配电网中性点接地方式研究终期报告（课堂PPT）

1、1配 电 网 中 性 点 接 地 方 式 研 究配 电 网 中 性 点 接 地 方 式 研 究 本科毕业设计终期答辩本科毕业设计终期答辩学 院 ： 电 气 工 程年级专业： 学生姓名： 指 导 教 师 ： 董 海 艳 电气工程学院电气工程学院2主要内容5 结论4 不同接地方式的应用3 配电网模型的搭建和仿真2 配电网单相接地故障特征分析 1 绪论电气工程学院电气工程学院31 绪论 配电网系统作为直接为用户生产生活提供电能支持的系统，其所具有的功能就是把变电站或者小型电厂提供的电力输送给没个用户，并且在必要的地方进行合适电压等级的转换。 中压配电网中性点接地方式涉及到电网的安全运行、供电可靠性、

2、过电压和绝缘的配合、继电保护、接地设计等多个因素，同时对通信和电子设备的干扰、人身安全等方面有重要影响。对配电网选择合适的中性点接地方式是最重要和最灵活的提高中压配电网可靠性和经济性的方法之一，因此研究中性点接地方式的特性对配电网的运行也显得尤为重要。1.1 课题背景和意义 电气工程学院电气工程学院41.2 课题的发展现状和存在问题 我国的中压配电网中主要有中性点不接地，中性点经消弧线圈接地，中性点经低值电阻接地以及自动跟踪补偿消弧线圈装置接地等方式。这些方式都各自独特的优点，尤其以经小电阻接地和消弧线圈接地两种方式发展尤为迅速。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中

3、性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。电气工程学院电气工程学院5 不同的接地方式有着其特点，但也存在着各自的问题。在不直接接地系统中，当单相接地电流过高时，弧光电压不能自行熄灭，给配电网造成严重损害。在中性点经小电阻接地系统中，当零序保护动作不及时或拒动时，将导致相间故障发生。在中性点经消弧线圈接地系统中，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。1.2 课题的发展现状和存在问题电气工程学院电气工程学

4、院61.3 课题的主要内容 本次毕业设计所研究的课题是配电网中性点接地方式研究，其主要内容是： (1)理论分析不同的中性点接地方式下单相接地时暂态、稳态等值电路。 (2)分别建立10kV系统中性点不接地、直接接地、经低电阻接地、经消弧线圈接地的MATLAB仿真模型。 (3)对四种中性点接地方式下发生单相接地故障时电压、电流波形进行分析。通过对配电网中性点接地方式的研究，以此来了解不同接地方式所具有的优缺点，以及每种方式的供电可靠性。电气工程学院电气工程学院72 配电网单相接地故障特征分析 2.1 中性点不接地系统单相接地故障分析2.1.1 稳态分析 图2-2 中性点不接地系统等值电路图2-1

5、中性点不接地系统三相线路示意图电气工程学院电气工程学院8各相电容电流： 故障点处电流： 式中， 与A相电源电压方向相反， 为相电压有效值。非故障相电压数值上等于线电压：000Ij C U00033dIIjCU03ddIICU3BCUUU电气工程学院电气工程学院92.1.2 暂态分析 当配网发生单相接地故障时，接地点将产生间歇性电弧接地过电压。对于中性点不接地方式，故障相A相产生的过电压为：(1.5 2.5)AUU图2-3 中性点不接地系统等值电路电气工程学院电气工程学院10 当配网发生单相接地故障时，接地点将产生间歇性电弧接地过电压。对于中性点不接地方式，故障相A相产生的过电压为： 非故障相过

6、电压分别为：(1.5 2.5)AUU(2.53.5)BCUUU 2.2 中性点经小电阻接地系统单相接地故障分析2.2.1 稳态分析电气工程学院电气工程学院11图2-5 中性点经电阻接地系统等值电路图2-4 中性点经电阻接地系统三相线路示意图 零序电流： 零序电压：0001*()3nIUj CR0AUU 电气工程学院电气工程学院122.2.2 暂态分析 故障相A相产生的过电压为： 非故障相过电压为：0.013(1.5)nCRAUUe0.013(2.5)nCRBCUUUe2.3 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障分析2.3.1 稳态分析电气工程学院电气工程学院13图2-7 中性点经消弧线圈接地系

