低压配电网中性点接地方式的仿真

Ｉ! ＝ Ｕφ ／Ｒ ＋ ｊ ωＣＵφ ＋ Ｕφ ／（ ｊωＬ） ＝ ＩＲ ＋ ｊ（ ＩＣ － ＩＬ ） （ ５） 在最佳的补偿条件下， 可以使得补偿后的电流
接近 ０ Ａ。 ２．３ 经过消弧线圈接地仿真
仿真的模型同样采用中性点不接地的参数， 但 是在中性点加入合适的消弧线圈， 从而抵消线路的 电容电流， 仿真结果如图 ７、８ 所示。
图 ４ 中性点不接地电流和非故障线路零序电流
ｕ／Ｖ
５×１０４ ４×１０４ ３×１０４
故障线路
非故障线路
２×１０４ １×１０４
０ － １×１０４ － ２×１０４ － ３×１０４ － ４×１０４
－ ５×１０４ ０ ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ ０．１０ ０．１２ ０．１４ ０．１６
ｔ／ｓ
图 ５ 不接地方式各相电压
在图 １ 中， 非故障相的对地电容电流为：
Ｉ! Ｃ ＝ － ｊ ３ Ｕφ ωＣ
（ １）
这样流过故障点电流为：
Ｉ! Ｄ ＝ ｊ ３ Ｕφ ωＣ
（ ２）
式中： Ｕφ 为相电压。
虽然系统存在对地电阻， 但是值一般很小， 可忽
略不计。相量图如图 ２ 所示：
Ｉ! ＣＣ
Ｕ! Ｃ
Ｉ! Ｄ
Ｕ! Ａ
Ｕ! Ｂ
Ｉ! Ｃ
Ｉ! ＣＢ
汤新光 等： 低压配电网中性点接地方式的仿真
２９
始衰减， 经过一段时间的衰减， 可以达到规程上的 要求， 从而不会对系统造成较大的威胁。由于补偿 后故障电流较小， 给选线带来麻烦， 造成故障线路 难以切除， 虽然提出利用五次谐波方法进行选线， 但 是效果不理想。
３ 中性点经电阻接地的分析和仿真
中性点经电阻接地的最初出发点， 主要是为了
限制电弧接地过电压， 在系统里面提供阻尼作用， 加
快波形的衰减， 因此电阻接地方式可以避免不接地
方式和经过消弧线圈接地方式下弧光接地过电压
的产生， 同时由于在故障线路接地电流流过阻性电
流， 使得故障选线可以很方便地实施， 进而实现快
速跳闸， 使线路不需要长时间承受过电压， 降低了 绝缘水平要求［ ５， ６ ］。
（ ６）
Ｕｈ （ ｔ） ＝ Ｕφ ｃｏｓ （ ωｔ ＋ φ） － Ｕφ ｅ－δｔｃｏｓ （ ω０ ｔ ＋ φ） （ ７）
式中： φ为电弧熄灭瞬间故障相电源电压的初相角，
由电阻 ＲＮ 来决定； δ为系统的衰减系数， δ＝ ωｄ／２， ｄ 为补偿电网的阻尼率， ｄ ＝ １／ωＣｒ 。ｖ ＝ １－ １／３ω２ ＬＣ０， 所
为求去恢复电压的包络线， 对上式取实部， 化为：
Ｕｈ （ ｔ） ＝ Ｕφ ［１＋ ｅ（－ ｄωｔ） －
２ｅ（－ ｄωｔ／２）ｃｏｓ（ ｖωｔ ／ ２） ］－ １／２
（ １１）
取 ｋ ＝ ｖ／ｄ， 则：
（ Ｕｈ （ ｔ） ） ２ ＝ １＋ ｅ － （－ｄωｔ） ２ｅ（－ ｄωｔ／２）ｃｏｓ（ ｖωｔ ／ ２） （ １２） Ｕφ
ａｂ
Ｕ
Ｃ
Ｒ
Ｌ
图 ９ 单相接地电弧等效回路
可以给出恢复电压的一系列曲线， 如图 １０ 所示， 由图可以看出， 随着电阻的增大， 恢复电压的幅值和 上升速度都下降， 从而有利于防止电弧重燃。
电压 ／ｐ．ｕ．
２．０ ｋ ＝ ４
１．８
ｋ＝３
１．６
ｋ＝２
１．４
ｋ＝１
