10kV配电网中性点接地要点

1、XXXX学院毕业设计论文目 录摘 要 I第1章绪论 -1 -1.1本课题的研究意义 -1-1.2课题现状 -2 -1.3课题的设计要求 -4 -1.4课题实现的内容 -5 -第2章电力系统中性点运行方式 -6 -2.1中性点运行方式 -6 -2.2中性点非直接接地系统单相接地电容电流的计算 -9 -2.3消弧线圈的选择 -10 -2.4中性点直接接地系统接地点的选择 -12 -第3章 电力系统中性点的接地方式 -14 -3.1中性点不接地系统 -14 -3.2中性点经消弧线圈接地系统 -16 -3.3中性点经自动跟踪补偿消弧线圈接地方式 -18 -3.4中性点直接接地系统 -18 -3.5各种

2、接地方式的比较 -19 -3.6 小结 -20 -第4章 对某电网10kV系统中性点接地方式进行分析 -22 -4.1某电网10kV系统中性点接地方式 -22 -4.2某电网10kV系统中性点经小电阻接地方式改造 -23 -4.3某电网10kV系统中性点经消弧线圈接地方式 -25 -第5章MATLAB仿真模型的构建及仿真 -28 -5.1 MATLAB及电力系统仿真工具箱的简介 -28 -5.2模型的搭建 -28 -5.3中性点经消弧线圈接地的单相故障仿真 -30 -5.4中性点经小电阻接地的单相故障仿真 -31 -总 结 -33 -致 谢 -34 -参考文献 -35 -2XXXX学院毕业设计

3、论文摘 要电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它是防止系统事故的一 项重要应用技术，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、通信干扰及接地装置等密切相关。在电力系统中，发电机和变压器的中性点是否接地运行，涉及技术、经济、安全等多个方面，是一个综 合性的问题。如何合理选择中低压电网中性点接地方式，关系到电网的安全运行，以及供电的可靠性，本文就电网的中性点接地方式进行了分析和探讨。本论文主要针对10kV配电网中性点接地运行方式的选择问题进行研究 .论 文首先针对10kV配电网中性点接地运行方式进行分析，比较不同运行方式的特 点，然后通过介绍某电网10kV

4、系统中性点接地方式的应用，对 10kV系统中性点 接地的基本概念、设计思想进行分析和研究。讨论了小电流接地的作用及相应弊 端，对今后的进一步工作提供了依据和思路。 介绍分析了某区配电网系统的中性 点接地方式和运行实际，得出使用的配电网采用消弧线圈配小电流接地选择保护 效果较好。关键词：电力系统10kV系统中性点接地 消弧线圈 小电流接地 接地方式IXXXX学院毕业设计论文AbstractPower system neutral grounding is a comprehensive technical problems, it is to preve nt a major accide nt

5、 system applied tech no logy, and system reliability, personal safety, safety equipment, insulation, over-voltage protectio n, relay Protectio n,com muni catio ns in terfere nee and groundingdevices, closelyrelated.In the power system,gen erators andtransformersin the neutral ground operation, invol

6、ving technical,econo mic, security, etc., is a comprehe nsive problem.Howto choose low-voltage power grid in the neutral grounding, related to the safe operation of power grids, and the reliability of electricity supply, the paper on the grid neutral grounding approach to the analysis and discussi o

7、n.This paper for 10 kV distribution network neutral ground operationmode of choice for research. Papers for the first 10 kV distributio nnetworkneutralground operation mode analysis to compare thecharacteristics of different operating mode, and then passed on a 10 kV power grid system n eutral Groun

8、ding the applicati on of the 10 kV systemneutral grounding of the basic concepts of design ideas for analysis and research. Discussed the curre nt grounding the role of small and thecorresponding disadvantages in the future provide a basis for further work and ideas. Introductionof a particular area

9、 of the distributionnetworksystem n eutral grounding and operati on of reality, that the use of the distribution network by Petersen coil with the protection of small current grounding choose better-perform ing.Key words: power system ； the grounded neutral system of 10 kV powernetwork ； arc suppres

10、sion coil ； Small resisterneutral grounding ； Grounding modeliiXXXX学院毕业设计论文第1章绪论1.1本课题的研究意义本课题对小电流接地系统现状和发展方向进行深入了解，熟悉和学习相关新型中性点接地方式的运用。电力系统规模的扩大和现代化水平的提高， 对变电站 监控和保护系统的可靠性、安全性、经济性和可用性的要求越来越高，20世纪70年代以来，世界上各主要工业化国家，如美、日、英、法、德、瑞典等都开 展将变电站监控和保护综合在一起的研究，也就是国内统称的变电站综合自动 化。目前该技术经过20多年的发展已进入推广应用阶段，国内的研究开发

