10千伏配电网中性点接地方式研究大学本科毕业论文.doc
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1、平顶山工学院学士学位论文毕 业 设 计 论 文题目: 10千伏配电网中性点 接地方式研究目 录摘要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1 问题的提出31.1.1 中性点的概念31.1.2 中性点接地方式现状和分析41.2 国内外的研究现状51.2.1 国外中压配电网中性点接地方式的发展51.2.2 我国中压系统中性点接地方式的发展71.2.3 本次设计的主要内容和基本思路7第二章 城市配电网中性点接地方式92.1 中性点不接地方式92.1.1 中性点不接地方式配电网的单相接地故障92.1.2 间歇电弧引起的过电压112.1.3 中性点不接地方式的适用范围122.2 中性点经消弧线圈接地方式1
2、32.2.1 中性点经消弧线圈接地配电网的单相接地故障132.2.2 消弧线圈的过补偿、欠补偿和全补偿142.2.3 中性点经消弧线圈接地方式的适用范围152.2.4 中性点经消弧线圈接地方式的缺点162.3 中性点经自动跟踪补偿消弧线圈接地方式172.3.1 消弧线圈自动跟踪补偿装置的组成172.3.2 自动跟踪补偿消弧线圈的种类182.3.3 消弧线圈自动跟踪补偿装置的优缺点192.4 中性点经电阻接地方式192.4.1 高电阻接地202.4.2 低电阻接地202.4.3 中性点经电阻接地方式的优缺点212.5 本章小结21第三章 MATLAB仿真模型的建立及分析233.1 MATLAB简
3、介及电力系统仿真工具箱233.2 MATLAB仿真模型的建立243.2.1 架空线路的模型和实现243.2.2 接地故障的建模和实现253.2.3系统集成后的模型253.3 10kv配电网单相接地故障仿真263.3.1 仿真线路参数263.3.2 中性点不接地系统293.3.3 中性点经电阻接地系统313.3.3 中性点经消弧线圈接地系统353.4 本章小结36第四章 弧光过电压384.1关于弧光接地过电压的概念384.1.1弧光接地过电压对电气设备绝缘的危害384.1.2限制弧光接地过电压传统措施的研究分析394.2.3中性点接地方式对弧光过电压的影响404.2 弧光接地过电压的形成及分析4
4、04.2.1弧光接地过电压及限制措施414.3对弧光过电压的MATLAB的仿真424.3.1 MATLAB仿真模型的建立424.3.2中性点不接地系统电弧产生过程的仿真434.3.3中性点经电阻系统电弧产生过程的仿真454.3.4中性点经消弧线圈系统电弧产生过程的仿真494.4 本章小结51第四章总结53参考文献54致谢5656摘要电力系统中性点接地方式是一个非常综合的技术问题,它与电网电压等级、电网结构、绝缘水平、供电可靠性、继电保护、电磁干扰、人身安全都有很大的关系。 过去我国10kV配电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式,80年代中后期为适应城区电网的迅速发展,特别是电缆的大量使
5、用后,出现了l0kV配电网中性点经低电阻接地方式,该运行方式先后在许多大中城市如广州、上海、北京、珠海等地采用。经多年的运行实践,各地普通认为低电阻接地方式比消弧线圈接地方式的过电压水平要低,但同时反映出的运行状况也存在较多的问题,主要是供电可靠性有所下降,还曾发生过多起人身伤亡事故。因此国内目前在10kV电网中性点接地运行方式的选择上出现较大的争议,争议点主要是两种接地方式的应用范围、供电可靠性的高低、人身安全、通信干扰和运行维护工作量等诸多方面。 本论文主要针对10kV配电网中性点接地运行方式的选择问题进行研究。论文首先对10kV配电网的中性点各种运行方式进行分析,比较不同运行方式的特点。
6、然后以茅坪变电站10kV电网的实际参数来建立数值计算模型,在考虑了电网接地电容电流变化、接地点接地电阻值变化等多种影响因素的情况下,对中性点经消弧线圈接地和经低电阻接地方式下电网的过电压水平和接地点短路电流大小进行了仿真和计算,同时对各种接地方式对弧光过电压的限制也作了分析。并最终确定用消弧线圈接地方式。关键词:配电网 中性点接地方式 消弧线圈 电弧 MATLAB 仿真 ABSTRACTIt is an important technical problem to neutral grounding mode of the electric power system which associa
7、tes with voltage level, network structure, insulation level, reliability of power supply, protective relaying, electromagnetic interference, and personal safety.In China, the neutral grounding mode of the 10kV network used of none grounding, grounding by arc suppressing coils in the past. With the d
