配电网中性点接地(总)

1、一、我国城乡配电网中性点接地方式的发展概况一、我国城乡配电网中性点接地方式的发展概况 1、建国初期，我国各大城市电网开始改造简化电压等级，将遗留下来的3kV、6kV配电网相继升压至10kV，解放前我国城市配电网中性点不接地、直接接地和低电阻接地方式都存在过，上海10kV电缆配电网中性点不接地、经电缆接地、经电抗接地3种方式并存运行至今，北京地区10kV系统中性点低电阻与消弧线圈并联接地，上海35kV系统中性点经消弧线圈和低电阻接地2种方式并存至今。但是，从50年代至80年代中期，我国1066kV系统中性点，逐步改造为采用不接地或经消弧线圈接地两种方式，这种情况在原水利电力部颁发的电力设备过电压

2、保护 设 计 技 术 规 程 S D J 7 - 7 9 中 规 定 得 很 明 确 。 2、80年代中期我国城市10kV配电网中，电缆线路增多，电容电流相继增大，而且运行方式经常变化，消弧线圈调整存在困难，当电缆发生单相接地故障时间一长，往往发展成为两相短路。从1987年开始，广州区庄变电站为了满足较低绝缘水平10kV电缆线路的要求，采用低电阻接地方式，接着在近20个变电站推广采用了低电阻接地方式，随后深圳、珠海和北京的一些小区，以及苏州工业园20kV配电网采用了低电阻接地，90年代上海35kV配电网也全面采用电阻接地方式。 3、90年代对过电压保护设计规范（SDJ7-79）进行了修订，并已

3、颁布执行，在新规程中，有关配电网中性点接地方式的修改主要有以下几点： （1）原规程中规定310kV配电网中单相接地电容电流大于30A时才要求安装消弧线圈，新的规程将电容电流降低为大于10A时，要求装消弧线圈。 （2）根据国内已有的中性点经低电阻接地的运行经验，对635kV主要由电缆线路构成的系统，其单相接地故障电流较 大时，中性点经低电阻接地方式作为一种可选用的方案列入了新规程。 （3）对于6kV和10kV配电系统以及厂用电系统，单相接地电流较小时，将中性点经高电阻接地也作为一种可选择的方案列入了新规程。 4、现有的有关规程对消弧线圈的应用的规定，仅适用于不带电调整分接头，不能自动调谐的消弧线

4、圈。这种消弧线圈在使用中存在以下问题： （1）调节不方便，必须退出运行才能调分接头。 （2）判断困难，因为没有实时监测电网电容电流，无法对运行状态作出准确判断，因此很难保证失谐度和中性点位移电压满足要求。 （3）随着电网规模的扩大，如果电网运行方式经常变化，要求变电站实行无人值班，手动的消弧线圈不可能始终运行在最佳档位，消弧线圈的补偿作用不能得到充分发挥，也不能总保持在过补偿状态下运行。 近年来，一些科研及制造厂家研制生产的自动跟踪补偿的消弧线圈，其电感值的改变方法大致可分为调匝式、调气隙、磁阀式、高短路阻抗变压器式和调容式等类型，这些产品在电力系统的推广应用，逐步取得了一定运行经验。 二、电

5、力系统接地方式的分类二、电力系统接地方式的分类 电力系统的中性点接地方式指的是变压器星型绕组中性点与大地的电气连接方式。由于对各种电压等级电网的运行指标的要求日益提高，电力系统中性点接地方式的正确选择具有越来越重要的实际意义。 我国的电力系统按照中性点接地方式的不同可划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式。简单的说大电流接地方式就是指中性点有效接地方式，包括中性点直接接地和中性点经低阻接地等。小电流接地方式就是指中性点非有效接地方式，包括中性点不接地、中性点经高阻接地和中性点经消弧线圈接地等。在大电流接地系统中发生单相接地故障时，由于 存在短路回路，所以接地相电流很大，会启动保护装置动作

6、跳闸。在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。 三、三、 配电网中性点接地方式的特点配电网中性点接地方式的特点 采用大电流接地方式的系统我们称之为大电流接地系统，采用小电流接地方式的系统我们称之为小电流接地系统。 1. 大电流接地系统的特点是：大电流接地系统的特点是： （1）当发生单相接地故障时，由于采用中性点有效接地方式存在短路回路，所以接地相电流很大； （2）为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，因而供电可靠性低； （3）由于故障时不会发生非接地相对地

7、电压升高的问题，对于系统的绝缘性能要求也相应降低 。 2. 小电流接地系统的特点是：小电流接地系统的特点是： （1）由于中性点非有效接地，当系统发生单相短路接地时，故障点不会产生大的短路电流。因此，允许系统短时间带故障运行； （2）此系统对于减少用户停电时间提高供电可靠性非常有意义； （3）当系统带故障运行时，非故障相对地电压将上升很高，容易引发各种过电压，危及系统绝缘，严重时会导致单相瞬时性接地故障发展成单相永久接地故障或两相故障。 中性点不接地方式，即中性点对地绝缘，结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资省，适用于农村10kV架空线路长的辐射形或树状形的供电网络。该接地方式在运行中，若

8、发生单相接地故障，流过故障点的电流仅为电网对地的电容电流，其值很小，需装设绝缘监察装置，以便及时发现单相接地故障，迅速处理，避免故障发展为两相短路，而造成停电事故。若是瞬时故障，一般能自动消弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的 对称性，可带故障连续供电2h，从而获得排除故障时间，相对地提高了供电的可靠性。 采用中性点经消弧线圈接地方式，即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围，其特点是线路发生单相接地时，按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单

