【正文】 20 50 100 200 500 1000 2022 ? 0 一般接地電阻大于 100 的為高電阻接地。從圖（b）和表 35 可以看出，當(dāng) 時(shí)，非故障相工頻過(guò)電壓分別為 和 ，?5gR ?U?中性點(diǎn)工頻過(guò)電壓為 ，故障點(diǎn)電流最大值為 （有效值為?U） 。這時(shí)非故障相工頻電壓升高到線電壓，所以工頻過(guò)電壓是選擇避雷器和其他電氣設(shè)備絕緣水平的重要因素之一。而在變電站實(shí)際運(yùn)行中所測(cè)得到電容電流 ，較計(jì)算得到值要大。表 33 茅坪變 10kV 架空線路電容電流（單位長(zhǎng)度電容電流值 kmA/）線路編號(hào)架空線路總長(zhǎng)（ m）電容電流值（ A）線路編號(hào)架空線路總長(zhǎng)（ ）電容電流值（ ）101 茅紙線 7350 201 茅太線 6825 102 茅云線 930 202 茅南線 1210 103 茅技線 5920 203 茅衛(wèi)線 6240 104 茅鍋線 2365 204 茅陳線 1650 105 茅廠線 3590 205 茅上線 2230 206 茅航線 1990 I 段合計(jì) 20225 II 段合計(jì) 20225 經(jīng)計(jì)算得到茅坪變 10kV 架空線總電容電流值為 。假定系統(tǒng)在 0～ 時(shí)候系統(tǒng)三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，在 時(shí)傳輸線路發(fā)生單相接地故障（假定是 A 相故障） 。在模型中,線路采用的是 π 型參數(shù)模塊,沒(méi)有進(jìn)行交叉換位,電源、變壓器和負(fù)荷均是對(duì)稱(chēng)的,仿真模型如圖 35所示。 圖 33 三相串聯(lián) RLC 支路 接地故障的建模和實(shí)現(xiàn)對(duì)接地故障的建模，MATLAB 工具箱提供了專(zhuān)門(mén)的實(shí)現(xiàn)途徑——三相故障模塊（3phase fault） ，故障類(lèi)型通過(guò)模塊內(nèi)部故障參數(shù)的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)，故障點(diǎn)的位置通過(guò)故障模塊與傳輸線的連接實(shí)現(xiàn)，故障開(kāi)始和終止時(shí)刻通過(guò)故障模塊內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)間（Transition Times）來(lái)設(shè)定，圖 34 即為接地故障模型（A 相發(fā)生單相故障） 。s traveling wavmethod(貝杰龍的行波法)的分布參數(shù)模型。 MATLAB 仿真模型的建立本文應(yīng)用 MATLAB 的電力系統(tǒng)仿真工具箱對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行了仿真仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。MATLAB 提供的信號(hào)處理工具箱、數(shù)字信號(hào)處理模塊、濾波器設(shè)平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24計(jì)工具箱、小波分析工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，為經(jīng)過(guò)電力仿真后的數(shù)據(jù)處理提供了功能齊全的分析手段。第一，電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫(kù)提供了經(jīng)常使用的各種電力元件數(shù)學(xué)模型，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建合適的元件模型。用于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析。包括電壓表、電流表、阻抗表和萬(wàn)用表等測(cè)量元件。包括各種電機(jī)模型元件。包括各種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件和非線性網(wǎng)絡(luò)電路元件。電力系統(tǒng)元件庫(kù)包括了電路、電力電子、電機(jī)和電力系統(tǒng)等常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。表22是本章內(nèi)容的一個(gè)縮影，將各種中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，充分說(shuō)明中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及到電力系統(tǒng)的許多方面的綜合問(wèn)題。但這種接地方式也存在不利的一面，主要表現(xiàn)在：（1）由于發(fā)生單相接地，線路就要跳閘，影響了供電可靠性；（2）當(dāng)單相接地電流較大時(shí)(如大于1000A)可能對(duì)通信線路造成干擾；（3）接地故障電流大時(shí)，在接地點(diǎn)和電阻柜附近容易產(chǎn)生較大的跨步電壓和接觸電壓，危及人身安全；（4）在發(fā)生非金屬性接地故障時(shí)，由于有過(guò)渡電阻的存在，將影響繼電保護(hù)的靈敏度；（5）在電網(wǎng)中高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流中的直流分量容易造成零序接地保護(hù)誤動(dòng)。并且使用了絕緣水平低的電纜，為了降低過(guò)電壓水平，減小相間故障的可能性，要求采用低電阻接地方式。在電網(wǎng)比較完善的歐美國(guó)家中，配電網(wǎng)一般配備有多條備用線路，因而多采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地，配合快速繼電保護(hù)和開(kāi)關(guān)裝置，瞬間跳開(kāi)故障線路, 投入備用線路，因而并不影響電網(wǎng)的供電可靠性。