基于PSCAD/EMTDC的電力系統中性點接地方式研究

綜合考慮這種接地方式對系統可靠性、絕緣水平和繼電保護的要求，中性點不接地運行方式主要適用于：電壓等級為(3-6)kV且接地電容電流小于 30A的電力網，或電壓等級為10kV且接地電容電流小于20A的電力網和電壓等級為(35-60)kV且接地電容電流小于10A的電力網。

值得注意的是，該實驗結果中故障電流有一個瞬間的幅值很高的波動，原因在于變壓器和發電機自身存在的電感和架空線路對地電容都是儲能元件，受電磁暫態過程的影響，故障瞬間電流幅值將迅速升高。但是，《電力工程基礎》教材中討論的都是穩態參數，也就是暫態過程中出現的直流分量已經衰減完畢之后的值。中性點的其它兩種運行方式下，故障電流的變化規律均受到電容和電感元件電磁暫態的影響，將在電力系統暫態分析部分進行詳細講解，本文不予贅述。

3電力系統的中性點經消弧線圈接地的運行方式

3.1仿真模型

如前所述，中性點不接地電力系統具有發生單相接地故障時仍可繼續供電的優點。但在單相接地電流較大時在接地點有電弧，會損壞設備并導致兩相甚至三相短路;還容易形成弧光過電壓，危及整個電網的絕緣。為了克服這個缺點，出現了經消弧線圈接地的電力系統。圖3所示為在PSCAD/EMTDC軟件平臺上搭建的經消弧線圈接地的電力系統模型，消弧線圈的電抗為20H。

圖3電力系統的中性點經消弧線圈接地運行方式

3.2實驗結果

假設A相發生金屬性接地。K點發生單相接地故障前后，中性點電壓、各相電壓及接地點通過的電流的變化情況如圖4所示。

圖4 K點發生單相接地故障前后電力系統的運行情況—中性點經消弧線圈接地運行方式

根據圖4，故障前相對地電容電流不變，波動幅值為0.02kA。K點發生單相接地故障時，消弧線圈中流過感性電流，相位和容性電流相反，使接地電流的波動幅值大大減小，為0.006kA。所以，消弧線圈的接入有利于消除電容電流的電弧影響。但由于接地電流較小，受到繼電保護靈敏度的約束，不能用于高電壓等級的電力網。因此，我國規定，(3-6)kV電力網且電容電流大于30A、10kV電力網且電容電流大于20A和(35-60)kV電力網且電容電流大于10A時，電力系統中性點應裝設消弧線圈。

4電力系統的中性點直接接地的運行方式

4.1仿真模型

中性點直接接地的運行方式，是指將Y形接法的發電機或變壓器的中性點通過導線直接和大地連接。圖5所示為在PSCAD/EMTDC軟件平臺上搭建的中性點直接接地的電力系統模型。

圖5電力系統的中性點直接接地運行方式

4.2實驗結果

假設A相發生金屬性接地。K點發生單相接地故障前后，中性點電壓、各相電壓及接地點通過的電流的變化情況如圖6所示。

圖6 K點發生單相接地故障前后電力系統的運行情況—中性點直接接地運行方式

如果K點的A相發生單相接地故障，則中性點與接地極構成單相接地短路回路，線路上將流過很大的單相短路電流，這是中性點直接接地方式與中性點不接地方式的最根本區別所在。相電壓幾乎不變，不產生過電壓，設備絕緣水平低20%，造價低，節省了投資。因此，綜合考慮系統可靠性、絕緣水平和繼電保護的要求，中性點直接接地運行方式主要適用于：110kV及以上的電力系統和380/220V的電力系統。

5 結論和展望

本文利用PSCAD/EMTDC軟件建立了簡單電力系統的中性點運行方式的仿真模型，模擬了在各種運行方式下線路上發生單相接地故障時，電氣參數的變化情況，并綜合考慮系統可靠性、絕緣水平和繼電保護的要求，確定了各種運行方式的適用范圍。

參考文獻

[1] 楊志潔，平軼玲.淺析電力系統中性點的接地方式[J].山西財經大學學報，2009，31(2)：308-308.

[2] 黃曉燕.電網中性點接地方式淺析[J].建筑電氣，2009年第8期：15-17.

[3] 閻寒冬，趙義松，于在明.220kV不接地變壓器中性點絕緣保護研究[J].東北電力技術，2009年第9期：33-35.

[4] X. B. Zhou, W. B. Wang and J. M. Zhang: Neutral point grounding modes for 10KV grids

in Shanghai shinan area. IET Conference Publications, 20th International Conference and

Exhibition on Electricity Distribution (Prague 2009)

[5] 張鴻鈞，韓敏華.順義地區中性點接地方式的探討[J].農村電氣化，2009年第9期：40-41.

[6] R. H. Wang: The analysis of specific grounding fault and Petersen on ARC grounding

out arc. Conference Publications, 2010 China International Conference on Electricity

Distribution (Nanjing 2010)

[7] L. J. Kingrey, R. Painter and A. S. Locker: Applying high resistance neutral

grounding in mediumvoltage systems. Industry Applications, IEEE Transactions on.

Vol. 47 (2011), p. 1220

[8] G. K. Jin, A. K, and K. Daewon, M. Park, I. K. Yu, J. Cho, K. D. Sim, S. Kim,