9、相接地故障并不发展为相间故障，因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大高于中性点经小电阻接地方式。 中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。在中性点经电阻接地方式中，一般选择电阻的阻值较小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在 100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。 第二节第二节 中性点不接地系统中性点不接地系统 中性点不接地系统实现很简单，只要在电源中性点处不附加

10、任何装置。当一相接地后，线电压仍可保持平衡，可继续供电一段时间。但是在电弧间歇接地时会产生高幅值电压，并且会波及整个网络，将破坏设备绝缘的使用寿命。 中性点不接地系统是中性点非有效接地系统的一种，实际上可以视为经容抗接地的接地系统。该电容是由电网中的电缆、架空线路、电机、变压器等所有电气产品的对地耦合电容所组成的。当发生单相接地故障时，流经故障点的稳态电流是单相对地电容电流。 一、在不接地系统中的单相接地电流的计算一、在不接地系统中的单相接地电流的计算 在中性点不接地的系统中，接地故障电流总是通过电源变压器的假想接地中性点接地，从而给单相接地故障电流提供回 来的通路。对于不接地系统而言，通常这

11、个故障电流只有几十安培，其值远小于正常的负荷电流，所以一般不会对线路、电缆或其他设备造成破坏。但是该电流的持续时间不宜过长，需要单相接地选线保护及时报警或自动切除故障线路。 图31 不接地系统的单相接地故障 如图3-1所示，每一回馈出线路用一组独立的集中对地电容（C1或C2）作模拟分布电容值。由于系统中的任何中性点都不接地，所以系统中的任何一点的零序阻抗为无穷大。对于零序电流而言，线路或其它元件的串联阻抗比以线路对地导纳表示的并联阻抗小得多，因此可以忽略不计。此时接地故障电流由各相对地的电容构成的回路决定。 根据戴维南定理，可把图31简化为图32。由于线路阻抗比对地电容3C0小得多，故略去不计

12、。从图3-2可得下列式子：（31） （32） 式中 单相接地电流，A； 电源角频率，rad/s； C0相对地电容，F；jdIXddXjdURCjCjCjRUI00031331XdjdURCjICjU000311)(31 就接地保护而言，关键是确定变电站内故障馈线的电流Ijd的大小及方向。 当单相金属接地时，Rd=0，则有图32 等值电路XjdUCjI03XUU0（33） 故障前的线电压，V； XU Rd故障点的过渡电阻，；中性点电压，V。 0U图33 单相接地时的等值电路（a）为稳态电路；（b）为暂态电路 不接地系统中单相接地的暂态过程会使健全相产生高频振荡电压，并使回路中的接地电流急剧升高，

13、其值远大于金属接地时的稳态电流。图33（b）中的e为故障前的瞬间电压，其值为Emsin（t+）。电容上的电压和回路中的电流以式（34）和式（35）表示。11sin2cossinsinsinsinmCCbtbtmmEuuutZ CEEetetZ CZ C（）（）（）（）（34） 111sincossinsinsinsinmbtbtmmEiiitZEEetetZLCZ（）（）（）（）（35） 可见暂态电压与暂态电流均由两部分组成，一是以电源频率变化的Uc和i，称为强迫分量；另一是以1振荡频率的自由分量。两自由分量的相角差为， b1arctan式（34）、式（35）中的1、b、值如下2001231）

14、（CRdCLe10。 2/32302CRLRbdeddeRCL31arctan当b很小， 22，时，可得 btmcettCEu ）（000sincoscossin2btmettZEi ）（000coscossinsin（36） （37） 其幅值为22202maxmaxsincos CCUU22220maxmaxcossin II（38） （39） CZEUmCmaxZEImmax， 。 02maxmaxCCUU max0maxII ，时， 当故 maxmaxmaxmax2CCCCUUUU （310） 0maxmaxmaxmaxIIII（311） 由式（310）和（311）可见，电容器上最大暂态

15、电压为稳态电压最大值的两倍，而回路中的暂态电流比稳态电流最大值还要大。改变电路元件参数，可以根据式（35）求出最大暂态电流一族曲线，如图34所示。 cmI2maxI图中用代替式中， ， cmIXUCjI03为金属接地时的全电容电流，其值等于。 曲线图34的实际用途在于，在对某种继电器保护和某些设备作整定计算时，有参考价值。二、二、 中性点不接地配电网故障过电压分析中性点不接地配电网故障过电压分析2.1. 对称配电网故障过电压分析对称配电网故障过电压分析在简单的配电网络中，假定网络的电源EA， EB和EC是对称的，线路对地的电容是相等的，即CA=CB=CC，并假定网络的中性点O是不接地的，如图3

16、5所示。图34 最大暂态电流与电路参数元件参数的关系图 图35 简单三相配电网 图36 对称网络电压相量图当系统正常运行时，由于电源电压和线路参数都是对称的，所以中性点电压U0=0，线路电压UA、UB、 UC也是对称的，相量如图36（a）所示。当系统发生金属性单相接地故障时，故障相A相的电压U0=0，系统的中性点电压发生了偏移，此时系统的中性点电压U0为系统正常时A相电压的负值，即U0-EA。由图35的电路知道，非故障相B相和C相的电压UB和UC分别为故障时的电压相量如图36（b）所示。从故障相量图和公式（312）可以看出，在系统发生故障时，故障相的电压为零，非故障相的电压幅值都上升了倍，二者