表21 電阻接地的阻值電阻型式 高電阻 中電阻 低電阻電阻阻值（ ?） 數(shù)百～數(shù)千 20～100 20平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21單相接地故障電流（A） 10 30～300 600～100 高電阻接地高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，并可防止和阻尼諧振過(guò)電壓和間歇性弧光接地過(guò)電壓。采用通過(guò)電阻接地方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是：一旦發(fā)生人身觸電，線路立即跳閘，可減輕對(duì)觸電人的傷害程度。 消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置是近幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它既保留了老式消弧線圈的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其不足之處，它的最大優(yōu)勢(shì)就是實(shí)時(shí)在線對(duì)電網(wǎng)電容電流進(jìn)行測(cè)量，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償電流，使之永遠(yuǎn)處于最佳狀態(tài)，有的在中性點(diǎn)串有線性或非線性電阻，能有效地阻尼諧振過(guò)電壓，使自動(dòng)跟蹤消弧補(bǔ)償裝置不但平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20能工作在過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償狀態(tài)，還能工作在全補(bǔ)償狀態(tài)。為了限制在調(diào)節(jié)過(guò)程中可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)電壓升高，在零序回路中串有阻尼電阻，該電阻在發(fā)生單相接地故障時(shí)處于短路狀態(tài)，不影響消弧線圈的正常工作。接消弧線圈時(shí)，需用接地變壓器引出中性點(diǎn)，消弧線圈微機(jī)控制自動(dòng)調(diào)諧裝置的原理如圖24所示。 如圖23所示。（3）變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，非自動(dòng)調(diào)節(jié)式消弧線圈在無(wú)人值班情況下很難調(diào)節(jié)。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17（1）調(diào)節(jié)不便。因此，當(dāng)在電壓等級(jí)較高的配電網(wǎng)和電纜網(wǎng)中采用時(shí)，將顯著地增大絕緣方面的費(fèi)用，應(yīng)經(jīng)過(guò)綜合比較后才能選定。消弧線圈接地的配電網(wǎng)由于接地電流不大，又稱(chēng)為小電流接地系統(tǒng)。 （2）選用欠過(guò)補(bǔ)償方式運(yùn)行時(shí)，在電容電流減少前(斷開(kāi)線路前)府先將消弧線圈的分接頭調(diào)整，防止發(fā)生全補(bǔ)償運(yùn)行。如果采用全補(bǔ)償方式，則當(dāng)運(yùn)行方式改變而切除部分線路時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容抗減少，又可能接近完全補(bǔ)償方式，出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓。此時(shí)，各相電容值不等，則式（26)的分子將不會(huì)為零，中性點(diǎn)位移電壓 0U將達(dá)到極高的數(shù)值，因此，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中多采用不完全補(bǔ)償。 消弧線圈的過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償消弧線圈接地電網(wǎng)根據(jù)補(bǔ)償率的不同可分為過(guò)補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償。和 B39。此外，當(dāng)電流過(guò)零而電弧熄滅后，消弧線圈還可以顯著減小故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減小了電弧重燃的可能性。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13 但是由于中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)的最大長(zhǎng)期工作電壓與過(guò)電壓都較高，特別是還存在電弧接地過(guò)電壓的危險(xiǎn)，因而對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的絕緣水平要求較高，所以對(duì)電壓等級(jí)較高的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)采用這種方式使絕緣方面投資增加。但是，當(dāng)線路較長(zhǎng)、電容電流相對(duì)較大時(shí)，則可能由于持續(xù)電弧而燃燒設(shè)備或由于間歇性電弧而導(dǎo)致過(guò)電壓。但是發(fā)生單相接地故障時(shí)的實(shí)際情況是很復(fù)雜的，兩種理論各說(shuō)明兩種可能出現(xiàn)的特例。而高頻電弧理論則有兩個(gè)假設(shè):①電弧的高頻振蕩電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅；②故障相電壓達(dá)最大值時(shí)電弧重燃。