【正文】 零序電阻； 0X為任何運(yùn)行方式下任何一點(diǎn)至電源的正序電抗。接地后故障點(diǎn)C相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，?0??dcU平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10 （a） （b）圖21 中性點(diǎn)不接地單相接地故障從圖21可得 00????dCU故有???CU0式中： ——中性點(diǎn)對(duì)地電壓；?C——C相電源電壓。由于線電壓沒變，對(duì)用戶繼續(xù)工作沒什么影響。 以上分析是按金屬性接地(即接地處電阻為零)來進(jìn)行的，但是，如果發(fā)生不完全接地(即經(jīng)過一定的過渡電阻接地)則故障相的對(duì)地電壓將大于零而小于相電壓，而非故障相的對(duì)地電壓則大于相電壓而小于線電壓，這時(shí)接地電流將比金屬性接地時(shí)小。當(dāng)電流大于5～10A而小于30A時(shí)，有可能產(chǎn)生間歇電弧。根據(jù)工頻熄弧理論，工頻電流過零時(shí)電弧熄滅再過半個(gè)工頻周期電弧重新點(diǎn)燃，過電壓每周期出現(xiàn)一次，而在第二周期時(shí)出現(xiàn)最大值，考慮相間電容和阻尼率時(shí)，過電壓實(shí)際最大值會(huì)降低?？紤]相間電容和阻尼率時(shí)，過電壓實(shí)際最大值沒有這么高。當(dāng)線路不長(zhǎng)時(shí)，接地電流的數(shù)值較小，不至于形成穩(wěn)定的接地電弧，一般均能迅速熄滅而無須跳閘，這時(shí)供電可靠性較高。 目前，電力網(wǎng)中的故障以單相接地為最多，特別是35kV及以下電壓的配電網(wǎng)，由于單相接地電流不大，一般接地電弧均能自動(dòng)熄滅，所以這種配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地的方式是最合適的。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可形成一個(gè)與接地電流的大小接近相等但方向相反的電感電流，這個(gè)電流與電容電流可相互補(bǔ)償，最終使接地處的電流小于或等于零，從而消除了接地處的電弧以及由它產(chǎn)生的危害，消弧線圈因此得名。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓 0?U將變?yōu)?C??，此時(shí)消弧線圈處于裝置的相電壓下，如忽略線圈電阻，其值等于： LXIL???0 式中 L——消弧線圈的電感X——消弧線圈的電抗平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14（a）電路圖 （b）相量圖圖22 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障從圖22（b）可以看出，當(dāng)C相接地時(shí)，健全相A、B的電壓升高到線電壓，A、B相地對(duì)地電容電流 CAI?和 B分別超前 AU?39。電感電流與電容電流相位相反，且都流過故障點(diǎn)，從而使故障點(diǎn)的電流變得很小或接近于零，當(dāng)電流過零時(shí)電弧熄滅，消弧線圈還可以減小故障相電壓的恢復(fù)速度從而減小電弧重燃的可能性。 NCBAYYUU???????0 （26）平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15式中 NY：消弧線圈的等值導(dǎo)納，當(dāng)忽略電導(dǎo)時(shí)， NLjY?1?采用全補(bǔ)償時(shí)，容抗等于感抗，即 )(1CBANL??此時(shí)將發(fā)生串聯(lián)諧振，式（26）的分母將變?yōu)榱?或接近于零)。過補(bǔ)償方式消弧線圈保留一定的裕度，即使將來電網(wǎng)發(fā)展，對(duì)地電容增加后，原有的消弧線圈仍可使用。進(jìn)行消弧線圈的分接頭調(diào)整時(shí)應(yīng)遵循以下原則： （1）選用過補(bǔ)償方式運(yùn)行時(shí)，在電容電流增加前(投入線路前)應(yīng)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。在這些電壓等級(jí)的配電網(wǎng)中單相接地故障發(fā)生頻率較高，采用經(jīng)消弧線圈接地方式可以提高配電網(wǎng)的供電可靠性。同時(shí)這種配電網(wǎng)的最大長(zhǎng)期工作電壓和過電壓水 平都較高。我國(guó)目前采用的消弧線圈都是手動(dòng)調(diào)匝的，存在以下缺點(diǎn)和不足。因?yàn)闆]有在線實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)視電網(wǎng)電容電流的設(shè)備，運(yùn)行人員即使想及時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，也因得不到電網(wǎng)電容電流的具體值而不能作出準(zhǔn)確的判斷，不能決定消弧線圈應(yīng)運(yùn)行在第幾檔，無法保證合理的脫諧度。 消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的組成自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置一般由接地變壓器、可調(diào)式消弧線圈和消弧線圈自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)控制器、阻尼電阻和氧化鋅避雷器組成。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18圖23 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置一般配電網(wǎng)主變1OkV側(cè)為△接線，沒有中性點(diǎn)。消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧裝置實(shí)時(shí)測(cè)量電網(wǎng)中性點(diǎn)的電壓、電流信號(hào)，依據(jù)電網(wǎng)脫諧度和信號(hào)相位角之間的關(guān)系原理，利用微機(jī)計(jì)算電網(wǎng)的脫諧度，并控制消弧線圈的自動(dòng)跟蹤調(diào)諧，使系統(tǒng)始終運(yùn)行在設(shè)定的脫諧度范圍內(nèi)。