10 kv小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)特點(diǎn)及其短路計(jì)算_secret

1、 10 kV小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)特點(diǎn)及其短路計(jì)算摘要：介紹了10kV小電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用對(duì)稱分量法對(duì)單相接地故障進(jìn)行了序網(wǎng)分析，在給定的初始參數(shù)條件下，提出了小電阻接地系統(tǒng)參數(shù)的一些特點(diǎn)，并作了分析計(jì)算，得出單相接地故障時(shí)系統(tǒng)線電壓仍維持平衡的結(jié)論。最后對(duì)有關(guān)接地設(shè)備的選擇給出了計(jì)算方法。關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)小電阻接地；對(duì)稱分量法；短路計(jì)算Parametric attributes of 10 kV power system grounded by small resistance and its short-circuit calculationAbstract：The features o

2、f 10 kV distribution system grounded by small resistance are described in this paper.The sequential network analysis of single-phase earth fault is conducted using the symmetrical component method.Given initial parameters，some parametric attributes of such system are presented along with analytical

3、computation.It draws a conclusion that the line voltage of the system remains balanced in spite of single-phase ground faults.The computing method for selecting relevant grounding apparatus is proposed at last.Key words：neutral grounding by small resistance；symmetrical component method；short circuit

4、 calculation中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的配電系統(tǒng)在城市電網(wǎng)中已越來越廣泛地被采用。部分城市電網(wǎng)主要以電纜作為送電線路，且使用緊湊型的全封閉式的開關(guān)設(shè)備及氧化鋅避雷器，有些城市使用了不少耐壓標(biāo)準(zhǔn)較低的電纜。這樣的系統(tǒng)有幾個(gè)特點(diǎn)：a)系統(tǒng)電容電流較大，通常超過50 A，單相接地故障后會(huì)產(chǎn)生較高的內(nèi)部過電壓；b)單相接地故障概率比架空出線少得多；c)設(shè)備不允許在單相接地后約3倍的工頻過電壓下再連續(xù)運(yùn)行。這樣要求當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后應(yīng)立即切除故障線路，采用小電阻接地有利于繼電保護(hù)裝置可靠迅速地檢測(cè)并切除故障回路，小電阻接地還可改善系統(tǒng)參數(shù)減少接地故障時(shí)的內(nèi)部過電壓值。小電阻接地系統(tǒng)的分析計(jì)算在有關(guān)

5、手冊(cè)及參考書中均未做深入的研究，本文嘗試在這方面進(jìn)行一些分析探討。1單相接地故障的對(duì)稱分量法計(jì)算對(duì)電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障的計(jì)算，通常采用對(duì)稱分量法，單相接地故障時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算過程如下：L1相接地時(shí)，其各序的網(wǎng)絡(luò)方程如下：由單相接地故障的邊界條件可得：據(jù)此可得到復(fù)合序網(wǎng)圖，如圖1所示。圖1單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng)根據(jù)序網(wǎng)圖可求得：通常Z1=Z2，所以對(duì)非故障相L2相可得下列序網(wǎng)絡(luò)方程：可得L2相電壓：同樣方法可得L3相電壓：210 kV小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)分析2.1系統(tǒng)接線及組成10 kV小電阻接地系統(tǒng)組成如圖2。組成部分有：作為電源的降壓變壓器，曲折接地變壓器，中性點(diǎn)接地電阻，10 kV母線，10 k

6、V饋電線路等。圖210 kV小電阻接地系統(tǒng)接線圖2.2曲折接地變壓器的參數(shù)特點(diǎn)曲折接線方式如圖2所示。當(dāng)加入三相正、負(fù)序電流時(shí)，接地變壓器的每一鐵心柱上的磁勢(shì)是該鐵心柱上分屬不同相的兩繞組磁勢(shì)的相量和。三個(gè)鐵心柱上的磁勢(shì)是一組三相平衡量，相位差120，產(chǎn)生的磁通可在三個(gè)鐵心柱上互相形成回路，磁路磁阻小，磁通量大，感應(yīng)電勢(shì)大，呈現(xiàn)很大的激磁阻抗。當(dāng)對(duì)接地變壓器加入三相零序電流時(shí)，每個(gè)鐵心柱上的兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)由于大小相等，方向相反，合成磁勢(shì)為零。鐵心柱上沒有主磁通，零序磁通只能經(jīng)過鐵心和周圍的介質(zhì)形成閉合回路，磁路磁阻大，因而磁通量小，感應(yīng)電勢(shì)小，呈現(xiàn)的零序等效阻抗也小。因此接地變壓器具有正負(fù)

7、序阻抗大而零序阻抗小的特點(diǎn)。2.3單相接地故障時(shí)阻抗參數(shù)特點(diǎn) L1相接地時(shí)，各序網(wǎng)等效電路如圖3。圖3各序網(wǎng)等效電路(L1相接地)正序電路中XK為主變壓器短路電抗加上限流電抗器的阻抗值，RL1+jXL1是故障線路的正序阻抗。在正序電路中忽略了變壓器及接地變壓器的激磁阻抗，系統(tǒng)對(duì)地電容及負(fù)載阻抗。零序電路中Rg0、Xg0為接地變的零序參數(shù)，3RN為3倍中性點(diǎn)電阻值，X為系統(tǒng)的一相對(duì)地電容容抗值，R0、X0為故障線路的零序阻 抗參數(shù)。從等效電路可得各序的綜合阻抗：其中ZN=Rg0+3RN+jXg0由于目前小電阻接地方式主要應(yīng)用于以電纜出線為主的城市配電網(wǎng)，下面以一典型的城市配電網(wǎng)為例，分析單相接地

