（电力系统及其自动化专业论文）南京禄口机场10kv电网采用谐振接地的研究.pdf

东南大学一硕士一学位论一文 a b s t r a c t i o n t h ea r t i c l e g i v e ab r i e fd e s c r i p t i o no ft h es t a n d a r dt oc l a s s i f y v a r i o u sn e u t r a l g r o u n d i n gm e t h o d ，t o g e t h e r w i t ht h e i r h i s t o r y o f d e v e l o p m e n t a n d p r e s e n ts t a t u s ，a n da r g u e s t h a tr e s o n a n c eg r o u n d i n g h a si t so w n a d v a n t a g e s t h ea r t i c l ee x p o u n d e dt h em e c h a n i s mo f r e s o n a n c eg r o u n d i n g ，w h i c h c a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ef a u l tc u r r e n ti ns i n g l e - p h a s eg r o u n d i n ga n d a v o i da r er e t u r n i n g i nt h i s a r t i c l e ，c o m p a r i s o n h a sb e e nm a d eo nt h ea d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so f d i f f e r e n tn e u t r a lg r o u n d i n gm e t h o d si nt e r m so fs u p p l y r e l i a b i l i t y , e l e c t r i c a le q u i p m e n t ，i n s u l a t i o n l e v e l ，c o m m u n i c a t i o n i n t e r f e r e n c e ，r e l a yp r o t e c t i o n ，p e r s o n a ls a f e t ya n dc a b l en e t w o r k ，a n do n t h i sb a s i s ，t h ef e a s i b i l i t yo fa p p l y i n gr e s o n a n c eg r o u n d i n gf o rt h e 10 k v p o w e rs u p p l yn e t w o r k i nl u k o ui n t e r n a t i o n a la i r p o r th a sb e e nm a d eo n r e s o n a n c eg r o u n d i n gm e t h o d w i t ht h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no ft h ec a p a c i t a n c e c u r r e n to ft h eio k v p o w e rs u p p l y n e t w o r ki nl u k o ui n t e r n a t i o n a la i r p o r t ，t h e a r t i c l eh a s p r o p o s e das a f e a n ds i m p l em e t h o dt om e a s u r et h ec a p a c i t a n c ec u r r e n t ， a n dc o m p a r i s o nh a sb e e nm a d e t h et e c h n i c a lp a r a m e t e r sf o r t h ea r c q u e n c h i n gw i n d i n ga n da s s o c i a t e de q u i p m e n t w i t hr e s o n a n c eg r o u n d i n g m e t h o dw e r ec a l c u l a t e d f r o mt h e e n g i n e e r i n gp o i n t o fv i e w , a n d r e a s o n a b l es e l e c t i o nh a sb e e nm a d et of i n a l l yr e a l i z ea u t o