电力系统接地保护分析

电力系统接地保护分析（通用12篇）

电力系统接地保护分析 篇1

路灯常用接地方式

城市道路照明低压供电系统的保护接地分为TT系统、TN系统、IT系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统方式。本文主要分析路灯低压配电系统常用的接地保护方式。

1.TT方式供电系统

TT方式是指将路灯钢杆的金属外壳直接接地的保护系统, 称为保护接地方式, 路灯行业俗称单灯接地, 也称TT系统。第1个符号“T”表示电力系统中性点直接接地;第2个符号“T”表示路灯金属钢杆通过接地体与大地直接联接, 与系统如何接地无关。在TT系统中, 负载的所有接地均称为保护接地。TT方式供电系统的特点如下: (1) 当路灯钢杆的金属外壳带电 (相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电) 时, 因有接地保护, 可减少触电的危险性。但低压断路器 (自动开关) 不一定能跳闸, 造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压, 属危险电压; (2) 当漏电电流比较小时, 即使有熔断器也不一定能熔断, 还需增设漏电保护器; (3) TT系统适用于接地保护很分散的地方。由于上述原因, 江苏省在路灯施工中已很少使用这种接地保护方式。

2.TN方式供电系统

TN方式供电系统是将路灯钢杆的金属外壳与工作零线相接的保护系统, 称作路灯接零保护系统, 用TN表示。其特点如下: (1) 一旦设备出现外壳带电, 接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流, 这个电流很大, 是TT系统的5.3倍, 实际上就是单相对地短路故障, 熔断器的熔丝会熔断, 低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸, 使故障设备断电, 比较安全; (2) TN系统节省材料和工时, 在我国和其他许多国家都被得到广泛的应用, 其优点比TT系统多。TN方式供电系统中, 根据其保护零线是否与工作零线分开可划分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种。

(1) TN-C方式供电系统。

TN-C方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线, 可以称作保护中性线, 用PEN表示这种供电系统, 江苏省南京市路灯管理处、无锡市路灯管理处等都采用此种接地保护方式。其特点如下:由于路灯配电系统三相负载很难平衡, 工作零线上有不平衡电流, 对地有电压, 所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定电压;如果工作零断线, 则保护接零的漏电设备外壳带电;如果电源的相线碰地, 则设备的外壳电位升高, 使中性线上的危险电位蔓延;TN-C系统干线上使用漏电保护器时, 工作零线后面的所有重复接地必须拆除, 否则漏电开关无法合上, 同时工作零线在任何情况下都不得断线。因此, 实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。TN-C方式供电系统一般只适用于三相负载基本平衡情况。

(2) TN-S方式供电系统。

TN-S方式是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的一种供电系统, 泰州市及江苏省路灯管理处大多采用此种接地保护方式。该供电电系统的特点如下: (1) 系统正常运行时, 专用保护线上不带电流, 只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压, 电气设备金属外壳接零保护接在专用保护线PE上, 安全可靠; (2) 工作零线只用作单相照明负载回路; (3) 专用保护线PE不断线, 也不进入漏电开关; (4) 在干线上使用漏电保护器, 工作零线不可重复接地, PE线可重复接地, 但不能经过漏电保护器; (5) TN-S方式供电系统安全可靠, 适用于对安全要求较高的配电线路上。

(3) TN-C-S方式供电系统。

在配电线路中, 如果前部分是TN-C方式供电而下一部分采用TN-S方式供电系统, 则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线, 这种系统称为TN-C-S供电系统。其特点如下: (1) 工作零线N与专用保护线PE相联通。当线路不平衡电流比较大时, 电气设备的接零保护受零线电位的影响, 负载越不平衡, 灯杆外壳对地电压偏移就越大。因此要求负载不平衡电流不能太大, 且应在PE线上做重复接地; (2) PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器, 这是因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸, 从而造成大范围停电; (3) PE线除了在总箱处必须和N线相接外, 其他各分箱处均不可将N线和PE线相联, PE线上不允许安装开磁和熔断器。

通过上述分析, TN-C-S供电系统是TN-C系统中一个临时变通的方法。当三相电力变压器工作接地情况良好, 三相负载比较平衡时, 该系统在施工用电实践中效果较好。当三相负载不平衡, 路灯工程有专用的电力变压器时, 宜采用TN-S方式供电系统。

TN-S系统重复接地分析

在实际施工中, 部分路灯工程施工人员对TN-S系统中重复接地的有关问题及要求不甚了解, 常出现一些问题。集中表现为:TN-S系统的重复接地是对N线还是对PE线重复接地莫衷一是, 提法不明确。根据实践经验, 本人认为:TN-S系统中的重复接地是对PE线的重复接地。具体分析如下:

(1) 如不进行重复接地, 当PE断线时, 系统处于既不接零也不接地的无保护状态。而对其进行重复接地以后, PE正常时, 系统处于接零保护状态;PE断线时, 断线处如果在重复接地前侧, 系统则处在接地保护状态, 重复接地的TN-S系统则具备转换成TT系统保护方式的功能 (PE断线在重复接地前侧) 。

(2) 当相线断线与大地发生短路时, 由于故障电流的存在PE线电位升高, 当断线点与大地间电阻较小时, PE线的电位很有可能远远超过安全电压。这种危险电压会沿PE线传至灯杆设备金属外壳, 极易危及人身安全。但进行重复接地后, 重复接地电阻与电源工作接地电阻并联后的等效电阻小于电源工作接地电阻, 使得相线断线接地处的接地电阻分担了电压增加, 从而有效降低了PE线对地电压, 减少了触电危险。

(3) PE线的重复接地可降低当相线碰壳短路时的设备外壳对地的电压。相线碰壳时, 外壳对地电压等于故障点P与变压中性点间的电压。假设相线与PE线规格一致, 设备外壳对地电压则为110 V。而PE线重复接地后, 从故障点P起, PE线阻抗与重复接地电阻RE与工作接地电阻RA串联后的电阻相并联。在一般情况下, 由于重复接地电阻RE与工作接地电阻RA串联后的电阻大于PE线本身的阻抗, 因而从P至变压器中性点的等效阻抗, 仍接近于从P至变压器中性点的PE线本身的阻抗。如果相线与PE线规格一致, 则P与变压器中性点间的电压UPO仍约为110 V, 而此时设备外壳对地电压UP仅为故障P点与变压器中性点间的电压UPO的一部分, 即:UP=UPO×RERA+RE。假设重复接地电阻RE为10Ω, 工作接地电阻RA为4Ω, 则UP=78.6 V。

如果只是对N线重复接地, 则不具有上述 (1) 与 (3) 的作用, 只具有上述 (2) 的作用。对于TN-S系统, 其用电设备外壳是与PE线相接的, 而不是N线。因此, 城市道路照明低压供电系统中最要关心的是PE线的电位, 而不是N线的电位, TN-S系统中的重复接地不是对N线的重复接地。

如果将PE线和N线共同接地, 由于PE线与N线在重复接地处相接, 重复接地前侧 (接近于变压器中性点一侧) 的PE线与N线已无区别, 由N线承担的全部中性线电流变为由N线和PE线共同承担 (一小部分通过重复接地分流) 。这时重复接地前侧已不存在PE线, 只有由原PE线及N线并联共同组成的PEN线, 原TN-S系统实际上已变成TN-C-S系统, TN-S系统所具有的优点将全部丧失, 故不能将PE线和N线共同接地。

在工程实践中, 采用TN-S系统时很少将N线和PE线分别重复接地。其主要原因为: (1) 将N线和PE线分别重复接地仅比PE线单独重复接地多一项作用, 即可以降低当N线断线时产生的中性点电位偏移作用, 有利于用电设备的安全, 但是这种作用并不明显。一旦工作零线重复接地, 其前侧则无法采用漏电保护; (2) 如果要将N线和PE线分别重复接地, 为保证PE线电位稳定, 避免受N线电位的影响, N线的重复接地必须与PE线的重复接地, 并与灯杆基础钢筋保持20 m以上的距离。然而, 在路灯实际施工中, 这点很难做到。

接地电阻值Rd

从理论上讲, 接地电阻越小接触电压和跨步电压就越低, 人身安全越有保障。如果要求接地电阻越小, 人工接地装置的投资就会越大, 且在土壤电阻率较高的地区也不易做到。在路灯实际施工中, 接地电阻值通常按以下数值考虑:在1000 V以下中性点直接接地系统中, 接地电阻Rd应小于或等于4Ω, 重复接地电阻应小于或等于10Ω;在电压1000 V以下的中性点不接地系统中, 接地电阻Rd应小于或等于4Ω。因此, 根据路灯实际安装经验, 路灯照明系统中接地电阻Rd小于或等于4Ω。

参考文献

[1]张文梁.电工学[M].2版.北京:中国劳动出版社, 1990.

[2]李显全.维修电工[M].北京:中国劳动出版社, 1998.

[3]北京市路灯管理处.CJJ89-2001城市道路照明工程施工及验收规程.北京:中国建筑工业出版社.2001.

