10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的分析與設(shè)計(jì),10,kv,中性,接地,配電網(wǎng),系統(tǒng)故障,檢測(cè),裝置,分析,設(shè)計(jì),中性點(diǎn)接地,配電網(wǎng)系統(tǒng) 第 I 頁(yè) 摘 要 配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)在不同運(yùn)行的條件下有以下幾種分類(lèi)，分別是：正常運(yùn)行狀態(tài)、不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。配電網(wǎng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種類(lèi)型的不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障，常見(jiàn)的故障為短路故障，短路故障分為三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相短路接地故障四種類(lèi)型。 針對(duì)以上的狀況，本文通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的過(guò)流故障的分析，設(shè)計(jì)線路故障檢測(cè)裝置，使 10性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)更加智能化。線路一旦發(fā)生故障，巡線人員可以立即查看故障檢測(cè)裝置的警報(bào)，快速定位故障區(qū)段位置，從而減少巡線工作人員檢修時(shí)的工作量。本文詳細(xì)介紹硬件設(shè)備的整體設(shè)計(jì)方案和整體設(shè)計(jì)過(guò)程，給出電路圖和詳細(xì)的原理圖。通過(guò)模擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)理論的正確性以及裝置判據(jù)的可靠性。 首先通過(guò)對(duì)短路而產(chǎn)生的過(guò)流故障進(jìn)行分析，給出線路對(duì)應(yīng)的故障判斷依據(jù)。針對(duì)不同的故障類(lèi)型設(shè)計(jì)出不同樣的解決方案。其次再利用單片機(jī)編寫(xiě)程序， 使設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔且有效。利用故障檢測(cè)裝置的工作原理，更好的分辨出系統(tǒng)的故障類(lèi)型。硬件設(shè)計(jì)電路用 部的 10 位 A/D 采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路情況的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)來(lái)顯示其故障，再經(jīng)工作人員快速檢測(cè)維修電路，以確保用戶能正常使用電。最后，在完成整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用模擬樣機(jī)的運(yùn)行，來(lái)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。詳細(xì)分析其中的參數(shù)和工作條件。結(jié)果表明，檢測(cè)裝置在各種條件下，都能以較好的工作達(dá)到預(yù)期要求。 關(guān)鍵詞： 中性點(diǎn)；配電網(wǎng)系統(tǒng)；故障檢測(cè)裝置；接地故障；短路故障 第 in of at be of is is In of of in to so as to of a to as as of of of by of 51is By of of is 0 , of 1to a to by to in to on of of by of of in a of 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I ..................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題背景，目的和意義 .............................................................................................. 1 言 ....................................................................................................................... 1 計(jì)目的 ............................................................................................................... 1 計(jì)意義 ............................................................................................................... 2 內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置研究近況 .......................................................................... 2 展歷史 ............................................................................................................... 2 展方向 ............................................................................................................... 3 章小節(jié) ...................................................................................................................... 3 2 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障基本特征分析 .................................................................. 4 電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式原理介紹 .......................................................................... 4 性點(diǎn)不接地方 ................................................................................................... 4 性點(diǎn)單相接地故障 ........................................................................................... 