關于配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng)故障的研究

1、CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY畢業(yè)設計（論文）題目：關于配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng)故障的研究 學生姓名：吳書聰學號：924513100004班級:海南自考專業(yè)： 電力系統(tǒng)及自動化指導教師：林朝明2015年 4月一、畢業(yè)設計（論文）任務課題內容：關于配電網(wǎng)中性點的接地方式的問題有一些不同的觀點，曾進行過長時間的討論，也進行過不同的實踐驗證。在我們國家的配電網(wǎng)主要采用三種中性點接地方式，即：中性點對地絕緣、中性點經消弧線圈接地和中性點經電阻接地這三種接地方式，每種都有不同的特點和適用場合。本次畢業(yè)設計主要從對內、外過電壓防護、配電網(wǎng)

2、運行維護和供電可靠性等方面對這三種接地方式進行分析、探討，找出這三種接地方式的優(yōu)點、缺點和適用場所以及在運行中應注意的問題。課題任務要求：主要研究內容:1、熟悉國內外配電網(wǎng)中性點接地的概況；2、分析各種接地方式的過電壓情況；3、分析各種接地方式對供電可靠性的影響；4、研究各種接地方式的優(yōu)缺點和適用場所?？偨Y課題，完成畢業(yè)設計論文的寫作，并通過畢業(yè)論文答辯。注：1、此任務書應由指導教師填寫。 2、此任務書最遲必須在畢業(yè)設計開始前一周下達給學生。課題完成后應提交的文件和圖表（或設計圖紙）：1、畢業(yè)設計論文2、英文翻譯內容參考文獻和外文翻譯文件（由指導教師選定）：參考文獻：1、李景祿，關于中壓電網(wǎng)防

3、雷保護現(xiàn)狀分析與探討J，電瓷避雷器 2003.4p3338。2、李景祿，信陽電網(wǎng)防雷現(xiàn)狀分析J、電瓷避雷器 1991.6 p5253。 3、弋東方，關于 6-10KV 電網(wǎng)中性點接地方式的討論，1997 年過電壓學術討論會論文集。4、李景祿，配電網(wǎng)自動跟蹤補償消弧裝置J、高壓電器 1999（5）p4244。 5、李景祿，ZXB-6-10KV，自動跟蹤補償消弧裝置運行分析J、高電技術，1997（3）。6、李景祿，ZXB 系列自動跟蹤補償消弧裝置J、中國電力，1998（8）。外文翻譯： 英文論文 12 篇同組設計者：二、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表序工作進度日程安排畢業(yè)設計（論文）工作任務周號1

4、2345678910111213141516171819次1閱讀相關資料，完成英文翻譯2熟悉國內外配電網(wǎng)中性點接地的概況3分析各種接地方式的過電壓情況4分析各種接地方式的優(yōu)缺點和適用場所及對供電可靠性的影響5整理撰寫論文6論文修改7準備答辯8論文答辯910注： 1、此表由導師填寫； 2、此表每個學生人手一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)； 3、進度安排請用“”相應位置畫出。三、學生完成畢業(yè)設計（論文）階段任務情況檢查表時間第 一 階 段第 二 階 段第 三 階 段內容組織紀律完成任務情況組織紀律完成任務情況組織紀律完成任務情況檢查記錄教師簽字日期簽字日期簽字日期簽字注： 1.此表應由

5、指導教師認真填寫。2“紀律組織”一檔應按長沙理工大學學生學籍管理實施辦法精神，根據(jù)學生具體執(zhí)行情況，如實填寫。3.“完成任務情況”一檔應按學生是否按進度保質保量完成任務的情況填寫。4.對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或對其成績降一等級。5.階段分布由各院（系） 自行決定。四、學生畢業(yè)設計（論文）裝袋要求：1. 畢業(yè)設計（論文）按以下排列順序印刷與裝訂成一本（撰寫規(guī)范見教務處網(wǎng)頁）。(1)封面(2)扉 頁(3)畢業(yè)設計（論文）任務書(4)中文摘要(5)英文摘要(6)目錄(7)正文(8)參考文獻(9)致謝(10) 附錄（公式的推演、圖表、程序等）(11) 附件 1：

6、開題報告（文獻綜述） (12) 附件 2：譯文及原文影印件2. 需單獨裝訂的圖紙（設計類）按順序裝訂成一本。3. 修改稿（經、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。4.畢業(yè)設計(論文)成績評定書一份。5論文電子文檔由各學院收集保存。學生送交全部文件日期學生（簽名）指導教師驗收（簽名）配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng)故障的研究關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論摘要配電網(wǎng)中性點接地是一個涉及電力系統(tǒng)各個方面的極為重要的綜合性問題，它與供電可靠性、設備安全、人身安全、過電壓保護、繼電保護、經濟性等問題有著密切關系，對電力系統(tǒng)的設計與運行有著重大影響。電力系統(tǒng)中性點接地方式是人們防止系統(tǒng)事故的一項重要應用技術，具