8、evelopment of urban power network, especially the widespread use of cables, low resistance grounding mode was used to restrain the over voltage in Guangzhou, Shanghai, Beijing, and Zhuhai etc. It was reported that the over voltage level of low resistance grounding mode is lower than that of arc supp
9、ressing coil mode, but the operation carried out the other problems, including reliability of power supply rapidly dropping, and person safety being threatened. So interiorly the grounding mode selection of the 10kV network was disputed, which mainly focused on the fault form of 10kV network groundi
10、ng, the apply area of arc suppressing coil grounding mode and low resistance grounding mode, reliability of power supply, person safety, communication interference and the work load of maintenance.This paper studied on how to select the neutral grounding mode of 10kV network. Firstly it analyzed the
11、 characteristic of grounding modes about 10kV network. Then with the demonstration of Maoping substation in Hubei province, this paper built a numerical value equivalent model. Taking account of the transformation of the capacitive current or the variety of the grounding point resistance, it simulat
12、ed the over voltage level and the grounding point short current value of the network with arc suppressing coil grounding mode or low resistance grounding mode, in addition, this paper discussed the problem of restrained arc over voltage. And ultimately determined by Petersen coil grounding.Keywords:
13、Power distribution network Neutral grounding mode Arc suppressing coil Arc MATLAB Simulation第一章 绪论1.1 问题的提出1.1.1 中性点的概念电力系统的中性点是指接成星形的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点,电力系统中性点接地方式是一个涉及电力系统各方面的综合性问题,是人们防止系统事故的一项重要应用技术,具有理论研究与实践经验密切结合的特点。中压配电网量大面广,担负着直接为广大用户供电的任务,其中性点接地方式历来就是一个比较复杂的系统工程问题。从技术的角度而言,它与整个电力系统的供电可靠性、人身安全
14、、设备安全、绝缘水平、继电保护以及通信干扰和接地装置等技术问题有密切的关系。从经济的角度来看,中压电网中性点接地方式的选择还要与整个系统发展的现状和发展规划相适应,必须全面考虑其技术经济指标。随着电力工业的迅速发展和对供电质量要求的提高,选择一种有效的中性点接地方式是十分重要的。电力系统的运行经验表明,系统中发生单相接地故障的概率很大,约占总故障的65左右。在大电流接地系统中发生单相接地故障时,接地相的电源将被短接,形成很大的单相接地电流。此时断路器必须动作跳闸切除故障,从而造成系统停电事故。而在小电流接地系统发生单相接地故降时,不会发生电源被短接的现象,系统还可以继续带负荷运行一段时间(一般
