小电流接地系统单相接地故障选线装置的设计_毕业设计(编辑修改稿)

小电流接地系统单相接地故障选线装置的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

(3) 限制通信干扰。 此种接地方式的优缺点是： 1) 可以降低单相接地时 非故障相的过电压以及抑制弧光接地过电压，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择； 2) 接地时，由于流过故障线路的电流较大，可以比较容易地检出故障线路； 3) 有利于消除谐振过电压和断线过电压，避免使单相接地发展为相间故障； 4) 当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用于跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，降低了供电可靠性。 小电流接地系统不同接地方式的故障分析 中性点不接地方式的故障分析 中性点不接地 (绝缘 )是指中性点没 有人为与大地连接。 经电位指示装置或测量装置或其它高阻抗接地除外。 事实上，这样的电网是通过电网对地电容接地。 中性点不接地系统发生单相接地故障分析： 电力系统中性点对地绝缘，即为典型的不接地系统 ,如果发生单相接地，若不记元件对 9 地的电容，那么接地电流为零，不影响对用户供电。 实际上各元件对地都存在电容，特别各相导体之间及相对地之间都存在沿全线路均匀分布的电容。 为了讨论方便，认为三相是对称的，并用集中电容代替分布电容，各相之间的电容对我们讨论的问题没有影响，可以作为三相对称的电容负载处理，这样就可把三相中性点不接 地系统单相故障等值简化成图。 图 中性点不接地系统单相接地图 Fig SinglePhase Permanent earthing in isolated neutial system 正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压。 由于各相对地电容相同 ,在相电压的作用下，各相电容电流相等并超前于相电压 90。 这时，无论采用三角形接法或星形接法 ,线电流中不存在零序 分量，相电压和零序电流的向量图，如图 所示。 当发生单相接地故障后，三相电路的对称性受到破坏 ,故障点就出现明显的不对称，当A 相发生单相接地故障后， A 相对地电压变为零，其对地电容被短接，而 B 相和 C 相对地电压升高 ,对地电容电流相应增大。 过渡接地点 f 的电流为所有线路电容电流的总和，系统电容电流的分布和向量图，如图 所示。 10 图 相电压和零序电流的向量图 Fig Vector diagram of Phase voltage and zerosequence current 图 系统电容电流的分布向量图 Fig Vector diagram of capacitance current of system 当发生金属性接地 (即 0f R )故障时，为了便于分析，下面仅考虑故障线路。 显然从图 中可以看出： 11 A 相 电压： f 0AU  （ 21） B相电压： 150f 3 jAABB eEEEU   （ 22） C 相电压： 150jcf e3 AAC EEEU   （ 23） 零序电压： f f f1 ( ) E3 AO A B CU U U U        （ 24） 各相电容电流和本线路流过接地点的电流为： 6022f2 3 jABB eCECjUI    （ 25） 12022f2 e3 jACC CECjUI    （ 26） 9026021202222f33e3jAjAjACBAeCEeCECEIIII （ 27） 当系统有多条出线时，流过故障点的电流 fI 为： ）（ NjNjACCCeUCCCeEI219002190f3)(3 （ 8） 其中 jC ， j=1,2,3...N 为线路对地电容， N 为出线的条数。 由此可见，接地电流 fI 超前零序电压 900U ，并由线路流向母线。 故障电流 fI 为正常电容电流的 3 倍，相电压升高到原来的 3 倍，零序电压由零上升为正常时的相电压，可用此特征来选择接地相。 正常线路 1 的零序电流： 90101101 e31 jCB CUIII   ）（ （ 29） 在不考虑线路电阻及接地电阻的情况下 ,3 0I 超前 900U。 故障线路 2 的零序电流： )()()(310030131900212900f2202NNjNjCBIIICCCeUCCCCeUIIII）（ （ 210） 由此可见，故障线路的零序电流除了 B、 C 相分布电容电流，还多了一项从故障点流向母线的故障电流 fI ，使得故障 线路零序电流在相位上比零序电压滞后 90 ，幅值比正常 12 线路大。 我们可以利用这一点来确定故障线路。 然而在实际小电流接地故障中，大部分接地故障都是经过渡电阻接地，假设接地电阻为 fR ，根据等效发电机原理 (赫尔姆霍斯 戴维南定理 )，可将其进行等效，等效过程如图。 