m a t i cf o l l o w u p a n d c o m p e n s a t i o n f o rr e s o n a n c eg r o u n d i n g k e y w o r d s ：n e u t r a l ，a r cq u e n c h i n gw i n d i n g ，r e s o n a n c eg r o u n d i n g ，c a p a c i t a n c ec u r r e n t 东南夫学硕士学一位论文 第一章1 0 k v 配电网络中性点接地方式总述 一、中性点接地方式概述 电力系统的中性点接地方式是一个综合性技术问题，它与供电的 可靠性，人身与设备的安全性，继电保护的准确性与灵敏性，电磁环 境净化和接地装置配置等有着密切的关系，是人们防止系统事故的一 项重要应用技术，是实现安全与经济运行的重要技术基础。 1 、中性点接地方式分类 各种接地方式尽管表现方式不同，但实质上均可概括为中性点经 定数值的零序阻抗接地。 不同中性点接地方式只不过是零序阻抗，或者是零序阻抗与系统 正序阻抗的比值的大小不同而已【1 】【2 1 。因此，中性点不接地方式指的 是经过集中于电力变压器中性点的等值电容( 绝缘欠佳时还有泄漏电 阻) 接地，中性点有效接地方式指的是当电力系统发生单相接地故障 时，不论变压器中性点是直接接地，还是经低阻或低抗接地，只要在 指定部分的各点满足零序电抗与正序电抗之比小于或等于3 ( x o x l o 时，l l ，为欠补偿状态，厶既有有功分量，也有容性无 功分量。 当厶，。时，厶为容性电流，领先于u o 一定相位。 当v o 时，l h 为过补偿状态，厶既有有功分量，也有感性无功 分量，当厶，。时，厶为感性电流，其相位落后于u o 。 2 、合谐度 合谐度k = i v = 1 ( l h ) l = i d l ( 2 4 ) u 表示离开谐振点的程度，k 表示接近谐振点的程度，为同一事 物现象的两种表述。若消弧线圈偏离谐振点运行，失谐度u 距o 点( 相 当于全补偿) 越远，合谐度k 偏离l ( 相当于全补偿) 越大，则残流 厶随之显著增大，熄弧愈加困难；反之，若消弧线圈越趋近谐振点运 行，失谐度u “o ，合谐度k “1 ，则残流厶越小，熄弧愈加容易。 3 、阻尼率 根据前述可知，阻尼率d = ，一i l ，即残流厶中的有功分量与容性 东南大学硕士学位论文 分量之比，丽j 。= f r + i r l ，i r 为三褶对地泄漏电流( 有功电流) ，i r l 为补偿电流全值的有功分量，则 d = i r t l = ( i r + i r l ) 幻产h “一n 引k 。志七二：0 2 l c p 划n 癜 1 ( 2 5 ) d 。为中性点不接地电网的阻尼率，其值为该电网的对地泄漏电 流，与电容电流五之比，也即为对地泄漏电导三与电容电纳娌) c 之比。 蕊楚因消弧线圈裔功损耗而增加的阻尼率，其蘧为 砒：墨堡：即。j l i ch 0 9 1 l c 黢瀵弧线露麓毒 矮容量势q l = l 蕊 则p ( ) _ 尝1 0 0 。, 4 一川五l o o 一等1 0 0 ( 2 6 ) p 为消弧线圈感抗与其损耗电阻之比，般情况下消弧线圈的 p = 1 5 2 。 与中性点不接地系统相比，谐振接地系统的阻尼率阏消弧线圈的 有功损耗而增大，但般因k 1 ，则施p ，其值不大，而d 也不 超过5 ，薮一般不会对孙偿电网接地逝弧的熄灭产生影响，主要是 残流中的无功分量需瑟注意与控箭。 五、降低故障相恢复电压初速度的分析 l 、当发生单相接地战障时，中性点位移至相电压，故障相电压 下降为零，菲故障翱舞篱至线电蘧，三襁魄压的滚复过稳与零序蜜路 各元器件储存的能量转换息息相关。 1 5 东南大学硕士学位论文 在故障点接地电弧熄灭的瞬间，系统= - - 孝h 对地电容上储存的电场 能为： w c _ ! c 。i 。耐) 2 ；此时消弧线圈中的磁场能为： 2 w 。2 三芥= 三( 篆c 。s 耐) 2 = 1 2 l l ：_ ( u 。c 。s 刎) 2 ，其中矾为中性点 对地电压。 所以该零序回路中储存的总能量为： w ：、c + w l ：三c ( u 。s i n 吐 ) 2 + ! ( 【，。c 。s n v ) 2 22 缈l ：1 c ( s i n zc o t + _ = l c o s 2 甜) 叭： ：1 c ( 1 - - u c o s 20 ) t ) 2 u 。2 ( 2 7 ) 2 可见总能量w 与失谐度u 有关，同时在过补偿与欠补偿状态下 也不相同，自由振荡电压i i o 的角频率0 ) o 也与u 有关，可知 幼= 击c 列瓜钏而删( 1 _ 旦2 ) 、 。 根据电工原理，由上述零序回路中参数确定的阻尼系数 万= g 6 c = j 1 删。可见阻尼系数与补偿电网的阻尼率成正比，而中性 点的自由振荡电压u 。边旋转边以阻尼系数j 的指数函数衰减。 2 、故障相的恢复电压“，是电源相电压u a 与自由振荡电压“o 的电 位差。 则撕：砒一u 。