所謂間歇電弧系指接地電弧的熄滅并隨之重燃的多次重復(fù)現(xiàn)象，每次熄滅將伴隨相對(duì)地電容上的電荷積累并產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，其幅值可達(dá)(～) ?U，對(duì)絕緣較差的設(shè)備、線路上的薄弱環(huán)節(jié)和絕緣強(qiáng)度很低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)有較大的威脅，在一定程度上對(duì)安全運(yùn)行有影響，有資料表明，在電網(wǎng)全部接地故障中約有60%屬于這種性質(zhì)。 間歇電弧引起的過(guò)電壓 單相接地時(shí)所產(chǎn)生的接地電流將在故障處形成電弧。同時(shí)，對(duì)于中性點(diǎn)不接地的電力網(wǎng)，其設(shè)備絕緣是按線電壓設(shè)計(jì)的，因此對(duì)電氣設(shè)備也無(wú)大危險(xiǎn)。上式表明，當(dāng)C相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位變成了??CU。（2）中性點(diǎn)非有效接地：不屬于有效接地類(lèi)的接地方式，包括中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（也稱(chēng)諧振接地）、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈接地、高阻抗接地和中性點(diǎn)不接地。因此，在進(jìn)行城市電網(wǎng)規(guī)劃和改造時(shí)，要慎重研究這個(gè)問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和基本思路 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)以電纜線路以及混合線路為主的城鄉(xiāng) 1OkV 電網(wǎng)中性點(diǎn)平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8接地方式的選擇問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比研究，通過(guò)供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、繼電保護(hù)以及通信干擾等幾方面的對(duì)比，得出相關(guān)結(jié)論。上海在90年代對(duì)35kV配電網(wǎng)全面采用低電阻接地的運(yùn)行方式。世界各國(guó)的配電網(wǎng)中性點(diǎn)在50年代前后，大都采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，到六十年代以后，有的采用直接接地和低電阻接地方式，有的采用經(jīng)消弧線圈接地方式。東京電力公司所屬配電網(wǎng)，其中性點(diǎn)接地方式為66kV電網(wǎng)分別采用電阻、電抗和消弧線圈接地；22kV系統(tǒng)采用電阻接地方式。 日本20kV電纜和架空線路混合電網(wǎng)，1950年以來(lái)一直采用中性點(diǎn)不接地方式，隨著電纜的增加，為防止接地繼電器的誤動(dòng)、拒動(dòng)和中性點(diǎn)位移，采用經(jīng)40Ω～90Ω低值電阻器接地方式。在柏林市的 30kV 電網(wǎng)中，共有電纜 1400km，其電容電流高達(dá) 4kA，也采用于消弧線圈接地方式，后因 220kV 電網(wǎng)中事故較多，19 世紀(jì) 60 年代初就不再應(yīng)用消弧線圈了。 國(guó)外中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展世界各國(guó)城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，不同國(guó)家和該國(guó)中的不同城市都不完全相同，主要是根據(jù)本國(guó)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)來(lái)確定的。由于中性點(diǎn)經(jīng)電阻或消弧線圈接地各具特點(diǎn)，特別是自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈與微機(jī)接地保護(hù)的出現(xiàn)，使得這兩種接地方式成為目前我國(guó)城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式選擇的焦點(diǎn)。就目前情況而言，廣州、上海、北京、長(zhǎng)沙、深圳、珠海等許多大中城市的1OkV城區(qū)電網(wǎng)已將原來(lái)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式改為經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式。 中性點(diǎn)接地方式現(xiàn)狀和分析近年來(lái)，隨著城市電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，用電負(fù)荷的不斷增加，電纜線路不斷加長(zhǎng)，原來(lái)架空線路占主體的10kV電網(wǎng)逐漸演變?yōu)殡娎|線路占主體的電網(wǎng)，因此系統(tǒng)單相接地電容電流比原來(lái)大大增大。目前, 我國(guó)中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要有以下幾種：中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，還有采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置接地。但這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的電壓將上升為線電壓，因此就要求線路及電氣設(shè)備的絕緣必須按線電壓設(shè)計(jì)。