1、畢 業 設 計（論 文）小電流接地系統單相接地故障仿真與分析系別：機電信息學院專業名稱：電氣工程及其自動化學生姓名：學號：指導教師姓名、職稱：完成日期 2011 年 12 月 10 日論文題目：小電流接地系統單相接地故障仿真與分析 專 業：電氣工程及其自動化 姓 名：趙 娜 （簽 名）： 指導教師：王清亮 （簽 名）： 摘 要 我國366kv中低壓配電網大多數采用中性點非有效接地運行方式，俗稱小電流接地系統。小電流接地系統的單相接地故障是常見的故障形式，占全網故障的80%以上。當故障發生時故障相電壓為零，非故障相電壓上升為線電壓，但是三相電壓依然對稱，系統可以帶故障運行12h，提高了系統運行的

2、可靠性。但是必須盡快找出故障相并排除故障以免事故擴大和設備損壞。由于故障電流微弱、電弧不穩定等原因，小電流接地系統單相接地故障檢測比較困難，接地線路的選擇一直沒有得到很好的解決，嚴重阻礙了供電可靠性和自動化水平的提高。因此，研究小電流接地系統單相接地故障特征，不僅對配電線路單相接地故障的快速準確定位和線路修復、可靠供電具有直接幫助，而且對整個電力系統的安全穩定和經濟運行都具有十分重要的意義。本文首先對電力系統各種中性點接線方式做了簡要介紹，分析了小電流接地系統兩種不同的中性點接線方式的基本原理及運行特點，并對這些接線方式的運行參數進行了綜合比較。在深入分析小電流接地系統單相接地故障時的穩態和暫

3、態電氣量的基礎上，系統的研究了小電流接地系統單相接地故障的分析方法，總結論述了小電流接地系統正常時，各相電壓電流的一些基本現象和基本規律；在發生單相接地故障后，系統電壓電流的變化情況和各相對地電容電流及系統零序電壓的情況。并且利用matlab仿真軟件搭建了小電流接地系統單相接地故障仿真模型，分別對小電流接地系統中性點不接地系統和中性點經消弧線圈接地系統進行仿真，通過設置統一的線路參數、仿真參數，給出了仿真結果及線路各主要參數的波形圖，最后根據仿真結果，得出重要結論及以后注意的問題。 關鍵字：小電流接地系統；單相接地故障；matlab仿真subject：simulation and analys

4、is of single phase grounding fault for small current grounded systemspecialty ：electrical engineering and automationname ：zhao na （signature）： instructor：wang qingliang （signature）： abstract neutral non-effective grounded system is widely adopted in power distribute networks of 366kv in china, it al

5、so called small current grounded system, and the single-phase-to-earth fault happens most frequently in the system, almost 80% of all faults in the system. during occurrence of the fault, the voltage of the grounded phase down to zero and the voltage of the ungrounded phase up to the line voltage is

6、 still symmetrical under fault conditions, the system can keep operating for two hours. however the fault line must be detected quickly to avoid more seriously fault and destroying devices. the fault line detection is a difficult problem, especially in the resonance-grounded power system, because th

7、e small fault current and arcing effect etc. so the research of the fault line detection is very necessary and valuable. this article firstly introduces the neutral point connection mode of power system, analyzes the fundamental principle and its function characteristics of the two modes, and compar

8、es the parameters of each mode synthetically. this paper analyzes the steady and transient process of the small current grounded power system, especially on the resonance-grounded power system. the paper makes a model of the small current grounded system and simulates it. furthermore, an unify simul

9、ated model of indirectly grounded power system is established in this paper , set equal line parameters and simulation parameters with the simulink package of matlab. presents the simulation results and waves of primary parameters. finally, point out the main problems of the indirectly grounded powe

10、r system and theirs development orientation in the future.key words: small current grounded system; single-phase ground fault; matlab目 錄第1章 小電流接地系統單相接地故障的概況31.1 本課題的產生背景及研究的意義31.2 接地方式研究現狀31.2.1 國外中性點接地方式的發展概況31.2.2 國內城鄉配電網中性點接地方式的發展概況41.3 論文的主要工作5第2章 小電流接地系統單相接地故障過程分析62.1 電力系統各種接線方式62.1.1 電力系統接線方式的

11、分類62.1.2 小電流接地方式的主要特點62.1.3 小電流接地方式對選線的影響72.1.4 配電網接地方式的發展趨勢82.2 小電流接地系統兩種接地方式介紹92.2.1 中性點不接地方式原理綜述92.2.2 中性點不接地方式運行狀況分析92.2.3 中性點不接地方式系統特點112.2.4 中性點經消弧線圈接地方式122.2.5 中性點經消弧線圈接地方式運行狀況分析132.2.6 中性點經消弧線圈接地方式系統特點152.2.7 兩種中性點接地方式的綜合比較162.2.8 中性點經高阻接地方式162.3 小電流接地系統單相接地故障穩態分析172.4 小電流接地系統單相接地故障暫態分析202.4