11、工作 从80年代后期开始，并迅速得到发展。促使变电站综合自动化技术迅速推广和 应用的原因主要有三点：常规变电站二次系统存在诸多缺陷； 电力系统对变电站 保护、监控等提出了更高的要求；新技术的迅速发展为其奠定了技术基础。由于电网中性点经电阻和经消弧线圈接地各具特点，特别是自动跟踪补偿消弧线圈的出现，使得这两种接地方式成为目前我国中压配电网中性点接地方式选 择的焦点。有些地区在技术经济上未作全面分析比较， 不结合当地实际情况，盲 目地采用不适当的中性点接地方式，使得电网弧光接地和谐振接地过电压引起的 故障还时有发生，特别是在限制过电压、补偿电网单相接地电容电流以及继电保 护等方面还存在问题。这对电

12、网的安全、可靠运行带来很大影响。且过去对10kV 电网中性点接地方式地研究大都局限于某一方面的问题。因此，对中性点接地方式进行系统深入地研究是十分必要的。论文就国内10kV电网中性点经消弧线圈接地方式对过电压的抑制进行了研 究。近年来随着全国改革开放力度的加大， 经济获得了蓬勃的发展，城区建设日 新月异，负荷需求也越来越大，为适应发展要求，本论文所研究的10kV电网中性点接地方式对过电压的抑制具有重要的学术意义和实际工程应用价值。通过毕业设计，着重综合运用所学的供配电系统、电力系统继电保护原理等课程 的理论知识，对前段所学知识进行检验。1.2课题现状1、关于小电流接地系统中性点接地方式的发展概

13、括在电网发展初期，中压电网中性点采用直接接地方式，其出发点主要认为工 频过电压是事故的主要根源。当时人们认为短时间工频电压升高.3倍，将会危及设备的绝缘。实践证明，这一观点是错误的。由于线路开关频繁开断，使设备 严重烧损并维修困难。因此，将中性点改为不接地方式，可靠性才显著提高。而 后,随着电压等级的逐渐升高，电网延伸的范围扩大，当电容电流达到某一临界 值时，接地电弧不能自行熄灭，往往形成电弧短路或间歇电弧过电压事故， 再次 构成新的危害。针对这些问题，Pertersen在研究了多次电弧接地事故之后，提 出了高频熄弧理论，1916年Pertersen发明了消弧线圈，世界上第一台消弧线 圈于19

14、17年在德国Pieidensheim电厂的一台发电机中性点投入运行，迄今己有 91年历史。消弧线圈广泛用于中压电网，使90沖上的单相接地故障皆可自动消 除。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，在我国的配电系统中，中性点的接地方式基本上有三种：中性点绝 缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。国内配电网中性点采用经消弧线圈、小电阻、低电抗、大电阻、不接地方式。尤其是经小 电阻和经消弧线圈这两种接地方

15、式近几年发展很快。中性点采用小电阻接地的系 统能迅速切除故障线路，使系统免受长时间故障的冲击，基本上能保证系统设备 安全。而中性点采用消弧线圈接地在限制接地故障时的弧光过电压、系统正常运行时铁磁谐振过电压和系统供电的可靠性方面的优点也是十分明显的。中压电网中性点接地方式发展到现在，目前世界上中性点接地方式共有两 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。其中大电流接地方式类中有低电阻、低电抗和直接接地；小电流接地方式类中有谐振接地、不接地和高电阻 接地。单相接地电流的电弧能否自动熄灭， 应是界定两类接地方式的必要和充

16、分 条件。对于10kV的电网来说，临界接地故障电流为 10A。所以谐振接地（也称 经消弧线圈接地），和经低电阻接地两种方式是现代10kV电网中最具代表性的两 种方式，针对消弧线圈调谐不便和不能配以继电保护的不足，目前又提出了自动跟踪补偿消弧线圈和微机接地保护。基于人为接地分流技术的中性点接地方式，使故障点残流降至接近于零，从而降低了恢复电压的初速度并限制了其最大值， 避免接地电弧重燃。通过人为 接地分流与中性点不接地、中性点经消弧线圈全补偿、中性点经 200 Q电阻接地 的实验室对比验证及 Matlab/PSB数值建模分析。国外变电站综合自动化系统的研究工作开始于70年代，最早是用微机型远动装

17、置代替布线逻辑型的远动装置：同时变电站监控系统的功能在扩大，供电网 的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展。在1975年，日本开始研究用于配电变电站的数字控制系统（称为SDSC-1）, 1980年开始商品化。SDSC-1按功能分 成了三个子系统：继电保护系统；测量子系统；控制子系统。2、电力系统中性点运行方式的发展概括随着我国经济建设的飞速发展，电力对企业生产、经营活动的正常进行起着越来越重要的作用，对于许多大型企业，尤其是钢铁、冶金、石化行业的企业， 对供配电的可靠性要求非常高，电力供应不仅要能够满足生产的需要， 而且必须 运行安全、可靠、经济、合理。因此就产生了企业配电综合自动化，它在21

