變電站設(shè)計(jì) 說(shuō)明書論文

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1、 **大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第83頁(yè) 前 言 本設(shè)計(jì)是根據(jù)中華人民共和國(guó)電力公司發(fā)布的《電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫的。電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要，也是最方便的能源，它是目前世界各國(guó)能源消費(fèi)的主要形式之一。電能具有許多優(yōu)點(diǎn)，它可以方便地轉(zhuǎn)化為別的形式的能，它的輸送和分配易于實(shí)現(xiàn)，它的應(yīng)用規(guī)模也很靈活。電能作為一種特殊的商品，不能大量?jī)?chǔ)存，它的生產(chǎn)、輸送、銷售和消費(fèi)是同時(shí)完成的。 變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變

2、換和分配電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠（所）電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。本次設(shè)計(jì)為220KV變電站初步設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在小課題的分析和研究（章節(jié)前面加※表示為重點(diǎn)）。本設(shè)計(jì)共分為任務(wù)書、說(shuō)明書、計(jì)算書、圖紙四部分，該變電站有2臺(tái)主變壓器，分為三個(gè)電壓等級(jí)：220kv、110kv、10KV，220kv和110kv采用雙母帶旁路母線的主接線方式供電；10kv采用單母分段接線供電。本次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路電流計(jì)算，主要設(shè)備選擇及校驗(yàn)（斷路器、隔離開(kāi)關(guān)）。說(shuō)明書包括：電氣主接線，主變選擇、短路電流

3、計(jì)算結(jié)果、電氣設(shè)備的選擇、小課題（小電流接地選線）的分析。計(jì)算書包括：短路電流計(jì)算，主要設(shè)備選擇。圖紙包括：電氣主接線圖1張，綜合自動(dòng)化配置圖1張。 所設(shè)計(jì)的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。本設(shè)計(jì)是在貴州大學(xué)牛鳳鳴老師的指導(dǎo)下完成的，重點(diǎn)是對(duì)小電流接地選線進(jìn)行分析,在撰寫的過(guò)程中，曾得到牛老師和同學(xué)們的支持，并提供大量的資料和有益的建議，對(duì)此表示衷心的感謝。由于我本人還是剛要畢業(yè)的學(xué)生，對(duì)變電站的設(shè)計(jì)還比較陌生，所以在設(shè)計(jì)中不免有很多不妥當(dāng)之處，還望老師批評(píng)指正。 2007年6月 說(shuō) 明 書 第

4、一章 變電所主接線的設(shè)計(jì) 1-1 變電所主接線的原則 一、變電所主接線設(shè)計(jì)依據(jù) 1、主變電所在系統(tǒng)中的地位和作用 電力系統(tǒng)中的變電所有系統(tǒng)樞紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所三重類型。一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個(gè)大電源，進(jìn)行襲用功率交換和以中壓供電，電壓為330～500KV。全所停電后，將使系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，電網(wǎng)瓦解，可靠性、靈活性要求較高。一般裝設(shè)兩臺(tái)主變，根據(jù)負(fù)荷增長(zhǎng)需要分期投運(yùn)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)為合理時(shí)也可裝設(shè)3～4臺(tái)。 地區(qū)重要變電所電壓為220～330KV，位于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的樞紐點(diǎn)上，高壓側(cè)以交換或接受功率為主，供電給地區(qū)的中壓側(cè)和附近的低壓側(cè)負(fù)荷。全所停電后將引起地區(qū)電網(wǎng)瓦解

5、，影響整個(gè)地區(qū)供電。主變一般裝設(shè)兩臺(tái)，主變型式選擇同系統(tǒng)樞紐變電所。 一般變電所多為終端和分支變電所，降壓供電給附近用戶或一個(gè)企業(yè)。電壓為110KV，但也有220KV。主變一般為兩臺(tái)，當(dāng)只有一個(gè)電源時(shí)，也可只裝一臺(tái)主變。主變型式一般為雙繞組或三繞組變壓器。 2、變電所的分期和最終建成規(guī)模 變電所根據(jù)5～10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般裝設(shè)兩臺(tái)主變；當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，330～500KV樞紐變電所也可裝設(shè)3～4臺(tái)主變；終端或分支變電所如果只有一個(gè)電源時(shí)，可以只裝設(shè)一臺(tái)主變。 3、負(fù)荷大小和重要性 對(duì)于一級(jí)負(fù)荷必須有兩個(gè)獨(dú)立的電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)全部一

6、級(jí)負(fù)荷不間斷供電；對(duì)于二級(jí)負(fù)荷一般要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一貫電源失去后，能保證對(duì)全部或大部分二級(jí)負(fù)荷的供電；對(duì)于三級(jí)負(fù)荷一般只要求一個(gè)電源供電。 4、系統(tǒng)備用容量大小 對(duì)裝有兩臺(tái)及以上主變的變電所，其中一臺(tái)事故斷開(kāi)，其余主變的容量應(yīng)該保證該所70%的全部負(fù)荷，在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。 二、主接線設(shè)計(jì)的基本要求 1、可靠性 （1）斷路器檢修時(shí)不影響系統(tǒng)的供電。 （2）斷路器或母線故障及母線檢修時(shí)盡量減少停電的回?cái)?shù)及停電時(shí)間，確保一級(jí)負(fù)荷及大部分二級(jí)負(fù)荷的供電。 （3）盡量避免發(fā)生全所停電的可能。 2、靈活性 （1）調(diào)度時(shí)能

7、靈活地投切主變和線路。 （2）檢修時(shí)能方便地停運(yùn)我們的斷路器母線及保護(hù)設(shè)備，保證其安全。 （3）擴(kuò)建時(shí)能方便地從初期接線過(guò)渡到最終規(guī)模。 3、經(jīng)濟(jì)性 （1）投資省 a.主接線力求簡(jiǎn)單，以節(jié)省斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備。 b.要使繼電保護(hù)和二次回路簡(jiǎn)單，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。 c.限制短路電流，以便于選擇價(jià)廉的電氣設(shè)備或輕型電器。 （2）占地面積少 主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。 （3）電能損失少 經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變的種類（雙繞組、三繞組或自耦變）、容量、數(shù)量，要避免因兩次變壓而增加的電能損失。 1

8、-2 6KV～220KV基本接線及適用范圍 一、單母線接線 W 圖1-1 單母線接線 1、 主要優(yōu)缺點(diǎn) （1） 優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備投資節(jié)省，擴(kuò)建方便，便于采用成套配電裝置。 （2） 缺點(diǎn)：可靠性、靈活性較差。 2、 適用范圍 （1）6～10KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò)5回。 （2）35～63KV配電裝置的出線不超過(guò)3回。 （3）110～220kv配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò)2回。 二、單母線分段接線 WII WI 圖1-2 單母線分段接線