12、.1 暫態時刻的電容電流202.4.2 暫態時刻的電感電流212.4.3 暫態時刻的故障特征222.5 本章小結23第3章 小電流接地系統matlab建模與分析243.1 matlab在電力系統中的應用243.1.1 matlab簡介243.1.2 simpowersystem介紹253.1.3 常用元件263.1.4 系統構建293.2 小電流接地系統仿真模型構建303.2.1 中性點不接地系統的仿真及計算303.2.2 中性點經消弧線圈接地系統的仿真及計算353.3 主要研究結論363.3.1 中性點不接地系統的仿真結果與分析363.3.2 中性點經消弧線圈接地系統的仿真結果與分析413.

13、4 本章小結45第4章 結論和展望464.1 主要研究結論464.2 待解決的問題和展望47參考文獻48致 謝50引 言電力系統是由發電、變電、輸電、配電、供電、用電等設備和技術組成的將一次能源轉換為電能的統一整體。電能由發電廠發出后，通過各級變電所經高壓輸電網送到電力用戶側，然后經配電網供給用戶。一般來說，110kv以上電壓等級網絡屬于輸電網，666kv電壓等級屬于配電網。配電網是電力系統的重要組成部分，在電力系統的各個環節中作為末端直接與用戶相聯系。電力系統中性點是指星形連接的變壓器或發電機的中性點。電力系統中性點是否接地及以何種接地是涉及到絕緣水平、通信干擾、接地保護方式、電壓等級、系統

14、接線和系統穩定等多個方面的綜合問題。中壓配電網通常采用中性點不直接接地方式，其中性點接地方式主要有四種，即中性點不接地方式、中性點經消弧線圈接地方式、中性點經高阻接地方式、中性點經小電阻接地方式。1我國的666kv配電網電力系統多屬于小電流接地系統，一般采用中性點不接地或者中性點經消弧線圈接地的工作方式，因其發生接地故障時，流過接地點的電流小，又稱中性點非有效接地系統。接地故障是指由于導體與地連接或對地絕緣電阻變的小于規定值而引起的故障。根據電力系統運行部門的故障統計，由于外界因素（如雷擊、大風、鳥類等）的影響，配電網單相接地故障是配電網故障中最常見的，發生率最高，占整個電氣短路故障的80%以

15、上。當發生單相接地故障時，由于不能構成低阻抗的短路回路，接地電流很小，故稱為小電流接地系統。它的優點在于發生單相接地故障時多數情況下可以自動熄弧并恢復絕緣。當線路發生永久性單相金屬接地故障后，三相系統的線電壓仍然是對稱的，大小與相位并不變化，但系統的接地相對地電容被短接，對地電壓都變為零。為防止另一相在接地而引起兩相短路甚至三相電路，因而必須限制一定時間內排除單相故障。長期以來，國內外電力領域的專家學者對小電流接地系統單相接地故障問題進行了大量的研究。發生單相接地故障時，以往采用的檢測原理大多是基于故障時產生的穩態信號。但是由于穩態信號比較微弱，受外界因素及運行方式影響大，致使在實際的工程應用

16、中難以提取有效地故障信號。而且，配電網絡故障復雜多變，如系統中性點補償度、各出線長度、故障點位置、過渡電阻大小、短路點電弧的發展等，這些條件的組合，使得在一種故障情況下工作良好的裝置，在另一種情況下可能失效。因此，小電流接地系統單相接地保護看似簡單易行但實踐證明是非常復雜的，這也是一些國家不采用中性點非有效接地方式的主要原因之一。但畢竟小電流接地系統有著得天獨厚的優越性，并在我國及其它國家被廣泛應用，準確找準故障線路成為當務之急。2現代電力系統是一個超高壓、大容量、跨區域的巨大聯合動力系統。配電網又是一個包含了很多不同電壓等級的變壓器、輸電線路、電力負荷等設備的復雜網絡。在這種情況下，進行很多

17、電力科研實驗條件是很難滿足的，另外系統的安全運行也不允許進行實驗。因此電力系統的穩定與故障分析往往離不開仿真研究。當前對小電流接地系統的仿真研究，采用計算機仿真程序建立數學模型，設置仿真參數進行離線仿真，以求取零序電流、零序電壓的穩態值和暫態值。因此，采用規范的數學模型，一致的仿真參數，利用matlab程序作為仿真的同一平臺，對小電流接地系統單相接地故障的分析，就具有一定的現實意義。3第1章 小電流接地系統單相接地故障的概況1.1 本課題的產生背景及研究的意義 目前世界各國配電網大都采用小電流接地系統，可分為中性點經高阻接地系統，中性點不接地系統，中性點經消弧線圈接地系統。配電網是電力系統的重

