配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究

图 1 中山港变电站 10kV 配电网接线示意图
对用于 Saber 计算的主变 110kV 侧电源系统
本文的 Saber 数值仿真软件对 Petersen 高频
阻抗 Xq 、主变等值参数 、架空线和电缆等值参数 、 熄弧理论及 Peters & Slipian 工频熄弧理论所描 自动调谐接地补偿装置参数进行了计算 ,计算过 述的过电压瞬态发展过程进行了真实的模拟 。
γ= - 10 %
1. 9633 2. 4795 1. 9537 2. 1487 1. 9633 2. 5722 1. 9537 2. 3211
γ= - 5 %
1. 9673 2. 5770 1. 9577 2. 2345 1. 9673 2. 5770 1. 9577 2. 3259
γ= 0
1. 9606 2. 5712 1. 9510 2. 2119 1. 9606 2. 5712 1. 9510 2. 3119
3 过电压抑制措施的仿真分析及计算
就所建立的等值计算电路模型利用 Saber 软
件进行电弧接地过电压的计算 。
从最严的条件考虑 : 无相间电容 、接地电阻
Rd = 0 、考虑重燃 。
3 . 1 配电网中性点对地绝缘
当开关 K1 断开时 ,即为中性点对地绝缘方 式 ,试验结果见表 1 及图 3 (高频 10 次燃熄弧 ,工
本文的过电压仿真计算以广东中山港 110kV 变电站 10kV Ⅱ段母线上架空线和电缆的间歇性
电弧接地故障为例进行分析 。每段 10kV 母线配 置 1 台接地变压器以取得人工中性点 ,由于接地 变压器对限制单相接地故障电流不起作用 ,主要 靠消弧线圈的补偿 ,为分析问题方便 ,忽略接地变 压器的影响 。以 A 相对地开关 K 的断和合来表 征熄和燃弧状态 。单相接地点的选取原则是 :最 长架空线和最长电缆出线的末端 。中山港变电站 的系统网络图如图 1 。
达 2. 387p . u 。
弧 ,工频 2 次燃熄弧) 。
3 . 2 配电网中性点经消弧线圈接地
表 2
母线上出现的最大过电压倍数
单位 :p . u
熄弧方式 工频
高频
故障线路 电缆 架空线 电缆 架空线
脱谐度 (γ)
中性点电压 健全相电压 中性点电压 健全相电压 中性点电压 健全相电压 中性点电压 健全相电压
γ= 5 %
1. 9450 2. 4492 1. 9623 2. 2163 1. 9650 2. 5739 1. 9623 2. 3228
γ= 10 %
1. 9716 2. 4492 1. 9710 2. 1492 1. 9716 2. 5752 1. 9710 2. 3241
从表 2 和图 4 可以得出如下结论 : 3 . 2 . 1 在补偿网络中发生电弧重燃时 ,健全相过 电压幅值与中性点绝缘时的过电压相比有所减
2. 6189 2. 4698 3. 0427 2. 8704
图 2 等值计算电路模型
注 :r ———系统电源和线路等效电阻 L ———系统电源漏电感和线路电感 L H ———消弧线圈的电感 g ———线路泄漏电导 C ———线路对地电容 Z ———线路负荷 K ———接地开关
从表 1 和图 3 可以得出如下结论 : 3 . 1 . 1 电网中性点绝缘时 ,按照高频熄弧理论计 算的过电压值比按照工频熄弧理论计算的过电压 值要高 。应当补充的是 ,按照高频熄弧理论计算 出来的过电压并不是最严重的 。事实上 ,当发生 闪络时 ,如 A 相的电压较最大值稍微偏早或偏 迟 ,健全相的过电压将更大 。 3 . 1 . 2 在电弧的点燃和熄灭过程中 ,系统中积聚 的能量是产生严重电弧接地过电压的重要原因 。 在图 3 中的 U0 (中性点电压) 就反映了这种积聚 能量 。第一次接地电弧熄灭之后 , U0 即可达 ≥ 1p . u ;然后 ,随着重燃次数的增加而增加 ,使故障 相的恢复电压和健全相的稳态电压明显增大 ,产 生严重的电弧接地过电压 ,最大可达 3. 0427p . u 。
了很多问题 。这些情况使原有的中性点接地方式 研讨提供了有利的分析工具 。
已显得不适应形势 ,从而对配电网绝缘配合和中 性点接地方式提出了新的研究课题 。
2 过电压的仿真计算