9、 1、主要優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)一段母線鼓掌或母線及隔離刀閘檢修時(shí)，該段負(fù)荷要在該期間停電，但另一段仍然繼續(xù)供電。 （2）缺點(diǎn)：在母線及隔離刀閘檢修時(shí)該段要停電；當(dāng)出線為雙回路時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴(kuò)建時(shí)候需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。 2、適用范圍 （1）6～10kv出線回路數(shù)為6回及以上時(shí)。 （2）35～63kv出線回路數(shù)為4～8回時(shí)。 （3）110～220kv出線回路數(shù)為3～4回時(shí)。 三、雙母線接線 WII WI 圖1-3 雙母線接線 1、主要優(yōu)缺點(diǎn)

10、 （1）優(yōu)點(diǎn)：與以上兩者比較，供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便、便于實(shí)驗(yàn)。 （2）缺點(diǎn)：增加投資（隔離刀閘）；當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離刀閘作為倒換操作電器，容易誤操作。 2、適用范圍 （1）10kv出線多，短路電流比較大，出線帶電抗器（雙層或三層布置）。 （2）35kv出線超過(guò)8回，負(fù)荷容量比較大。 （3）110～ 220kv出線為5回及以上時(shí)。 四、雙母帶旁路母線接線 圖1-4 雙母帶旁路母線接線 1、主要優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高，當(dāng)工作母線或一臺(tái)斷路器檢修時(shí)

11、不會(huì)使該段上的負(fù)荷停電。 （2）缺點(diǎn)：投資較大，接線比較復(fù)雜。 2、適用范圍 主要用于供電可靠性要求比較高的高壓輸電網(wǎng)中，為110kv及以上電壓等級(jí)。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)110kv出線在6回以上、220kv出線在4回以上時(shí)，宜采用帶專用旁路斷路器的旁路母線。 五、原始資料分析和主接線方案 根據(jù)原始資料可知:220kv側(cè)有兩路電源,均從500kv銅仁出線,供電點(diǎn)最大短路容量4311MVA,最小短路容量為3748MVA；6回出線，一期1回建成。110kv側(cè)有9回出線，一期建成，總負(fù)荷200MW；10kv側(cè)共8回出線，其中4回為負(fù)荷，共40MW，另外4回為無(wú)公補(bǔ)償，電容器容量為45.4Mv

12、ar?？梢钥闯鲈撟冸娬镜某鼍€較多，可靠性要求也較高，根據(jù)變電站主接線的設(shè)計(jì)原則，預(yù)擬訂以下兩個(gè)方案以供選擇。 方案一：220kv母線為雙母接線，110kv母線為雙母接線，10kv母線為單母分段接線 方案二：220kv母線為雙母帶旁路接線，110kv母線為雙母帶旁路接線，10kv母線為單母分段接線 1-3 主變壓器的選擇 1、主變臺(tái)數(shù)的確定 （1）對(duì)于大城市郊區(qū)的一次變電所，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電所以裝設(shè)兩臺(tái)主變?yōu)橐恕? （2）對(duì)地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝設(shè)三臺(tái)主變的可能性。 （3）對(duì)于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺(tái)主變的變電所，其變壓器基礎(chǔ)宜按大

13、于變壓器容量的1～ 2級(jí)設(shè)計(jì)，以便負(fù)荷發(fā)展時(shí)更換變壓器的容量。 2、主變型式的選擇 （1）主變一般選用三相變壓器，在運(yùn)輸條件限制時(shí)220kv的變電所才采用單相變壓器組合。 （2）具有三個(gè)電壓等級(jí)的變電所，一般采用三繞組變壓器。 （3）在現(xiàn)在的技術(shù)水平下，自動(dòng)控制裝置的發(fā)展趨于成熟，變壓器的調(diào)壓方式一般都選用有載調(diào)壓。 3、主變?nèi)萘康拇_定 （1）根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)定，按5 10年的發(fā)展規(guī)劃來(lái)確定。 （2）一臺(tái)的容量按全所的負(fù)荷的70%來(lái)考慮 = ——負(fù)荷的同時(shí)系數(shù) ——按負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的綜

14、合負(fù)荷 =0.7 =20.7 當(dāng)一臺(tái)停運(yùn)，主變一般允許過(guò)負(fù)荷40%，所以一臺(tái)能保證全所98%的負(fù)荷供電。在本設(shè)計(jì)中，資料給出了兩臺(tái)三圈變，型號(hào)如下： SFPSZ7-120000/220 100/100/50 22081.25%/121/10 YN/Yn0/△-11 =13.24% =22.51% =7.85% 1-4 方案比較 方案比較主要從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性來(lái)比較。通過(guò)前面對(duì)主接線型式的描述，綜合資料給出的負(fù)荷條件，確定兩個(gè)方案進(jìn)行比較。 方案一：

15、因?yàn)?20kv有6回出線，110kv有9回出線，負(fù)荷較大，可用雙母接線。主接線圖見(jiàn)下圖： 6回出線 9回出線 10kv 110kv 220kv 圖1-5 方案一主接線圖 方案二：以方案一為基礎(chǔ)，多增加一部分投資，設(shè)立一條帶專用旁路斷路器的旁路母線。主接線圖見(jiàn)下圖： 10kv 110kv 220kv 9回出線 6回出線 圖1-6 方案二主接線圖 根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)定，在110kv及以上高壓配電裝置中，因?yàn)殡妷旱燃?jí)高，輸送功率大，送電距離較遠(yuǎn)，停電影

16、響較大，同時(shí)高壓斷路器每臺(tái)檢修通常都需要5～7天的較長(zhǎng)時(shí)間，因而不允許因?yàn)闄z修斷路器而長(zhǎng)期停電，故設(shè)置旁路母線，從而使檢修與它相連的任一回路的斷路器時(shí)該回路可以不停電，保證供電的可靠性。 從接線圖可以看出方案二比方案一多了17臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)和一臺(tái)斷路器。雖然方案二比方案一投資更大，但考慮到220kv出線有6回，110kv出線有9回，供電的可靠性有特殊的要求，且假設(shè)資金比較充裕。綜合比較后本設(shè)計(jì)決定采用方案二。 第二章 短路電流計(jì)算 短路電流計(jì)算的目的是 ： （1）電氣主接線比選。 （2）選擇電器和導(dǎo)體。 （3）確定中性點(diǎn)接地方式。 （4）驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。