( 因初始时如与d o 方向相反) ，由于电源的强制电压 讹：砜。e j 一引，自由振荡电压“0 = 矾。e a e i ( ，c o t ，所以故障相的电压撕 1 6 东南大学硕士学位论文 可写为： 撕= 己p + 卅 1 一p 一8 p ，。一。) f d + j r ) ：执。e 似+ 刚 1 一p 一下“ ( 2 8 ) 队。为相电压的幅值，r p 为电弧熄灭瞬间电压与电流的初始相角， 明显地，d 与u 同时影响着故障相恢复低压的特性，而u 是主要的， 一般情况下，当消弧线圈在谐振点即v - - 0 ，k - - - 1 运行时，因国o = 国， 这恢复过程不仅时间较长，且恢复电压的最大值不超过相电压的幅 值，故该状态下的接地电弧较难发生重燃。而当d 值增大时，会增快 恢复电压的初速度，对接地电弧的熄灭不利。 当消弧线圈偏离谐振点运行时，会出现拍频现象，此时恢复电压 最大值不仅可能超过相电压的幅值，而且达到最大值的时间也明显缩 短，这样接地电弧的重燃机会增大。在欠补偿与过补偿状态，即使厶 或u 绝对值相等，两者恢复电压特性也不相同，一般欠补偿比过补偿 状态下故障相恢复电压的初速度为小，而且距离谐振点越远，两者之 间的差别越明显。 3 、u r 的初速度 恢复电压的初速度v o 很大程度上制约着接地电弧是否重燃，故 障相恢复电压的初速度为恢复电压包络线起点处切线的斜率。 根据一系列运算化简，恢复电压m 的包络线近似表达式为： “。：u o ，垦! d ：+ u z 2 对“。一次求导，并将t - - - - - 0 代入，便可得到“，的初速度，其值为： 1 7 东南大学硕士学位论文 y 。a o 如：曼z f i ：竺量 d t22j c 当补偿电网的运行方式确定后，电容电流尼和阻尼率d 是常数， 只要减少p 鞫比遣譬均可躐夺残流和降低恢复电医初速度。 i c 4 、撕的恢复时间 恢复时间r 为u r 以v 。达到峰值的时问，其值为： f 。三。!；o 舶6 4 丝( s ) ( 2 - - 9 ) 毫矛分 l u 趋近于零，若u o ，则厶= d i c ，通常敬d = 5 ，故f = o 1 2 8 s ， 相当子6 4 个工频周期，显然r 越长，则接地电弧越难璧燃，r 与残 漉大小袋笈瑟。 如巢电网中性点不接地运行，则d l ，i c 矗，则r m 0 0 0 6 4 s ， 仅相当于o 3 2 个工频周期，f 要短得多，很容易使电弧重燃。通过分 孝厅可嬲，由于消弧线圈的作用，降低了恢复电莲的初速度，延长了故 障摇嗽疆恢复时闯，并琵制了恢复电压的激大值，达到了熄弧的誉的。 六、电压谐振原理分析 对予在运行中的中腿电网，由于电网的三相对地电容不可能绝对 褪等，中往点必然存在赣一定数僮豹残余邀莲，当消弧线圈投入运行 后，电网中的三相对地电容与消弧线圈的电感便会构成串联谐振回 路，如果消弧线圈刚好在谐振点运行，便会出现电压谐振现象，使系 统豹中瞧患发生曼著赡攮移，带来不利影响。毽茂，一般溺弧线圈运 行时，成该适当偏离谐振点运行并采取邋补偿方式。 中性点的对地电位涟，因各种原因引起，不对称电压烧其中普通 东南大学硕士学位论文 的一种，有必要分析讨论。 1 、不对称电压的概念： 在消弧线圈投入前和退出后，电网中性点处于不接地状态，三相 对地电容电流只能以大地为通路，根据基尔霍夫定律： d 。k + d 。+ u 。：0 ( 2 - - 1 0 ) b 、k 、托为三相对地导纳，d 。、d a 、dc 为三相对地电压，即 为三相对中性点电压加上中性点对地电压c ，o o 的向量和， d 。：厂。+ d 。 d 。：d 。+ d 。 d，d。0+0。(2-11) 假设，三相电压对称 则d 。+ d 。+ d ，一0 ( 2 - - 1 2 ) 将式( 2 1 2 ) 、式( 2 1 1 ) 代入式( 2 - - l o ) ，经整理得中性点 对地不对称电压d 。为： e u ，k 讥。一一案一一6,(g,+jooc,)+db(gb+jooco+c(gc+jcocc) 毋、g b 、g c 为三相对地电导 假设三相对地电导相等毋= g s = g c = 舯，但一般三相对地电容不 相等：已凸c c ，这样上式经简化可得： 讥=一等i互1c c c 】 c _ + 8 + 1：j g o 。 。c o ( c + c b + c c 、 东南大学硕士学位。论文 ：一玉。u 上一 ( 2 1 3 ) 1 j a o 式中a 为单位向量，l l o o = 璺篆军篆若笋为电网的不对称度，用 不对称电压u o o 与额定相电压的百分比表示。 不对称度也是不对称电流j o o 与电网电容电流厶的比值百分比，是 一个相量，它可以决定不对称电压在线电压三角形中具体位置和大 小，实例证明纯电缆网络的不对称度数值很小，架空线路电网通常为 o 5 一1 5 ( 较小的数值对应于电缆居多的混合电网) 。 2 、电压谐振等值电路 当消弧线圈投入运用后，补偿电网在正常运行情况下，消弧线圈 与电网的三相对地电容构成电压谐振回路，如图2 - - 5 图2 5 儿为线圈等值电阻 c u 。