中压电网中性点运行方式设计与仿真.pdf

"中压电网中性点运行方式设计与仿真" 电力系统是由发电、变电、输电、配电、供电、用电等环节组成的电能的生传分配和消费的系统。配电网是电力系统的重要组成部分，在电力系统的各个环节中作为末端直接与用户相联系。电力系统中性点是不是要接地，以何种形式接地？这是涉及技术、经济、安全等多个方面的综合问题。 电力系统中性点的接地方式主要有三种：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地（又称作谐振接地）和中性点不接地。我国的6~35kV配电网电力系统大多属于小电流接地系统，而这种接地系统的中性点接地方式就有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地等。 中性点不接地配电网中，如果三相电压是对称的，则电源中性点的电位为零，但是由于架空线路排列不对称而换位又不完全等原因，造成各相导纳并不相等，中性点产生位移电压，但由于数值较小，并不影响正常运行。在发生单相接地故障时，中性点处电位升高为相电压，非接地相相对地电压升高为线电压，即1.73倍相电压，但线电压仍保持不变。可以正常运行一段时间，但是不能长时间运行，长时间运行的情况是会破坏系统的绝缘的，对接入系统中的配电、线路和变电设备等造成损害。 为了防止另外一相再接地导致两相短路，甚至是三相短路，出现故障不能长时间工作，必须限制一定的时间，在这时间里排除单相故障。目前，对小电流接地系统的仿真研究，主要集中在对各种具体选线方法的验证上，即采用计算机仿真程序建立数学模型、设置仿真参数进行仿真。利用Matlab程序作为仿真的统一平台，对小电流接地系统单相故障的各种选线方法进行仿真，就有一定的现实意义。 电力系统发展初期，容量较小，人们认为工频电压升高是绝缘故障的主要原因，同时，对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高，所以，最初电力设备的中性点都采用直接接地方式运行。随着电力系统的发展与扩大，单相接地故障增多，线路断路器经常跳闸，造成频繁的停电事故，遂将直接接地方式改为不接地方式运行。尔后，由于工业发展较快，使电力传输容量增大、距离延长，电压等级升高，电力系统的延伸围进一步扩大。在这种情况下发生单相接地故障时，故障点的接地电弧不能自行熄灭，而且，因间歇电弧接地产生的过电压往往又使事故扩大，显著降低了电力系统的运行可靠性。 为了解决电力系统中出现的这些问题，德国的彼得生（W. Petersen）教授在研究电弧接地过电压的基础上，于1916年和1917年先后提出了2种解决办法，即中性点经消弧线圈和经电阻接地，并且分别为世界上2个工业比较发达的国家所采用。德国为了避免对通信线路的干扰和保障铁路信号的正确动作，采用了中性点经消弧线圈的接地方式，自动消除瞬间的单相接地故障；美用了中性点直接接地、经低电阻或低电抗接地方式，并配合快速继电保护和开关装置，瞬间跳开故障线路。这2种具有代表性的解决方法，对世界各国中压电网中性点接地方式的发展，产生了很大的影响。 后来，在中压电网的发展过程中，逐渐形成了两类中性点接地方式，即小电流接地方式和大电流接地方式。前者包括中性点不接地、经消弧线圈或经高电阻接地；后者包括中性点直接接地、经低（中）电阻和低（中）电抗接地等。而单相接地电弧能否瞬间自行熄灭，是区分大、小电流接地方式的必要和充分条件。在这两类6种接地方式中，前者以中性点经消弧线圈（谐振）接地为代表，后者以低电阻接地为代表。长期以来，两者互有优缺点，因此在不同的国家和地区均有了相当的发展。 利用当代的微机、微电子先进技术，伴随着自动消弧线圈和微机接地保护（或自动选线装置）的推广应用，谐振接地方式在保持原来优点的条件下，克服了缺点，实现了优化，运行特性得到了显著的提升，可以适应当代负荷特性变化的需要。而低电阻接地方式，虽然用不锈钢电阻器取代了原来的铸铁材料、物理模拟的零序过电流保护也换成了微机接地保护，但在技术涵方面，多少年来没有实质性的进步；而且在快速清除接地故障问题上，还遇到了新的挑战，运行特性进一步下降，对人身和设备安全等的威胁较前增大。这样，两者之间的性能投资比差距也就越来越大了。 世界各国城市配电网中性点接地方式，各个国家和一个国家中的不同城市都不尽相同，主要是根据自己的运行经验和传统来确定的。原联规定在下列情况下采用中性点不接地方式：6kV电网单相接地电流小于30A；10kV电网单相接地电流小于20A；15～20kV电网单相接地电流小于15A；35kV电网单相接地电流小于10A等。