7、有理論研究和實踐經驗密切結合的特點，因而是電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全與經濟運行的技術基礎。近年來我國的配電網(wǎng)進行了全面改造，配電網(wǎng)的結構發(fā)生了變化，配電網(wǎng)中性點的不同接地方式的選擇關系到電網(wǎng)的安全可靠運行。本文介紹了國內外配電網(wǎng)中性地接地的概況，對采用不同的接地方式從內外過電壓防護及供電可靠性等方面進行了分析，還比較了我國配電網(wǎng)中性地不同接地方式的優(yōu)缺點和適用場所，探討了配電網(wǎng)中性點接地方式選擇的一般原則及發(fā)展趨勢。關鍵詞：配電網(wǎng)；接地方式；過電壓；供電可靠性配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng)故障的研究 ON THE GROUNDING MANNERS OF NEUTRALPOINT IN DISTRIBUT

8、ION NETWORKSABSTRACTDistribution neutral grounding is a matter of all aspects of power systems with extremely important and comprehensive issue，it is closely related to the power supply reliability, safety equipment，personal safety，over-voltage protection，relay protection，economy and other issues，it

9、 has a major impact on the design and operation of power system.The neutral grounding of power systems is a major application for people to prevent accidents ， it has close characteristics with the combination of theoretical study and practical experience，thus the power system is the technical basis

10、 to achieve security and economic operation.Recent years，Chinas distribution network has a comprehensive transformation，the different distribution network neutral point grounding mode of choice related to the power grid safety and reliability.This paper introduced the neutral grounded distribution n

11、etwork profiles ， analyzed the over-voltage protection from internal and external power supply reliability and other aspects of the different grounded type，compared the different advantages and disadvantages of grounded place of the neutral distribution network in China，explored the general principl

12、es and trends to the choice of neutral grounding of the distribution network .Key words: distribution network; grounding; over-voltage; supply reliability 配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng) 故障的研究 目錄1 緒論11.1 課題背景及目的11.2 國內外配電網(wǎng)中性點接地的概況11.2.1 國外配電網(wǎng)中性點接地的概況11.2.2 國內配電網(wǎng)中性點接地的概況22 配電網(wǎng)中性點接地方式的分類和特點42.1 配電網(wǎng)中性點接地方式的分類42.2 配電網(wǎng)中性

13、點接地方式的特點43 各種接地方式的過電壓情況53.1 過電壓概述及系統(tǒng)過電壓分析53.1.1 概要53.1.2 系統(tǒng)過電壓分析53.2 中性點不接地配電網(wǎng)故障過電壓分析63.2.1 對稱配電網(wǎng)故障過電壓分析63.2.2 不對稱配電網(wǎng)故障的過電壓分析73.2.3 發(fā)生單相故障時線路中各相電壓變化分析93.2.4 中性點不穩(wěn)定過電壓103.3 中性點經消弧線圈接地的過電壓分析103.4 中性點經電阻接地的過電壓分析113.5 中性點直接接地的過電壓分析134 各種接地方式對供電可靠性的影響144.1 供電可靠性的要求和影響供電可靠性的因素144.2 中性點不同接地方式與供電可靠性144.3 中性

14、點經小電阻接地方式154.4 單相接地電容15 配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng) 故障的研究 4.5 中性點經消弧線圈接地對供電可靠性的影響165 各種接地方式的優(yōu)缺點和適用場所175.1 配電網(wǎng)中性點不接地175.1.1 中性點不接地的優(yōu)缺點175.1.2 中性點不接地的適用范圍175.2 配電網(wǎng)中性點經消弧線圈接地175.2.1 經老式消弧線圈接地的優(yōu)缺點185.2.2 經自動跟蹤補償消弧裝置接地的優(yōu)缺點185.2.3 中性點經消弧線圈接地的適用范圍195.3 配電網(wǎng)中性點經電阻接地195.3.1 中性點經高值電阻接地方式195.3.2 中性點經低值電阻接地方式205.3.3 中性點經中值電阻

15、接地方式215.4 配電網(wǎng)中性點直接接地215.4.1 中性點直接接地的優(yōu)缺點215.4.2 中性點直接接地的適用范圍216 總結22參考文獻24致謝25 配電網(wǎng)中性點接地方式與配電網(wǎng) 故障的研究 1 緒論1.1 課題背景及目的中性點接地主要分為中性點有效性接地和中性點非有效性接地兩類。其中中性點有效性接地包括直接接地或經低值電阻器或低值電抗器接地;非有效性接地包括不接地和經消弧線圈接地。中性點接地方式涉及電網(wǎng)的安全可靠性、經濟性，同時直接影響系統(tǒng)設備絕緣水平的選擇、設備過電壓水平及繼電保護的方式、對通訊的干擾等。中性點接地方式的選擇，極大的影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。隨著我國電網(wǎng)的發(fā)展，大電網(wǎng)的出現(xiàn)