图 中性点不接地系统故障后等效过程示意图 Fig Equivalent fault diagram of isolated neutral system 其中： CCCCA  21 (211) CCCCB  21 (212) CCCCC  21 (213) 从 fR 两端看进去，等效电容为 3C。 所以电网零序电压为： fAf CRjECRjCjREU313131f0   （ 214） 故障电流为： )(331)(321210fNfANCCCjCRj ECCCUjI  （ 215） 13 当 0f R 时为金属相接地，即金属性接地。 随着 fR 的增加 ,零序电压随着减小，给选线带来困难，但是零 序电流与零序电压之间的相位关系没有变化。 通过以上的分析中性点不接地系统具有两个主要优点： l) 运行方面：电网发生单相接地故障时稳态工频电流小。 2) 如雷击绝缘闪络瞬时故障可自动消除，无需跳闸。 3) 如金属性接地故障，可单相接地运行，电网可以不间断供电，提高了供电可靠性。 4) 接地电流小，降低了地电位升高；减少了跨步电压和接触电压；减小了对信息系统的干扰；减小了对地压网的反击。 5) 经济方面：节约了接地设备或接地系统导体的开支。 6) 另外，中性点不接地系统具有四个主要缺点： l) 弧光过电压的危害：中性 点不接地系统发生单相接地时，流过接地点的接地电流是系统总的电容电流，即正常每相电容电流的三倍，这一电流随着电网线路的增加，电网的扩大而不断增大。 另一方面，接地点的电弧也较难熄灭，如果出现稳定电弧，有可能烧坏设备，甚至引起三相短路而扩大事故；在一定条件下，接地点还可能出现间歇电弧（周期性熄灭和重燃的电弧），因为电网总是具有电容和电感，可能形成振荡回路而产生谐振过电压，这种由间歇电弧产生的过电压，称为弧光过电压，其值可达 ~3 倍相电压，对绝缘有非常大的威胁，对弱绝缘击穿概率大。 2) 当经过大过渡电阻接地时 ，零序电流很小，所以故障定位难，不能够正确迅速切除接地故障线路。 3) 绝缘水平要求高。 单相接地后，健全相对地电压升高 3 倍，所以系统的绝缘要按线电压考虑，在绝缘上投资相应要增加。 4) 单相接地不能长期运行，虽然绝缘是按线电压设计的，单相接地后，设备绝缘并不危险，可是当单相接地后，长期运行可能引起正常相的绝缘薄弱点击穿而接地，这就造成了两相异地接地短路，出现很大的短路电流，可能造成设备损坏，扩大事故范围。 中性点 经消弧线圈接地系统单相接地故障分析 中性点不接地系统发生单相接地 ,流过接地点的接地电流是电容电流，属小电流接地系统，可是随着系统增大，线路的电容电流增大，使越来越多的瞬时接地故障不能自动消除，而间歇电弧接地引起的弧光过电压使得绝缘受到严重的威胁。 当电容电流超过规定值((3~10kV)电网为 30A； 20kV 及以上电网为 10A)，为了防止间歇电弧，可采用中性点经消 14 弧线圈接地的运行方式。 我国部分地区，由于近几年城市建设步伐加快，架空线路不断下地，电缆路的比重逐年上升。 但随着电缆线路的增多，电容电流不断增 大，而我国大多数中压电网采用的是经消弧线圈接地方式。 图如图。 图 中性点经消弧线圈接地系统 Fig Singlephase permanent earthing in ptersoncoil system 正常运行时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电网中无零序电压，消弧线圈中没有电流流过。 各电量特征与中性点不接地一样。 发生单相接地故障时，三相电路的对称性受到破坏，故障点就出现明显的不对称，如当 A 相发生单相接地故障时， A 相 对地电压变为零，而 B 相和 C 相对地电压升高，对地电容电流相应增大。 同时，故障线路中将有电流流过，接地点 f 的电流 fI 为所有线路电容电流 CB II   和电感电流 LI 的总和。 为了更加清晰地分析电容电流和电感电流的分布特点，可作出如图 所示的零序等效网络图。 15 图 等效零序网络图 Fig Equivalent zero sequence work diagram 中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地故障后，其零序电压及非故障线路接地电容电流的特点与中性点不接地电流完全一样。 不同之处在于通过故障线路中的电流包含经消弧线圈接地而产生的电感电流。 在有多条线路情况下，当发生金属性接地时，流过消弧线圈的电流为： f 12123 j ( )1[ 3 j ( ) ]jALNA NI E C C C IECCC L             （ 216） 当经过渡电阻接地时，同理，故障点的总电流可根据等效发电机原 理来确定，等效过程示意图如图 所示。 从 fR 两端看进去 ,等效阻抗为： 11 j3j CL   电网的零序电压为： )13(111*3j10LCjRECjLjRCLjEUfAfA   (217) 当 fR 从 0 ， 0U 从 0AE  ，可利用此特点进行确定故障相。 流过故障点的电流为： 16 ]1)(3[)(3210210LjCCCjUICCCjUINLNf。