18、要組成部分，在電力系統的各環節中作為末端直接與用戶相聯系。一方面直接體現對用戶的供電可靠性和電能質量；另一方面，配電網由于電壓等級低、缺乏有效的優化運行手段，功率損耗普遍提高，是電力系統經濟運行的挖潛大戶。我國366kv電力系統大多數采用中性點不接地或經消弧線圈接地的運行方式，即為小電流接地系統。在小電流接地系統中，單相接地是一種常見的臨時性故障，多發生在潮濕，多雨天氣。發生單相接地故障時，由于不構成短路回路，接地短路電流比負荷電流小很多，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續供電，系統可運行12h。因而小電流接地方式可顯著提高供電可靠性，同時也

19、具有提高對設備和人身安全性、降低對通訊系統電磁干擾等優點。1但是若發生單相接地故障時電網長期運行，因非故障的兩相對地電壓升高，可能引起絕緣的薄弱環節被擊穿，發展成為相間短路，使事故擴大，影響用戶的正常用電，還可能使電壓互感器鐵心嚴重飽和，導致電壓互感器嚴重過負荷而燒毀。同時，長時間帶故障運行極易產生弧光接地，引起全系統過電壓，進而損壞設備，破壞系統安全運行。長時間運行會破壞系統的絕緣，對接入系統的線路、配電、變電設備等造成損害。為防止另一相再接地而引起兩相短路，甚至三相短路，因而必須限制一定時間內排除單相故障。 為快速找到故障線路并予以切除，提高供電可靠性和減少線路損耗，達到配電網的安全，經濟

20、運行。需要建立小電流接地系統單相接地故障的仿真模型并進行仿真和分析，可靠地檢測出小電流接地系統故障線路是十分重要的。但是，故障電流微弱、故障電弧不穩定等原因，也造成了小電流接地系統的單相接地故障比較困難。目前對接地故障點的判斷一直沒有得到很好的解決。所以小電流接地系統單相接地故障是制約配電自動化發展的關鍵問題，也是當前電力系統的一個重要研究課題。2-51.2 接地方式研究現狀 1.2.1 國外中性點接地方式的發展概況 配電網接地方式的問題在世界各國是一個很有爭議的熱點。為了減少單相接地故障造成的危害，各國采用了不同的方法。 第一次世界大戰時期，德國人彼得遜首先提出并發明了消弧線圈，提出了經消弧

21、線圈接地的電力系統諧振接地方式，于是當時該國在各種電壓等級的電網中性點廣泛地采用了經消弧線圈接地方式，電網電壓范圍為30220kv，后因220kv電網中事故較多，19世紀60年代就不再應用消弧線圈了。在柏林市的30kv電網中，共有電纜1400km，其電容電流高達4ka，也采用了經消弧線圈接地方式。 前蘇聯曾規定366kv電網中性點采用經消弧線圈接地方式，莫斯科市配電電纜網絡至今仍是中性點經消弧線圈接地的運行方式。 美國在20世紀20年代中期到40年代中期，在2270kv電網中，中性點直接接地方式所占比例高達72%，且發展很快，逐步取代了中性點不接地的運行方式，一直延續至今。 英國66kv電網中

22、性點采用電阻接地方式，而對33kv及以下由架空線路組成的配電網，中性點逐步由直接接地方式改為中性點經消弧線圈接地方式；由電纜組成的配電網，仍采用中性點經小電阻接地方式。 1950年以來，日本20kv電纜和架空線路混合電網一直采用中性點不接地方式，隨著電纜的增加，為防止接地繼電器的誤動、拒動和中性點位移，采用經低值電阻器接地方式。1975年統計，1133kv配電網中性點不接地占2%。采用電阻接地方式一般限制接地電流數值為100200a。東京電力公司所屬配電網中，其中性點接地方式為66kv電網分別采用中性點經電阻、電抗和消弧線圈接地；22kv系統采用中性點經電阻接地方式。法國電力公司從1962年開

23、始將城市配電網的標稱電壓定為20kv，其接地方式采用中性點經電阻或經電抗接地，故障線路要求快速跳閘，但不考慮故障發生到故障切除這段時間中的接觸電壓和跨步電壓。至20世紀80年代，法國電力公司對20kv配電網中性點接地方式提出了新要求，即瞬時間地故障電流應降低到4050a，同時要求考慮接觸電壓和跨步電壓和對低壓設備絕緣危害等問題。20kv電網對地電容電流小于50a時，采用中性點經小電阻接地方式；電容電流在50200a之間，則在電阻器旁邊并聯補償電容器，及消弧線圈。意大利、加拿大、瑞典、日本和美國等在中壓電網升壓運行后，大部分都采用電網中性點直接接地方式。 世界各國的配電網中性點在20世紀50年代