为中性点位移电压，是由于不对称电压u * 的作用下，回路中 有零序电流j o 通过，在消弧线圈上产生电位差【，o ，由于消弧线圈在 谐振点附近工作，会产生谐振，因而【，o 远大于l ，o o ，对uo 应适当予 以控制。 2 0 矾 l 东南大学硕士学位论文 中性点位移电压的大小和方向，即根据图2 5 d 。_ 兰l 衫。：一竺( 鱼堡：鱼堕! - ：觇 y c + i l ：1 + j 彩( c _ + c 。+ c ) 一，了 r 。、。d d 。d 。 2 - l 三- - i 【l 趸i 一2 巧i t 一，i 。r 如果用有效值表示： u o ：些一 u 2 + d 2 ( 2 一1 4 ) ( 2 一1 5 ) 位移度蕊为中性点位移电压与相电压的比值，可写成： “0 0 “0 = 1 = = = = = 一 u 2 + d 2 ( 2 1 6 ) 表明它与不对称度、补偿电网阻尼率d 和消弧线圈失谐度u 有关， 当补偿电网运行方式确定后，主要随消弧线圈的失谐度变更而变化。 如果将失谐度的表达式加以变化 u ：1 k ：1 一彗：1 生一( 2 - - 1 7 ) i c 珊2 三( 巴+ o + ) 当电网电容电纳一定时，即c o c 一定时、占的改变可使补偿电 c o l 网显现三种状态。 1 、当七 o ，k 葩时，u i ，过补偿运行，极限为u 接近于一o o ， c o l k 接近于+ ，相当于中性点直接接地。 事物的另一方面，当消弧线圈的电感电纳即七一定时，电网电 c o l 容电纳的改变，即o x 7 的改变，同样使补偿电网显现三种状态。 1 、当c o c 士时，v 0 ，k l ，失谐 度控制在1 0 以内，5 以内最好。 2 3 东南大学硕士学位论文 第三章谐振接方式优越性论证 电力系统的中性点接地系统问题，是一个系统工程，需仔细、全 面考虑问题n 1 ，并结合禄口机场供电系统的特殊情况和运行7 年来的 实际问题，理论联系实际进行综合分析论证判断机场1 0 k v 供电系统 中性点谐振接地方式在可靠性、设备及人身安全、继电保护选择性、 通信干扰与电磁兼容、绝缘水平、运行特征、电缆网络等论证其优越 性。 一、提高供电可靠性 判断可靠性的首要问题是供电连续性，虽然随着电网的改造，我 国的供电可靠性有了很大的提高。 供电可靠性是对电力系统的首要要求，根据对供电可靠性的要 求，将负荷等级分为三级。 第一级负荷：对这一级负荷中断供电将造成人身事故、设备损坏、 产生废品、生产程序长期不能恢复、人民生活发生混乱。 第二级负荷：对这一级负荷中断供电将造成大量减产，人民生活 受到严重影响。 第三级负荷：所有不属于第一、第二级的负荷。 此外，极少数特别主要负荷要求绝对可靠地不间断供电，主要指 中断供电将产生重要政治、经济影响或造成巨大的损失。 随着国民经济的发展，要求电力供应的可靠性也不断上升，有些 国家提出供电可靠性指标要达到9 9 9 8 ，这个指标要求每年每个用 户平均停电h , 3 f 司不超过1 0 5 m i n ，电压波动范围不超过标准的5 ， 2 4 东南大学硕士学位论文 频率波动不超过0 0 1 h z l l 4 】。 但由于我国中压电网的普遍情况是：装备水平不高，系统备用容 量不足，组织与管理水平有限。因此，采用合适的技术措施可以提高 供电的可靠性。中性点接地方式的选择问题就是一种适当的技术措 施，小电流接地方式可使接地电弧瞬间熄灭，能把供电连续性提高的 一个相当高的水平。虽然中性点不接地系统也是小电流接地方式，并 能维持单相接地故障运行o 5 h 2 h ，但对设备绝缘冲击较大，不利于 长期的供电设备安全。而中性点谐振接地也是小电流接地，在由于大 气过电压、内部过电压、电气设备绝缘不良、外力破坏、运行人员误 操作等原因造成单相瞬间接地时，均无需继电保护和断路器动作，在 系统的用户几乎无感觉的情况下，消弧线圈便可使接地电弧自动熄 灭，系统可连续供电。对于永久性接地故障，消弧线圈有力地限制了 单相接地故障电流，在实现了微机选线和微机接地保护装置自动检出 故障电路，可瞬时和延时切除，进一步保证了供电连续性。而低阻接 地方式，无论单相接地故障是瞬间还是永久性的，均必须自动切除故 障线路，这样对于机场中有些单回路系统非常的不可靠，有时会造成 机场设备停下来，影响航班安全，如高速公路、排水泵站、远台、超 远台信号站等均为单回路供电。 二、设备安全 谐振接地可以有效地抑制单相接地故障电流的危害性，对电网中 的电力设备均可起到不同程度的保护作用，对减少一次设备频繁的短 路电流冲击，减少断路器和继电保护的动作次数，减轻设备维护和维 东南大学硕士学位论文 修工作量。限制单相接地故障电流，防止地电位升高有着重要十分重 要的意义，在禄口机场七年的运行实践中，数次出现由于地电位的升 高而烧毁电子设备的现象，其中离港系统就造成五次故障，只好改为 手动，严重影响了航班安全。 现代机场的负荷设备特征，已经比原来机场发生明显的变化，其 主要表现在： 1 、民航机场的信息化管理正在推广使用，大量的微机和弱电设 备得到了应用。 2 、民航机场航站楼内楼宇弱电控制，远程监视控制，安全监控 装置，信息化综合布线，指挥、广播、航显、离港系统的全国联网， 消防装置现代化等。 