7、统等值电路图2-6 中性点经消弧线圈接地系统三相线路示意图 零序电流： 零序电压：0001*(3)IUjCj L001*( 3)ddCLII UCIIL电气工程学院电气工程学院142.3.2 暂态分析 暂态电容电流： 暂态电感电流：CC.osC.stiiisin sincos coscos()fttt etfcT4fC.os.maxCmi=Ie2.4 中性点直接接地系统 单相接地故障分析 系统的零序电压为零 故障点电流：AdgUIRR电气工程学院电气工程学院图2-8 中性点直接接地系统三相线路示意图153 配电网模型的搭建和仿真 3.1 模型参数设置 在本次仿真模型中，三相电源容量为300MV

8、A，主变一次侧电压等级为110kV，二次侧电压等级为10kV，连接方式为Yg，频率50Hz，A相初相角为零，变压器采用Three-Phase-Transformer(Two Windings)模型。输电线路采用PSB模块库中的贝杰龙数学模型，仿真开始时间和停止时间为0.0s和0.1s，仿真故障起始时间和停止时间设定为0.03s和0.07s；步长类型选择为Variable.step，最大步长0.02，最小步长和初始步长设定为自动方式。本次设计选取了ode15s解题器，允许误差至少小于0.001，该解题器专门用于解Stiff方程的变阶多步算法，在仿真中具有较快的运算速度。相对容差为1e-3，绝对容

9、差为自动方式。电气工程学院电气工程学院163 配电网模型的搭建和仿真 本次仿真采用线路分别为：架空线路选用LGJ-240型号导线，电缆线路选用YJV22-3300型号交联聚乙烯电力电缆。 线路类型1234架空线路/km8005电缆电缆/km091010表3-1 混合线路分布电气参数电阻/km电感mH/km电容F/km正序0.451.29.49e-3零序0.64.155.2e-3表3-2 架空线路电气参数电气参数电阻/km电感mH/km电容F/km正序0.1030.2190.329零序0.9270.9880.163表3-3 电缆线路电气参数电气工程学院电气工程学院17 3.2 中性点不接地系统图

10、3-2 故障点电流图3-3 中性点电压图3-1 不接地系统仿真模型 在该仿真模型中，故障点处过渡电阻选取了0、5、10、100、2000五不同个等级的阻值分别进行仿真分析，由此观察，在不同过渡电值下的故障电流和非故障相电压。同时，选定5过渡电阻下的波形图，与其他接地方式进行比较。18图3-4 故障线路三相电压、电流图3-5 非故障线路三相电压、电流接地点过渡电阻()B相电压 ( )C相电压 ( )中性点电压( )故障点电流(A)01.511.620.61695.9851.351.400.43489.32101.281.290.33375.561001.061.050.0672.4020001.

11、021.0103.98UUU表3-4 不同过渡电阻值下的仿真数据电气工程学院电气工程学院19 3.3 中性点经小电阻接地系统图3-6 经小电阻接地系统仿真模型 在该仿真模型中，故障点处过渡电阻固定为5 ，中性点接地电阻一次选取2 、5 和10 ，以此观察不同中性点接地电阻下的波形图。同时选取中性点接地电阻为10 下的波形图与其他接地方式进行比较分析。图3-8 中性点电压图3-7 故障点电流20表3-5 不同接地电阻值下的仿真数据图3-9 故障线路三相电压、电流图3-10 非故障线路三相电压、电流中性点接入电阻值( () )B相电压( )C相电压( )中性点电压( )中性点电流(A)故障点电流(

12、A)21.261.280.13661.69829.9851.211.180.23455.44725.47101.151.100.29299.35645.55UUU电气工程学院电气工程学院21 3.4 中性点经消弧线圈接地系统图3-11 经消弧线圈接地系统仿真模型 在该仿真模型中，故障点处过渡电阻固定为5 ，分别选取-10%、-5%、0、5%、10%五种不同补偿度下的电感值进行仿真。补偿度公式如下：LCLIII架空线的线路电容电流计算公式：电缆线路的电容电流计算公式：消弧线圈电感计算公式：3(2.73.3)*10CLLIU L95 1.442200 0.23CLSIUS33*10*102LLUU

