【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)一步 升高，因此，使絕緣破壞，形成兩點(diǎn)或者多點(diǎn)的接地短路，造成停電事故。為解決此問(wèn)題，通常在中性點(diǎn)接入消弧線圈。 在各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，且要求帶故障持續(xù)運(yùn)行，即應(yīng)裝設(shè)消弧線圈： 3~6Kv 電網(wǎng) 30A； 10Kv 電網(wǎng) 20A ； 35Kv 電網(wǎng)10A。 下圖所示為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)發(fā)生 A 相接地故障示意圖。中性點(diǎn)位移電壓 0U 變?yōu)楣收宵c(diǎn)零序電壓 AE? ，中性點(diǎn)接入消弧線 圈后，忽略線圈電阻，在中性點(diǎn)電壓作用下的電感電流為 AL EI jwL??,其中 L 表示消弧線圈電感。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) AEBECE 01C02C0 SCfIBSI CSI1CI 1BI2BI 2CI2AI1CI 1BI2CI 2BICBA1線 路線 路 2L LI 圖 24 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地時(shí)電流分布 如上圖示，當(dāng)線路 II 上 A相接地以后，電容電流的大小和分布與不接消弧線圈時(shí)是一樣的，不同之處是在接地點(diǎn)又增加了一個(gè)電感分量的電流 LI 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，因此，接地點(diǎn)電流 fI 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 003Af L C AEI I I E j w Cj w L???? ? ? ? ? () LI 與 CI? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 相位相反，因此，故障點(diǎn)的電流將因消弧線圈的引入而減少，由此得到零序等效網(wǎng)絡(luò)如下圖所示： 1線 路線 路 201C02C0 SC 01I02I0SI0 SI01I 0fULI L LITL 圖 25 消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序等效網(wǎng)絡(luò) 由圖 25可以看出，由于消弧線圈的補(bǔ) 償作用，其單相接地故障時(shí)零序電流特中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 征與中性點(diǎn)不接地不相同，零序電流的大小和方向隨著補(bǔ)償方式的不同而變化，其單相接地故障特征如下 : （ 1）當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí) LI = CI? ，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，電容性無(wú)功功率的方向都是母線流向線路，因此，這種情況下利用穩(wěn)態(tài)零序電流無(wú)法判斷出故障線路。 （ 2）當(dāng)采用過(guò)補(bǔ)償方式時(shí) LI CI? ，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的電容電流，而電容性無(wú)功功率的方向仍然是母線流向線路，和非故障線路的方向一樣，因此難以利用穩(wěn)態(tài)零序電流判斷出故障線路 [5]。 小電流接地暫態(tài)過(guò)程的基本特征 暫態(tài)電容電流 經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相暫態(tài)電流的分布如下圖所示 i L = 0i d = 0 圖 26 單相接地暫態(tài)電流的分布 電弧性接地是由于介質(zhì)承受不了兩端電壓而被擊穿所引起，經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，暫態(tài)電容電流可看成兩部 分電流之和： （ 1）由于故障相電壓中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 突然而引起的放電電容電流，它通過(guò)母線而流向故障點(diǎn)，放電電流衰減很快，振蕩頻率高達(dá)數(shù)幾十 kHz 到幾百 kHz，振蕩頻率主要決定于電網(wǎng)中線路的參數(shù)（ R 和 L的數(shù)值）， 故障點(diǎn)的位置，以及過(guò)渡電阻的數(shù)值。由于放電電容電流振蕩頻率高，衰減速度快，而對(duì)選線作用不大。（ 2）由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流，它通過(guò)變壓器線圈而構(gòu)成回路 [4]。由于整個(gè)流通回路的電感較大，充電電流衰減較慢，振蕩頻率較低（一般 ~3kHz），利于測(cè)量，可作為選線的重依據(jù)要。本文僅分析充電電流的 暫態(tài)過(guò)程。 0u di LrLi L0R Ci0L C 圖 27 單相接地暫態(tài)電流的等效電路 圖 27 為單相接地暫態(tài)電流的等效電路 , 0C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的三相對(duì)地電容， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為三相電路和電源變壓器等在零序回路中的等效電感， 0R 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為零序回路中的等效電阻（其中包括故障點(diǎn)的接 地電阻和弧道電阻）， r 和 L 分別為消弧線圈的有功損耗電阻和電感（因暫態(tài)電流頻率高，故中性點(diǎn)消弧線圈的感抗很大， r 和 L 支路可視為開路），()tu 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為等效零序電源電壓。 根據(jù)圖 27，可列出微分方程如下： 00 01 s i n ( ) 。