10kV配电电缆中性点改进方法

10kV配电电缆中性点改进方法
摘要：配电网建设中电压互感器的接地形式分为电压互感器不接地恢复系统、电压互感器间接接地恢复系统和电压互感器再接地恢复系统三种。

电压互感器间接接地恢复系统分为电压互感器电压电流直接接地和电压互感器无功补偿装置接地。

本文是基于MATLAB电力系统电压互感器接地选择模式之一及其自动化仿真模型选择模式。

配电网建设中的不同电压互感器接地方式的10kV电压等级下，单相接地故障发生时，会产生不同的波形。

总结了10kV电压梯度下三种接地方式在配电网中的应用范围与改进方法。

关键词：10kV；电缆；中性点；改进方法
引言
中性点接地方式是配电网规划、设计和运行中的一个非常重要的问题。

它涉及许多方面，例如技术、经济和安全。

它是实现电力系统安全经济运行的基础之一，在实际系统的稳定运行中具有重要意义。

随着配电网容量的增加，电压的升高，系统的单相接地电流也迅速增加，随之而来的输电线路和变电站事故也迅速增加。

因此，原有的中性点接地方式已经无法满足电力系统发展的要求。

因此，从根本上研究更好地电压互感器的接地形式进一步提高电网安全稳定运行的可靠性和稳定性和可靠性的具体要求，已成为一个紧迫的问题。

一、不同接地方式的模拟和波形分析
分析了中低压电网系统中电压互感器直接接地形式的现状和主要特点，研究了配电网建设中电压互感器直接接地形式的不同基本工作原理；分析了不同直接接地形式下的三相差异。

平衡工作不正常，如三相不平衡前的动平衡分析、三相不平衡瞬态响应的具体分析、恢复系统相关参数分析等。

分析了三相四线制系统异常运行对配电网建设故障点电压电流的效果。

一般情况下，往往根据分析方法的基础知识，构建了10kV电压电流电力系
统及其自动实体模型。

借助电力系统及其自动化计算机仿真，对变压器容量为
10kV的中低压配电网建设的各种直接接地方式进行了比较分析，得出更适合的电
压互感器接地方式。

（一）中性点非接地系统
当电压互感器未接地且恢复系统发生三相不平衡运行异常时，不运行为异常
相的两相电压将作为网络电压上升。

由于线路电压保持不变，因此对用户继续工
作影响不大。

1、优势
配电网中性点不接地系统的电流很小，对相邻的通信线路和信号系统干扰很小，这是这种接地方式的优点。

当接地故障电压和电流小于10A时，可再次将高压电流熄灭。

但这种接地形
式适用于直接接地的高压输电线路，滤波电容电压电流小于10A的配电网建设。

2、劣势
这种接地方式会造成间歇性电弧过电压，电压会持续很长时间。

因此，它可
能会对设备的安全和绝缘构成威胁。

（二）中性点通过电阻接地系统
电压互感器借助电压和电流接地，即在电压互感器和直接接地之间直接连接
齐纳二极管的特殊电压和电流。

根据中性点接地电阻的不同，可分为低电阻接地、电阻接地和高电阻接地三种模式。

1、优势
当系统三相不平衡时，非工作异常相电压不会增加或增加很少。

因此，要求
设备的绝缘相对较低的水平，能够参考组合交流电压选择压力水平。

2、劣势
考虑到直接接地电压和电流比较大，当电流互感器未能及时开断或拒动时，
会造成接地点周围的电缆绝缘受到相当大的破坏，最终造成运行工作不正常当发
生三相不平衡故障时，不可恢复的大多是不可恢复的，其中一根线路的接通一般
会进一步提高跳闸时间间隔，严重阻碍计算机用户的正常供电，但稳定电源和可
靠性会下降。

（三）中性点消弧线圈接地系统
消弧线圈是一种安装在电网电压互感器的可调电磁感应。

当发生三相不平衡
故障时，可逐渐形成接近直流接地电压，但电感线圈电压和电流两个方向相反，
以补偿滤波电容电压和电流，所以即地电压和电流也变得很小或接近于零。

无功
功率补偿装置还能够降低异常交流电压的恢复率，从而降低电压电流为零的高压
电流熄灭后重新点燃的可能性。

1、优势
电压互感器无功补偿装置直接接地恢复系统配电网建设直接接地小电压小电流，对附近通信线路干扰小；
无功补偿装置电感线圈的电压和电流能够抵消回收系统滤波电容的电压和电流。

2、劣势
三相不平衡运行异常时，非运行异常相电压相接地上升越来越多，但交流电
源电平的线路连接，需要高电压水平的线路和设备。

二、中性点柔性接地技术
电压互感器柔性材料直接接地技术与传统直接接地形式的比较，考虑到无功
补偿装置上串联或并联了一些电压和电流，当设备出现故障时，要通过一定的延
时后才投入运行。

和获得了消弧线圈接地和电阻接地的优点，并相互补偿了劣势。

与传统的中性点消弧线圈并联电阻接地与传统形式相比，这种形式所用的设备和产品的成本要高一些，应该不一定需要自适应控制。

出乎意料的是，其良好的异常响应使其适用于最重要的具备高稳定性和绝对安全性要求的配电网建设。

其主要结构如图1所示。

图1 中性点复合柔性接地系统结构图
根据电路原理图，k0~k3为电源系统及其自动手动开关，电压互感器直接接地形式由恢复系统软件控制检测异常电压电流及恢复系统相关参数.R1为0~20Ω的小电压小电流，抑制瞬时过压保护，防止异常工作点电压过高。