17、的上升幅度是相同的，它们之间的相位差是60，此时三相对地的电压是不对称的，但三相之间的线电压仍然保持对称。因此，根据国家标准，这种系统允许带故障运行一段时间，并在此时间内快速查找故障原因和位置并切除故障。 01500jAABBBeEEUUUU01500jAACCCeEEUUUU（312） 32.2不对称配电网故障过电压分析不对称配电网故障过电压分析在我国的实际配电网络中，多数连接到输电网上，相对于配电网而言，输电网的参数采用对称参数表示，但配电网的架空线路一般都不经过完全交叉换位，甚至根本就没有交叉换位，各相参数是不相同的，各相的阻抗及对地导纳都不完全相等。在这些参数中，对中性点电压影响最大的

18、是线路对地的分布电容。假设图35的网络中三相对地的电容分别是CA、CB、CC，且CACBCC。在正常运行时，根据戴维南定理推出中性点对地的电压U0为CBACCBBAAYYYYEYEYEU0（313） 其中，YA、YB、YC分别为三相对地的导纳。 以A相为基准，忽略电导，式（313）可以改写成CBACBAACCCCCCUU20（314） 从式（314）可以看出，线路的分布电容，直接影响系统中性点电压，当CA、CB、C各不相等时，中性点对地的电压U0的幅值是不等于零的，相位发生了变化。所以，对于线路参数不对称的配电网络，在系统正常运行时，中性点的电压就产生了偏移，根据式（312）可知， A 、 B

19、 、 C相对地的电压幅度不再相等，互相的相位也不是120，即系统各相对地电压是不对称的。图37展示了当CACBCC时，系统电压的相量图。其中，0120je。图37 不对称网络电压相量图 设在A相发生单相接地故障，YA=0，此时由于接地故障引起的参数不对称，较线路结构参数的不对称要大得多，所以系统中性点电压偏移，主要是由于短路故障造成的。忽略次要因素，则根据式（314）可以近似得到中性点电压 0UCBCBACCCCUU20（315） 由式（315）可以看出，中性点对地的电压偏移的幅值和相位与线路对地的电容的大小密切相关，从而影响到故障时非故障相电压幅值升高和相位变化的程度，CB和CC的大小改变，

20、 0UBUCU以及、都随着发生变化。如图38的相量所示，当B相 对地的电容大于C相对地电容时， 0U在相位上更接近UB， 同时B相过电压的幅值较B相过电压的幅值高；反之，则 0U在相位 上更接近UC，B相过电压的幅值较C相过电压的幅值低。从这里可以看出，对中性点不接地系统来说，由于各相对地的电容不一样，使得非故障相电压幅值升高和相位变化 的程度都不一 样，与对称系统的非故障相电压的等幅上升的结论是不同的。图38 不对称网络故障时的电压相量图2.3 发生单相故障时线路中各相电压变化分析发生单相故障时线路中各相电压变化分析 从以上分析可以看出，中性点不接地配电网络，当发生单相接地故障时，系统产生了

21、零序电压和不对称电压，即在故障点故障相的电压为零，非故障相的电压幅值升高，当参数不对称时，两个非故障相电压升高的程度也不一样，同时相位发生了与对称网络不同的变化； 在电源点， 电源EA、EB、EC是对称的。也就是说，从电源点到故障点，故障相A相的EA由电源电压EB和EC变化到故障点的电压 和 。尽管网络参数是不对称的，但对每相线路来讲，其分布参数是均匀变化的，即线路上各相的电压是由电源点线性的变化到故障点电压，图39的相量图直观地描述了故障时，线路上电压的变化情况，三个相量分别代表电源相量、线路上某一点的相量和故障点的相量。 图39 不对称网络故障时线路的电压相量图BECE 由上可知，对于中性

22、点不接地，线路没有经过完全交叉换位的配电网络，系统的故障过电压与线路的分布电容的大小有直接的影响，并随着线路的长度增加影响的程度增大。当线路较长时，非故障相过电压程度可能达到正常电压的2倍以上，各相之间的相互相位差也不是120o，明显出现电压不对称的情况。因此，在配电网的规划设计以及运行等方面，包括绝缘、跨步电压、保护设定等等，仅仅考虑故障电压上升3倍是不够的，必须考虑到不对称电压的因素。 间歇弧光接地过电压是由于不稳定电弧引起的，电弧燃烧或熄灭的随机性是影响过电压的主要原因。理论分析只是把复杂的并具有统计性的燃弧过程理想化后作某种解释，实际的电弧过程不可能像理论分析所假定条件那样整齐划一。事

23、实证明，实测的过电压值一般都比理论分析值低。 到目前为止，在分析电弧过程方面有三种理论，即高频熄弧理论、工频熄弧理论和熄隙恢复抗电强度理论。多数研究者认为2.4 对于间歇弧光接地过电压的分析对于间歇弧光接地过电压的分析 电弧的熄灭与重燃的时间是决定最高过电压的主要因素。以高频振荡电流第一次过零时熄弧来分析电压发展过程的，称为高频熄弧理论；以工频电流过零时熄弧来分析过电压的发展过程的，称为工频熄弧理论；熄隙恢复抗电强度理论是前苏联YM朱瓦尔雷和HH别列亚柯夫提出来的。他们认为在过电压的发展过程中，起主要作用的不是熄弧时间，而是熄弧后间歇的恢复抗电强度。当电流过零后，弧隙抗电强度恢复速度大于电压恢

24、复速度时，重燃就不会发生。 2.4.1. 过电压发生的原因分析过电压发生的原因分析 研究过电压发生的规律是为了找出限制其发展的措施，以便避其害而实现其最大限度的供电可靠性。单相接地故障约占电网全部故障的60%以上，中性点不接地电网发生间歇电弧过电压是常用接地方式中可能发生的过电压方式，最大可能值达到3.5倍相电压，现简要分析如下。设中性点不接地电网发生A相接地，如图310所示。 在图310中，电源电动势EaUmsin(t)，EbUmsin(t120o)，EcUmsin(t120o)，Um为电源电动势幅值，L为电源漏电感，r为电网等值电阻，CM为线间电容，CN为每相线路对地电容。假设tt1时，A

