电力工程课件(自编)第6部分

山东建筑大学尹春inchunjie@126.com

电力工程

ELECTRICPOWERENGINEERING

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

主要内容：

0、前章回顾

1、电力系统运行状态2、电力系统接地方式3、小电流接地系统单相接地故障分析4、小电流接地系统接地保护构成原理

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析前章回顾：主要的电力设备：

线路、变压器-功能、指标、模型及参数折算；

断路器、隔离开关、负荷开关、真空接触器-分合控制；

避雷器、熔断器-系统保护；

电压互感器、电流互感器-一次系统监测。典型电气主接线方式

有母线：单母线、单母线分段、单母线(分段)带旁路、双母线、双母线(分段)带旁路、3/2开关接线；

无母线：内桥、外桥、单元接线、角型等。！问题：电力系统厂/站为什么要有母线？第6部分电力系统接地方式及接地故障分析1、电力系统运行状态分析

各种电力设备按特定的接线方式连接构成电力系统网络，实现电能的输送。1.1、电力系统运行状态概括起来，电力系统可分为以下三种运行状态：正常状态：可实现长期运行。额定条件下运行，连续、稳定合格电力供应，期望状态。不正常状态：允许短时运行。由于各种原因使电力设备或系统运行参数偏离其容许值。如电压过高或过低、频率偏差过大、过负荷（电流超出容许值）及设备本身异常如温度过高、压力异常等。危害：设备或系统长时间偏离其容许的运行参数可能导致设备损坏，引发电网故障;在电网故障时不能做出正确反映扩大故障范围，如控制回路断线。

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析故障状态：故障电网停止运行，电能输送中断。

由于设计安装问题、设备老化、操作维护不当、环境气候等各种人为或自然因素导致运行中的电力系统发生各种形式的结构性异常变化，使电力系统的正常工作遭到严重破坏，导致部分区域停电、电能质量严重下降、设备损坏甚至电网稳定破坏。有关故障状态的几个基本概念：短路：正常状态以外的一切相-相、相-地之间的短接；另外有电动机、变压器同相绕组的匝间短路。永久性故障：指故障发生后永久存在，不会自行消失；瞬时性故障：故障发生后经过一小段时间后可自行消失。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析1.2、引发电网故障的主要原因：

设备绝缘损坏：绝缘降低导致短路发生；自然气候：雷击、冰冻、暴雨、地震等；人为因素：误操作、误破坏等。1.3、主要故障类型横向故障：主要指各种永久或瞬时性异常短路状态；如三相短路、相间短路、接地短路等；纵向故障：主要指某一相或几相发生异常断线导致系统进入非全相运行或三相供电停止。复杂故障：同一地点几种不同基本类型的故障同时发生或不同地点同时发生故障；如相间接地短路等。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析常见故障统计：三相短路3.1%；两相短路0.5%；两相接地短路7.8%；单相接地88.6%；断线等3.3%.注意：各种故障类型的标识方式。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析1.4、电网短路故障的危害短路电流剧增产生过量热应力及电动应力。短路引起的强烈电弧烧损故障元件及周边设备。系统电压急剧下降，导致电压崩溃，引发大面积停电。引发系统振荡甚至系统失稳。不对称故障导致负序分量，严重危害发电机、电动机；对通讯设备产生强烈干扰。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

1.5全球电网大停电事故示例第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

*2002-2009年度全球大停电事故记录第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析1.6、应对电网故障的主要措施