24、前后，大都采用不接地或經消弧線圈接地方式；到60年代以后，有的采用直接接地和低電阻接地方式，有的采用經消弧線圈接地方式。4 1.2.2 國內城鄉配電網中性點接地方式的發展概況建國初期，我國各大城市電網開始改造簡化電壓等級，將遺留下來的3kv、6kv配電網相繼升壓至10kv，解放前我國城市配電網中性點不接地、直接接地和低電阻接地方式都存在過，上海10kv電纜配電網中性點不接地、經電纜接地、經電抗接地3種方式并存至今。北京地區10kv系統中性點低電阻與消弧線圈并聯接地。上海35kv系統中性點經消弧線圈和低電阻接地兩種方式并存至今。但是，從20世紀50年代至80年代中期，我國1066kv系統中性點，

25、逐步改造為不接地或經消弧線圈接地兩種方式。20世紀80年代中期我國城市10kv配電網中，電纜線路增多，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，當電纜發生單相接地故障時間一長，往往發展成為兩相短路。從1987年開始，廣州區莊變電站為了滿足較低絕緣水平10kv電纜線路的要求，采用低電阻接地方式。隨后深圳、珠海和北京的一些小區，以及蘇州工業園20kv配電網采用了低電阻接地。90年代上海35kv配電網也全面采用電阻接地方式。20世紀90年代對過電壓保護設計規范（sdj-79）進行了修訂，在新規程中，310kv配電網中單相接地電容電流降低為大于10a時，要求裝消弧線圈。近年來，我國

26、引進了大量的國外設備，由于各國的接地方式不同，各國設備的設計標準也不一致，特別是設備的耐壓不同，要使用這些設備，首先必須決定電力系統的接地方式。因此在對接地方式的選擇上引起爭論。有的大城市已局部將配電網中性點不接地方式改為小電阻接地方式，以消除弧光接地過電壓的產生，減少異相接地的發生。有的改為大電阻接地方式，以消除諧振接地過電壓的危害。但大部分仍主張改為經消弧線圈接地方式，補償系統的電容電流，使得單相弧光接地時，故障點電流減小，降低故障相電壓的恢復速度，達到熄弧效果，從而避免了單相瞬時接地故障的跳閘，提高系統運行的可靠性。11.3 論文的主要工作 針對目前小電流接地系統故障選線普遍存在的缺陷和

27、需要解決的問題，本課題對小電流接地系統單相接地故障時的特征進行了研究。目的是為了快速準確的確定故障線路并給以排除，提高供電可靠性。 論文主要分為三部分: 第一部分，主要是對小電流接地系統單相接地故障的概況，簡述了國內外的研究現狀及選題的目的意義。 第二部分，主要論述了小電流接地系統的主要特點，三種不同的中性點接地方式，重點分析了中性點不接地和經消弧線圈接地系統發生單相接地故障時的情況，分別分析了故障時的穩態量和暫態量，分析了故障后的零序電流和零序電壓產生過程。通過分析，得出一些可供我們故障選線的結論，形成了本論文的理論基礎。第三部分，也是本文的重點內容，在分析小電流接地系統發生單相接地故障時的

28、暫態和穩態過程電氣量特征的基礎上，通過應用matlab軟件的simulink仿真工具包，建立小電流接地系統仿真模型，采用相同的參數設置，分別對小電流接地系統中性點不接地方式發生單相接地故障和小電流接地系統中性點經消弧線圈接地方式發生單相接地故障仿真，并分析研究。第四部分,結論和展望。第2章 小電流接地系統單相接地故障過程分析2.1 電力系統各種接線方式電力系統的接線方式是指三相電力系統的中性點以何種方式接地。電力系統中性點可以有多種接地方式，中性點可以直接接地，可以經過某元件接地，也可以不接地。中性點以何種方式與大地相接的問題在工程上就稱為中性點的接地方式。中性點接地方式對電力系統運行的很多方

29、面都有影響，是一個很重要、很復雜的問題。 2.1.1 電力系統接線方式的分類電力系統常用的接地方式有：中性點直接接地、中性點不接地、中性點經消弧線圈接地（又稱諧振接地）、中性點經電阻接地。其中，中性點經電阻接地方式按接地電流大小又分為高阻接地和低阻接地。上述四種中性點接地方式又可歸納為兩大類：1. 中性點有效接地系統：中性點直接接地或經一低值阻抗接地。通常其零序電抗與正序電抗的比值小于或等于3（即/3），零序電阻與正序電抗的比值小于或等于1（即/1）.這種接地系統中性點接地阻抗小，當發生單相接地故障時，故障回路中將流過很大的短路電流，要求保護裝置立即動作，線路終止供電，所以此類系統又稱為大電流

30、接地系統。2. 中性點非有效接地系統：中性點不接地，或經一高阻值接地或消弧線圈接地的系統。通常本系統的零序電抗與正序電抗的比值大于3（即/ 3），零序電阻與正序電抗的比值大于1（即/1）.此類系統由于中性點接地阻抗非常大，發生單相接地故障時電流很小，所以又稱為小電流接地系統。62.1.2 小電流接地方式的主要特點在我國666kv電力系統中普遍采用中性點不接地或經消弧線圈接地的小電流接地方式，當發生單相接地故障時，由于不能構成低阻抗短路回路，接地故障電流很小，系統線電壓的對稱性并不遭到破壞，系統還可繼續運行一段時間，規程規定一般為12h，為防止系統事故擴大，在接地運行的這段時間里必須設法排除接地

