关于配电网中性点接地方式与配电网故障的研究

1、CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：关于配电网中性点接地方式与配电网故障的研究 学生姓名：吴书聪学号：924513100004班级:海南自考专业： 电力系统及自动化指导教师：林朝明2015年 4月一、毕业设计（论文）任务课题内容：关于配电网中性点的接地方式的问题有一些不同的观点，曾进行过长时间的讨论，也进行过不同的实践验证。在我们国家的配电网主要采用三种中性点接地方式，即：中性点对地绝缘、中性点经消弧线圈接地和中性点经电阻接地这三种接地方式，每种都有不同的特点和适用场合。本次毕业设计主要从对内、外过电压防护、配电网

2、运行维护和供电可靠性等方面对这三种接地方式进行分析、探讨，找出这三种接地方式的优点、缺点和适用场所以及在运行中应注意的问题。课题任务要求：主要研究内容:1、熟悉国内外配电网中性点接地的概况；2、分析各种接地方式的过电压情况；3、分析各种接地方式对供电可靠性的影响；4、研究各种接地方式的优缺点和适用场所。总结课题，完成毕业设计论文的写作，并通过毕业论文答辩。注：1、此任务书应由指导教师填写。 2、此任务书最迟必须在毕业设计开始前一周下达给学生。课题完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）：1、毕业设计论文2、英文翻译内容参考文献和外文翻译文件（由指导教师选定）：参考文献：1、李景禄，关于中压电网防

3、雷保护现状分析与探讨J，电瓷避雷器p3338。2、李景禄，信阳电网防雷现状分析J、电瓷避雷器 1991.6 p5253。 3、弋东方，关于 6-10KV 电网中性点接地方式的讨论，1997 年过电压学术讨论会论文集。4、李景禄，配电网自动跟踪补偿消弧装置J、高压电器 1999（5）p4244。 5、李景禄，ZXB-6-10KV，自动跟踪补偿消弧装置运行分析J、高电技术，1997（3）。6、李景禄，ZXB 系列自动跟踪补偿消弧装置J、中国电力，1998（8）。外文翻译： 英文论文 12 篇同组设计者：二、毕业设计（论文）工作进度计划表序工作进度日程安排毕业设计（论文）工作任务周号12345678

4、910111213141516171819次1阅读相关资料，完成英文翻译2熟悉国内外配电网中性点接地的概况3分析各种接地方式的过电压情况4分析各种接地方式的优缺点和适用场所及对供电可靠性的影响5整理撰写论文6论文修改7准备答辩8论文答辩910注： 1、此表由导师填写； 2、此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据； 3、进度安排请用“”相应位置画出。三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字日期签字日期签字日期签字注： 1.此表应由指导教师认真填

5、写。2“纪律组织”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3.“完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。4.对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或对其成绩降一等级。5.阶段分布由各院（系） 自行决定。四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1. 毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1)封面(2)扉 页(3)毕业设计（论文）任务书(4)中文摘要(5)英文摘要(6)目录(7)正文(8)参考文献(9)致谢(10) 附录（公式的推演、图表、程序等）(11) 附件 1：开题报告（文献

6、综述） (12) 附件 2：译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文)成绩评定书一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名）配电网中性点接地方式与配电网故障的研究关于配电网中性点接地方式的讨论摘要配电网中性点接地是一个涉及电力系统各个方面的极为重要的综合性问题，它与供电可靠性、设备安全、人身安全、过电压保护、继电保护、经济性等问题有着密切关系，对电力系统的设计与运行有着重大影响。电力系统中性点接地方式是人们防止系统事故的一项重要应用技术，具有理论研究和实

7、践经验密切结合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的技术基础。近年来我国的配电网进行了全面改造，配电网的结构发生了变化，配电网中性点的不同接地方式的选择关系到电网的安全可靠运行。本文介绍了国内外配电网中性地接地的概况，对采用不同的接地方式从内外过电压防护及供电可靠性等方面进行了分析，还比较了我国配电网中性地不同接地方式的优缺点和适用场所，探讨了配电网中性点接地方式选择的一般原则及发展趋势。关键词：配电网；接地方式；过电压；供电可靠性配电网中性点接地方式与配电网故障的研究 ON THE GROUNDING MANNERS OF NEUTRALPOINT IN DISTRIBUTION NET