17、（5）選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算。 一般規(guī)定： （1）驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開(kāi)斷電流所用的短路電流，應(yīng)按本工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃。 確定短路電流時(shí)，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過(guò)程中可能并列的接線方式。 （2）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)候，對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)候的短路電流為最大的地點(diǎn)。 （3）導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開(kāi)斷電流，一般按三相短路驗(yàn)算。 2-1 電路元件參數(shù)的計(jì)算 一、基準(zhǔn)值 基準(zhǔn)容量： =100MVA 基準(zhǔn)電壓： =1.05

18、 （KV）： 10.5 37 115 230 基準(zhǔn)電流： = （KA）： 5.5 1.56 0.502 0.251 基準(zhǔn)電抗： == （Ω）： 1.1 13.7 132 529 二、各元件參數(shù)的標(biāo)幺值的計(jì)算 S1 S2 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下等值網(wǎng)絡(luò)圖： 圖2-1 2-2 三相短路電流計(jì)算 一、短路點(diǎn)選取 在

19、選擇220kv側(cè)、110kv側(cè)和10kv側(cè)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)時(shí)要按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式。當(dāng)變壓器三個(gè)繞組側(cè)短路時(shí)的短路電流最大，為+,在實(shí)際中各母線上短路時(shí)候的值與它相差不大，為方便計(jì)算，所以選取4個(gè)短路點(diǎn)：在220kv母線上、在110kv母線上、在10kv母線上、在10kv出線末端。 為選擇10kv出線斷路器和隔離開(kāi)關(guān)而設(shè)。最終按最大和最小方式下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化，算出各短路點(diǎn)的、、（和無(wú)窮大時(shí)候的電流差不多，可代替無(wú)窮大時(shí)電流使用） ，并列表分類。 在本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)電源都是無(wú)限大電源，則不考慮短路電流周期分量的衰減，此時(shí)： ＝

20、 （2-1） == （2-2） === （2-3） 式中 ——電源對(duì)短路點(diǎn)的等值電抗標(biāo)幺值； ——額定容量下的計(jì)算電抗； ——電源額定容量（MVA）； ——電源對(duì)短路點(diǎn)0秒時(shí)的電流標(biāo)幺值，與0.4秒時(shí)和∞時(shí)相等； ——短路容量（MVA）； 沖擊電流（不計(jì)周期分量衰減時(shí)）按下式計(jì)算： =

21、 （2－4） 式中 ——沖擊系數(shù)，取1.80。 二、計(jì)算結(jié)果 表２－１ 運(yùn)行 方式 短 路 點(diǎn) Ｖj KV Ij KA 電源 名稱 標(biāo)幺值 有　名　值（ＫＡ） 大 方 式 合計(jì) 合計(jì)

22、合計(jì) 合計(jì) 表２－２ 運(yùn)行 方式 短 路 點(diǎn) Ｖj KV Ij KA 電源 名稱 標(biāo)幺值 有　名　值（ＫＡ） 小 方 式 合計(jì) 合計(jì)

23、 合計(jì) 合計(jì) 2-３　不對(duì)稱短路電流計(jì)算 　　不對(duì)稱短路計(jì)算一般采用對(duì)稱分離法。三相網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一組不對(duì)稱量（電流、電壓等）都可以分解為三組對(duì)稱分量。由于三相對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中對(duì)稱分量的獨(dú)立性，即正序電勢(shì)只產(chǎn)生正序電壓和正序電流，負(fù)序和零序亦然。因此，可利用重疊原理，分別計(jì)算，然后從對(duì)稱分量中求出實(shí)際的短路電流或電壓。 一、序網(wǎng) 短路種類 X1∑ X２∑ X０∑ E X1∑ X２∑ X1∑ X２∑ X０∑ X1∑ X２∑ X０∑ E E 符號(hào) 　　　序　

24、　　　　　網(wǎng)　　　　　　組　　　　　　合 單相短路 兩相短路 兩相接地短路 （１） （２） （１，１） 一般來(lái)說(shuō)按最小方式下進(jìn)行計(jì)算，利用正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)求出相應(yīng)的、和，再按相應(yīng)的短路公式求出短路點(diǎn)合成電流、零序電流。對(duì)于零序電流主要計(jì)算短路點(diǎn)的和流過(guò)變壓器中性線的電流。各序網(wǎng)公式如下： 合成電流： ＝　　　　　　　　　　　 （2－4） 零序電流：＝３　　　　　　　　　　　　 （2－5） =　　　　　　　　　　 （2－6） 單相接地：=+ ， =3 兩相接地：=/（+）

25、 ， = 兩相短路：= = 最后將計(jì)算結(jié)果列表分類。 二、最后計(jì)算結(jié)果 表２－３ 運(yùn)行 方式 類 型 短 路 點(diǎn) 短路點(diǎn)電流 零序分支電流（KA） 零序電流（ＫＡ） Id=I0.2=I0.4 In(1) In(2) IO 小 方 式 單相接地 　 　 　 　 　 兩相短路 兩相接地短路

26、 　　　　　　　　 第三章　高壓電器的選擇 　　　　　　?。常薄‰娖鬟x擇的一般要求 一、一般原則 （１）應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過(guò)電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展； （２）應(yīng)當(dāng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核； （３）應(yīng)該力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理； （４）要與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致； （５）同類設(shè)備應(yīng)該盡量減少品種； （６）選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)鑒定的新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)。 由于選題的不同，在被設(shè)計(jì)中主要選擇斷路器和隔離

27、開(kāi)關(guān)。利用最大方式下的三相短路計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行選擇和校驗(yàn)。為了在以后的運(yùn)行和維護(hù)管理方便,在本設(shè)計(jì)中每一個(gè)電壓等級(jí)側(cè)的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)都采用相應(yīng)的統(tǒng)一型號(hào)。 主要要求： ≥ ≥ .t＞ （熱穩(wěn)定條件） ＞　　　　?。▌?dòng)穩(wěn)定條件） 　　　　　　?。常病「邏簲嗦菲? 一、一般技術(shù)要求 （１）有頻率要求的主要是針對(duì)進(jìn)出口產(chǎn)品。 （２）斷路器的額定關(guān)合電流，不應(yīng)小于短路沖擊電流值。 （３）關(guān)于分合閘時(shí)間，對(duì)于１１０kv以上的電網(wǎng)，當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求快速切除故障時(shí)，分閘時(shí)間不宜大于０