31、點。該接地方式的主要特點： 電流信號很小小電流系統單相接地時產生的零序電流是系統電容電流，其大小與系統規模大小和線路類型有關，數值很小。對于10kv架空線路來說，每30公里線路大約產生1安培的零序電流，電纜線路產生的零序電流稍大一些。這樣微弱的故障信號混雜在上百安培的負荷電流中，使得傳統的基本過流、方向、距離等原理的繼電保護裝置根本不可能正確反映故障情況。經中性點接入消弧線圈補償后，其數值更小，且消弧線圈的補償狀態不同。 干擾大、信噪比小小電流接地系統中的干擾主要包括兩個方面：一是在變電站和發電廠的小電流系統單相接地保護裝置的裝設地點，電磁干擾大；二是由于負荷電流不平衡造成的零序電流較大，特別

32、是當系統較小，對地電容電流較小時，接地回路的零序電流甚至小于非接地回路的對應電流。 隨機因素的影響不確定我國配電網一般都是小電流系統，其運行方式改變頻繁，造成變電站出線的長度和數量頻繁改變，其電容電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低，負荷電流的大小總在不斷地變化；故障點的接地電阻不確定等等，這些都造成了零序故障電容電流的不穩定。 電容電流波形不穩定小電流接地系統單相接地故障，常常是間歇性的不穩定弧光接地，因而電容電流波形不穩定。42.1.3 小電流接地方式對選線的影響在配電網接地故障的處理中，逐漸形成了兩個方向：一是采用大電流接地方式并在配電網各出線上配以快速繼電保護，在出現短路電流時立即

33、動作，迅速準確的切除故障線路，從時間上限制接地故障的危害；二是采用小電流接地方式配以集中選線裝置，使電網在發生接地故障后繼續運行而不影響用戶正常用電，通過選線裝置選出故障線路后才切除故障線路，最大限度保障供電可靠性。選線是指對于有多條出線的配電網在發生線路接地故障尤其是單相接地故障時，通過一定的方法對故障信息的分析、判斷，選出故障線路的保護技術，選線主要應用于小電流接地系統中。現代選線裝置要求能夠配合小電流接地技術，在電網發生接地故障時及時、準確的選出故障線路，使運行人員根據需要斷開故障線路進而排除故障。選線是在小電流接地技術發展、成熟的過程中逐漸發展完善的，現代微機、電子技術、信號處理、通訊

34、技術、自動化技術以及測量技術的進展對現代選線技術的發展提供了足夠的技術支持，目前它已經成為小電流接地系統中必不可少的技術。但選線和小電流接地方式尤其是諧振接地方式在對接地電流的要求方面是矛盾的：小電流接地方式要求流過故障點的電流小，越小越有利于熄弧；而選線要求流過故障點的電流大，越大越有利于突出故障特征，選線越準確。在小電流接地系統中，一方面用于選線的故障信號較弱，有效故障信號難以采集；另一方面故障線路的零序電流與非故障線路故障電流的分布趨于一致，故障線路的故障特征不明顯，加之各出線的參數不盡相同，選線裝置很難在這種情況下準確選出故障線路。到目前為止，小電流接地選線問題仍然是本領域內比較棘手的

35、問題。許多選線裝置目前雖然廣泛使用，但沒有一種裝置能準確地檢測出故障線路，選線技術需進一步改進和提高。就選線問題而言，配電網中性點不同的接地方式對選線的準確度影響也很大。采用不同接地方式的配電網在發生接地故障時，故障電流的特性有很大差異，故障電流的特性對選線裝置的準確度有較大影響。4 2.1.4 配電網接地方式的發展趨勢電力系統中性點的接地方式是一個涉及到技術、經濟、安全等多個方面的綜合問題。它可劃分為兩類，凡是需要斷路器立即斷開單相接地故障者，屬于中性點有效接地方式，也稱大電流接地方式，包括中性點直接接地和經小電阻接地；凡是單相接地電弧能夠自行熄滅者，屬于中性點非有效接地方式，也稱小電流接地

36、方式。小電流接地系統包括中性點不接地（中性點絕緣）系統、中性點經消弧線圈接地（即諧振接地）系統、經高阻或中阻接地系統、經高阻抗接地系統以及由控制裝置控制的靈活接地系統。大電流接地方式的優點是在系統發生單相接地故障時，系統的對地過電壓小，電氣設備的絕緣等級可以按相電壓選擇；故障點和中性點構成短路回路，故障線路的故障電流很大，線路的零序繼電保護可以迅速、準確的將故障線路從系統中切除。但在大電流接地方式下無論瞬時性故障還是永久性故障，故障線路的繼電保護均跳閘，跳閘次數大大增加，供電可靠性低；投入的繼電保護設備成本較高。小電流接地方式中最有代表性的是中性點不接地和諧振接地方式。中性點不接地方式是我國配