配电网的过电压有其特殊性 ,因为电缆线路 几乎无雷击闪络 ,故外过电压并不是主要方面。 对配电网而言 ,由于其本身含较多的绝缘薄弱环 节如绝缘强度较差的旧式电气设备 、电缆接头 、旋 转电机和配电变压器等 ,以及污秽也是一个威胁 因素 ,因此 ,内过电压水平问题才是主要的问题所
【Abstract】 Through artificial data of develop ment process of intermittency elect ric arc’s eart h2 ing over - voltage of dist ribution network , t he paper researches limited voltage’s effect of over voltage’s rest rain measurement , and analyses influence of neut ral point eart hing style on over -
配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究
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配电网间歇性电弧接地过电压 抑制措施的仿真研究
Artif icial Research of Restra in Measurement of Intermittency Electric Arc’s Earthing Over - voltage of Distribution Net
压出现的概率 ,间接地减小了高倍过电压出现的 概率 。所以在系统发生弧光接地故障时 ,可以有 效地限制过电压倍数 。
小 。但采用消弧线圈后 ,出现这种严重情况的重 燃率很低 。因此 ,消弧线圈的作用主要并不是降 低电弧接地过电压 ,而是由于它在易于熄弧和防 止重燃方面的有利作用 ,使重燃次数大为降低 ,过 电压持续时间大为缩短 ,从而降低了高幅值过电
兰州电力高级技工学校 周燕莉 (730046)
【摘 要】 文章通过对配电网间歇性电弧接地过电压发展过程的数值仿真 ,研究了该过电压 抑制措施的限压效果 ,分析了中性点接地方式对过电压的影响 ,所得结果可供配电网绝缘配合 和中性点接地方式研究参考 。
【关键词】 配电网 间歇性电弧接地过电压 中性点接地方式 仿真
《青 海 电 力》2002 年 1 第 4 期
48. 69A 。运行中发生单相接地故障时往往发展 成两相短路 ,强大的故障电流将接地引线熔断 ,为 了避免电弧接地过电压的发生 ,该站决定将中性 点接地方式改造为通过自动调谐及接地选线成套 装置接地 。为此 ,本文利用 Saber 数值仿真软件 对改造前后的过电压进行了计算 。
长期以来 ,依据现行的《电力设备过电压保护 要的内过电压是间歇性电弧接地过电压和铁磁谐
技术规程》(DL/ T620 - 1997) ,我国中压配电网一 振过电压 ,而许多研究表明 ,在所有的操作过电压
直采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式 。近 中 ,间歇性电弧接地过电压由于持续时间长 ,遍及
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些年来 ,由于配电网络发展迅速 ,城市电网 、厂用 全网 ,危害性更大 。为适应对中性点接地方式研
频 5 次燃熄弧) 。
表 1 母线上出现的最大过电压倍数
单位 :p . u
熄弧方式 故障线路 中性点电压 故障相电压 健全相电压
工 频 高 频
电缆 架空线 电缆 架空线
2. 1098 2. 0174 2. 3873 2. 3812
1. 7386 1. 8315 2. 1530 2. 3267
3 . 2 . 2 消弧线圈不仅在极大程度上补偿了短路 点的接地电流 ,而且熄弧后故障相恢复电压上升 速度小于没有消弧线圈的情况 ,正是这两个重要 因素促使电弧熄灭及抑制重燃的发生 。
配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究
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健全相电压波形
(a) 高频熄弧电压波形 中性点电压波形 (b) 工频熄弧电压波形 图 4 弧光接地的电压波形 (γ= 0)
配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究