5 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移 ....................................................................... 6 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn) ................................................................................... 6 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 ........................................................................... 7 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)暫態(tài)特征分析 ....................................................................... 7 性點(diǎn)接地 方式性能分析 ................................................................................... 8 性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置 .................................................................. 9 電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障的危害 ............................................................................... 9 電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置工作原理 ................................................................... 9 電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的特點(diǎn) ............................................................................. 10 電網(wǎng)系統(tǒng) 相間短路分析 ................................................................................. 10 電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的安裝事宜 ..................................................................... 11 電網(wǎng)系統(tǒng)故障的的一般類(lèi)型 ......................................................................... 12 流互感器工作原理 ................................................................................................ 12 3 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì) .......................................................... 14 路板制作過(guò) 程 ........................................................................................................ 14 片機(jī)系統(tǒng) ................................................................................................................ 14 片機(jī)系統(tǒng)概述 ................................................................................................. 14 件部分的功能流程分析 ................................................................................. 14 件部分的整體設(shè)計(jì) ................................................................................................ 15 統(tǒng)核心電路設(shè)計(jì) .................................................................................................... 16 源電路模塊設(shè)計(jì) ............................................................................................. 16 流互感器和精密整流濾波處理模塊 ............................................................. 17 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目錄 片機(jī)芯片的選用及顯示電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 19 片機(jī)最小系統(tǒng) ................................................................................................. 19 位電路和系統(tǒng)時(shí)鐘電路 ................................................................................. 20 晶顯示模塊 ............................................................................................ 20 模擬樣機(jī)部分的制作與調(diào)試 ................................................................................ 21 4 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì) ...................................................... 