廠用電10kV中性點(diǎn)接地方式分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u8370廠用電10kV中性點(diǎn)接地方式分析綜述 152671.110kV電網(wǎng)接線圖 114111.1.1電容電流測(cè)量 2221221.1.2線路參數(shù)計(jì)算 272361.2廠用電10kV電網(wǎng)單相接地故障分析 4301971.2.1中性點(diǎn)不接地 4103261.2.2中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式 8202951.2.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式 15273711.3間歇性電弧過(guò)電壓原理分析 18180561.1.1高頻熄弧理論 19185001.1.2工頻熄弧理論 221.110kV電網(wǎng)接線圖模擬l0kV交流電網(wǎng)所需要搭建的交流接線示意圖如下圖3-1所示，接線所需兩臺(tái)電壓等級(jí)為18kV/l0kV，額定容量2100kVA的變壓器，當(dāng)變壓器工作時(shí)，全部都攜帶負(fù)荷運(yùn)行，每段母線上都分別攜帶9個(gè)出線回路連接到用戶端上，這18個(gè)回路中存在4條電纜—架空線混合輸電線路，剩余主要應(yīng)用的都是電纜線路，電力線路的參數(shù)都可以使用π型電路進(jìn)行等值。圖3-110kV電網(wǎng)接線示意圖1.1.1電容電流測(cè)量電網(wǎng)中存在的電容電流通?？梢杂上【€圈的參數(shù)的種類(lèi)來(lái)進(jìn)行確定，一般使用估算法、直接測(cè)量的方法與間接測(cè)量的方法都可以用來(lái)確定得到的相應(yīng)的電容電流相關(guān)的取值。不同的供電系統(tǒng)都需要用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的公式來(lái)估算得出電容電流的大小，而且這些電容電流在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中受到很多影響，但是它們的大小會(huì)隨著時(shí)間而動(dòng)態(tài)地發(fā)生變化,所以估算得出的電容輸電流的大小精度并不高，與真正的實(shí)際的電容電流相比會(huì)存在很大的誤差。直接法，即為對(duì)電容性電流的數(shù)值進(jìn)行直接的相關(guān)計(jì)算，使用這種直接測(cè)量的方法依賴人工進(jìn)行單相接地，由于目前我國(guó)的電力系統(tǒng)都擁有十分復(fù)雜的接線，如此很有可能會(huì)造成各種事故，例如造成線路中短路故障的情況出現(xiàn)，有可能容易造成各種接地性的導(dǎo)線短路,危害涉及到電力工作人員和電力設(shè)備的安全。間斷法測(cè)定是一種目前普遍廣泛應(yīng)用的間接測(cè)定電容電流的方法，間接測(cè)定法主要類(lèi)型包括中性點(diǎn)外加電源與外加電容法這兩種方法。由于10kV的電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)不能被直接引出，因此我們目前只能綜合考慮是否選擇相對(duì)低外加電容這種方法，經(jīng)過(guò)了多次實(shí)際測(cè)式，電站的變電器10kV側(cè)實(shí)際外加電容電流大小應(yīng)該大致是21.19A。1.1.2線路參數(shù)計(jì)算因?yàn)闊o(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)定出線路的長(zhǎng)度，所以一般都使用LGJ-120的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析，對(duì)地電容的大小幾乎接近于零，所以可以計(jì)算出線路在單位長(zhǎng)度內(nèi)X1和r1X1=0.343Ω/km,r1=0.271架空線路的電容電流公式(1.1)計(jì)算得到:ICL=(2.7~1.3)UL式中，可以使用UL來(lái)代表額定電壓(KV)，使用ICL來(lái)代表架空線路中的電容電流(A),使用L代表電網(wǎng)中的線路長(zhǎng)度(km)，系數(shù)用公式(1.1)計(jì)算單位得到電容電流：ICL電纜線路電容計(jì)算公式(1.2)所示:I式中，可以使用IC來(lái)代表電網(wǎng)中的額定線電壓(KV),使用S代表線路中的導(dǎo)線截面積(mm通過(guò)查找數(shù)據(jù)分析可以確定單位長(zhǎng)度電纜的數(shù)據(jù)如表3-1所示。表3-1單位長(zhǎng)度電抗、電阻、電容性電流的數(shù)值電纜型號(hào)X1(ΩrICL(ΩYJV22-250.0940.7400.591YJV22-500.0820.3900.755YJV22-700.0790.2800.844YJV22-950.0760.2001.043電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的電容電流的增值大小，可以按照下表3-2估計(jì)。表3-2電容電流增值表電壓(kV)610153660110增值(%抽水蓄能發(fā)電站工廠的10kv架空線路的電容性電流計(jì)算公式如下圖表3-3所示。