中压电网运行分析与接地保护.doc

中压电网运行分析与接地保护论述在配电网中提高经济运行水平、电能质量的措施。一、提高配电网中经济运行水平电力系统的经济运行主要是确定机组 的最佳组合和经济地分配负荷 ，降低线损。配网线损耗高的原因主要为：无功补偿度较低，配变损耗大，配网负荷很不均衡。在保证配电系统安全可靠运行和电能质量符合标准的前提下，尽量提高电能生产和输送的效率。对运行中的电力设备，要降低损耗，首先必须从合理安排系统运行方式入手，因为这些措施不仅不需要增加投资，而且在降低损耗的技术措施中，是最合理和最经济的。通过适当提高配电网的运行电压，合理组织变压器的经济运行，安排好设备停电检修计划，实行经济调度等措施来加强配电网的运行管理，实现配电网的经济运行，从而达到降低系统损耗的目的。由于输电线路自身存在阻抗和感抗，所以在电能传输过程中产生损耗。输电线路的损耗与导线中的电流平方成正比，与输电线路的运行电压的平方成反比，因此导线的损耗也是可变损耗。1、由于在配电网运行中，一般变压器所供电负荷较大，配电网可变损耗占的比例一般大于50%，因此可以采用以下方法组织配电网的经济运行，适当提高输电网的运行电压水平：适时调整110kv变电所主变分接头档位，以提高35kv、10kv母线电压，且控制在电压合格范围，从而提高配电网运行中的客户端电压水平；加强变电所电容补偿装置的投退，在负荷高峰期，尽量投入电容器，在负荷低谷期，适当退出电容器，使10kv母线电压维持在较高的合格水平。加强对发电厂发电质量的管理，发电厂应以功率因数0.8为标准发电，以提高整个输电网的电压水平。2、加强无功运行管理，提高配电网功率因数：对于运行中的输电网，无功功率在输、配电网中传输，增加了导线的有功功率损耗。而实现无功功率的分层分区就地平衡，不仅可改善电压质量，对提高输、 配电网运行的经济性也有重大作用。线路功率损耗与功率因数的平方成反比，功率因数提高时，输电能量损耗下降。为此应采取以下措施，加强无功管理，可提高输、配电网功率因数，从而减少输、配电网运行损耗。3、变压器经济运行：1）、当负荷小于临界功率时，在供电可靠性允许的情况下，可考虑一台主变退出运行，转为热备用，以减少变压器损耗。因此，可采取以下技术措施，组织变压器的经济运行：对于长期低负荷运行的10kv配网，该变压器可停用，负荷由其他就近变压器转供电；有多台变压器同时并联供电的区域，在负荷低谷期且供电可靠性允许情况下，可减少一台或多台变压器运行；对于大型工业企业，可采用两台容量不同的变压器，将动力及照明电源分开；根据实际的变压器经济运行区域的计算分析，在负荷较低、供电可靠性允许的情况下，对多台变压器并列运行的变电所，可将一台或多台主变退出运行转为热备用。2）、选择适当的配电变压器容量4、合理安排运行设备检修二、提高电能质量1、电压偏差的调整。电力系统电压调整的主要目的是采取各种调压手段和方法，在各种不同运行方式下，使用户的电压偏差负荷国家标准。但由于电力系统结构复杂、负荷众多，对每个用电设备电压都进行监视和调整，既不可能也无必要。电压调整是个比较复杂的问题，因为整个系统每个节点的电压都不相同，运行条件也有差别，因此，电压调整要根据系统具体情况选用合适的方法。发电机调压是各种调压手段中首先被考虑的，因为它不需要附加设备，而是充分利用发电机本身具有发出或吸收无功功率的能力，从而不需要附加投资。但这种方法往往只能满足电厂地区负荷的调压要求，对于通过多级电压输电的负荷，还需要采取其他调压措施才能保证系统电压质量。在无功功率不足的系统中，以往的做法是大量采用并联电容器作为无功补偿设备，目前只是在有特殊要求的场合下才采用静止补偿器与同步调相机。在无功电源充裕的系统中，应该大力推广和采用有载调压变压器，这是在各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段之一。对一些通过多条不同电压等级线路、多级变压器供电的负荷，其高峰负荷与低谷负荷电压损耗的差别已经大到无法仅仅用发电机调压或无功补偿的方法来满足两种运行方式下用户电压的要求了，其结果不是高峰负荷时电压太低，就是低谷负荷时电压过高。在这种情况下，输电系统中的一级变压器或多级变压器，采用有载调压是保证用户电压质量唯一可行的办法。