16、，城市電纜線路的增多，電容電流的逐漸增大，中性點接地方式選擇的重要性尤為明顯。通過本課題的分析討論，對配電網(wǎng)中性點各種接地方式的優(yōu)點缺點進行探討，針對各級電壓網(wǎng)絡，找出更好的接地方式，以達到實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行的目的，這是非常必要的。1.2 國內外配電網(wǎng)中性點接地的概況1.2.1 國外配電網(wǎng)中性點接地的概況世界各國的配電網(wǎng)采用的中性點接地方式隨電壓等級的不同而不同，并且在同一電壓等級的配電網(wǎng)中，其接地方式也不盡相同。第一次世界大戰(zhàn)時期，德國首先發(fā)明了消弧線圈接地1，當時該國對各種電壓等級的電網(wǎng)中性點廣泛采用了消弧線圈接地方式(也稱諧振接地方式)，電網(wǎng)電壓范圍為 30220kV，自 1916

17、年投運以來積累了豐富的經驗，后因 220kV 電網(wǎng)事故較多，60 年代初就不再應用消弧線圈接地了。在柏林市的 30kV 電網(wǎng)中，共有電纜 1400km，其電容電流高達4kA，也采用了消弧線圈接地方式。美國在 20 年代中期至 40 年代中期，其 2270kV 電網(wǎng)中，采用快速切除故障的中性點直接接地方式約占 71%，且發(fā)展很快，1947 年以后，采用消弧線圈的接地方式才有了發(fā)展，配電網(wǎng)中經消弧線圈接地約占 5.4，經電阻或小電抗接地約各占 6.5，不接地約占 10.6。英國 66kV 電網(wǎng)中性點采用經電阻接地方式，而對 33kV及以下由架空線路組成的配電網(wǎng)，中性點逐步由直接接地改為經消弧線圈接

18、地；由電纜組成的配電網(wǎng)，仍采用中性點經小電阻接地方式。法國電力公司(EDF)從 1962 年開始，將城第 1 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究市配電網(wǎng)的標稱電壓定為 20kV，其中性點采用經電阻或經電抗的接地方式，限制接地故障電流數(shù)值要求如下：大城市的電纜配電網(wǎng)為 1kA，其它配電網(wǎng)為 300A。故障線路要求快速跳閘，但不考慮從故障發(fā)生到故障切除這段時間中的接觸電壓和跨步電壓。至 80 年代，法國電力公司對 20kV 配電網(wǎng)中性點接地方式又提出了新的要求，即瞬時接地故障電流應降低到 4050A，同時要求考慮接觸電壓、跨步電壓和低壓設備絕緣等問題。并采取了一系列改進措施

19、，如中性點經 120電阻接地,并在電阻旁并聯(lián)一補償電抗，同時這個補償電抗能自動跟蹤調節(jié)，以保證安全運行。日本2各級配電網(wǎng)除個別地區(qū)外，1133kV 配電網(wǎng)中性點接地方式大體如下：消弧線圈接地約占 28%，電阻接地約占 30%，直接接地約占 2%,不接地約占 4%。其采用電阻接地方式時，一般限制接地電流數(shù)值為 100200A。東京電力公司所屬配電網(wǎng)中，其中性點接地方式為 66kV 的配電網(wǎng)分別采用經電阻、電抗、消弧線圈接地;22kV 系統(tǒng)采用電阻接地方式。前蘇聯(lián)曾規(guī)定 366kV 電網(wǎng)中性點采用消弧線圈接地方式，110kv 采用中性點直接接地。莫斯科市配電電纜網(wǎng)絡至今仍是中性點經消弧線圈接地的運

20、行方式。又如意大利、加拿大、日本、瑞典和美國等在中壓配電網(wǎng)升壓運行后，大部分電網(wǎng)中性點都采用直接接地的運行方式?？傊?世界各國的配電網(wǎng)中性點在 50 年代前后，大都采用經消弧線圈接地方式；到 60年代以后，逐步采用直接接地和低電阻接地方式，但也不盡相同。通觀世界各國電力系統(tǒng)中性點接地方式和 IEC 規(guī)定，可分為 4 類 9 種，即：（1）中性點經電阻接地系統(tǒng)，又分為高、中、低電阻接地方式；（2）中性點經電抗接地系統(tǒng)，又分為高、中、低電抗接地方式；（3）中性點不接地或經消弧線圈(諧振)接地方式；（4）中性點直接接地系統(tǒng)。1.2.2 國內配電網(wǎng)中性點接地的概況建國初期至 80 年代，我國完全參照了