电力系统接地保护分析 篇2

关键词：配电网故障选线小波变换奇异性检测

1引言

单相接地电弧能够自行熄灭的中性点非有效接地系统称为小接地电流系统[1]，主要以中性点不接地、经高阻接地及经消弧线圈接地系统的形式出现。我国3～60kV的配电网通常都属于小接地电流系统。

小接地电流系统发生单相接地故障时，电源与故障点之间并不形成低阻抗回路，短路电流很小，同时线电压仍然保持对称，不影响对用户的连续供电，所以不必立即跳闸，规程规定可以继续运行1～2个小时。但是，为了防止故障进一步扩大，必须及时、准确地选出故障线路，并且予以切除。

为解决这一问题，国内外学者进行了深入而广泛的研究，提出了基于稳态分量、暂态分量及外施影响的多种选线方法（例如：比幅、比相法，谐波法，补偿法，零序导纳法，功率法；首半波法，能量法，谱功率法，小波法；拉路法，残余电流增量法，注入信号法）[2]，并开发出了相应的保护装置，先后推出了几代产品。然而迄今为止，此类装置在实际运行当中的效果仍然不能令人满意。

本文提出应用小波变换模极大值理论，找出故障后电气量的变化特点，并把与之相对应的模极大值作为特征量来分析，建立出简单、可靠的选线判据。大量的EMTP仿真数据表明，该方法是正确的、可靠的。

2基本原理

通过对小接地电流系统单相接地故障时的零序电压、电流进行奇异性检测，可以确定出它们在故障后突变部分的极性和大小，比较其在各条出线上的不同变化情况，可以识别出故障线路。

我们将无限次可导的函数称为光滑的或没有奇异性，若函数在某处有间断或某阶导数不连续，则称其在此处有奇异点。奇异性检测就是要将信号的奇异点识别出来并判断其奇异程度。数学上，通常用Lipschitz指数来刻画信号的奇异性[3]。由于小波变换极大值在多尺度上的表现与Lipschitz指数之间存在对应关系[4]，这为通过小波变换检测信号奇异点并区分奇异点提供了依据。即小波变换后的模极大值能够反应接地故障的某些特征，所以本方法利用此理论实现故障选线。

2.1小波函数的选取

小波函数在理论上有无限多种，由其引出的小波基所具有的性质也各不相同，可以满足各种问题的需要。但对同一个信号利用不同的小波基进行处理，取得的效果并不相同，甚至差异较大。所以为了得到令人满意的结果，就必须对小波函数进行适当的选取。虽然目前还没有一个成熟的方法来选择在解决具体问题时所需的最佳小波函数，但通常的做法是把各种小波函数分类，并总结出每类小波函数的性质和特点，结合要解决的问题来确定使用哪一类，并在该类中进行试验比较来确定使用哪一个小波函数[5]。

如上所述，针对小接地电流系统故障选线的具体问题：为了减小频谱的泄漏和混叠，要求小波函数具有好的频域特性。dbN小波系是工程上应用较多的小波函数，这一小波系的特点是随着序号N的增大，时域支集变长，时间局部性变差；同时，正则性增加，频域局部性变好。但是当N增大到10以后，dbN小波在频域内的分频表现与N为10时很接近。

综合考虑在时频两域内进行分析的需要，并结合故障选线问题的特点，通过采用几种小波进行多次仿真计算，证明使用db10小波可以得到较为理想的结果。所以本文选用db10小波，其尺度函数和小波函数的波形分别如图1（a）和（b）所示。

2.2选线判据

首先，对各出线上零序电流在故障前一个周波和故障后三个周波内的数据进行小波变换，得到相应的一组模极大值，其中n表示线路编号，i表示出现摸极大值的序号。然后，任意选定一条出线作为参考线路，将其上零序电流的小波变换模极大值组分别与其它线路上的零序电流的小波变换模极大值组做内积，并把这一内积结果作为一种测度，用S来表示。

式（1）中，j是被任意选定的那条参考线路的编号；k是剩余线路的编号，即k=1，2，…n，且k≠j；n是总的出线数目；m是模极大值的个数。

这样，就可以建立如下的选线判据：

（1）若Sjk不同时大于零或小于零，则使成立的线路是非故障线路；而使成立的线路是故障线路。

（2）若Sjk同时小于零，则线路j为故障线路。

（3）若Sjk同时大于零，则为母线故障。

2.3选线判据的说明

首先，由于小波变换自身算法上的原因，在变换过程中会把数据窗的右边界当成突变点，使得各尺度分量在右边界附近会出现较大值，这就是小波变换的边界效应。为了克服边界效应给选线带来的不利影响，只取前两个周波内的摸极大值做内积。

其次，做内积的实质是在进行极性比较。幅值大的模极大值在比较过程中有利，结果可靠；而幅值小的模极大值在比较过程中就会有容易受误差的影响，以至于得到错误结论。通过做内积的办法，就相当于使幅值大者的比较结果在测度中占有高权重，而幅值小者的比较结果在测度中占有低权重。这样就在很大程度上克服了误差的影响，从而提高了选线精度。

再次，小波奇异性检测反应的是信号的奇异性，不要求信号是跃变的[6]。所以，尽管本方法使用暂态过程中的数值来分析，但是在相电压过零附近发生单相接地，本方法仍然有效。

另外，因本方法是基于暂态分量的选线方法，所以在实际使用中，虽然可以瞬时选出接地线路，但是为了区分瞬时性故障和永久性故障，还需要判断一个延时后故障是否仍然存在，才决定是否执行跳闸操作。

3仿真分析

对某个35kV的辐射状小接地电流系统（如图2所示）在中性点运行方式为经消弧线圈接地时进行仿真分析。顺便指出，本方法对中性点不接地、经高阻接地系统同样适用。

假设距线路4始端24公里处于0.315秒时A相发生接地，以过渡电阻为1欧姆、采样率为10kHz为例，按照前边所述方法实现选线。限于篇幅，仅给出线路2（正常线路）和线路4（故障线路）的分析波形，如图3、4、5所示。

这里选定线路1为参考线路，线路2、3、4、5上零序电流的模极大值测度分别为351.1、540.7、-1200.5和216.8，根据上述判据可知线路4为故障线路。

为了便于比较，在过渡电阻、采样率以及参考线路都同前的情况下，采用此方法对图2所示系统分别做短线路近端、短线路远端、长线路近端、长线路远端及母线接地时的仿真分析，所得的小波变换模极大值测度列于表1。由于线路1是参考线路，其测度是与自身的小波变换模极大值做内积的结果（必然是正数），故该线路的小波变换模极大值测度不需要算出来，表中用“＋”表示。这样，按照前述选线判据分析这些数据，都能够非常准确地选出故障线路。

还是以图2所示系统为例，在采样率仍为10kHz，而过渡电阻增大到2000欧姆、参考线路变为出线2的情况下，进一步检验该方法，所得仿真数据示于表2。其中的数值，一方面说明参考线路是可以任意选定的，同样都能够得到正确的选线结果；另一方面说明本方法抗过渡电阻的能力非常强。

4结论

由于本方法取用故障点附近几个周波的数据实现选线，此时电气量的变化通常很明显，特征量幅值较大，所以具有很高的选线精度。同时，小波奇异性检测反应的是信号的奇异性，不要求信号是跃变的。所以，即使在相电压过零附近发生单相接地，暂态过程不明显的情况下，本方法仍然有效。

选线判据中采用做内积的方法，实质是在进行优化的极性比较，对含有误差的信号具有良好的容错性，而且不需要设置阀值。不论是中性点不接地、经高阻接地还是经消弧线圈接地的系统，本方法都适用。在系统不同位置、经不同过渡电阻接地的情况下，所得到的选线结果也都很精确，可见，此方法具有很强的鲁棒性。

需要指出，本方法适用于母线上至少有三条出线的情况，而在只有两条出线的时候将会失效。

参考文献

1.要焕年，曹梅月（YaoHuannian，CaoMeiyue）．电力系统谐振接地（Theresonantearthinpowersystem）[M]．北京：中国电力出版社（Beijing:ChinaElectricalPowerPress），2000

2.肖白，束洪春，高峰（XiaoBai，ShuHongchun，GaoFeng）．小接地电流系统单相接地故障选线方法综述（SurveyoftheMethodofFaultLineSelectionforSingle-Phase-to-EarthFaultinNetworksWithUngroundedNeutral）[J]．继电器（Relay），2001，29（4）：16～20

3.李威，王建赜，冉启文，等（LiWei，WangJianze，RanQiwen，etal）．一种新的电力系统暂态波形检测方法（ANovelMeasurementMethodforPowerSystemTransientWaveforms）[J]．电力系统自动化（AutomationofElectricPowerSystem），2002，26（5）：45～48

4.杨福生（YangFusheng）．小波变换的工程分析与应用（EngineeringAnalysisofWaveletsTransformandApplication）[M]．北京：科学出版社（BeiJing:SciencePress），2000

5.束洪春，肖白（ShuHongchun，XiaoBai）．配电网单相电弧接地故障选线暂态分析法（ATransient-BasedStudyofFaultLineSelectionforSingle-PhasetoGroundFaultsonDistributionSystem）[J]．电力系统自动化（AutomationofElectricPowerSystem），2002，26（21）：58～61