24 件部分 設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 24 統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì) .................................................................................................... 24 ，目的和意義 言 配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式較為繁雜，存在的分支特別多，這就會(huì)對(duì)每天的系統(tǒng)管理，還有后期維護(hù)工作造成影響。配電網(wǎng)系統(tǒng)的精密程度決定了系統(tǒng)在發(fā)生短路故障時(shí)定位相對(duì)會(huì)麻煩，為了提高定位精確度。國(guó)內(nèi)外的工程師們提出了許多種不同的解決處理方案。同時(shí)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，人工檢測(cè)起來(lái)時(shí)既辛苦又費(fèi)時(shí)，還使得供電可靠性大大降低了。而且在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，工程師們也發(fā)現(xiàn)一些存在的問(wèn)題，比如檢測(cè)故障不能夠及時(shí)顯示，系統(tǒng)運(yùn)行不符合額定值等。 供電企業(yè)的最基本責(zé)任之一是努力提高配電可靠性，參照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)客戶停電事故 90%都是因?yàn)?配電網(wǎng)系統(tǒng)故障照成的。所以，高效、精準(zhǔn)地進(jìn)行故障檢測(cè)定位。能夠使停電時(shí)間有效縮短，使得企業(yè)和用戶的損失減少，這對(duì)于電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性的提高具有積極意義。 計(jì)目的 在面對(duì)上訴這些問(wèn)題，電網(wǎng)企業(yè)工程師們就要組建更加完善的故障檢測(cè)裝置，以保證電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)控制的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，加強(qiáng)企業(yè)設(shè)備管理等級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的良好發(fā)展。用了改進(jìn)過(guò)后的故障檢測(cè)裝置，可以填補(bǔ)以上系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，檢測(cè)功能上的不完整，更好地提高效率，還能加快檢測(cè)的速度，最短的過(guò)程查找到故障區(qū)段，為客 戶迅速恢復(fù)供電提供了強(qiáng)有力的保障。 優(yōu)良的故障檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)每時(shí)每刻都能顯示出線路的工作情況，指出出現(xiàn)故障的區(qū)段，這些裝置安裝在箱變、電纜、電纜分支箱、架空線、環(huán)網(wǎng)柜里，用來(lái)顯示故障電流發(fā)生時(shí)的區(qū)段，包括停止供電、供電、過(guò)流故障、短路故障、接地故障等等。安裝了這些裝置還可以對(duì)電網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體有效監(jiān)控。這在傳統(tǒng)的設(shè)備管理中，各大企業(yè)往往都是通過(guò)工人來(lái)檢修，使得電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本增加，而且也會(huì)加大后勤人員的工作壓力。 10性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)能準(zhǔn)確顯示單相接地短路故障和兩相短路故障，選用故障檢測(cè)裝置和零 序互感器兩兩結(jié)合的方法，來(lái)顯示零序電流發(fā)生突變的故障，以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)接地故障引起的斷路器跳閘后，故障檢測(cè)裝置能夠正確給出顯示，讓工作人員能迅速地排除故障并且復(fù)位。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 計(jì)意義 10電網(wǎng)系統(tǒng)存在于生活生產(chǎn)的各個(gè)方面，中性點(diǎn)接地方式的選擇應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)向客戶供電的穩(wěn)定性有著積極的意義。 10市配電網(wǎng)系統(tǒng)是這當(dāng)中規(guī)模屬于最大的 ,它的應(yīng)用面也最為廣泛的，此系統(tǒng)的好壞程度早已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要的指標(biāo)，是對(duì)電力系統(tǒng)的供電能力、供電穩(wěn)定性以及電能輸出程度等硬性指標(biāo)的最終體現(xiàn)?，F(xiàn)如今 ,我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè) 電網(wǎng)設(shè)施和升級(jí)器件 ,其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠 ,與此同時(shí)系統(tǒng)也更加復(fù)雜化 ,電網(wǎng)系統(tǒng)不可避免的要受到故障的影響。比如說(shuō)大面積的停電事故 ,就會(huì)影響到日常生活生產(chǎn) ,軍隊(duì)的日常訓(xùn)練和國(guó)防安全等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出 ,電力系統(tǒng)中 78%的故障事故都是來(lái)源于配電網(wǎng)系統(tǒng) ,由此可以知道對(duì)配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 現(xiàn)如今，我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè)電網(wǎng)設(shè)施和升級(jí)器件，其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠，與此同時(shí)系統(tǒng)也更加復(fù)雜化，電網(wǎng)系統(tǒng)不可避免的要受到故障的影響。比如說(shuō)大面積的停電事故，就會(huì)影響到日常生活生產(chǎn)，軍隊(duì)的日常訓(xùn)練和國(guó)防安全等。