37、電網采用最早、運用最多的一種方式，同時也是小電流接地方式中最具代表性的接地方式。采用該接地方式的系統在發生單相接地故障時，在接地點和電網中性點之間不會形成短路回路，故障電流較小；雖然非故障相電壓升高，但系統三相之間的線電壓仍然對稱，短時間內不影響用戶的正常用電，供電可靠性高。在小電流接地方式中，中性點不接地方式在電網容量擴大、對地電容電流不斷增大的新形勢下，難以限制并熄滅故障電弧，且故障選線困難，限制了它的應用；諧振接地方式能夠根據運行需要在故障時和非故障時靈活的切換，兼具其它小電流接地方式的優點，從綜合經濟技術指標來看，諧振接地方式優于其他小電流接地方式，是一種很有前途的新型接地方式，具有良

38、好的應用前景。82.2 小電流接地系統兩種接地方式介紹 2.2.1 中性點不接地方式原理綜述 通常所講的中性點不接地，實際上是經過集中于電力變壓器中性點的等效電容接地的。中性點不接地方式結構簡單，運行方便，不需任何附加設備，若是瞬時故障，一般能自動熄弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統的對稱性，單相接地電流較小，單相接地不形成短路回路，運行中可允許單相接地故障存在一段時間。電力系統安全運行規程規定可繼續運行12h，從而獲得排除故障的時間，若是由于雷擊引起的絕緣閃絡，則絕緣可自行恢復，相對提高了供電可靠性。中性點不接地系統的最大優點在于：當線路不太長時能自動消除單相接地故障，而不需要跳閘。中性

39、點不接地方式因其中性點是絕緣的，電網對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。在發生弧光接地時，對地電容的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產生弧光接地過電壓或諧振過電壓，其值可達到相電壓的數倍，乃至數十倍，對設備絕緣造成威脅。此外，由于電網中存在電容和電感元件，在一定條件下，因倒閘操作或故障，容易引發線性諧振或鐵磁諧振，這時線路較短的電網會激發高頻諧振，產生較高諧振過電壓，導致電壓互感器擊穿；配電網中存在較長線路時容易激發分頻鐵磁諧振，在分頻諧振時，電壓互感器呈較小阻抗，其通過電流將成倍增加，引起熔絲熔斷或電壓互感器過熱而損壞。為解決中性點不接地單相接地時引起的一些后果，早期曾采取過故障相自動接地的措

40、施，但由于這一措施不能解決過電壓的問題，且無助于將故障線路選出，故不就被中性點經消弧線圈接地方式和中性點經電阻接地方式所取代。10 2.2.2 中性點不接地方式運行狀況分析簡單網絡圖如下圖2-1所示：圖2-1 中性點不接地系統單相接地示意圖不論是架空線路還是地下電纜，各相導線之間以及每相導線與大地之間都存在著分布電容，如圖2-1（本文忽略了導線間電容）。一般來說，線路零序電容的大小與線路的長度、導線的半徑、幾何均距以及線路與地面的距離因素有關。在考慮線路充分換位的情況下，相間電容是相等的，并且三相的對地電容也是對稱的。當系統發生單相接地時，中性點電位與地電位不等，中性點對地絕緣，必須存在對地電

41、容，此電容很小，因此中性點對地阻抗很大，從而系統中任一點的零序阻抗都很大。對零序電流而言，線路或者其它元件的串聯阻抗，比以線路對地導納表示的并聯阻抗小得多。因此在小電流接地選線問題的研究中，忽略這些串聯阻抗，主要分析各相對地的電容電流組成的回路。如圖2-1所示的簡單網絡，在正常運行時，忽略電源和線路壓降，三相各相對地電容c 相等。在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓90的電容電流注入地中。由于三相電壓對稱，無零序電壓；忽略三相負載不對稱產生的不平衡電流，三相電流之和等于零，無零序電流。即： =（+）=0 （2.1） =（+）=0 （2.2）在如圖2-1所示的小電流接地系統（中性點不接地）d

42、點發生a相金屬性接地時，其向量圖如圖2-2所示，用、表示電源的各相電動勢。圖2-2 a相接地時向量圖各相對地電壓為 =0 （2.3） =e （2.4） =-=e （2.5）可見，故障相電壓為零，非故障相對地電壓升高為原來的倍。因此，系統的零序電壓為 =（+ +）=（0 +）=- （2.6）各相對地電容電流為 =e （2.7） =e （2.8） =-(+)=3 （2.9）用相電動勢的有效值，則、的有效值為 =3 （2.10） = （2.11）故障線路始端的零序電流為零，即 3=+=+（-）=0 （2.12）由此可見，對于單條線路，當發生單相接地時，流過故障線路的零序電流為零，所以零序電流保護不起

