10kV配电网中性点接地文档格式.docx
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5.2模型的搭建28
5.3中性点经消弧线圈接地的单相故障仿真30
5.4中性点经小电阻接地的单相故障仿真31
总结33
致谢34
参考文献35
摘要
电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它是防止系统事故的一项重要应用技术，与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等密切相关。
在电力系统中，发电机和变压器的中性点是否接地运行，涉及技术、经济、安全等多个方面，是一个综合性的问题。
如何合理选择中低压电网中性点接地方式，关系到电网的安全运行，以及供电的可靠性，本文就电网的中性点接地方式进行了分析和探讨。
本论文主要针对10kV配电网中性点接地运行方式的选择问题进行研究.论文首先针对10kV配电网中性点接地运行方式进行分析,比较不同运行方式的特点,然后通过介绍某电网10kV系统中性点接地方式的应用，对10kV系统中性点接地的基本概念、设计思想进行分析和研究。
讨论了小电流接地的作用及相应弊端，对今后的进一步工作提供了依据和思路。
介绍分析了某区配电网系统的中性点接地方式和运行实际,得出使用的配电网采用消弧线圈配小电流接地选择保护效果较好。
关键词：
电力系统10kV系统中性点接地消弧线圈小电流接地接地方式
Abstract
Powersystemneutralgroundingisacomprehensivetechnicalproblems,itistopreventamajoraccidentsystemappliedtechnology,andsystemreliability,personalsafety,safetyequipment,insulation,over-voltageprotection,relayProtection,communicationsinterferenceandgroundingdevices,closelyrelated.Inthepowersystem,generatorsandtransformersintheneutralgroundoperation,involvingtechnical,economic,security,etc.,isacomprehensiveproblem.
Howtochooselow-voltagepowergridintheneutralgrounding,relatedtothesafeoperationofpowergrids,andthereliabilityofelectricitysupply,thepaperonthegridneutralgroundingapproachtotheanalysisanddiscussion.
Thispaperfor10kVdistributionnetworkneutralgroundoperationmodeofchoiceforresearch.Papersforthefirst10kVdistributionnetworkneutralgroundoperationmodeanalysistocomparethecharacteristicsofdifferentoperatingmode,andthenpassedona10kVpowergridsystemneutralGroundingtheapplicationofthe10kVsystemneutralgroundingofthebasicconceptsofdesignideasforanalysisandresearch.Discussedthecurrentgroundingtheroleofsmallandthecorrespondingdisadvantagesinthefutureprovideabasisforfurtherworkandideas.Introductionofaparticularareaofthedistributionnetworksystemneutralgroundingandoperationofreality,thattheuseofthedistributionnetworkbyPetersencoilwiththeprotectionofsmallcurrentgroundingchoosebetter-performing.
Keywords:
powersystem；
thegroundedneutralsystemof10kVpowernetwork；
arcsuppressioncoil；
Smallresisterneutralgrounding；
Groundingmodel
第1章绪论
1.1本课题的研究意义
本课题对小电流接地系统现状和发展方向进行深入了解，熟悉和学习相关新型中性点接地方式的运用。
电力系统规模的扩大和现代化水平的提高，对变电站监控和保护系统的可靠性、安全性、经济性和可用性的要求越来越高，20世纪70年代以来，世界上各主要工业化国家，如美、日、英、法、德、瑞典等都开展将变电站监控和保护综合在一起的研究，也就是国内统称的变电站综合自动化。
目前该技术经过20多年的发展已进入推广应用阶段，国内的研究开发工作从80年代后期开始，并迅速得到发展。