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出，電力系統(tǒng)中 78%的故障事故都是來(lái)源于配電網(wǎng)系統(tǒng)，由此可以知道對(duì)配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 為了電力企業(yè)更好的對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)起到管理與監(jiān)控，必須要通過(guò)使用故障檢測(cè)裝置，來(lái)提高電網(wǎng)電路的運(yùn)行效率，從而做到安全的生產(chǎn)工作。企業(yè)的值班人員也可以利用線路上的報(bào)警顯示，一旦某個(gè)區(qū)域發(fā)生了運(yùn)行狀態(tài)的變化，就可以及時(shí)的判斷出位置，做到快速給出處理方案，使供電線路可靠性、用戶滿意度得到更好的提升。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，電纜和架空配電網(wǎng)絡(luò)的短路故障、接地故障經(jīng)常因?yàn)榉N種原因而發(fā)生。因此高效地、準(zhǔn)確 地、安全地找出出現(xiàn)故障的區(qū)域，對(duì)于電力工程公司來(lái)說(shuō)是非常重要的。 內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置研究近況 展歷史 現(xiàn)如今我國(guó)生產(chǎn)的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的公司以及發(fā)展這些技術(shù)的時(shí)間，相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較短暫。隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)有關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)故障檢測(cè)裝置的企業(yè)越來(lái)越多，技術(shù)也日趨成熟，規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)能基本上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)、通信方式以及管理技術(shù)的密切有效結(jié)合 [1]，最終提升了電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電力公司的快速發(fā)展。 在我國(guó)，最開(kāi)始使用的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置是一種簡(jiǎn)單的帶有開(kāi)合功能的閉合鐵心，輸電線路從鐵心的下方穿過(guò)。當(dāng)經(jīng)過(guò)的電流大于額定的值時(shí)，鐵心關(guān)閉，顯示為此處有故障，短路電流從下方流過(guò)，故障點(diǎn)就在這里。但是，這類(lèi)產(chǎn)品還不夠成熟，有著不智能的缺點(diǎn)，它必須通過(guò)尋線工人的手去人工復(fù)位開(kāi)合，這就給實(shí)際的生產(chǎn)工作帶來(lái)了不方便，不能得到普及和多數(shù)企業(yè)的使用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 自從上個(gè)世紀(jì)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置被發(fā)明以后就被各個(gè)國(guó)家電網(wǎng)公司所重視，不斷加大研究研發(fā)力度，從而進(jìn)入到了一個(gè)飛快發(fā)展進(jìn)步的時(shí)期。我國(guó)也是從 1990 年以后派遣優(yōu)秀工程師渠道國(guó)外學(xué)習(xí)了配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)器的原理，以及相關(guān)的自動(dòng)復(fù)位顯示器裝置技術(shù)，回到國(guó)內(nèi)后，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新研究再結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)線路的實(shí)際情況，政策的大力扶持 ，國(guó)內(nèi)企業(yè)在不停歇的消化，吸收，改進(jìn)，對(duì)產(chǎn)品的大力創(chuàng)新，積累了一批忠實(shí)的客戶，并且得到了廣泛的應(yīng)用推廣，以及各大電力部門(mén)單位的認(rèn)可?，F(xiàn)如今我國(guó)配電系統(tǒng)的故障檢測(cè)裝置已經(jīng)處于先進(jìn)水平，為電力系統(tǒng)的 正常運(yùn)行作出了巨大的貢獻(xiàn)。 在一些發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家，如法國(guó)，波蘭等國(guó)逐漸將配電網(wǎng)系統(tǒng)由中興迪昂經(jīng)過(guò)低電阻接地的方式改變?yōu)橹C振接地方式，他們進(jìn)行了大大小小數(shù)百次的實(shí)驗(yàn)和研究，小電流接地保護(hù)裝置日趨成熟。比如應(yīng)用了有功電流法，法國(guó)電力公司（ 九十年代研制出了一套基于 保護(hù)裝置。在應(yīng)用零序?qū)Ъ{法，波蘭的電力企業(yè)開(kāi)發(fā)出新型的導(dǎo)納接地保護(hù)裝置，并且在自己的國(guó)家大力推廣，截至到 2000 年為止，已經(jīng)有多套設(shè)備投入到該國(guó)的電力中壓電網(wǎng)生產(chǎn)企業(yè)中運(yùn)行 展方向 使用配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置能檢測(cè)出配電線路上出現(xiàn)的故障電流，可以把系統(tǒng)發(fā)生的故障區(qū)域、區(qū)段、分支詳細(xì)顯示出來(lái)，很是方便迅速、精準(zhǔn)地找出故障。雖然在發(fā)達(dá)國(guó)家配電網(wǎng)系統(tǒng)的智慧化等級(jí)很高，可是他們查找配電線路故障的最主要方法還是要以來(lái)故障檢測(cè)指示器 [2]。 章小節(jié) 配電網(wǎng)在用戶與電力系統(tǒng)直接 相連接的環(huán)節(jié)中扮演著重要的成分，此套系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，它能否在實(shí)際的生產(chǎn)工作中正常運(yùn)行，關(guān)乎一個(gè)電力企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)企業(yè)有著最重要的影響。因此，電網(wǎng)企業(yè)必須要重視配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，強(qiáng)調(diào)管理著的安全運(yùn)行意識(shí)，這樣才能確保實(shí)際的生產(chǎn)工作中的各項(xiàng)指標(biāo)的合格，增加電網(wǎng)系統(tǒng)的供電輸電能力，使廣大的用戶群體滿意放心。