25、相接地，对应的相角t90o。在接地前瞬间，各相对地电压、线电压的瞬时值为ua(t1)Um；ub(t1)uc(t1)0.5Um；uba(t1)uca(t1)1.5 Um。A相接地后，健全相B、C的对地电容CN分别与A相的相间电容CM并联，CN与CM上原有电荷要重新分配并快速平衡，于是使B、C相对地电压从0.5Um升至开始自由振荡的初始电压Uc1图310 中性点不接地电网A相接地 可见，A相接地，B、C相对地电压因为相间电容上的电荷1.5UmCM的加入，使得相对地电压增大KUm，升至Uf1，然后开始振荡，由Uf1过渡到B、C相的稳态电压uba(t)、uca(t)。以B相对地电压ub(t)为例mMN

26、MmNmcUKCCCUCUU）（5 . 05 . 15 . 01MNMCCCK（316） teAtututbab11cos1）（）（mmmcbaUKUKUutuA）（）（）（15 . 05 . 1111）（MNCCL311（317） （318） （319） 式中，A1自由振荡初始振幅； 1忽略阻尼作用的自由振荡角频率； 1自由振荡的衰减系数。 式（317）的前一项是ub(t)的强迫分量，A相接地，B相对地电压升为线电压uba；第二项是叠加在uba上的暂态分量，它是衰减的高频振荡分量，其最大值由式（318）决定。 以接地瞬间时为分析起点，经自由振荡半个周期， ，B相电压瞬间值达到最大。因1远远大

27、于工频角频率，所以可近似地认为t2时B相工频电压仍保持原值不变，即1122Ttt1115 . 1maxeUKUUmmb）（考虑到一般配电网111， 令 11d，则有 ）（ded1，故上式可写为bmaxmU1.5(1K)(1d)U（320） 上面叙述了第一次熄弧前后健全相电压变化过程，现在以图311表示。U bm axU cm ax1.5+(1-K)(1-d)1.51.50.5(1-K)KU s1U baU caU bU cU a图311 第一次熄弧前后健全相电压变化 图中已设Um1，Ua、Ub、Uc、Uba、Uca均为电压向量，其纵坐标的投影即为瞬时值。A相接地，B相电压为0.5，熄弧，B相电

28、压由0.5跳至Uc10.5K，然后以线电压1.5倍 为基础进行 振荡，其最大幅值为 c1(1.5U )(1 K)考虑到高频振荡的衰减， ， 振幅为 (1K)(1d)，因而，健全相最大电压为 1.5(1K)(1d)。 再分析第一次熄弧后的情况。由燃烧时健全相电压变化可知，接地电流是由工频强制分组成。因远远大于，自由分量的幅值远大于强制分量，其合成电流第一次过零时，可近似为工频电压保持原值不变。设合成电流第一次过零时电弧熄灭，此时，两健全相留有电荷CNUbmax，及CNUcmax，Ucmax为C相最大电压，Ucmax=Ubmax，而故障相的电荷为零。熄弧后瞬间，三相对地电压电容平均分配电网中储存的

29、电荷，使电网中性点对地出现位移电位UNUN为直流分量，不考虑电网对地泄漏，则UN在重燃前，保持不变。熄弧后，故障相电压将过渡到，此时，系统中已无单相接地，电网自由振荡角频率为 1NMm2(CC )U sint12NbmaxNcmaxNbmaxNC UC U2UU3C3（321） aU (t)a2U (t )aNU (t)U22NM1L(C3C )（322）自由振荡的初始振幅A2为熄弧瞬间A相强制电压与初始电压（燃弧时电压为零之差），即2NmAUU（323） 故障相熄弧时出现的振荡电压最大值UF，又称熄弧尖峰电压。不计第一次振荡的衰减，熄弧尖峰电压UF为 （324） F2NmU2A =2(UU

30、)随着时间的增长，故障相振荡电压衰减，按规律变化，如图312所示。 aNU (t)U熄弧后是否会重燃，取决于电弧减息抗电强度恢复程度与间隙两端电压恢复电压恢复速度。图312中画出了三种典型的恢复强度特性，如曲线W1、W2、W3所示。 UNua(t)+UN ua(t)W3W2W1tt1UFUq/Um210t3t2t4图312 第一次熄弧后故障相电压 具有W1特性曲线的恢复强度时，熄弧后不再发生重燃，因间隙恢复强度增长速度总是高于恢复强度增长速度，所以过电压值不大于式（320）确定的值。这种情况一般在线路不长、单相接地电流Id不大、弧道中游离不强烈时产生。 具有W2特性曲线的恢复强度时，虽恢复强度

31、曲线高于熄弧尖峰电压，但恢复强度增长速度慢于恢复电压增长速度，当时间增长至t4（接近该相电压最大值）时，电弧重燃。接着又可能在高频电流过零时熄灭，从而出现间隙性电弧接地，过电压值将比（320）计算的大。具有W3特性曲线的恢复强度时，在熄弧尖峰电压（近似为t3时）就发生电弧重燃，电弧可能在工频电流过零时才熄灭，隔工频半周波时间重燃一次，也出现间隙电弧接地。对具有W2、W3特性曲线恢复强度的弧道间隙，无论发生哪种重燃情况，在n次重燃时由于线间电容的并入，健全相（B相）电压跃至自由振荡的初始电压Usn bnN n 1NbnanMsnNMbnN n 1anN n 1u (t )UCu (t )u (t