28、.０４s。用于電器制動(dòng)回落的斷路器，其合閘時(shí)間不宜大于０.０４～０.０６s. （４）變壓器中性點(diǎn)絕緣等級(jí)低于相電壓的系統(tǒng)中，斷路器的分合閘操作不同期時(shí)間宜小于１０ms。 （5）不應(yīng)選用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。 對(duì)于斷路器型式的選擇，除應(yīng)滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮便于施工調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。 二、型式選擇 　在配電裝置中，安置場(chǎng)所不同，可按以下型式選擇： （１）３５kv及以下：少油斷路器、真空斷路器、多油斷路器。 （２）３５～２２０kv: 少油斷路器、六氟化硫斷路器、空氣斷路器。 （３）３３０kv以上：　六氟化硫斷路器、空氣斷路器、少油斷路器。 三

29、、選擇結(jié)果 （１）２２０ＫＶ側(cè)：LW25-252W 型戶外高壓防污型斷路器 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表： 表３－１ 型號(hào) 額定 電壓（kv） 最高工作電壓（kv） 額定 電流（ＫＡ） 額定開(kāi)斷電流（Ka） 動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值） （KA） ４s熱穩(wěn)定電流（ＫＡ） 固有分閘時(shí)間（s） 全開(kāi)斷時(shí)間（s） 合閘時(shí)間（s） LW25-252W ≤ ≤ ≤ （２）１１０ＫＶ側(cè)：型戶外高壓LW25-126W防污型斷路器 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表 表３－２ 型號(hào) 額定 電壓（kv） 最高工作電壓（kv） 額定 電流（ＫＡ） 額定開(kāi)斷電

30、流（Ka） 動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值） （KA） ４s熱穩(wěn)定電流（ＫＡ） 固有分閘時(shí)間（s） 全開(kāi)斷時(shí)間（s） 合閘時(shí)間（s） LW25-126W ≤ ≤ ≤ （３）１０ＫＶ側(cè)：ZN28-10戶內(nèi)成套式高壓真空斷路器 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表 表３－３ 型號(hào) 額定 電壓（kv） 最高工作電壓（kv） 額定 電流（ＫＡ） 額定開(kāi)斷電流（Ka） 動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值） （KA） ４s熱穩(wěn)定電流（ＫＡ） 固有分閘時(shí)間（s） 全開(kāi)斷時(shí)間（s） 合閘時(shí)間（s） ZN28-10 ≤ ≤ ≤ 　　　　　　　　

31、３－３　高壓隔離開(kāi)關(guān) 一、參數(shù)選擇 （1）正常工作條件：電壓、電流、頻率、機(jī)械負(fù)荷； （2）短路穩(wěn)定性：動(dòng)穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時(shí)間； （3）承受過(guò)電壓能力：對(duì)地和斷口間的能力、泄露比距； （4）操作性能：分合小電流、旁路電流和木線環(huán)流、單柱式隔離開(kāi)關(guān)的接觸區(qū)、操作機(jī)構(gòu)； （5）環(huán)境條件：溫度、最大風(fēng)速、覆冰厚度、污穢、海拔高度、電磁干擾等。 二、型式特點(diǎn) 目前電力系統(tǒng)用的較多的是GN和GW系列，GN是戶內(nèi)型，多為單極，分為手動(dòng)操作和電動(dòng)操作；GW型是戶外系列，其中GW4型在220kv及以下達(dá)到的系列較全，雙柱式，可高型布置，重量較輕，可手動(dòng)和電動(dòng)操作，在220kv幾以下的

32、配電裝置中常用。 三、操作機(jī)構(gòu) 屋內(nèi)式8000A以下隔離開(kāi)關(guān)一般采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)；8000A以上宜采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)。 屋外式220kv幾以下隔離開(kāi)關(guān)和接地刀閘一般采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)；220kv高位布置的隔離開(kāi)關(guān)和330kv幾以上的隔離開(kāi)關(guān)宜采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)或液壓機(jī)構(gòu)，當(dāng)有壓縮空氣系統(tǒng)時(shí)，也可采用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。 四、開(kāi)斷小電流 選擇隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)具有一定的切合電感、電容性小電流的能力，并應(yīng)能可靠切斷斷路器的旁路電流及母線環(huán)流。 用隔離開(kāi)關(guān)切合空載母線或短路，將產(chǎn)生較高過(guò)電壓，并引起避雷器多次動(dòng)作。設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)注意避免這種操作或采取相應(yīng)的保護(hù)措施。隔離開(kāi)關(guān)一般可以開(kāi)斷其額定電流下的環(huán)流。但

33、在開(kāi)斷的過(guò)程中，斷口間的恢復(fù)電壓不得超過(guò)450V。 五、接地刀閘 為保證電器和母線的檢修安全，每段母線上宜裝設(shè)1～2組接地刀閘或接地器；63kv及以上的短路器兩側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)和線路隔離開(kāi)關(guān)的線路側(cè)，宜配置接地刀閘。應(yīng)盡量選用一側(cè)或兩側(cè)帶接地刀閘的隔離開(kāi)關(guān)。安裝單柱隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，一般在主母線側(cè)需配置單獨(dú)的接地器。 對(duì)于35kv及以上的隔離開(kāi)關(guān)的接地刀閘，應(yīng)根據(jù)其安裝處的短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。接地閘刀允許通過(guò)的熱穩(wěn)定電流，比一定與主閘刀的額定熱穩(wěn)定電流相同。校驗(yàn)時(shí)應(yīng)向制造部門查詢接地閘刀的允許數(shù)值。 六、選擇結(jié)果 根據(jù)前面短路點(diǎn)的計(jì)算數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的篩選和動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)后，

34、選擇以下型號(hào)的隔離開(kāi)關(guān)： （1）220kv側(cè)：GW4-220WD2型戶外防污型雙接地隔離開(kāi)關(guān) 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表： 表3-4 型號(hào) 額定 電壓（kv） 最高工作電壓（kv） 額定 電流 (ＫA) 動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值） （KA） 熱穩(wěn)定電流（ＫＡ） 母線最大水平拉力 （N） 1s 5s 10s GW4-220WD2 （2）110kv側(cè)：GW4-110WD2型戶外防污型雙接地隔離開(kāi)關(guān) 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表： 表3-5 型號(hào) 額定 電壓（kv） 最高工作電壓（kv） 額定 電流 (ＫA) 動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值

35、） （KA） 熱穩(wěn)定電流（ＫＡ） 母線最大水平拉力 （N） 1s 5s 10s GW4-110WD2 ※第四章 小電流系統(tǒng)接地選線 4-1 前言 一、國(guó)外小電流接地系統(tǒng)中接地選線的歷史和現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)小電流接地保護(hù)的處理方式各比相同。前蘇聯(lián)采用中性點(diǎn)不接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式，保護(hù)主要采用零序功率方向原理和 首半波原理。日本采用高阻抗接地方式和不接地方式，但電阻接地方式居多，其選線原理較為簡(jiǎn)單，不接地系統(tǒng)主要采用功率方向