本畢業(yè)設(shè)計(jì)方案充分考慮了配電網(wǎng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)、故障情況，盡可能的讓成品制作簡(jiǎn)單明了，降低配電網(wǎng)故障效率，降低成本帶來(lái)的影響，控制在一個(gè)比較合理的區(qū)域，以此來(lái)提升成品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，力求在配電 網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮巨大作用，實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位與檢測(cè)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障基本特征分析 配電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是個(gè)具體的綜合性技術(shù)性問(wèn)題，它直接影響到電網(wǎng)裝置的過(guò)電壓水平、絕緣情況、電網(wǎng)供電穩(wěn)定性、接地保護(hù)措施、通信影響、人員和設(shè)備安全等多方面，是配電網(wǎng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)正常、高效運(yùn)行的保證基礎(chǔ) [3]。 電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式原理介紹 配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地的方式大體上能歸結(jié)為這兩大類(lèi)： 中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)非有效接地 [4]。其中中性點(diǎn)有效接地方式包括中性點(diǎn)直接接地和低電阻接地、經(jīng)低電抗；中性點(diǎn)非有效接地方式包括中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)過(guò)高點(diǎn)組接地[5]。 性點(diǎn)不接地方 在電力配電網(wǎng)系統(tǒng)中，中性點(diǎn)一般是指在變壓器低壓側(cè)中，三相線圈構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱(chēng)中性點(diǎn)。又因這點(diǎn)的電位為零，也可以稱(chēng)為零線端，一般的零線就從此點(diǎn)引出的。在配電網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展的初期，因?yàn)槿藗儗?duì)電流危害作用估計(jì)不足，多數(shù)國(guó)家采用的是中性點(diǎn)直接接地的方式?？墒牵?jīng)常性的線路跳閘而造成的停電事故的增多，人們認(rèn)識(shí)到這種方式的不可靠性。于是在經(jīng)過(guò)大亮科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究后，開(kāi)始改為中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行?！安唤拥亍币辉~，準(zhǔn)確地講是指大地與配電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)之間不存在有連接。在實(shí)際運(yùn)行中，中性點(diǎn)不接地的方式也隨之出現(xiàn)了諸多的問(wèn)題， 比如： （ 1）單相接地故障在多數(shù)時(shí)候不能被及時(shí)的檢測(cè)出來(lái)，工程師們無(wú)法迅速找出隔離接地點(diǎn)，單相接地會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘁?jiàn)短路故障。 （ 2）帶有故障運(yùn)行的時(shí)間太長(zhǎng)，相對(duì)地電壓會(huì)升高成為線電壓，如果此時(shí)配電網(wǎng)存在有嚴(yán)重污染或者絕緣不好的話，就很容易引起異地兩個(gè)點(diǎn)接地故障。 （ 3）接地點(diǎn)電弧不會(huì)自主熄滅，流經(jīng)電容的電流加大，容易產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓和間歇性電弧過(guò)電壓，這會(huì)導(dǎo)致 大量燒毀事故故障。 實(shí)際應(yīng)用中設(shè)系統(tǒng)三相電源電壓 、 、 對(duì)稱(chēng)。由于在各相導(dǎo)線間和相對(duì)地之間沿導(dǎo)線全長(zhǎng)都有分布電容，各項(xiàng)絕緣有對(duì)地泄漏電導(dǎo)。因此，在電源電壓作用下，這些電容和電導(dǎo)上將會(huì)流過(guò)附加電流。因?yàn)榉植茧娙?、泄漏電?dǎo)可以使用集中電容和電導(dǎo)作為代替。集中相見(jiàn)電容對(duì)系統(tǒng)的接地特性影響很小，及計(jì)及相對(duì)地電容 如 圖 2示為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)圖。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) （ a）原理接線圖 （ b）電壓向量圖 圖 2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常工作時(shí)，中性點(diǎn)所具有的對(duì)地電位，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)電壓，用表示?？梢?jiàn)正常運(yùn)行中，電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為 0，即中性點(diǎn)對(duì)地電位相等 [6]。 則各相對(duì)地電壓為： U 相： U u d U u U n U u? ? ? ?? ? ? （ 1 V 相： U v d U v U n U v? ? ? ?? ? ? （ 1 W 相： U w d U w U n U w? ? ? ?? ? ? （ 1 由于各相對(duì)地電壓為電源各相的相電壓。所以電容電流大小相等，相位差為 120 ，三個(gè)值相加和為零，所以不會(huì)有電容電流流過(guò)大地。當(dāng)每一個(gè)相對(duì)地電容不相等時(shí)， 為零，發(fā)生中性點(diǎn)位移現(xiàn)象 [6]。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)所產(chǎn)生的位移電壓較小，可忽略 [6]。 性點(diǎn)單相接地故障 發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)于地的電壓 U n U w???? ，非故障相對(duì)地電壓此時(shí)為線電壓，而中性點(diǎn)對(duì)地電壓為相電壓 [7]。如圖 2示為單相接地故障原理接線圖。 其中各相對(duì)地電壓情況： U 相： U u d U u U n U u w? ? ? ?? ? ?