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时刻电弧重燃 ,此时接地开关合 。从时间上来看 , 高频熄弧是每隔半个工频周波重燃一次 。
(2) 工频燃熄弧计算条件 ①故障条件 同高频熄弧的故障条件 。 ②熄弧条件 接地短路电流在半个工频周波附近高频分量 已经衰减到了很小 ,此处的电流过零认为是工频 电流过零 ,过零时接地开关断开模拟电弧熄灭 。 ③燃弧条件 熄弧之后在故障相 (A 相) 的第一个电压峰值 时刻电弧重燃 ,此时 ,接地开关闭合 。从时间上来 看 ,工频熄弧是每隔一个工频周波重燃一次 。 2 . 2 . 2 仿真的数学模型 根据上述的燃熄弧理论和燃熄弧计算条件 , 可得如下的仿真数学模型 。
图 5 是电弧间隙恢复电压波形图 ,由图 5 可 见 ,脱谐度对故障相恢复电压最大上升速度有重 要影响 。故障相弧隙恢复电压上升速度与脱谐度 γ是成正比的 ,γ增加 , Uhf 的上升速度也增大 ,弧 道间介质绝缘恢复强度的增长速度会降低 ,这将 增大电弧重燃的可能性 ; 当γ减小 , Uhf 的上升速 度减小 ,对抑制重燃 、促使电弧熄灭很有利 。通常 脱谐度不大 ,恢复电压上升是较慢的 ,因此 ,不易 发生重燃 。但当γ很小时 ,正常运行条件下也会 造成中性点电压长期偏移较大而使设备绝缘不允
2 . 1 等值计算网络 1986 年以后 ,广州地区 10kV 配电网发展很
快 ,有的城市中心区的配电网大量敷设电缆 ,如中 山港变电站 10kV 配电网电缆线路占全站馈电线 路长度的 60 %以上 , 单相接地电容电流显著增 大 ,10kV Ⅰ段母线电容电流 25. 56A , Ⅱ段母线为
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(1) 高频燃熄弧计算条件 ①故障条件 从严考虑 ,在 A 相电源电压为正或负峰值时 刻 ,A 相发生单相接地故障 。在 A 相对地之间设
置一个接地开关 ,开关闭合模拟接地故障 ,开关断 开模拟故障消除或电弧熄灭 。
②熄弧条件 接地短路电流中含有高频分量和工频分量 , 在短路初始阶段电流以高频分量为主 ,因此 ,短路 后电流的第一个过零点认为是高频电流过零 ,过 零时接地开关断开以模拟电弧熄灭 。 ③燃弧条件 熄弧之后在故障相 (A 相) 的第一个电压峰值
健全相电压波形
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《青 海 电 力》2002 年 1 第 4 期
故障相电压波形
(a) 高频熄弧电压波形 中性点电压波形 (b) 工频熄弧电压波形
图 3 弧光接地的电压波形
3 . 1 . 3 计算该 10kV 变电站中性点绝缘时的过
当开关 K1 闭合时 ,既为中性点经消弧线圈
电压 ,母线上相电压可达 3. 042p . u ,中性点电压 接地方式 ,试验结果见表 2 及图 4 (高频 4 次燃熄
程及结果从略 。
模拟配电网中电弧接地电压数值仿真的全过
2 . 2 两种理论对应的计算模型
程为 :
2 . 2 . 1 燃熄弧计算条件
熄弧条件有二 : Petersen 理论 ( 高频熄弧理 论) 以及 Peters 和 Slepian 理论 (工频熄弧理论) 。 以重燃时间来区分两个理论 ,每隔工频半个周波 重燃一次 ,对应于高频熄弧理论 ;每隔一个工频周 波重燃一次 ,对应于工频熄弧理论 。
电系统的电缆线路急剧增加 ,所占线路比重越来 讨的需要 ,适应配电网接地方式以及有效地抑制
越大 。特别是沿海地区 ,许多企业进口了高压电 电弧接地过电压 ,本文对配电网间歇性电弧接地
缆 、GIS 组合电器等设备 ,由于引进设备的技术指 过电压进行了数值仿真研究及实例计算分析 ,它
标与现有规程的绝缘配合不相适应等原因 ,出现 为电弧接地过电压的计算和对中性点接地方式的
volt age .
【Keywords】 Dist ribution Net Intermittency elect ric arc’s eart hing over - voltage Neut ral
point eart hing style Artificial
1 前言
在 ,况且在某些情况下还不得不将其限制到很低 水平 。实践证明 ,6～35kV 中压配电系统存在主