电力系统接地保护分析 篇3

关键词：中性点不接地系统单相接地故障电容电流

0 引言

当前，国内煤矿产能提高幅度很大，但地质条件趋于复杂，为保证安全高效生产，对矿井供电可靠性、供电质量的要求很高。在现代化煤矿中，随着配电网规模的增大，因其大部分为电缆供电，单相接地电容电流值也在增大，随着接地运行时间的不断加长，容易发生短路故障，再加上井下施工环境恶劣，导致高压电缆单相接地故障时有发生，给人民的生命财产安全带来重大威胁。

1 测量单相接地电流

1.1 测量电流的方法 测量单相接地电流时，通常情况下附加电源测量法，该测量方法只能对工频下的绝缘参数进行间接地反映[1]；对于交流伏安法、中性点位移电压法、谐振测量法三种测量方法是对电网的实际绝缘参数进行反映。本次测试采用更加安全可靠的新方法，即单相经电阻接地的间接测量方法。（见图1）

图1中C为对地电容、r为绝缘电阻

通过采用单相经电阻接地的方法，进一步确保了试验的安全性，电网中任何一相（以A相为例）如图1所示，导线通过附加电阻R与电流表A组成的串联电路与大地相连。其中，R的取值范围在500~1000Ω之间，A控制在几安培，通过一系列计算，求出接地电流。电网的单相接地电流是由电网总的对地零序电流之和共同构成的，由相应的知识可知零序电流与零序电压成正比关系[2]。因此，根据公式（1），如果能够测量出单相经电阻接地时两端的零序电压，便可能得到直接接地电流。

I■=■×I■ （1）

其中，I■——电网单相直接接地电流。I■——电网单相经电阻接地的电流。U■——电网单相经电阻接地时的二次零序电压。100——电网单相直接接地时的二次零序电压（100V）。

根据公式（1），在测得电源相电压、电流以及零序电压，即可求得单相接地电流。该方法简单、安全、可靠性高[3]。

通常情况下，借助电压互感器对电网相电压与零序电压进行测量，进而确保测量的安全性。根据实际的测量需要，对公式（1）进行改写:

IE=■I■（2）

U■——电压互感器二次线电压

根据数学模型可以进一步计算对地绝缘电阻r和对地电容C。

1.2 单相接地电流测量具体内容

1.2.1 测量电容电流。针对五阳矿供电系统具体情况，采用不同电压等级的电阻箱对35kV和6kV变电所分别进行35kV系统和6kV系统的电容电流测量。具体如下：①采用35kV接地电阻箱在五阳工业广场35kV变电所以及南丰35kV变电所35KVI段II段在母联断开时分别进行电容电流测量。②采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳工业广场35kV变电所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳工广区6kV系统整个电容电流的测量。③采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳新井开闭所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳新井开闭所6kV系统整个电容电流的测量。④采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳南丰35kV变电所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳南丰35kV变电所6kV系统整个电容电流的测量。

1.2.2 测量电流的方法和步骤。在测量单相接地电流的过程中，为了保证测量的安全性，在实际测量过程中，通过采用电压互感器对电网线电压与零序电压进行测量。接线图如图2所示。借助电压互感器（TV）和隔离开关（Q）与断路器（QF），将附加电阻与电流表接入电路中，将电压表分别接在电压互感器二次星形和开口三角处，分别量出I■、U■、U02。

测量方法和步骤[4][5]：①分别测量出电网正常运行的相电压和线电压。②在变电所6～10kV电网中选择接地测量点。③在确保安全的前提下，选择阻值大小合适的电阻，与电流表串联后接入电网的任何一相与地之间，然后读取电流表的示数。④在与步骤3进行同步操作时，测量零序电压值和接地相对地电压值。⑤断开断路器与隔离开关。

公式（1）带入相应的数值，即可计算接地电流。

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1.3 测试的注意事项 在计算对地电流，测量相关数据的过程中，需要注意以下几点内容：①接线情况由负责人员进行检查。②对电阻箱进行接线时确保其牢固性。③担任开关操作的人员要具备丰富操作经验。④测量现场的安全检查及警戒由专人负责。⑤选用空闲线路进行实验。

2 中性点接地方式及接地保护分析与研究

2.1 选择接地方式 根据国标（DL/T620～1997）规定，结合实际情况选择合适的接地方式，当符合下列条件时，其接地方式应选择消弧线圈方式。

2.1.1 3kV～10kV架空线路系统由钢筋混凝土或金属杆塔构成，以及所有35kV、66kV系统，10A。

2.1.2 3kV～10kV架空线路系统由非钢筋混凝土或非金属杆塔构成的，相应的电压、电流为：①3kV和6kV时，30A。②10kV时，20A。③3kV～10kV电缆线路构成的系统30A。

综上所述，只有熟悉单相接地电流的各种情况，进而在一定程度上确保矿井安全、平稳、有序地运行。

2.2 选线原理 结合小电流接地电网接地故障时的特征，选线原理为[6]：①零序过电流原理。单相接地时，故障线路的零序电流是其它非故障线路的电流之和，对于非故障线路来说其零序电流为自身的电容电流。②零序无功功率方向型原理。发生接地故障时，按照支路零序无功电流与正常支路方向相反的原理进行选线。该原理为基波原理，在中性点不接地系统得到广泛使用。③五次谐波原理。单相接地时，5次谐波容性电流分布与中性点不接地系统中基波容性电流几乎相同，接地选线据此进行。④零序有功功率方向型原理。根据消弧线圈在实现全补偿时需要并联或串联的阻尼抑制谐振，该阻尼在接地时产生的有功电流仅流过接地支路来实现选线。⑤注入法原理。通过运行中的电压互感器向接地线注入信号，利用信号寻踪原理，实现接地选线。⑥首半波原理。根据单相接地瞬间，故障线路暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点构成。⑦综合法。由于小电流接地系统的特殊性，依靠一种原理而在各种故障条件下正确选线是不切实际的。

综上所述，针对煤矿接地保护的配置情况，根据中性点接地方式的规划，分析研究接地保护的选择性能否满足要求，并制定相应整改方案，对电网安全运行具有重要意义。

3 结论

通过对35kV和6kV高压电网中性点不接地系统，单相接地电流测量方法以及中性点接地方式及接地保护进行分析与研究，实现从系统角度对煤矿供电系统供电质量及可靠性进行分析与安全评价，指出可能存在的薄弱环节，为进一步改造或扩容提供政策和建议，进而提高供电系统可靠性，确保煤矿安全生产。

参考文献：

[1]赵富强.中性点接地系统单相接地电容电流的测量[J].电气时代，2000(11).

[2]张智军.10kV接地系统电容电流测试方法的探讨[J].东北电力技术，2004(11).

[3]李景禄，周羽生.配电网电容电流测量结果异常的分析[J].高电压技术，2002(08).

[4]陈海昆.电力系统电容电流的测量与补偿[J].华东电力，2001(03).

[5]朱喆，饶强.配网电容电流测量的新方法[J].广西电业，2005(01).

[6]张慧芬.配电网单相接地故障检测技术研究[D].山东大学，2006.

作者简介：

郭杨（1982-），男，满族，河北保定人，中共党员，助理工程师。

电力系统接地保护分析 篇4

在我国配电网中, 采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式居多, 都属于小电流接地系统。该系统具有发生单相接地时故障电流小的优点, 同时系统线电压基本不变, 不影响对负荷连续供电, 《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5~2个小时。但电网长时间带接地故障运行, 容易引发相继的电气事故, 因此准确快速的查出故障线路, 对配电网的安全运行起到至关重要的作用。

二、单相接地保护选线的重要性

“单相接地”是指电气一次回路上的A、B、C三相中, 任意一相带电部位与大地之间形成导电回路;以及大气雷电或其它原因形成过电压, 致使配电设备的绝缘材料遭到破坏后, 对地绝缘电阻明显过低等现象。由于我国电力系统中主要采用中性点不接地或经过消弧线圈、高电阻接地的方式。当在同一母线上有多条配电线路时, 无论哪一条发生单相接地都不能与主变压器的绕组线圈直接构成回路, 线路中不会出现短路和过负荷等大电流现象。仅有线路与大地之间形成的电容电流发生变化, 表现为每一条线路中会出现微弱的零序电流。此电流非常小, 从几毫安到几百毫安或数安培不等, 与线路的长度成正比。但是接地时由于非接地相线对地电压上升可达相电压的√3倍, 当系统再伴随有铁磁谐振产生时, 就会使相电压升高1~5倍, 甚至更高形成过电压, 加速了电力设备绝缘材料的老化, 缩短了使用寿命, 从而导致绝缘设备被击穿, 就会出现两相或多相同时接地而发生短路事故, 加大了电力设备的损坏程度。因此, 在电力系统中经常会发生电压互感器、断路器爆炸, 配电变压器烧毁, 电力电缆和瓷瓶被击穿等事故。已有的继电保护或综合自动化保护装置中的“短路保护”、“过电流保护”和“零序电流”保护, 都属于大电流启动保护装置;单相接地时的小电流不能驱动这类保护装置动作, 因此, 不能动作于高压开关 (断路器) 跳闸, 故障线路和非故障线路也就不能被隔离。为了避免事故的扩大, 需要及时地把故障线路与非故障线路进行区分。在变电站 (所) 、开关站或发电厂中, 若没有安装可靠的“单相接地保护选线装置”, 就需要人工逐次拉闸停电试查才能选择故障线路, 有时甚至要把与母线相连的所有配电线路拉闸停电, 才能找出。这样就会造成无故障线路供电的中断, 导致大面积停电。同时这一过程非常复杂, 工作量很大, 同时对人身、设备还具有不安全的隐患, 因此一种可以快速准确的查找出接地线路的技术就显得尤为重要。