在大電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相的電源將被短接，形成很大的單相接地電流。從技術(shù)的角度而言，它與整個(gè)電力系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣水平、繼電保護(hù)以及通信干擾和接地裝置等技術(shù)問(wèn)題有密切的關(guān)系。中壓配電網(wǎng)量大面廣，擔(dān)負(fù)著直接為廣大用戶供電的任務(wù)，其中性點(diǎn)接地方式歷來(lái)就是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程問(wèn)題。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的概率很大，約占總故障的65％左右。出此可見(jiàn)，采用小電流接地運(yùn)行方式可以大大地提高系統(tǒng)的供電可靠性。僅在35kV及以下電力系統(tǒng)中才采用中性點(diǎn)不接地或平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。其具體應(yīng)用情況大致為：110kV及以上電網(wǎng)中性點(diǎn)采用直接接地方式(必要時(shí)也可經(jīng)電阻、電抗或消弧線圈接地)；35kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)一般采用不直接接地方式(必要時(shí)也可經(jīng)消弧線圈、電阻或電抗接地)；10kV中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧線圈、小電阻接地等方式；380/220V低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用直接接地方式。因此，過(guò)去那種一律采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式已經(jīng)不能滿足電力工業(yè)發(fā)展的需要。有的城市電網(wǎng)（如珠海）在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了多項(xiàng)供電可靠性指標(biāo)有較大下降，發(fā)生多起人身傷亡事件，不得不將中性點(diǎn)接地方式由電阻接地運(yùn)行方式改回到經(jīng)消弧線圈接地方式的例子。 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀現(xiàn)在電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要分為兩大類(lèi):一類(lèi)是有效接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，包括有中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地；另一類(lèi)是中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)，包括有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地以及中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6德國(guó)人彼得遜（Peterson ） 首先提出并隨后發(fā)明了消弧線圈，提出了經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)諧振接地方式，自 1916 年投運(yùn)以來(lái)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。英國(guó) 66kV 電網(wǎng)中性點(diǎn)采用經(jīng)電阻接地方式，而對(duì) 33kV 及以下由架空線路組成的配電網(wǎng)改為經(jīng)消弧線圈接地；由電纜組成的配電網(wǎng)，仍采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。其采用電阻接地方式一般限制接地電流數(shù)值為100～200A。比利時(shí)布魯塞爾 10kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)采用低電阻接地方式，單相接地電流原為2kA，為減少對(duì)通訊的影響，現(xiàn)改為 1kA。對(duì)此，國(guó)內(nèi)開(kāi)始重新考慮合適的接地方式，從1987年開(kāi)始，廣州部分變電站為了滿足10kV電纜較低的絕緣水平，采用了低電阻接地方式；隨后，深圳根據(jù)其10kV配電網(wǎng)電纜不斷增加的實(shí)際，從1995年開(kāi)始實(shí)施10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用低電阻接地方式的工程；天津電纜網(wǎng)比較多，過(guò)去以消弧線圈接地為主，現(xiàn)在對(duì)35kV電纜網(wǎng)試行低電阻接地方式，運(yùn)行情況正常；蘇州工業(yè)園區(qū)，其配電網(wǎng)采用20kV供電，全部為電纜線路，中性點(diǎn)也采用低電阻接地的運(yùn)行方式，自1996年正式投運(yùn)至今，運(yùn)行正常。(3)對(duì)于 6～10kV 系統(tǒng)以及發(fā)電廠廠用系統(tǒng)，其單相接地故障電容電流較小時(shí)，為防止諧振、間歇性電弧接地過(guò)電壓等對(duì)設(shè)備的損害，可采用高電阻接地的運(yùn)行方式。不同的中性點(diǎn)接地方式將對(duì)電網(wǎng)絕緣水平、過(guò)電壓保護(hù)元件選擇、繼電保護(hù)方式產(chǎn)生不同的影響。有效接地配電網(wǎng)的特征是：配電網(wǎng)零序電阻與正序電抗之比小于或等于1，零序電抗與正序電抗之比為正值且不大于3，即： 1/0?XR 3/01?X （21）式中 0為配電網(wǎng)在任何運(yùn)行方式下任何一點(diǎn)至電源的