消弧線圈接地系統(tǒng)的改進(jìn)及其選線研究目錄TOC\o"1-3"\h\u14818消弧線圈接地系統(tǒng)的改進(jìn)及其選線研究 113781.1消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式 17811.2經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的暫態(tài)故障研究 278651.3經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的穩(wěn)態(tài)故障研究 4118051.1.1并聯(lián)電阻不接入系統(tǒng) 4141841.1.2并聯(lián)電阻接入系統(tǒng) 764161.4消弧線圈并聯(lián)電阻接入后對系統(tǒng)影響分析 8204011.4.1并聯(lián)電阻接入后對系統(tǒng)滅弧性的分析 8236651.4.2并聯(lián)電阻退出時對系統(tǒng)的影響 101.1消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式在前面提到過，經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：能夠很好的消除電弧的影響。在發(fā)生瞬時性故障時對系統(tǒng)的工作不產(chǎn)生任何的影響。能帶故障運(yùn)行1-2小時。但也有它自己的缺點(diǎn)那就是，由于消弧線圈的補(bǔ)償，使得在故障時，難以判斷是哪一條線路故障，尤其是經(jīng)過高阻時更加難判斷。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，也同樣適用于配電網(wǎng)的運(yùn)行方式中，它的優(yōu)點(diǎn)是：在發(fā)生單相接地故障時，使得故障電流急劇增大，零序電流也變得非常大，因此它選線就極為簡單，因?yàn)闀苯邮沟美^保動作，同時它也有缺點(diǎn)：可能會使得繼電保護(hù)頻繁勿動使得電網(wǎng)運(yùn)行可靠性變差。因此提出了經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地[42-45]方式，其特點(diǎn)：（1）在瞬時性故障時能夠正常運(yùn)行，避免線路常常停止供電；（2）在發(fā)生永久性接地時電阻才投入運(yùn)行，使得故障電流、零序電流增大，提高選線的精準(zhǔn)性、快速性，它結(jié)合了經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地的故障特性。消弧線圈并聯(lián)電阻接地的工作原理如下：在這種運(yùn)行模式下，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行和瞬間時故障時，并聯(lián)電阻不會投入系統(tǒng)運(yùn)行。在發(fā)生永久性故障時，將投入電阻偷襲種，直至選出故障線路并且解決故障以后，再將電阻從電網(wǎng)運(yùn)行中退出。關(guān)于電阻的投入時間，可以根據(jù)一個時間控制器起來經(jīng)行控制，在故障的一段時間內(nèi)，判斷電阻是否投入到電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)中。這種方式工作方式的電路如圖3-2所示。1.2經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的暫態(tài)故障研究暫態(tài)等效電路圖系統(tǒng)在故障時都會經(jīng)過一個暫態(tài)的過程，且并聯(lián)電阻是否接入網(wǎng)絡(luò)會影響著這一過程中的電壓電流的變化，下面將對性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的暫態(tài)故障進(jìn)行詳細(xì)的分析。由分析可將線路等效為RLC串聯(lián)電路，在并聯(lián)電阻接入網(wǎng)絡(luò)前，其暫態(tài)電路圖如圖3-1所示。