论文部分内容阅读
【摘 要】在防止事故的发生中，中性接地技术发挥著越来越重要的作用。随着我国城市用电的大规模发展和海上风电的快速兴起，出现了更多的电缆供电线路，一旦发生单相接地故障，更容易导致故障的扩大以至于系统崩溃。所以研究电缆网络接地方式、电阻选择、变压器保护配置等开始变得十分重要。本文对小电阻接地方式和接地变压器进行了分析，并对零序电流进行仿真，可作为零序保护的参考。
【关键词】电阻接地 电力系统 保护方法
1 引言
在新中国建设初期，电网运行很少选择接地保护，特点就是在发生故障后系统仍然能够保证正常工作，提高了供电的可靠性。但是大规模用电的需求，电缆逐渐变成主要的供电线路，一旦发生单相接地故障，更容易导致故障的扩大以至于系统崩溃。伴随电网的发展历程，接地保护方式也在不断革新变化。以前是直接接地和不接地，现在有谐振接地和电阻接地。直接接地和电阻接地属于有效接地方式，而不接地、谐振接地和高电阻接地属于非有效接地方式。这些接地方式按照接地电流大小可分为大电流接地和小电流接地方式。不同的接地方式运行存在差异，我国各地区发展情况不同，有采用小电阻接地方式的，也有采用消弧线圈接地方式的，各有利弊，很难说哪一种好，没有标准统一的准则。
2 接地故障和保护概述
故障接地是指导体由于某种原因意外与大地连接，单相接地短路故障最为常见。单相接地故障一般发生在多雨、潮湿的天气里，由树枝、小动物、绝缘子单向击穿等原因造成。不仅仅影响了供用电，也很有可能发生供电设备短路烧毁，发生重大事故。单相接地短路有电流剧增的特点，其跨步电压对对人身安全严重威胁。加强对短路故障保护的研究，保障系统安全稳定运行显得十分重要。
我国的继电保护技术，从最初的晶体管保护技术发展到现在的微处理器保护控制系统，经历了几代变革。电力系统发生故障后有两个特点：电流急剧增加和电压迅速减小。仅仅检测电压电流的变化不足于充分反映电力系统的运行情况，利用负序、零序电流电压或功率这些只存在故障状态下的量来进行判别正常状态和故障状态更加准确。目前，小电阻接地方式在电缆网络中被广泛使用，所以研究小电阻接地系统的单相接地保护是个重要的方向，需要不断发现问题并解决问题，对保护系统改进完善。
3 影响接地方式的关键因素
不同的接地方式会有不同的特点，针对电缆接地方式，应保证以下几条关键因素。⑴供电的可靠性，供电可靠一直是供电部门的生命线，是供电质量的重要指标。随着智能电网的发展，现在综合运用加强电网结构、配用电自动化、协同调度控制等手段来保证供电的可靠性。⑵线路设备绝缘水平，不同的接地方式会在设备绝缘水平上有所不同。一般来说，从降低过电压和绝缘水平的关系来考虑，系统中性点采用接地程度越高的接地方式，越有利于绝缘。⑶内部过电压，如果中性点不接地系统发生了断线现象，就会产生一定的谐振过电压。加入接地电阻后，过电压现象就会有效的被抑制，基本不会发生断线谐振过电压。⑷继电保护可靠性，从继电保护角度分析，使用大电流接地方式的保护系统是更加可靠的，零序保护可采用一段式过电流或二段式速断流保护。⑸人身安全，系统建设首要考虑的问题就是人身安全，遭遇雷击断线或者高压线误连等情况，中性点电阻接地系统会理解跳闸，有效避免事故的发生。可见，故障快速切除是确保人身安全的有效方法。
4 Z型接地变压器的分析
不接地系统一旦发生事故，就会造成很大的损失。为了解决这个问题，可以设置一个可靠地中性点。变压器（比如Z型）对于无中性点引出来的系统非常关键。Z型接地变压器的结构式，内部是一个三相三柱式的铁芯，缠绕三个铁芯柱构成绕组，并把绕组分为相同而极性相反的两段，再将三相绕组连接成星状，就构成了接地变压器。接地变压器在制造上有一个突出的结构特点，提供了一个中性点连接电阻或消弧线圈。在电网工作正常情况下，具有电磁特性好、阻抗高、损耗小等特点。特别是Z型变压器对正序或者负序电流阻抗非常大，对零序电流却呈现低阻抗。
5 单相接地故障时零序电流实验
通过PSCAD仿真软件包建立40kV海上风电系统模型，并进行仿真，仿真图如图5-1所示，该模型采用母联断路器连接，具有双母线结。其中M母线设置在左侧，N母线设置在右侧，两母线通过两主变（左侧为主变1，右侧为主变2）与220KV出线相连接，从左到右馈线以此为1—8。具体实验时，故障会分别发生在馈线2中段和母线上。我们仿真时要求两地变压器独立地接在母线M、N上，要求两母线并列运行。其中每条电缆长度均设置为10Km，馈线采用集中参数模型。中性点小电阻为20，忽略过渡电阻的影响，接地变压器采用3个单相变压器接线而成。
图5-1 系统零序电流仿真模型
本实验采用中性点经电阻接地方式，用PSCAD软件搭建仿真模型，对线路接地故障和母线接地故障情况下的零序电流分布进行了实验分析，可作为零序保护的参考。
6 结束语
中压配电网中性点接地方式的选择有了新的发展，传统的不接地方式已经很难满足电网的需求，电力电缆大量使用，小电阻接地方式逐渐被采用，当发生单相接地故障时能迅速跳闸，保证系统的安全稳定。本文主要研究中性点经电阻接地系统的零序电流和接地保护，在PSCAD仿真软件下，设置系统参数搭建仿真模型，并对40kV系统模型进行了单相接地故障实验，分析了接地变压器工作在零序电流的分布情况，为零序电流保护提供一定的参考。