21、前蘇聯(lián)的規(guī)定，對 3-66kV 電網(wǎng)中性點主要采用不接地或經消弧線圈接地 2 種方式3。80 年代中期，我國城市 10kV 配電網(wǎng)中電纜線路逐漸增多，電容電流相繼增大，而且運行方式經常變化，消弧線圈調整存在困難，如果發(fā)生單相接地時間一長，往往會發(fā)展成為兩相短路。對此，國內開始重新考慮合適的接地方式，從 1987 年開始，廣州部分變電站為了滿足 10kV 電纜較低的絕緣水平，采用了低電阻接地方式；隨后，深圳根據(jù)其 10kV 配電網(wǎng)電纜不斷增加的實際，從 1995 年開始實施 10kV 配電網(wǎng)中性點采用低電阻接地方式的工程；天津電纜網(wǎng)比較多，過去以消弧線圈接地為主，現(xiàn)在對 35kV 電纜網(wǎng)試行低電

22、阻接地方式，運行情況正常；蘇州工業(yè)園區(qū)，其配電網(wǎng)采用第 2 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究20kV 供電，全部為電纜線路，中性點也采用低電阻接地的運行方式，自 1996 年正式投運至今，運行正常。上海在 90 年代對 35kV 配電網(wǎng)全面采用低電阻接地的運行方式。針對上述情況，原國家電力部對原 SDJ7-79電力設備過電壓保護設計技術規(guī)程進行了修訂，在頒布的新規(guī)程即國家電力行業(yè)標準 DLT620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合中，對有關配電網(wǎng)中性點接地方式做了重大修改4：（1） 將原規(guī)定 3-10kV 配電網(wǎng)中單相接地電容電流大于 30A 時才要求安裝消

23、弧線圈，修改為單相接地電容電流大于 10A 時即要求安裝消弧線圈。（2）根據(jù)國內已有的中性點經低電阻接地的運行經驗，對 6-35kV 主要由電纜線路構成的系統(tǒng)，其單相接地故障電容電流較大時，可采用低電阻接地的運行方式。（3）對于 6-10kV 系統(tǒng)以及發(fā)電廠廠用系統(tǒng)，其單相接地故障電容電流較小時，為防止諧振、間歇性電弧接地過電壓等對設備的損害，可采用高電阻接地的運行方式。1.3 論文的構成及研究內容本文的第一部分介紹了課題的研究背景和目的，以及國內外目前的研究現(xiàn)狀；第二部分主要介紹了配電網(wǎng)中性點的各種接地方式的優(yōu)缺點及其適用場所；第三部分主要介紹了各種接地方式的過電壓情況，分析了過電壓產生的原

24、因；第四部分對不同接地方式的供電可靠性進行了分析；第五部分對全文進行總結，最后得出結論。第 3 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究2 配電網(wǎng)中性點接地方式的分類和特點2.1 配電網(wǎng)中性點接地方式的分類電力系統(tǒng)中性點接地方式指的是變壓器星型繞組的中性點與大地的電氣連接方式。由于對各種電壓等級電網(wǎng)運行指標的要求日益提高，電力系統(tǒng)中性點接地方式的正確選擇具有越來越重要的實際意義。我國的電力系統(tǒng)按照中性點接地方式的不同可劃分為兩大類5：即小電流接地方式和大電流接地方式。簡單的說小電流接地方式指的是中性點非有效接地方式，包括中性點不接地、中性點經消弧線圈接地和中性點經高阻接地等，

25、大電流接地方式指的是中性點的有效接地方式，包括中性點直接接地和中性點經低電阻接地等。在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，由于中性點非有效接地，故障點不會產生大的短路電流，因此允許系統(tǒng)短時間帶故障運行。在大電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，由于存在短路回路，所以接地相電流很大，會啟動保護裝置動作跳閘。2.2 配電網(wǎng)中性點接地方式的特點采用小電流接地方式的系統(tǒng)我們稱之為小電流接地系統(tǒng)，采用大電流接地方式的系統(tǒng)我們稱之為大電流接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)的特點是：（1）由于中性點非有效接地，當系統(tǒng)發(fā)生單相短路接地時，故障點不會產生大的短路電流。因此，允許系統(tǒng)短時間帶故障運行，此系統(tǒng)對于減少用戶停電時間