表3-3架空線路電容電流線路編號(hào)架空線路長(zhǎng)度(m)電容電流值(A)L10133530.110L10219970.065L10342680.139L10424480.082總計(jì)76260.401通過(guò)計(jì)算可以所得出廠用電10kV的架空線路總的電容電流是0.401A按照工廠設(shè)計(jì)的10kV電網(wǎng)接線圖可以得到不同型號(hào)電纜對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，如表3-4所示。表3-4電纜線路的電容性電流電纜型號(hào)電纜長(zhǎng)度(m)電纜電容電流(A)YJV22-2534762.07YJV22-5059174.49YJV22-702160.17YJV22-9560356.35總計(jì)1569811.06研究表3-3與表3-4我們可以確定，電網(wǎng)中母線上所存在的電容性電流的大小為11.531A。研究表3-2，能夠得出10kV電網(wǎng)中出現(xiàn)的電容性電流的增值大小為16%，故電容流的大小大概是15.64A。1.2廠用電10kV電網(wǎng)單相接地故障分析蓄能電站10kV工廠用電針對(duì)選取不同的接地形式下過(guò)電壓和接地位置故障電流進(jìn)行了對(duì)比和分析。因?yàn)樵谝粋€(gè)系統(tǒng)中每次出現(xiàn)故障時(shí)其特征都是始終保持恒定的。選擇一個(gè)由架空線路L201進(jìn)行仿真，在運(yùn)行中出現(xiàn)單相接地的故障的瞬間作為案例來(lái)進(jìn)行了仿真。在本次模擬仿真接地模型的設(shè)計(jì)搭建中,對(duì)不同的仿真接地方式參數(shù)進(jìn)行了各種參數(shù)的綜合統(tǒng)一設(shè)計(jì)配置,仿真的接地時(shí)間參數(shù)表示方式為0~0.5s。故障狀態(tài)產(chǎn)生的時(shí)間一般在0.1~0.25s。接地點(diǎn)的故障位置設(shè)計(jì)可以用電力接地器的故障位置模型設(shè)計(jì)Three-phasefault與其他電力傳輸線路的直接接地聯(lián)系和直線連接方式來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，過(guò)渡相位點(diǎn)的接地電阻系數(shù)R可以設(shè)為10Ω，啟動(dòng)電路仿真，得到各個(gè)中性故障相位點(diǎn)的接地電流、中性點(diǎn)接地電壓、非故障相電壓。1.2.1中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)不接地方式仿真模型如圖3-2所示。圖3-2中性點(diǎn)不接地方式仿真在中性點(diǎn)不進(jìn)行接地下系統(tǒng)的仿真波形圖如圖3-3所示。當(dāng)接地點(diǎn)的過(guò)渡電阻值不相同時(shí),得到的仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果如表3-5所示。表3-5中性點(diǎn)不接地的仿真數(shù)據(jù)故障點(diǎn)過(guò)渡電阻(Ω)B相電壓(U?C相電壓(U?中性點(diǎn)電壓(U?故障點(diǎn)電流(A)01.501.610.641182.3651.341.390.619175.23101.231.240.599165.321001.131.170.506125.1220001.011.050.051101.26圖3-3中性點(diǎn)不接地下系統(tǒng)的仿真波形圖通過(guò)數(shù)據(jù)分析圖3-3和下圖數(shù)據(jù)顯示表3-5,可以清楚看到隨著各個(gè)點(diǎn)和過(guò)渡點(diǎn)的相接地電阻的電壓變化而逐漸增大,故障各點(diǎn)的接地電流與非故障相電壓都會(huì)逐漸趨向降低或逐步減小,當(dāng)其中一個(gè)點(diǎn)的過(guò)渡相電阻電壓變化為零時(shí)也即便是發(fā)生了一種金屬質(zhì)性的接地故障時(shí),故障點(diǎn)的接地電流就會(huì)變化最大,對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)所可能造成的不良影響也將有人會(huì)認(rèn)為是最嚴(yán)重。1.2.2中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)電阻接地的方式進(jìn)行仿真的模型結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地仿真當(dāng)中性點(diǎn)通過(guò)一個(gè)低電阻(10Ω)的進(jìn)行接地時(shí),系統(tǒng)仿真的波形顯示如圖3-5所示。圖3-5當(dāng)中性點(diǎn)通過(guò)一個(gè)低電阻(10Ω)的進(jìn)行接地時(shí),系統(tǒng)仿真的波形當(dāng)中性點(diǎn)通過(guò)一個(gè)高電阻(500Ω)的進(jìn)行接地時(shí),系統(tǒng)仿真的波形顯示如圖3-6所示。圖3-6當(dāng)中性點(diǎn)通過(guò)一個(gè)高電阻(500Ω)的進(jìn)行接地時(shí),系統(tǒng)仿真的波形圖當(dāng)中性點(diǎn)接入一個(gè)小電阻后,其仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果如表3-6所示。