36、繼電器，電阻接地系統(tǒng)采用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障。近年來(lái)一些國(guó)家在如何獲取零序電流信號(hào)及接地分區(qū)段做了不少工作并將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于接地保護(hù)。美國(guó)電網(wǎng)中性點(diǎn)主要采用電阻接地方式，利用零序過(guò)電流保護(hù)瞬間切除故障線路，但故障跳閘僅用于中性點(diǎn)經(jīng)低阻接地系統(tǒng)，對(duì)高阻接地系統(tǒng)，接地時(shí)候僅有報(bào)警功能。法國(guó)過(guò)去以地電阻接地方式居多，利用零序過(guò)電流原理實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù)，隨著城市電纜的不斷投入，電容電流迅速增大，以開(kāi)始采用自動(dòng)調(diào)諧的消弧線圈以補(bǔ)償電容電流，并為解決幾種系統(tǒng)的接地選線問(wèn)題，提出了利用 Prony方法和小波變換以提取故障暫態(tài)信號(hào)中的信息（如頻率、幅值、相位），以區(qū)分故障與非故障線路的保護(hù)方案，但還

37、未應(yīng)用以具體裝置。挪威一公司采用測(cè)量零序電壓與零序電流空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方法，研制了一種懸掛式接地故障指示器，分段懸掛在線路和分叉點(diǎn)上。加拿大一公司研制的微機(jī)式接地故障繼電器也采用了零序過(guò)電流的保護(hù)原理，其軟件算法部分采用了沃爾什函數(shù)，以提高計(jì)算接地故障電流有效值的速度。90年代，國(guó)外有將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)方法應(yīng)用于保護(hù)的文獻(xiàn)。 二、國(guó)內(nèi)對(duì)小電流接地系統(tǒng)接地選線的介紹 我國(guó)在對(duì)10-35kv配電網(wǎng)中主要采用小電流接地方式，主要為中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。在早期中普遍使用絕緣監(jiān)察裝置進(jìn)行接地故障的監(jiān)察。絕緣監(jiān)察裝置利用接于公用母線的三相五柱式電壓互感器，其一次線圈均接成星型，

38、附加二次線圈接成開(kāi)口三角形。接成星型的二次線圈供給絕緣監(jiān)察繼電器。系統(tǒng)正常時(shí)候，三相電壓正常，三相電壓之和為零，開(kāi)口三角形的二次線圈電壓為零，絕緣監(jiān)察繼電器不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開(kāi)口三角形的二次端出現(xiàn)零序電壓，電壓繼電器動(dòng)作，發(fā)出系統(tǒng)接地故障的預(yù)警信號(hào)。變電運(yùn)行人員在觀察到接地故障信號(hào)后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和故障處理規(guī)定進(jìn)行接地故障線路的查找，并對(duì)故障線路進(jìn)行停電，排除接地故障。這是目前變電站使用最多、應(yīng)用最廣泛的絕緣監(jiān)察裝置。其優(yōu)點(diǎn)是投資少、接線簡(jiǎn)單、操作及維護(hù)方便。但只發(fā)出系統(tǒng)接地的無(wú)選擇預(yù)警信號(hào)，不能準(zhǔn)確判斷發(fā)生接地的故障線路。運(yùn)行人員需要通過(guò)推拉分割電網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)方法才能近一步判定故障線路，

39、影響非故障線路的連續(xù)供電，由于對(duì)故障現(xiàn)象的觀察和分析需要經(jīng)驗(yàn)，并且在排除未接地的線路后，需要對(duì)懷疑接地線路進(jìn)行停電實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)觀察儀表進(jìn)行判斷，勢(shì)必造成用戶的短時(shí)停電。 小電流接地選線裝置自20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了多次技術(shù)更新?lián)Q代，其選線的準(zhǔn)確性不斷提高，盡管廠方宣稱100%選線正確率，但工程實(shí)際中均存在誤判率較高的問(wèn)題，使許多用戶有一種不用麻煩，用了也麻煩的感覺(jué)，故現(xiàn)場(chǎng)好多情況都是選線設(shè)備閑置退出而采用手動(dòng)拉閘實(shí)驗(yàn)的原始方法查找接地線路。 目前選線裝置的選線原理主要基于小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)： 故障線路流過(guò)的零序電流是全系統(tǒng)的電容電流減去自身的電容

40、電流，而非故障線路流過(guò)的零序電流是該線路的電容電流；故障線路的零序電流是從線路流向母線，而非故障線路的零序電流是從母線流向線路，兩者方向相反。 小電流接地系統(tǒng)接地信號(hào)裝置的分類，基于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地是的特點(diǎn)，目前，小電流接地系統(tǒng)單相接地短路都應(yīng)裝有零序過(guò)電流保護(hù)和功率方向保護(hù)，以便于切除故障線路和發(fā)出預(yù)警信號(hào)。而小電流接地信號(hào)裝置的設(shè)計(jì)判據(jù)主要有以下8種： （1）反映零序電壓的大小； （2）反映工頻電容電流的大小； （3）反映工頻電容電流的方向； （4）反映零序電流有功分量； （5）反映接地時(shí)候5次諧波分量； （6）反映接地故障電流暫態(tài)分量前半波； （7）信號(hào)注

41、入法； （8）群體比幅比相法。 目前小電流接地選線裝置中采用的選線方式主要有零序電壓電流工頻分量法、諧波法、負(fù)序分量法、注入信號(hào)法等，在應(yīng)用中這些方法存在一定的缺點(diǎn)： （1）基于零序電壓電流工頻分量法檢測(cè)靈敏度低且受到消弧線圈的影響； （2）基于零序信號(hào)5次諧波或以上的方式雖然不受消弧線圈的影響，但信號(hào)中諧波分量過(guò)小，靈敏度受到很大的限制； （3）基于負(fù)序分量的方法不受消弧線圈的影響，但信號(hào)的獲得相對(duì)困難且易受負(fù)荷變化的影響； （4）注入信號(hào)法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的效果，但安裝信號(hào)注入裝置也不方便。 三、目前選線裝置在檢測(cè)中存在的問(wèn)題： 在目前小電流接地選線裝置中出