三、国内外在这一领域的技术现状

小接地电流系统单相接地保护选线, 是一个一直以来就备受关注的问题。国外在上世纪初期就有许多电力工程技术人员和高等院校对此项目进行过大量的研究, 认识度不断深入, 技术方案也越来越多, 准确率逐步在提高。其中, 具有代表性的是德国电力工程师巴赫的“首半波”理论和俄罗斯的“无功功率方向”理论。根据这些理论开发出来的装置在电力系统中进行了使用, 其选线的准确率可以达到50%左右。

我国从上世纪80年代起开始研制小电流接地系统单相接地自动选线装置。虽然起步晚, 但是发展速度却很快, 目前已具有世界先进水平。在国内根据零序电流大小的原理, 采用灵敏继电器以及晶体管电子保护等技术, 通过设定零序电流动作值进行保护选线, 经过多年的使用其选线的准确率已接近5 0%。后来, 又采用“首半波”理论和晶体管电子技术相结合, 生产出了几种不同规格的选线装置, 在我国电力系统中进行了推广使用, 使选线的准确率比前者又有所提高, 可达60%左右。

四、已有技术可靠性差的原因分析

由于主变压器二次侧三相绕组的中性点不接地 (或经过消弧线圈、电阻接地) , 当线路中的任意一相接地时, 没有与变压器的绕组构成回路 (或电阻很大) , 就不能形成电流 (或很小) , 在故障线路和接地点就不会有大电流流过。仅有线路与大地之间所形成的电容电流, 它与线路的长度成正比, 1 0 K V的线路每公里约有15mA左右。影响保护选线准确性的关键原因就在于一个“小”。因为接地时的电流很小, 从几毫安到几十毫安或几百毫安, 最大也只有几安培, 与线路中的几百安培或数千安培的负荷电流相比, 相差数千倍或数万倍。线路中故障时的电流与非故障时的电流相比没有明显的区别, 又因为很多电流互感器的测量误差所产生的不平衡电流远大于接地时的零序电流值, 现有的继电保护和综合自动化保护等设备, 不能区分是故障接地电流还是负荷电流的波动。另外, 当接地故障发生时, 不仅故障线路对地有电容电流, 而非故障线路对地同时也有电容电流, 这样不仅要测量故障线路的电容电流, 还要测量非故障线路的电容电流, 并要进行区分, 难度更大。在一些大型枢纽变电站中, 虽然配电线路较多也比较长, 接地时能够形成较大的电容电流。但是, 接地电流较大时, 又容易在故障点产生弧光, 导致二相或三相线路发生短路事故。因此, 国家有关部门明确规定:对于接地电流大于10A的系统, 要装设消弧线圈或电阻。以此来减少接地点的过度电流, 避免产生弧光;这样就使故障线路接地点的电流更小, 故障特征更加的不明显。又因电力系统是强电场和强磁场的环境, 干扰信号很大, 往往把接地信号给淹没了。

为克服现有原理存在的不足, 本文提出一种新的原理:零序电流有功分量方向原理。

五、零序电流有功分量选线原理

图1为简化的小电流接地系统模型, 为了分析方便, 忽略输电线阻抗以及线路对地电导。当K2合上时表示系统的第i条出线C相经过大小为Rd的电阻接地 (Rd=0表示金属接地) , K1合上表示系统经过消弧线圈补偿。

图2通过零序等值电路给出了零序电压以及残流等相互关系。其中Uc为K2合上 (即接地) 前接地点的电压, Uo为接地后系统的零序电压, Ir为接地点残流, ΣIc为系统总电容电流, IL为消弧线圈补偿电流。它们存在如下关系:Ir=IL-ΣIc (公式1)

由于IL的补偿, 残流会大大削弱, 例如当消弧线圈运行在过补偿且脱谐度为10%, Ir=-10%×Ic, 补偿后残流变为原来的1/10, 使接地点电弧自动熄灭的可能性大大增加, 提高了电网运行的可靠性。然而残流急剧减小给选线带来了麻烦, 见图3的分析。

如图3所示, 出线m为故障线路, CT1~CTn为各线路的零序互感器, I01~I0n为对应出线的零序电流。故障线路的零序电流I0m=ICm+Ir (公式2)

即故障线路的零序电流等于消弧线圈补偿电流再减去所有非故障线路电容电流的和。假设系统没有消弧线圈补偿即IL=0时, 故障线路零序电流为所有非故障线路电容电流之和, 其幅值较大, 相位与非故障线路相反, 故障特征很明显, 对选线而言有积极作用, 缺点是残流较大。假设消弧线圈完全补偿系统电容电流, 即Ir=0, 此时各出线零序电流即为线路本身电容电流, 故障线路零序电流的幅值和相位与非故障线路没有明显区别, 即故障特征不明显单凭幅值作为判据在电容电流较小的线路发生故障时容易误判。加上互感器采样误差等原因, 使补偿后的小电流接地系统选线成为一个难题。

六、结论

本文对零序电流有功分量选线原理进行优化, 比较各零序电流间的相位差别, 实际隐含了有功分量的原理, 因为有功分量都是在同一零序电压作用下产生的, 零序有功在各支路中存在区别, 主要原因还是各出线零序电流相位上的区别, 而本方法则直接利用了这一特征, 减少了多引入零序电压一个量带来的误差, 同时利用了残流特征, 提高了该方法的选线准确性。

参考文献

[1]龙华, 孟庆海.供配电安全技术.北京机械工业出版社.2003年

[2]李光琦.电力系统暂态分析.北京中国电力出版社

电力系统接地保护分析 篇5

1交流接地装置的接地线与保护线的截面，应符合热稳定要求，但当保护线按下表选择截面时，则不必再对其进行热稳定校核。而埋人土内的接地线在任何情况下，均不得小于下表所列规格，

2保护线宜采用与相线相同材料的导线，但也不排除使用其他金属导线(包括裸导线与绝缘线)，也可由下述材料构成：

(1)电缆金属外皮。

(2)配线用的钢管及金属线槽(尺寸与接地体同)。

电力系统接地保护分析 篇6

【关键词】变电站；二次系统；防雷；接地保护

近年来，随着科学技术的发展和避雷技术和避雷材料的推广，在一定程度上保障的电力系统的安全稳定运行，特别是在保护变电站一次雷电过电压获得可喜的成绩。但随着电力系统自动化技术发展，二次系统以微电子为主的元件，运行电压只有几伏，信号电流也是微安级的电子设备就难以承受高能的雷电暂态冲击，如何能使得二次系统设备在恶劣的雷电环境安全运行是电力工业亟待解决的问题。而合理有效的接地措施是目前最有效的保护二次设备免受雷电暂态过电压冲击的主要手段之一，但不同的变电站面临着的运行环境不同，二次设备防雷接地方式的处理是也各有千秋，这需要研究雷电入侵变电站二次设备的途径、干扰以及各种影响产生的原因，从而有针对性采取防止雷电侵入的保护方式，改善接地网防雷性能。

1.变电站二次系统接地要求与类型

转移由于雷击或者线路故障引起的暂态电压，实现在暂态极限范围之内允许这些暂态过电压在电路元件上，通过整个系统与电路、装置之前提供低阻抗公共参考点以使得变电站二次设备受到的干扰最小，实现降干扰至最低水平的目的。另外，由于接地时间过长在高频信号时容易引起高阻抗，从而产生很高的反击电位，从而对二次设备造成影响。因此，在系统内接地时间不宜过长。从功能上划分，电力系统交流电气装置可以分为工作接地、防雷接地和保护接地三种接地类型。

大多数二次侧系统是采用接地系统，依靠保护接地作用减少电磁干扰，实现防雷的目的。由于二次系统设备所处室内，大大降低了受雷直击的可能性。但二次系统必须与一次系统连接方可保证变电站的安全稳定运行，这样保护接地和工作接地都会受到一次系统防雷接地的干扰，形成回路，与此同时二次电缆也作为一二次系统的连接通道。因此，二次系统接地安全检验工作以及计算其二次反击电压，准确诊断接地情况成为了工作的重中之重。