（3）按測(cè)量方式不同大致有：根據(jù)不同檔位消弧線圈電感值對(duì)應(yīng)的位移電壓或通過的電流求解方程組，計(jì)算電容電流、脫諧度；通過調(diào)節(jié)消弧線圈鐵芯氣隙，使其諧振，從而測(cè)量電容電流；通過消弧線圈內(nèi)部安裝的小PT向系統(tǒng)注入某種特定頻率信號(hào)，使其諧振，計(jì)算出脫諧度，稱為注入信號(hào)法。也就是對(duì)內(nèi)過電壓限制得比較低，不會(huì)產(chǎn)生較高幅值的弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，與零序保護(hù)配合能迅速地切除故障線路，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定。電阻接地方式從阻值上可以分為：高阻接地、小電阻接地、中電阻接地，其阻值范圍見表21。 低電阻接地低電阻接地方式，電阻值一般小于20 ?，與零序保護(hù)配合可快速切斷單相接地故障。但在以電纜為主的配電網(wǎng)中因其故障率極低，這個(gè)問題并不突出。 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式的優(yōu)點(diǎn)為：（1） ?U以下；（2） 以下；（3）能夠完全抑制電網(wǎng)中因TV磁飽和所引起的鐵磁諧振過電壓；平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22（4）小電阻接地方式對(duì)電容電流的變化及電網(wǎng)的發(fā)展適應(yīng)范圍很大。并介紹了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)消弧線圈的補(bǔ)償作用及自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置的構(gòu)成。MATLAB 在電力系統(tǒng)建模和仿真的應(yīng)用主要由電力系統(tǒng)仿真模塊(Power System Blockset)來完成。(2)線路元件。(4)電機(jī)元件。(6)電路測(cè)量元件。(8)電力圖形用戶接口。使用 MATLAB 軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有三個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)。隨著信號(hào)處理技術(shù)的成熟，各種信號(hào)處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為重要。從電力系統(tǒng)仿真到數(shù)值計(jì)算、圖形處理，再到信號(hào)分析，MATLAB 提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類問題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變得尤為輕松簡(jiǎn)單。 里面的SimPowerSystems(電力系統(tǒng)工具箱)提供了輸電線路的兩種數(shù)學(xué)模型,分別是集中參數(shù) π 型和基于 Bergeron 39。雖然架空線路一般不能當(dāng)作集中參數(shù)元件處理,但是平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25當(dāng)線路長(zhǎng)度不超過 300 km 時(shí),可不考慮線路的分布參數(shù)特性,而只用將線路參數(shù)簡(jiǎn)單的集中起來的電路表示,所以在本文中用 π 型等效電路來模擬三相架空線路: （a）分布參數(shù)線路模型 （b）π 型線路模型圖 32 輸電線路兩種模型選用電力系統(tǒng)仿真工具箱中的串聯(lián) RLC 支路模型來模擬電纜線路，圖 33所示。本文利用 MATLAB軟件對(duì)不同電網(wǎng)的單相接地故障進(jìn)行了仿真。母線帶四條出線，這四條出線三條選用架空線路，另一條采用架空線路和電纜線路混合線路作為仿真線路。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文28表 32 變電所的電力設(shè)備所引起的電容電流增值電網(wǎng)額定電壓（ kV）6 10 15 35 60 110電容電流增值（ %）18 16 15 13 12 10根據(jù)茅坪開發(fā)區(qū) 10kV 電網(wǎng)接線圖得到茅坪變的各條線路的架空線的總長(zhǎng)度，計(jì)算得到架空線電容電流值如表 33 所示。 （1 段母線電容電流為 ++=、2 段母線電容電流為 += ） ，考慮到變電所的電力設(shè)備所引起的電容電流增值 16%，理論計(jì)算為 。 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開關(guān)不跳閘，按規(guī)程規(guī)定，允許在故障情況下運(yùn)行 2 小時(shí)。平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30（a ）故障點(diǎn)三相電壓（b）母線處三相電壓（c）中性點(diǎn)電壓平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文31 （d）接地電流圖 36 接地點(diǎn)過渡電阻為 5 時(shí)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)仿真波形?故障點(diǎn)過渡電阻為其他值時(shí)的電壓、電流變化見表 35。s610?VA2．表格中 B、C 相電壓為變壓器二次側(cè)電壓有效值，中性點(diǎn)電壓為變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電壓，均折算成相電壓的倍數(shù)，電流為最大值。接地點(diǎn)電流最大值為?U?，接地電流非常大，由于接地電流大，沒有帶故障運(yùn)行的能力，繼電保護(hù)設(shè)備只能動(dòng)作于線路跳閘。為了避免電網(wǎng)切除部分線路時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過電壓，消弧線圈一般采用過補(bǔ)償方式。