基于PSCAD/EMTDC的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式研究

綜合考慮這種接地方式對(duì)系統(tǒng)可靠性、絕緣水平和繼電保護(hù)的要求，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式主要適用于：電壓等級(jí)為(3-6)kV且接地電容電流小于 30A的電力網(wǎng)，或電壓等級(jí)為10kV且接地電容電流小于20A的電力網(wǎng)和電壓等級(jí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果中故障電流有一個(gè)瞬間的幅值很高的波動(dòng)，原因在于變壓器和發(fā)電機(jī)自身存在的電感和架空線路對(duì)地電容都是儲(chǔ)能元件，受電磁暫態(tài)過(guò)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(chǔ)》教材中討論的都是穩(wěn)態(tài)參數(shù)，也就是暫態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的直流分量已經(jīng)衰減完畢之后的值。中性點(diǎn)的其它兩種運(yùn)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(jìn)行詳細(xì)講解，本文不予贅述。

3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式

3.1仿真模型

如前所述，中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)具有發(fā)生單相接地故障時(shí)仍可繼續(xù)供電的優(yōu)點(diǎn)。但在單相接地電流較大時(shí)在接地點(diǎn)有電弧，會(huì)損壞設(shè)備并導(dǎo)致兩相甚至三相短路;還容易形成弧光過(guò)電壓，危及整個(gè)電網(wǎng)的絕緣。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，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(tái)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地。K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障前后，中性點(diǎn)電壓、各相電壓及接地點(diǎn)通過(guò)的電流的變化情況如圖4所示。

圖4 K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障前后電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況—中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式

根據(jù)圖4，故障前相對(duì)地電容電流不變，波動(dòng)幅值為0.02kA。K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈中流過(guò)感性電流，相位和容性電流相反，使接地電流的波動(dòng)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(hù)靈敏度的約束，不能用于高電壓等級(jí)的電力網(wǎng)。因此，我國(guó)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(shí)，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。

4電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式

4.1仿真模型

中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，是指將Y形接法的發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線直接和大地連接。圖5所示為在PSCAD/EMTDC軟件平臺(tái)上搭建的中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)模型。

圖5電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

假設(shè)A相發(fā)生金屬性接地。K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障前后，中性點(diǎn)電壓、各相電壓及接地點(diǎn)通過(guò)的電流的變化情況如圖6所示。

圖6 K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障前后電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況—中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式

如果K點(diǎn)的A相發(fā)生單相接地故障，則中性點(diǎn)與接地極構(gòu)成單相接地短路回路，線路上將流過(guò)很大的單相短路電流，這是中性點(diǎn)直接接地方式與中性點(diǎn)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(guò)電壓，設(shè)備絕緣水平低20%，造價(jià)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(hù)的要求，中性點(diǎn)直接接地運(yùn)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(jié)論和展望

本文利用PSCAD/EMTDC軟件建立了簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式的仿真模型，模擬了在各種運(yùn)行方式下線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，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(hù)的要求，確定了各種運(yùn)行方式的適用范圍。

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