基于PSCAD/EMTDC的電力系統(tǒng)中性點接地方式研究

綜合考慮這種接地方式對系統(tǒng)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(wǎng)，或電壓等級為10kV且接地電容電流小于20A的電力網(wǎng)和電壓等級為(35-60)kV且接地電容電流小于10A的電力網(wǎng)。

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(fā)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(tài)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(wěn)態(tài)參數(shù)，也就是暫態(tài)過程中出現(xiàn)的直流分量已經(jīng)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(guī)律均受到電容和電感元件電磁暫態(tài)的影響，將在電力系統(tǒng)暫態(tài)分析部分進行詳細講解，本文不予贅述。

3電力系統(tǒng)的中性點經(jīng)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(tǒng)具有發(fā)生單相接地故障時仍可繼續(xù)供電的優(yōu)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(wǎng)的絕緣。為了克服這個缺點，出現(xiàn)了經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)。圖3所示為在PSCAD/EMTDC軟件平臺上搭建的經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)模型，消弧線圈的電抗為20H。

圖3電力系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地運行方式

3.2實驗結果

假設A相發(fā)生金屬性接地。K點發(fā)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(fā)生單相接地故障前后電力系統(tǒng)的運行情況—中性點經(jīng)消弧線圈接地運行方式

根據(jù)圖4，故障前相對地電容電流不變，波動幅值為0.02kA。K點發(fā)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(wǎng)。因此，我國規(guī)定，(3-6)kV電力網(wǎng)且電容電流大于30A、10kV電力網(wǎng)且電容電流大于20A和(35-60)kV電力網(wǎng)且電容電流大于10A時，電力系統(tǒng)中性點應裝設消弧線圈。

4電力系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)模型。

圖5電力系統(tǒng)的中性點直接接地運行方式

4.2實驗結果

假設A相發(fā)生金屬性接地。K點發(fā)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(fā)生單相接地故障前后電力系統(tǒng)的運行情況—中性點直接接地運行方式

如果K點的A相發(fā)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(qū)別所在。相電壓幾乎不變，不產(chǎn)生過電壓，設備絕緣水平低20%，造價低，節(jié)省了投資。因此，綜合考慮系統(tǒng)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(tǒng)和380/220V的電力系統(tǒng)。

5 結論和展望

本文利用PSCAD/EMTDC軟件建立了簡單電力系統(tǒng)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(fā)生單相接地故障時，電氣參數(shù)的變化情況，并綜合考慮系統(tǒng)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(tǒng)中性點的接地方式[J].山西財經(jīng)大學學報，2009，31(2)：308-308.

[2] 黃曉燕.電網(wǎng)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(qū)中性點接地方式的探討[J].農(nóng)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,