10KV配电网中性点接地方式分析及选型设计.doc

10KV配电网中性点接地方式分析及选型设计摘要电力系统中性点的接地方式一般是指供电端或者配电端电力变压器中性点的接地方式，中性点接地方式涉及电网的安全性、可靠性、经济性；同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、过电压水平及继电保护方式、通讯干扰等。目前，我国的配电网主要采用消弧线圈接地方式或者小电阻接地方式，部分地区也采用中性点直接接地或不接地运行方式，但是随着科学技术的进步以及人们对电力系统研究水平的提高，中性点消弧线圈接地方式和小电阻接地方式的优势越来越显著。所以在进行配电网建设时，越来越多的考虑使用这两种接地方式。本文就配电网中性点的接地方式着重对消弧线圈接地方式和小电阻接地方式做了详细的说明。在文章中首先列举各种接地方式的优缺点及适用环境；其次，对10KV配电网的运行特点与中性点接地方式进行简单说明；第三，详细分析、比较消弧线圈接地方式和小电阻接地方式；最后进行实例选型设计。关键词：中性点接地方式；配电网；电容电流；消弧线圈接地；小电阻接地；供电可靠性10KV distribution network neutral point grounding mode analysis and designABSTRACTPower system neutral point grounding generally refers to supply-side or the distribution side power transformer neutral point grounding, neutral grounding grid involving safety, reliability, economy; also directly affect the system equipment insulation level choice, over-voltage protection level and manner, communication interference.At present, Chinas distribution network mainly uses the arc suppression coil grounding or low resistance grounding method is also used in parts of the neutral point directly grounded or ungrounded operation mode, but with the advancement of science and technology and peoples level of research on the power system increase, the neutral point arc suppression coil grounding methods and the advantages of low resistance grounding means more and more significant. Therefore, in the distribution network construction, more and more ground to consider using these two methods.This paper distribution network neutral point grounding focuses on the arc suppression coil grounding and low resistance grounding way to do a detailed description.First, in the article cited advantages and disadvantages of various grounding for the environment; Secondly, the operating characteristics of 10KV distribution network and neutral grounding briefly described; Third, detailed analysis, comparing the arc suppression coil grounding and small resistance grounding; Finally, examples of type design.Keywords: Neutral grounding;distribution network;capacitive current;arc suppression coil grounding;low resistance grounding;supply