3 、大型通信设备、微电子设备对地电位很敏感。大型枢纽干线 机场，一般是区域空管中心，配备雷达站、高频通信站、低频通信站、 气象站等。 4 、供电组合设备大量使用。 因此保障设备安全是对民航正常运行的一个最大支持。在经低 电阻中性点接地时，为使零序能正确动作，一般要有足够大的接地故 障电流来启动，随着电缆线路的延长和电容电流的显著增大，将会产 生故障点和中性点的地电位升高，可能超过设备的绝缘水平，当中压 侧向低压侧闪络击穿时，低压中性线上有环流通过而引起过电压。同 时降压变压器的接地体与低压中性线或低压用户接地体之间的耦合， 也可在低压侧引起过电压，解决的办法就是：一是除去外加电流有功 2 6 东南大学硕士学位论文 分量；二是补偿故障点的接地电容电流这个无功分量，显然，简单有 效的方式是采用谐振接地方式来补偿。 三、人身安全 一般认为，中性点低电阻接地方式，当发生单相接地故障时，可 瞬间跳开故障线路，可减少人身触电事故，这个概念在接触电压、跨 步电压、电弧烧伤、伤亡概率及一些实例等方面来看不完全正确。 理论分析与运行经验表明，当低阻接地方式中电网发生单相接地 故障时，在断路器跳闸之前，由于接地故障电流增大，故障点和中性 点附近形成了危险的接触电压和跨步电压，即使瞬间跳开，也不能根 本解决问题，何况还会碰到高阻接地故障，则更加危险。如果为了防 止设各事故，人为地提高低压设备耐压水平，不光付出昂贵的经济代 价，对防止人身事故更是行不通。唯一办法是限制接触电压和跨步电 压。1 9 9 0 年国际供电会议在“配电系统故障管理”总结报告中指出： 地电位升高低于1 2 5 v ，则接触电压不需要校验，如不能满足，则允 许接触电压明确的检测量低于6 5 v ，对跨步电压也有相应规定：在地 电位升高和接触电压满足规定的，跨步电压没有危险。另外，大接地 电流会产生强烈的高温电弧，对人构成重大威胁，并容易引起火灾。 在机场运行至今，发生电气火灾一起，触电事故两起，虽然没有造成 重大后果，但警钟已响。 采用谐振接地后，接地故障电流降至1 0 a 以下，电弧的危害大 大地减轻了，对于瞬间单相接地故障，可以自行消除，大大减小了人 身触电的概率，而余下的单相永久性接地故障，因残流很小，接地电 2 7 东南大学硕士学位论文 压和跨步电压很低，即使短时间带故障运行，偶尔触电生命危险概率 小。 谐振接地方式对解决人们要求安全的需求，是一种重要的创造人 类安全生活与工作环境的技术手段。 四、接地继电保护的选择性 小电流接地系统继电保护的选择性问题，是一个长期存在的技术 难题，而现在这一问题得到了很好的解决。就是微机接地保护，它的 原理与过去的诸如增大接地故障电流的物理模拟方法截然不同，它建 立在运算的基础上，凡是对故障参数进行数学分析和运算的继电保护 均可实现，它放弃了传统“电流”“电压”绝对定值概念，引入相对 相位和参量比幅关系。再加上“重复判断”和“综合判断”措施，即 可作用于信号，也可动作于跳闸( 既可瞬时，也可延时自动、手动) ， 它有着灵敏度高、速度快、判断能力强、安装维护方便、可靠性高、 功能多、整定方便、标准化等优点。 禄口机场配备有南瑞集团的微机保护系统，选择使用谐振接地有 着重要的物质基础。 五、电磁兼容与通信干扰 机场中因生产需要，存在着对空监视雷达，对空高频通信，低频 通信及全向信标指示等弱电和机场管理网的信息化和弱电控制、指 挥、广播、航显消防等各予系统，形成了弱电综合布线和强电两大网 络共处一个空间的局面，应当彼此兼容、互不干扰。 电力网络在正常运行和故障运行情况下，因存在电磁耦合、静电 东南大学硕士学位论文 藕合、地中电流传导、菇频电磁辐射等稳况，霹麓对通信瞒络产生于 扰作用。前三种情况与中性点接地方式有着密切的关系。理论与实际 表明，限制单相接地故障电流是防止通信干扰的有效措施。谐振接地 电霹酶零彦毫抗接近予嚣努大，荤攘接溅魄流缀奎，电磁予撬受娶有 力的遏制。这样谐振接地方式能较好地与线路密集、覆盖瓤广的机场 通信网络兼容，同时与故障点发生的位援无关。在音频干扰方面，不 接地系统实际上是通过中性点静等缓电容接地，显然对予高频 皿= l 减小，故3 熬数倍频故障电流上升，引起对通信的干拢。而 棚c 谐振接地不能通过，基本消除对这种通信音频信号的干扰，其效果最 为骥鬣。在_ 工频子拢方嚣，垂予逛容糕合效应诋徽，佟震擞弱，不会 有什么问题。接触干扰方遂，在谐振接地方式下，即使高聪电力线与 通信线路接触使通信线路绝缘击穿，电力线与通信线之间流过的电流 很小，通信线路可以共攀谐振接地的优点。在地电位升蕊方面，由于 谱摄接遗接建故障点残滚较小，在通信设备土产生酶接触魄篷与周匿 的跨步电压均被限制刹无害的程度，凰照著地降低了纵向电势的危 害。零序电流干扰在机场电缆网络中不会产生。综上所述，谐振接地 方式在邃磁兼容方酉魄冀它中褴赢接圭| 鏊方式有羞显著麓貔越性，枫场 更加黹要这种有实效的优越性来保障通信畅通。 六、绝缘水平 挑场在建设过程中，各l o k v 变电爨袭予设诗陵不嗣，设计出不 同型号类型的供电设备，绝缘水平参莲不齐，有的绝缘水平较高，有 的刚好，有的则水平较低。