2.变电站二次系统接地分析

从配电变压器将一次电压降到二次可用电源起，到各种机箱、机柜、设备内部电路接地，整个二次系统可以按段将接地模式分成单点接地、多点接地、浮点接地和混合接地四种。在低频电路中，由于元件与分布线之间杂散电感比较小，这容易造成相互影响，可以采用将系统所有的接地线共同连在一个公共接地点上的单点接地方式。这种方式有串联单点接地和并联单点接地之分，串联单点接地方式有优点在于避免低频时的接地回路问题，缺点是各们子系统回路存在着一部分重叠情况，容易造成相互干扰。由于这种方式比较简单，在实践中还是应用最为广泛；并联单点接地形式优点在于防止电路单元与设备之间直接传导耦合问题，但其布线笨重、繁杂，而且多根地线之间、地线与电路之间的电感和电容会随着频率的增强而加强耦合的缺点制约其不能广泛的应用。比较典型的例子是应用于弱点信号系统接地和机械接地构成的二次单点并联接地系统。多点接地指系统中各个接地点都用最短的接地引线接到它们附近的地面上。在高频时，单点接地会会使得诸多杂散电容存在于设备外壳与大地之间，相对于多点接地。其优点在于电路构成简单，减少高频驻波现象出现，得到最低的地阻抗，缺点是增加设备内容的接地回路。浮点接地一般是针对信号控制电路，悬浮地的设备容易产生静电积累，在雷电环境下还可能发生设备机箱部件电击穿，甚至影响操作人员人身安全，不易用于变电站的二次系统。混合接地是是串联并联、单点多点等接地方式组合应用的一种接地方式。在复杂的工业系统中很难只采用单一的信号接地方式时，应用混合接地方式，可以克服单点接地、多点接地、浮点接地的缺点，发挥其优点功能。如在低频电路部分多采用串并联混合低频信号接地，高频电路部分即采用多点接地。

3.变电站二次系统防雷保护措施

3.1信号防雷

变电站通信接口过电压保护各类繁多，设计比较复杂，变电站最常用的电话线接口过电压保护设计、网络通信线的过电压保护器以及RS-232接口过电压保护设计三种。电话通信设备有MODEM和DDU两种，MODEM通信传输速率达到4800～28800b/ps，在电话线上传输带宽设计为不可变。将网络通信线的过电压保护器安装在通信线路两端、户外网络的进线端或计算机通信接口的前端，遇到双绞线通信时根据信号工作电平和传输速率来选择，遇到同轴电缆通信时，还要将通信线路特性阻抗也考虑进去，以匹配保护器的特性阻抗。RS-232 串行通信只同步与异步之分，只是在通信线数量多少进行区分，防雷功能都一样。

3.2电源防雷

电源防雷是变电站防雷的重点工作之一，在实践中通常通过三级防雷保护措施将侵入设备的过电压控制在一定的范围内，保证设备正常工作，避免人身傷害。第一级防雷保护是在设备所在楼层的总配电箱的电源安装上三相四线制防雷器和箱式电源避雷器，选用40KA标称放电电流，可以吸引90%左右的雷电能量，防直击雷。为了预防操作过电压和感应雷击，还需要将防雷器分别接到总电源交流配电屏输入端的三根相线及零线与地线之间，三根相线串联在小型断路器上。第二级防雷保护是将电源防雷器安装在配电箱输入端的三根相线和零线与地线之间，将小型断路器串联接到直流电源输出端三根相线前端，选用20kA标称放电电流。第三级防雷保护是将模块式电源避雷器配置到机房的一些重要设备的输入端，选用5kA的标称放电电流，保证电源和部分通信接口不受感应雷击和操作过电压影响。

3.3电流互感器二次回路接地

电流互感器二次回路接地方式有中性点接地和B相接地两种方式。规程中规定，大接地短路电流系统的电压互感器主二次绕组一般采取中性点直接接地，而小接地电流系统即采用B相接地方式。中性点直接接地方式具有接线功能齐全，接线比较简单，适用于两种系统。在线电压同期的情况下，B相接地也可以简化同期回路接地线，节省投资，但不能接绝缘监视仪表，也不能测量相电压。在变电站通常采用B线接地的星形接线，在二次侧中性点击穿保险接地，使得接地功能比较齐全。

3.4屏蔽电缆可靠接地

屏蔽电缆可靠接地通常有单端接地和双端接地两种。单端接地的电缆一端悬空，当雷击引起大电流进入地网时，接地网的高阻抗特性让入地电流迅速衰减，从而使感应电压不会太大，达到保护变电站的目的。双端接地是在改善地网的基础上，为限制发薪电缆两接线地端电位差，防止屏蔽电缆两接地端因电位差造成的干扰而采用严格的等电位连接方式。与单端接地方式相比，双端接地方式具有良好的抗电磁干扰性能。为二次电缆少受变电站内空间电磁场干扰，除了综合考虑两种连接方式外，还应当采取改善变电站内的接地网，降低接地网和设备接地引下线的接地电阻；充分利用电缆沟的屏蔽作用；将低电平的信号电缆与高电平电缆分开；二次电缆屏蔽层的接地点应尽量远离避雷器、避雷针的接地点；二次电缆应尽可能远离母线，并尽量减少与母线的并行长度；二次电缆在变电站内的走向应尽可能呈辐射状等可行措施。■

【参考文献】

电力系统接地保护分析 篇7

近年来,随着现代都市的加速建设,我国大中城市配电网络越来越多的采用电缆作为供电线路,快速增长的电容电流给传统消弧线圈接地系统的安全稳定性带来了不少问题[1]。为了适应这种电缆配网的故障特点,减少系统过电压水平,中性点经小电阻接地方式被越来越多的大中城市采用,例如韶关目前就有北区、阳山、新君、前进和丹霞等几个110kV变电站采用小电阻接地系统。对于该接地系统,仍存在运行经验不足、二次设备的配合不佳等制约其供电可靠性的不利因素[2]。

随着配电网络的发展,馈线接地故障的种类变得更为繁多和复杂。在小电阻接地系统中,当两回线或以上同时发生接地故障时,将引起零序电流的分布特征发生较大变化,从而引起零序保护的拒误动问题。同时,两回线相继发生接地故障时,故障时差的存在也是零序保护失配合的重要原因[3,4]。本文将对两回线接地故障时零序保护的动作特性进行详细分析讨论。

1 不同接地故障对零序保护的影响

在小电阻接地系统中,单回线发生接地故障时,由于流过故障馈线与流过接地变的零序电流相等,一般传统的以馈线零序保护为主,接地变零序保护为后备的保护配置都能够满足选择性要求,不存在失配合问题。

然而当两回线同相同时发生单相接地故障时,根据相关的研究分析[5],零序电流在两故障馈线中存在并联分流作用,使零序电流的分布特征将产生较大变化,从而使馈线零序电流大幅下降,而汇入接地变压器零序电流却与一般单回线接地故障情况相近。因此馈线的零序保护可能会由于零序电流的减少而拒动于故障,造成接地变零序保护的越级动作。

假如当两回线在不同相同时发生单相接地故障时,由于两回线故障电流相位不同,会通过大地汇集而“短接”。这种情况与同相故障相反,每一馈线零序电流都大幅增加了,但汇入接地变的零序电流却远少于任一回线的零序电流,反而有利于继保装置的正确动作。这种情况一般不容易引起零序保护的不正确动作。

2 两回线同相接地故障下零序保护的动作特性分析

下面将详细分析两回线同相接地故障对零序保护动作特性的影响,假设F1与F2同时发生A相接地故障,如图1所示。

根据双回线复杂故障分析理论[5],可得到流经故障馈线F1、F2及接地变的零序电流分别为:

式(1)～(3)中:

ZS∑表示小电阻系统的总阻抗;

Zi.L∑表示计及过渡电阻后第i回线的总阻抗;

Uφ̇表示母线相电压。

比较式(1)和式(2)可知,各回线零序电流的大小取决于本回线与另一回线总阻抗的比值:

式(4)表明,馈线零序电流会因两回线故障条件的差异而不同:

(1)在一般情况下,由于两回线故障距离和过渡电阻各不相同,有Z1.L∑≠Z2.L∑,因此两根线的零序电流也不相同;特别是,当Z1.L∑<

(2)若出现两回线的故障距离和过渡电阻完全相等的理想条件,有Z1.L∑=Z2.L∑,此时两回故障线流过相同的零序电流,都等于接地变零序电流的一半,即İ1.K0=İ2.K0=0.5İg0。

上述特点表明在两回线同相故障下馈线的零序电流不但会有所减少,而且减少幅度的多少会随各回线故障条件的差异带有随机性。该特点对正常小电阻系统的零序保护动作配合极为不利,其原因在于一般零序保护整定过程是根据单回线单相接地故障的特点对保护动作值进行离线计算得到的,并在现场运行中保持不变[7],因而难以保证在两回线同相故障下动作的可靠性。例如韶关丹霞站零序保护的整定数据为:馈线I段60A(动作),延时1s,II段25A(发信),延时1.2s;接地变75A(动作),延时1.5s。