tcc c mdiR i L i d t U td t C ??? ? ? ?? () 當(dāng) 0R 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 002 LC 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，回路電流的暫態(tài)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 過(guò)程具有周期性的振蕩和衰減特性；當(dāng) 00 02 LR C?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，回路電流的暫態(tài)過(guò)程具有非周期性的振蕩衰減特性，并逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。對(duì)于架空線路，波阻抗一般為 250~500 ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，同時(shí)故障點(diǎn)的接地電阻一般較小，弧道電阻也可忽略，其 0R 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 002 LC ，所以，電容電流具有周期性的衰減特性，自由振蕩頻率一般為 300~1500Hz。對(duì)于電纜線路，由于 L很小而 C很大，因此，過(guò)渡過(guò)程與架空線路相比，所經(jīng)歷的時(shí)間極為短促且具有較高的自由振蕩頻率，一般在 1500~3000Hz 之間 [4]。 暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電容電壓均由自由分量和強(qiáng)制分量組成，利用初始條件(0)u 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =0,(0)i 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =0 計(jì)算得出： 39。 39。 39。39。s in ( s in c o s ) s in ( )tmcmUu e t t U t?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?； () 39。39。s in s in c o s ( )tmUi e t U C tL ?? ? ? ? ?? ?? ? ?； () 39。 39。( si n si n c os( ) )tcmi U C e t t??? ? ? ? ?? ?? ? ?； () 式中 mU —— 相電壓幅值； 002RL?? —— 自由分量衰減系數(shù)； 0 001CL? ?—— 回路共振角頻率； 39。 2 20? ? ???—— 回路自由振蕩角頻率； ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 回路基頻角頻率； 若系統(tǒng)運(yùn)行方式不變，則 ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為一常數(shù)。當(dāng) ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 較大時(shí)，自由振蕩頻率衰減較快，反之，則衰減較慢。同時(shí)，由式（ ）可以看出，暫態(tài)電容電流的初始值與故障發(fā)生的時(shí)刻、發(fā)生故障時(shí)相電壓的相位等因素有關(guān)。當(dāng) ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為零時(shí)，其值最小，當(dāng) ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。為 2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)其值最大。當(dāng)故障發(fā)生在電壓峰值，即 ? 為 2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 接地時(shí)，電容電流的自由分量 39。ci 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的振幅表現(xiàn)為最大值，當(dāng)發(fā)生故障的時(shí)刻，滿足 39。t? =2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，暫態(tài)電容電流中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 近似等于共振頻率與諧振頻率之比，可能較穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍。滿足3? 39。t? 23?錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，均可能造成接地故障。如果 39。t? =0 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，則暫態(tài)電容電流值近似為零。因此，暫態(tài)過(guò)程中，電容電流的最大值是和發(fā)生接地瞬間故障相電壓的瞬時(shí)值有關(guān)的。 綜合以上分析暫態(tài)電容電流的特點(diǎn)以及過(guò)渡過(guò)程，我們得到小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)具有以下特征 [8]： （ 1）暫態(tài)分量的頻率和衰減速度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，變壓器線圈參數(shù)，過(guò)渡電阻等因素有關(guān)，但與中性點(diǎn)是否經(jīng)消弧線圈接地?zé)o關(guān)。電網(wǎng)三相對(duì)地電容、變壓器線圈和線路電感愈大，暫態(tài)分量頻率愈??；過(guò)渡電阻愈大，衰減速度愈快。 （ 2）暫態(tài)分量的幅值主要由單相接地發(fā)生的時(shí)刻決定 ，也與電網(wǎng)對(duì)地電容、線路電感以及故障點(diǎn)電阻有關(guān)。故障發(fā)生在相電壓最大值附近時(shí)，高頻衰減的暫態(tài)零序電流最大，發(fā)生在相電壓最大值 030? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 區(qū)間內(nèi)，暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)最小。 （ 3）非故障線路，暫態(tài)零序測(cè)量電流的大小正比于本線路對(duì)地電容，方向?yàn)槟妇€流向線路；故障線路，暫態(tài)零序電流等于所有非故障線路對(duì)地電容的充電電流之和，方向?yàn)榫€路流向母線。 暫態(tài)電感電流 [2] 根據(jù)非線性電路的基本理論，暫態(tài)過(guò)程中的鐵心磁通與 鐵心不飽和時(shí)的方程相同。依據(jù)圖 27 列出微分方程： sin ( ) LmL dU t r i N dt???? ? ? ?； () 式中， N 為消弧線圈相應(yīng)分接頭的線圈匝數(shù)； L? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為消弧線圈鐵心中的磁通。因?yàn)樘幱谶^(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，消弧線圈的磁化曲線應(yīng)保持線性關(guān)系，故錯(cuò)誤 !未找到引用源。 LLNi L??錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。因前面假定三相對(duì)地電容對(duì)稱，故故障發(fā)生前，消弧線圈電流 Li 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為零，磁通 L? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為零。由此得出 39。39。 [ c o s ( ) c o s ( ) ]tLL L etZ ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?； () 式中， 39。39。 mL UN? ??為穩(wěn)態(tài)時(shí)磁通， arctan( )rL? ?? 為補(bǔ)償電流的相角；為消弧線圈中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 22()Z r L??? 阻抗； ? 為電感回路時(shí)間常數(shù)。 考慮 r? L,故 Z? ? L, ? ? 0； 39。39。 [ c o s c o s ( ) ]tLL et?? ? ? ? ??? ? ?； () [ c os c os( ) ]tmL Ui e tL ?? ? ?? ?? ? ?； () 暫態(tài)電感電流振蕩角頻率與電源的角頻率相等，其幅值與接地瞬間電源電壓的相角 ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 有關(guān)。當(dāng) ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 為零時(shí)，其值最大；當(dāng) ? 為 2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)，其值最小。 暫態(tài)接地電流 [2,4,7] 暫態(tài)接地電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流疊加而成，其特性隨兩者的具體情況而定。由式 211和 216 可以推算出暫態(tài)接地電流： 39。39。( ) c os( ) si n si n c os ttmmd c L m mUUi i i U C t U C e t eLL ? ?? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ?；() 式中，第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，等于穩(wěn)態(tài)電容電流與穩(wěn)態(tài)電感電流的幅值之差；其余為接地電流的暫態(tài)分量，其 值等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感的自由振蕩分量之和，兩者的幅值不僅不會(huì)相互抵消，還可能相互疊加，使得暫態(tài)接地電流幅值更大。 綜合以上，暫態(tài)接地電流的幅值和頻率主要由暫態(tài)電容電流的特性所決定，其幅值和故障發(fā)生時(shí)相電壓初相角相關(guān)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 3 小電流接地電網(wǎng)電弧接地故障模擬實(shí)驗(yàn) 小電流接地模擬電網(wǎng)如下圖所示 , 1C , 2C 為非故障饋線對(duì)地電容： 3C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為故障饋線對(duì)地電容； 1TA 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ～ 3TA 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為零序電流互感器； B 為經(jīng)消弧線圈接地變壓器； NL 為消弧線圈電感； nR 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為中性點(diǎn)接地電阻； jdR 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為接地故障電阻，短 接時(shí) jdR 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =0。 錄波儀來(lái) 自 T V 的 零 序 電 壓1C2C3CjdRNRTA 1T A 2T A 3T A 4kB3 8 0 V6 k V 圖 31 小電流接地模擬電網(wǎng)電路 為分析小電流接地電網(wǎng)故障電流的暫態(tài)特征，在以上模擬電網(wǎng)上，在不同的電網(wǎng)對(duì)地電容值、不同的接地故障電阻條件下，得到實(shí)驗(yàn)實(shí)錄典型波形如下圖示。圖中采樣頻率為 12kHz，故障線路對(duì)地電容 3C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 !未找到引用源。 F，非故障線路對(duì)地電容 1C 、 2C 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 均為 !未找到引用源。 F，模擬實(shí)驗(yàn) jdR 為 0。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第