在运行实践中，由于各类设备绝缘水平不 2 9 。 东南大学硕士学位论文 一，绝缘事蘸频发，如发生了多越真空戮路器真空包及避雷嚣绝缘击 穿现缘，对供电造成危害。这是因为在中性点不接地方式运行状况下， 单棚接地时非故障相对地电压升高3 倦，有的断路器的绝缘不能承 受这静鞍长时阕的毫愿升高。众藤震躲，中莲毫霹静缝缘浆合起控麓 作用的是大气过电压和避雷器保护水平，对于直接与架空线路相连的 系统，中性点直接接地方式或经小于消弧线圈阻抗的电阻接地方式， 以敖魂间隙或避雷器提供适当豹保护；中性点经消弧线潮接地，剐以 避鬣器提供适当保护。就内部过电压丽亩，绝缘强度是宽松的。僵从 运行与研究表明，降低绝缘水平的经济效益在1 1 0 k v 及以上电压等 级方较明显，相对予中臌配电网络( 绝缘事故本来就多) 则得不偿失， 可熊 凳予各种纛困荔造成绝缘击穿，攀敌损失会赁显增麴。 谐振接地方式由于能快速熄灭单相接地电弧，基本上防止了中性 点不接地方式下单相接地非故障相电腰升高扔倍的现织，有效地保 护了邀气设备麴绝缘，当然鞠怼予大曦濂接蘧系统，燃繇敏蹲摆戆线 电聪的作用时间会梢有延长，但谐振接地方式的绝缘水平完全能承 受，另外禄口机场基本是电缆供电网络，现在又大量推广了合成绝缘 子，在警理方嚣又得剿了加强，同时禄秘橇场这一地区污染少，污闲 事故缀难发生。 七、电缆网络 电缆网络在禄翻机场供电系统中占绝对地位，电容电流比较大， 一静观点是：谮振接堍方式不适合奄缆黼络，认为奄缆蹒络肇祸接蘧 故障几率小，而且照接地也是永久性故障。从理论和实践中看，这 ，3 0 东南大学硕士学位论文 种观点站不住脚。 电缆故障有某种规律性，据有关方面统计，电缆故障的6 6 是 外皮向内部发展的，而铅皮式同类设计的电力电缆，所有故障均是由 导线与大地之间的绝缘击穿引起的，因为在埋设时外皮的损伤未被发 现，后因绝缘变潮和铅皮的弹性系数较低，在短路电流的热应力和电 动力作用下，外皮膨胀后形成了不可逆的变形，待逐渐冷却恢复后， 介质与相邻的金属界面发生部分剥离，在缝隙处形成绝缘弱点，最后 导致接地故障的产生，电缆本体对地绝缘能力的丧失是一个逐渐发展 的过程。而谐振接地方式对三相对地导纳的不平衡十分敏感，一般在 电缆故障起始阶段便反映出来。如处理及时，即使谐振接地方式的残 流达到1 0 0 a 时，电缆的绝缘击穿后，发展为相问故障的时延也有几 分钟，这样，微机接地保护自动跳开故障线路早已实现，及时地避免 了事故的扩大。如果一旦击穿，油质绝缘胶介质因局部过热蒸发，除 产生压力去游离外，还会填充通道，使绝缘强度得以恢复，即使再发 生击穿，故障也是从初始状态开始发展，往往需要一定时间。国内外 经验证明：对于交联聚乙烯电缆的绝缘击穿，多为水树枝或电化树枝 故障，消弧线圈同样能限制其破坏程度，防止或减少相间短路。 禄口机场供电网络的运行实践表明：各种原因使电缆接地故障的 概率较高，而电缆本身发生故障的机会甚少，说明了电缆网络的故障 主要为接地故障，要对这种故障进行充分保护。下面是机场几种典型 的已发生的电缆故障现象，如9 7 年1 月，循环水站供电电缆因施工 挖断，单相破皮发展为三相短路。9 7 年3 月，北灯光过路电缆因路 3 1 东南大学硕士学位论文 面过超重汽车，压沉过路钢套管，使路沿边侧压破电缆外皮，引起单 相接地故障。9 7 年5 月，雷达站接地故障，经查是电缆中间头受潮 所致。9 7 年1 2 月，灯光站电缆发生单相接地故障，通过电缆故障测 试仪检查，发现是电缆埋设时没有按规程埋沙铺砖，有大块石头压在 上面，经过长期的自重沉降，竟然压坏外皮，导致单相接地故障，同 月，南广场变因一只老鼠爬上了电缆与变压器的接头处，导致单相接 地故障跳闸，9 8 年5 月航油公司变电所误操作，带接地线合闸，导 致接地故障，9 9 年2 月单身变高压瓷瓶有裂纹，大雾天气中有灰尘 的情况下，瓷瓶闪络导致单相接地故障。2 0 0 2 年9 月1 6 日，东航工 地施工把南航的供电电缆挖破皮，单相接地故障。因此，电缆的单相 接地故障接地概率还是比较大的，集中体现在电缆的薄弱环节，如地 下敷设过程，裸露的接头部位，电缆中间头，人工机械挖断等。 禄口机场的供电电缆在一定部位集中走电缆沟，防止发生事故和 防止电缆沟火灾蔓延是首要任务，有的工厂曾经因为火灾蔓延，把整 个电缆沟里的电缆烧毁，造成严重损失，因此，只要微机保护瞬间跳 开永久接地故障电路，就可以避免这种事故了，虽然电阻接地也能瞬 间跳开，但是它在7 0 以上的瞬间接地故障也必须停电，将会严重 影响机场的航班正常，因此不能在机场供电网络中考虑使用电阻接地 方式。 八、不同接地方式的运行特征 电缆网络的运行特征与中性点的接地方式关系密切，不同的中性 点接地方式的电网有着不同的运行特征。目前，中压电网的中性点接 3 2 东南大学硕士学位论文 地方式共有两大类6 种：小电流接地方式类有中性点不接地、经消弧 线圈接地和高阻接地，大电流接地方式类有中性点经低阻接地、低阻 抗接地和直接接地。非线性电阻接地或在大电流范畴运行或在小电流 范畴。界定两大类接地方式的充分必要条件是：单相接地电流的电弧 能否自动熄灭。