促使变电站综合自动化技术迅速推广和应用的原因主要有三点：
常规变电站二次系统存在诸多缺陷；
电力系统对变电站保护、监控等提出了更高的要求；
新技术的迅速发展为其奠定了技术基础。
由于电网中性点经电阻和经消弧线圈接地各具特点，特别是自动跟踪补偿消弧线圈的出现，使得这两种接地方式成为目前我国中压配电网中性点接地方式选择的焦点。
有些地区在技术经济上未作全面分析比较，不结合当地实际情况，盲目地采用不适当的中性点接地方式，使得电网弧光接地和谐振接地过电压引起的故障还时有发生，特别是在限制过电压、补偿电网单相接地电容电流以及继电保护等方面还存在问题。
这对电网的安全、可靠运行带来很大影响。
且过去对10kV电网中性点接地方式地研究大都局限于某一方面的问题。
因此，对中性点接地方式进行系统深入地研究是十分必要的。
论文就国内10kV电网中性点经消弧线圈接地方式对过电压的抑制进行了研究。
近年来随着全国改革开放力度的加大，经济获得了蓬勃的发展，城区建设日新月异，负荷需求也越来越大，为适应发展要求，本论文所研究的10kV电网中性点接地方式对过电压的抑制具有重要的学术意义和实际工程应用价值。
通过毕业设计，着重综合运用所学的《供配电系统》、《电力系统继电保护原理》等课程的理论知识，对前段所学知识进行检验。
1.2课题现状
1、关于小电流接地系统中性点接地方式的发展概括
在电网发展初期，中压电网中性点采用直接接地方式，其出发点主要认为工频过电压是事故的主要根源。
当时人们认为短时间工频电压升高
倍，将会危及设备的绝缘。
实践证明，这一观点是错误的。
由于线路开关频繁开断，使设备严重烧损并维修困难。
因此，将中性点改为不接地方式，可靠性才显著提高。
而后，随着电压等级的逐渐升高，电网延伸的范围扩大，当电容电流达到某一临界值时，接地电弧不能自行熄灭，往往形成电弧短路或间歇电弧过电压事故，再次构成新的危害。
针对这些问题，Pertersen在研究了多次电弧接地事故之后，提出了高频熄弧理论，1916年Pertersen发明了消弧线圈，世界上第一台消弧线圈于1917年在德国Pieidensheim电厂的一台发电机中性点投入运行，迄今己有91年历史。
消弧线圈广泛用于中压电网，使90%以上的单相接地故障皆可自动消除。
因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。
目前，在我国的配电系统中，中性点的接地方式基本上有三种：
中性点绝缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。
国内配电网中性点采用经消弧线圈、小电阻、低电抗、大电阻、不接地方式。
尤其是经小电阻和经消弧线圈这两种接地方式近几年发展很快。
中性点采用小电阻接地的系统能迅速切除故障线路，使系统免受长时间故障的冲击，基本上能保证系统设备安全。
而中性点采用消弧线圈接地在限制接地故障时的弧光过电压、系统正常运行时铁磁谐振过电压和系统供电的可靠性方面的优点也是十分明显的。
中压电网中性点接地方式发展到现在，目前世界上中性点接地方式共有两大类:
凡是需要断路器遮断单相接地故障者，属于大电流接地方式；
凡是单相接地电弧能够瞬间自行熄灭者，属于小电流接地方式。
其中大电流接地方式类中有低电阻、低电抗和直接接地；
小电流接地方式类中有谐振接地、不接地和高电阻接地。
单相接地电流的电弧能否自动熄灭，应是界定两类接地方式的必要和充分条件。
对于10kV的电网来说，临界接地故障电流为10A。
所以谐振接地（也称经消弧线圈接地），和经低电阻接地两种方式是现代10kV电网中最具代表性的两种方式，针对消弧线圈调谐不便和不能配以继电保护的不足，目前又提出了自动跟踪补偿消弧线圈和微机接地保护。
基于人为接地分流技术的中性点接地方式，使故障点残流降至接近于零，从而降低了恢复电压的初速度并限制了其最大值，避免接地电弧重燃。
通过人为接地分流与中性点不接地、中性点经消弧线圈全补偿、中性点经200Ω电阻接地的实验室对比验证及Matlab／PSB数值建模分析。
国外变电站综合自动化系统的研究工作开始于70年代，最早是用微机型远动装置代替布线逻辑型的远动装置:
同时变电站监控系统的功能在扩大，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展。
在1975年，日本开始研究用于配电变电站的数字控制系统（称为SDSC-1），1980年开始商品化。
SDSC-1按功能分成了三个子系统：
①继电保护系统；
②测量子系统；
③控制子系统。
2、电力系统中性点运行方式的发展概括
随着我国经济建设的飞速发展，电力对企业生产、经营活动的正常进行起着越来越重要的作用，对于许多大型企业，尤其是钢铁、冶金、石化行业的企业，对供配电的可靠性要求非常高，电力供应不仅要能够满足生产的需要，而且必须运行安全、可靠、经济、合理。
因此就产生了企业配电综合自动化，它在21世纪初在我国工矿企业中才刚刚兴起，它的发展晚于电力系统变电站综合自动化。
众所周知，发电机和变压器是构成电力系统必不可少的重要电器元件。
发电机和变压器高压侧三相绕组通常接成星形（Y），起绕组的公共联接点称为电力系统的中性点。
中性点运行方式的确定是一个综合性的问题。
它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电可靠性、主变压器和发电机的运行安全以及时通信线路的干扰等。