18、世纪初在我国工矿企业中才刚刚兴起，它的发展晚于电力系统变电站综合自动化。众所周知，发电机和变压器是构成电力系统必不可少的重要电器元件。发 电机和变压器高压侧三相绕组通常接成星形（Y），起绕组的公共联接点称为电力系统的中性点。中性点运行方式的确定是一个综合性的问题。它与电压等级、单相接地短 路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电可 靠性、主变压器和发电机的运行安全以及时通信线路的干扰等。随着社会经济的发展和科学技术现代化对电力依赖和消费程度越来越高，对用户供电的可靠性，也不再是靠带单相接地故障运行2h来保证，而是靠电网结 构和电力调度控制来保证。随着电网规模扩大，单

19、相接地电流也随之增大，而威胁到设备的安全。为此, 10kV单电源辐射形或树状形供电，必须向环网双电源供电改造。此外，由于现代化城镇建设对市容的要求，10kV架空线路应改造为以电缆 供电为主，架空线路为辅，这也成必然趋势。所以 10kV电网中性点不接地或经 消弧线圈接地方式，将随用电负荷逐年递增与电网结构的变化而变化。为满足今后电力发展的需要，必须根据电力负荷、电网结构、电缆回数、过电压保护、跳闸方式，以及继电保护构成和电力系统稳定性等因素，对10kV电网中性点接地方式进行选择确定，从而达到中性点接地方式的优化。1.3课题的设计要求随着电力系统的发展，新技术、新设备在电力系统得到广泛应用，新的设

20、计理念也不断地涌现，而电力系统的发展同时也出现了许多新的技术问题。在设计过程中要立足于应用所学基本理论和专业知识，运用新理论、新技术去分析解决实际问题。工厂供电工作要很好地为工业生产服务， 切实保证工厂生产和生活 用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：1. 对小电流接地系统中性点接地方式作一个比较深入的研究2. 根据当前实际情况为我国电网系统设计一个经济、实用、安全、方便的方案（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可

21、能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前 和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适 应发展。1.4课题实现的内容电力系统中性点接地方式是一个涉及电力系统许多方面的综合性技术课 题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯 干扰、人身安全有重要影响。如何积极推动电力系统中性点接地方式的发展，建 立一个对于中性点非直接接地电网的结构模式，在目前我国对于中性点非直接接 地电网，还没有一种完善的保护原理。了解小电流接地系统（即中性点非直接接 地电网）的特点，我们才有可能建立一个适合其发展的系统。掌握小电

22、流接地系统中性点接地方式分析的一般步骤和方法，熟悉小电流接地系统中性点接地方式的相关规范和要求，了解和运用小电流接地系统的性能和 典型的应用，对中性点接地方式做进一步的探讨。该课题要实现的有关内容是：（1）对小电流接地系统中性点接地方式进行理论分类（2）对电力系统中性点的运行方式进行分析（3）对电力系统中性点的接地方式进行分析（4）事例分析：对某10kV小电流接地系统的中性点接地方式分析（5）绘制相关原理图、相量图等-37 -第2章电力系统中性点运行方式众所周知，发电机和变压器是构成电力系统必不可少的重要电器元件。发电 机和变压器高压侧三相绕组通常接成星形 （Y），其绕组的公共联接点称为电力系

23、 统的中性点。中性点运行方式的确定是一个综合性的问题。它与电压等级、单相接地短路 电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电可靠 性、主变压器和发电机的运行安全以及时通信线路的干扰等。2.1中性点运行方式中性点运行方式可分为中性点非直接接地和直接接地两大类型。1、中性点非直接接地（一般 6 63kV电网采用）（1）中性点不接地。此接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。 但由于非故障相电压 升高为线电压，电气设备对地绝缘水平需按线电压考虑， 即要求有较高的绝缘水 平，从而不宜用于110kV及以上的电压。在663kV

24、电网中，若采用中性点不接 地形式，其电容电流不能超过 30A（ 610kV电网）或10A（2 063kV电网），否 则接地电弧不易自熄，易产生较高的弧光间歇接地过电流，波及整个电网。中性点不接地系统即中性点对地绝缘。图2-1为中性点不接地电力网的正常运行示意图和相量图。可见，对中性 点不接地的三相电力网，当三相对称，而各相的对地电容又相等时，其中性点电 位为零。但是，当架空线路排列不对称而又换位不完全时， 中性点电位不再是零。 这种情况称为“中性点位移”。经过推导，中性点位移电压的计算公式为图2-1中性点不接地电力网的正常运行示意图和相量图中性点位移的相量图如图2-2所示，对地电压的中性点由