13、LIfI22图3-12 故障点电流图3-13 中性点电压 由上面的公式计算出不同补偿度下的消弧线圈电感值，-10%的电感值3.95H，-5%的电感值3.75H，0的电感值3.55H，5%的电感值3.35H,10%的电感值3.15H。 在经消弧线圈接地系统仿真中，选取了10%、0、-10%三种补偿度进行对比，这三种补偿度仿真波形类似，因此只下面给出了补偿度为0的波形。其不同可由表格中数据看出。电气工程学院电气工程学院23 补偿度 接入电感(H)B相电压( )C相电压( )中性点电压( )中性点电流(A)故障点残流(A)10%3.151.341.380.428.790.725%3.351.341.

14、380.4311.871.103.551.341.380.437.810.06-5%3.751.351.380.4310.610.35-10%3.951.341.380.4310.080.87UUU表3-6 不同补偿度下的仿真数据图3-14 故障线路三相电压、电流图3-15 非故障线路三相电压、电流电气工程学院电气工程学院24 3.5 中性点直接接地系统图3-16 经小电阻接地系统仿真模型 在该仿真模型中，故障点过渡电阻固定为5 ，然后进行仿真。图3-18 中性点电压图3-17 故障点电流25接地点过渡电阻()B相电压( )C相电压( )中性点电流(A)故障点电流(A)01.311.08210

15、1.111901.3751.171.01942.32966.15101.121.01595.51615.121001.021.0175.4878.1720001.001.013.884.02表3-7 不同过渡电阻值下的仿真数据图3-19 故障线路三相电压、电流图3-20 非故障线路三相电压、电流UU电气工程学院电气工程学院26 中性点不接地系统 在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，故障线路上的非故障相对地电压等于或略大于线电压，电弧接地过电压较高，操作过电压是四种接地方式中最高的，对人身安全有很大的危害。 35kV及以下电压的配电网，发生单相接地故障后，接地电流不大，故一般情况下接地电

16、弧均能自动熄灭，所以这种配电网采用中性点不接地方式最为合适。在我国配电网中，中性点不接地系统适用于310kV电压等级，单相电流小于10A的电网，或2060kV电压等级，单相电流小于8A的电网，或发电机能带内边接地故障运行，发电机与电气连接的的接地电流小于5A的电网。 4 不同接地方式的应用电气工程学院电气工程学院27 中性点经小电阻接地系统 在中性点经小电阻接地系统中，当发生单相接地故障时，故障线路上的非故障相对地电压等于线电压有时会高于线电压，电弧接地过电压可以不予以考虑，操作过电压是四种接地方式中最低的，对人身安全并没有很大的危害。 在电缆为主的配电网中，其故障率低，特别是使用了绝缘水平低

17、的电缆的电网，采用经小电阻接地方式，可以降低过电压水平，减小相间故障的可能性，并且瞬间跳开故障线路。 中性点经消弧线圈接地系统 在中性点经消弧线圈接地系统中，当发生单相接地故障时，故障线路上的非故障相对地电压等于线电压，电弧接地过电压可以不予以考虑，操作过电压也在安全允许范围内，对人身安全在四种接地方式中是最小的。 该接地方式在335kV电压等级配电网中得到了广泛应用。特别是在这些电压等级的配电网中，单相接地故障发生率很高，采用中性点经消弧线圈接地方式可以有效的提高供电可靠性。电气工程学院电气工程学院28 中性点直接接地系统 在中性点直接接地系统中，当发生单相接地故障时，故障线路上的非故障相对地电压小于80%的线电压，电弧接地过电压可以不予以考虑，操作过电压是四种接地方式中最低的。故障相上面流过的电流相当于配电网的短路电流，电流幅值很高，所以对人身安全的威胁很大。 中性点直接接地方式多用于110kV以上的电压等级配电网中。这是因为在高电压等级配电网中，绝缘设备的费用在工程总价格中占有很大的比重，从限制过电压能力和绝缘水平以及经济性方面综合考虑来看，中性直接接地方式能够很好的满足以上条件。电气工程学院电气工程学院29 通过以上的工作，对配电网不同中性点接地方式有以下结论： (1)中性点不接地系统在抑制弧光过电压方面的能力差，发生单相接地故障时非故障相的最大过电压幅值