15、允许运行2小时),从而给运行人员留有充足的时间转移负荷及做好故障处理的准备工作,再进行停电操作排除故障。出此可见,采用小电流接地运行方式可以大大地提高系统的供电可靠性。但这种运行方式的缺点是当发生单相接地故障时,非故障相的电压将上升为线电压,因此就要求线路及电气设备的绝缘必须按线电压设计。这将使线路及电气设备的绝缘投资费用增加。电压等级愈高,绝缘费用在电力设备造价中所占的比重就愈大因此在110kV及以上电压等级的电网中,都采用中性点直接接地的运行方式。仅在35kV及以下电力系统中才采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式。目前, 我国中压配电网中性点接地方式主要有以下几种:中性点不接地、中性
16、点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地,还有采用自动跟踪补偿消弧装置接地。我国交流电气装置过电压保护与绝缘配合(DL/T 620,1997)中规定;在610kV 系统中, 当电网单相接地电容电流小于10A时,中性点一般采用结构简单、供电可靠性高的不接地方式运行。而一旦电网单相接地电容电流超过10A时,接地电弧就不能可靠熄灭,必须采取措施加以限制。其具体应用情况大致为:110kV及以上电网中性点采用直接接地方式(必要时也可经电阻、电抗或消弧线圈接地);35kV配电网中性点一般采用不直接接地方式(必要时也可经消弧线圈、电阻或电抗接地);10kV中压配电网中性点采用不接地或经消弧线圈、小电阻接地等方式;
17、380/220V低压配电网中性点采用直接接地方式。1.1.2 中性点接地方式现状和分析近年来,随着城市电网的迅猛发展,用电负荷的不断增加,电缆线路不断加长,原来架空线路占主体的10kV电网逐渐演变为电缆线路占主体的电网,因此系统单相接地电容电流比原来大大增大。一般认为电缆为主要的电网在发生单相接地故障时,故障不易消除,易造成事故扩大,引起电缆绝缘击穿、MOA爆炸、断路器烧毁等。而电缆绝缘故障多为永久性故障,一旦损坏只有更换新的电缆,这对电网的安全、可靠运行带来很大影响。因此,过去那种一律采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已经不能满足电力工业发展的需要。就目前情况而言,广州、上海、北京、
18、长沙、深圳、珠海等许多大中城市的1OkV城区电网已将原来中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式改为经小电阻接地的运行方式。经过多年的运行表明:中性点经小电阻接地运行方式的1OkV城区电网在一定程度上限制了内部过电压水平,从而减轻了对设备绝缘特别是进口设备绝缘的威胁,并对一些接地故障能迅速切除。但同时发现中性点经小电阻接地的运行方式也存在较多问题,如单相接地跳闸率大大增加,降低了供电可靠性和断路器寿命,与中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式相比对通讯有较大的干扰。有的城市电网(如珠海)在实际运行过程中,出现了多项供电可靠性指标有较大下降,发生多起人身伤亡事件,不得不将中性点接地方式由电阻接地运
19、行方式改回到经消弧线圈接地方式的例子。由于中性点经电阻或消弧线圈接地各具特点,特别是自动跟踪补偿消弧线圈与微机接地保护的出现,使得这两种接地方式成为目前我国城市配电网中性点接地方式选择的焦点。到底采用哪一种接地方式,就必须结合本地区的实际情况,深入细致地进行研究,才能选择适合本地区实际情况的配电网中性点接地方式,避免造成较大的经济损失。本文主要针对以架空线路与电缆混合为主的城郊1OkV电网中性点接地方式的选择问题进行对比研究,通过供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、继电保护以及通信干扰等几方面的对比,得出了茅坪变电站中性点接地方式还是以消弧线圈接地方式为较好方案的结论,为城市1OkV电网
20、中性点接地方式的选择提供了一定的参考依据。1.2 国内外的研究现状现在电网中性点接地方式主要分为两大类:一类是有效接地系统,即中性点直接接地系统,包括有中性点直接接地和中性点经小电抗接地;另一类是中性点非有效接地系统,即小电流接地系统,包括有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地以及中性点经电阻接地。1.2.1 国外中压配电网中性点接地方式的发展世界各国城市配电网中性点接地方式,不同国家和该国中的不同城市都不完全相同,主要是根据本国的运行经验和传统来确定的。原苏联规定在下列情况下采用中性点不接地方式:6kV电网单相接地电流小于30A;10kV电网单相接地电流小于20A;1520kV电网单相接地电流
21、小于15A;35kV电网单相接地电流小于10A。如果单相接地电流超过上述各值,则需采用中性点经消弧线圈接地方式。德国人彼得逊(Peterson)首先提出并随后发明了消弧线圈,提出了经消弧线圈接地的电力系统谐振接地方式,自1916年投运以来积累了丰富的经验。在柏林市的30kV电网中,共有电缆1400km,其电容电流高达4kA,也采用于消弧线圈接地方式,后因220kV电网中事故较多,19世纪60年代初就不再应用消弧线圈了。美国自20年代中期至40年代中期,2277kV电网中采用快速切除故障的中性点直接接地方式约占71%。1947年以后,采用消弧线圈的接地方式才有了发展,经电阻或小电抗接地约各占6.
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