为了进一步研究不同条件两回线同相故障下的零序保护的动作特点,本文利用电磁暂态软件PSCAD对某站的数据作仿真分析。模型设置如下:系统按大方式计算,110kV侧正序阻抗为9Ω;主变变比110/10kV,容量40MVA,短路电压为11%;各回线参数以LGJ-240计算;接地变零序阻抗9Ω,中性点接地电阻12Ω。

结合表1数据可见,当两回线同时发生接地故障时,该站的零序保护装置可能出现以下动作过程。

(1)当两回线故障距离相近,无过渡电阻的情况下,F1、F2的零序电流都大于整定值,因此馈线保护R1、R2及接地变保护RG均能启动,最后馈线保护先于接地变保护动作正确排除故障。

(2)当两回线故障距离或接地过渡电阻相差比较大时,仅有F1的零序电流大于整定值,因此R1及RG能启动。R1经过延时tL0.act后动作并切除故障线路F1;在F1切除后回复到单回线接地故障状态,F2的零序电流增大并有I2.K0>I0act.l,此时R2才开始启动但作为后备的RG却没有返回,结果RG先于R2动作,并作用于变低断路器使母线退出运行。

(3)当两回线故障条件相近,而且过渡电阻都比较大时,F1与F2的零序电流都小于整定值,而接地变零序电流大于整定值。这时RG启动并经过延时tG0.act后作用于变低断路器使母线退出运行。这是最严重的情况。

上述分析为两回线同时故障的情形,在更为一般的情况下,若各回线故障时带有时间差Δt,且Δt

3 结语

通过本文的分析可见,在小电阻接地系统中,两回线同相发生接地故障时,所产生的并联分流作用使馈线零序电流少于整定值,或者是各回线故障发生时间先后不一,使馈线零序保护在切除故障时产生了时间差,都可导致接地变零序电流保护误动的产生。本文研究可为零序保护动作特性的改进提供理论依据。

参考文献

[1]魏炯辉.城市配网典型接地方式分析及零序电流保护应用研究[D].广州:华南理工大学,2010.

[2]王辉.10kV配电网中性点接地方式的研究[D].天津:天津大学,2006.

[3]王英民.10kV小电阻接地系统接地变压器零序保护误动原因分析[J].华北电力技术,2009(1):24-26.

[4]袁勇,李凌.10kV小电阻接地系统接地变压器零序电流保护误动分析[J].华东电力,2003(6):31-33.

[5]HUANG JunKai,WU JiYang,WANG Gang,et al.Study on zero-sequence current distribution characteris tics in Low Resistance Grounding mode[A].The Inter national Conference on Advanced Power System Automa tion and Protection[C].October2011.vol2,1039-1043.

电力系统接地保护分析 篇8

1 接地保护装置原理

发电机接地保护装置采用惠斯通电桥原理,如图一所示,外加220V、50HZ的交流电源经变压器产生50V交流电压作为桥电路电源,转子绕组与地之间的分部电容CR和C1、C2以及轴电压抑制器电容C3、C4(R3、R4阻值很小可以忽略)构成其中一条桥臂,与电容CX、电阻R1、R2一起组成桥电路。桥不平衡电压UAB经隔离、滤波等转换成与UAB成正比的电压U+。

正常情况下桥臂平衡,UAB和U+基本为零。发生转子接地时,桥臂平衡破坏,产生不平衡电压UAB,经转换后的U+大于整定值时装置报警或跳闸。我厂转子接地保护整定值为报警

3kΩ,延时5S;跳闸值为500Ω,延时3S。

2 检查过程

2.1. 调整3号发电机励磁电流,从波形上看,#7、8瓦的振动与转子励磁电流的关联性并不明显(如图二),并与2 号发电机转子匝间短路的波形(如图三)进行比较,基本可排除转子接地的可能。

2.2. 打开励磁系统各就地柜门,柜内元件无明显灰尘,无凝露。对转子滑环处进行了多次的吹扫,对台板进行清抹,报警仍不能彻底消除,基本排除直流回路绝缘低引起装置误动的可能。

2.3. 检查转子大轴接地刷辫处可见油污较多,靠近集控室侧的铜辫偶尔可见火花。

2.4. 检查3号发电机励磁调节柜(+ER)内X49-18端子接线完好,排除测量回路接线松动的可能。

2.5. 测量3号发电机励磁调节柜(+ER)内(-W90-3-3,-Q90-4)两端子之间电压幅值、频率为220V/50HZ,排除由于桥电路电源异常导致装置误动的可能。

2.6. 拆下转子接地保护装置的面板,用万用表测量转子接地保护装置内U+的电压值,可看到U+在0.2—0.68V之间波动。从以往四台机组转子接地保护的调试情况看,装置报警的经验值U+为0.9V,跳闸的经验值为1.8V。

2.7. 退出转子接地保护装置的跳闸出口,用万用表监测U+的变化,当用绝缘棒轻轻碰触靠近集控室侧的刷辫时,火花变大且连续,按住刷辫时火花消失,U+的数值下降并稳定在0.198V。

由此可见,U+的变化与转子大轴处接地铜辫的接触状况有直接关系,当铜辫接触不良时会引起U+的波动并变大,很可能引起报警甚至跳闸。

2.8. 用绝缘棒轻轻按压刷辫使刷辫与大轴接触良好,并用清洗剂对大轴及两个刷辫进行彻底清洗,U+稳定在0.1 9 8 V。

3 原因分析

由以上处理过程可见,3号发电机转子接地保护误动的主要原因为转子大轴的接地铜刷辫与大轴接触不良,较高的转子轴电压没有完全导入大地,轴电压中的多次谐波窜入到转子接地保护回路中,使U+产生波动从而引起报警。

4 整改措施

由于我厂四台机组多次发生接地保护误动的情况,为彻底消除缺陷,保证转子的安全运行,可进行如下整改:

4.1. 在转子大轴处增加两组碳刷,并保留两个铜刷辫,使转子大轴可靠接地。增加碳刷后需重新对转子接地保护进行校验。

4.2. 目前转子接地保护装置的跳闸是经端子排出口,在转子接地保护装置及回路上进行工作时无法将保护退出,存在保护误动作引起机组跳闸的风险,所以建议在转子接地保护跳闸出口回路增加一个投退压板。

煤矿供电保护与接地系统 篇9

在煤矿供配电设计中,接地系统设计占有重要的地位,因为它关系到供电系统的可靠性,安全性。不管哪类煤矿供电,在供电设计中总包含有接地系统设计。而且,随着煤矿供电的要求不同,各类设备的功能不同,接地系统也相应不同。尤其进入20世纪90年代后,大量的自动化煤矿的出现对接地系统设计提出了许多新的内容。常用的接地方式有以下几种。

1 TN-C系统

TN-C系统被称之为三相四线系统,该系统中性线N与保护接地PE合二为一,通称PEN线。这种接地系统虽对接地故障灵敏度高,线路经济简单,但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。煤矿供电大楼内,单相负荷所占比重较大,难以实现三相负荷平衡,PEN线的不平衡电流加上线路中存在着的由于荧光灯、晶闸管(可控硅)等设备引起的高次谐波电流,在非故障情况下,会在中性线N上叠加,使中性线N电压波动,且电流时大时小极不稳定,造成中性点接地电位不稳定漂移。不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电,对人身造成不安全,而且也无法取到一个合适的电位基准点,精密电子设备无法准确可靠运行。因此TN-C接地系统不能作为自动化煤矿供电的接地系统。

2 TN-C-S系统

TN-C-S系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在煤矿的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统。TN-C系统前面已作分析。TN-S系统的特点是:中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接。该系统中,中性线N常会带电,保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电。因此TN-S接地系统明显提高了人及物的安全性,同时只要我们采取接地引线,各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,那么TN-C-S系统可以作为自动化煤矿的一种接地系统。

3 TN-S

系统TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统。通常煤矿内设有独立变配电所时进线采用该系统。TN-S系统的特点是,中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的,而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要像TN-C-S接地系统,采取同样的技术措施,TN-S系统可以用作自动化煤矿的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时,一般都采用这种接地系统。

4 TT系统

通常称TT系统为三相四线接地系统。该系统常用于煤矿供电来自公共电网的地方。TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE无一点电气连接,即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时,不管三相负荷平衡不平衡,在中性线N带电情况下,PE线不会带电。只有单相接地故障时,由于保护接地灵敏度低,故障不能及时切断,设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统,也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位。随着大容量的漏电保护器的出现,该系统也会越来越作为自动化煤矿的接地系统。从目前的情况来看,由于公共电网的电源质量不高,难以满足智能化设备的要求,所以TT系统很少被自动化煤矿采用。

5 IT系统

IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380V),无相压压(220V),保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当一相接地时,不会使外壳带有较大的故障电流,系统可以照常运行。缺点是不能配出中性线N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的自动化煤矿的。

煤矿供电中应采取的各种接地措施:(1)防雷接地:为把雷电流迅速导入大地,以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。(2)交流工作接地:将电力系统中的某一点,直接或经特殊设备(如阻抗,电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地。(3)安全保护接地:安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。(4)直流接地:在煤矿供电系统中,包含有大量的计算机,通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备。在这些电子设备进行输入信息,传输信息,转换能量,放大信号,逻辑动作,输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常要通过互联网络进行工作。因此为了使其准确性高,稳定性好,除了需有一个稳定的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位。可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端供电子设备直流接地。(5)屏蔽接地与防静电接地:在煤矿供电系统中,电磁兼容设计是非常重要的,为了避免所用设备的机能障碍,避免甚至会出现的设备损坏,构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。防静电干扰也很重要。

接地装置的接地电阻越小越好,独立的防雷保护接地电阻应≤1 0 Ω;独立的安全保护接地电阻应≤4Ω;独立的交流工作接地电阻应≤4Ω;独立的直流工作接地电阻应≤4Ω;防静电接地电阻一般要求≤100Ω。

摘要：通过对几种供电接地系统的概括介绍,筛选出适合作为煤矿供电接地系统,并对其所应采取的各类接地措施作了较为详尽的说明与分析,对煤矿供电应采取的电气保护与接地方法提出了适当的建议。

关键词：负荷平衡,电位基准点,TN-S,单点接地,防静电接地,统一接地体

参考文献

[1]中国航空工业规划设计院,等.工业与民用配电设计手册[S].第二版.北京:水利电力出版社,2005,8.

