中性点经消弧线圈接地系统保护及自动选线装置研究
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外配电网接地方式 1
1.3 各类配电网接地方式的优缺点 2
1.4 本课题的主要工作 3
2 中性点经消弧线圈接地系统分析 3
2.1 消弧线圈的补偿方式 5
2.2 消弧线圈的分类及其工作原理 6
3 中性点经消弧线圈接地系统在各方面的可行性 6
3.1 对供电系统可靠性方面的提升 6
3.2 出现单相接地故障时不被动 7
3.3 对电力设备良好的保护作用 7
3.4电磁兼容性好 7
4 中性点经消弧线圈接地系统的仿真分析 7
4.1 MATLAB简介 8
4.2 基于MATLAB的10KV系统仿真 9
5 中性点经消弧线圈接地保护装置的自动选线研究 18
5.1 国内外选线研究现状 18
5.2 选线方法原理综述与比较 19
5.3 仍需解决的问题与选线发展方向 23
总 结 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 本课题研究的目的及意义
在配电网中，采用不同的接地方式，会对配电系统各方面的性能产生不同影响。其中，中性点接地方式可以有效增强配电系统稳定、可靠等方面的性能，同时，配电系统设备的正常运行、人员安全、运行特征以及绝缘水平等因素均与中性点接地方式有着密切联系。通过中性点接地，可以增强电力系统的安全系数，有效减少事故出现的频次，由此保障供电的稳定性。在理论知识的基础上，结合实证经验，能够使配电系统充分实现安全与经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
济并行。
尽管中性点接地存在多种方式，但是，根据接地形式来看，可以将其分为两个类型：A.小电流接地方式。B.大电流接地方式。本课题着重研究下面几种不同的小电流接地方式：
①中性点不接地方式；
②中性点经电阻接地方式；
③中性点经消弧线圈接地方式[1]。
本文在小电流接地方式的基础上展开讨论与研究，得到的结论大多应用在中压配电网中。很久以前，绝大多数的中压配电网采取的方案是中性点绝缘方案。跟着经济条件的成长和电力体系的扩大和路线长度的增添，加上大量架空路线被电缆路线所取代，致使路线的对地电容增大，电力系统不能够主动切除越来越多的瞬时单相接地故障，间歇性的弧光接地过电压频仍呈现，从而常常对体系的平安运行构成要挟。因而，上述三种接地方式开始被运用到某些国家。
1.2 国内外配电网接地方式
对于不同的地方来说，供电系统的中性点接地方式也大不相同，初期1KV以下的配电网既用过中性点直接接地方案，也用过中性点不接地方案。以下是中性点接地方式在世界各国的运用：
1）前苏联
根据前苏联的研究，在部分情况下，应当使用中性点不接地，譬如，在6KV电网中，当其单相接地电流小于30A时，就应当使用中性点不接地方式。若实际电流超过了规定值，则使用其它接地方式[2]。
2）德国
在上个世纪初期，德国就开始使用中性点经销弧线圈接地方式，并广泛应用。而到了60年代，此方式逐步被德国所淘汰。
3）美国
在1922—1930年，电气工程师对于中性点接地方式存在较大争议，部分工程师倾向于使用此方式，而另一部分工程师则倾向于使用快速切断方式。在1935年之后，工程师们的观点逐步达成一致，开始广泛使用中性点经销弧线圈接地方式。
4）日本
日本的工程师们对中性点经电阻接地方式青睐有加，日本的供电系统基本上都是采取的这种接地方案，3—6kv工厂配电网也不例外地使用了这种接地方式。之所以采用此方式，主要有两个原因，一是避免单相短路转变为两相短路；二是降低谐振过电压。
5）西欧
早些时候，中性点经消弧线圈接地在西欧各国得到了广泛的应用。之后，他们转而使用了中性点经电阻接地，发现这种方法很适合他们，西欧各国从中获得了丰富又宝贵的经验，于是他们便坚持使用这种接地方式至今。
6）中国
根据我国的情况来看，同时采用接地和不接地两种方式，通过理论分析，结合实证研究，证明了这两种接地方法基本与我国的中压配电网的实际情况相吻合，且运行结果良好。
1.3 各类配电网接地方式的优缺点
NUS的优缺点：长处是电网电压在发生单相接地故障的时候依旧均衡，供电系统还能在故障电流较小的情况下继续运行一段时间，不妨碍对用户的持续供电，适用于网点多、面广、用户繁杂的地方，供电可靠性得到大大提升。缺点是内部过电压对相电压倍数较高[3]。
中性点直接接地的优缺点：①中性点直接接地系统中出现故障时需要切断故障设备，停止对用户供电，对供电的可靠性造成严重的影响；②故障发生时的短路电流很大，极大的短路电流会扩大故障的范围，甚至有可能损坏供电设备。③基于接地电流造成的磁场，导致周围通信线路和信号回路会受到电磁的干扰。