25、0点移到O点 一般说来，在换位不完全的情况下，正常运行时中性点所产生的位移电压是较小 的，可忽略不计。但是，当中性点经消弧线圈接地并采用完全补偿时，位移电压 的影响却不可忽视。图2-2中性点位移的相量图（2）中性点经消弧线圈接地。当接地电容电流超过允许值时，采用消弧线 圈抵消电容电流，从而保证接地电弧瞬时熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈， 它装设于变压器或发电机的中性 点。电网正常运行时，电源中性点电位为零，消弧线圈和地间无电流流过。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。 电

26、弧熄灭后，消弧 线圈还可显著减少故障相电压的恢复速度， 从而减少了电弧重燃的可能性，有利 于单相接地故障的消除。图2-3为中性点经消弧线圈接地的电力网中发生单相接地时的电路示意图 和相量图。图2-3中性点经消弧线圈接地电力网的接地故障示意图和相量图由相量图可知，接地相线路电压为零，电容电流为零；非故障相电压升高 3 倍，中性点电位不为零，地中电容电流为： | c = I C a + I c B，地中电感电流 为|l，接地点电流为：I = | C * I L。由于I c超前_UC9O0，而Il滞后_UL9O0。所以选取适当的电感值，可 使接地点电流值互相补偿达到规定的要求， 小于发生电弧的最小电

27、流，从而防止 出现谐振过电压。中性点经消弧线圈接地方式的特点是线路发生单相接地故障时，可不立即跳闸，按规程规定，电网可带单相接地故障 2 h,运行经验和已有的资料表明，当 接地电流小于10 a时，电弧能自灭，对于全电缆网络，虽然稳定接地故障较多 ， 但因接地电流得到补偿，单相接地并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈 接地方式的供电可靠性大大高于其它接地方式。（3）中性点经高电阻接地。当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性 点经高电阻接地的方式。此接地方式和经消弧线圈接地方式相比， 改变了接地过 电压，同时可提供足够的电流和零序电压， 使接地保护可靠动作，一般用于大型 发电机中性点。但对于

28、运行方式经常变化，特别是电容电流变化的范围比较大，用手动的消 弧线圈已很难适应要求，而采用自动跟踪补偿的消弧线圈，使瞬时性接地故障自 动消除而不影响供电。2中性点直接接地(一般110kV及以上电网采用)中性点直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加了 断路器负担，降低了供电可靠性，但由于非故障相电压不升高使过电压水平较低， 对地绝缘水平可下降，从而减少了设备和线路的造价， 特别是对高压电网，其经 济性显著。图2-4为中性点直接接地的电力网的示意图。在中性点直接接地电网中若发 生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压也基本不变。由于单 相接地短路电流|d较大，线路继

29、电保护装置能迅速切断电路，从而防止了产生 间歇性电弧过电压的可能。而为了弥补其影响供电的缺点，则广泛采用自动重合 闸装置，靠它来尽快恢复供电。2.2中性点非直接接地系统单相接地电容电流的计算计算时应计及有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及 母线和电器的电容电流，并考虑电网 510年的发展。1架空线路的电容电流一般估算为：3Ic= (2.7 3.3 ) LNL 10- (A)2.7式中L线路长度，km系数，适应于无架空地线的线路；3.3系数，适应于有架空地线的线路。对于同杆架设双回线路，电容电流为单回路线的1.31.6倍1.电缆线路的电容电流可估算为:I c=0.1 UL (A

30、)2变电所增加的电容电流表2-1变电所增加的电容电流表额定电压（kV）610153563110附加值（%1816151312102.3消弧线圈的选择1参数及型式的选择消弧线圈应按表2-3所列技术条件选择，并按表中使用环境条件校验。表2-3消弧线圈参数及型式的选择条件项目参数技术条件电压、频率、容量、补偿度、电流分接头、中心点位移电压环境条件环境温度、日温差 、相对湿度、污秽、海拔高度、地震烈度 在屋内使用时，可不校验； 在屋外使用时，可不校验。消弧线圈一般选用油侵式，装设在屋内相对湿度小于80%场所的消弧线圈,也可选用干式2容量的确定Un式中K系数,过补偿取1.35,欠补偿按脱谐度确定在容量的

31、确定时还应注意以下问题：(1) 为了便于运行调谐，选用的容量宜接近于计算值装在变压器以及有直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式。在正常情况下脱谐度一般不大于10%(脱谐度V二上 5，其中IL为消弧电 Ic感电流)。(3)对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传 递电压以及频率变动等对发电机中性点位移电压的影响，一般采用欠补偿方式。 在正常情况下脱谐度不宜超过一 30%3分接头的选择消弧线圈应避免在谐振点运行。 一般需将分接头调谐到接近谐振点的位置， 以提高补偿成功率。消弧线圈的分接头数量应满足调节脱谐度的要求，接于变压器的一般不小于5个，接于发电机的最好不低于 9