26、提高供電可靠性非常有意義；（2）當系統(tǒng)帶故障運行時，非故障相對地電壓將上升很高，容易引發(fā)各種過電壓，危及系統(tǒng)絕緣，嚴重時會導致單相瞬時性接地故障發(fā)展成單相永久接地故障或兩相故障。大電流接地系統(tǒng)的特點是：（1）當發(fā)生單相接地故障時，由于采用中性點有效接地方式存在短路回路，所以接地相電流很大，必須迅速切除接地相甚至三相，因而供電可靠性低；（2）由于故障時不會發(fā)生非接地相對地電壓升高的問題，對于系統(tǒng)的絕緣性能要求也相應降低 。第 4 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究3 各種接地方式的過電壓情況3.1 過電壓概述及系統(tǒng)過電壓分析3.1.1 概要供配電系統(tǒng)主要是由電動機、變壓器

27、、斷路器及電纜等設備組成。由于各種因素的影響，使得電氣設備隨時可能受到外部過電壓的侵襲，過電壓出現(xiàn)的時間雖然短，但由于其峰值高、波形陡，對電氣設備造成的威脅很大。偶爾一次過電壓可能不會將電氣設備即刻損壞，但已使絕緣水平受到了不可逆的損害，多次過電壓的累積作用使設備的絕緣耐受能力逐步下降，以至于最后一次并不大的電壓沖擊都能使絕緣擊穿。因此，研究過電壓的產生機理、量值范圍，從而恰當?shù)剡M行保護設備的選擇與設計，是保證電氣設備安全運行的一項重要工作。以往的電氣設計中并不是常常將供電系統(tǒng)作為一個整體予以重視，以至于電氣設備絕緣因為過電壓而損壞的現(xiàn)象時有發(fā)生，大型電氣設備的損壞往往會嚴重影響企業(yè)的安全生產

28、和經濟效益。3.1.2 系統(tǒng)過電壓分析為了保證電氣設備及其保護裝置的安全運行，首先必須了解過電壓的產生機理、量值范圍等，按照過電壓產生的原因，現(xiàn)將中壓配電網(wǎng)中的各種過電壓概要說明如下6：（1）操作過電壓：真空斷路器在操作時，可能由于截流、重燃或三相同時開斷等原因而產生操作過電壓。操作過電壓主要表現(xiàn)為相間過電壓，最高可達到 3.5 倍 U，電壓波形最寬處不超過 5ms；而相對地過電壓一般較低，不會對設備造成危害。（2）雷電過電壓：雷電過電壓又稱為外部過電壓或大氣過電壓，是由直擊雷或感應雷活動引起的，直接雷擊的可能性僅存在于有室外配電裝置的總變電所及其引入或引出的外部架空線路上；對于電纜進出線的廠

29、區(qū)變電所以及相關的電氣設備一般會承受雷電侵入波過電壓的沖擊，根據(jù)國內實測結果表明，雷電侵入波過電壓主要表現(xiàn)為相對地過電壓，其峰值可能達到額定相電壓的 6 倍以上，但持續(xù)時間很短，一般為微秒級。（3）電弧接地過電壓：在中性點不接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生單相間歇性的“熄弧重燃”接地，就會形成一個高頻振蕩過程，造成間歇性的弧光接地過電壓，經過二次燃弧以后，第 5 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究兩健全相的最大電壓為 3.5 倍相電壓7，故障相不存在振蕩過程，最大過電壓為 2.0 倍相電壓。由于這種過電壓的持續(xù)時間可達數(shù)十分鐘或更長，波及范圍廣，在整個電網(wǎng)某處存在絕緣弱點時，即可在

30、該處造成絕緣閃絡或擊穿，因此，弧光接地過電壓的危害性大。（4）PT 鐵芯飽和諧振過電壓：此種過電壓產生的原因可以分為高次諧波、工頻和低分次諧波諧振等三種。第一種是在投入空母線時產生，過電壓幅值較高，可使母線、主變絕緣閃絡，以及 PT 燒壞等。后兩種多在運行中的電網(wǎng)產生，幅值多在 23 倍相電壓間，而且特性很不穩(wěn)定，作用時間可達數(shù)分鐘或十幾分鐘，待 PT 或高壓保險熔斷后，系統(tǒng)電壓恢復正常。（5）配變高壓繞組接地諧振過電壓：對于運行當中的三相配電變壓器來說，當高壓繞組因匝間短路引起接地，以及高壓保險同時熔斷時，均可能因諧振而產生過電壓。根據(jù)試驗研究結果，當高壓繞組一點接地時，過電壓可達到 2.3