reliabilityI目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1研究的背景和意义11.2国内外研究现状21.2.1国外配电网中性点接地发展和现状21.2.1.1世界主要国家和地区的中性点接地方式21.2.1.2法国电网20KV中性点接地方式的选择31.2.2国内配电网中性点接地方式发展和现状31.3本文主要工作42 配电网的中性点接地方式52.1中性点接地方式的比较52.1.1中性点不接地方式52.1.2消弧线圈接地方式52.1.3小电阻接地方式62.1.4 中性点直接接地62.2影响选择配电网接地方式的因素72.3本章总结93 中压配电网的运行特点104 消弧线圈接地方式114.1概述114.2相关计算及说明124.3 自动跟踪式消弧线圈主要作用及原理分析144.3.1 消弧线圈可以减少故障点接地电流144.3.2 消弧线圈可以减缓恢复电压上升速度154.3.3 消弧线圈可以降低过电压幅值164.4 消弧线圈自动调谐装置174.4.1 结构174.4.2 运行原理174.5 本章总结及补充185 小电阻接地方式195.1小电阻接地系统简介195.2小电阻接地系统电阻值的选择215.3小电阻接地系统分析215.4小电阻接地系统的评价225.4.1供电可靠性225.4.2有利用降低谐振过电压235.5保护方式的采用235.6本章总结236 茅坪变电站10KV电网中性点接地方式选择241.1 茅坪变电站10KV电网基本情况246.2 根据参数计算电容电流并选择接地方式256.3 消弧线圈参数计算266.4 全补偿情况下消弧线圈串联电阻器的选取276.5 对串联电阻的控制286.6 本章总结297 结论与展望30参考文献31致谢33华北电力大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1研究的背景和意义我国电力系统常用的接地方式有四种：中性点直接接地、中性点经消弧线圈（消弧电抗器）接地、中性点经电阻器接地、中性点不接地。其中，中性点经电阻器接地，按接地电流的大小又可分为高阻接地和低阻接地。在我国国家标准电工名词术语中，又可以把上述四种接地方式归结为三类接地系统，即中性点有效接地系统、中性点非有效接地系统和谐振接地系统。中性点直接接地或经一低阻抗接地的系统，称为有效接地系统；中性点不接地、经高阻抗接地或谐振接地，称为中性点非有效接地系统；中性点经消弧线圈（消弧电抗器）接地，称为谐振接地系统。国内110KV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式（在实际运行中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采用不接地方式），这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。635KV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。主要可分为以下三种：不接地、经消弧线圈接地及经电阻接地。中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压等级应用较为普遍，其均为中性点非有效接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是大量采用电缆线路，使得系统单相接地电容电流不断增加，严重可导致电网内故障扩大。我国电气设备设计规范中规定35KV电网如果单相接地电容电流大于10A，3KV10KV电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而城市电网规划设计导则（施行）第59条中规定“35KV、10KV城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。目前，接地方式的改进在实际应用中效果并不理想，各种方式均未得到大范围推广，以致仍然主要通过视配电网的具体情况来选取合适的接地方式来保证配电网的安全可靠运行。电力系统的中性点接地方式不仅是一个系统工程问题，它涉及的专业范围广，是电力系统安全，经济运行的重要技术基础；也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，通讯干扰及接地装置等问题有密切的关系。在选定方案的过程中，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，避免因为决策失误而造成不良后果。1.2国内外研究现状1.2.1国外配电网中性点接地发展和现状1.2.1.1世界主要国家和地区的中性点接地方式对于配电网的中性点接地方式问题，世界各国有着不同的观点及运行经验，因此世界各个国家，甚至一个国家的不同城市中，配电网的中性点方式都不完全相同，主要是根据各自的运行经验和传统来确定。