43、作用。 2.2.3 中性點不接地方式系統特點中性點不接地方式對于低壓配電網具有運行維護簡單、經濟，單相接地時允許帶故障運行兩個小時，供電連續性好等優點。目前，國內35kv以下電網還采用該運行方式，在該運行方式下，接地電流為線路及設備的電容電流。但是，由于該方式對電網電容電流及負荷水平有嚴格的限制，超過一定數值后將引起電弧接地過電壓，故該方式已經不再適合配電網的發展。中性點不接地方式的主要缺陷有： 對電容電流有嚴格的要求，根據電力規程，對35kv及以下系統，規定當310kv電網電容電流小于30a，20kv以上電網電容電流小于10a時，可采用中性點不接地運行方式。 中性點不接地電網發生單相接地時，

44、中性點電位偏移，過電壓水平高，持續的時間長。而目前在我國隨著經濟發展，城鎮配電網中大量采用電流和各類封閉組合電器，甚至進口設備，這些設備一般絕緣水平一般較低，且一旦被擊穿很難修復，因而不宜帶單相接地故障持續進行。 單相接地時，避雷器長時間在工頻過電壓下運行，易發生損壞，甚至爆炸。目前采用提高氧化鋅避雷器運行電壓的方法，可以避免爆炸事故的發生，但這并不經濟，因而這種接線方式不利于無間隙氧化鋅避雷器的推廣使用。 從保證人身安全的角度來說，不宜采用中性點不接地系統來保證供電連續性。11 2.2.4 中性點經消弧線圈接地方式近年來我國城市配電網發展較快，電力電纜在城市配電網中大量使用，配電網的對地電容

45、電流迅速增大，單相接地電弧難以自行熄滅。隨著網絡的延伸，電容電流也愈益增大，以致完全有可能使接地點電弧不能自行熄滅并引起弧光接地過電壓，甚至發展成嚴重的系統性事故。采用中性點經消弧線圈接地方式，即在中性點和大地之間接入一個電感消弧線圈。中性點經消弧線圈接地方式通常稱為諧振接地方式，該接地方式將帶氣隙的感抗可調的電抗器接在系統中性點和地之間，當系統發生單相接地故障時，消弧線圈的電感電流能夠基本補償電網的接地電容電流，使故障點的接地電流變為數值顯著減小的殘余電流，殘余電流的接地電弧就容易熄滅。由于消弧線圈的作用，當殘流過零熄弧后，降低了恢復電壓的初速度，延長了故障相電壓的恢復時間，并限制了恢復電壓

46、的最大值，從而可以避免接地電弧的重燃，達到徹底熄弧的目的。因此中性點經消弧線圈接地方式的可靠性大大的高于中性點不直接接地系統運行方式。隨著工農業、城市建設的迅速發展，大容量負荷中心的增多及城網建設電纜化，不但每個站得出現增多了，而且架空線路逐步為電纜所代替，單相接地電容電流相應增大，因弧光不能自動熄滅而產生相間短路或因間歇性弧光引起的過電壓事故也增多，為提高供電可靠性，按有關規程規定，以架空線路為主的10kv系統電容電流超過10a以上者，必須改為中性點經消弧線圈接地的補償方式。中性點經消弧線圈接地方式中，消弧線圈的運行要求比較苛刻，如果補償過多或過少，使得接地殘流過大，則不易消弧，而剛好完全補

47、償，則容易產生諧振過電壓，而且由于消弧線圈的補償，接地殘流過小，接地故障辨別、故障選線困難。當系統發生單相故障時，由于接地點殘流很小，且根據規程要求消弧線圈必須處于過補償狀態，故障線路和健全線路流過的零序電流方向相同，故零序過電流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。因目前運行在電網的消弧線圈大多為手動調閘的結構，必須在退出運行時才能調整，也沒有在線實時檢測電網單相接地電容電流的設備，故在退出運行中不能根據電網電容電流的變化及時調節，所以不能很好地起到補償作用，仍出現弧光不能自行熄滅及過電壓問題。不過，由于微機接地保護和微機選線裝置的出現，尤其是近年來，自動調節消弧裝置的出現，使得經消弧線

48、圈接地方式存在的這些問題有了很好的解決，它能夠在單相接地故障發生時，精確補償系統電容電流，有效熄滅接地點的電弧，使得單相接地故障不致發展為相間短路而引起線路跳閘，從而保證了設備安全和可靠供電。可見，中性點采用經消弧線圈接地的電網具有很高的運行可靠性。 2.2.5 中性點經消弧線圈接地方式運行狀況分析中性點經消弧線圈接地系統單相接地的電流分布如圖2-3所示。圖2-3 諧振接地單相接地故障時電流分布假設某個時刻線路2發生了單相金屬性接地故障，a相某點接地，對地電容被短接，各電壓、電流的相量關系如圖2-4所示。 圖2-4單相接地故障電壓、電流相量圖其中，a相對地電壓變為零，非故障相b相和c相電壓分別