随着社会经济的发展和科学技术现代化对电力依赖和消费程度越来越高，对用户供电的可靠性，也不再是靠带单相接地故障运行2h来保证，而是靠电网结构和电力调度控制来保证。
随着电网规模扩大，单相接地电流也随之增大，而威胁到设备的安全。
为此，10kV单电源辐射形或树状形供电，必须向环网双电源供电改造。
此外，由于现代化城镇建设对市容的要求，10kV架空线路应改造为以电缆供电为主，架空线路为辅，这也成必然趋势。
所以10kV电网中性点不接地或经消弧线圈接地方式，将随用电负荷逐年递增与电网结构的变化而变化。
为满足今后电力发展的需要，必须根据电力负荷、电网结构、电缆回数、过电压保护、跳闸方式，以及继电保护构成和电力系统稳定性等因素，对10kV电网中性点接地方式进行选择确定，从而达到中性点接地方式的优化。
1.3课题的设计要求
随着电力系统的发展，新技术、新设备在电力系统得到广泛应用，新的设计理念也不断地涌现，而电力系统的发展同时也出现了许多新的技术问题。
在设计过程中要立足于应用所学基本理论和专业知识，运用新理论、新技术去分析解决实际问题。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
1.对小电流接地系统中性点接地方式作一个比较深入的研究
2.根据当前实际情况为我国电网系统设计一个经济、实用、安全、方便的方案
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.4课题实现的内容
电力系统中性点接地方式是一个涉及电力系统许多方面的综合性技术课题，它不仅涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。
如何积极推动电力系统中性点接地方式的发展，建立一个对于中性点非直接接地电网的结构模式，在目前我国对于中性点非直接接地电网，还没有一种完善的保护原理。
了解小电流接地系统（即中性点非直接接地电网）的特点，我们才有可能建立一个适合其发展的系统。
掌握小电流接地系统中性点接地方式分析的一般步骤和方法，熟悉小电流接地系统中性点接地方式的相关规范和要求，了解和运用小电流接地系统的性能和典型的应用，对中性点接地方式做进一步的探讨。
该课题要实现的有关内容是：
（1）对小电流接地系统中性点接地方式进行理论分类
（2）对电力系统中性点的运行方式进行分析
（3）对电力系统中性点的接地方式进行分析
（4）事例分析：
对某10kV小电流接地系统的中性点接地方式分析
（5）绘制相关原理图、相量图等
第2章电力系统中性点运行方式
众所周知,发电机和变压器是构成电力系统必不可少的重要电器元件。
发电机和变压器高压侧三相绕组通常接成星形（Y），其绕组的公共联接点称为电力系统的中性点。
2.1中性点运行方式
中性点运行方式可分为中性点非直接接地和直接接地两大类型。
1、中性点非直接接地（一般6～63kV电网采用）
（1）中性点不接地。
此接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。
但由于非故障相电压升高为线电压，电气设备对地绝缘水平需按线电压考虑，即要求有较高的绝缘水平，从而不宜用于110kV及以上的电压。
在6～63kV电网中，若采用中性点不接地形式，其电容电流不能超过30A（6～10kV电网）或10A（20～63kV电网），否则接地电弧不易自熄，易产生较高的弧光间歇接地过电流，波及整个电网。
中性点不接地系统即中性点对地绝缘。
图2-1为中性点不接地电力网的正常运行示意图和相量图。
可见，对中性点不接地的三相电力网，当三相对称，而各相的对地电容又相等时，其中性点电位为零。
但是，当架空线路排列不对称而又换位不完全时，中性点电位不再是零。
这种情况称为“中性点位移”。
经过推导，中性点位移电压的计算公式为
图2-1中性点不接地电力网的正常运行示意图和相量图
中性点位移的相量图如图2-2所示，对地电压的中性点由O点移到O′点。
一般说来，在换位不完全的情况下，正常运行时中性点所产生的位移电压是较小的，可忽略不计。
但是，当中性点经消弧线圈接地并采用完全补偿时，位移电压的影响却不可忽视。
图2-2中性点位移的相量图
（2）中性点经消弧线圈接地。
当接地电容电流超过允许值时，采用消弧线圈抵消电容电流，从而保证接地电弧瞬时熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。
消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，它装设于变压器或发电机的中性点。
电网正常运行时，电源中性点电位为零，消弧线圈和地间无电流流过。
当电网发生接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。
电弧熄灭后，消弧线圈还可显著减少故障相电压的恢复速度，从而减少了电弧重燃的可能性，有利于单相接地故障的消除。
图2-3为中性点经消弧线圈接地的电力网中发生单相接地时的电路示意图和相量图。
图2-3中性点经消弧线圈接地电力网的接地故障示意图和相量图
由相量图可知，接地相线路电压为零，电容电流为零；
非故障相电压升高
倍，中性点电位不为零，地中电容电流为：
，地中电感电流为
，接地点电流为：
。
由于
超前
，而
滞后
所以选取适当的电感值，可使接地点电流值互相补偿达到规定的要求，小于发生电弧的最小电流，从而防止出现谐振过电压。