（1）前苏联和东欧前苏联规定在下列情况下采用中性点不接地方式：6KV电网单相接地电容电流小于30A；10KV电网单相接地电容电流小于20A；1520KV电网单相接地电容电流小于15A；35KV电网单相接地电容电流小于10A。如果单相接地电容电流超过上述各值，则需采用中性点经消弧线圈接地方式。实际上，为提高供电可靠性，前苏联和东欧配电网基本均采用消弧线圈接地方式。（2）西欧地区德国在世界上首先使用了消弧线圈，德国在1916年发明了消弧线圈，并于1917年在德国Pleidelshein电厂投运至今，已有87年的历史，运行经验表明，其广泛适用于中压电网，在柏林市的30KV电网中，共有电缆1400km，其电容电流高达4KA，也采用了消弧线圈接地方式。英国66KV电网中性点采用经电阻接地方式，而对33KV及以下由架空线路组成的配电网正在由大电流接地方式改为经消弧线圈接地方式。法国从1962年开始将城市配电网电压定为20KV，其中性点采用电阻或消弧线圈接地方式。法国电力公司在90年代通过现场试验和运行考验后做出决定，将全部配电网中性点改为消弧线圈运行方式。意大利中压配电网中性点主要采用不接地方式，2000年以来实施谐振接地改造工程，已有25%的变电所完成改造。采用可调消弧线圈后，接地故障引起的供电中断减少50%以上。采用固定调谐消弧线圈，接地故障引起的供电中断减少26%以上。由于西欧近几年来电力增长缓慢，为提高供电可靠性，趋于采用消弧线圈接地方式。（3）北美地区北美地区自20年代中期至40年代中期，2277KV电网中采用中性点直接接地方式约占71%。之前很少采用消弧线圈，原因是北美在历史上过高的估计了孤光接地过电压的危害性。1947年以后，采用消弧线圈的接地方式才有了长足发展。（4）日本日本在二战前情况与德国相同，电力系统的中性点主要采用消弧线圈接地方式。二战后，由于美国电力设备逐渐占领日本市场，直接接地等大电流接地方式开始占据主导。后来，情况发生显著变化，中性点经消弧线圈接地和不接地方式有了很大发展，逐渐占据主导地位。1.2.1.2法国电网20KV中性点接地方式的选择从1960年开始，法国将20KV定为其中压电网的唯一标准电压，并决定逐步将法国电力公司全部中压电网改造为20KV电网，经过几十年的努力，法国电网的20KV改造已经基本完成。法国电力公司在上世纪九十年代以前，所遵循的方针是六十年代制定的，当时是为满足架空线电网的特性要求而设计的，所制定的方案为：中压电网（主要是架空线电网）中性点经低电阻或低电抗接地。对于大城市的电缆网络，接地故障电流限制到1000A；对所有其他中压电网限制到300A。但是到上世纪八十年代，法国配电网的实际情况发生了一些变化，具体有以下方面：1）法国六十年代的方案主要是为满足架空线电网的特性要求而制定的。近来由于地下电缆的显著增加和对用户提供电能标准的提高等，必须控制接地故障期间的接地电流水平。2）用户负荷特性发生了变化，对供电的连续性和可靠性要求越来越高，同时增加了对供电标准的敏感性要求。3）IEC国际标准在绝缘配合方面进行了改造。基于上述原因，六十年代方案的中性点低阻抗接地已不能适应配电网发展的需要，必须选择其他更为合适的中性点接地方式以提高供电的连续性和供电质量。为此，从上世纪八十年代末开始，经过一系列的研究和论证，法国电力公司决定对法国中压配电网中性点接地方式进行改造，并进行了很多中性点消弧线圈接地的试验和运行。法国电力公司最终认识到，电力企业如果希望在安全供电和电能质量方面要获得重大改进，从而取得显著的经济效益，则必须认真考虑将低阻抗接地方式全部改为消弧线圈接地方式。目前，法国农网以架空线为主的网络，为提高供电安全性和连续性，中性点接地方式由小电阻接地方式逐步改为消弧线圈接地方式，而城网以电缆为主的网络，大部分为中性点小电阻接地方式。1.2.2国内配电网中性点接地方式发展和现状建国初期至上世纪80年代，我国完全参照了前苏联的规定，对366KV电网中性点主要采用不接地和经消弧线圈接地方式。上世纪80年代中期，部分沿海地区对中性点接地方式问题不够了解，从国外购进了一些低绝缘水平的电力电缆，不能直接投入我国配电网的运行，于是有些单位开始了试点，引入了中性点经低电阻接地方式。从1987年开始，广州部分变电站为了满足10KV电缆较低的绝缘水平，采用了低电阻接地方式；随后，我国城市10KV配电网中电缆线路逐渐增多，电容电流相继增大，低电阻接地方式有所发展，深圳根据其10KV配电网电缆不断增加的实际情况，从1995年开始实施10KV配电网中性点采用低电阻接地方式的工程；天津电缆网络比较多，过去以消弧线圈接地为主，现在对35KV电缆网络试行低电阻接地方式。自1996年至今，苏州工业园区，其配电网采用20KV供电，全部为电缆线路，中性点也采用低电阻接地的运行方式。上海在上世纪90年代对35KV配电网采用低电阻接地的运行方式。目前，浙江配电网中大多数采用消弧线圈接地方式，中性点不接地运行方式主要存在于农网中。经小电阻接地的运行方式在浙江的配电网中还无实际运行的情况。1.3本文主要工作由于目前我国城乡配电网的建设和改造工作日益加速，中性点接地方式的选择，正面临着发展方向的决策问题，配电网的建设和改造必须结合实际情况进行，本文对配电网中性点接地方式的分析和选择做了一些说明。