32、 )CUCCu (t )Uu (t )UK （325） 式中为n次重燃前瞬间B相对地电压；为次重燃熄弧后留下的中性点位移电压；为n次重燃时B相对地电压（即线电压瞬时值）。由Usn可得n次重燃时B相自由振荡的初始振幅An nbnansnanNn-1Au (t ) u (t ) Uu (t ) U(1 K)（326） 若考虑高频自由振荡衰减，则第一个振荡半周的振幅为。接着，可知n次重燃时健全相（例如B相）最大过电压值Ubm bmbnananNn 1Uu (t ) u (t ) u (t ) U(1 K)(1 d) （327） 显然，上式中的前一项为工频强制分量，后一项是叠加在工频电压上自由振荡的最

33、大振幅。例如，则式（327）与式（320）相同。由上分析可知，间隙电弧接地过电压形成的基础是间隙电弧熄弧时，电网对地电容中电荷的积累，使电网中性点出现位移电压。位移电压和过电压的大小随熄弧和重燃的时刻不同而不同。 n0Nn 1U0 bnN n 1u (t )U N n 1U bnanu (t )u (t )nA (1 d)2.4.2. 用三种弧光接地理论进行分析用三种弧光接地理论进行分析 间歇电弧接地过电压形成的原因是熄弧时电网对地电容中的电荷受到积累，因而电网中性点出现位移电压。位移电压和过电压的大小随熄弧和重燃的时刻不同而不同，现在按前述的三种理论作简要分析如下： （1）按高频理论分析。故

34、障相每次在电压为最大值时燃弧，并在高频振荡电流第一次过零点的时候熄灭，由此产生的中性点位移电压UN将比工频半周增大些，但增长趋势逐渐减慢。因重燃电压受恢复强度的限制，重燃时电荷将通过电弧接地而被释放。因此，过电压达到极限值时，n次重燃与（n1）次重燃产生的过电压基本相同，即Unm=U（n1）m，由此可近似求得（n1）次熄弧后电网中性点位移电压为 1111233NbmcmN nbmNCUUUUC （） Ubm1和Ucm1分别为健全相（B、C相）最大过电压，并且Ubm1= Ucm1。在n次重燃时，尚有 ，将上述关系式代入（327）中 1123anN nmbmutUUU （ ）（）， 1.5bnan

35、mu tu tU（ ） （ ）11(1)bmbnananN nUu tututUKd （ ） （ ）（ ）（）（328） 则得高频理论分析的最大过电压值为11.51(1)211(1)3bmmKdUUKd（）（）（329） （2）按工频熄弧理论分析。接地电弧在工频电流过零时熄灭，即燃弧时间将持续半个工频周期，在此时间内，故障相电压中的高频自由振荡分量已衰减完毕。熄弧瞬间健全相电 压为1.5Um或-1.5Ucm1， 电网中性点位移电压 21.53NmmUUU 。n次重燃时， 有 1( )2anN nmu tUU ( )( )1.5bnanmU tUtU， 。将这两个关系式代入式（327）， 得工频

36、理论分析的最大过电压值为 （3）按电弧间隙绝缘恢复速度和电压恢复速度的相对关系分析。间隙电弧最后熄弧成功，是熄弧尖峰电压UF不大于某一极限值。对应此极限值的电网中性点位移电压UN可由式（324）求出 。若健全相过电压为正值，则A相重燃前电压和UN是负值。于是有 ，将此两个关系式代入健全相（B相）电压跃至自由振荡的初始电压 得按间隙抗电强度特性分析的最大电压值 21.52(1)(1)bmmmUUUKd（330） mFNUUU21( )(0.52)anNFmu tUUU ( )( )1.5bnanmU tUtU， 11( )( )snbnN nanN nUU tUu tUK ， 31.50.521

37、1bmmFmUUUUKd（331） 2.4.3 限制弧光接地过电压的措施限制弧光接地过电压的措施 （1）将电源中性点经低电阻接地，即采用中性点低电阻接地方式，以便在单相接地时产生巨大的短路电流，形成稳定的接 地电弧，使继电保护装置可以迅速切除故障线路。采用这一接地方式要综合考虑，严格执行有关规范的相关规定。 （2）人为地增大相间电容，是抑制弧光接地过电压的有效措施。 （3）采用消弧线圈串联电阻接地方式。目前，我国自行研制成功的自动跟踪补偿消弧线圈装置，多数采用了串联电阻接地方式。这种接地方式兼备了消弧线圈和小电阻接地的优点，是中压电网较为理想的一种接地方式。这种消弧线圈串联电阻接地方式，在正确

38、的调谐条件下，可以做到既降低间歇电弧接地过电压的几率，又降低了这种过电压的幅值。 （4）在配电网母线上加设四支金属氧化物避雷器，以组成星型接线避雷器组。这种接线方式既限制了相对地过电压，又限制了相间过电压。 （5）定期作好电气设备的预防性试验和检修维护工作，消除绝缘隐患和绝缘薄弱环节，保证设备具有良好的绝缘性能。 （6）根据规程规范要求，装设可靠性高的单片机接地选线保护装置，并按有关规范要求使其输出动作快于断路器跳闸。 2.5. 对不对称短路引起的工频电压升高的分析对不对称短路引起的工频电压升高的分析 不对称短路是电力系统常见的故障形式。通常，单相接地故障的概率较两相接地故障率高，约占电力系统