（線電壓） （ 1 V 相： U v d U v U n U v w? ? ? ?? ? ? （線電壓） （ 1 W 相： 0? （ 1 圖 2單相接地故障原理接線圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 配電網(wǎng)系統(tǒng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，由于流過(guò)故障點(diǎn)的電流值會(huì)很大，可以通過(guò)繼電保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的快速切斷。但是，系統(tǒng)要是發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電流就為三相對(duì)地電容上電流的和，即 [8] U???? (1式中 一相接地時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的電容電流，（ A）； 2 f??? ， f 為電網(wǎng)運(yùn)行的頻率，（ C 為電網(wǎng)每相對(duì)地電容，（ F）； U? 為電網(wǎng)額定相電壓，（ V）。 配電網(wǎng)系統(tǒng) 10空線路， 常就是 10A 到 100A，但是在電纜線路中， 值都比較大，可以達(dá)幾百安。一般的配電網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)的單相接地電容電流值不能夠引起繼電保護(hù)的跳閘動(dòng)作。 它的有效值是 障電流是非故障單相電容電流 3 倍。 按照上文的闡述可以有以下結(jié)論，當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)有單相接地故障發(fā)生時(shí)，零序分量可以概括為以下幾點(diǎn)： 的方向是由母線指向故障線路的方向 。 以認(rèn)為出現(xiàn)故障的地方產(chǎn)生一個(gè)零序電壓，這個(gè)零序電壓與故障前的相電壓在數(shù)值上相同，方向相反，因此導(dǎo)致零序電壓出現(xiàn)在整個(gè)配電網(wǎng)。 過(guò)同一等級(jí)的電壓線路元件對(duì)地的等值電容組成，它與由中性點(diǎn)接地系統(tǒng)所構(gòu)成的通路差別很大，該線路的零序阻抗與之前的相比差別很大。 當(dāng)上敘 a、 b、 c、 d 四個(gè)條件都得以成立的時(shí)候，就可以斷定配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地短路故障。 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移 多數(shù)的架空線路因?yàn)榕帕械牟粚?duì)稱(chēng)且換位不安全，產(chǎn)生各相位之間對(duì)地電容不想等，這就導(dǎo)致了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)位移，也可以說(shuō)中性點(diǎn)對(duì)地電位出現(xiàn)了位移現(xiàn)象。但是，一般位移電壓只要控制在電源電壓的 5%以內(nèi)，都正常運(yùn)行都沒(méi)有太大影響。 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn) 配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓維持在一個(gè)穩(wěn)定值內(nèi)，使用者即使能夠正桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常的工作，但是接地的那個(gè)位置可能會(huì)有電弧效應(yīng)產(chǎn)生。 當(dāng)輸電線路不是很長(zhǎng)、輸出電壓不高的情況下，接地部分的電流值很小，電弧效應(yīng)只會(huì)產(chǎn)生很短的一段時(shí)間，尤其是在 35以 下的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，企業(yè)不用在絕緣方面做太大的投資，且供電穩(wěn)定性作為一個(gè)優(yōu)點(diǎn)得以突出，所以中性點(diǎn)適宜采用不接地的方式運(yùn)行。 當(dāng)在一段較長(zhǎng)的線路之中時(shí)，此時(shí)電壓也較高，接地電流較大。這時(shí)所產(chǎn)生的電弧就不會(huì)自主熄滅，表現(xiàn)為穩(wěn)定電弧和間歇性電弧，而且電壓值維持在一個(gè)高值時(shí)，企業(yè)對(duì)于絕緣方面的投資就要占整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)較大的比例。 其中中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)分別為：當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)線電壓數(shù)值保持不變，相電壓上升 3 倍，這就不會(huì)對(duì)三相設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生 影響，此為最大的優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)的單相接地電容不足 5A 時(shí)，所有的熱效應(yīng)都可以被電路上的各個(gè)元件的絕緣所承受，這種規(guī)格準(zhǔn)許配電網(wǎng)電路在有故障的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行 1~2小時(shí)。但是，從實(shí)際的生產(chǎn)工作來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)減少這種帶故障運(yùn)行的時(shí)間；對(duì)于 10網(wǎng)電路而言，每一相對(duì)地電容的大小都至多為 ? ，因?yàn)榘踩鹨?jiàn)，不論電路的絕緣有多好，電阻有多大，都要確保人在無(wú)意中直接接觸下不至于死亡。然而，這在實(shí)際配電網(wǎng)中是不存在的，接地保護(hù)和漏電保護(hù)措施只是作為間接接觸的主要手段而已。 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 （ 1）電壓小于 500中 22080 （ 2） 3到 100 （ 3） 20到 350統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)線路接地電流很小，線電壓維持對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。所以電壓不等于零，其余別的相正常，電壓夾角為 120度，因?yàn)閿嘞鄬?dǎo)致三項(xiàng)電壓不維持平衡，在開(kāi)口三角形處出現(xiàn)零序電壓 [9]。 性點(diǎn)不接地系統(tǒng)暫態(tài)特征分析 在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該使用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以開(kāi)關(guān) S 必須為斷開(kāi)狀態(tài)。如圖所示 2示，配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)電流的分布圖。 