【正文】 ...... 55 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 1 引言 中性點接地方式及特點 電力系統(tǒng)的中性點接地方式涉及電網(wǎng)的安全運行，供電可靠性，過電壓和絕緣的配合，繼電保護(hù)，接地設(shè)計等多個因素，而且對通信和電子設(shè)備的電子干擾、人身安全等方面有重要影響。 大接地電流系統(tǒng) 大接地電流系統(tǒng)，即將中性點直接接地。此外，該系統(tǒng)單相接地故障時，不會產(chǎn)生間歇性電弧引起的過 電壓，不會因此而導(dǎo)致設(shè)備損壞。此時若工作人員誤登桿或誤碰帶電導(dǎo)體，容易發(fā)生觸電傷害事故。小接地電流系統(tǒng)可分為中性點不接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧圈接地或經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。中性點不接地系統(tǒng)優(yōu)點在于發(fā)生單相接地故障時，由于接地電流很小，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(tǒng)的中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 對稱性，根據(jù)安全規(guī)定，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后可允許繼續(xù)運行不超過兩小時，從而獲得排除故障時間，相對地提高了供電的可靠性。 （ 2）中性點經(jīng)消弧線圈接地 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，即是將中性點通過一個電感消弧線圈接地。當(dāng)接地電流大于 30A 時，產(chǎn)生的電弧往往不能自熄，造成弧光接地過電壓概率增大，不利于電網(wǎng)安全運行。這可使電網(wǎng)持續(xù)運行 一段時間，相對地提高了供電可靠性。第三、中性點經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率，還是不能徹底消除弧光接地過電壓，也不能降低弧光接地過電壓的幅值。在發(fā)生非金屬性接地時，受接地點電阻的影響，流過接地點和中性點的電流比金屬性接地時有顯著降低，同時，健全相電壓上升也顯著降低 ，零序電壓值約為單相金屬性接地的一半。 總之，在三相交流電力系統(tǒng)中，采用哪種接地方式要根據(jù)電壓等級的高低、系統(tǒng) 容量的大小、線路的長短和運行氣象條件等因素經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較來確定的，以達(dá)到較好的工程效果。 (4)1KV 以下的電網(wǎng)的中性點采用不接地方式運行 。 中性點經(jīng)消弧線圈接地電 力系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時的電路圖和向量圖如下 [1]： U AU BU CI c BI c AI CI L 圖 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地電路圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 U CI LI C0 圖 消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地向量圖 消弧線圈實際上就是帶氣隙鐵心線性電感線圈，其電阻很小，感抗很大。所以 CI 與 LI 相差 180176。其作用的原理有兩個： 一是消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)的接地電容電流，限制了接地故障電流的破壞作用，使殘余電流的接地電弧易于熄滅； 二是當(dāng)殘流過零熄弧后，又能降低故障相恢復(fù)電壓的初速度及其幅值，避免接地電弧的重燃并使之徹底熄滅。但是在電網(wǎng)正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。 消弧控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 諧振接地系統(tǒng)消弧控制技術(shù)主要包含消弧線圈的結(jié)構(gòu)形式及與其相適應(yīng)的運行控制策略、接地電容電流檢測和諧振接地系統(tǒng)故障選線等幾方面研究內(nèi)容。其作用只能是在一定程度上減小了接地殘流，降低了接地電弧危害，具有顯而易見的局限性。 正是由于傳統(tǒng)的消弧線圈存在著上述缺陷，伴隨著計算機(jī)控制技術(shù)和電力電子應(yīng)用技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展，消弧線圈的研究進(jìn)入了一個高速發(fā)展時期，出現(xiàn)了各種各樣的自動調(diào)諧式消弧線圈結(jié)構(gòu)和控制方法。 自動消弧線圈調(diào)諧控制方式的發(fā)展現(xiàn)狀 [3] 一種消弧線圈的結(jié)構(gòu)決定了其所采用的調(diào)諧控制方式。