论文的主要工作如下：（1）说明各种中性点接地方式的特点；（2）举一例子简单介绍10KV中压配电网的运行特点；（3）了解消弧线圈的作用，说明消弧线圈的工作原理，明确消弧线圈自动调谐的重要性；分析小电阻接地，说明小电阻的选配原则；（4）以茅坪110/10KV变电站为实例，完成中性点接地的选型设计。2 配电网的中性点接地方式我国的配电网中性点接地方式有多种选择，具体选取哪种接地方式用根据实际情况决定。本章只对各种中性点接地方式作简要分析。2.1中性点接地方式的比较2.1.1中性点不接地方式中性点不接地系统实现起来很简单，只需在中性点处不加任何装置。这种方式适用于单相接地故障电容电流低于10A以下的线路，以架空线路为主，尤其是农村10KV配电网。当这种接地方式发生单相接地故障时，其线电压维持不变，只是相电压升高倍，而且故障相电流仅为电容电流且小于10A，所以不会影响设备的继续运行。当发生单相接地故障时，故障点电弧可以自熄，线路不跳闸，只报异常信号，可带故障运行一段时间，以保证供电连续性且对通讯的干扰也比较小。由于发生单相接地故障时，非故障相电压会升高至线电压，因此对电气设备绝缘要求较高，一般都按线电压等级设计。在电容电流大于10A的情况下，极容易产生过电压等级相当高的间歇性弧光接地过电压，且持续时间较长，危及网内绝缘薄弱设备，继而引发两相接地故障，引起停电事故。采用中性点不接地运行方式，其防雷性能和防内过电压性能较差，易产生中性点不对称电压，影响电能质量，容易损坏电气设备，且容易发生危及用户人身安全的触电事故。随着我国电力产业的扩大发展，电网结构也日趋复杂，特别是电力电缆越来越多的被采用，电网的单相接地电容电流不断增大，中性点不接地方式已难以适用。所以应根据实际情况重新选择配电网的接地方式。2.1.2消弧线圈接地方式在电网中性点与大地之间接入消弧线圈，即为消弧线圈接地方式，采取此种方式时，当电网发生单相接地故障时，其电容电流会得到有效补偿，这样就可以不使电弧重燃，以减少事故的发生。消弧线圈接地方式适用于单相接地故障电容电流大于10A，瞬间性单相接地故障较多的架空线路为主的配电网。其特点为： （1）利用消弧线圈的感性电流补偿接地点流过的电网容性电流，使故障电流10A，电弧自熄，熄弧后故障点绝缘能够自行恢复； （2）减少系统弧光接地过电压的概率；（3）线路发生单相接地时，可不立即跳闸，根据规程规定电网可带单相接地故障运行2小时； （4）消弧线圈无法补偿谐波电流，在某些谐波电流所占比重较大的场所中，消弧线圈很难起到作用；（5）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必须处于过补偿状态，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；（6）目前运行的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍然会出现弧光不能自灭及过电压问题。2.1.3小电阻接地方式小电阻接地即为在电网中性点与大地之间串联一个小电阻来泄放熄弧后半波的能量，使得中性点电位降低，故障相的恢复电压上升速度也减慢，从而减少电弧重燃的可能性，抑制电网过电压幅值。中性点经电阻接地适用于瞬间性单相接地故障较少的电力电缆线路。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。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。它有以下特点： （1）能将单相接地时的异常过电压抑制在运行相电压的2.8倍以下；（2）继电保护简单。当发生单相接地故障时，零序保护动作，可准确判断并快速切断故障线路； （3）可有效降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压不升高，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； （4）有效地限制弧光接地过电压，当电弧熄灭后，系统对地电容中的残余电荷将通过接地电阻泄放掉，下次电弧重燃时，不会叠加形成过电压； （5）可有效消除系统内谐振过电压，中性点电阻接地相当于在谐振回路中并接阻尼电阻，试验表明，只要中性点电阻1500，就可以消除各种谐振过电压，电阻越小，消除谐振的效果越好； （6）对电容电流变化的适用范围较大，简单、可靠、经济；（7）系统运行维护简单，是多电源、超大城市的入选方案。2.1.4 中性点直接接地我国110KV及以上高压系统和0.38KV低压系统一般采用大电流接地系统，即中性点直接接地方式，中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，通过大地形成回路，就形成单相短路。发生单相故障时非故障相电压不会升太高，暂态过电压水平也较低，故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。