圖 2配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)電流的分布 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 在發(fā)生接地故障的那一瞬間，系統(tǒng)中電路的非故障相電壓就上升到一個(gè)很大的值，然后大小電容都可以快速充電，但是在發(fā)生故障的那一相，電壓就會(huì)快 速降低到一定值，并且所連接的電容會(huì)大量放電。 性點(diǎn)接地方式性能分析 （ 1）供電可靠性與故障范圍 中性點(diǎn)不接地對(duì)于供電穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，單相接地后，電路的相電流維持在一定的穩(wěn)定值，線電壓也保持一個(gè)平衡狀態(tài)，對(duì)用電客戶沒(méi)有造成大影響。單相接地故障電流數(shù)值很小，大多表現(xiàn)為瞬間性的故障，主要是架空線路，瞬間性故障在單相接地故障中占有85%以上的比例，這就不需要斷路器跳閘。 對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地方式來(lái)說(shuō)，單相接地連接時(shí)流經(jīng)電路上電容的電流得到補(bǔ)償，在接地點(diǎn)殘留下來(lái)的電流值很小，這就能讓故障點(diǎn)產(chǎn)生的電弧自然熄滅，同時(shí)可以讓故障處相電壓數(shù)值上升減慢，這就對(duì)故障電弧的避免重燃和自然熄滅產(chǎn)生積極的作用，約有 65% ~ 85%的故障能夠自動(dòng)消去，供電穩(wěn)定性強(qiáng)。 在低電阻接地方式上，永久故障和瞬間故障一樣都會(huì)引起開(kāi)關(guān)裝置的跳閘，配電網(wǎng)線路跳閘機(jī)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前的兩種接地方式。對(duì)于架空線路組成的混合型配電網(wǎng)系統(tǒng)，這種方式的接地開(kāi)關(guān)會(huì)很容易跳閘，供電穩(wěn)定性很低；而對(duì)于像主要以電纜構(gòu)成的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，發(fā) 生永久性單相故障會(huì)比較多，而低電阻接地方式能夠迅速在開(kāi)關(guān)跳閘，這就有利于防止事故擴(kuò)大化，對(duì)電網(wǎng)的供電是積極的。 （ 2）故障電流對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的影響 對(duì)于中性點(diǎn)不接地方式，故障電流表現(xiàn)為對(duì)電氣設(shè)備的危害，故障電流的持續(xù)時(shí)間和故障電流的幅值。這種方式的電網(wǎng)電容電流往往小于 10A，此時(shí)這個(gè)故障點(diǎn)上的耗散功率比較小，即使很長(zhǎng)一段時(shí)間運(yùn)行，也不會(huì)存在嚴(yán)重的威脅。 對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地方式來(lái)說(shuō)，線圈處于諧振狀態(tài)時(shí)，在接地點(diǎn)剩余的電流量很小，較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行是不會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 在使用低電阻接地方式時(shí)，故障點(diǎn)周?chē)黾恿藥装侔驳挠泄﹄娏?，一方面出現(xiàn)了短路故障時(shí)要馬上跳開(kāi)線路，斷路器和其他所相連接的設(shè)備負(fù)擔(dān)較重，這就加大了電網(wǎng)企業(yè)工人的檢修維護(hù)時(shí)間；另一方面短路時(shí)電流對(duì)各種電網(wǎng)設(shè)備危害較大。 （ 3）人身安全 使用中性點(diǎn)不接地方式時(shí)，故障電流很小，配電網(wǎng)的跨步電壓和接觸電壓很低，短時(shí)間對(duì)于人身安全不會(huì)造成大的危害。 而經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，就有利于瞬時(shí)故障的電弧自助熄滅，降低了人員觸電的機(jī)率。 為了取得更加快速的獲得接地保護(hù)時(shí)所需要的一定電流值，在經(jīng)低電阻接地方式時(shí)，一般系統(tǒng)單相接地電流值都 比較大，往往為 99A~1000A。因?yàn)榇藭r(shí)的流過(guò)線路的故障電桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 流很大，對(duì)設(shè)備有著嚴(yán)重的影響，在接地點(diǎn)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生數(shù)值較高的接觸電壓和跨步電壓，這就對(duì)路過(guò)的人員構(gòu)成了嚴(yán)重的危險(xiǎn)。但是系統(tǒng)對(duì)于故障能做到快速跳閘，從而減少觸電機(jī)率。 （ 4）通信干擾與電磁兼容 對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)的瞬間發(fā)生的故障，主要作用的是靜電耦合，企業(yè)管理人員能夠用簡(jiǎn)單的方式加以控制。 （ 5）過(guò)電壓與絕緣水平 配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，正常的相對(duì)地電壓逐漸上升轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路中的線電壓。如果出現(xiàn)間歇性弧光接地，就會(huì)容易在線路中出現(xiàn)弧光接地過(guò)電壓 [10]。除此之外，工作人員在對(duì)系統(tǒng)操作時(shí)，還容易引出鐵磁諧振過(guò)電壓。如果故障存在的時(shí)間不太短的化，電力設(shè)備就要有較強(qiáng)的外絕緣泄漏安全距離。 （ 6）繼電保護(hù)選擇性 市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種選擇線路的方案，但是實(shí)際工作的效果都不是太好，因?yàn)閱蜗嘟拥仉娫赐日Ｘ?fù)荷電流小很多，這是難以確保繼電保護(hù)的選擇性，需 要安裝特殊的接點(diǎn)顯示裝置。 性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置 電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障的危害 在短路故障發(fā)生期間，會(huì)導(dǎo)致電路中的元件永久性的失效，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生火災(zāi)事故；電壓嚴(yán)重不足，不足以維持電網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行；在檢測(cè)到故障、排除故障動(dòng)作時(shí)，因?yàn)槿蹟嗥鞯谋ｋU(xiǎn)絲斷掉，會(huì)產(chǎn)生停電事故，給用戶的生活生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響和經(jīng)濟(jì)的損失。 