2、谐波的抑制。为保证供电质量，防止谐波对电网及各种电力设备的危害，必须要采取必要的措施来抑制谐波。从谐波的来源来看，抑制谐波主要应从两方面来考虑：一方面是产生谐波的非线性负荷，另一方面是受危害的电力设备和装置。1）、增加可控硅变换装置脉冲数。对整流、换流设备增加可控硅变换装置脉冲数是降低谐波最基本的一种方法。由于谐波电流与谐波次数成反比，所以次数愈高，谐波电流值也就愈小。可见，增加换流装置脉冲数，即可消除较低次谐波，还可减少其产生的谐波的电流。增加换流装置脉冲数的有效方法是利用两台绕组接法不同（Y，y 和Y，d）的变压器二次侧相差为30。的原理，将两台三相6 脉冲全波换流器分别接入上述两台不同接线方式的变压器。这样，就将两组6 脉冲换流器，变成了 12 脉冲换流器。由于 12 脉冲换流器不产生雾次和7 次谐波，所以也就不需要再投资装五次和七次滤波器。2）、改变供电系统的运行方式。适当改变供电系统的运行方式可达到抑制谐波影响的目的。尽可能地保持三相负荷电流的平衡，可减少mp1 次以外的非理论谐波电流。运行中尽量减少变压器空载，改善电网电压质量，坚决避免运行电压过高。载系统参数可能造成谐波共振时，采用倒换系统错开共振点的办法或改变无功补偿容量。在存在较大容量的谐波源负荷的情况下，可采用提高供电电压等级或采用专线供电，如专用一台主变压器对该条线路供电等。3）、 减少发电机产生的谐波。要减少发电机电势中的谐波含量，在电机设计中就要采取多种措施。针对削弱因磁极磁场分布引起的谐波电势的方法有：1）、改善磁极的极靴外形（对凸极机）或励磁绕组的分布范围（对隐极机），使磁极磁场的分布尽可能接近正弦波形；2）、采用Y接法方式消除电势中的3 的倍数次谐波；3）、采用短距绕组削弱高次谐波电势；4）、采用分布绕组削弱高次谐波电势。除磁极磁场分布引起的谐波电势外，由于定子开槽引起气隙磁导不均匀，齿下气隙较小，磁导较大，槽口处气隙较大，磁导较小，从而使电势中有谐波产生，称为齿谐波。对其的削弱方法有：1）、采用磁性槽契或半闭口槽，以减小气隙磁导的变化；2）、采用斜槽削弱齿谐波电势；3）、采用分数槽绕组。4、安装交流滤波器。在谐波源处就近安装滤波器，是在谐波源设备已经确定的情况下防止谐波电流注入电网的有效措施。靠近谐波源吸收谐波电流，是安装滤波器的基本原则。因为，谐波电流进入高压电网后再采取措施，无论在技术上还是经济上都是不合理的。5、采用有源滤波器。有源滤波器利用大功率电力电子器件构造的电力变流装置，向谐波源提供与谐波注入波形相同、 相位相反的补偿电流，以抵消谐波源注入系统的谐波电流。有源滤波器的使用可彻底改变常规无源谐波抑制装置的工作局限性。2. 论述中压配电网中有哪些中性点接地方式、各种接地方式的特点及其与过电压的关系。一、大接地电流系统大接地电流系统，即将中性点直接接地。该系统运行中若发生一相接地故障时，就形成单相接地短路，线路上将流过很大的短路电流，使线路保护装置迅速动作，断路器跳闸切除故障。大电流接地系统在发生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压基本不变，这是它的最大优点。因此在这种系统中的输电设备绝缘水平只需按电网的相电压考虑，较为经济（我国110kV及以上电网较多采用该方式）。中性点直接接地系统缺点也很多，容易发生操作过电压，首先是发生单相接地故障时，不允许电网继续运行，防止短路电流造成较大的损失， 因此可靠性不如小接地电流系统。其次中性点直接接地系统在运行中若发生单相接地故障时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。此时若工作人员误登杆或误碰带电导体，容易发生触电伤害事故。第三，中性点直接接地系统单相接地故障时产生的接地电流较大，对通讯系统的干扰影响也大，特别是当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。二、小接地电流系统1、中性点不接地系统中性点不接地系统，即是中性点对地绝缘。这种接地方式结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资经济。适用于10kV 及以下电压等级的辐射形或树状形的供电网络。