42、現(xiàn)選線不正確以及誤判較多的情況，除選線判據(jù)選擇的方面存在一定缺陷外，在工程應(yīng)用中也存在檢測(cè)等方面的問(wèn)題。從小電流系統(tǒng)單相接地時(shí)與正常工作時(shí)狀態(tài)信息的不同看，故障線路的判定似乎非常容易，然而事實(shí)并非如此，其原因主要有以下四點(diǎn)： （1）電流信號(hào)太小 電流系統(tǒng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流是系統(tǒng)電容電流，其大小與系統(tǒng)規(guī)模大小和線路類型（電纜或架空線）有關(guān)，數(shù)值甚小，經(jīng)中性點(diǎn)接入消弧線圈補(bǔ)償后，其數(shù)值更小。 （2）干擾大、信噪比小 小電流中的干擾主要包括兩個(gè)方面：一是在變電站和發(fā)電廠的小電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)裝置的裝設(shè)地點(diǎn)，電磁干擾大；二是由于負(fù)荷電流不平衡造成的零序電流和諧波電流較大，特別是

43、當(dāng)系統(tǒng)較小，對(duì)地電容電流較小時(shí)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對(duì)應(yīng)電流。 （3）隨機(jī)因素影響的不確定 我國(guó)配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運(yùn)行方式改變頻繁，造成變電站出線的長(zhǎng)度和數(shù)量頻繁改變，其電容電流和諧波電流也頻繁改變；此外，母線電壓水平的高低，負(fù)荷電流的大小總在不斷的變化；接地點(diǎn)的接地電阻不確定等等。這些都造成了零序電流和零序諧波電流的不穩(wěn)定。 （4）電容電流波形的不穩(wěn)定 小電流系統(tǒng)的單相接地故障，常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，因而電容電流波形不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的諧波電流大小隨時(shí)在變化。 四、本課題研究的主要工作 根據(jù)目前使用的大多數(shù)選線裝置原理是

44、基于故障時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)零序電流和電壓的檢測(cè)和分析，由于穩(wěn)態(tài)故障電流小，致使檢測(cè)靈敏度不高，選線正確率很低所以現(xiàn)場(chǎng)仍采用“拉路法”進(jìn)行故障選線。再此狀態(tài)下，我們以裝置原理入手，閱讀相關(guān)質(zhì)料后著手準(zhǔn)備研究工作。主要是對(duì)基于頻率特性對(duì)小電流接地系統(tǒng)選線研究，研究工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、小電流接地系統(tǒng)在單相接地時(shí)的故障分析； 2、根據(jù)線路等效網(wǎng)絡(luò)圖，建立其數(shù)學(xué)模型（傳遞函數(shù)）； 3、根據(jù)線路傳遞函數(shù)用頻率法分析其對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性； 4、從中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的頻率特性求出單相接地時(shí)的幅值最大而且為容性的暫態(tài)零序電流SFB頻段（＜） 5、根據(jù)SFB頻段的特點(diǎn)，求出小電流接地系統(tǒng)接地選線的原

45、理及方法。 4-2 小電流接地系統(tǒng)單相接地時(shí)的故障分析 中壓電網(wǎng)中中性點(diǎn)不接地供電網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大及電纜饋線回路的增加,單相接地電容電流也在不斷的增加,改造電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式、合理選擇電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，已是關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行可靠性關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。 一、中性點(diǎn)不同接地方式的分析 在我國(guó)中壓電網(wǎng)以35kv、10kv、6kv三個(gè)電壓等級(jí)的應(yīng)用較為普遍，其均為中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)，但是隨著供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是采用電纜線路的用戶日益增加，使得系統(tǒng)單相接地電容電流不斷增加，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)單相接地故障擴(kuò)展為事故，我國(guó)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定35kv電網(wǎng)如果單相接地電容電流大于10A、3～10kv電網(wǎng)如果

46、接地電容電流大于30A，都需要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式，而《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中規(guī)定“35kv、10kv城網(wǎng)，當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可采用電阻方式”，因此在中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，世界各國(guó)也有不同的觀點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就我國(guó)而言，對(duì)此在理論界、工程界也是熱點(diǎn)討論的問(wèn)題。在中壓電網(wǎng)改造中，其中性點(diǎn)的接地方式問(wèn)題，引起多方面的關(guān)注，面臨發(fā)展方向的決策問(wèn)題。 在我國(guó)中壓電網(wǎng)的供電系統(tǒng)中，大部分為小電流接地系統(tǒng)（即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地系統(tǒng)） 。我國(guó)采用經(jīng)消弧線圈接地方式運(yùn)行多年，但近幾年有部分地區(qū)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，其中中性點(diǎn) 經(jīng)消弧線圈接地方式

47、和中性點(diǎn)不接地應(yīng)用最多，所以在本設(shè)計(jì)中主要對(duì)這兩種接地方式進(jìn)行分析。 二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)故障分析 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)，在正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零。由于三相對(duì)地電容相，在相電壓的作用下，各相電容電流相等，并超前于相應(yīng)相電壓，如圖4—1所示，這時(shí)變壓器中性點(diǎn)與電容中性點(diǎn)同相位。 圖 4-1 小電流接地正常時(shí)的向量圖 假設(shè)當(dāng)電網(wǎng)中A 相發(fā)生單相接地短路時(shí)，如圖 4-2所示，設(shè)電源的三相電動(dòng)勢(shì)分別為、、。為了分析簡(jiǎn)便，不計(jì)電源內(nèi)部電壓降、負(fù)荷電

48、流和電容電流在線路阻抗上的電壓降。電源每相電動(dòng)勢(shì)的有效值等于電網(wǎng)正常工作時(shí)候的相電壓，電源兩相電動(dòng)勢(shì)之差等于電網(wǎng)的線電壓。在分析單相接地時(shí)候的零序電流電壓時(shí)，不計(jì)負(fù)荷電流（三相對(duì)稱的）影響。在單相接地時(shí)，線路I、II、III各相對(duì)地的電容分別為、、。見(jiàn)下圖： 圖 4-2 單相接地時(shí)電容電流的分布 下面分析線路III A相接地時(shí)的情況： 電網(wǎng)中各處A相對(duì)地電壓： =+=0 因此，電源中性點(diǎn)N對(duì)地電壓：= －，==， B相對(duì)地電壓：=+=－，== C相對(duì)地電壓：=+

49、=－，== 母線上的零序電壓為： =（++）=（0+－+－） =－ == 根據(jù)以上分析，可以畫出圖4-3所示的向量圖。 圖4-3 電網(wǎng)單相接地時(shí)的電流電壓向量 非故障線路 I的A相電流： ==0 B相電流： = C相電流： = 線路 I的三倍零序電流為： =++=0++ （4-2） == = 同樣對(duì)于非故障線