8、WORKSABSTRACTDistribution neutral grounding is a matter of all aspects of power systems with extremely important and comprehensive issue，it is closely related to the power supply reliability, safety equipment，personal safety，over-voltage protection，relay protection，economy and other issues，it has a

9、major impact on the design and operation of power system.The neutral grounding of power systems is a major application for people to prevent accidents ， it has close characteristics with the combination of theoretical study and practical experience，thus the power system is the technical basis to ach

10、ieve security and economic operation.Recent years，Chinas distribution network has a comprehensive transformation，the different distribution network neutral point grounding mode of choice related to the power grid safety and reliability.This paper introduced the neutral grounded distribution network

11、profiles ， analyzed the over-voltage protection from internal and external power supply reliability and other aspects of the different grounded type，compared the different advantages and disadvantages of grounded place of the neutral distribution network in China，explored the general principles and

12、trends to the choice of neutral grounding of the distribution network .Key words: distribution network; grounding; over-voltage; supply reliability 配电网中性点接地方式与配电网 故障的研究 目录1 绪论11.1 课题背景及目的11.2 国内外配电网中性点接地的概况11.2.1 国外配电网中性点接地的概况11.2.2 国内配电网中性点接地的概况22 配电网中性点接地方式的分类和特点42.1 配电网中性点接地方式的分类42.2 配电网中性点接地方式的特

13、点43 各种接地方式的过电压情况53.1 过电压概述及系统过电压分析53.1.1 概要53.1.2 系统过电压分析53.2 中性点不接地配电网故障过电压分析63.2.1 对称配电网故障过电压分析63.2.2 不对称配电网故障的过电压分析73.2.3 发生单相故障时线路中各相电压变化分析93.2.4 中性点不稳定过电压103.3 中性点经消弧线圈接地的过电压分析103.4 中性点经电阻接地的过电压分析113.5 中性点直接接地的过电压分析134 各种接地方式对供电可靠性的影响144.1 供电可靠性的要求和影响供电可靠性的因素144.2 中性点不同接地方式与供电可靠性144.3 中性点经小电阻接地

14、方式154.4 单相接地电容15 配电网中性点接地方式与配电网 故障的研究 4.5 中性点经消弧线圈接地对供电可靠性的影响165 各种接地方式的优缺点和适用场所175.1 配电网中性点不接地175.1.1 中性点不接地的优缺点175.1.2 中性点不接地的适用范围175.2 配电网中性点经消弧线圈接地175.2.1 经老式消弧线圈接地的优缺点185.2.2 经自动跟踪补偿消弧装置接地的优缺点185.2.3 中性点经消弧线圈接地的适用范围195.3 配电网中性点经电阻接地195.3.1 中性点经高值电阻接地方式195.3.2 中性点经低值电阻接地方式205.3.3 中性点经中值电阻接地方式215

15、.4 配电网中性点直接接地215.4.1 中性点直接接地的优缺点215.4.2 中性点直接接地的适用范围216 总结22参考文献24致谢25 配电网中性点接地方式与配电网 故障的研究 1 绪论1.1 课题背景及目的中性点接地主要分为中性点有效性接地和中性点非有效性接地两类。其中中性点有效性接地包括直接接地或经低值电阻器或低值电抗器接地;非有效性接地包括不接地和经消弧线圈接地。中性点接地方式涉及电网的安全可靠性、经济性，同时直接影响系统设备绝缘水平的选择、设备过电压水平及继电保护的方式、对通讯的干扰等。中性点接地方式的选择，极大的影响电网的安全稳定。随着我国电网的发展，大电网的出现，城市电缆线路