[2]GB50054-95低压配电设计规范[S].北京:中国计划出版社.

电力系统接地保护分析 篇10

关键词：小接地系统,两相接地,接地电阻,继电保护

电力系统中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经大电阻接地等系统, 统称为小接地短路电流系统。在小接地电流系统中, 发生单相金属性接地故障时, 理论上只有较小的电容电流, 相间电压仍是对称的。为提高供电可靠性, 允许电网带一点接地继续运行一段时间。故在这种电网中, 在不同线路发生不同相两点接地短路时, 希望只切除一个接地故障点。

1 小接地系统电流保护的接线方式分析

小接地系统的电流保护接线方式一般采用两相不完全星形接线, 电流互感器装设在每条线路同名的两相 (通常为A、C两相) 。在不同线路的不同相别上发生两点接地短路时, 保护动作有6种可能, 其中有4种情况只切除一条线路, 即2/3的几率切除一条线路, 1/3的几率切除两条线路, 如表1所示。

以上分析未考虑接地电阻的影响, 在接地电阻较小时, 符合实际情况。

2 接地电阻较大时不同线路不同相别两点接地实例

当接地电阻不能忽略时, 在不同地点发生不同相两点接地短路时的保护动作情况将与表1存在差异。

某35k V变电所, 天气晴, 曾发生如下事件:

10k V母线接地;进行试拉后, 发现线路1的A相、线路2的B相接地。发现的两个故障点相距3-4公里, 其中一个故障点在山区。按表1, 线路1继电保护本应动作。

2012年, 江西赣东北某起事故时, 10k V系统A、B两相异点接地短路, 短路电流经两基故障水泥杆和杆间的土壤流通。两故障点相距12公里, 事故前一天曾下过大雨, 环境为水田, 事故最大电流为125A, 未达到电流保护定值, 继电保护未动作。

3 不同线路不同相别两点接地时的序网络分析

图1为出线XL-1 B相D点与出线XL-2 C相E点两相两点接地短路的电流路径图。流过电源和线路XL-1的三相电流之和等于0, 其序阻抗与两相短路相同。流过XL-1和XL-2的三相电流之和等于id, 其序阻抗与单相接地短路相同。复合序网络如图2。

根据基尔霍夫第二定律有:

EBC为电源的线电势。

Zs1、Zs2、ZI1、ZI2分别为系统和线路XL-S的正、负序阻抗;ZD1、ZD2、ZD0、ZE1、ZE2、ZE0分别为D、E点到母线的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗;Rjd1、Rjd2为D、E点的接地电阻。

4 接地实例计算分析

根据《工业与民用配电设计手册》, 决定土壤电阻率的因素主要有土壤的类型、含水量、温度、溶解在土壤中的水中化合物的种类和浓度、土壤的颗粒大小以及颗粒大小的分布、密集性和压力、电晕作用等。根据土壤种类不同, 电阻率的参考值从10Ω.m到600Ω.m不等, 并且还受湿度影响而大幅度变化。工程计算一般取黄土参考值200Ω.m。

小接地系统的线路一般不设架空地线, 取X0=1.4Ω/km。钢筋混凝土单杆, 接地电阻Rjd≈0.2ρ。拉线钢筋混泥土单、双杆, 接地电阻Rjd≈0.1ρ。ρ为所在电杆处的土壤电阻率。

计算图1所示D、E两点接地短路的短路电流。其中电网电压10.5k V, 归算至10k V母线处的系统阻抗与上级线路阻抗之和为0.1+j1.2, 两条10k V线路的导线型号采用LGJ-120, D点到母线5km, E点到母线2km。线路采用钢筋混凝土单杆且无架空地线, 土壤电阻率200Ω.m。

复合序网络如图3:

计算得出的短路电流为131.25A, 与以上考虑系统和线路电阻加上接地电阻得出的短路电流值127.54A相差不大。

10k V线路的保护过电流定值需考虑线路负荷和导线载流量等因素, 并与相邻线路保护定值配合, 上述线路1的保护过电流定值为一次电流400A, 根据以上假设条件估算的短路电流无法使过电流保护动作。

5 小结

由以上分析可知, 小接地系统两相两点接地短路的故障电流受土壤电阻率的影响大, 土壤电阻率大时, 短路电流小, 可能达不到电流保护动作值。事故分析时应注意事故时的环境、天气因素的影响, 如山区土质、晴好天气都可能使土壤电阻率增大。

参考文献

[1]张保会, 尹项根.电力系统继电保护[J].中国电力出版社, 2010.

[2]余水忠.小接地系统两相接地短路的分析[J].继电器, 2000 (2) .

电力系统接地保护分析 篇11

【关键词】轻轨；接地漏电保护；64D；

一、引言

轻轨是跨坐式单轨上运行的列车。近年来，伴随着我国城市轨道交通的不断发展，轻轨成为了城市轨道交通中重要的运行方式之一。而作为轻轨中不可或缺的重要保护装置之一的 64D，在维持整个轻轨系统安全运行起到了至关重要的作用。本文通过对轻轨变电所牵引供电系统中64D的结构、工作原理及作用进行分析，引出64D在系统中的重要性，仅供参考。

二、64D的工作原理及作用

（一） 64D的工作原理

如图1所示，64D通过电缆连接于变电所负极母排与接地母排之间，其主要构件由可变电阻Z、阻尼电阻、逆流二极管、电流传感器以及智能装置VT41（含电压传感器）组成，其中可变电阻Z为10Ω，分别在5Ω、6Ω、7Ω、8Ω、9Ω处留有抽头，并联为2.5Ω，也可以进行阻值的组合，在1500V直流系统中一般设置为5Ω。二极管的作用是阻断负极与地的导通的同时，判断故障电流方向。智能装置VT41通过实时检测二极管和可变电阻上的电压值，可发出报警及向外部设备发出跳闸命令。在1500V直流系统中一般把报警值设置为180V，跳闸整定值设置为200V。为避免线路中送电以及车辆启动等造成的64D误动作，并与所内直流装置电流型框架保护区分开，64D发出的跳闸命令为延时命令，延时时间一般设置为300ms。

（二）64D的作用分析

在DC1500V的變电所牵引供电系统中，两个整流器为对地绝缘安装，系统与地完全隔离，并联运行时形成三相二十四脉波全波整流回路。当系统空载运行时，正极母排相对于负极母牌的电压为直流1500V（实际电压值有偏差），因系统对地绝缘安装，在绝缘良好的条件下，正、负极对地不存在关系。此时，64D的负极接线端对地无电位，二极管处于截止状态，VT41检测负极端与接地端无电势差，64D无故障输出。

当行车线路中正极汇流排对地发生绝缘降低或短路时，因整流系统的正、负极均与地绝缘良好，在不考虑64D装置的情况下，虽然正极对地绝缘降低或短路，正极电位接近或等于地电位，但是正、负极之间的电势差依然为直流1500V，系统仍可正常运行。而在实际情况下，当行车线路中正极汇流排对地发生短路或绝缘降低时，通过64D的接地端，负极与正极之间形成了电流回路，其等效电路如图二所示。64D的二极管两端存在正向导通电压，二极管处于导通状态，故障电流I流经可变电阻Z，VT41检测到的电压为U。理想状态下，由欧姆定律：

U=Z×I；（Z取5Ω）

当电流增大到I=36A时，U=5Ω×36A=180V，64D发出声光报警；

当电流增大到I=40A时，U=5Ω×40A=200V，64D发出本所直流馈线跳闸信号，并联跳相邻牵引变电所直流馈线断路器，切除故障点。

（三） 64D的重要性分析

由于轻轨线路相较于地铁，其正、负极均采用汇流排用支撑绝缘子固定于PC梁的两侧，而地铁则以钢轨作为负极回流。当地铁的正极对地短路时，钢轨的电位升高导致轨电位限制装置动作，使得负极与地导通，从而形成故障电流回路，正极馈线保护检测到故障电流而动作。而负极汇流排经长期运行仍然能保持良好的对地绝缘性，当发生正极对地绝缘降低甚至短路时，由于负极对地绝缘良好而不能形成故障电流回路，整流系统依然能在该故障状态下运行，此时，变电所内的正极馈线保护由于检测不到故障电流而不能启动。而64D的存在，将负极与地通过“钳位电路”连接起来，当发生正极对地绝缘降低甚至短路时，通过接地点形成电流回路，使得正极馈线保护装置得以检测到故障电流，并在整定范围内可靠动作，而64D也在正极接地漏电的保护范围内起到了保护作用，体现了变电所保护装置的速动性、选择性和灵敏性。

三、结束语

在轻轨的牵引供电系统中发生正极对地绝缘降低或短路时，64D在系统继电保护中不仅仅起到接地漏电保护的作用，还为正极馈线保护装置的正常工作起到了“连接搭桥”的作用。通过对64D重要性的研究和讨论，有利于加强专业或相关人员对轻轨中64D装置的重视程度，从而更好地促进轻轨电气自动化系统的安全运行与长久发展。

参考文献：

[1] 王兆安，刘进军. 电力电子技术（第5版），2000.