大电流接地系统产生的过电压最低，因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。但是大电流接地系统在发生单相接地时所产生的大电流对通讯系统的干扰影响很大，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，会对通讯造成干扰。2.2影响选择配电网接地方式的因素影响选择配电网接地方式的因素有很多，本章节主要说明以下几种。1.供电可靠性供电可靠性是对电力系统的主要要求之一。提高供电可靠性，通常采用提高网络中各元件和用电设备元件可靠性的途径。在其他条件相同时，供电可靠性只取决于电网中性点的工作方式。目前，我国中压电网的城市工矿企业的666KV送配电网络中的中性点多采用不接地方式或消弧线圈接地方式。近十年来在城网和少数的工矿企业送配电网络中也采用了电阻接地系统。近年来国内兴起的自动跟踪消弧系统接地方式，可以自动清除95%以上架空线路和电缆线路接地故障，对发生在该系统中的瞬时故障，也能达到记忆和追踪的目的。在少数城网和企业中也采用了电阻接地系统，其继电保护的设计要求应是使其线路保护装置无论对何种故障都能将故障线路从系统中断开。总之，要具体问题具体分析，设计者要根据实际情况设计中性点的接地方式来达到保证可靠性的目的。2.安全因素安全因素是选择中压电网接地方式时的一个重要因素。因为它涉及到人生安全、设备安全和企业安全等问题。（1）人身安全根据国际大电网会议上提供的数据，小电阻接地方式与谐振接地方式的死亡比率是16比1；烧伤比率是12比1，也就是说，小电阻接地方式的伤亡比率要比谐振接地方式高得多。究其原因，发现与人的生理有关。我国规定的人身安全电流极限是30mA，而西欧、日本、前苏联等国家均采用25mA，其科学依据是考虑人的心脏对电流存在敏感相位。如果电流持续0.2s通过心脏，则心脏对电流最敏感，只要数十毫安电流，即可引起心室颤动，造成人员死亡。而任何保护装置及断路器动作时间均大于此值，故希望通过减少动作时间的手段来实现人身安全问题，估计在大多数情况下难以实现。所以把通过故障点的电流值降下来，才是实现人身安全的可行方式，这就要使用合理的接地方式。（2）设备安全中性点接地方式与置于网络中的各类电气设备安全与否密切相关。对中性点不接地系统，其系统的相间短路是通过相关导体对地电容形成通路，其电流值等于非故障线路导体对地电容电流的总和；对谐振接地系统，其中性点通过消弧线圈（消弧电抗器）接地，其感抗值与输电线路的对地电容的容抗值相差甚小，线路对地间的分布电容电流由消弧线圈产生的电感电流来补偿，从而使电弧很小或熄灭。偶然的接地故障是不可避免的，是否引起电气设备故障或火灾，直接与通过接地点的故障电流大小有关。其中，中性点电阻接地方式是通过中性点电阻器，把接地电流限制在能使断路器可靠动作的范围之内，其故障电流的大小取决于中性点电阻器和故障点处阻抗值的大小。最大接地电流只在靠近电源变压器处发生，在此种条件下，这种接地方式会给电气设备造成很大损坏。（3）企业安全工业企业的安全生产与其供电系统的供电可靠性密切相关。各类企业产品生产的工艺流程对供电的连续性要求不尽相同。在某些企业中，瞬间断电将使产品出现不合格的情况，可能会带来巨大损失。因此，在选择网络接地方式时，必须考虑企业的安全生产。3.不正常电压危害在非有效接地系统中可能出现的过电压要比有效接地系统的过电压略高些，如果采用自动调谐系统，可使过电压值相差无几。对于中性点不接地系统，当一相发生接地故障时，会使得其他两相的相电压升高倍，这样的话就会让绝缘承受更高的电压值，有可能影响绝缘寿命，严重时可导致绝缘损坏。而有效接地系统中出现的过电压值比较低，不大可能损坏设备或绝缘，因此，在设计规划网络接地系统时，要密切关注不同接地方式所产生过电压的出现几率。4.过电压因素这一因素是选择系统接地方式时的重要因素。由于在电网中性点上接有消弧线圈，尤其是在近年来广泛使用了具有自动跟踪补偿功能的消弧系统之后，可以抑制谐振接地系统的弧光接地过电压、配电变压器高压绕组接地过电压、铁磁谐振过电压，甚至完全消除。断线谐振过电压与消弧线圈的运行状态有关，在过补偿与全补偿的状态下，也不会对设备产生危害。在有效接地方式中，各种过电压值都比较低，这是此种接地方式的显著优点。5.高电位转移高电位转移即为高压系统接地故障产生的高电位向低压侧转移，在具有谐振接地或电阻接地的发电厂、变电站通常存在这种危险。国际电工委员会标准和我国国家标准中规定其为考虑接选择接地方式时的重要因素。6.继电保护的选择性和灵敏性通常有效接地系统中继电保护的灵敏度和选择性比较好，而非有效接地系统中的接地保护，从前是一个难点，但随着近代科学技术的日臻完善，适合于非有效接地系统的保护装置已经发明出来，解决了保护的难题。现在，各种接地方式所用的保护装置已经广泛应用于实际中。7.电缆的投资费用根据国际国内电缆标准规定和运行实践，谐振接地和电阻接地都可以采用I类电缆。8.