16、的增多，电容电流的逐渐增大，中性点接地方式选择的重要性尤为明显。通过本课题的分析讨论，对配电网中性点各种接地方式的优点缺点进行探讨，针对各级电压网络，找出更好的接地方式，以达到实现电网的安全稳定运行的目的，这是非常必要的。1.2 国内外配电网中性点接地的概况 国外配电网中性点接地的概况世界各国的配电网采用的中性点接地方式随电压等级的不同而不同，并且在同一电压等级的配电网中，其接地方式也不尽相同。第一次世界大战时期，德国首先发明了消弧线圈接地1，当时该国对各种电压等级的电网中性点广泛采用了消弧线圈接地方式(也称谐振接地方式)，电网电压范围为 30220kV，自 1916 年投运以来积累了丰富的经

17、验，后因 220kV 电网事故较多，60 年代初就不再应用消弧线圈接地了。在柏林市的 30kV 电网中，共有电缆 1400km，其电容电流高达4kA，也采用了消弧线圈接地方式。美国在 20 年代中期至 40 年代中期，其 2270kV 电网中，采用快速切除故障的中性点直接接地方式约占 71%，且发展很快，1947 年以后，采用消弧线圈的接地方式才有了发展，配电网中经消弧线圈接地约占，经电阻或小电抗接地约各占，不接地约占。英国 66kV 电网中性点采用经电阻接地方式，而对 33kV及以下由架空线路组成的配电网，中性点逐步由直接接地改为经消弧线圈接地；由电缆组成的配电网，仍采用中性点经小电阻接地方

18、式。法国电力公司(EDF)从 1962 年开始，将城第 1 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究市配电网的标称电压定为 20kV，其中性点采用经电阻或经电抗的接地方式，限制接地故障电流数值要求如下：大城市的电缆配电网为 1kA，其它配电网为 300A。故障线路要求快速跳闸，但不考虑从故障发生到故障切除这段时间中的接触电压和跨步电压。至 80 年代，法国电力公司对 20kV 配电网中性点接地方式又提出了新的要求，即瞬时接地故障电流应降低到 4050A，同时要求考虑接触电压、跨步电压和低压设备绝缘等问题。并采取了一系列改进措施，如中性点经 120电阻接地,并在电阻旁并联一补偿

19、电抗，同时这个补偿电抗能自动跟踪调节，以保证安全运行。日本2各级配电网除个别地区外，1133kV 配电网中性点接地方式大体如下：消弧线圈接地约占 28%，电阻接地约占 30%，直接接地约占 2%,不接地约占 4%。其采用电阻接地方式时，一般限制接地电流数值为 100200A。东京电力公司所属配电网中，其中性点接地方式为 66kV 的配电网分别采用经电阻、电抗、消弧线圈接地;22kV 系统采用电阻接地方式。前苏联曾规定 366kV 电网中性点采用消弧线圈接地方式，110kv 采用中性点直接接地。莫斯科市配电电缆网络至今仍是中性点经消弧线圈接地的运行方式。又如意大利、加拿大、日本、瑞典和美国等在中

20、压配电网升压运行后，大部分电网中性点都采用直接接地的运行方式。总之,世界各国的配电网中性点在 50 年代前后，大都采用经消弧线圈接地方式；到 60年代以后，逐步采用直接接地和低电阻接地方式，但也不尽相同。通观世界各国电力系统中性点接地方式和 IEC 规定，可分为 4 类 9 种，即：（1）中性点经电阻接地系统，又分为高、中、低电阻接地方式；（2）中性点经电抗接地系统，又分为高、中、低电抗接地方式；（3）中性点不接地或经消弧线圈(谐振)接地方式；（4）中性点直接接地系统。 国内配电网中性点接地的概况建国初期至 80 年代，我国完全参照了前苏联的规定，对 3-66kV 电网中性点主要采用不接地或经