49、變為相對a相的線電壓，幅值升高至倍，中性點電壓由零上升為。故障點零序電壓為： =(+)=- （2.13） 若忽略負載不對稱引起的不平衡電流及對地電容電流在線路及電源阻抗上的電壓降，則在整個系統中，a相對地電壓均為零，非故障相電壓幅值升高至倍，即對地電容電也隨之升高至倍。同時，消弧線圈的電感電流經故障點沿故障線返回，因此故障點的電流增加一個電感分量的電流，則如圖2.1所示流過故障點的電流是電網中所有非故障相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和： (2.14)其中為電網單相對地所有電容的總和，式2.14表明，流過故障點的電流數值為正常運行狀態下電網三相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，

50、因此故障點電流將因增加了消弧線圈而減少。非故障線路始端的零序電流為： =(+)=- (2.15）式2.15故障線路始端的零序電流為線路本身的電容電流，容性無功功率方向為母線流向出線。故障線路始端的零序電流為： (2.16)即故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，其容性無功功率方向將由二者之間的大小關系決定。如果小于，電網處于欠補償狀態；等于，電網處于完全補償狀態；若大于，則電網處于過補償狀態。 從圖中可知，當發生單相接地時，非故障線路電容電流的大小、方向與中性點不接地系統一樣，但對故障線路來說，接地點增加了一個電感分量的電流。從接地點流回的總電流為： （2.

51、17）式中：為消弧線圈的補償電流，為全系統的對地電容電流。 由于和相位差為180，將隨消弧線圈的補償程度而變，因此，故障線路零序電流的大小和方向也隨之改變。16 2.2.6 中性點經消弧線圈接地方式系統特點1. 全補償時系統運行特點分析當全補償時，有=，接地點電流接近于零，故障線路零序電流等于線路本身的電容電流,方向由母線流向線路，零序功率方向與非故障相線路完全相同。此時有式子成立（其中是角頻率，為線路電容總和），這正是工頻串聯諧振的條件，如果由于系統三相對地電容不對稱，或者斷路器合閘三相接觸頭不同而使閉合時出現零序電壓，串聯于及之間，串聯諧振將導致電源中性點對地電壓升高及系統過電壓，這是很危

52、險的。2. 欠補償時系統運行特點分析當欠補償時，有,補償后的接地電流是感性的，故障線路零序電流增大了，且方向與非故障線路相同，由母線流向線路，采用這種方式即使系統運行方式發生改變，也不會發生串聯諧振。因此實際中獲得了廣泛的應用。4. 系統特點當接地電容電流超過允許值時，可采用消弧線圈補償電容電流，保證接地電弧瞬時熄滅，以消除弧光間隙接地過電壓，中性點經消弧線圈接地，在大多數情況下能迅速地消除單相的瞬間接地電弧，而不破壞電網的正常運行。接地電弧一般不重燃，從而能把單相電弧接地過電壓限制到一個低的水平。很明顯，在很多單相瞬時接地故障的情況下，采用消弧線圈可以看作是提高供電可靠性的有力措施，目前隨著

53、電網規模和負載越來越大，運行方式經常變化，消弧線圈也應當經常作相應的調整，以補償相應的電容電流。因而出現了以實現消弧線圈調整自動化為目的的消弧線圈自動調諧裝置，這種裝置擴大了消弧線圈在大電網、多運行方式下地適應能力。中性點經消弧線圈接地方式的主要缺陷有： 采用中性點經消弧線圈接地方式，不僅減小了線路的故障電流，而且故障線路的零序電流方向也發生了變化，給接地保護的正確選線提出了更高的要求。 中性點經消弧線圈接地方式易發生諧振，且消弧線圈的補償容量不易隨電容電流的增加而增加。 消弧線圈的阻抗較大，既不能釋放線路上的殘余電荷，也不能降低過電壓的穩態分量，因而對其它形式的操作過電壓不起作用。 2.2.

54、7 兩種中性點接地方式的綜合比較比較項目不接地經消弧線圈接地單相接地電流大小人生觸電的危險性大減小單相電弧接地過電壓最高較高單相接地保護較難難對通信的感應危害較小小鐵磁諧振過電壓高高操作過電壓最高高高壓串入低壓引起過電壓最高較高保護接地的安全性單相接地電流大時危險安全表2-1 兩種中性點接地方式綜合比較 2.2.8 中性點經高阻接地方式 中性點經電阻接地方式，即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統對地電容構成并聯回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優越性。在中性點經電阻接地方式中，一般選擇電阻的阻值較小，在系統單相接地時，控制流過接地點的電流來啟動零序保護動作，切除故障線路。中性點經高阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，并可防止阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，主要用于200mw以上大型發電機回路和某些610kv配電網。 運行特點 由于中性點經電阻接地可以迅速判斷故障，對于90%以上是電纜線路的城市電網，需要采用此種接地方式。另外，在人口稠密地區，架空線一相導線落地會對