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[!--downpath--]目前,電力系統根據中性點接地形式不同可分小電壓接地系統(不直接接地)和大電壓接地系統(直接接地)。我國的現況是當配電網在110kV以上時,主要考慮的是絕緣問題,故廣泛使用大電壓接地系統。66kV及以下配電網為了保證給用戶持續供電而大多使用小電壓接地系統。小電壓接地系統又分為三類,分別為中性點不接地系統、中性點經內阻接地系統、中性點經消弧線圈接地系統。
中性點不接地系統:中性點對地是絕緣的,這些接地方法節省成本且結構簡便,在一些電容電壓較小的系統中應用廣泛。該系統在正常運行單相平衡,中性點對地電流為零,各相電流滯后電壓90°,線路中沒有零序電流。
中性點經消弧線圈接地系統:隨著配電網規模變化,不接地系統出現故障電壓變大且存在電弧很難自熄的問題,由此出現了經消弧線圈系統(也叫諧振接地系統),即在中性點處聯接一個電感線圈,借助電感線圈形成的電壓來補償線路過大的電容電壓,接地電壓變小,電弧更好熄滅。
中性點經內阻接地系統:經內阻接地就是在中性點與大地間接入一個合適的內阻,可理解為該內阻和線路中電容產生并聯關系。因為接地內阻的減振作用可以較好的抑制弧光過電流,而且不須要像經消弧線圈接地系統嚴格匹配電容電壓。故障后接地電壓更大,有利于故障選線,但對設備絕緣要求更高。
明天主要討論的是中性點經消弧線圈接地系統。
經消弧線圈接地系統故障剖析
●穩態特點剖析●
中性點不直接接地系統發生接地故障時,全系統伴隨零序電流的形成會有零序電壓形成,所有非故障線路上器件的對地電容電壓之和在數值上等于故障線路的零序電壓,故障相電壓方向從線路流向母線,與非故障線路相反。
因為消弧線圈的補償作用,促使故障電壓方向變為與非故障線路相同(過補償時),因而,基于穩態量選線原理的選線方式無法奏效。
●暫態特點剖析●
當發生故障后半個周期到一個周期內被覺得是暫態時期,通常暫態期零序電壓幅值比較大,是穩態期幾倍到幾十倍,且有高頻份量。
配電網發生接地故障時,全網路的暫態電容電壓相當于放電電壓和充電電壓這兩個電容電壓之和:
放電電壓,此電壓方向由母線流向故障點處,是因為故障線路的電流忽然減少而形成;充電電壓,該電壓通過電源產生回路,是因為非故障線路的電流忽然下降而形成。
通常在相電流接近最大值時刻較多地發生接地故障,此時電容電壓遠遠小于電感電壓,消弧線圈補償作用可以忽視不計,所以可以覺得中性點不接地系統和經消弧線圈接地系統發生故障時的暫態特點是相像的,因而可以借助故障時的暫態特點作為選線的基本根據。
常用選線裝置原理
并聯中電阻投切
并聯中電阻投切的選線方式本質上是基于穩態量的選線方式。
系統發生三相接地障時,對于瞬時接地故障:因為流過消弧線圈的電感性電壓與流入接地點的電容性電壓相位相反零序電流過大怎么解決,接地弧道中所剩殘流很小,頓時接地將自行消失;連任線裝置判斷故障為永久性故障時,經一定延時后投入并聯內阻(投入時間大于一秒),在中性點電流作用下,并聯內阻會形成有功電壓份量。
該電壓份量只通過接地點流過故障線路的故障相,使故障線路的零序電壓減小,且遠小于非故障線路的零序電壓。并聯內阻形成的電壓方向與系統零序電流方向相反,使故障線路的零序電壓減小好多,但是非故障線路零序電壓的大小仍為自身對地電容電壓。
因而在故障選線時,通過對比各線路的零序電壓大小,其中零序電壓最大的為故障線路;或比較各線路有功電壓的大小及相位,其中有功份量最大且與零序電流方向相反的為故障線路。
暫態選線原理
暫態選線方式主要包括暫態電壓群體比較與暫態(無功功率)方向兩種。
暫態電壓群體比較選線的根據是:故障線路暫態零序電壓幅值最大,流向與完善線路相反,如右圖所示。選線裝置比較變電廠各出線的暫態零序電壓零序電流過大怎么解決,將暫態電壓幅值最大、極性與其他線路相反的線路選為故障線路;在所有出線暫態電壓極性一致時,判為母線接地故障。
暫態(無功功率)方向的原理為:在某一選取的低頻區段內,所有完善線路分別可用一集中電容等效。在該選取頻段內,故障線路的暫態零序電壓或無功功率方向與非故障線路相反:完善線路的暫態容性無功功率從母線流向線路,方向為正;故障線路的暫態容性無功功率從線路流向母線,方向為負。
有點繞?沒關系,我們仔細研究一下。
我們都曉得電容電壓、電容和電流這兩者之間的物理關系:
對于非故障線路來說:
對于故障線路來說:
Ck為第k條非故障線路的等效電容,Coh為所有非故障線路的零序電容之和。
暫態方向的原理就是通過判定電流變化率與電壓間的正負關系來檢查故障線路的。
故障線路:
非故障線路:
由上圖可見,特定頻帶內故障線路零序電流行列式與電壓波形一直保持反極性,非故障線路零序電流行列式與電壓的波形一直同極性,保證了接地故障方向測量的可靠性。