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 目前，有三種方法解決這個矛盾，一是采用“預(yù)調(diào)式”調(diào)諧控制方式 全補(bǔ)償外加阻尼電阻運行方式，前面提到的調(diào)氣隙式消弧線圈、自動調(diào)匝式消弧線圈以及三相五柱組合式消弧線圈均采用了這種補(bǔ)償方式；二是采用“隨調(diào)式” 調(diào)諧控制方式 遠(yuǎn)離諧振點補(bǔ)償方式，目前的直流偏磁式消弧線圈、高短路阻抗消弧線圈以及大部分調(diào)容式消弧線圈均采用了這種補(bǔ)償方式；三是采用“預(yù)調(diào)諧和隨調(diào)諧相結(jié)合式”的調(diào)諧控制方式，主從微調(diào)電抗式消弧線圈采用這種形式。而且?guī)砹穗娮柰肚袡C(jī)械動作可靠性和電阻過熱損毀、投切次數(shù)、開關(guān)壽命等一系列問題。這種補(bǔ)償方式也稱為動態(tài)調(diào)諧方式。 采取這種控制策略的消弧線圈在電網(wǎng)正常運行時，消弧線圈不在諧振點，不會引起中性點位移過電壓，不用串聯(lián)或并聯(lián)阻尼電阻，避免了在電網(wǎng)一次回路中串聯(lián)或并聯(lián)電阻帶來的一系列問題，而且，由于消弧線圈在故障發(fā)生的瞬間起到了有效的補(bǔ)償作用，提高了故障瞬間的熄弧能力；快速可調(diào)節(jié)的消弧線圈在故障后能夠迅速的向諧振點移動，這使得消弧線圈的熄弧能力大大提高。 目前，根據(jù)各種消弧線圈有多種不同的調(diào)諧控制原理。而現(xiàn)有的各種消弧線圈自動跟蹤補(bǔ)償裝置中所采用的計算理論和方法，無法很好滿足用戶的要求。而隨著目前對電網(wǎng)各項指標(biāo)要求的不斷提高，找到有效控制消弧線圈的方法，提高其控制精度已成為一種必然趨勢。 接下來按照以上的理論分析和學(xué)習(xí)，在原有方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的調(diào)中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 諧控制方法 電容電流增量法。如前所述，就調(diào)諧控制方式而論，消弧線圈可分為三種： （ 1）在接地故障發(fā)生前，調(diào)整消弧線圈到靠近諧振點運行的，稱為“ 預(yù)調(diào)式”，在此條件下為使中性點的位移電壓不大于 15％額定電壓，需要串聯(lián)（或并聯(lián)）一定數(shù)值的限壓電阻； （ 2）第二種稱為“隨調(diào)式”，即在正常運行情況下，消弧線圈遠(yuǎn)離諧振點運行，中性點位移電壓較低，而在接地故障發(fā)生后，迅即調(diào)整到位，故不需要加裝限壓電阻。 我國早期采用的消弧線圈是手動調(diào)匝式的，根據(jù)估算的系統(tǒng)電容電流進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。隨著自動化程度的不斷提高， 90 年代各種方式的消弧線圈自動跟蹤補(bǔ)償裝置相繼問世。 氣隙可調(diào)式消弧線圈 如圖 ，（ a）為氣隙可調(diào)柱塞式消弧線圈， (b)為氣隙可調(diào)鐵芯式消弧線圈。同時，對于氣隙可調(diào)鐵心式消弧線圈，當(dāng)發(fā)生故障時，由于消弧線圈中通過很大的補(bǔ)償電流，其產(chǎn)生的磁場力足可將鐵心吸住，使該裝置不可能在發(fā)生單相接地故障后繼續(xù)調(diào)中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 諧接地電容電流 [3]。為了實現(xiàn)全工況工作，即可工作于欠補(bǔ)償，全補(bǔ)償，過補(bǔ)償三種狀態(tài)，其消弧線圈串聯(lián)了一個電阻于接地回路，抑制電網(wǎng)的中性點位移電壓，把過電壓水平限制在允許值以下。如圖 所示。這類消弧線圈的結(jié)構(gòu)有多種。 這種消弧線圈的優(yōu)點是： 無傳動裝置，屬靜止調(diào)節(jié)方式；響應(yīng)速度較快；調(diào)節(jié)范圍較寬，交流等值電感線性度較好。其原理簡單的來說，就是通過控制晶閘管 V1 和 V2 的導(dǎo)通角 ，來改變消弧線圈內(nèi)的自耦直流的大小，再由該直流勵磁實現(xiàn)消弧線圈鐵芯飽和度的連續(xù)調(diào)節(jié)。 ef cdbauN/2N/2a cb dV 2V 1N/2N/2D 0 （ a）鐵芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ b）電氣原理圖 圖 磁閥式消弧線圈原理圖 不過，因受電容電流跟蹤方法的限制，同類消弧線圈運行尚存在困難。其調(diào)節(jié)范圍也較寬，可在 10～ 100％最大補(bǔ)償電流范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，級位的調(diào)節(jié)一次到位，相鄰級位的電流差可小于 3A。 L 1 L 2C 1 C 2 C 3 C 4V T 1 V T 2 V T 3 V T 4 圖 調(diào)容式消弧線圈原理 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 主輔式電子控制消弧線圈 [3] 主 輔式電子控制消弧線圈，主要形式有兩種：一種為主從微調(diào)電抗式消弧線圈，如圖 所示。從消弧線圈電感值的調(diào)節(jié)范圍滿足由主消弧線圈的過補(bǔ)償點達(dá)到或接近全補(bǔ)償點的要求。 總的來說，消弧線圈從結(jié)構(gòu)原理上來說，已基本實現(xiàn)了在線連續(xù)可調(diào)。如果能使故障點的殘余電流減至 5A左右，就可以使電弧熄滅且不易重燃。