50、路 II： ==0，=，= = （4-3） = 故障線路 III的A相電流為： =－（+++++） B相電流： = C相電流： = 線路 III的三倍零序電流為： =++=－（+++++）+ + =－（+++）=－（+） （4-4） 根據(jù)以上分析，可以畫出圖4-3 （b）所示的向量圖。 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，線路上兩個(gè)非故障相的電容電流之

51、向量和稱為接地電容電流。 非故障線路I的接地電容電流為： =+=+ = = （4-5） == （4-6） 同樣非故障線路 II的接地電容電流為： == （4-7） == （4-8） 故障線路 III的接地電容電流為： =+=+ ==

52、 （4-9） = （4-10） 接地故障處的電流等于電網(wǎng)中所有線路（包括故障線路和非故障線路）的接地電容電流的總和： ==++=++= （4-11） = （4-12） 綜合以上分析,可以得出以下結(jié)論: (1) 在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓為電網(wǎng)的線電壓，電網(wǎng)中出現(xiàn)零序電壓，它的大小等于電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓。 (2) 非故障線路的大小等于本線路的接地電容電流

53、；故障線路的大小等于所有的非故障線路的之和，也就是所有非故障線路的接地電容電流之和。 (3) 非故障線路的零序電流超前零序電壓；故障線路的零序電流滯后零序電壓；故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相位相差。 (4) 接地故障處的電流大小等于所有線路（包括故障線路和非故障線路）的接地電容電流之和，并超前零序電壓。 三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時(shí)的故障分析 我國(guó)35kv電網(wǎng),如果單相接地時(shí)接地電容電流總和大于10A,3-10KV電網(wǎng)如果大于30A,都需要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。 如圖 4-2 所示為消弧線圈接地電網(wǎng)線路III A相接地時(shí)候的狀況：

54、 圖 4-4 經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相接地時(shí)電容電流的分布 下面分析線路 III A相接地短路時(shí)的情況： 電網(wǎng)各處A 相電壓為零，電源中性點(diǎn)N對(duì)地電壓= －，B相對(duì)地電壓為 －，C相對(duì)地電壓為 －，母線上的零序電壓為 =－，非故障線路 I的==，非故障線路 II的==，故障線路 III的接地電容電流=。這些電流、于電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地時(shí)完全相同。所不同的主要有以下幾點(diǎn)： （1） 如果消弧線圈的電感為，電抗為，由于它兩端的電壓為= －=，因此通過(guò)它的電流為： ==－ （4-1

55、3） = （4-14） （2）由于接地電容電流和都要流過(guò)接地點(diǎn)，因此接地點(diǎn)的電流為： =+++=+ （4-15） 超前，滯后，二者相位相反，因此接地點(diǎn)的電流比電網(wǎng)接地電容電流的總和小得多，消弧線圈起到補(bǔ)償作用，接地點(diǎn)的電流殘余電流。 根據(jù)對(duì)地電容電流的補(bǔ)償度不同，消弧線圈可以有完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償及過(guò)補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。 （a）全補(bǔ)償方式是使=，接地點(diǎn)的電流近似為0，從消除故障點(diǎn)的電弧，避免出現(xiàn)弧光過(guò)電壓的角度看，這種補(bǔ)償方式是最好的，但從其他的方面來(lái)看

56、，則存在嚴(yán)重缺點(diǎn)。在完全補(bǔ)償時(shí)，=，正是電感和三相對(duì)地電容對(duì)50HZ交流串聯(lián)諧振的條件，這樣在正常情況下，如果架空線路三相的對(duì)地電容不完全相等，則電源中性點(diǎn)對(duì)地之間產(chǎn)生的電壓偏移，以及在斷路器合閘三相觸頭不同時(shí)閉合時(shí)，產(chǎn)生的零序分量電壓，都是串聯(lián)在和之間，其將在串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大的電壓降落，從而使電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓嚴(yán)重升高，因此在實(shí)際中不能采用這種方式。 （b）欠補(bǔ)償方式就是使＜，補(bǔ)償后的接地電容電流仍然是容性的。采用這種方式仍然不能避免串聯(lián)諧振的問(wèn)題，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，如某個(gè)元件被切除或因發(fā)生故障而跳閘，則電容電流就將減少，這時(shí)可能出現(xiàn)=的情況，從而引起過(guò)電壓，因此欠補(bǔ)償方式一

57、般也不采用。 （c）過(guò)補(bǔ)償方式是使＞，補(bǔ)償后的殘余電流是感性的，采用這種方式不會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振的問(wèn)題，在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。 采用過(guò)補(bǔ)償方式時(shí)，＞ 。過(guò)補(bǔ)償多少以補(bǔ)償度來(lái)表示，其定義為： = 補(bǔ)償度一般為5～10% 。 從上式可得： =（1+） 因?yàn)榈南辔慌c的相反，所以： =－（1+） 得出：=+ = －（1+）=－ （4-16） 如果=100%，則接地點(diǎn)的殘余電流只有電網(wǎng)接地電容電流總和的10%，比沒(méi)有消弧線圈補(bǔ)償要小得多。 （3）

58、由于故障線路 III的 =－，=+，因此故障線路的應(yīng)為： =++=－+=+ （4-17） 得出： =+ = （4-18） 根據(jù)以上分析，可以畫出圖4-5（a）和圖4-5（b）的向量圖。 圖4-5經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)單相接地時(shí)的電流電壓向量圖 綜合以上分析，可以得出以下結(jié)論： （1） 在消弧線圈接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相的對(duì)地電壓為電網(wǎng)的線電壓，電網(wǎng)中出現(xiàn)零序電壓，其大小等于電網(wǎng)正常工作時(shí)的相電壓。

59、 （2） 消弧線圈兩端電壓為零序電壓，消弧線圈的電流也要通過(guò)接地故障點(diǎn)和故障線路的故障相，但它不通過(guò)非故障線路。 （3） 接地故障點(diǎn)殘余電流的大小等于補(bǔ)償度與電網(wǎng)接地電容電流總和的乘積，它滯后零序電壓，殘余電流的數(shù)值往往很小。 （4） 非故障線路的的大小等于本線路的接地電容電流，在過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r下，故障線路的的大小等于殘余電流與本線路接地電容電流之和。 （5） 非故障線路零序電流超前零序電壓，在過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r下，故障線路的零序電流也超前零序電壓，故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相位一致。 4-2 小電流接地系統(tǒng)的頻率特性 一 、電流接地系統(tǒng)的頻率特性