对于1 0 k v 电缆网络来说，根据单相接地间歇性电弧 不自熄电流下限的试验研究，接地临界的接地故障电流为1 0 a 。而谐 振接地和低电阻接地方式是中压电网中具有代表性的两种方式，这都 是为了限制不接地系统中的电弧接地过电压，给出表3 1 ，作为中 性点不同接地方式运行特点的比较。 表3 1 中性点不同接地方式特点比较 啦地方式 不接地谐振接地高阻接地低阻接地直接接地 对比项分 暂态过电压 5 0 p u3 2 p u2 5 p u2 5 p u2 5 p u 单相接地 故障定位 可可可可可 第一次 跳闸跳闸不跳闸跳闸跳闸 故障跳闸 人身安全好最好尚好差最差 很少很少 多点故障很少很少很少 相同故障多相同故障多 故障损失小小小大大 继电保护好好最好好好 连续供电最好最好好一般一般 从表3 1 可见，谐振接地方式的补偿电网具有优良的运行特性。 中性点不接地系统的内部过电压： 1 、电弧接地过电压：分为瞬间、间歇与稳定三种。稳定电弧接 3 3 东南大学硕士学位论文 地过电压作用时间长，可达数十分钟，是接地电弧在短间隙中稳定燃 烧引起的，最大值为3 5 p u 。 2 、配电变压器高压绕组谐振过电压：当高压绕组因匝间短路引 起接地时，不论高压熔断器是否熔断，均可产生谐振过电压，最高 4 0 6p u 。 3 、电压互感器铁芯饱和谐振过电压：产生的原因在于高次谐波， 工频和低分次谐波三种原因，一般不会超过3 0p u ，作用时间可达 数分或十几分钟。 4 、电压互感器谐振过电压：是电压互感器的电感与电网的三相 对地电容发生电压谐振引起的，稳态幅值可达5 0p u 。 5 、单相接地切空载线路过电压：当电网发生单相接地故障，若 切断空载线路可产生5 0p u 的过电压，要避免这种操作方式。 中性点谐振接地系统的内部过电压： 1 、稳定电弧接地过电压不会产生，可限制瞬间与问歇电弧接地 过电压最高可限制在2 8p u 以下。 2 、配电变压器高压绕组接地谐振电压，只要消弧线圈过补偿运 行可抑制。 3 、铁芯饱和谐振过电压，只要电网中性点经消弧线圈接地运行， 便可得到根除。 4 、定相引起谐振过电压，只要消弧线圈过补偿运行可避免。 5 、断线谐振过电压，过补偿运行可限制到对绝缘无害的程度， 串联限压电阻，也能有效限制此种过电压。 3 4 东南大学硕士学位论文 低电阻接地方式与谐振接地方式比较，过去是互有优缺点，谐振 接地供电可靠性高，人身安全与设备安全好，通信干扰小等，但保护 选择性差，人工调谐困难，但随着微机选线技术的提高和自动调谐线 圈的成熟，谐振接地方式优越性越来越明显并受到重视和发展，因此 中压电网推广和优化谐振接地方式的方向是正确的。结合禄口机场， 电缆供电系统如要改造，则应选用中性点经消弧线圈接地方式。 东南大学硕士学位论文 第四章禄口机场1 0 k v 配电网改用谐振接地方式的实施 采用谐振接地方式的实施，主要是消弧线圈容量，台数型号的选 定及选好适合安装消弧线圈的变压器和变电所，校验安装后的运行特 性，而消弧线圈选择的主要依据是配电网的电容电流，因此，下面将 从几个方面进行分析计算并实施和论证校验。 一、配电饲电容电流的确定 1 、电容电流计算 可根据配电网的电力电缆型号，电压等级，按经验公式计算出线 路的电容电流，并适当考虑变电所配电装置的影响，即可得出配电网 的电容电流。 架空线路中有精确计算，图表估算和经验公式三类。工程实践中， 利用经验公式可计算出所需要的电容电流。 经验公式是：i c = ( 2 7 3 3 ) u l x1 0 q ( a ) ( 源于木杆线路) ( 4 一1 ) u 为额定电压单位：k v z 为线路长度单位：k m 线路有避雷线时，系数为3 - 3 ，无避雷线时，系数为2 7 。对于水 泥杆和金属杆线路，电容电流要增大1 0 1 2 。 根据禄口主接线图，机场至南北超远台各有8 k m 架空线，有避 雷线为水泥杆。 计算得： i c l = 3 3 1 0 5 1 6 1 0 。1 1 0 = 0 6 0 9 a 3 6 东南大学硕学位论文 套黼诗算得： i c l 一4 5 5 1 6 1 0 0 = 0 7 2 8 a 电力电缆线路的电容电流计算可根据厂家提供的型式试验后单 谴长度电缆绞实溺电容数罐，计算窭不同麓式电力电缆准确靛电容电 流值，也可根据经验方式，计算电容电流，经验公式如下： i c = ( 9 5 + 1 4 4 s ) ( 2 2 0 0 + 0 2 3s ) u ， ( 4 2 ) i c 必电容电滚 革簸为a u 为额定电压单位为k v ，为电缆长度单位为k m s 为电缆心线截面积单位为1 3 1 1 1 2 禳据橡口枫场的电气接线，为方便各邀缆线路魄较，列滋各电缆 线路计搏结果，如表4 1 所示，则全所电缆线路总的电容电流i c ： 为5 9 4 a 。 变聚魄骥嚣毫装鲞鼹邀容电浚毒较大鳃影响，运行宅愿越低，鬟| 增大电容电流的作用越明最，表4 2 可估算变电所配电装簧对电容 电流的影响。 