8、故障時(shí)正序零序綜合阻抗之間關(guān)系特點(diǎn)。某一個(gè)城市10 kV配電系統(tǒng)參數(shù)如下：主變壓器：SN=50 MVA，U1N/U2N=110 kV/11 kV，UK=16.0%，則其10 kV側(cè)短路電抗XK=0.38 ；接地變壓器：Sg=420 kVA，UgN=10.5 kV，Zg0=(3.4+j8.8) ；故障線路：R1+jX1=(0.4+j0.32) ，R0+jX0=(8+j1.26) 。系統(tǒng)接地電容電流70 A，計(jì)算得X=260 。當(dāng)中性點(diǎn)電阻RN=10 時(shí)，若出線末端短路，有Z1=Z2=(0.4+j0.7) ，Z0=(43.16+j5.69) ，則Z0Z1=54；當(dāng)RN=20 時(shí)，則Z0=(71.7

9、-j5.73) ，Z0Z1 =89；當(dāng)RN取更大值時(shí)，Z0Z1值還會(huì)繼續(xù)增大。通常中性點(diǎn)電阻值大于10 ，所以中性點(diǎn)電阻接地方式的城市配電網(wǎng)單相接地時(shí)零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大，一般可認(rèn)為：Z040Z1。這是小電阻接地系統(tǒng)的阻抗參數(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)。310 kV電阻接地故障的分析計(jì)算因Z040Z1，可利用此條件對(duì)接地故障計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)短路電流有(假設(shè)L1相故障)：幅值Id=IL13E/Z0，即E為10 kV系統(tǒng)的相電勢(shì)幅值，以平均電壓計(jì)，非故障相電壓分別為：類似地其中，下面簡(jiǎn)要討論一下的取值，根據(jù)上述Z040Z1的關(guān)系，設(shè)Z0=mZ1，則m40，得，可見接近于1，是接近于0的值?？傻梅?/p>

10、的近似計(jì)算公式：以上述系統(tǒng)為例，對(duì)于不同的中性點(diǎn)電阻值，當(dāng)線路末端短路故障時(shí)，計(jì)算結(jié)果如表1。表1線路末端短路故障計(jì)算RN=10 RN=20 RN=ZN/33.4+j8.863.4+j8.8X/26026026035.16+j4.4363.7-j6.99-j260Z0/43.16+j5.6971.7-j5.738-j258.7Id/40825070.7IN/421250U00.98U0.99UUUL21.67U1.70U1.74UUL31.72U1.735U1.74U,0.96，-0.0440.986，-0.031.01，-0.005(2Z1+Z0)/44.0+j7.172.5-j4.388-

11、j257.3(Z0-Z1)/42.76+j5.071.3-j6.47.6-j259.4下面討論線電壓的平衡性，進(jìn)一步分析可得線電壓的負(fù)序分量： 據(jù)有關(guān)定義，可得線電壓的不平衡度為據(jù)前面結(jié)論，有據(jù)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)不衡度小于5%時(shí)，認(rèn)為線電壓基本平衡。產(chǎn)生這種結(jié)果是單相接地的零序綜合阻抗比正序阻抗大很多的緣故。4接地變壓器及接地電阻容量計(jì)算母線上發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流最大，接地設(shè)備經(jīng)受最嚴(yán)重的情況，以這種情況來校驗(yàn)接地設(shè)備的容量。4.1母線單相接地時(shí)有關(guān)電流的計(jì)算為中性點(diǎn)電阻電流，為系統(tǒng)的每一相電容電流(參看圖3(c)的零序等效電路)。當(dāng)3RN比Rg0+jXg0的幅值大很多倍時(shí)有令I(lǐng)N=3IN0

12、，IC=3IC，則IN=3IN0=E/RN因和IC相位差約90，則因?yàn)榻拥刈儔浩髡＿\(yùn)行時(shí)繞組只流過激磁電流，其值在2 A以下，接地故障時(shí)繞組的電流主要是零序電流，即IN0表示的值。4.2接地電阻的選擇經(jīng)驗(yàn)和分析證明，當(dāng)接地電流大于500 600 A時(shí)，接地電弧能穩(wěn)定燃燒，不會(huì)因間歇熄滅引起間歇電弧過電壓，且有利于繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。選擇接地電阻使Id=550 A，若IC=70 A，則IN=545 A，選RN=10 ，則Id555 A通常認(rèn)為繼電保護(hù)在4 s內(nèi)切除故障，按4 s熱穩(wěn)定電流可達(dá)15倍設(shè)備額定電流的原則，額定電流Ir為Id15，4.3接地變壓器容量選擇按4 s的熱穩(wěn)定條件，繞組的額定電流為短路時(shí)流過繞組的電流的115，則5結(jié)語本文對(duì)10kV小電阻接地系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行分析，得出