60、 1 、單線路的傳遞函數(shù) 如圖 4-3 的∏形網(wǎng)絡(luò)為一條線路的等效電路圖，其中C為線路對(duì)地分布電容，L為線路的電感，R為電阻。 圖4-6 線路等效電路圖 用復(fù)阻抗法來(lái)求圖4-3所示等效電路的傳遞函數(shù)： ==== === （4-19） （ 式中：= = ） 把式（4-19）與標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)表達(dá)式比較： = === = = === 式中： ——自然無(wú)阻尼振蕩頻率 ——阻尼比 可知單線路∏形等效電路的傳遞函數(shù)為一個(gè)典型的二階慣性環(huán)節(jié)。 二、二階系統(tǒng)的頻率特性分析 二階系統(tǒng)的

61、頻率特性為：= 幅頻特性為： = 相頻特性為： =－ 二階系統(tǒng)的頻率特性的Bode圖為圖4-7所示： 圖4-7二階滯后因子的Bode圖（上為幅頻特性、下為相頻特性） 由二階系統(tǒng)的幅頻及相頻特性Bode圖可對(duì)應(yīng)于不同的（與線路的參數(shù)有關(guān)）仍然滿足在＜頻段幅值大，在等于線路諧振頻率時(shí)幅值達(dá)到最大，線路阻抗體現(xiàn)為容性：在＞頻段線路幅值衰減快，線路阻抗體現(xiàn)為感性的特性。 三、典型二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)的分析： 二階系統(tǒng)的暫態(tài)性能對(duì)于高階系統(tǒng)具有一定的代表性，因此許多高階系統(tǒng)的暫態(tài)性能可以用相應(yīng)的二階系統(tǒng)來(lái)近似代表。 典型二階系統(tǒng)及其暫態(tài)響應(yīng)：

62、 由基本二階滯后因子描述的系統(tǒng)稱為二階系統(tǒng)，如： == （4-20） 式中： ——自然無(wú)阻尼振蕩頻率 = ——阻尼比 （4-20）表明，典型二階系統(tǒng)的性質(zhì)，完全由兩個(gè)參數(shù)和所決定，此外，對(duì)該式進(jìn)行變換可表示為： == 式中： ——開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，其值為： =， 式（4-20）表明，典型二階系統(tǒng)也是單位反饋控制系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)又可稱為閉環(huán)傳遞函數(shù)，對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)方框圖表示如下圖： 圖4

63、-8 典型二階系統(tǒng) 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是完全表征的，因此該傳遞函數(shù)的特征方程： 1+=++=0 （4-21） 也是所屬系統(tǒng)的特征方程。閉環(huán)傳遞函數(shù)的零、極點(diǎn)，稱為閉環(huán)零、極點(diǎn)；開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的零、極點(diǎn)，稱為開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)。對(duì)于典型二階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，閉環(huán)極點(diǎn)也是系統(tǒng)的特征根。由（4-21）可求出： =（－） 為求出系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)，取=帶入（4-20）中，則得頻域響應(yīng)： == 將此式展開(kāi)為部分分式，然后進(jìn)行拉氏變換，即可得時(shí)域響應(yīng)。 典型二階系統(tǒng)的各相性能，與阻尼比的關(guān)系尤為密切，按的取值大小，有如下三種情況：

64、 1、 欠阻尼（0＜＜1） 這時(shí)閉環(huán)極點(diǎn)是兩個(gè)共軛復(fù)數(shù)極點(diǎn) = =－ =－，= 式中，——分別代表閉環(huán)極點(diǎn)的實(shí)部與虛部，稱為阻尼振蕩頻率（角頻率） 由于＜0，共軛復(fù)數(shù)極點(diǎn)的、都位于左半S平面上，這時(shí)的系統(tǒng)稱為欠阻尼系統(tǒng)。 其暫態(tài)響應(yīng)表示為： ==1－ 式中： =， 0≤＜ ，0＜＜1 欠阻尼系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)呈現(xiàn)出阻尼振蕩的形式，其振蕩頻率為。 阻尼越小，振蕩越激烈，過(guò)調(diào)量也隨之增大。當(dāng)=0時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)位于虛軸上，其實(shí)部為零。而暫態(tài)響應(yīng)也變?yōu)椴凰p的等幅振蕩： =1－ 這時(shí)的振蕩頻率為自

65、然振蕩頻率。 2、 臨界振蕩（=1） 這時(shí)閉環(huán)極點(diǎn)是位于左半實(shí)軸線上的重極點(diǎn)： ==－ 對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)稱為臨界阻尼系統(tǒng)，它的暫態(tài)響應(yīng)為： =1－ 臨界阻尼系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特征是從有振蕩向無(wú)振蕩過(guò)渡的一個(gè)臨界狀態(tài)。 3、 過(guò)阻尼（＞1） 這時(shí)閉環(huán)極點(diǎn)是位于左實(shí)半軸線上的兩個(gè)不相等的實(shí)極點(diǎn) =－（+）；=－（－） 其暫態(tài)響應(yīng)中包括兩個(gè)衰減的指數(shù)項(xiàng)： =1－（－） 根據(jù)前面分析可得出各種不同相應(yīng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線簇。即為不同線路的暫態(tài)響應(yīng)曲線。

66、 圖4-8 典型二階系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)曲線 根據(jù)暫態(tài)響應(yīng)曲線圖4-8可知，暫態(tài)過(guò)程的長(zhǎng)短及暫態(tài)分量的大小與有關(guān)。如圖所示對(duì)應(yīng)于不同的其暫態(tài)響應(yīng)均表現(xiàn)為在低頻段的暫態(tài)分量較大。并可求出暫態(tài)分量的最大值，諧振峰值及暫態(tài)過(guò)程的時(shí)間(即暫態(tài)過(guò)程的結(jié)束時(shí)間)。 = 0＜≤0.707 ≈4τ= 由分析可知道小電流接地系統(tǒng)在低頻段的暫態(tài)分量大，故可以選用小電流系統(tǒng)在低頻段的暫態(tài)信號(hào)作為小電流接地選線的分析信號(hào)源。 對(duì)于單相接地時(shí)的暫態(tài)零序電流，主要是非故障相的充電電流。對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，因?yàn)闀簯B(tài)電感電流的最大值相應(yīng)與接地故障發(fā)生在相電壓過(guò)零值的瞬間，而大多數(shù)接地故障都發(fā)生在相電壓最大值的瞬間，在故障瞬間，電感電流=0。所以在同一電網(wǎng)中不論中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，在故障瞬間暫態(tài)過(guò)程近似相同，并且均為容性電流。 從頻率與阻抗的關(guān)系來(lái)分析，在低頻段小而大，線路阻抗表現(xiàn)為容性，當(dāng)R較小時(shí)，在整條線路可等效為一個(gè)電容。 從以上分析對(duì)小電流接地系統(tǒng)利用低頻段，幅值較