表3-6中性點(diǎn)經(jīng)電阻的仿真數(shù)據(jù)中性點(diǎn)接入電阻值(Ω)B相電壓(U?C相電壓(U?中性點(diǎn)電壓(U?故障點(diǎn)電流(A)101.171.240.151189.9501.191.300.247111.21001.211.360.30181.32001.221.410.32759.15001.241.450.41838.7可以從圖3-5、圖3-6與表3-6之中能夠看出，當(dāng)使用經(jīng)過(guò)一個(gè)高電阻進(jìn)行接地時(shí)，此時(shí)非故障相存在一個(gè)十分大的工頻過(guò)電壓，能夠很好的限制接地出現(xiàn)的過(guò)電壓大小，并在出現(xiàn)單相故障時(shí)，存在于故障點(diǎn)的電流并不算大，能夠在一定的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的運(yùn)行。而如果經(jīng)過(guò)一個(gè)10Ω的小電阻進(jìn)行接地的話，此時(shí)出現(xiàn)在非故障相出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓可以被測(cè)量為1.17U?與1.24U?，較好地限制了過(guò)電壓。不過(guò)因?yàn)楣收宵c(diǎn)存在一個(gè)很大的電流，所以當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，并不能持續(xù)運(yùn)行。同使用中性點(diǎn)不進(jìn)行接地的方式1.2.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈仿真模型如圖3-7所示。圖3-7中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地仿真(1)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈(完全補(bǔ)償)后的接地系統(tǒng)仿真的波形結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈(完全補(bǔ)償)后的接地系統(tǒng)仿真的波形中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈后的接地補(bǔ)償度不一樣時(shí),仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果如表3-7所示。表3-7經(jīng)消弧線圈接地的仿真數(shù)據(jù)補(bǔ)償度B相電壓(U?C相電壓(U?中性點(diǎn)電壓(U?故障點(diǎn)殘流(A)-15%1.3191.3440.70912.401.3141.3390.6128.315%1.2961.3090.60112.5對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)消弧線圈后在不需要補(bǔ)償度的特殊情況下進(jìn)行了仿真分析，可以從圖3-8、圖3-9、圖3-10中我們能夠通過(guò)計(jì)算分析獲得仿真結(jié)果，即表3-7。從結(jié)果分析出，如果中通過(guò)消弧線圈進(jìn)行接地當(dāng)為完全補(bǔ)償?shù)脑挘@時(shí)非故障相出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓可以確定為1.314U?和1.339U?，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，此刻故障點(diǎn)存在的電流最小，從這方面我們可以分析出當(dāng)近似為全補(bǔ)償時(shí)，故障相所處的電流也就越小。但是如果補(bǔ)償度越低，就更有可能導(dǎo)致中性點(diǎn)位移的電壓持續(xù)上漲。如果出現(xiàn)的是過(guò)補(bǔ)償或者欠補(bǔ)償時(shí)，接地點(diǎn)所出現(xiàn)的故障電流一般都十分地小，不過(guò)消弧線圈一般上并不會(huì)使用欠補(bǔ)償方式，這是由于當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行中如果存在線路退出的情況時(shí)，容易造成線路出現(xiàn)諧振，生成過(guò)電壓。所以我們通常使用消弧線圈來(lái)進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償，并且需要將補(bǔ)償度控制在從對(duì)中性點(diǎn)不同的接地方式進(jìn)行仿真分析結(jié)果相對(duì)比可以看出，使用小電阻進(jìn)行接地的方式，能夠很好的限制非故障相出現(xiàn)的過(guò)電壓，但是限制非故障點(diǎn)所在位置電流的能力明顯存在不足。如果使用消弧線圈接地的方式，不但能夠很好地限制非故障相所出現(xiàn)的過(guò)電壓，也能夠很好地限制發(fā)生接地故障時(shí)的故障點(diǎn)電流，它們都具有不接地及低電阻接地這兩種特點(diǎn)。