32、个。4中性点位移校验中性点长时间的电压位移不应超过下列数值：(1) 中性点经消弧线圈接地的电网15%空；-/ 3(2)中性点经消弧线圈接地的发电机10%U 03U0表示中性点位移电压，其数值可计算为:0Ubd式中Ubd消弧线圈投入前，发电机或电网的中性点不对称电压值，一般取0.8%相电压；d阻尼率，一般对63110kV架空线路取3% 35kV及以下架空线路取5%电缆线路取2%4%V脱谐度。5安装位置选择(1) 在任何运行方式下，大部分电网不得失去补偿。不应将多台消弧线圈 集中安装在一处并应尽量避免在电网仅安装一台消弧线圈。(2) 在变电所中，消弧线圈一般装在变压器的中性点上，610kV消弧线

33、圈也可装在调相机的中性点上。(3) 安装在Yo/Yo/ 接线三绕组变压器中性点上的消弧线圈的容量，不应 超过变压器三相总容量的50%并且不得大于三绕组变压器任意一绕组容量。(4) 如将消弧线圈接于Yo/Y接线的变压器中性点，其容量不应超过变压器 额定容量的20%(5) 消弧线圈不应装在三相磁路互相独立，零序阻抗甚大的Y)/Y接线的变 压器中性点上(例如单相变压器组)。(6) 如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。其容量应与消弧线圈的容量相配合，并采用相同的额定时间(例如2h)，而不是连续时间。接地变压器的特性要求是：零序阻抗低，空载阻抗高，损失小。(7) 在发电厂，发电机电压的

34、消弧线圈可装在发电机中性点上，也可装厂 用变压器中性点上；当发电机与变压器为单元连接时，消弧线圈应装在发电机中 性点上。发电机为双丫绕组、且中性点分别引出时，仅在其中一个 丫绕组的中性点 上连接消弧线圈，而不能将消弧线圈同时连接在两个 丫绕组的中性点上，否则会 将两个中性点之间的电流互感器短路。 对于双轴机组，同样，仅在其中一台机组 的中性点连接消弧线圈已足够，因为双轴机组的线端已有电气联系 2.4中性点直接接地系统接地点的选择在中性点直接接地系统中，变压器的接地台数及接地点的选择应根据继电保 护和通信干扰等方面的要求确定，但在编制远景短路电流计算阻抗图时， 可按以 下原则考虑：(1) 凡是自

35、耦变压器，其中性点应直接接地或经小阻抗接地。(2) 凡是中、低电压侧有电源的升压站和降压变压电所至少应有一台变压器直接接地。(3) 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接 地系统。双母线接线接有两台及以上主变压器时， 可考虑两台主变压器中性点接 地。(4) 终端变电所的变压器中性点一般不接地。(5) 变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比卫小于3,以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避Xi雷器的灭弧电压，Xo尚应大于11.5，以使单相接地短路电流不超过三相短路Xi电流。(6) 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调

36、度灵活 选择地点，当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电 压设计，应在中性点装设避雷器保护。第3章电力系统中性点的接地方式电力系统中性点接地方式不同，其技术特性和工作条件也就不同，特别是单 相接地时运行状况不同，从而影响到运行可靠性、设备绝缘水平、通讯干扰、接 地保护方式等一系列问题。必须全面分析，进行技术经济比较，才能确定具体系 统合适的中性点接地方式。3.1中性点不接地系统中性点不接地系统等值电路和向量图如图 3-1所示。在正常运行时，网络各相对地电压、/、；、和、:是对称的，其大小为相电压，如线路经过完整的换 Va VbVc位，三相对地电容相等，都等于 Co ;则各

37、相对地电容电流对称且平衡（大小相等，相位相差120），三相电容电流相量和为零，地中没有电容电流通过，中图3-1中性点不接地系统（a ）等值电路（b）相量图当A相接地短路时，故障相对地电压变为零，中性点对地电压值为相电压未故障两相对地电压值升高3倍，变为向电压，即：VnVa ，VadVbd 二VnVbVaVbVcd二Vn*VaVcVbd 二 Vcd 二3Va在这种情况下，A相电容被短路，流过短路点的电流是 B C两相对地电容1 d - 1 bd 1 cd由Vbd和V，产生的cdI bd电流的和。即和| 分别超前它们 cd90,大小比正常运行各相对地电容电流增大了倍；由图3-1，| d又较或| .