21、消弧线圈接地 2 种方式3。80 年代中期，我国城市 10kV 配电网中电缆线路逐渐增多，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，如果发生单相接地时间一长，往往会发展成为两相短路。对此，国内开始重新考虑合适的接地方式，从 1987 年开始，广州部分变电站为了满足 10kV 电缆较低的绝缘水平，采用了低电阻接地方式；随后，深圳根据其 10kV 配电网电缆不断增加的实际，从 1995 年开始实施 10kV 配电网中性点采用低电阻接地方式的工程；天津电缆网比较多，过去以消弧线圈接地为主，现在对 35kV 电缆网试行低电阻接地方式，运行情况正常；苏州工业园区，其配电网采用第 2

22、页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究20kV 供电，全部为电缆线路，中性点也采用低电阻接地的运行方式，自 1996 年正式投运至今，运行正常。上海在 90 年代对 35kV 配电网全面采用低电阻接地的运行方式。针对上述情况，原国家电力部对原 SDJ7-79电力设备过电压保护设计技术规程进行了修订，在颁布的新规程即国家电力行业标准 DLT620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中，对有关配电网中性点接地方式做了重大修改4：（1） 将原规定 3-10kV 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，修改为单相接地电容电流大于 10A 时即要求安装消弧

23、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 6-35kV 主要由电缆线路构成的系统，其单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地的运行方式。（3）对于 6-10kV 系统以及发电厂厂用系统，其单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地的运行方式。1.3 论文的构成及研究内容本文的第一部分介绍了课题的研究背景和目的，以及国内外目前的研究现状；第二部分主要介绍了配电网中性点的各种接地方式的优缺点及其适用场所；第三部分主要介绍了各种接地方式的过电压情况，分析了过电压产生的原因；第四部分对不同接地方式的供电可靠性进行了分析；第五部分对

24、全文进行总结，最后得出结论。第 3 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究2 配电网中性点接地方式的分类和特点2.1 配电网中性点接地方式的分类电力系统中性点接地方式指的是变压器星型绕组的中性点与大地的电气连接方式。由于对各种电压等级电网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5：即小电流接地方式和大电流接地方式。简单的说小电流接地方式指的是中性点非有效接地方式，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻接地等，大电流接地方式指的是中性点的有效接地方式，包括中性点直接接地

25、和中性点经低电阻接地等。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。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跳闸。2.2 配电网中性点接地方式的特点采用小电流接地方式的系统我们称之为小电流接地系统，采用大电流接地方式的系统我们称之为大电流接地系统。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，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；（2）当系统带故障运行时，非故障相

26、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。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，必须迅速切除接地相甚至三相，因而供电可靠性低；（2）由于故障时不会发生非接地相对地电压升高的问题，对于系统的绝缘性能要求也相应降低 。第 4 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究3 各种接地方式的过电压情况3.1 过电压概述及系统过电压分析3.1.1 概要供配电系统主要是由电动机、变压器、断路器及电缆等设备组成。由于各种因素的影响，使得电气设备随

27、时可能受到外部过电压的侵袭，过电压出现的时间虽然短，但由于其峰值高、波形陡，对电气设备造成的威胁很大。偶尔一次过电压可能不会将电气设备即刻损坏，但已使绝缘水平受到了不可逆的损害，多次过电压的累积作用使设备的绝缘耐受能力逐步下降，以至于最后一次并不大的电压冲击都能使绝缘击穿。因此，研究过电压的产生机理、量值范围，从而恰当地进行保护设备的选择与设计，是保证电气设备安全运行的一项重要工作。以往的电气设计中并不是常常将供电系统作为一个整体予以重视，以至于电气设备绝缘因为过电压而损坏的现象时有发生，大型电气设备的损坏往往会严重影响企业的安全生产和经济效益。 系统过电压分析为了保证电气设备及其保护装置的安

28、全运行，首先必须了解过电压的产生机理、量值范围等，按照过电压产生的原因，现将中压配电网中的各种过电压概要说明如下6：（1）操作过电压：真空断路器在操作时，可能由于截流、重燃或三相同时开断等原因而产生操作过电压。操作过电压主要表现为相间过电压，最高可达到 3.5 倍 U，电压波形最宽处不超过 5ms；而相对地过电压一般较低，不会对设备造成危害。（2）雷电过电压：雷电过电压又称为外部过电压或大气过电压，是由直击雷或感应雷活动引起的，直接雷击的可能性仅存在于有室外配电装置的总变电所及其引入或引出的外部架空线路上；对于电缆进出线的厂区变电所以及相关的电气设备一般会承受雷电侵入波过电压的冲击，根据国内实