１．２
１．０
０．８
０．６
ｋ＝０
０．４
０．２
０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ ｄωｔ ／ｒａｄ
故障残流小于 ５ Ａ 就不会产生间歇电弧［ ４］。对于低
压网络电压等级较低的一些系统， 残流小于 １０ Ａ 时，
即可熄弧。
电网中电容电流：
ＩＣ ＝ ３ Ｕφ ωＣ
（ ３）
Ｉ! ＣＣ
Ｕ! Ｃ
Ｉ! Ｌ
中性点位移电压
Ｕ! Ａ
Ｕ! Ｂ
Ｉ! Ｃ
Ｉ! ＣＢ
ＩＣＣ 和 ＩＣＢ 为 线 路 的 电 容 电 流 ， ＩＣ 为 合 成 电容电流， ＩＬ 为电感电流。
配电网中性点的接地方式是一个涉及面非常广 的综合性问题， 不仅是一个技术问题， 还是一个经济 问题［ １］。首先， 从技术角度而言， 它与整个电力系统 的 供 电 可 靠 性 、人 身 安 全 和 接 地 装 置 等 技 术 问 题 有 密切关系。其次， 配电网中性点接地方式的选择必须 与整个系统发展的现状和发展规划进行配合， 必须 全面考虑其技术经济指标。因此， 需对中性点接地 方式进行研究， 结合实际情况选择较好的接地方式。
波形如图 １１、１２ 所示。
ｉ／Ａ
１５０
１００
故障线路
５０
０
－ ５０ － １００
非故障线路
－ １５０ ０ ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ ０．１０ ０．１２ ０．１４ ０．１６ ｔ／ｓ 图 １１ 电阻接地故障电流和零序电流
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江苏电机工程
ｕ／Ｖ
５×１０４ ４×１０４ ３×１０４ ２×１０４ １×１０４
２００７ 年 ５ 月
江苏电机工程 Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
第 ２６ 卷 第 ３ 期 ２７
低压配电网中性点接地方式的仿真
汤新光 １， 杜庆斌 ２ （ １．江苏省电力公司， 江苏 南京 ２１００２４； ２．姜堰供电公司， 江苏 泰州 ２２５５００）
摘 要 ： 介绍了配电网的 ３ 种接地方式（ 不接地、经电阻接地、谐振接地 ） ， 分 析 了 不 同 接 地 方 式 的 原 理 和 特 点 ， 利 用
２．１ 中性点经消弧线圈接地的概念
中性点经消弧线圈接地即通常所说的谐振接
地方式［ ３ ］。因为消弧线圈是一种补偿装置， 故通常
又被称为补偿系统。加入消弧线圈后使故障相恢复
电压速度变慢， 抵消故障电流， 保证电弧熄灭和避
免发生重燃， 从而具有降低过电压的危险， 能使瞬
时性接地故障自动消除， 是一种较好的接地方式。
假设系统对地电容 ＣＡ ＝ ＣＢ ＝ ＣＣ ＝ Ｃ， 在线路发生 Ａ 相接地故障， 则 Ｂ、Ｃ 相电压将升高为线电压， Ｂ、 Ｃ 相对地电容电流由于中性点没有接地回路， 将从 Ａ 相流过（ 如图 １ 所示） ， 电流值的大小与系统的参 数有关， 这是造成系统电弧重燃的主要原因， 同时由 于故障点电流一直存在， 会导致发生两相故障。
图 １０ 不同 ｋ 值对应的电压恢复包络线
同样， 可以得到流过故障点的电流：
Ｉ!