工作接地网的建设投资在发电厂和变电站中，工作接地和保护接地共用一组接地装置和接地网。但由于电阻接地方式的接地电流较大，所以用于地网建设的投资就比其他方式昂贵得多，因此也将工作接地网的建设投资作为选择接地方式的的因素。9.电弧重燃条件在不接地系统中，电弧的起弧、重燃或振荡的接地故障，在某些情况下能产生高达6倍于正常电压的冲击电压。产生这种结果的必要条件是在每次电弧熄灭之后要比前一次电弧熄灭之后以更高的速率建立起电弧通道的电介质强度。但是这种现象不会出现在采用消弧线圈接地方式的系统中，另外在采用电阻接地的系统中，由于电阻器的存在破坏了每次起弧或重燃后的任何高频振荡和减少电位偏移，也能抑制这种现象的出现。10.供电系统的选择在工程设计中，对一级负荷习惯采用双回路或多回路供电系统。对于谐振接地方式，双回路或多回路供电能保证供电可靠性和连续性是毋庸置疑的，所以一些重要的工业用户企业愿意采用这种接地方式。但对于城网和采用低电阻接地方式的用户企业，双回路或多回路供电可靠性和连续性，要看系统中的故障定位、隔离和自动恢复供电手段的灵敏度、可靠性高低而定。总之，系统供电可靠的保证需要各方面的协调配合。11.对通信、弱电设备的影响中性点接地方式的不同，对通信和弱电设备的干扰程度亦不同。例如，中性点谐振接地方式中，其零序阻抗接近于无穷大，对通信设备、线路和弱电设备的干扰以电容耦合为主；而中性点有效接地方式对通信设备、线路和弱电设备的干扰以电磁耦合为主。可见两者的差别。随着一些高科技技术元件的发明，有的对干扰也越来越敏感，所以在配电网设计和中性点选择中必须要考虑对通信、弱电设备的影响。12.基建费用中性点接地方式不同，其所用的基建费用也会不同，这是不言自明的。单纯比较中性点所用的装置费用而断定某一种方式比另一种方式便宜是不全面的，应该综合考虑一、二次设备和接地网综合费用。2.3本章总结在本章中，简单介绍了各种中性点接地方式的特点以及影响中性点接地方式的因素，让读者对关于中性点接地问题的产生初步认识。3 中压配电网的运行特点10KV中压配电网的运行特点是一个十分复杂的研究范畴，本章仅以中压配电网采用中性点不接地方式为例，对其特点进行简单分析。10KV电力系统采用中性点不接地运行方式（如图3-1），各相线与地之间的分布电容相等，三个相等的分布电容公共端接地，组成星形对称电容型电路。图3-1 中性点不接地系统示意图L1,L2,L3三相对地电压与分布电容的端电压相等，而分布电容的端电压为相电压，所以正常工作时，L1，L2，L3三相对地的电压即为相电压/（为线电压）。分布电容中的电流,也是对称的三相电流，其相量和为零，一相大小为/(*)（为分布电容的容抗）。由于电流相量和为零，这时没有电流在地中流动。当一相接地时，例如L3相接地,L3相对地的电压为零，对地的分布电容消失，未接地的L1,L2两相对地电压为： =-。 （3-1）=-。 （3-2）由式子（3-1）（3-2）看出，L1和L2的值由相电压升高为线电压，L1,L2两相的电容电流也升高为原来的倍，L3相的电容电流为零，总接地电容电流为+，其大小是正常时一相电容电流的3倍。该电流在地中流动，称为零序电流，所以可以利用它作单相接地保护。由以上分析知：正常运行时，中性点不接地系统三相对地的电压均为相电压/V，三相电容电流的相量和为零，无电流在地中流动。一相接地后，未接地的两相，对地的电压由相电压升高为线电压，接地电流为正常运行时每相电容电流的3倍，但三相系统的相电压与线电压仍然是对称的，大小与相位并不变化，三相系统仍可正常工作。但由于未接地相对地电压升高了，危害线路的绝缘，为防止另一相再接地而引起短路事故，因此应在一定时间内排除单相接地故障。4 消弧线圈接地方式4.1概述采用中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电感线圈（如图4-1），在系统发生单相接地故障时，利用线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围。其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式提高了系统供电的可靠性。图4-1 中性点经消弧线圈接地电网的等值接线图消弧线圈实际上是一个具有铁芯的电抗器，接入消弧线圈的电网也称为补偿电网，根据消弧装置不同的补偿方式可分为自动跟踪补偿方式和非自动跟踪补偿方式。由于前者有着后者无法比拟的优点，并且非自动跟踪补偿方式已经无法适应电网的要求，所以在新建、扩建项目中都采用自动跟踪补偿方式，而且在现有工程中的非自动跟踪补偿方式也正在逐渐被自动跟踪补偿方式替代。根据对电网中性点不对称电压的计算，国内外自动跟踪消弧装置都采用另外串联或并联一电阻器的方式（如图4-2,4-3），其作用之一就是防止在脱谐度较小时产生的电压位移对绝缘的损坏。 图4-2 消弧线圈串联电阻器方式图4-3 消弧线圈并联电阻器方式4.2相关计算及说明在认识消弧线圈的作用原理前，先对总的接地电流和中性点位移电压进行计算说明，以便为后续打下基础。