31、8 倍，異相兩點接地時，過電壓為2.73 倍，其作用的時間可達數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘，直到發(fā)生故障的變壓器脫離系統(tǒng)為止。當接地相的高壓保險同時熔斷時產生的過電壓可達 3.133.36 倍，時間一般不會超過 2s。此外，當兩臺配電變壓器各點接地時，過電壓最大值可達 3.54.06 倍。（6）單相接地時切斷空載線路過電壓：當系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地故障時，此時如果切斷空載線路可產生 5.0 倍以上的過電壓，該過電壓可能直接引起避雷器爆炸和設備損壞。3.2 中性點不接地配電網(wǎng)故障過電壓分析3.2.1 對稱配電網(wǎng)故障過電壓分析簡單的配電網(wǎng)絡中，假定網(wǎng)絡的三相電源 EA， EB，EC 是對稱的，線路的對地電容

32、CA，CB，CC 是相等的，并假定網(wǎng)絡的中性點 O 是不接地的，如圖 31 所示。EAUCEB0 UB EC UA CACBCC圖 31 簡單三相配電網(wǎng)當系統(tǒng)正常運行時，由于電源電壓及線路參數(shù)都是對稱的，所以中性點的電壓 U0=0，第 6 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究線路電壓 UA、UB、UC 也都是對稱的，相量如圖 32（a）所示。然而當系統(tǒng)發(fā)生金屬性單相接地故障時，故障相 A 相的電壓 U0=0，系統(tǒng)的中性點電壓發(fā)生偏移，此時系統(tǒng)的中性點電壓 U0 為系統(tǒng)正常時 A 相電壓的負值，即 U0-EA。由圖 31 的電路知，非故障相 B 相和 C 相的電壓 UB和

33、UC分別為:U ' B =U '0 +U=U- E=e- j15003 EABBAU 'C =U '0 +U C =U C - EA =3 EA e+ j1500（3-1）故障時的電壓相量如圖 32（b）所示。從故障相量圖和公式（31）可以看出，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障相的電壓為零，而非故障相的電壓幅值都上升了 3 倍，二者的上升幅 度是相同的，它們之間的相位差為 60°，此時三相的對地電壓是不對稱的，但三相之間的 線電壓仍然保持對稱。因此，根據(jù)國家標準，這種系統(tǒng)允許帶故障運行一段時間，并在此 時間內快速查找故障原因和位置并切除故障。EAEAECEBOC

34、EB UCUBEa 正常時b 故障時圖 32 對稱網(wǎng)絡電壓相量圖3.2.2 不對稱配電網(wǎng)故障的過電壓分析我國的實際配電網(wǎng)絡多數(shù)連接到輸電網(wǎng)上，相對于配電網(wǎng)而言，輸電網(wǎng)的參數(shù)采用對稱參數(shù)表示，但配電網(wǎng)的架空線路一般都不經過完全交叉換位，甚至根本就不考慮交叉換位，因此各相的參數(shù)是不相同的，各相的阻抗及對地導納也都不完全相等。在這些參數(shù)中，對中性點電壓影響最大的是線路得對地分布電容。假設圖 33 的網(wǎng)絡中三相對地的電容分別為 CA、CB、CC，且 CACBCC。在正常運行時，根據(jù)戴維南定理推出中性點對地的電壓 U0 為U 0=E AYA + E BYB+ EC YC（3-2）YA+YB+YC第 7

35、頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究其中，YA、YB、YC 分別為三相對地導納。以 A 相為基準，忽略電導，式（3-2）可以改寫為如下式子U 0= -U AC +a 2C+aCABCCA + CB+ CC（3-3）其中，a = e+ j1200 。從公式（33）可以看出，線路的分布電容直接影響到系統(tǒng)得中性點電壓，當 CA、CB、C各不相等時，中性點對地的電壓 U0 的幅值是不等于零的，即相位發(fā)生了變化。所以，對于線路參數(shù)不對稱的配電網(wǎng)絡來說，在系統(tǒng)正常運行時，中性點的電壓就產生了偏移，根據(jù)式（31）可知，A、B、C 相對地的電壓幅度不再相等，互相的相位也不是 120

36、76;，即系統(tǒng)各相對地電壓是不對稱的。圖 33 展示了當 CA>CB>CC 時，系統(tǒng)電壓的相量圖。UA EAOUC UBEC EB圖 3-3 不對稱網(wǎng)絡電壓相量圖設在 A 相發(fā)生單相接地故障，即 YA=0，此時由于接地故障引起的參數(shù)不對稱較線路結構參數(shù)的不對稱要大得多，所以系統(tǒng)中性點電壓偏移主要是由于短路故障造成的。忽略次要因素，則根據(jù)式（33）可近似得到中性點電壓U ' 0 為：U '0 = -UAa 2CB +aCCCB+ CC（3-4）由式（34）可以看出，中性點對地的電壓偏移的幅值和相位與線路對地的電容的大小 密切相關，從而影響到故障時非故障相電壓幅值升高和