39、中全部故障数量的60%以上。单相接地时非故障相电压升高也比两相接地故障时大，系统中避雷器额定电压就是以单相接地故障时工频电压升高为依据而确定的，因而一般以单相接地故障为例来分析不对称短路时而引起的工频电压升高。 2.5.1. 对称分量法对称分量法 在分析计算不对称短路故障时，通常采用对称分量法。对称分量法是基于三个独立的“相序”网络，把这些序网作适当的组合，就能表示电力系统发生不对称故障的情况。 在实际的电力系统中是不存在真正的这三个独立的“相序”网络的，它们只是一种纯数学的工具而已。对称分量法是依据：任何一个不平衡的三相系统中的电压和电流，都可以分解为三个 对称的相量系统，这三个独立系统包括

40、正序、负序和零序。 （1）正序系统：由三个大小相等，在空间上间隔120o分布相量组成，其旋转方向与电力系统中电压的旋转方向一致，即正方向。 （2）负序系统：由三个大小相等，在空间上相隔120o分布所组成，其旋转方向与正序相同，但三个向量的排列顺序与正序相反。 （3）零序系统：由三个大小相等，方向相同，旋转方向与正序相同的相量组成。 2.5.2. 系统零序阻抗系统零序阻抗 由于大型电机的电阻分量很小，故同步电机（包括发电机）的阻抗一般指电抗值。其负序阻抗比正序阻抗小15%25%，近似等于次暂态电抗值。发电机的零序阻抗取决于绕组的排列方式。系统中所有的发电机中至少有一台的中性点被接地时才有可能产生

41、零序电流，否则就不会有零序电流。 变压器的零序阻抗取决于绕组的排列方式，也取决于其中性点的接地方式是否允许绕组中流过平衡的零序电流。下面表示一些变压器绕组的接线方式，以及变压器一次侧或二次侧发生接地故障时，电流通过绕组的情况： （1）变压器两侧各为接地的星型接法。二次侧发生接地故障时，零序电流可在两侧绕组中自由流通； （2）变压器为三角形/星型接线中，零序电流可在一次侧产生环流，它可以平衡接地故障中在二次侧星型绕组中产生的零序电流； （3）变压器绕组为星型/星型接法，但二次侧中性点接地并带有第三绕组。这个第三绕组为零序电流提供了环流路径。在这种情况下，流过零序电流时，变压器表现为一个与励磁电抗

42、同数量级的高电抗。三柱心式变压器的电流会更大，因此此时零序漏磁通比五柱壳型时更大； （4）在星型/三角接法中，一次绕组发生单相接地故障时，零序电流流过二次侧三角形绕组，但不会进入二次网络。如果 为了限制二次故障电流，则需要增加辅助变压器，并把其中性点通过阻抗Zg接地，这时中性点的接地阻抗的等值零序阻抗为3Zg。 2.5.3. 单相接地故障电流单相接地故障电流 （1）略去电阻分量。当A相发生接地时，其单相接地电流的计算忽略零序阻抗中的电阻分量和Ifn，并近似地认为电网的负序电抗X2与正序电抗X1相等，则序电流为： 式中， 分别为故障点的零序、正序、负序电流； X0零序阻抗； 故障点在发生故障前的

43、对地电压。 在线路不长时，UX为电源运行相电压Uxg，故障点健全相的电压大小为x01210UI =I =Ij(2XX )（332） 012I ,I ,I XU 其中为接地系数，其值由故障点看进去的 值决定。 的值的大小表征电网三相间的电磁联系的强弱程度。 =1，表示三相间是完全独立的，互不联系， ，非故障相并不因故障相接地而引起对地电压的波动； 1，相间是存在电磁联系的，单相接地时，非故障相对地电压将变为 。随电网中性点运行方式的不同， 值明显不同， 值也出现较大差异。 （2）中性点不接地系统。线路总长在1500km以内时，X0值为容抗，是负值；X1由发电机暂态同步电抗、变压器漏抗以及gXgX

44、CBUXXXXUUU4325 . 1210210 （333） 10XX10XX10XX110XXgXU10XX 线路感抗组成，是正值。当线路不长，如200km， 约为-40，单相接地时，非故障相对地电压约为101倍线电压（=1.9）。因此，避雷器额定电压应不低于1.1倍最大运行线电压。如10kV系统最大运行电压为11.5kV，避雷器额定电压为1.111.5=12.65kV，取12.7kV。这种额定电压为1.1倍最大运行线电压的避雷器，俗称110%（电压）避雷器。 随着线路的增长，线路容抗减小， 绝对值减小，非故障相电压升高越大，当 =-2时，单相接地会造成电网线性谐振，理论上，非故障相对地电压

45、可达无穷大。但实际上，单纯线路增长是不会达到或接近谐振状态的。但值得注意的是因防雷或其它需要，三相对地接有较大电容时，应作验算，防止工频电压升高超过允许值。 通常认为中性点不接地系统中单相接地时，非故障相电压10XX10XX10XX 为线电压，但这只是在一定的 范围内才成立的。 （3）中性点经低阻抗接地或直接接地系统。由于零序电抗X0是感性的， 为正值，单相接地时不会出现线性谐振。 值的大小取决于系统中性点接地变压器与主变压器总容量的比值。一般 3，非故障相电压不大于0.8倍线电压。可选用额定电压为 0.8倍线电压的避雷器作保护单元。 （4）中性点经消弧线圈接地系统。消弧线圈运行在全补偿状态时