圖中的 1C 、 2C 、 3C 和 1g 、 2g 、 3g 分別代表 a、 b、 c 三相的對地電容和對地泄露電導(dǎo)，并認(rèn)為 1g = 2g = 3g 。在這種情況下，即使是不接消弧線圈，電網(wǎng)中性點也會發(fā)生位移，稱為不對稱電壓 bdU? ，這對線路運行很不利。三角形連接的相間電容等值為星形連接時，其每支支路由電容 mC3 組成。 接入消弧線圈后，中性點位移電壓 0?U 可根據(jù)戴維南定理，按照圖 （ b）等效電路來計算： 0321032103)(13)(gCCCjgLjgCCCjUULbd ????? ????????? 0321 3)(11 gCCCjgLjULbd????????? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 jdUKddjUK XCLXC ? ??????????? 000 )( 0?U 的模值為： 222200 dUdUKU bdXC ????? ?? Lddd ?? 0 )()( 3212321 CCCL LgCCC gd LLL ??????? ? ??= )1( ?? ??? LgL CLIICCC LCCC ???? ???? 1)(1)(321321? ??? 式中 d —— 補(bǔ)償電網(wǎng)的阻尼率，)( 3 321 0 CCC ggd L???? ??。在全補(bǔ)償時， ? =0，此時位移電壓 0U僅由阻尼率 d 所限制，即 dUU bd?0 （ ） 通常 Ld ≈ %～ 2%，故 d ≈ 5%，則式（ ）變?yōu)? bdbd UUU ?? 可見，消弧線圈在全補(bǔ)償狀態(tài)下，將把中性點不對稱電壓放大 20 倍。 補(bǔ)償電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后的情況 電網(wǎng)中性點接入自動跟蹤補(bǔ)償?shù)南⊙b置之后，其作用有三個 [4]： （ 1）大大減少故障點的接地電流，在投入寬帶補(bǔ)償裝置之后，還可使接地故障點的接地電流將為零； （ 2） 減少電弧熄滅瞬間故障點恢復(fù)電壓上升速度，使其不易發(fā)生電弧重燃； （ 3）降低單相接地故障引起的過電壓幅值。 在相關(guān)計算中，一般忽略接地過渡電阻 dR 和消弧線圈有功損耗 0R ,則等效電路 又可進(jìn)一步簡化為： 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 0??ULCLI?? CI?? 圖 簡化等效電路 圖 中，消弧線圈的電感電流LjUIL ?0?? ? ，其相位與CI? 相位相差 180176。 （ 1）全補(bǔ)償。當(dāng) CL ?? 31? 時， LI CI ,稱為過補(bǔ)償； （ 3）欠補(bǔ)償。不過，消弧線圈的電感電流只能對基波電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電網(wǎng)的調(diào)諧度也是要求是接地點的殘余電流盡量小，而對電阻性電流和高頻電流，消弧線圈的電感電流卻無能為力。電網(wǎng)運行方式改變后，其對地的電容參數(shù)將隨之改變。下面具體介紹各個理論及部分驗證結(jié)論。 通過對諧振接地電網(wǎng)的等值分析，得到如圖 所示的諧振接地系統(tǒng)正常運行時的零序等值 電路。當(dāng)中性點位移電壓最大時，單相接地故障點殘流最小，脫諧度最小。如圖 matlab仿真電路圖。 matlab 語言編程，繪制位移電壓曲線，驗證該理論。 離線調(diào)諧原理 離線調(diào)諧原理理論 [4] 這種調(diào)諧控制原理通常僅用于調(diào)匝式消弧線圈且不串聯(lián)電阻器，進(jìn)行離線測量的場合。調(diào)整一次消弧線圈的分接頭位置，測出對應(yīng)分接頭 T1 和 T2位置上的中性點電壓 1nU 和 2nU ，以及它們之間的相角差 ? ，或者測出消弧線圈中電流 01I 和 02I 以及它們之間的相角差，然后，就可依據(jù)已知的電抗和三個測量值計算出電網(wǎng)的實際 CX 和脫諧度 ? 。為增進(jìn)準(zhǔn)確度，可采用多點計算的平均值。仿真電路如圖 所示。將仿真數(shù)據(jù)處理如下： v1=。 ic=(i2v1*i1/v2)/(1v1/v2) ic0=*3*2*pi*50**100 wucha=abs((icic0)/ic0) 所得結(jié)果為： ic =； ic0 = ； wucha = 其中， ic 是理論計算所得對地電容電流； ic0 是仿真電網(wǎng)的實際電容電流；wucha 是仿真誤差。不過還是充分說明，在實際應(yīng)用中，此離線調(diào)諧原理受電網(wǎng)參數(shù)限制較大。由于電網(wǎng)阻尼相對于阻尼電阻來說很小，利用忽略電網(wǎng)阻尼后的串聯(lián)諧振等效回路及阻抗三角形，測量時改變一次消弧線圈的電感值，取得相應(yīng)的流過中性點消弧線圈電流和中性點不平衡電壓，利用阻抗三角形阻抗夾 角的變化求解三角形關(guān)系式得到相應(yīng)的 CX 。 如圖所示，在電網(wǎng)不對稱電壓 bdU 的作用下，回路中有電流。但是，由于單相接地故障發(fā)生后，阻尼電阻 R 上將流過較大的電流使電阻發(fā)熱，因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)對其采取可靠的快速切除措施。而在進(jìn)行仿真計算時， 21 LL XXX ??? 就是已知量了。x12=1*2*pi*50。 g=tan(f) gn=()*2*50*pi w