表4 2 交配电装璧对i c 影响表 i i 额定电缀k v61 01 53 56 0l l o ii c 的增加值 1 81 61 51 3 1 21 0 l( ) 根据虢述架空线路和魄缆线路的计算结果，考虑本所1 0 k v 配电 装置影响因素，总的电容电流i c 懿下： 则i c = ( | c l + i c 2 ) x ( 1 + 0 1 6 ) = ( o 6 0 9 + 5 9 4 ) 1 1 6 = 6 9 6 a 3 7 东南大学硕士学位论文 表4 - 1l o k v 电缆线路电容电流计算表( 一) 序号起点终点电缆型号长度mi 以m i c 1总降1 1 5航站楼n 0 1t l l g y j v 2 2 - 8 7 a o 3 * 7 01 3 3 5o 8 8 3 5 3 41 1 8 2总降2 1 5航站楼n 0 1t 1 2 gy 2 2 - 8 7 l o 3 01 3 9 00 8 8 3 5 3 41 2 3 3总降1 1 4航站楼n 0 1t 1 3 gy i v 2 2 - 8 7 1 0 3 7 01 3 6 00 8 8 3 5 3 412 0 4总降2 1 4航站楼n 0 2t 2 1 hy i v 2 2 - 8 7 1 0 3 7 01 6 8 00 ，8 8 3 5 3 41 4 8 5总降1 1 3 航站楼n 0 2 t 2 2 h y w 2 2 8 7 1 0 3 + 7 01 6 3 50 8 8 3 5 3 41 4 4 6总降2 1 3航站楼n 0 2t 2 3 hy 2 2 - 8 7 1 0 3 * 7 01 6 8 50 8 8 3 5 3 4i 4 9 7总降1 1 2航站楼冷冻ty 2 2 - 8 7 l o 3 1 8 51 4 6 51 6 1 1 5 5 82 3 6 8 总降2 1 1航站楼冷冻 t y j v 2 2 - 8 7 1 0 3 1 8 51 5 4 31 6 1 1 5 5 82 4 9 9 总降1 1 1水厂 b y 2 2 - 8 7 1 0 3 + 7 02 5 80 8 8 3 5 3 40 2 2 8 1 0总降2 1 0水厂b y j v z 2 - 8 7 1 0 3 岬02 3 70 8 8 3 5 3 40 2 0 9 1 1总降1 1 0航管c y j v z 2 - 8 7 1 0 3 7 01 0 0 60 8 8 3 5 3 40 ，8 8 9 1 2总降2 0 9航管cy v 2 2 - b 7 1 0 3 + 7 01 0 3 90 8 8 3 5 3 40 9 1 9 1 3总降1 0 8雷达站dy j v 2 2 - 8 7 1 03 + 7 02 6 0 80 8 8 3 5 3 42 3 0 1 4 总降2 0 8雷达站 dy j v 2 2 - 8 7 l o3 。7 02 6 2 50 8 8 3 5 3 42 - 3 2 15总降1 0 7油库f y l v 2 2 - 8 7 1 0 3 7 01 6 0 30 8 8 3 5 3 41 4 2 1 6总降2 0 7油库f y j v 2 2 - 8 7 1 0 3 * 7 01 5 5 50 8 8 3 5 3 4l 3 7 1 7总降1 0 5循环水ky j v 2 2 - 8 7 a o3 * 7 04 5 3o 8 8 3 5 3 4o 4 0 0 1 8总降2 0 4循环水ky j r 2 2 - 8 7 1 03 7 05 0 70 8 8 3 5 3 40 4 4 8 1 9总降1 0 4单身变m y l v z 2 - 8 7 1 0 3 + 7 05 9 60 8 8 3 5 3 40 5 2 7 2 0总降2 0 3单身变m y v 2 2 - 8 7 1 0 3 7 05 4 4 0 ，8 8 3 5 3 40 4 8 l 2 l总降1 1 6广场u 1 y j v 2 2 - 8 7 1 0 3 7 06 9 2 0 8 8 3 5 3 406 1 i 2 2总降2 1 6广场u 2 y 2 2 - 8 7 l o 3 7 01 2 1 3 0 8 8 3 5 3 41 0 7 2 3总降1 1 7北灯光p y j v 2 2 - 8 7 1 0 3 士7 02 1 2 60 8 8 3 5 3 41 8 8 2 4总降2 1 7北灯光py i v 2 2 - 8 7 1 03 + 7 02 1 3 7 0 8 8 3 5 3 41 8 9 2 5 总阶1 18南灯光oy i v 2 2 - 8 7 1 03 + 7 03 6 6 50 8 8 3 5 3 43 2 4 2 6总降2 1 8 南灯光oy j v 2 2 8 7 1 0 3 7 03 6 9 1o 8 8 3 5 3 432 6 2 7 总降1 1 9消防泵房ay j v 2 2 - 8 ，7 1 0 3 + 7 09 8 2o 8 8 3 5 3 4o 8 6 8 东南大学硕士学位论文 表4 - 1l o k v 电缆线路电容电流计算表( 二) 长度 序号起点终点电缆型号 i q k m i c 2 8总降2 1 9消防泵房a y j v 2 2 8 7 l o 3 + 7 01 0 0 7 0 8 8 3 5 3 40 9