46、，单相接地故障点电流为零，电网零序电抗X0， ， ，非故障相电压为线电压；若消弧线圈运行在欠补偿状态时，零序电抗为容性， 接近 -，非故障相电压从高于线电压降低至接近线电压；若电网为过补偿状态，零序电抗为感性， 接近，非故障相电压从小于线电压升至接近线电压。10XX10XX10XX10XX10XX10XX10XX3计入电阻分量，即Rd0，可得26001031CUUUXX260601031103dXjdjRCUCII（334） （335） 式中，单相经过过渡电阻接地时，中性点不接 地电网的接地系数；UX电网运行的相电压，V； Ijd单相完全接地时电容电流的绝对值，A； C0电网每相对地电容，F；

47、Rd过渡电阻，；电网角频率，rad/s。 由式（327）和（328）可知，当单相经过渡电阻接地时，电网产生的零序电压U0和单相接地电流Ij均比单相完全接地时小倍，随着单相接地电容的增大及故障点过渡电阻的增大，都随之减小。第三节第三节 中性点经电阻接地中性点经电阻接地 一、中性点经电阻接地分析一、中性点经电阻接地分析 中性点经电阻接地系统，发生单相接地时，故障点电流将增大，跳闸次数会大大增加，如果线路没有重合闸，停电次数将会增加，供电可靠性降低，但在以电缆为主的电网中，因故障率低，使得这一问题并不突出。 对于在接地故障下的工频过电压，和作为一个限制故障电流的设备来看，电阻器要比电抗器差。在散热和

48、保持供电可靠性方面，它也不是很有利的，还存在一个危险的电阻值范围。在这范围内，接地故障时消耗的电能大到足以引起发动机间大相位摇摆，或甚至使稳定性受到危害。在电阻接地的系统里， 当电阻值选择适当时，有时亦能得到改善稳定性的效果，这是由于电阻器内的电能损失会顶上故障时因供电电压降低而减少的用电负荷。 在需要有方向性的区别时，电阻接地对于接地的继电保护是有好处的。如果故障电阻很高，中性点位移就不会超过正常相对值的一个小百分值，这就可能不足以使方向性继电保护可靠动作。一个中性点接地电阻器会改变系统的电压分布，将中性点电位提高到一个较高的水平。 对大气和操作过电压来说，电阻接地系统的动作和中性点直接接地

49、的系统很相似，因为在常用接地电阻值的范围内，与大地的交换暂态电流不会在电阻上产生多大的电压降。 电阻接地是防止弧光接地的有效措施，具体的电阻值可以变化很大。 对于电阻接地的系统，相序颠倒的接地故障没有不良影响。结合我国具体实际，以电缆为主的电网，电容电流达到150A以上，可以考虑采用中性点经电阻接地方式，Rx1020。 表31列了十项各种中性点接地方式的优缺点，说明中性点接地方式是一个涉及到电力系统的许多方面的综合问题。在选择中性点接地方式时，必须考虑一系列因数，其中主要是人身安全，供电可靠性，电气设备和线路的绝缘水平，继电保护工作的可靠性，对通信和信号的干扰等。 表31 各中性点接地方式的优

50、缺点333过补偿时为 方式比较内容中性点绝缘电阻接地经消弧线圈接地直接接地单相接地健全相对地电压（相电压的倍数） 倍以上 倍以上 倍，欠补偿是有谐振危险1.3倍以上发展为多重故障的可能线路长电容电流大是可能性大情况较好可能由串联谐振引起多重故障几乎无单相接地电流为三相总对地电容由中性点接地电阻值确定，一般限制在50400A最小，但随脱谐度而增大大继电保护动作情况实现有选择性得接地保护较困难可以实现选择性的接地保护实现选择性的继电保护尤其困难可靠迅速故障时对通信线路的电磁干扰小随中性点电阻值增大而减小小，但时间较长大，但高速切断时间短正常时的静电干扰应有中性点不平衡电压，故有静电感应问题较小因可

51、能发生串联谐振故有静电感应问题有三次谐振引起的静电感应问题系统动态稳定性大中最大最小，采用快速切断和重合间，可得到改善变压器绝缘绝缘水平高，全绝缘与中性点电阻有关与中性点绝缘方式基本相同比中性点绝缘方式低20%避雷器灭弧电压高100105%高100105%高100%低80%中性点装置费用小中性点电阻价格大消弧线圈价格更大接地网工程费用最大故障电流对人身安全的影响持续时间长小最小大 二、中性点接地电阻值的选择二、中性点接地电阻值的选择 设想配电网在近电源处发生一相金属性接地短路，这时故障点的零序网络一般可用图313表示，它的综合阻抗Z0为-jXCICIR3 RnjXT 图313 中性点经电阻Rn

52、接地的零序网络000(3)()3()nTCnCTRjXjXZRjXRj XX其中20/31 ()3CnCTnXRRXXR2202(/9)(9/)1 ()3CTnCTnTCTnX XRXXRXXXXR式中，XT接地变压器每相感抗；XC配电网每相对地容抗，01CXC每相对地电容；，其中C0为配电网 Rn中性点接地电阻。 一般XT较小，为便于分析，设XT =0，则可得0221311()()3nCnRRXR000ZRjX或02221311()()1 ()33nCCCnnRXZjXXRR（336） 故障时通过3 Rn的电流为IR，通过XC的电流为IC。令mIR/IC，近似可认为m即是故障时通过中性点电阻

53、电流与电网三相对地电容电流之比。由于3Rn与 XC并联，因此 3RnCCI RI X。 2)311(123UmEAC以 3CnXmR代入式（336）得02()1mRXm021()1CXXm（337） （338） 设 121ZZjX，当 1200jXjXjX时，将产生串联谐振。 此时，102122(1)CXXXm 。将上述参数代入 001013(2)322BAZj ZZUEZZ和 001013(2)322CAZj ZZUEZZ得m时， 3111()23BAUEjm （339） 2B)311(123UmEA及3111()23CAUEjm （340） 由式（339）和式（340）可知：（1）若取m1