电网安全稳定关乎国计民生，必须针对各种电网故障采取有效手段，确保电网可靠运行。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析我国加强电网安全的主要措施：上世纪80年代，中国根据当时的国情提出了抓电网安全从继电保护着手；上世纪90年代末开始连续进行城网、农网大面积改造；本世纪初开始坚强智能电网建设并多角度开展分布式发电、微电网新技术研究与试点。国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”上提出了名为“坚强智能电网”的发展规划。规划提出，将分三个阶段推进“坚强智能电网”的建设：*2009年至2010年为规划试点阶段，重点开展规划、制定技术和管理标准、开展关键技术研发和设备研制，及各环节试点工作；*2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设；*2016年至2020年建成统一的“坚强智能电网”。注：当前国内关于三华交流同步电网的安全稳定性争议。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析几点提示：“电”是现代社会生产、生活重要的二次能源，安全稳定的电力供给直接关乎国计民生；对电力系统来讲，可靠的电气设备、恰当的电气主接线方式非常重要，但远远不够；发、输、变、配、用电的每一个环节事关电力安全可靠供给，小到一户、一厂、一村、一镇，大到跨省域、跨国域，做为一个电气专业科学研究、工程技术人员应树立：

安全意识：人身，设备，系统；

责任感：即使小到一个乡村、企业电工亦责任重大，关乎电力安全可靠供应，应认清责任、背负压力、发奋学习，做一名真正合格的电力、电气专业技术人员。

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析2、电力系统接地方式2.1、接地的基本概念定义：把电网中设备的某一部分通过接地电极与大地紧密连接起来。接地的作用防止人身遭受电击：将人可触及的设备保持地电位。防止设备遭受损害：防止静电、雷击：保证电力系统正常运行：接地的分类工作接地：电力系统的某一点直接或经特殊设备与大地电气连接，保证

电力系统正常运行。保护接地：防止故障导致设备异常带电造成人身危害。防雷接地：将雷电流引入大地，避免设备、人身危害。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析2.2、电力系统工作接地及分类为保证电力系统正常工作，通常要对电力系统做接地处理。2.2.1、电力系统接地点的选择电力系统接地点一般选在变压器中性点处，无中性点时采用专门的接地变压器取得中性点。2.2.2分类及特征根据中性点接地方式不同，分为大电流接地及小电流接地。*大电流接地系统：中性点直接接地、经小电阻接地方式。特征：发生单相接地时，故障相对地电压降低，电流激增；非故障相对地电压不变；接地后必须迅速切除故障区域。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析*小电流接地系统：消弧线圈接地、经大电阻接地、不接地特征：发生单相接地时，故障相对地电压降低；非故障相对地电压升高；故障电流为线路对地电容电流，一般故障电流较小，允许带故障运行一段时间。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析2.3、系统接地方式选用原则通常综合考虑以下主要因素：*

供电可靠性：小电流系统接地后可短时继续运行；*

过电压、安全因素：小电流系统接地导致非故障相电压高*

继电保护选择性和灵敏性：大电流系统接地故障量大；*

通讯信号干扰。

我国110KV及以上电压等级的电网为大电流接地系统，35KV/66KV及以下电网多为小电流接地系统。小电流接地系统的接地方式以中性点不接地或经消弧线圈接地为主。下面对分别就两种方式单相接地故障特征进行分析。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3、小电流接地系统分析3.1、中性点不接地方式*系统正常运行时：三相对地电容平衡：CA=CB=CC=C0三相电压平衡，零序电压为零:3U0=UA+UB+UC=0三相对地电容平衡，各相电容电流平衡，零序电流为零:3I0=IA+IB+IC=(IA0+IBO+ICO)+(IfhA+IfhB+IfhC)=0第6部分电力系统接地方式及接地故障分析*发生单相接地故障后例：C相d点发生金属性接地故障。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析接地故障特征：C相对地电压：UC’=0;A相对地电压：UA’=UA-UC=UACB相对地电压：UB’=UB-UC=UBC零序电压：3U0=UA’+UB’+UC’=UA+UB-2UC=-3UCA相电容电流：I0A’=ICA’=UA’WC0B相电容电流：I0B’=ICB’=UB’WC0C相电容电流：ICC’=0,I0C’=-3I0零序电流：3I0=ICA’+ICB’+ICc’=-3UCWC0=3U0WC0零序电流3I0流经接地点。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析要点：U0=-UC;I0C=-3I0;