【关键词】电阻接地 电力系统 保护方法
1 引言
在新中国建设初期，电网运行很少选择接地保护，特点就是在发生故障后系统仍然能够保证正常工作，提高了供电的可靠性。但是大规模用电的需求，电缆逐渐变成主要的供电线路，一旦发生单相接地故障，更容易导致故障的扩大以至于系统崩溃。伴随电网的发展历程，接地保护方式也在不断革新变化。以前是直接接地和不接地，现在有谐振接地和电阻接地。直接接地和电阻接地属于有效接地方式，而不接地、谐振接地和高电阻接地属于非有效接地方式。这些接地方式按照接地电流大小可分为大电流接地和小电流接地方式。不同的接地方式运行存在差异，我国各地区发展情况不同，有采用小电阻接地方式的，也有采用消弧线圈接地方式的，各有利弊，很难说哪一种好，没有标准统一的准则。
2 接地故障和保护概述
故障接地是指导体由于某种原因意外与大地连接，单相接地短路故障最为常见。单相接地故障一般发生在多雨、潮湿的天气里，由树枝、小动物、绝缘子单向击穿等原因造成。不仅仅影响了供用电，也很有可能发生供电设备短路烧毁，发生重大事故。单相接地短路有电流剧增的特点，其跨步电压对对人身安全严重威胁。加强对短路故障保护的研究，保障系统安全稳定运行显得十分重要。
我国的继电保护技术，从最初的晶体管保护技术发展到现在的微处理器保护控制系统，经历了几代变革。电力系统发生故障后有两个特点：电流急剧增加和电压迅速减小。仅仅检测电压电流的变化不足于充分反映电力系统的运行情况，利用负序、零序电流电压或功率这些只存在故障状态下的量来进行判别正常状态和故障状态更加准确。目前，小电阻接地方式在电缆网络中被广泛使用，所以研究小电阻接地系统的单相接地保护是个重要的方向，需要不断发现问题并解决问题，对保护系统改进完善。
3 影响接地方式的关键因素
不同的接地方式会有不同的特点，针对电缆接地方式，应保证以下几条关键因素。⑴供电的可靠性，供电可靠一直是供电部门的生命线，是供电质量的重要指标。随着智能电网的发展，现在综合运用加强电网结构、配用电自动化、协同调度控制等手段来保证供电的可靠性。⑵线路设备绝缘水平，不同的接地方式会在设备绝缘水平上有所不同。一般来说，从降低过电压和绝缘水平的关系来考虑，系统中性点采用接地程度越高的接地方式，越有利于绝缘。⑶内部过电压，如果中性点不接地系统发生了断线现象，就会产生一定的谐振过电压。加入接地电阻后，过电压现象就会有效的被抑制，基本不会发生断线谐振过电压。⑷继电保护可靠性，从继电保护角度分析，使用大电流接地方式的保护系统是更加可靠的，零序保护可采用一段式过电流或二段式速断流保护。⑸人身安全，系统建设首要考虑的问题就是人身安全，遭遇雷击断线或者高压线误连等情况，中性点电阻接地系统会理解跳闸，有效避免事故的发生。可见，故障快速切除是确保人身安全的有效方法。
4 Z型接地变压器的分析
不接地系统一旦发生事故，就会造成很大的损失。为了解决这个问题，可以设置一个可靠地中性点。变压器（比如Z型）对于无中性点引出来的系统非常关键。Z型接地变压器的结构式，内部是一个三相三柱式的铁芯，缠绕三个铁芯柱构成绕组，并把绕组分为相同而极性相反的两段，再将三相绕组连接成星状，就构成了接地变压器。接地变压器在制造上有一个突出的结构特点，提供了一个中性点连接电阻或消弧线圈。在电网工作正常情况下，具有电磁特性好、阻抗高、损耗小等特点。特别是Z型变压器对正序或者负序电流阻抗非常大，对零序电流却呈现低阻抗。
5 单相接地故障时零序电流实验
通过PSCAD仿真软件包建立40kV海上风电系统模型，并进行仿真，仿真图如图5-1所示，该模型采用母联断路器连接，具有双母线结。其中M母线设置在左侧，N母线设置在右侧，两母线通过两主变（左侧为主变1，右侧为主变2）与220KV出线相连接，从左到右馈线以此为1—8。具体实验时，故障会分别发生在馈线2中段和母线上。我们仿真时要求两地变压器独立地接在母线M、N上，要求两母线并列运行。其中每条电缆长度均设置为10Km，馈线采用集中参数模型。中性点小电阻为20，忽略过渡电阻的影响，接地变压器采用3个单相变压器接线而成。
图5-1 系统零序电流仿真模型
本实验采用中性点经电阻接地方式，用PSCAD软件搭建仿真模型，对线路接地故障和母线接地故障情况下的零序电流分布进行了实验分析，可作为零序保护的参考。
6 结束语
中压配电网中性点接地方式的选择有了新的发展，传统的不接地方式已经很难满足电网的需求，电力电缆大量使用，小电阻接地方式逐渐被采用，当发生单相接地故障时能迅速跳闸，保证系统的安全稳定。本文主要研究中性点经电阻接地系统的零序电流和接地保护，在PSCAD仿真软件下，设置系统参数搭建仿真模型，并对40kV系统模型进行了单相接地故障实验，分析了接地变压器工作在零序电流的分布情况，为零序电流保护提供一定的参考。