29、测结果表明，雷电侵入波过电压主要表现为相对地过电压，其峰值可能达到额定相电压的 6 倍以上，但持续时间很短，一般为微秒级。（3）电弧接地过电压：在中性点不接地系统中，如果发生单相间歇性的“熄弧重燃”接地，就会形成一个高频振荡过程，造成间歇性的弧光接地过电压，经过二次燃弧以后，第 5 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究两健全相的最大电压为 3.5 倍相电压7，故障相不存在振荡过程，最大过电压为 2.0 倍相电压。由于这种过电压的持续时间可达数十分钟或更长，波及范围广，在整个电网某处存在绝缘弱点时，即可在该处造成绝缘闪络或击穿，因此，弧光接地过电压的危害性大。（4）PT 铁

30、芯饱和谐振过电压：此种过电压产生的原因可以分为高次谐波、工频和低分次谐波谐振等三种。第一种是在投入空母线时产生，过电压幅值较高，可使母线、主变绝缘闪络，以及 PT 烧坏等。后两种多在运行中的电网产生，幅值多在 23 倍相电压间，而且特性很不稳定，作用时间可达数分钟或十几分钟，待 PT 或高压保险熔断后，系统电压恢复正常。（5）配变高压绕组接地谐振过电压：对于运行当中的三相配电变压器来说，当高压绕组因匝间短路引起接地，以及高压保险同时熔断时，均可能因谐振而产生过电压。根据试验研究结果，当高压绕组一点接地时，过电压可达到 2.38 倍，异相两点接地时，过电压为2.73 倍，其作用的时间可达数分钟或

31、数十分钟，直到发生故障的变压器脱离系统为止。当接地相的高压保险同时熔断时产生的过电压可达 3.133.36 倍，时间一般不会超过 2s。此外，当两台配电变压器各点接地时，过电压最大值可达 3.54.06 倍。（6）单相接地时切断空载线路过电压：当系统发生单相金属性接地故障时，此时如果切断空载线路可产生 5.0 倍以上的过电压，该过电压可能直接引起避雷器爆炸和设备损坏。3.2 中性点不接地配电网故障过电压分析 对称配电网故障过电压分析简单的配电网络中，假定网络的三相电源 EA， EB，EC 是对称的，线路的对地电容 CA，CB，CC 是相等的，并假定网络的中性点 O 是不接地的，如图 31 所示

32、。EAUCEB0 UB EC UA CACBCC图 31 简单三相配电网当系统正常运行时，由于电源电压及线路参数都是对称的，所以中性点的电压 U0=0，第 6 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究线路电压 UA、UB、UC 也都是对称的，相量如图 32（a）所示。然而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 31 的电路知，非故障相 B 相和 C 相的电压 UB和 UC分别为:U ' B =U '0 +U=U- E=e- j15

33、003 EABBAU 'C =U '0 +U C =U C - EA =3 EA e+ j1500（3-1）故障时的电压相量如图 32（b）所示。从故障相量图和公式（31）可以看出，在系统发生故障时，故障相的电压为零，而非故障相的电压幅值都上升了 3 倍，二者的上升幅 度是相同的，它们之间的相位差为 60°，此时三相的对地电压是不对称的，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。EAEAECEBOCEB UCUBEa 正常时b 故障时图 32 对称网络电压相量图3.2.2 不对

34、称配电网故障的过电压分析我国的实际配电网络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，甚至根本就不考虑交叉换位，因此各相的参数是不相同的，各相的阻抗及对地导纳也都不完全相等。在这些参数中，对中性点电压影响最大的是线路得对地分布电容。假设图 33 的网络中三相对地的电容分别为 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U 0=E AYA + E BYB+ EC YC（3-2）YA+YB+YC第 7 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究其中，YA、YB、YC