37、相位變化的程度，當 CB 和 CC 的大 小改變，非故障相電壓以及中性點電壓都隨著發(fā)生變化。如圖 34 的相量所示，當 B 相對 地的電容大于 C 相對地電容時，U ' 0 在相位上更接近U B ，同時 B 相過電壓的幅值比 C 相過 電壓的幅值高。反之，則U ' 0 在相位上更接近U C ，B 相過電壓的幅值比 C 相過電壓的幅值第 8 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究低。從這里我們可以看出，對中性點不接地系統(tǒng)來說，由于各相對地的電容不一樣，使得非故障相電壓幅值升高和相位變化的程度也不一樣，與對稱系統(tǒng)的非故障相電壓的等幅上升的結論是不相同的。UAUA

38、OOUCUUUBOBCOUCUBUCUBB相電容大C相電容大圖 3-4 不對稱網(wǎng)絡故障時的電壓相量圖3.2.3 發(fā)生單相故障時線路中各相電壓變化分析從以上分析可知，中性點不接地的配電網(wǎng)絡中，當發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)產生了零序電壓和不對稱電壓，使得故障點故障相的電壓為零，非故障相的電壓幅值升高，當線路參數(shù)不對稱時，兩個非故障相電壓升高的程度也不一樣，同時相位發(fā)生了與對稱網(wǎng)絡不同的變化；在電源點，電源 EA、EB、EC 是對稱的。盡管網(wǎng)絡參數(shù)是不對稱的，但對每相線路來講，其分布參數(shù)是均勻變化的，即線路上各相的電壓是由電源點線性變化到故障點的電壓，圖 35 的相量圖直觀地描述了故障時，線路上電壓的

39、變化情況，三個相量分別代表電源相量、線路上某一點的相量和故障點的相量。EAUAUA=0OOUAEC EB UCUBOUBUCUBUCUo圖 3-5 不對稱網(wǎng)絡故障時線路的電壓相量圖由上可知，對于中性點不接地且線路沒有經過完全交叉換位的配電網(wǎng)絡，系統(tǒng)的故障第 9 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究過電壓與線路分布電容的大小有直接的關系，并隨著線路的長度增加影響的程度增大。當線路較長時，非故障相過電壓程度可能達到正常電壓的 2 倍以上，各相之間的相互相位差也不是 120o，明顯出現(xiàn)電壓相位不對稱的情況。因此，在配電網(wǎng)的規(guī)劃設計以及運行等方面，包括絕緣、跨步電壓、保護設定等等

40、，僅僅考慮故障電壓上升 3 倍是不夠的，還必須考慮到不對稱電壓的因素。3.2.4 中性點不穩(wěn)定過電壓中性點不穩(wěn)定過電壓在國內外的電力系統(tǒng)中均曾普遍發(fā)生，是新建和檢修后的電氣設備在投入運行時發(fā)生損壞的重要原因之一，同時也是電壓互感器燒毀及其高壓保險絲頻繁熔斷的重要原因。在中性點不接地的條件下，偶遇激發(fā)，此種過電壓便容易產生，對安全運行造成的威脅較大。在電網(wǎng)中性點不接地、電壓互感器的對地感抗與電網(wǎng)的對地容抗相互匹配時，由于突然投入空母線或電網(wǎng)發(fā)生瞬間電弧接地等原因，使電壓發(fā)生突變，引起電壓互感器鐵心飽和，導致三相對地導納的不對稱，便可能產生基波、低分次諧波或高次諧波等三種不同頻率的中性點不穩(wěn)定過電

41、壓。而且在同一次過程中，還可能產生兩種不同頻率的過電壓，即從一種頻率的諧振狀態(tài)，自動轉變到另一種頻率的諧振狀態(tài)。諧振狀態(tài)可以持續(xù)較長時間，有可能突然自動消失8。當產生基波諧振時，因中性點位移電壓與接地相電壓反相，零電位點必須移到線電壓三角形之外，該相電壓顯著降低，但并不為零，即所謂的一相反傾；其余兩相電壓升高，數(shù)值超過線電壓；開口三角形繞組的電壓也會超過相電壓。當產生低分次諧波諧振時，三相電壓與正常情況相比，依次輪流升高，電壓表的指針在相同的范圍內出現(xiàn)低頻擺動，開口三角形同時也會出現(xiàn)分頻零序電壓。當產生高次諧波諧振時，因中性點出現(xiàn)高次諧波的位移電壓，它與工頻電壓疊加后三相電壓同時升高，其中一相