故障檢測(cè)裝置主要由感應(yīng)部分和顯示電路兩結(jié)構(gòu)構(gòu)成 [16]。 電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置工作原理 配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置按功能可以分為短路故障檢測(cè)裝置和短路、接地故障檢測(cè)裝置。它一般都會(huì)安裝在架空線路上、開(kāi)關(guān)柜母線排和電網(wǎng)電纜上，用作指示故障電流通路的顯示器 [11]。其中短路故障檢測(cè)裝置是安裝在各大配電網(wǎng)系統(tǒng)線路上，為了更加準(zhǔn)確、迅速地檢測(cè)出線路短路故障和單相接地故障，當(dāng)某一區(qū)段發(fā)生短路故障，此時(shí)檢測(cè)裝置的顯示器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)控到故障的信息，給出閃燈警示。故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成也相對(duì)簡(jiǎn)單，它往往由時(shí)間電流檢測(cè)、故障判別、故障定位驅(qū)動(dòng)、故障信息反饋指示以及信號(hào)輸出和自主延時(shí)復(fù)位控制器等 [12]，發(fā)生故障時(shí) 燈就會(huì)顯示為紅色的報(bào)警。如圖 2故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成示意圖。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 2故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成示意圖 電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的特點(diǎn) （ 1） 具有故障檢測(cè)功能：當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，顯示窗口為耀眼的亮紅色并伴隨有刺眼的閃光示警。 （ 2） 具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，并且反應(yīng)迅速，動(dòng)作敏捷。電路信號(hào)不會(huì)受到線路、高次諧波、電流波動(dòng)、勵(lì)磁涌流的影響。 （ 3） 能簡(jiǎn)單快速地查找出故障所在區(qū)段：故障檢測(cè)裝置能直接在配電線路上安裝，通過(guò)兩兩相鄰兩組檢測(cè)器是否正常運(yùn)作可以很容易的判斷出故障發(fā)生區(qū)段。 （ 4） 自動(dòng)復(fù)位：檢測(cè)裝置會(huì) 出廠時(shí)設(shè)定好的復(fù)位時(shí)間在判斷出故障狀態(tài)后自行返回正常的位置。 （ 5）帶線安裝和拆卸：可以在有電流存在的情況下進(jìn)行維修維護(hù)與安裝工作，不影響配電網(wǎng)線路的正常運(yùn)行，步驟簡(jiǎn)潔。圖 2國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置。 圖 2國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置 電網(wǎng)系統(tǒng)相間短路分析 配電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)大體上都是相位不同的。其中在發(fā)生非對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，每一相的電流和電壓有效值都是不同的。所以，只分析三相電路中的一相是不可以準(zhǔn)確反應(yīng)出配電網(wǎng)存在的問(wèn)題。在實(shí)際工作中，使用對(duì)稱(chēng)分量法對(duì)相位不平衡系統(tǒng)進(jìn)行分析得到的數(shù)據(jù)是大體接近實(shí)際情況的。這里就可以引用對(duì)稱(chēng)分量法來(lái)闡述相間短路的情況。對(duì)稱(chēng)分量法 一般是對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的一組不對(duì)稱(chēng)的三相點(diǎn)進(jìn)行拆分，就可以分為正序，負(fù)序和零序三序相量。通過(guò)計(jì)算則可以求出故障電壓電流數(shù)量值。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) （ 1）正 序分量：如圖所示可以看出，三個(gè)向量的大小是一樣的。每?jī)蓛上嘀g都是相差 120 度。正序分量是個(gè)平衡的系統(tǒng) 。 如圖 2-6(a)所示。 （ a）正序分量 （ b）負(fù)序分量 （ c）零序分量 圖 2三相不對(duì)稱(chēng)向量所對(duì)應(yīng)的分量 （ 2）負(fù)序分量：各向量相鄰相相位差也是 120 度，大小一樣，但這是按逆時(shí)針?lè)较虻模?C 相超前 B 相 120 度，而 B 相則超前 A 相 120 度，與三相相序是不同，如圖 2b）所示。 （ 3）零序分量：零序分量的向量的大小、相位都是一樣的，如圖 2-6(c)所示。 在正序分量中，恒有下列關(guān)系： 1F ??，1? ??（ 2 其中 ?????????????23?（ 2 顯然存在： 01 2 ??? ?? ， 13?? （ 2 在負(fù)序分量中，恒有以下關(guān)系： 2F ??，2? ??（ 2 在零序分量中，則有： 0?（ 2 由上敘計(jì)算分析，我們可以總結(jié)出配電網(wǎng)系統(tǒng)兩相短路的特點(diǎn)： ① 配電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流和短路電壓沒(méi)有零序分量存在。 ② 在配電網(wǎng)系統(tǒng)的兩相短路故障中，短路電流大小是正序電流的 3 倍，但方向是相差 180 度。 ③ 配電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障中，相間的電壓幅值和相位一樣，一般來(lái)說(shuō)，短路點(diǎn)所在的非故障相的電壓是正序電壓的 2 倍，數(shù)值上為非故障相電壓的 1/2，相位相反。 電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的安裝事宜 故障檢測(cè)裝置安裝在架空線、環(huán)網(wǎng)柜、箱變、電纜上，用來(lái)顯示故障 [3]。 為了方便電網(wǎng)巡線工作人員快速找到線路故障處，高效地減少檢測(cè)故障的時(shí)間和過(guò)程，配電網(wǎng)故桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 41 頁(yè) 障檢測(cè)裝置安裝地點(diǎn)應(yīng)按照以下原則選擇進(jìn)行： （ 1） 安裝配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