小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的分析及仿真

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1、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障分析與仿真蘭州石化公司許志軍摘要：本文結(jié)合石化廠內(nèi)部電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化改造，對中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的單相接地故障進(jìn)行了綜述，并利用MATLAB軟件對兩種系統(tǒng)下的單相接地故障進(jìn)行了仿真，得到了與理論分析相一致的結(jié)論，使的單相接地故障的分析更為直觀。關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障數(shù)值仿真消弧線圈接地中性點(diǎn)電力系統(tǒng)常用的接地方式有兩種，即中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)，也稱為大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)。對于小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，只是非故障相對地電壓升高√3倍，而線電壓維持不變，故不影響三相設(shè)備的正常運(yùn)行，當(dāng)單相接地電容電流不

2、大時(shí)，其所引起的熱效應(yīng)能為電網(wǎng)的各個(gè)元件的絕緣所承受，故規(guī)程允許電網(wǎng)帶接地故障運(yùn)行1～2小時(shí)。但當(dāng)接地電流較大時(shí)，產(chǎn)生的電弧不易熄滅，易損壞設(shè)備絕緣，造成相間短路，或發(fā)生間歇性弧光接地，造成弧光接地過電壓，持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，將對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備絕緣壽命產(chǎn)生不良影響。蘭州石化公司的6kV系統(tǒng)全部為小電流接地系統(tǒng)，建初因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)較小，中性點(diǎn)全采用了不接地方式，其優(yōu)點(diǎn)是單相接地電流小，系統(tǒng)帶故障能繼續(xù)運(yùn)行，但隨著公司生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各電力網(wǎng)絡(luò)也隨著變大，單相接地電流增加，發(fā)生單相接地時(shí)極易引起弧光短路，造成整個(gè)電網(wǎng)電壓波動，致使各套裝置經(jīng)常停車，設(shè)備損壞。鑒于此，石化廠組織對本廠電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方

3、式進(jìn)行了優(yōu)化改造。這里結(jié)合石化廠改造情況并利用MATLAB軟件的電力系統(tǒng)仿真工具箱，對6kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地兩種方式作一簡析。1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行方式及分析1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)原理中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)屬小電流接地系統(tǒng)，圖1.1為最簡單的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)圖1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)原理圖a：接線簡圖b：電流電壓相量圖電容電流的分布，三相對地集中電容相當(dāng)于一個(gè)對稱的星形負(fù)荷，其中性點(diǎn)電位與電源中性點(diǎn)電位相等，對地電位為零，故各相對地電壓分別為各相的相電壓，三相電容中的電流是對稱的電容電流ICA，ICB，ICC,分別超前相應(yīng)的相電壓90°,三相對地電容電流之和為零，各相對地

4、電容電流值為I=jUXωC0如圖1.2a示，當(dāng)A相直接接地故障時(shí)，A相對地電容被短接，相當(dāng)于容抗為無窮大，A相對地電容電流為零，A相對地電壓也為零，而其它兩相對地電壓則升高√3倍，其相量關(guān)系如圖1.2b所示，A相接地后，各相間電壓仍然是對稱的，各相電壓為圖1.2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地示意圖a：接線簡圖b：電流電壓相量圖UAD=0UBD=EB-EA=EAexp(-j150°)UCD=EC-EA=EAexp(j150°)非故障相中流向故障點(diǎn)的對地電容電流ICB'=jUBDωC0ICC'=jUCDωC0故障點(diǎn)電流Id=ICB'+ICC'其有效值Id=3UXωC0，為正常運(yùn)行時(shí)相對地電容電流的3倍，

5、相位超前故障點(diǎn)電壓Ud090°，即Id=j3Ud0ωC0如圖1.3所示，假設(shè)系統(tǒng)中有ｍ?xiàng)l線路，每條各相對地電容分別為C１,C２,…,Cｍ,第ｉ條線路發(fā)生A相經(jīng)電阻R接地，其接地電流為整個(gè)系統(tǒng)非故障相電容電流之和，故障線路零序電流為非故障線路電容電流之和減去故障線路電容電流。通過以上分析，可知中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相金屬性直接接地后，接地點(diǎn)電流為系統(tǒng)正常時(shí)單相對地總電容電流的3倍，故障線路零序電流為此接地電流減去故障線路本身的電容電流，而非金屬性的接地，則相應(yīng)的電流值要小一些，但很明顯故障線路的零序電流值比非故障線路的零序電流值都要大。1.2石化廠中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行狀況表1.1是石化廠1989年到

6、1997年30變電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行期間的單相接地事故資料，多次瞬間接地因未造成影響，所以記錄上也未錄入，只對單相接地引起的短路事故和永久性接地進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，從中可以看出，9年間共計(jì)有11次單相接地造成短路事故影響到了生產(chǎn)，圖1.3中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障電流示意圖平均1.2次／年，這對要求長周期穩(wěn)定運(yùn)行的乙烯生產(chǎn)企業(yè)來說損失是相當(dāng)大的，因?yàn)橐淮坞娋W(wǎng)波動造成的影響是全方位的，輕則產(chǎn)品質(zhì)量受影響，重則管線堵塞，爐管燒毀，物料放空，一年1.2次的電網(wǎng)單相接地造成的電氣事故給廠里帶來了巨大的損失。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)是投資少，相比大電流接地系統(tǒng)連續(xù)供電可靠性高，在電網(wǎng)相對小的時(shí)候不失為一種理想的

7、運(yùn)行方式。但隨著電網(wǎng)的擴(kuò)容改造，電網(wǎng)對地電容電流變大，事故發(fā)生時(shí)間事故發(fā)生地點(diǎn)影響范圍事故原因1989.1.930變饋23變電纜5個(gè)車間停車單相接地引發(fā)短路1989.4.2830變饋32變電纜5個(gè)車間停車單相接地引發(fā)短路1989.8.2530變饋32變電纜3個(gè)車間停車單相接地引發(fā)短路1989.9.2930變母線0單相接地1991.4.730變饋33變電纜3個(gè)車間停車單相接地引發(fā)短路1991.11.