R0为1500Ω大电压电流，可防止电压互感器电压电流虚拟接地。

R2为5～500Ω可调选择电阻。

在正常操作中，k0、k1和k2闭合，k3和k4断开，系统处于相对可控电压电流接地正常情况。

当出现三相不平衡而工作不正常时，k2延时开启，k4不失时机地闭合，无功补偿装置投入运行。

回收系统应改用大电压大电流无功补偿装置并联电路处理正常工作状态。

当确定发生不可恢复的接地故障时，k1断开未知时间，并连接一个齐纳二极管以在异常操作点限制瞬态过电压保护。

短时间后，控制开关k3闭合，若不选
择线路连接电压电流R2投入运行。

必要时断开k0，使电压互感器进入不接地正常状态，进行继电保护姿势或排除故障。

当出现间歇性电弧接地时，k1断开，k2和k3在正确的时间投入，k4开关闭合以选择故障线路。

等效电路如图2所示。

图2 柔性接地系统等效电路图
当系统正常运行时，中性点位移电压为
d是系统阻尼率。

v为消弧线圈失谐。

U00是相间电压不平衡的结果。

在这个接地系统中
d0是d0是基本阻尼比；
dR=1/ωCR0，ω为旋转频率；
R0是与消弧线圈并联的电阻；
dL是线圈的阻尼系数，通常可以忽略不计。

在正常工作期间，当与消弧线圈并联的电阻为20Ω时，如何调整R1电阻取
决于系统条件。

这可以使系统具有更高的阻尼率并避免模糊接地。

当出现三相不
平衡而工作不正常时，可借助与无功补偿装置并联的中型降阻初级线圈将电压互
感器直接接地，充分释放强大的能量直接接地时，降低其瞬态过电压保护。

通过
采用代理服务器大齐纳二极管恢复系统延迟后，R0=R1+R2=1520Ω，这可以使d
更小。

故障恢复电压初始速度为
其中相电压幅度。

τ表示故障相恢复电压的恢复时间，计算公式为：
较小的阻尼率可以降低故障相电压恢复的初始速度，延长电压恢复时间，从
而降低间歇性电弧接地的发生概率，合理调整阻尼比不会导致中性点位移电压过高。

三、中性点单相接地故障模拟
该系统由三个馈线组成。

这种接线方式通常用于电流分配系统。

主变压器T
的电流互感器为110/10kV。

不受限制的显示电源连接到高压侧。

如果要达到这样
的效果，就一定要研究故障内容的外部特征，不同的线路连接应当需要什么条件，为恢复系统设置不同的线路连接条件之一：高压输电线路、高压电缆混合在一起
进行线路连接。

L1为架空线，L2为高压输电线路。

L3是高压传输线和高压电缆的组合。

连接电缆5km，架空线实际长度10km。

回收系统滤波电容电压电流为70A、150A、100A左右，无功补偿装置一次性补偿
度为8%，小电压电流接地电阻尺寸公差为0-20Ω，本文内容为15Ω。

计算出的
恢复系统负载电流并不完全相同，也比较大，但从某种角度来看，对三相不平衡
电压电流异常的因素不大工作，因此在使用星形连接RLC模拟模块的模型中，为
了简化负载，负载阻抗为ZL=400−20j。

考虑到电弧长度参数对主电弧参数的影响，该模型可以非常灵活地用于低通滤波器直接接地恢复系统和小电压小电流接地恢
复系统。

10kV低压配电系统三相不平衡异常运行物理模型如图3所示。

图3 10kV配电网系统单相接地故障模型
四、分析与讨论
接地故障特性的研究主要包括故障电流、暂态电压和变化。

与传统的接地单相接地故障相比，金属单相故障发生在混合电网中时，具有
最大242.02A的柔性点接地方式，运行系统的故障相电流稳定性最大为133.68A，137A低于平均消弧线圈。

柔性接地系统在过电压限制方面有更多的好处。

系统最
大无故障相过电压为13.487kV，故障相随线路电压稳定运行。

在配电网中，离散输电线路中永久性接地故障的位置也会对系统产生很大影响。

通过对架空线路的比较，对比了5kV和10kV处电缆线路的故障情况。

与通
过消弧线圈接地系统的架空线路网络相比，柔性接地系统在抑制故障点对电流的
影响方面具有更多的优势，高压输电线路和高压输电线路的平均电压和电流分别
下降了32.8%和24.19%。

小型电压和电流控制开关和耗散器补偿系统降低了故障
相电压的恢复速度。

根据间歇性电弧接地的仿真结果，系统对不同的中性点接地方式具有不同的响应能力。

由消弧线圈接地的中性点紧随其后。

最大过电压为14.677kV，系统可能会积累更高水平的隔离接地过电压。

柔性接地故障系统的最大过电压为
13.562V（输入选线电阻后），过电压倍数为1.6倍。

与未接地系统相比，最大三相过电压降低了38%。

与不接地系统中的间歇性电弧接地相比，弹性接地系统对间歇性电弧接电压有非常明显的抑制作用。

随着灭弧和重燃，系统的累积电荷不断增加过电压水平，未接地系统的过电压增加率约为37.82%。

由于实际工程中开关设备可能被拒绝移动或误操作，接地方式的工作状态将直接受到影响。

因此，在接下来的研究中，将考虑模糊推理算法和其他评估算法来评估和选择中性点接地模式对配电网供电可靠性的影响，并验证该模式的可靠性优势。

五、结束语
当发生单相接地时，我们都应该关注有限的接地故障电流，尽可能减少其危害性。

本文在分析传统接地方式单相接地故障的优劣势的基础上，通过仿真软件ATP-EMTP，将消弧线圈与小电阻柔性接地方式相结合，构建了弧长控制理论的电弧故障模型，对电力单相接地事故进行仿真分析。

从实际出发，结合配电网的具体情况，通过比较分析，最终确定应选择哪种接地方式。

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