單相故障點(diǎn)的電流如果超過小電流接地系統(tǒng)規(guī)定的上限 10A 時(shí)，接地電弧難于瞬間自行熄滅，應(yīng)轉(zhuǎn)變接地方式，而如果系統(tǒng)電容電流較小且能單相電弧自行熄滅，又容易電壓互感器的鐵心飽和激發(fā)中性點(diǎn)不穩(wěn)定過電壓。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相比，因?yàn)閱蜗嘟拥毓收想娏黠@著減小，同時(shí)非故障相的工頻電壓升高又有所降低，而且也不存在中性點(diǎn)不穩(wěn)定過電壓等缺點(diǎn)，因此，其基本運(yùn)行特性明顯優(yōu)越。這些過電壓，與系統(tǒng)運(yùn)行電壓有直接關(guān)系，一般以額定相電壓的倍數(shù)來表示，通常是在系統(tǒng)操作或事故時(shí)產(chǎn)生的。這種間歇性電弧現(xiàn)象引起了電力網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的瞬息改變，導(dǎo)致電磁能的強(qiáng)烈振蕩，并在非故障相以致故障相中產(chǎn)生嚴(yán)重的暫態(tài)過程過電壓，這就是弧光接地過電壓。而如果接地電流在高頻過零點(diǎn)熄弧或在電壓接近最大平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文39值時(shí)發(fā)生擊穿，這一過程電壓將會(huì)更高，曾經(jīng)記錄到超過 8 倍的過電壓。3)弧光接地和鐵磁諧振過電壓的能量由電源提供，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)過電壓超過避雷器所能承受的 400AZms 能量時(shí)，就會(huì)造成避雷器的爆炸事故。為解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)上有選擇了兩種解決方法:一是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，以降低建弧率，減少跳閘；二是中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)電阻器接地，以快速將故障切除。消弧線圈主要應(yīng)用在 10kV 供電系統(tǒng)中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，起熄滅電弧的作用。在過去，由于配電網(wǎng)容量比較小，主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地，一般來說運(yùn)行狀況較好，在 80 年代中后期，有些城市和地區(qū)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用了經(jīng)低電阻接地或高電阻接地方式，近年來各種不同形式的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈開始在配電系統(tǒng)中運(yùn)行。經(jīng)過長(zhǎng)期的變遷，目前 10kV 電網(wǎng)采用較多的方式主要有不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地等幾種。在這些電網(wǎng)的運(yùn)行中，運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，出現(xiàn)單相接地后，允許帶平頂山工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文41接地點(diǎn)運(yùn)行的時(shí)間，一般不超過 120 分鐘。 弧光接地過電壓及限制措施我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，3～35kV(含 10kV)的電網(wǎng)為非直接接地電網(wǎng)。然而，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)這類電網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)，內(nèi)部過電壓，特別是電網(wǎng)發(fā)生單相間歇性弧光接地時(shí)產(chǎn)生的弧光接地過電壓及特殊條件下產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓成為這類電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的一大威脅，其中以單相弧光接地過電壓最為嚴(yán)重。現(xiàn)有運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，當(dāng)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，允許繼續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)，如經(jīng)上級(jí)有關(guān)批準(zhǔn)，還可以延長(zhǎng)。隨著我國(guó)對(duì)城市及農(nóng)村電網(wǎng)大規(guī)模的技術(shù)改造，城市 10kV 配電網(wǎng)必將向電纜化發(fā)展，城郊結(jié)合農(nóng)村 35kV、10kV 電網(wǎng)也將進(jìn)一步擴(kuò)大，為了解決這類電網(wǎng)弧光接地產(chǎn)生過電壓的問題，國(guó)內(nèi)普遍采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償式消弧線圈接地方式，沒有超脫中性點(diǎn)加裝消弧線圈的范疇，由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的多樣化及弧光接地點(diǎn)的隨機(jī)性，消弧線圈要對(duì)電容電流進(jìn)行有效補(bǔ)償確有難度，并用正弦波的電感電流去抵消非正弦波的電弧電流時(shí)，高頻分量部分無法抵消。為此引發(fā)一種新思路，為什么不把弧光3接地轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的單相金屬性接地？從而消