龙虎泡、友谊、庆新等3 座消弧线圈因 系统电容电流小按规定一直未投运过，其它均运行过一段时间，但因各种原因 而退出了运行。奔腾、方晓、赵家泡、宋变、朝阳沟实测电容电流均超过了1 0 a 的规定，已不宜采用中性点不接地方式运行，其中，宋变、朝阳沟电容电流分 别高达2 7 0 5 a 和2 0 6 4 a ，远远超出交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 规定的1 0 a 接地电流最大值，己影响了系统的安全稳定运行和可靠供电。 3 1 2 中性点经手动调匝式消弧线圈接地 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中规定：“中性点经消弧线圈接 地的电力网，在正常运行情况下，中性点长时间位移电压不得超过额定相电压 的1 5 ，消弧线圈应采用过补偿运行方式，其脱谐度一般不大于1 0 ，故障点的 残流不超过1 0 a 。但早期老式手动调匝式消弧线圈大多没有限制中性点位移 电压的措施，为了取得比较好的补偿效果，势必抬高中性点位移电压，甚至超 过规定的1 5 相电压，反过来中性点位移电压过高又制约补偿效果，使脱谐度过 j 6 第三章大庆油田电网3 5 k v 系统中性点运行现状 高。从表3 - 2 中，可以看到脱谐度均在2 0 以上。 表3 13 5 k v