[2] 贺威俊，高仕斌.电力牵引供变电技术，1998 .

[3]唐洁.地铁直流牵引系统的继电保护和双边联跳的应用，2014.

[4] 欧中良.直流牵引系统电流保护研究，2012.

浅析电力系统中接地和接零保护 篇12

关键词：接地,接零,中性点

1 保护接地

一般情况下，电气设备的外壳工作时是不带电的，但是在绝缘损坏时，电气设备外壳、配电装置的金属构架就可能带电。为了防止人意外触及电气设备外壳或电气设备的构架时对人体造成伤害和设备的损坏。把电气设备金属外壳、金属构架等与接地装置连接起来，这就保护接地。

1.1 保护接地的工作原理

对电源中性点不接地的系统而言，当电气绝缘值符合要求时，电气设备金属外壳不接地，电气设备外壳也不会带电，当人接触到设备外壳或是构架时，是不会触电的。但是由于绝缘老化、过压击穿、外力等原因造成绝缘损伤时，那么当设备带电部分碰壳时，设备外壳就存在着电压，期数值近似于相电压。因为电源中性点未接地，所以设备的线电压保持不变，电气设备仍然能够工作，人们很难觉察到设备带电故障。人体接触带电的设备外壳时，接地电流经过人体流入地中，这个电流数值远远大于人体所能承受的安全电流，会对人体造成严重伤害。

如果采用保护接地后，发生单相接地故障时，接地电流同时沿着接地体和人体两条途径流如地中，根据并联电路分流的原理，电阻值越大，流过的电流就越小，保护接地电阻一般为4Ω，人体电阻小一般为600～2000Ω，接地电阻远比人体电阻小，因此绝大部分电流从接地体上流过，人体流过很小的电流，这样就可以避免或减轻电流对人体的伤害。

1.2 保护接地电阻大小的选择

从保护的角度来讲，保护接地电阻值越小保护效果越好，但是从工程量和投资的角度来看，保护接地电阻选择不宜过小，否则工程量和投资会加大；但也不宜过大，如果保护接地电阻选择偏大，分流作用就不显著，也就起不到应有的保护作用。因此，接地电阻值须综合考虑。对于小电流接地系统而言，1kv以上设备单独接地时，R0≤250/Ik≤10Ω；1kv以上设备与低压设备共用接地，R0≤120/Ik≤10Ω；在1kv以下中性点不接地系统和中性点直接接地系统中，当并列运行总容量或单台容量达到100KVA以上的变压器，与此相连的保护接地电阻不宜超过4Ω；当配电变压器的容量在100kVA及以下时，保护接地电阻可放宽到不大于10Ω。

1.3 保护接地的适用范围

保护接地有自己的应用有一定的范围，保护接地适用于电源中性点不接地的系统或者是经阻抗接地的系统。为了防止保护接地与保护接零混用而引起事故，对于电源中性点直接接地的配电变压器供电的低压用户，也要采用保护接地方式进行保护。在采用保护接地的系统中，正常情况下不带电的，但因绝缘损坏或其它原因可能带电的电气设备外壳，除另有规定外，都应接地。例如电机、手携式或移动用电器具、变压器等金属底座与外壳；屋内外配电装置的金属框架或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门；电力设备传动装置；配电、控制、保护用的屏（柜、箱）以及操作台等金属框架和底座；电力配线钢管；交、直流电力电缆的金属护层等等都要可靠接地。

1.4 保护接地不足之处

保护接地并非适用于所有的接线形式，存在一定的局限性。在电源中性点直接接地的系统中，电气设备发生碰壳故障时，形成阻抗值很小的单相接地短路，短路电流流经相线、保护接地、电源中性点接地装置。如果接地短路电流不能使熔断器在短时间内熔断，或者不能使自动开关在有限的时间内跳闸，那么漏电设备金属外壳上就会长时间带电，这是很危险的。

2 保护接零

2.1 保护接零的工作原理及应用范围

既然服保护接地不能适应中性点系统，那么应当采用保护接零。把电气设备正常情况下不带电的金属外壳、框架底座等金属导体与发电机或变压器接地中线（零线）连接起来，这就是保护接零。当采用保护接零后，设备绝缘损坏发生碰壳时，短路电流就流经相线—零线回路，形成单相金属性短路。因为接地中性线阻抗基本不变，而且比接地电阻小得多，所以产生较大的短路电流，此短路电流足以使线路上的自动空气开关或熔断器在很短的时限内断开，把故障设备从电网中切除掉以停电。另外，即使在故障未切除前，人体触到故障设备外壳或者底座，由于人体电阻远大于接零回路中的电阻，短路电流几乎全部通过保护零线，这样流过人体的电流接近于零，保证了人身安全。

保护接零适用于电源中性点直接接地的低压三相四线制系统。在该系统中，凡由于绝缘损坏或其它原因而可能呈现危险电压的电气设备金属外壳、底座构架等，除另有规定外，均应接零。应接零和不必接零的设备或部位与保护接地相同。凡是由单独配电变压器供电的用户，应采用保护接零方式。

2.2 重复接地

为了防止接地中性线的断开而使保护接零的失去作用，只在电源处接地是不够安全的，为此，零线还需要在低压架空线路的干线和分支线的终端进行接地；在电缆或架空线路引入或建筑物处，也要进行接地；或在屋内将零线与配电屏、控制屏的接地装置相连接，这种接地叫做重复接地。

采取重复接地后，重复接地和电源中性点工作接地构成零线的并联支路，从而使相线—零线回路的阻抗减小，短路电流增大，使自动开关或熔断器很快断开。由于短路电流的增大，变压器低压绕组相线上的电压相应增加，从而使零线上的压降减小，设备外壳对地电压进一步减小，触电危险程度大为减小。

在无重复接地的情况下，当零线断线时，在断线处后面任一电气设备发生碰壳短路时，会使断线处后而所有接零设备外壳对地电压均接近于相电压，失去了保护接零的作用好意义。

另外，即使没有发生相线碰壳，在断线点之后的负载中，如果出现三相负载不平衡时（一相或两相断开），中性线电压升高，也会使设备外壳出现危险地对地电压，危及人身安全。相反，采用了零线的重复接地，若零线断线，断线点之后的电气设备相当于进行了保护接地，其危险性相对减小。

从以上分析可知，在接零系统中，必须采取重复接地，重复接地电阻不应大于10Ω，零线的重复接地应充分利用自然接地体。

2.3 采用保护接零需注意的几个问题

2.3.1严防零线断线，接零系统中，当零线断开时，接零设备外壳就会呈现危险的对地电压。采取重复接地后，设备外壳对地电压虽然有所降低，但仍然是危险的，所以一定要保证零线的连接必须牢靠，零线上不允许单独装设开关或熔断器，零线的截面应符合规程要求。为了严防零线断开，若采用自动开关，只有当过流脱扣器动作后能同时切断相线时，才允许在零线上装设过流脱扣器。

2.3.2在同一台配电变压器供电的低压电网中，不允许保护接零与保护接地混合使用，必须把系统内所有电气设备的外壳都与零线连接起来，构成一个零线网络，才能确保人身安全。

2.3.3坚决杜绝电源中性点接地线断开，在保护接零系统中若电源中性点接地线断开，当系统中任何一处发生接地或设备碰壳时，都会使所有接零设备外壳出现接近相电压的对地电压，这是十分危险的。因此，在日常运行中，要认真做好设备巡视检查工作发现中性点接地线断开或接触不良时，应及时进行处理，以防危害扩大。

2.3.4 保护接零系统零线应装设足够的重复接地。

2.3.5 为了保证保护接零的有效性，从接零点到实际接地点距离应满足规程要求，不超过允许长度。

参考文献

[1]吴靓,谢珍贵.发电厂及变电所电气设备[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[2]卢文鹏,吴佩雄.发电厂变电所电气设备[M].北京:中国电力出版社,2005.