中性点不接地系统优点在于发生单相接地故障时，由于接地电流很小，若是瞬时故障，一般能自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，根据安规规定，系统发生单相接地故障后可允许继续运行不超过两小时，从而获得排除故障时间，相对地提高了供电的可靠性。中性点不接地方式缺点在于因其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。由于发生弧光接地时，电弧的反复熄火与重燃，是向电容反复充电过程。容易发生间歇性电弧过电压。2、中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地系统，即是将中性点通过一个电感消弧线圈接地。中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性点不接地系统单相接地时产生电容电流，减少的弧光过电压的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接地故障仍可以继续供电的突出优点，但也存在产生间歇性电弧而导致过电压的危险。当接地电流大于30A时，产生的电弧往往不能自熄，造成弧光接地过电压概率增大，不利于电网安全运行。而消弧线圈是一个具有铁心的可调电感，当电网发生接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。而当电流过零电弧熄火后，消弧线圈尚可减少故障相电压的恢复速度，从而减少了电弧重燃的可能， 有利于单相接地故障的消除。此外，通过对消弧线圈无载分接开关的操作，使之能在一定范围内达到过补偿运行，从而达到减小接地电流。这可使电网持续运行一段时间，相对地提高了供电可靠性。中性点经消弧线圈接地系统的缺点主要在于零序保护无法检出接地的故障线路。当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈须处于过补偿状态，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。其次，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。3、中性点经电阻接地中性点经电阻接地系统，即是中性点与大地之间接入一定电阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压。有一定优越性。另外采用电阻接地方式的变电所当发生一相金属性接地后，非接地相电压上升至系统电压，接地跳开后，三相电压迅速恢复到正常值，接地点电流值由系统电容电流的大小和中性点电阻值共同决定。在发生非金属性接地时，受接地点电阻的影响，流过接地点和中性点的电流比金属性接地时有显著降低，同时，非接地相电压上升也显著降低，零序电压值约为单相金属性接地的一半。由此可见，采用中电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用，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。中性点经电阻接地系统的缺点在与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。此外当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸， 使线路的跳闸次数大大增加，影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。总之，在三相交流电力系统中，采用哪种接地方式要根据电压等级的高低、系统容量的大小、线路的长短和运行气象条件等因素经过技术经济综合比较来确定的，以达到较好的工程效果。3. 论述在配电网中如何进行单相接地故障选线、定位。一、配电网中单相接地故障选线现有的选线方法有稳态分量法、暂态分量法、注入信号法、综合法等方法。