35、 分别为三相对地导纳。以 A 相为基准，忽略电导，式（3-2）可以改写为如下式子U 0= -U AC +a 2C+aCABCCA + CB+ CC（3-3）其中，a = e+ j1200 。从公式（33）可以看出，线路的分布电容直接影响到系统得中性点电压，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，即相位发生了变化。所以，对于线路参数不对称的配电网络来说，在系统正常运行时，中性点的电压就产生了偏移，根据式（31）可知，A、B、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 33 展示了当 CA>CB>

36、;CC 时，系统电压的相量图。UA EAOUC UBEC EB图 3-3 不对称网络电压相量图设在 A 相发生单相接地故障，即 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（33）可近似得到中性点电压U ' 0 为：U '0 = -UAa 2CB +aCCCB+ CC（3-4）由式（34）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，当 CB 和 CC 的大 小改变，非故障相电压以及中性点电压都随

37、着发生变化。如图 34 的相量所示，当 B 相对 地的电容大于 C 相对地电容时，U ' 0 在相位上更接近U B ，同时 B 相过电压的幅值比 C 相过 电压的幅值高。反之，则U ' 0 在相位上更接近U C ，B 相过电压的幅值比 C 相过电压的幅值第 8 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究低。从这里我们可以看出，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也不一样，与对称系统的非故障相电压的等幅上升的结论是不相同的。UAUAOOUCUUUBOBCOUCUBUCUBB相电容大C相电容大图 3-4 不对称网

38、络故障时的电压相量图3.2.3 发生单相故障时线路中各相电压变化分析从以上分析可知，中性点不接地的配电网络中，当发生单相接地故障时，系统产生了零序电压和不对称电压，使得故障点故障相的电压为零，非故障相的电压幅值升高，当线路参数不对称时，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。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变化到故障点的电压，图 35 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。EAUAU

39、A=0OOUAEC EB UCUBOUBUCUBUCUo图 3-5 不对称网络故障时线路的电压相量图由上可知，对于中性点不接地且线路没有经过完全交叉换位的配电网络，系统的故障第 9 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究过电压与线路分布电容的大小有直接的关系，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，明显出现电压相位不对称的情况。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，还必须考虑到不对称电压的因素。 中性点不

40、稳定过电压中性点不稳定过电压在国内外的电力系统中均曾普遍发生，是新建和检修后的电气设备在投入运行时发生损坏的重要原因之一，同时也是电压互感器烧毁及其高压保险丝频繁熔断的重要原因。在中性点不接地的条件下，偶遇激发，此种过电压便容易产生，对安全运行造成的威胁较大。在电网中性点不接地、电压互感器的对地感抗与电网的对地容抗相互匹配时，由于突然投入空母线或电网发生瞬间电弧接地等原因，使电压发生突变，引起电压互感器铁心饱和，导致三相对地导纳的不对称，便可能产生基波、低分次谐波或高次谐波等三种不同频率的中性点不稳定过电压。而且在同一次过程中，还可能产生两种不同频率的过电压，即从一种频率的谐振状态，自动转变到

41、另一种频率的谐振状态。谐振状态可以持续较长时间，有可能突然自动消失8。当产生基波谐振时，因中性点位移电压与接地相电压反相，零电位点必须移到线电压三角形之外，该相电压显著降低，但并不为零，即所谓的一相反倾；其余两相电压升高，数值超过线电压；开口三角形绕组的电压也会超过相电压。当产生低分次谐波谐振时，三相电压与正常情况相比，依次轮流升高，电压表的指针在相同的范围内出现低频摆动，开口三角形同时也会出现分频零序电压。当产生高次谐波谐振时，因中性点出现高次谐波的位移电压，它与工频电压叠加后三相电压同时升高，其中一相电压尤其高，开口三角形绕组同时会出现过电压。3.3 中性点经消弧线圈接地的过电压分析消弧线