中性点经消弧线圈接地的优缺点：为了能够使故障部分自动切除，保证系统能够持续供电，此系统使故障残流尽可能的小。由此，与中性点不接地方式相比，此种方式具有更强的优势。它也囊括了中性点不接地系统的一些不好的方面，只不过发生故障的概率更低些。
中性点经电阻接地的优缺点：优点：解决了NUS方式的弊端，即降低内部过电压，避免出现内部过电压对相电压倍数过高的情况。使接地保护变得有选择性而且更加灵敏，同时使得接地过电压产生的电弧的危险性得以降低。从另一方面来讲，对相近通信系统的干扰比较弱得益于经电阻接地系统的接地电流比直接接地系统小很多。缺点：①要求绝缘水平处在一个很高的层次上；②在发生单相接地故障时，一定要切断线路，影响供电系统的持续供电；③电阻器的制造是一项艰巨的任务，同时在接地方面需要较大的投资。
1.4 本课题的主要工作
1) 中性点经消弧线圈接地系统分析。主要说明消弧线圈的调谐方式、工作原理以及其保护装置的组成和作用。
2) 分析此系统的可行性，分别从供电的安全性、供电的可靠性、电磁兼容性等方面进行阐述。
3) 中性点三种接地方式的仿真，从仿真结果来说明三种不同的接地方式的不同，对三相电压、中性点电压、接地点电流的影响。主要是通过MATLAB对建立的10KV系统模型进行仿真，对得到的仿真波形进行比较和分析，最终总结三种不同接地方式的优缺点。
4) 对单相故障时选线的研究。分别论述了零序电流群体比幅比相选线方法、 零序电流有功分量选线方法、注入变频信号选线方法、基于暂态测量值选线方法、基于最大△(IsinΦ) 原理选线方法的原理，以及它们分别适用哪种接地方式。
2 中性点经消弧线圈接地系统分析
简单来讲，借助消弧线圈，把中性点和地有效连接在一起，由此构成的系统即为中性点消弧线圈接地系统。利用该系统，在单相故障情况下，消弧线圈中的电流将会变为电感电流，并利用电感电流实施补偿工作，由此可以使电弧自动熄灭，从而保障了电路的安全。电抗线圈加一个铁芯从而构成了消弧线圈。当系统没有故障时，中性点位置的对地电压将变为0，并且消弧线圈中没有任何电流通过。但是，一旦出现单相接地问题，接地点和消弧线圈接地点之间就会出现短路电流。但是由于中性点电压出现偏移，这时候消弧线圈中会产生电感电流，电感电流与电容电流方向相反，所以可以补偿短路电容电流，从而减少了接地点的电流，达到自动熄弧的效果，使供电系统供电更加可靠[4]。
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的及意义 1
1.2 国内外配电网接地方式 1
1.3 各类配电网接地方式的优缺点 2
1.4 本课题的主要工作 3
2 中性点经消弧线圈接地系统分析 3
2.1 消弧线圈的补偿方式 5
2.2 消弧线圈的分类及其工作原理 6
3 中性点经消弧线圈接地系统在各方面的可行性 6
3.1 对供电系统可靠性方面的提升 6
3.2 出现单相接地故障时不被动 7
3.3 对电力设备良好的保护作用 7
3.4电磁兼容性好 7
4 中性点经消弧线圈接地系统的仿真分析 7
4.1 MATLAB简介 8
4.2 基于MATLAB的10KV系统仿真 9
5 中性点经消弧线圈接地保护装置的自动选线研究 18
5.1 国内外选线研究现状 18
5.2 选线方法原理综述与比较 19
5.3 仍需解决的问题与选线发展方向 23
总 结 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 本课题研究的目的及意义
在配电网中，采用不同的接地方式，会对配电系统各方面的性能产生不同影响。其中，中性点接地方式可以有效增强配电系统稳定、可靠等方面的性能，同时，配电系统设备的正常运行、人员安全、运行特征以及绝缘水平等因素均与中性点接地方式有着密切联系。通过中性点接地，可以增强电力系统的安全系数，有效减少事故出现的频次，由此保障供电的稳定性。在理论知识的基础上，结合实证经验，能够使配电系统充分实现安全与经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
济并行。
尽管中性点接地存在多种方式，但是，根据接地形式来看，可以将其分为两个类型：A.小电流接地方式。B.大电流接地方式。本课题着重研究下面几种不同的小电流接地方式：
①中性点不接地方式；
②中性点经电阻接地方式；
③中性点经消弧线圈接地方式[1]。
本文在小电流接地方式的基础上展开讨论与研究，得到的结论大多应用在中压配电网中。很久以前，绝大多数的中压配电网采取的方案是中性点绝缘方案。跟着经济条件的成长和电力体系的扩大和路线长度的增添，加上大量架空路线被电缆路线所取代，致使路线的对地电容增大，电力系统不能够主动切除越来越多的瞬时单相接地故障，间歇性的弧光接地过电压频仍呈现，从而常常对体系的平安运行构成要挟。因而，上述三种接地方式开始被运用到某些国家。