＝ Ｕ０ Ｒ
＋ｊ
ωＣ０
Ｕφ ＋
Ｕφ ｊ ωＬ
＝ ＩＲ ＋ ｊ（ ＩＣ －
ＩＬ ）
（ １３）
３．２ 中性点经过电阻接地的仿真
仿真模型仍然采用图 ３ 的模型， 在中性点接入
１ ０００ Ω 的 电 阻 ， 同 样 在 Ａ 相 发 生 接 地 故 障 ， 仿 真
ＬＩＮＥ π
ＬＩＮＥ π
ＬＩＮＥ π
ＶＳ ｐ Ｙｓ
ＬＩＮＥ π
Ｉ ＲＬＣ
Ｉ ＲＬＣ
Ｉ ＲＬＣ
Ｉ ＲＬＣ
Ｃ
ＲＦ
ＡＢ Ｃ
图 １ 中性点不接地系统
收稿日期： ２００７ － ０１ － ２５
图 ３ ＡＴＰ 搭建的模型
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江苏电机工程
１５０
１００
故障线路
非故障线路
５０
ｉ／Ａ
０
－ ５０
－ １００
－ １５０ ０ ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ ０．１０ ０．１２ ０．１４ ０．１６ ｔ／ｓ
从图 ５ 可以看出， 由于为金属性接地， 故障相 电压为 ０ Ｖ， 而非故障相电压升为线电压， 故障点的 电流等于非故障相零序电流之和（ 对地电容电流） 。 在故障初期有个暂态的过程， 进入稳态后电流保持 稳定， 如果长期存在会影响系统的安全， 所以需要 找到一种更好的接地方式。
２ 中性点经消弧线圈接地的分析和仿真
３．１ 中性点经过电阻接地的分析
在实际应用中一般将电阻和消弧线圈并联使
用， 这样在发生故障后可以通过消弧线圈来抵消线
路的容性电流， 防止故障时电流较大对系统造成威
胁， 同时由于电阻的并入， 会产生较大的阻性电流，
这个电流可以被用来实现选线［ ７］。
中性点经过电阻接地的方式按照电阻的大小
可以分成小电阻接地、中电阻接地、高电阻接地。其
以 ω０ ＝ ω!１－ ｖ０ ， 一般 ｖ 较小， 故有：
ω０ ≈ ω（ １－ １／２ ｖ）
（ ８）
则式（ ７） 可以写为：
Ｕｈ （ ｔ） ＝ Ｕφ ［ｃｏｓ（ ωｔ ＋φ） － ｅ－ｄωｔ／２ｃｏｓ（ ωｔ－ １／２ｖωｔ＋ φ） ］（ ９）
当全补偿的时候：
Ｕｈ （ ｔ） ＝ Ｕφ ｃｏｓ （ ωｔ ＋ φ） （ １－ ｅ ） －ｄωｔ／２ （ １０）
中， 小电阻接地在发生故障时， 由于电阻值较小， 在
其上面产生较大的电流， 且不能够被补偿， 所以造
成故障线路电流较大， 影响了供电的安全性， 所以
一般很少采用。中电阻接地也有同样的问题， 通过
选择合适的大电阻值构成接地点， 这样在故障的时
候， 流过故障点的电流就不会很大， 可实现故障选线。
接地电流每次过零后， 由于恢复电压超过介质
２．２ 中性点经过消弧线圈接地的原理
补偿电网在正常运行期间， 为了限制中性点位
移电压的升高， 要求非自动消弧线圈适当地偏离谐
振点， 以利于电网的安全运行。当中性点经消弧线
圈接地后， 消弧线圈可以产生一个反方向的感性电
流与容性分量抵消， 使故障点只剩下很小的电阻性
分量， 从而失去起弧的条件， 如图 ６ 所示。一般认为
－ ５×１０４ ０
故障线路 ０．０２ ０．０４ ０．０６ ０．０８ ０．１０ ０．１２ ０．１４ ０．１６