图4-4是采用消弧线圈接地的电网发生A相接地故障等值接线图（未并联电阻器）。假设其中各相对地电容都为为C；对地电阻都为r。为接地点的过渡电阻，为消弧线圈有功损耗电阻。为故障相电压。图4-4 接入消弧线圈的补偿电网发生A相接地故障等效图图4-5 图4-4的等值电路图并联电阻值为： （4-1）接地电流值为： （4-2）中性点位移电压值为： （4-3）当消弧线圈并联一个电阻时，此时的，用替换式（4-1）（4-2）（4-3）中即可。当消弧线圈串联一个电阻时，此时，用和替换式（4-1）（4-2）（4-3）中和即可。4.3 自动跟踪式消弧线圈主要作用及原理分析当电网中性点接入自动跟踪补偿的消弧装置之后，有三种作用：（1）大大减少故障点的接地电流，在投入宽带补偿装置之后，还可以使接地故障点的接地电流降为零； （2）减少电弧熄灭瞬间故障点恢复电压上升速度，使其不易发生电弧重燃； （3）降低单相接地故障引起的过电压幅值。下面就开始对每种作用原理作简要说明。4.3.1 消弧线圈可以减少故障点接地电流图4-6假设=0,图4-5就可以简化为等值电路图4-6。由上图得出流过消弧线圈的电感电流为，电容电流为，根据公式可以看出电感电流和电容电流相位相差，所以就可以减少流过故障点的电流。当时，则，称为全补偿，此时脱谐度；当时，则，称为欠补偿，此时脱谐度；当时，则，称为过补偿，此时脱谐度。虽然采用消弧线圈接地可以起到熄弧的作用，可是电感电流只能对基波电容电流进行补偿，而对电阻性电流和高频电流却无能为力。为了消除电阻性电流和高频电流，可以安装宽带补偿装置，该装置可实现对电阻性电流和高频电流的全补偿，因此，可实现流过接地点的电流为零。4.3.2 消弧线圈可以减缓恢复电压上升速度如图4-7所示，流过开关K的电流即代表残余电流。当电弧熄灭时，就可以看做开关K打开，此时a,b之间的电压就相当于弧隙的恢复电压。图4-7a点的电压取决于电网A相电压的变化情况，设熄弧时该相的初始角为，电源电压最大值为，则 （4-4）；b点电压按振荡衰减的规律变化，即 （4-5）；其中所以恢复电压为 （4-6）；又因为，带入上式得最后将指数形式变成代数式，就得到（4-7）。从式（4-7）中就可以看出当变化时，也随之变化，所以只要减小值就能减小。4.3.3 消弧线圈可以降低过电压幅值图4-8 过电压增长倍数与补偿脱谐度的关系曲线（a-过补偿工况，b-欠补偿工况，内部过电压，相电压）从图4-8 看出，当脱谐度在（-5%，5%）范围内变化时，内部过电压的增长倍数为2.8到3.3倍的相电压，所以只要把握好脱谐度，就可以控制过电压幅值的大小。（取决于振荡频率、线路长度故障点与电源间的相对位置和回路阻抗，一般=0.8）4.4 消弧线圈自动调谐装置消弧线圈自动调谐装置可实现自动跟踪系统运行的电容电流，自动调节消弧线圈的分接头，达到使系统得到电感电流补偿的最佳要求。当系统发生接地故障时，能够立即自动投入，及时消除接地故障，对抑制间歇性弧光过电压及由于电磁式电压互感器饱和而产生的谐振过电压、降低线路的事故跳闸率、减少人身伤亡及设备的损坏都有明显的作用， 从而减少电网运行中的安全隐患， 是电力设备的安全和系统稳定运行的重要保障。4.4.1 结构消弧线圈自动调谐装置主要由接地变压器、有载消弧线圈、微机调谐器、阻尼电阻箱等部分构成。（1）接地变压器当10KV配电网的主变压器低压侧绕组为接法，无法将中性点引出时，需要用接地变压器将10KV系统的中性点引出（如图4-2），之后再与消弧线圈装置连接。（2）有载消弧线圈有载消弧线圈是一个带有铁芯的电感线圈，为了通过调整分接头的位置来改变消弧线圈的电感量，通常设有多档位分的接头。当系统发生单相接地时，由于流过消弧线圈的感性电流与流入接地点的容性电流相位相反，所以流过接地点的残流即为电感电流与电容电流的差值。通过改变分接头的位置，就可以调整电感电流，使残流达到最小。（3）微机调谐器微机调谐器是整套装置的关键部分，它主要用来实现所有的计算与控制。它从中性点采集电压信号和流过消弧线圈的电流（转换为电压）信号并计算出系统的脱谐度，当脱谐度偏差超出预定范围时，通过控制电路接口驱动有载开关，调整消弧线圈的分接头，直至脱谐度达到设定的范围。（4）阻尼电阻箱阻尼电阻箱是限制谐振过电压、保护装置安全运行的重要组成部分。当系统发生谐振时，保证中性点位移电压小于15%相电压，维持系统的正常运行。当系统发生单相接地、电流大于设定值时，可控硅触发导通，迅速将阻尼电阻短接，当单相接地消失后，可控硅在过零时自动关断，恢复正常运行。4.4.2 运行原理 调谐器是根据电网的脱谐度进行调节的：式中： 脱谐度；系统的电容电流；消弧线圈电感电流。控制器以脱谐度和残流为判断依据，因此，投运前，应先设定脱谐度的范围，当系统脱谐度超出此范围，调谐器发出指令，控制电机来调整消弧线圈的有载开关，使调整后的脱谐度和残流满足要求，达到自动补偿的目的。此外，已提出的自动调谐原理还有谐振法、相位角法、电容电流间接检测法、附加电源法、模型法、注入信号法、最大位移电压法、阻抗三角形法、相位调谐法、中性点位移电压曲线法、实时测量法、变频信号法等。