54、.0，则 BACAU1.63E ,U2.80E（2）若取m1.5，则 BACAU1.51E ,U2.24E（3）若取m2.0，则 BACAU1.50E ,U2.20E（4）若取m3.0，则 BACAU1.54E ,U2.03E（5）若取 m，则 ； ； ； ； ； 综合以上讨论，可知配电网中性点的接地电阻参照以下情况选择： （1）以电缆为主的配电网中，采用较大的一相接地阻性电流值，例如IR为10002000A。 以架空线为主的配电网，采用较小的 2)311(123mEUACACABEUEU, 的一相接地阻性电流值，例如IR为300A。 （2）选择中性点接地电阻时，可以按照配电网远景规划可能达到

55、的对地电容电流来考虑中性点接地电阻值。例如在一个20kV电缆配电网中，它的对地电容电流值为300A，考虑m2，则电阻电流取600A， 。这是初步选择，还必须从继电保护、人身安全以及接地电阻的制造、运行特性等方面加以验证，以最后确定取用电阻数值。 （3）中性点经电阻接地的电网中，一相接地时的短路电流较大，从数百安到数千安不等。短路电流在电力导线中流动将由于感性耦合（磁影响）而对邻近的电信线路产生危险影响或干扰影响。 此外，当电力线路或配电装置发生一相接地时，短路电流通过接地装置的接地电阻时，产生地电位升高。此高电位沿着辐射方向而逐渐降低。因此位于此高电位区域的电信设备的接地装置由于接地点之间的阻

56、性耦合影响（直接传导），在电信设备的基架或外壳形成一个高电位，电信基架与电信设备之间20000193600nR 将产生很大的电位差，从而对电信设备及维护人员产生危险影响。对电信系统的影响和中性点直接接地方式、经电抗器接地方式相似，都要慎重考虑，并采取适当措施予以防止和保护。 三、低电阻接地三、低电阻接地 低电阻接地方式的主要特点在电网发生单相接地时，能获得较大的阻性电流，这种方式的优点是：能快速切除单相接地故障，过电压水平低，谐振过电压发展不起来，电网可采用绝缘水平较低的电气设备；单相接地故障时，非故障相电压升高较小，发展为双重接地（相间短路）的几率较小；人身安全事故及火灾事故的可能性均减少；

57、此外，还改善了电气设备的运行条件，提高了电网及设备运行的可靠性。但是这种低电阻接地的运行方式在发生单相接地时，故障电流可能较大，也带来了一些问题： （1）电缆线中一点接地，大电流电弧有可能烧毁电缆并波及同一电缆沟内的相邻电缆，从而扩大了事故或酿成火灾。 （2）引起地电位升高超过安全允许值。图314 残余回路连接法 在低电阻接地系统中，单相接地电流较大，一般在100-400A范围内，所以可以按照确保继电器可靠动作来确定互感器的变比和继电器的动作电流。单相接地保护用的继电器KE可以选用与相间短路保护相同的电流型继电器。KE在电流互感器中的连接有以下两种：一种连接在互感器的残余回路中，如图314；另

58、一种连接在接地保护专用的电流互感器绕组中，如图315。 为简化起见，按RN16来校验灵敏度，金属性单相接地时，总的接地故障电流达385A，比任何一条10kV馈出线的电容电流都大得多，保护灵敏度显然没有问题。但经过渡电阻接地时，在电容电流较大的出线回路（主要指变电站到中心开关站的馈出线），其零序电流保护整定电流较大（取40A），则该保护只能检测出经100及以下的过渡电阻的单相接地，而对于过渡电阻100的情况，则保护灵敏度就不够。图315 专用绕组连接法 电缆线路单相接地的过渡电阻一般100，架空线相当一部分单相接地故障，故障点电阻值较大（见表32），保护灵敏度有些问题，而减小RN值不能解决问题，

59、因为单相故障电流主要取决于过渡电阻，RN值的影响则很小，对此尽量将架空线路电缆化；减小零序电流保护的整定值，该整定值只需考虑躲过本线段电容电流即可，不必考虑相间短路时的不平衡电流，因为相间短路保护的动作时限短，对电容电流较大的馈出线，可将该线路零序电流保护动作时限提高一个级差（由1.5s提到2s），降低电流整定值，用时限来避免相邻线路单相接地时引起保护误动作，这样相对提高了保护灵敏度。表32 各种接地的故障点电阻值 （单位为） 故障状态故障点电阻绝缘子闪络0200线路落在地上100300鸟类接触200300鸟类羽毛接触4000060000树林接触100006000 中性点经低电阻接地，限制了内

60、过电压倍数，改善了10kV配电设备的工作条件，提高了一部分绝缘设备的安全性，大大降低了故障率，供电可靠性高。但在低电阻接地运行方式下，当配电网中还有一部分架空线路时单相接地保护动作跳闸，有可能增加故障跳闸机会，对10kV电缆线路因故障率极低，这个矛盾不会突出，为进一步提高供电可靠性，应采取： （1）一部分架空馈出线，设置自动重合闸； （2）尽快加速架空线路电缆化改造； （3）对10kV电缆配电网进行改造，按（N+1）的结构模式组成环网； （4）逐步对10kV配电网进行改造，为配网自动化改造条件，在对故障点进行自动检测的基础上实现遥控摇信、缩短单相接地故障时的复电时间。 中性点改经低电阻接地可采