其中基于稳态分量的选线方法包括零序电流比幅法、零序电流比相法、群体比幅比相法、五次谐波分量法、有功分量法、能量函数法、最大原理等方法；基于暂态分量的选线方法包括零序暂态电流法、首半波法、小波法、暂态能量法；基于注入法的选线方法包括s注入法、注入变频信号法等方法；综合法包括模糊神经网络法、基于小波包变换的模糊神经网络法、模式识别和多层前溃神经网络法、证据理论法、粗糙集理论法等方法。以往选线采用的检测原理大多基于故障时产生的稳态信号。但是由于稳态信号比较微弱，受外界因素及运行方式影响大，致使在实际的工程应用中难以提取出有效的故障信号。尤其在发生电弧接地故障时，非故障线路与故障线路零序测量电流在某些条件下稳态工频电流几乎为零，某些条件下是稳态工频电流和暂态电流的叠加。由此可见，单纯基于稳态分析的选线方法准确率受到限制。而且，配电网络故障条件复杂多变，如系统中性点补偿度、各条出线长度、故障点位置、过渡电阻大小、短路点电弧的发展等，这些条件的组合，使得在一种故障情况下工作良好的装置，在另一种情况下可能失效因此，小电流接地系统单相接地保护看似简单行，但实践证明是十分复杂的，这也是一些国家不采用中性点非有效接地方式的主要原因之一。但毕竟小电流接系统有着得天独厚的优越性，并在我国及其它国家被广泛采用，探索一种故障判别准确率高的计算方法成为当务之急。小电流接地系统发生单相接地故障时，由于系统对地电容与故障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，此过程包含有丰富的故障信息。当系统发生电弧接地故障时，每起弧一次均有暂态分量出现且其零序高频衰减电流幅值很大，容易被测量。1、基于暂态分量的选线方法1）、零序暂态电流法。对于放射形结构的电网，暂态零序电流与零序电压的首半波之间存在着固定的相位关系。在故障线路上两者的极性相反，在非故障线路上两者的极性相同，由此可以检测出故障线路。这种方法可用于经过渡电阻接地。弧光接地等情况，但在电压过零短路时，暂态过程不明显，此法不适用。2）、首半波法。当故障发生在相电压接近于最大值瞬间时，暂态电容电流比暂态电感电流大很多，所以说故障初期，电感电流和电容电流是不能相互补偿的，其暂态接地电流的特征主要是由暂态电容电流的特征所决定。零序电流和零序电压首半波之间也存在着固定相位关系，对于放射性结构的电网而言，故障线路两个零序量极性相同，在非故障线路上两者极性相反。首半波法的原理基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。发生接地后的第1个半周期，故障线路零序暂态电流与正常线路零序暂态电流极性相反。但当单相接地故障发生在电源电压过零时，电流的暂态分量值很小时，易引起极性误判。3）、小波法。小波变换是一种信号的时间频率分析方法，是一种窗口大小固定不变但形状可以改变，时间窗口和频率窗口都可以改变的时频局部化分析方法。小波变换的极大值检测法是多尺度边缘检测，多尺度边缘检测是在不同尺度上先对信号进行平滑，再由光滑信号的一阶导数检测信号突变点。由小波变换的极大值检测法可知，当信号出现突变时，其小波变换后的系数具有模极大值，而且极性与信号的突变方向相同。应用小波变换对采集到的故障信号进行数据处理，求得各线路上零序电流的小波变换模极大值特征。选择合适的小波系数阈值，如果某线路Li上零序电流的小波模极值大于其它线路上零序电流的小波模极值，并且同一时刻线路Li上零序电流的小波模极值极性与其它线路相反，可判断Li为故障线路；如果各线路上零序电流的小波模极值极性都相同，则为母线故障。小电流接地电网单相接地故障等值电路是一个容性通路，故障的突然作用在电路中产生的暂态电流通常很大；特别是发生弧光接地故障或间歇性接地故障的情况下暂态电流含量更丰富，持续时间更长。小波选线方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的电网都适用；特别适应于故障状态复杂。故障波形杂乱的情况，与稳态量选线方法形成优势互补4）、暂态能量法。为了有效减小测量误差和电流互感器不对称等因素的影响，定义每条线路的零序暂态能量增量为单相接地故障前后的中性点电压和线路零序电流的差值乘积在一个工频周期内的积分。监视中性点电压发现单相接地故障发生后，分别计算各条线路的暂态能量增量。如果某一条线路的暂态能量增量为负数，并且绝对值最大