运用消弧线圈自动调谐装置可实现对消弧线圈的自动化，使其能跟随电容电流的变化，自动、快速的调整电感值，使电网的脱谐度处于规定范围之内，最终可靠熄弧。也可使事故发生率明显降低，对设备安全、人身安全的保证有重大意义。4.5 本章总结及补充本章对中性点经消弧线圈接地方进行简单说明，侧重点为该方式中的计算，比如接地电流、中性点位移电压等。又根据对脱谐度的利用，来说明消弧线圈自动调谐装置。消弧线圈接地方式的优点可以有以下补充：由于架空线路发生单相接地故障时，流过故障点的电容电流一般不会超过100A，所以采用中性点经消弧线圈接地方式完全符合规程要求，而且采用这种方式有以下优点：(1)采用经消弧线圈接地方式的电网的运行可靠性最高，这是该网络的重要优点；(2)对瞬间故障能自动熄弧；(3)故障点对地电位低；(4)单相接地的异常过电压抑制在2.8倍相电压以下；(5)当残流过零后，降低了故障相恢复电压的初速度，延长了恢复时间，同时限制了故障相电压的幅值，避免了接地电弧的重燃；(6)自动跟踪补偿消弧系统的运行经验证明，装置可以运行在欠补偿、过补偿和全补状态，而不会发生过去人们担心的串联谐振过电压；(7)运行管理比较简单，避免了过去非自动调谐消弧装置存在的管理问题。5 小电阻接地方式近年来，随着城市配电网的不断扩大，电缆越来越多地使用，致使配电系统的电容电流飞速增长，使得所配置的消弧线圈的容量也越来越大，而且配电线路的瞬时性故障越来越少，因此小电流接地方式的优势越来越不明显。但是弧光接地过电压过高，小电流选线困难，消弧线圈增容改造投入过大等缺点却日益凸显。因此配电网中性点经小电阻接地的方式开始在部分省份广泛使用，特别是在绝缘比率较高、系统电容电流过大的系统中使用。5.1小电阻接地系统简介小电阻接地系统应该符合零序电阻与系统等值零序电抗之比大于等于2。该系统的接地故障电流通常至少采用100A，更多的应用电流值是2001000A。由于流过的电流足够大，所以其设置的保护装置能够以选择性、快速性的原则切除线路的故障，从而不使故障扩大。又由于电阻是耗能元件、也足电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，其对防止谐振过电压和间歇性电弧过电压有一定的优越性。图5-1为中性点小电阻接地系统发生单相接地故障时示意图。，分别表示三相电源电势；，分别表示流过三相的电容电流；，分别表示各相对地绝缘电阻及对地电容，通常三相基本相等，且阻值非常大；为中性点接地电阻，为发生A相接地故障时的接触电阻。图5-1 中性点小电阻接地系统发生单相接地故障时示意图=/=（）由节点电流定律得出：+=0即：+=0得：+=0 +(+)*()+=0又因为：=+ =+ =+带入得到：+（3+）*（）+=0由于+=0，化简得：+3*（）+=0 （5-1）= （5-2）联立（5-1）（5-2）得出：= （5-3） = （5-4）当发生金属性接地时，0，式（5-3）（5-4）可化简为：=- （5-5） =-= （5-6）根据上式，在中性点经电阻接地系统中，可以通过选取合适的中性点电阻控制流过接地点的零序电流。5.2小电阻接地系统电阻值的选择根据低电阻接地系统要求发生接地故障立即断电，所以电网接地电流的有功分量与电网的电容电流的比值应该在3倍以上，即3。所以由（5-5）（5-6）得到电阻器电阻值一般用下式进行计算： =/（23） 中性点电阻，； 网络相电压，V； 电网单相接地时的电容电流，A。 其有效功率为： =（/）* 中性点电阻器功率，KW。5.3小电阻接地系统分析城市配电网和工业企业配电网中性点采用小电阻接地方式，虽然不如采用消弧线圈接地方式在事故情况下仍可以持续运行12个小时，不过它可以立即切除故障，最大限度的保证了城区居民的安全和减少企业的经济损失，也同时使事故影响最小化。它的优越性还体现在以下几个方面： （1）中性点采用小电阻接地方式可以降低弧光接地过电压倍数，破坏谐振过电压的发生条件。 （2）当发生单相接地故障时，可以准确、迅速地判断出故障线路，并在很短的时间内将其切除，使系统设备承受过电压的时间大幅度缩短，并且为降低绝缘水平创造了有利条件，增加了系统运行的可靠性。 （3）在中性点经电阻接地的配电网系统中，中性点接地电阻的阻值不是很大时，当接地电弧熄弧后，零序残余电荷将通过中性点电阻提供的通路泄放掉，所以当发生下一次燃弧时，其过电压幅值和在正常运行情况下发生单相接地故障时的情况是相同的，并不会由于多次燃弧、熄弧而致使过电压幅值升高。 （4）在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，如果是架空线路断线，此时会发生缺相运行的情况，掉落下来的导线对于人身安全将会造成较大的威胁。如果恰好有人误碰该导线并且无法立即脱离电源，轻者伤残，重者可能会付出生命的代价；如果该导线恰好落在繁华地区，则会产生更大的危害。但在中性点经小电阻接地系统中，如果该导线发生金属性接地，保护正确动作后将把电源切除，此时是比较安全的。但是如果该导线发生非金属性接地