42、電壓尤其高，開口三角形繞組同時會出現(xiàn)過電壓。3.3 中性點經消弧線圈接地的過電壓分析消弧線圈的作用是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，提供一感性電流，補償接地的電容電流，使接地電流減小，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度下降，達到熄弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效地降低產生弧光接地過電壓的幾率，還可以有效地抑制過電壓的幅值，同時也最大限度的減小故障點的熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。所謂第 10 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究正確調諧，就是電感電流接地或電感電流等于電容電流，工程上用脫諧度來描述調諧程度n = (IC - I L ) IC（3-5）當=0 時為全

43、補償，當<0 時為過補償，當>0 時為欠補償。從發(fā)揮消弧線圈的作 用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好處于全補償狀態(tài)，但是在電網(wǎng)正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓。 消弧線圈運行在全補償狀態(tài)時，單相接地故障點電流為零，電網(wǎng)零序電抗 X 0 ，非故障相電壓為線電壓；若消弧線圈運行在欠補償狀態(tài)時，零序電抗為容性，非故障相電壓 從高于線電壓降低至接近線電壓；若電網(wǎng)為過補償狀態(tài)，零序電抗為感性，非故障相電壓 從小于線電壓升至接近線電壓。在電網(wǎng)正常運行時，消弧線圈處于全補償狀態(tài)或接近全補償狀態(tài)，雖有串聯(lián)諧振電阻 將穩(wěn)態(tài)諧振過電壓限制在允許范圍內，但是電網(wǎng)中的各種擾動（大電機

44、投切，非同期合閘， 非全相合閘等），使得其瞬態(tài)過電壓危害較為嚴重。在零序回路中，消弧線圈的感抗與電壓互感器的勵磁電抗是并聯(lián)的關系，而消弧線圈 的感抗要比電磁式電壓互感器的勵磁電抗小得多（相差幾個數(shù)量級），因而電磁式電壓互感 器的勵磁電抗也就被消弧線圈的感抗所制約，也就產生不了因電磁式電壓互感器的磁飽和 所引起的三相不平衡，也產生不了鐵磁諧振過電壓，其消協(xié)效果是其他任何形式的消諧器 所無法比擬的。但是配電網(wǎng)經消弧線圈接地對由斷線故障引起的諧振無能為力，其效果不 如電阻接地的阻尼效果好。配電網(wǎng)經消弧線圈接地，特別是經自動跟蹤補償消弧裝置接地，由于消弧裝置始終把接地殘流控制在 10A 以下，小于熄弧

45、臨界值（11.4A）,在加上消弧裝置可以減緩弧隙恢復電壓的上升速度，能夠促使電弧可靠熄滅，避免重燃。另一方面，串接在電抗器與大地之間的阻尼電阻器起著吸收能量及阻尼的作用，能夠有效地抑制弧光接地過電壓的幅值。據(jù) ZXB 系列自動跟蹤補償消弧裝置的現(xiàn)場試驗證明，能把弧光接地過電壓的幅值限制到 1.8U以下。3.4 中性點經電阻接地的過電壓分析中性點經電阻接地系統(tǒng)可以降低單相接地工頻過電壓，能快速切除故障線路9。這對于有積累效應的電纜線路的絕緣是有力的，同時為無間隙的氧化鋅避雷器的安全運行創(chuàng)造第 11 頁 共 25 頁關于配電網(wǎng)中性點接地方式的討論與故障的研究了有利條件。經小電阻接地的系統(tǒng)在弧光接地

46、過電壓時間歇性電弧積聚的電荷可通過泄漏入地，中性點電位很快衰減，所以過電壓幅值明顯降低，一般小于 2.5 倍相電壓，明顯小于消弧線圈產生的過電壓幅值。在中性點不接地系統(tǒng)中，因電磁式電壓互感器的電感與對地電容形成非線性諧振回路，發(fā)生單相接地時會產生分頻、工頻或高頻鐵磁諧振過電壓。在 TV 的中性點串電阻或在 TV二次側開口三角形繞組接入消諧器的效果并不明顯，仍發(fā)生 TV 的熔斷器熔斷、TV 過熱燒壞等現(xiàn)象。在中性點經電阻接地后諧振無法產生，所以，電阻接地方式也是消除鐵磁諧振過電壓有效的措施。中性點不接地的配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，之所以會產生較高的過電壓是由于線路電容上的殘余電荷不能及時泄放掉。如果中性點經電阻接地，則在電弧熄滅期間中性點接地電阻為線路電容提供了一個零序放電回路，如圖 36 所示（假設接地相為 C 相）。UACAUBCBRN圖 3-6 等值零序放電回路由于 A、B 兩相的電容都經過中性點電阻 RN 放電，故對每一相電容來說，放電常數(shù)為2RNC。根據(jù)前述分析，要使線路電容上不致出現(xiàn)電荷積累，就必須在電弧兩次重燃之間把線路電容上的電荷泄放掉。如果以 f 表示電源頻率，則電弧兩次重燃的平均時間間隔