中性点经消弧线圈接地方式的特点是线路发生单相接地故障时，可不立即跳闸，按规程规定，电网可带单相接地故障2h，运行经验和已有的资料表明，当接地电流小于l0A时，电弧能自灭，对于全电缆网络，虽然稳定接地故障较多,但因接地电流得到补偿，单相接地并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性大大高于其它接地方式。
（3）中性点经高电阻接地。
当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地的方式。
此接地方式和经消弧线圈接地方式相比，改变了接地过电压，同时可提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作，一般用于大型发电机中性点。
但对于运行方式经常变化，特别是电容电流变化的范围比较大，用手动的消弧线圈已很难适应要求，而采用自动跟踪补偿的消弧线圈，使瞬时性接地故障自动消除而不影响供电。
2中性点直接接地（一般110kV及以上电网采用）
中性点直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加了断路器负担，降低了供电可靠性，但由于非故障相电压不升高使过电压水平较低，对地绝缘水平可下降，从而减少了设备和线路的造价，特别是对高压电网，其经济性显著。
图2-4为中性点直接接地的电力网的示意图。
在中性点直接接地电网中若发生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压也基本不变。
由于单相接地短路电流
较大，线路继电保护装置能迅速切断电路，从而防止了产生间歇性电弧过电压的可能。
而为了弥补其影响供电的缺点，则广泛采用自动重合闸装置，靠它来尽快恢复供电。
图2-4中性点直接接地电力网的接地故障示意
2.2中性点非直接接地系统单相接地电容电流的计算
计算时应计及有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并考虑电网5～10年的发展。
1架空线路的电容电流
一般估算为：
IC=（2.7～3.3）UNL
10-3（A）
式中L——线路长度，km；
2.7——系数，适应于无架空地线的线路；
3.3——系数，适应于有架空地线的线路。
对于同杆架设双回线路，电容电流为单回路线的1.3～1.6倍。
1．电缆线路的电容电流
可估算为：
IC=0.1UNL（A）
2变电所增加的电容电流
表2-1变电所增加的电容电流表
额定电压（kV）
6
10
15
35
63
110
附加值（%）
18
16
13
12
2.3消弧线圈的选择
1参数及型式的选择
消弧线圈应按表2-3所列技术条件选择，并按表中使用环境条件校验。
表2-3消弧线圈参数及型式的选择条件
项目
参数
技术条件
电压、频率、容量、补偿度、电流分接头、中心点位移电压
环境条件
环境温度、日温差①、相对湿度②、污秽①、海拔高度、地震烈度
1在屋内使用时，可不校验；
2在屋外使用时，可不校验。
消弧线圈一般选用油侵式，装设在屋内相对湿度小于80%场所的消弧线圈，也可选用干式。
2容量的确定
式中K——系数,过补偿取1.35,欠补偿按脱谐度确定.
在容量的确定时还应注意以下问题:
（1）为了便于运行调谐,选用的容量宜接近于计算值.
（2）装在变压器以及有直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式。
在正常情况下脱谐度一般不大于10%（脱谐度
，其中IL为消弧电感电流）。
（3）对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传递电压以及频率变动等对发电机中性点位移电压的影响，一般采用欠补偿方式。
在正常情况下脱谐度不宜超过
30%。
3分接头的选择
消弧线圈应避免在谐振点运行。
一般需将分接头调谐到接近谐振点的位置，以提高补偿成功率。
消弧线圈的分接头数量应满足调节脱谐度的要求，接于变压器的一般不小于5个，接于发电机的最好不低于9个。
4中性点位移校验
中性点长时间的电压位移不应超过下列数值：
（1）中性点经消弧线圈接地的电网15%
；
（2）中性点经消弧线圈接地的发电机10%
表示中性点位移电压，其数值可计算为：
式中Ubd——消弧线圈投入前，发电机或电网的中性点不对称电压值，一般取0.8%相电压；
d——阻尼率，一般对63～110kV架空线路取3%；
35kV及以下架空线路取5%；
电缆线路取2%～4%；
v——脱谐度。
5安装位置选择
（1）在任何运行方式下，大部分电网不得失去补偿。
不应将多台消弧线圈集中安装在一处并应尽量避免在电网仅安装一台消弧线圈。
（2）在变电所中，消弧线圈一般装在变压器的中性点上，6～10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。
（3）安装在Y0/Y0/△接线三绕组变压器中性点上的消弧线圈的容量，不应超过变压器三相总容量的50%，并且不得大于三绕组变压器任意一绕组容量。
（4）如将消弧线圈接于Y0/Y接线的变压器中性点，其容量不应超过变压器额定容量的20%。
（5）消弧线圈不应装在三相磁路互相独立，零序阻抗甚大的Y0/Y接线的变压器中性点上（例如单相变压器组）。
（6）如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。
其容量应与消弧线圈的容量相配合，并采用相同的额定时间（例如2h），而不是连续时间。
接地变压器的特性要求是：
零序
升级会员 