38、增大了 3倍。因此，短路点接地电流有效值为：caId*33 P X c = 3V / C 0式中 Vp相电压Co每相对地电容由图3-1可见，单相接地短路，线间电压不变，受电器工作不受影响，系统 可继续供电。但此时应发出信号，工作人员应尽快查清并清除故障。 一般允许继 续运行时间不超过2h。从上式又可看到单相接地短路电流大小与网络电压和相对地电容大小即线路长度有关。网络电压等级高、线路长，单相接地短路电流就大；电流大到一定 程度，电弧就不能熄灭，形成稳定性电弧或间歇性电弧。 稳定性电弧可能烧坏设 备或引起两相、三相短路；间歇性电弧可能使电网电容、电感形成振荡回路而产 生弧光接地电压，从而危及电气

39、设备的绝缘，都必须设法解决。中性点不接地方式在现有配电网中最常见,占80%-90%在这种配电网中, 当中性点不接地系统的各相对地导纳大小不相等时 ，即使在正常运行状态，中 性点的对地电位也将发生位移。在中性点不接地配电网中，当发生单相接地故障时，线电压仍保持对称不 变，单相接地电流与负荷电流相比不大，对用户供电无影响。当线路不长时，接 地电容电流值较小，不至于形成稳定的接地电弧，一般均能迅速自动熄灭而无 需跳闸。而当线路较长时，电容电流大于规程规定值10A时，容易产生一种不 稳定的间歇性接地电弧而引起幅值较高的弧光接地过电压。另外，中性点不接地电网单相接地会引起电磁式电压互感器励磁电流激增 而

40、损坏。中性点不接地电网的最大长期工作电压与过电压都较高 ，特别是还存在 电弧接地过电压的危险，因而对整个电网的绝缘水平要求较高，所以势必增加 绝缘方面的一次性投资。中性点经电阻接地的系统，相当于在零序阻抗Z0上并联了一个电阻R，该电 阻与系统对地电容构成并联回路，可起到抑制谐振过电压的作用。此外，对设备 的绝缘要求可以降低，提高经济效益；当发生永久接地时，能迅速切除故障，具 有明显的安全性；可简化继电保护，方便地检测接地故障线路并隔离故障点。但中性点经电阻接地，特别是现有以架空线路为主的配电网单相接地时，跳闸次数会大大增加。3.2中性点经消弧线圈接地系统为了解决中性点不接地系统单相接地电流大、

41、电弧不能熄灭的问题，最常用 的方法是在中性点装设消弧线圈。根据设计和运行经验， 3kV60kV网络，单相 接地电流超过下列数值时，中性点应装设消弧线圈：3kV6kV网络30A10kV 网络20A35kV 60kV 网络10A消弧线圈是一个铁芯的电感线圈， 其铁心柱有很多间隙，以避免磁饱和，使 消弧线圈有一个稳定的电抗值。中性点经消弧线圈接地系统的等值电路和相量图 如图3-2所示。正常运行时，中性点电位为零，没有电流流过消弧线圈。当某相， 如下图示(a)相发生单相接地，则作用在消弧线圈两端的电压为相电压，此时就 有电感电流| L通过消弧线圈和接地点。| L滞后电压90，与接地点电容电流 Id方向

42、相反，互相补偿、抵消。接地点电流是Id和lL的相量和，因此，如果 适当选择消弧线圈电感，可使接地点的电流变得很小，甚至等于零。这样，接地 点电弧就会很快熄灭。图3-2 中性点经消弧线圈接地系统(a)等值电路(b)相量图中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地时， 接地相对地电压为零，未故 障相对地的电压升高 3倍。根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度， 有三种补偿方式：1. 全补偿| l = | d，接地点电流为零。从消弧观点来看，全补偿最好，但 实际上并不采用这种补偿方式。因在正常运行时，由于各种原因，造成电网三相 不对称，中性点出现一定的电压时，可能引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘

43、。2. 欠补偿I L I d，接地处具有多余的电感性电流。 过补偿可避免谐振过 电压的产生，因此得到广泛应用。过补偿接地处的电感性电流也不能超过规定值， 否则电弧也不能可靠地熄灭。这种方式是当发生单相接地故障时，消弧线圈将产生与接地电流反相的电 感电流，补偿电容电流，最终使接地电流变很小，或接近于零。从而消除接地处 的电弧及由它产生的危害。当接地电弧熄灭后，由于消弧线圈的存在还可显著减 小故障相电压的恢复速度，减小电弧重燃的可能性，使单相接地故障自动消除。一般情况下，中性点经消弧线圈接地系统应采用过补偿方式，脱谐度应控 制在10%以内。如果线路不对称度很大，特别是开关非全相动作或线路发生单 相