圖3-1經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的暫態(tài)故障其中，為零序網(wǎng)絡(luò)等效電壓源值，表示線路等值電容，表示線路等值電阻，表示消弧線圈電感值，表示線路等值電感。暫態(tài)故障時電流分析首先分析電容電流，令零序等效電壓源電壓時域表達(dá)式為，暫態(tài)時由于消弧線圈電感很大，可以忽略其對電路的影響，可得： （3-1）當(dāng)時，電流是一個非周期衰減震蕩的變量，這是因?yàn)榫€路等值電阻一般來說很小，而一般很大所引起的?？梢詫㈦娏鞣纸鉃闀簯B(tài)自由分量和穩(wěn)態(tài)分量,給一個初始條件,可得到：（3-2）式（3-2）中為電流最大值，分別為暫態(tài)自由振蕩頻率和衰減系數(shù)。且由式（3-2）可以看出，電容電流的大小與相角密切相關(guān)，且在整個周期內(nèi)都會產(chǎn)生一定量的自由振蕩分量，在時有最小值，在時最大值。其次對于電感電流，設(shè)磁通表達(dá)式：（3-3）式（3-3）中W表示消弧線圈匝數(shù)，表示線圈磁通。同樣暫態(tài)電感電流兩個分量表示：（3-4）由（3-4）可以知道，電感電流大小同樣與相角的大小有著密切關(guān)系，且當(dāng)有最大值，有最小值。綜上所述，,由表達(dá)式可以知道，暫態(tài)電流不會對電弧造成很大的影響。1.3經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地的穩(wěn)態(tài)故障研究1.1.1并聯(lián)電阻不接入系統(tǒng)圖3-2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地電路圖如圖3-2所示，其中主要簡化有：在分析的過程中以后都假設(shè)三相對地電容對稱、三相電源對稱、中性點(diǎn)電壓為0、忽略相間互電容，線路對地電導(dǎo)。配電網(wǎng)在正常運(yùn)行和發(fā)生瞬時性故障時，并聯(lián)在消弧線圈上的電阻不投入使用，只有在系統(tǒng)發(fā)生永久性單相接地故障時，電阻才并入到系統(tǒng)。其中代表三相電源，L和分別表示消弧線圈和消弧線圈上并聯(lián)電阻，第k條出線的三相對地電容分別為,設(shè)線路共N條出線，各項(xiàng)對地總電容為：（3-5）一般來說架空線路都會進(jìn)行三相循環(huán)換位，為了減少電壓、電流不對稱性，通過這樣可以認(rèn)為三相對地電容相等。因此有，（3-6）將（3-2）帶入（3-1）可以得到相對地電容之和：（3-7）如圖3-3所示為發(fā)生單相接地故障的電流流向圖。一般規(guī)定當(dāng)系統(tǒng)故障零序電壓大于相電壓的15%時，可視為故障。圖3-3發(fā)生單相接地故障原理圖在圖3-3中選擇只提取故障的那條線路，可得到簡化圖3-4圖3-4單相接地故障簡化電路圖在圖3-4中，發(fā)生C相接地故障，先討論不投入并聯(lián)電阻的情況，設(shè)過渡電阻為R，各出線參數(shù)對稱，以大地為參考電壓點(diǎn)，可列節(jié)點(diǎn)電壓方程：（3-8）因?yàn)槭侨鄬ΨQ電源，因此中性點(diǎn)電壓：（3-9）短路電流：（3-10）故障點(diǎn)電壓：（3-11）諧振電路如圖3-5所示。圖3-5并聯(lián)電阻未接入時等效電路圖由圖3-5可以求出故障殘流：（3-12）非故障相的零序電流為：（3-13）綜上所述，當(dāng)并聯(lián)電阻暫時從斷開時，僅僅在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，由公式（3-8）可以看出由于消弧線圈的補(bǔ)償作用使得故障電流很小且有利于熄弧，對應(yīng)于非故障線路的零序電流與正常運(yùn)行時的零序電流大小差異很小，因此在單相短路故障中，故障電流不會對電網(wǎng)供電造成特別大的影響。因?yàn)橄【€圈一般采用過補(bǔ)償(補(bǔ)償度一般在5%-10%之間)，所以故障線路的電流和非故障相電流的流向相同，因此，在永久性故障時，短路電流隨時間增大，難以判斷故障線路。1.1.2并聯(lián)電阻接入系統(tǒng)在上一個小節(jié)我們討論的是并聯(lián)電阻不接入系統(tǒng)的情況，本小節(jié)主要他討論并聯(lián)電阻接入系統(tǒng)時的穩(wěn)態(tài)分析。