1.2 国内外配电网接地方式
对于不同的地方来说，供电系统的中性点接地方式也大不相同，初期1KV以下的配电网既用过中性点直接接地方案，也用过中性点不接地方案。以下是中性点接地方式在世界各国的运用：
1）前苏联
根据前苏联的研究，在部分情况下，应当使用中性点不接地，譬如，在6KV电网中，当其单相接地电流小于30A时，就应当使用中性点不接地方式。若实际电流超过了规定值，则使用其它接地方式[2]。
2）德国
在上个世纪初期，德国就开始使用中性点经销弧线圈接地方式，并广泛应用。而到了60年代，此方式逐步被德国所淘汰。
3）美国
在1922—1930年，电气工程师对于中性点接地方式存在较大争议，部分工程师倾向于使用此方式，而另一部分工程师则倾向于使用快速切断方式。在1935年之后，工程师们的观点逐步达成一致，开始广泛使用中性点经销弧线圈接地方式。
4）日本
日本的工程师们对中性点经电阻接地方式青睐有加，日本的供电系统基本上都是采取的这种接地方案，3—6kv工厂配电网也不例外地使用了这种接地方式。之所以采用此方式，主要有两个原因，一是避免单相短路转变为两相短路；二是降低谐振过电压。
5）西欧
早些时候，中性点经消弧线圈接地在西欧各国得到了广泛的应用。之后，他们转而使用了中性点经电阻接地，发现这种方法很适合他们，西欧各国从中获得了丰富又宝贵的经验，于是他们便坚持使用这种接地方式至今。
6）中国
根据我国的情况来看，同时采用接地和不接地两种方式，通过理论分析，结合实证研究，证明了这两种接地方法基本与我国的中压配电网的实际情况相吻合，且运行结果良好。
1.3 各类配电网接地方式的优缺点
NUS的优缺点：长处是电网电压在发生单相接地故障的时候依旧均衡，供电系统还能在故障电流较小的情况下继续运行一段时间，不妨碍对用户的持续供电，适用于网点多、面广、用户繁杂的地方，供电可靠性得到大大提升。缺点是内部过电压对相电压倍数较高[3]。
中性点直接接地的优缺点：①中性点直接接地系统中出现故障时需要切断故障设备，停止对用户供电，对供电的可靠性造成严重的影响；②故障发生时的短路电流很大，极大的短路电流会扩大故障的范围，甚至有可能损坏供电设备。③基于接地电流造成的磁场，导致周围通信线路和信号回路会受到电磁的干扰。
中性点经消弧线圈接地的优缺点：为了能够使故障部分自动切除，保证系统能够持续供电，此系统使故障残流尽可能的小。由此，与中性点不接地方式相比，此种方式具有更强的优势。它也囊括了中性点不接地系统的一些不好的方面，只不过发生故障的概率更低些。
中性点经电阻接地的优缺点：优点：解决了NUS方式的弊端，即降低内部过电压，避免出现内部过电压对相电压倍数过高的情况。使接地保护变得有选择性而且更加灵敏，同时使得接地过电压产生的电弧的危险性得以降低。从另一方面来讲，对相近通信系统的干扰比较弱得益于经电阻接地系统的接地电流比直接接地系统小很多。缺点：①要求绝缘水平处在一个很高的层次上；②在发生单相接地故障时，一定要切断线路，影响供电系统的持续供电；③电阻器的制造是一项艰巨的任务，同时在接地方面需要较大的投资。
1.4 本课题的主要工作
1) 中性点经消弧线圈接地系统分析。主要说明消弧线圈的调谐方式、工作原理以及其保护装置的组成和作用。
2) 分析此系统的可行性，分别从供电的安全性、供电的可靠性、电磁兼容性等方面进行阐述。
3) 中性点三种接地方式的仿真，从仿真结果来说明三种不同的接地方式的不同，对三相电压、中性点电压、接地点电流的影响。主要是通过MATLAB对建立的10KV系统模型进行仿真，对得到的仿真波形进行比较和分析，最终总结三种不同接地方式的优缺点。
4) 对单相故障时选线的研究。分别论述了零序电流群体比幅比相选线方法、 零序电流有功分量选线方法、注入变频信号选线方法、基于暂态测量值选线方法、基于最大△(IsinΦ) 原理选线方法的原理，以及它们分别适用哪种接地方式。
2 中性点经消弧线圈接地系统分析
简单来讲，借助消弧线圈，把中性点和地有效连接在一起，由此构成的系统即为中性点消弧线圈接地系统。利用该系统，在单相故障情况下，消弧线圈中的电流将会变为电感电流，并利用电感电流实施补偿工作，由此可以使电弧自动熄灭，从而保障了电路的安全。电抗线圈加一个铁芯从而构成了消弧线圈。当系统没有故障时，中性点位置的对地电压将变为0，并且消弧线圈中没有任何电流通过。但是，一旦出现单相接地问题，接地点和消弧线圈接地点之间就会出现短路电流。但是由于中性点电压出现偏移，这时候消弧线圈中会产生电感电流，电感电流与电容电流方向相反，所以可以补偿短路电容电流，从而减少了接地点的电流，达到自动熄弧的效果，使供电系统供电更加可靠[4]。
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