44、、两相断线时，有可能引起串联谐振。3.3中性点经自动跟踪补偿消弧线圈接地方式目前许多配电网采用的是手动调匝式的消弧线圈，在运行中存在问题有： 调节不便，无载调节使运行人员操作不准，也增添判断上的难度，因此，这种接 地运行方式将逐步为自动跟踪补偿的消弧线圈方式所替代。自动跟踪补偿消弧线圈装置一般由接地变压器、可调式消弧线圈和消弧线圈自动跟踪调节控制器、阻尼电阻和氧化锌避雷器组成，如图3-3所示。c1B接地变压器戦化锌翅能器微机控制器渭弧线團 Pi -clG 尼 | T图3-3自动跟踪补偿消弧线圈装置接地变压器用于引出电网中性点，它还可以兼作变电站的站内变压器使用；可调式消弧线圈根据系统电容、电流

45、变化提供相应的电感电流；控制器用于测量 电网的脱谐度并控制消弧线圈；阻尼电阻用于限制在调节过程中出现的中性点电 压升高，其控制器用于在电网发生单相接地故障时短接阻尼电阻。3.4中性点直接接地系统防止单相接地故障不能自动熄弧的另一种办法， 就是将系统的中性点直接接 地。在这种系统中发生A相单相接地时，故障相经过地形成单相短路回路。由于 单相短路电流很大，继电保护装置立即动作，将接地相线路切除，不会产生 稳定电弧或间歇电弧。同时中性点接地，其零电位不变，非故障相B C对地电压不会升高，依然为相电压。3.5各种接地方式的比较大电流接地系统和小电流接地系统比较有以下的优、缺点:方式中性点不接地电阻接地

46、经消弧线圈接地直接接地比较项目单相接地健相对低电压（相电压倍数）上倍以上罷倍以上过补偿时为J3倍，欠补偿时有谐振危险1.3倍以下发展为多重故障的可能线路长电容电流大时可能性大情况较好可能由串联谐振引起多重故障几乎无单相接地电流为三相总对地电容由中心点接地电 阻值确定，一般 限制在50400A最小，但随脱谐度增大大继电保护动作情况实现有选择性得接地保护较困难可以实现选择性的接地保护实现选择性的继电保护尤为困难可靠迅速故障时对通信线路的电磁干扰小随中心点电阻值增大而减小小，但时间较长大，但高速切断时间短正常时静电干扰因有中心点不平衡电压，有静电感应问题较小因可能发生串联谐振，故有静电感应问题有三次

47、谐振引起的静电感应问题系统动态稳定性大中最大最小变压器绝缘绝缘水平咼，全绝缘与中心点电阻有关与中心点绝缘方式基本相冋比中心点绝缘方式低20%避雷器灭弧电压高 100105%高 100105%高 100%低80%中性点装置费用小中心点电阻价格大消弧线圈价格更大接地网工程费用最大故障电流对人身安全的影响持续时间长小最小大由上分析可得，小电流接地系统主要优点是供电可靠性高， 无通讯干扰问题， 主要缺点是绝缘水平要求高；大电流接地系统则相反。这些优缺点对不同电压等 级的系统起主导作用的方面是不同的。 实际电力系统中，不同中性点接地方式应 用范围大致是：(1) 3kV10kV系统电压不高，绝缘费用在总投

48、资中所占的比重不大，同时 这个电压等级配电线总长度长，雷击瞬间跳闸事故多，因而着重考虑供电可靠性 问题。一般多采用中性点不接地系统，仅在线路长或有电缆线路而且单相接地电流越限时，才采用经消弧线圈接地方式。当发电机或调相机直接接在 3kV20kV 电网，为了避免因电机内部故障产生电弧烧坏电机， 当单相接地电流大于5A时， 也应装消弧线圈。(2) 35kv60kV系统和3kV10kV相似，降低绝缘水平经济价值不甚显著，同时这个电压等级都未全线架设避雷线，雷击事故较多，供电可靠性也是主要问题。照理可采取中性点不接地系统；但由于35kV60kV电网线路总长度一般都超过100km单相接地电流大都越限，因

49、此多采用经消弧线圈接地方式。(3) 110kV系统由于电压升高，绝缘费用在总投资中所占的比重增大，供电 可靠性则可通过全线架设避雷线和采用自动重合闸加以改善。因此，我国多数 110kV系统采用中性点直接接地方式； 仅重庆和东北等雷电活动较强的地区由于 考虑供电可靠性曾采用过经消弧线圈接地方式。(4) 220kV及以上系统降低绝缘水平占首要地位，它对总投资影响很大，中 性点直接接地系统具有明显的优越性，我国各 220kV系统都采用这种接地方式。 在日、德等发达国家，由于出线走廊限制，当不能保证与通讯线间隔距离时，也 有采用经消弧线圈接地方式的。3.6小结在目前而言，由于电力系统的不断发展，各个国