在遇到瞬時性故障時并聯(lián)電阻不工作，但遇到永久性故障時就需要并聯(lián)電阻工作了。并聯(lián)電阻通過時間控制器，將其投入到系統(tǒng)中，在接地故障發(fā)生后，若故障在一定時間內(nèi)沒有消除，時間控制器將閉合開關(guān)，將電阻接入系統(tǒng)。如圖3-6所示。圖3-6并聯(lián)電阻接入時等值電路圖由電阻接入和公式（3-4）可得零序電壓及中性點(diǎn)電壓為：（3-14）并聯(lián)電阻投入系統(tǒng)后，殘流電流為電阻、電感、電容相加：（3-15）非故障相電流不變?nèi)匀粸椋海?-16）電阻投入到系統(tǒng)以后，由公式（3-9）和公式（3-14）可得中性點(diǎn)電壓減小了，因此中性點(diǎn)偏移降低了，在零序電流中增加了有功分量且與零序電壓相位相反。選線的流程圖如3-7所示：圖3-7選線流程圖此方法的仿真實(shí)驗(yàn)見第5章。1.4消弧線圈并聯(lián)電阻接入后對系統(tǒng)影響分析1.4.1并聯(lián)電阻接入后對系統(tǒng)滅弧性的分析發(fā)生單相接地故障時，會出現(xiàn)接地一個接地電弧，有這個電弧的影響可能會導(dǎo)致電網(wǎng)不正常運(yùn)行。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，第一個作用為了降低發(fā)生單相接地故障時，很大的容性故障電流對系統(tǒng)的影響，它的另一個作用就是用于電弧的熄滅，它可以減小電弧電壓的升高，但是如果并聯(lián)電阻以后，是否會讓消弧線圈的滅弧性能減小或者消失，因此消弧線圈并電阻的滅弧性是值得我們考慮的問題。本小節(jié)將分析在電阻投入以后，故障處電弧重燃特性分析所需要的等效電路圖如圖3-8所示，其中將電弧間隙等效為開關(guān)a、b。圖3-8電弧特性研究電路圖上圖3-8中，表示中性點(diǎn)電壓，為故障相的初相角，電源最大值為，有：（3-17）其中b點(diǎn)電壓變化是震蕩衰減過程：（3-18）故障點(diǎn)恢復(fù)電壓為：（3-19）化簡可得：（3-20）（3-21）經(jīng)過一系列變化以后（3-17）可化為：（3-22）由上式（3-17），由于補(bǔ)償?shù)牟煌嬖诓煌闹?，電弧的恢?fù)電壓成拍頻特性，其頻率為。因?yàn)椴⒙?lián)電阻的投入，使得中性點(diǎn)接地阻尼增大，比起直接由消弧線圈接地時，電弧電壓上升速度變慢，所以在并聯(lián)電阻投入以后，有利于電弧的熄滅。這說明了在投入電阻以后，不僅提高了故障選線的能力，同時也有一定熄滅電弧作用，進(jìn)一步的表明了消弧線圈并聯(lián)電阻的進(jìn)行選線的可行性。1.4.2并聯(lián)電阻退出時對系統(tǒng)的影響我們需要考慮電阻投入時系統(tǒng)各個點(diǎn)的情況，同時也要當(dāng)故障排除之后，并聯(lián)電阻斷開時的瞬間系統(tǒng)的各個量的變化情況。當(dāng)并聯(lián)電阻斷開以后，系統(tǒng)還原回以前的運(yùn)行方式即諧振運(yùn)行方式，若斷開并聯(lián)電阻，最終導(dǎo)致電壓升高，使得故障再一次發(fā)生，使得系統(tǒng)受到二次傷害，則這種選線方式是否能運(yùn)用到電網(wǎng)運(yùn)行中就是我們需要考慮的。如圖3-9所示，為A相等效電壓源，為并聯(lián)電阻，為消弧線圈，為系統(tǒng)零序電路中的等效對地電容，為系統(tǒng)等效電阻。其中K開合表示是否投入到系統(tǒng)中。這里將考慮K打開瞬間時，電路中各個量的變化情況。圖3-9單相接地故障等效圖當(dāng)K斷開瞬間，以圖中電容電壓即零序電壓為狀態(tài)變量和電感電流為狀態(tài)變量。因此可以列出狀態(tài)方程：（3-23）將公式簡化變?yōu)榫仃囆问剑海?-24）令，解特征方程=0.解得。時，斷開并聯(lián)電阻以后，系統(tǒng)中性點(diǎn)電流和零序電壓是一個衰減震蕩到穩(wěn)態(tài)的過程。時，系統(tǒng)中性點(diǎn)電流和零序電壓直接衰減到穩(wěn)態(tài)。所以只需要分析震蕩衰減過程的情況。由方程：（3-25）可以解得：（3-26）式（3-2