小电流接地系统单相接地故障的分析及仿真

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1、小电流接地系统单相接地故障分析与仿真兰州石化公司许志军摘要：本文结合石化厂内部电网中性点接地方式的优化改造，对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的单相接地故障进行了综述，并利用MATLAB软件对两种系统下的单相接地故障进行了仿真，得到了与理论分析相一致的结论，使的单相接地故障的分析更为直观。关键词：小电流接地系统单相接地故障数值仿真消弧线圈接地中性点电力系统常用的接地方式有两种，即中性点有效接地系统和非有效接地系统，也称为大电流接地系统和小电流接地系统。对于小电流接地系统，当发生单相接地故障时，只是非故障相对地电压升高√3倍，而线电压维持不变，故不影响三相设备的正常运行，当单相接地电容电流不

2、大时，其所引起的热效应能为电网的各个元件的绝缘所承受，故规程允许电网带接地故障运行1～2小时。但当接地电流较大时，产生的电弧不易熄灭，易损坏设备绝缘，造成相间短路，或发生间歇性弧光接地，造成弧光接地过电压，持续时间较长时，将对网络中的设备绝缘寿命产生不良影响。兰州石化公司的6kV系统全部为小电流接地系统，建初因为电力系统较小，中性点全采用了不接地方式，其优点是单相接地电流小，系统带故障能继续运行，但随着公司生产规模的不断扩大，各电力网络也随着变大，单相接地电流增加，发生单相接地时极易引起弧光短路，造成整个电网电压波动，致使各套装置经常停车，设备损坏。鉴于此，石化厂组织对本厂电力系统中性点运行方

3、式进行了优化改造。这里结合石化厂改造情况并利用MATLAB软件的电力系统仿真工具箱，对6kV电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地两种方式作一简析。1中性点不接地系统运行方式及分析1.1中性点不接地系统原理中性点不接地系统属小电流接地系统，图1.1为最简单的中性点不接地系统正常运行时图1.1中性点不接地系统原理图a：接线简图b：电流电压相量图电容电流的分布，三相对地集中电容相当于一个对称的星形负荷，其中性点电位与电源中性点电位相等，对地电位为零，故各相对地电压分别为各相的相电压，三相电容中的电流是对称的电容电流ICA，ICB，ICC,分别超前相应的相电压90°,三相对地电容电流之和为零，各相对地

4、电容电流值为I=jUXωC0如图1.2a示，当A相直接接地故障时，A相对地电容被短接，相当于容抗为无穷大，A相对地电容电流为零，A相对地电压也为零，而其它两相对地电压则升高√3倍，其相量关系如图1.2b所示，A相接地后，各相间电压仍然是对称的，各相电压为图1.2中性点不接地系统单相接地示意图a：接线简图b：电流电压相量图UAD=0UBD=EB-EA=EAexp(-j150°)UCD=EC-EA=EAexp(j150°)非故障相中流向故障点的对地电容电流ICB'=jUBDωC0ICC'=jUCDωC0故障点电流Id=ICB'+ICC'其有效值Id=3UXωC0，为正常运行时相对地电容电流的3倍，

5、相位超前故障点电压Ud090°，即Id=j3Ud0ωC0如图1.3所示，假设系统中有ｍ条线路，每条各相对地电容分别为C１,C２,…,Cｍ,第ｉ条线路发生A相经电阻R接地，其接地电流为整个系统非故障相电容电流之和，故障线路零序电流为非故障线路电容电流之和减去故障线路电容电流。通过以上分析，可知中性点不接地系统单相金属性直接接地后，接地点电流为系统正常时单相对地总电容电流的3倍，故障线路零序电流为此接地电流减去故障线路本身的电容电流，而非金属性的接地，则相应的电流值要小一些，但很明显故障线路的零序电流值比非故障线路的零序电流值都要大。1.2石化厂中性点不接地系统运行状况表1.1是石化厂1989年到

6、1997年30变电网中性点不接地运行期间的单相接地事故资料，多次瞬间接地因未造成影响，所以记录上也未录入，只对单相接地引起的短路事故和永久性接地进行了统计，从中可以看出，9年间共计有11次单相接地造成短路事故影响到了生产，图1.3中性点不接地系统单相接地故障电流示意图平均1.2次／年，这对要求长周期稳定运行的乙烯生产企业来说损失是相当大的，因为一次电网波动造成的影响是全方位的，轻则产品质量受影响，重则管线堵塞，炉管烧毁，物料放空，一年1.2次的电网单相接地造成的电气事故给厂里带来了巨大的损失。中性点不接地系统其优点是投资少，相比大电流接地系统连续供电可靠性高，在电网相对小的时候不失为一种理想的

7、运行方式。但随着电网的扩容改造，电网对地电容电流变大，事故发生时间事故发生地点影响范围事故原因1989.1.930变馈23变电缆5个车间停车单相接地引发短路1989.4.2830变馈32变电缆5个车间停车单相接地引发短路1989.8.2530变馈32变电缆3个车间停车单相接地引发短路1989.9.2930变母线0单相接地1991.4.730变馈33变电缆3个车间停车单相接地引发短路1991.11.