UA’=UACUB’=UBCI0A’超前UA’90度；

I0B’超前UB’90度；

3I0超前U090度；

I0C’滞后U090度。

第6部分电力系统接地方式及接地故障分析结论：不接地系统发生单相金属性接地故障时，非接地相对地电压可升高至线电压；零序电压升高至相电压；零序电流取决于线路对地电容，线路越长，零序电流越大。中性点不接地系统单相接地电容电流的主要危害：在发生弧光接地时容易引发3.5倍以上的过电压，导致设备绝缘损坏，扩大故障；引发铁磁谐振过电压，导致PT等设备损坏、扩大事故；加剧意外触电事故的烧灼危害；接地点电弧不能自熄时易导致相间短路。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析中性点不接地方式适用范围：第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3.2、中性点经消弧线圈接地方式正常运行时，3U0=0,3I0=0.下面以C相d点金属性接地为例分析接地故障特征。流经接地点D的故障电流为:I0C=IL+IC,分两个部分：*IC:由于对地电容不平衡产生的电容合成电流；*IL:零序电压经消弧线圈产生的电感电流。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3.2.1、关于电容电流IC根据3.1的分析结果，可得到：IC=-3I0=3UCWC0=-3U0WC0零序电压:3U0=-3UC

各向量间的关系如图所示。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3.2.2、关于消弧线圈电流IL如图所示，设消弧线圈电感为L,电感电流可表示为：IL=UC/WL=-U0/WL

IL相位滞后UC90度，超前U090度。

各向量间的关系如图所示。可以看出：

IL与IC方向相反，相位相差180度。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3.2.3、关于补偿度与脱谐度如果选取：IL=IC，即：3WC0=1/WL，LC0=1/3W2则电感电流完全补偿电容电流，称为完全补偿。同理，

欠补偿：IL<IC;接地后通过补偿，仍有部分电容电流；

过补偿：IL>IC;接地后全部补偿电容电流，仍有部分剩

余电感电流；注：为防止串联谐振引发过电压，多采用过补偿方式，补偿度K>1,脱谐度为负值。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析3.3、中性点经消弧线圈接地方式适用范围

DL/T620【交流电气装置的过电压保护和绝缘配合】里3.1.2条有明确的规定：3-10KV不直接连接发电机的系统和35、66KV系统，当单相接地电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。

A、3-10KV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35、66KV系统，10A。B、3-10KV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，不同电压等级的限定接地电流值为：a）3KV和6KV时，30A；b）10KV时，20A；c）3-10KV电缆线路构成的系统，30A。第6部分电力系统接地方式及接地故障分析4、小电流接地系统接地保护构成原理

我国6-35kV的配电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，其优点是发生单相接地时接地故障电流小，三相线电压依然对称，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，一般情况下可以连续运行1～2h。但由于非故障相对地电压升高到线电压，长期运行可能引起绝缘薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。因此，在发生系统接地后准确地选出故障线路对提高配电网的供电可靠性大有裨益。系统单相接地判据：3U0越限，通过监视3U0很容易实现。故障线路确定：

传统做法-逐条拉路停电，寻找接地线路。

自动选线技术-信号注入法、比幅、比相、五次谐波法等第6部分电力系统接地方式及接地故障分析4.1、中性点不接地系统

*故障特征：3U0越限；全部电容电流流经故障线路；非故障线路零序电流超前零序电压，故障线路3I0滞后3U0.第6部分电力系统接地方式及接地故障分析*中性点不接地系统常用接地选线判别方法系统接地判别：

当3u0大于设定值，判断为系统发生接地故障；采用比幅法确定接地线路：

比较各条线路的3i0幅值，最大的诊断为接地线路。采用比相法确定接地线路：

比较零序电压及零序电流的相位差，零序电流滞后零序电压的线路诊断为接地线路。