1.3間歇性電弧過(guò)電壓原理分析電力系統(tǒng)電網(wǎng)的過(guò)電壓主要可以劃分為工頻電壓，操作電壓，間歇電弧過(guò)電壓，諧振電壓四種。隨著現(xiàn)代信息科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)在其規(guī)模和結(jié)構(gòu)上也變得越來(lái)越大型化、越來(lái)越復(fù)雜，電力系統(tǒng)中如果在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，極有可能導(dǎo)致一些過(guò)電壓產(chǎn)生，本章節(jié)主要針對(duì)間歇性電弧過(guò)電壓所引起的原因做一些分析。當(dāng)出現(xiàn)間歇性接地電弧時(shí)，接地點(diǎn)存在過(guò)電壓的主要原因是由于電弧的復(fù)燃現(xiàn)象的發(fā)生，并且每次接地電弧熄滅都會(huì)對(duì)接地點(diǎn)產(chǎn)生較大的過(guò)電壓。間歇電弧在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中的故障概率也是非常高，約占電網(wǎng)所有接地點(diǎn)故障概率總數(shù)的60%。一旦線路中出現(xiàn)單相的接地故障，此刻設(shè)Ua=Ub=UcI式中，U?為最高相電壓有效值，ω為工頻電源角頻率，C研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，IJ值不論大小為何值，均會(huì)在接地點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)過(guò)電壓，接地點(diǎn)的電弧在燃燒情況下將會(huì)受到IJ的直接影響，但是只有當(dāng)IJ值很大時(shí),因?yàn)殡娀≡诮拥貢r(shí)出現(xiàn)暫時(shí)性熄滅的狀態(tài)的持續(xù)的時(shí)間較小，這樣電弧才能夠穩(wěn)定地持續(xù)進(jìn)行燃燒。由于IJ值非常小，因此電弧絕緣的強(qiáng)度可以用很快的速率進(jìn)行恢復(fù)，這時(shí)電弧也幾乎不能在出現(xiàn)重燃現(xiàn)象，臨時(shí)性的電弧一旦完全熄滅便可能轉(zhuǎn)化成成為永久性的電弧熄滅。但是如果IJ值不大不小時(shí)，就有很大幾率因?yàn)楸辉S多因素的相互干擾，所以間歇電弧在進(jìn)行接地過(guò)程中所產(chǎn)生的過(guò)電壓無(wú)法被很好地進(jìn)行預(yù)估。在二十世紀(jì)初，高頻熄弧理論和工頻接地熄弧熄弧理論都被發(fā)現(xiàn)，它們主要都是對(duì)于間歇性過(guò)電壓變化問(wèn)題做了深入的理論分析和探討研究，不過(guò)對(duì)于工頻熄弧理論所分析的接地過(guò)電壓比較前更接近實(shí)際的接地情況。1.1.1高頻熄弧理論C0為各相對(duì)地電容，Cm為相間電容，如果不計(jì)算導(dǎo)線上的電感，電源的相電壓為U?。如果出現(xiàn)單相的接地故障時(shí)，在A相存在的相電壓的最大值U?，A相的相間電容C和B相、C相的對(duì)地電容Cm存在互相并聯(lián)的關(guān)系。U式中，δ=而此時(shí)中性點(diǎn)的初始電壓會(huì)上升:U系統(tǒng)產(chǎn)生新的穩(wěn)態(tài)值:U而且每相工頻電壓的振蕩幅度數(shù)值應(yīng)該為穩(wěn)態(tài)值和初始值相差的數(shù)值，振蕩角頻率范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超過(guò)了工頻振蕩角的頻率，所以高頻振蕩出現(xiàn)的較短一段時(shí)間內(nèi)，電源端的電壓會(huì)一直保持恒定，所以非故障相的過(guò)渡過(guò)電壓頻率的定義公式為:式中U式中ω最大過(guò)電壓在ω`U通過(guò)電力系統(tǒng)中電源及導(dǎo)線的等值電阻系數(shù)R與其導(dǎo)線的泄漏電感系數(shù)G可以確認(rèn)它的衰減系數(shù)a0a一般a0e架空線路1-α取值0.9~0.99，電纜線路時(shí)1-α取值0.7~0.80。當(dāng)故障點(diǎn)發(fā)生首次出現(xiàn)高頻移熄弧后，由于被重新分配B、C相電容，這就直接使得總儲(chǔ)存能的損失了大約1/3左右，從而直使得中性點(diǎn)出現(xiàn)了位移:通過(guò)振蕩后非故障相電壓將趨于穩(wěn)定值:U通過(guò)振蕩后非故障相電壓將趨于穩(wěn)定值:U故障相電壓升至:U 導(dǎo)線中損失的能耗可能會(huì)讓中性點(diǎn)的對(duì)地電位漸漸下降，同一個(gè)系統(tǒng)的所有電源的電勢(shì)都相加在一起，可以計(jì)算得出每相對(duì)地的電壓瞬時(shí)值，在半個(gè)工頻周期后，此刻中性點(diǎn)電壓下降的公式表示為:U在電力系統(tǒng)中，1?β取值0.85~0.95。這樣就可以繼續(xù)地重復(fù)上述的過(guò)程，由于存在較大的能量損失，使得中性點(diǎn)和各相之間的相電壓最初值轉(zhuǎn)化為:U多次反復(fù)重復(fù)了上述的過(guò)程后，可以得知當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，同時(shí)存在間歇性的電弧，將會(huì)使得中性點(diǎn)的