42、圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一感性电流，补偿接地的电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度下降，达到熄弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效地降低产生弧光接地过电压的几率，还可以有效地抑制过电压的幅值，同时也最大限度的减小故障点的热破坏作用及接地网的电压等。所谓第 10 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究正确调谐，就是电感电流接地或电感电流等于电容电流，工程上用脱谐度来描述调谐程度n = (IC - I L ) IC（3-5）当=0 时为全补偿，当<0 时为过补偿，当>0 时为欠补偿。从发挥消弧线圈的作 用上来看，脱

43、谐度的绝对值越小越好，最好处于全补偿状态，但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。 消弧线圈运行在全补偿状态时，单相接地故障点电流为零，电网零序电抗 X 0 ，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，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，非故障相电压 从小于线电压升至接近线电压。在电网正常运行时，消弧线圈处于全补偿状态或接近全补偿状态，虽有串联谐振电阻 将稳态谐振过电压限制在允许范围内，但是电网中的各种扰动（大电机投切，非同期合闸， 非全相合闸等），使得其瞬态过电压危害较为严重。在零序回路中，消弧线圈的

44、感抗与电压互感器的励磁电抗是并联的关系，而消弧线圈 的感抗要比电磁式电压互感器的励磁电抗小得多（相差几个数量级），因而电磁式电压互感 器的励磁电抗也就被消弧线圈的感抗所制约，也就产生不了因电磁式电压互感器的磁饱和 所引起的三相不平衡，也产生不了铁磁谐振过电压，其消协效果是其他任何形式的消谐器 所无法比拟的。但是配电网经消弧线圈接地对由断线故障引起的谐振无能为力，其效果不 如电阻接地的阻尼效果好。配电网经消弧线圈接地，特别是经自动跟踪补偿消弧装置接地，由于消弧装置始终把接地残流控制在 10A 以下，小于熄弧临界值（）,在加上消弧装置可以减缓弧隙恢复电压的上升速度，能够促使电弧可靠熄灭，避免重燃。

45、另一方面，串接在电抗器与大地之间的阻尼电阻器起着吸收能量及阻尼的作用，能够有效地抑制弧光接地过电压的幅值。据 ZXB 系列自动跟踪补偿消弧装置的现场试验证明，能把弧光接地过电压的幅值限制到以下。3.4 中性点经电阻接地的过电压分析中性点经电阻接地系统可以降低单相接地工频过电压，能快速切除故障线路9。这对于有积累效应的电缆线路的绝缘是有力的，同时为无间隙的氧化锌避雷器的安全运行创造第 11 页 共 25 页关于配电网中性点接地方式的讨论与故障的研究了有利条件。经小电阻接地的系统在弧光接地过电压时间歇性电弧积聚的电荷可通过泄漏入地，中性点电位很快衰减，所以过电压幅值明显降低，一般小于 2.5 倍相

46、电压，明显小于消弧线圈产生的过电压幅值。在中性点不接地系统中，因电磁式电压互感器的电感与对地电容形成非线性谐振回路，发生单相接地时会产生分频、工频或高频铁磁谐振过电压。在 TV 的中性点串电阻或在 TV二次侧开口三角形绕组接入消谐器的效果并不明显，仍发生 TV 的熔断器熔断、TV 过热烧坏等现象。在中性点经电阻接地后谐振无法产生，所以，电阻接地方式也是消除铁磁谐振过电压有效的措施。中性点不接地的配电网发生单相接地故障时，之所以会产生较高的过电压是由于线路电容上的残余电荷不能及时泄放掉。如果中性点经电阻接地，则在电弧熄灭期间中性点接地电阻为线路电容提供了一个零序放电回路，如图 36 所示（假设接地相为 C 相）。UACAUBCBRN图 3-6 等值零序放电回路由于 A、B 两相的电容都经过中性点电阻 RN 放电，故对每一相电容来说，放电常数为2RNC。根据前述分析，要使线路电容上不致出现电荷积累，就必须在电弧两次重燃之间把线路电容上的电荷泄放掉。如果以 f 表示电源频率，则电弧两次重燃的平均时间间隔为12 f 。若使电容上的电荷泄放完的话，需要 35 倍的时间常数，故应有1 2 f = (3