50、家经济条件，技术水平的不 同，还没有办法形成一种共识：某种电压水平的电网应该使用这种或那种接地方 式。因此针对具体的电网，就应该具体分析，来确定具体的接地方式。IOkV配电网中性点接地方式不能只限于某一种，必须因地制宜地考虑几种 方式加以比较。要根据实际情况、以提高配电网供电可靠性以及保证人身和设备 的安全运行为目的。根据各种接地方式的优缺点，实际运行中的运行经验，以及 当时当地的实际情况，选择一个安全可靠，技术成熟，经济合理的中性点接地运 行方式。确定电网接地方式的依据是明确的，必须充分考虑以下几个方面：(1) 投资的必要性和经济性。(2) 用户供电可靠性。(3) 接触电压、跨步电压对人身安

51、全的影响。(4) 过电压水平对电气设备绝缘水平的要求和绝缘配合问题。(5) 电气设备的运行维护工作量。(6) 对继电保护的要求。(7) 对通讯线路的干扰及系统的稳定性。第4章对某电网10kV系统中性点接地方式进行分析通过介绍某电网10kV系统中性点接地方式的应用，对10kV系统中性点接地 的基本概念、设计思想进行分析和研究，讨论了小电流接地的作用及相应弊端， 对今后的进一步工作提供了依据和思路。电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它是防止系统事故的一 项重要应用技术，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、通信干扰及接地装置等密切相关。在电力系统发展

52、的初期，人们没有充分认识到过电流带来的危害，电力设备 的中性点都采用直接接地的方式。 然而，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，造成频繁停电。于是又将直接接地方式改为不接地方 式运行。随着电网的扩大，电缆线路的增多，电容电流不断增大，多数超过30A以上，有的甚至高达200A以上，造成电网事故频繁，变电站10kV设备事故增加， 很多变压器10kV侧出口经常受到短路冲击。事故的原因除了 10kV设备老化、质 量差、污秽闪络外，中性点接地方式不合理也是主要原因。 为了解决系统中出现 的这些问题，德国采用了中性点经消弧线圈的接地方式， 美国采用了中性点直接 接地和经小电阻、小电

53、抗的接地方式，并配合快速继电保护和开关装置， 这也是 目前国内外普遍采用的几种中性点接地方式。4.1某电网10kV系统中性点接地方式某供电局根据其10kV电网的特点，1995年9月对10kV中性点接地方式作 了以下规定：a）运行中的变电站，凡10kV侧电容电流超过30A的，应采用中性点经168 Q电阻接地或经消弧线圈接地；b）新建变电站，该区内按10kV中性点经电阻接地设计，区外按10kV中性点 经自动消弧线圈接地设计；c）10kV中性点经168Q电阻接地设计方案（包括接地变压器容量、台数、连接方式及单相接地保护配置要求等）参照春风站有关设计。10kV中性点经消弧线圈接地的设计方案，应根据目前

54、国内自动消弧线圈及其配套设备生产情况和运 行经验确定。4.2某电网10kV系统中性点经小电阻接地方式改造1、10kV系统中性点经小电阻接地方式中性点经小电阻接地方式中，一般选择的电阻值较小，在系统单相接地时， 接地点电流控制在500A左右，也有控制在100A左右，通过流过接地点地电流来 启动零序保护动作，切除故障线路。优点：a）系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，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；b）接地时，由于流过故障线路的电流较大零序过流保护有较好的灵敏度，可以 比较容易地监测和切除接地线路。 如果有人误碰带电设备时，可以防止由于受到 大电流的灼烧，加重对触电

55、人员的伤害，减少人身伤亡事故。缺点：a）当流过接地点的电流较大，而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，导致发生相间故障；b）当发生单相接地故障时，无论永久性还是瞬时性故障，均跳闸，线路跳闸次数 大大增加，影响了对用户的正常供电，供电可靠性降低。2、某电网10kV系统中性点经小电阻接地方式运行情况由于该地区内10kV系统以电缆网络为主，受自然环境的影响较小，造成瞬 间单相接地故障的概率也相应较少，对连续供电的影响相对不会太大。投运近3年，发现中性点经小电阻接地方式可以有效防止非瞬时性单相接地 故障发展成相间短路故障，提高运行设备的可靠性。现以220kV梅林变电站和220kV水贝变电站为例进行分析：a）1998年6月24日，对梅林变电站10kV中性点接地系统进行了改造，共 计投运3组小电阻接地设备。设备型号为 NG264242102C型，阻值168Q，额定 电流400A。投运至今已3年，改造前，两年中只发生了一次单相接地故障，发 生相间短路故障52次，年平均发生单相接地故障0次，年平均发生相间短路故 障26次；改造后，3年中发生单相接地故障97次，相间短路故障39次，年平 均发生单