10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置的分析與設(shè)計獨(dú)家優(yōu)秀】

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第 I 頁 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，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，會出現(xiàn)各種類型的不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障，常見的故障為短路故障，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型。 針對以上的狀況，本文通過對配電網(wǎng)系統(tǒng)的過流故障的分析，設(shè)計線路故障檢測裝置，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裝置的警報，快速定位故障區(qū)段位置，從而減少巡線工作人員檢修時的工作量。 本文詳細(xì)介紹硬件設(shè)備的整體設(shè)計方案和整體設(shè)計過程，給出電路圖和詳細(xì)的原理圖。通過模擬樣機(jī)的設(shè)計檢驗(yàn)了設(shè)計理論的正確性以及裝置判據(jù)的可靠性。 首先通過對短路而產(chǎn)生的過流故障進(jìn)行分析，給出線路對應(yīng)的故障判斷依據(jù)。針對不同的故障類型設(shè)計出不同樣的解決方案。其次再利用單片機(jī)編寫程序，使設(shè)計電路簡潔且有效。利用故障檢測裝置的工作原理，更好的分辨出系統(tǒng)的故障類型。硬件設(shè)計電路用 部的 10 位 A/D 采集電路，實(shí)現(xiàn)對短路情況的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。通過單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號來顯示其故障，再經(jīng)工作人員快速 檢測維修電路，以確保用戶能正常使用電。最后，在完成整體設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過使用模擬樣機(jī)的運(yùn)行，來進(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（論文 ）報告用紙 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I ..................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題背景，目的和意義 .............................................................................................. 1 言 ....................................................................................................................... 1 計目的 ............................................................................................................... 1 計意義 ............................................................................................................... 2 內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測裝置研究近況 .......................................................................... 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)故障檢測裝置工作原理 ................................................................... 9 電網(wǎng)故障檢測裝置的特點(diǎn) ............................................................................. 10 電網(wǎng)系統(tǒng)相間短路分析 ................................................................................. 10 電網(wǎng)故障檢測裝置的安裝事宜 ..................................................................... 11 電網(wǎng)系統(tǒng)故障的的一般類型 ......................................................................... 12 流互感器工作原理 ................................................................................................ 12 3 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置硬件設(shè)計 .......................................................... 14 路板制作過程 ........................................................................................................ 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 ................................................................................................ 15 統(tǒng)核心電路設(shè)計 .................................................................................................... 16 源電路模塊設(shè)計 ............................................................................................. 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（論文 ）報告用紙 目錄 片機(jī)芯片的選用及顯示電路的設(shè)計 .................................................................... 19 片機(jī)最小系統(tǒng) ................................................................................................. 19 位電路和系統(tǒng)時鐘電路 ................................................................................. 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)故障檢測裝 置的軟件設(shè)計 ...................................................... 25 件部分設(shè)計 ............................................................................................................ 25 統(tǒng)軟件整體設(shè)計 .................................................................................................... 25 ，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，這就會對每天的系統(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 路故障時定位相對會麻煩，為了提高定位精確度。國內(nèi)外的工程師們提出了許多種不同的解決處理方案。同時，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，人工檢測起來時既辛苦又費(fèi)時，還使得供電可靠性大大降低了。而且在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，工程師們也發(fā)現(xiàn)一些存在的問題，比如檢測故障不能夠及時顯示，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)榕潆娋W(wǎng)系統(tǒng)故障照成的。所以，高效、精準(zhǔn)地進(jìn)行故障檢測定位。能夠使停電時間有效縮短，使得企業(yè)和用戶的損失減少，這對于電力系統(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。 計目的 在面對上訴這些問題，電網(wǎng)企業(yè)工程師們就要組建更加完善的故障檢測裝置，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，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置的良好發(fā)展。用了改進(jìn)過后的故障檢測裝置，可以填補(bǔ)以上系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時，檢測功能上的不完整，更好地提高效率，還能加快檢測的速度，最短的過程查找到故障區(qū)段，為客戶迅速恢復(fù)供電提供了強(qiáng)有力的保障。 優(yōu)良的故障檢測裝置可以實(shí)現(xiàn)每時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，用來顯示故障電流發(fā)生時的區(qū)段，包括停止供電、供電、過流故障、短路故障、接地故障等等。安裝了這些裝置還可以對電網(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)往往都是通過工人來檢修，使得電力企業(yè)的運(yùn)營成本增加，而且也會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，選用故障檢測裝置和零序互感器兩兩結(jié)合的方法，來顯示零序電流發(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（論文）報告用紙 第 2 頁 共 41 頁 計意義 10電網(wǎng)系統(tǒng)存在于生活生產(chǎn)的各個方面，中性點(diǎn)接地方式的選擇應(yīng)用對電網(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 ,我國國內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè)電網(wǎng)設(shè)施和升級器件 ,其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠 ,與此同時系統(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。比如說大面積的停電事故 ,就會影響 到日常生活生產(chǎn) ,軍隊的日常訓(xùn)練和國防安全等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出 ,電力系統(tǒng)中 78%的故障事故都是來源于配電網(wǎng)系統(tǒng) ,由此可以知道對配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 現(xiàn)如今，我國國內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè)電網(wǎng)設(shè)施和升級器件，其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠，與此同時系統(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。比如說大面積的停電事故，就會影響到日常生活生產(chǎn)，軍隊的日常訓(xùn)練和國防安全等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出，電力系統(tǒng)中 78%的故障事故都是來源于配電網(wǎng)系統(tǒng)，由此可以知道對配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 為了電力企 業(yè)更好的對配電網(wǎng)系統(tǒng)起到管理與監(jiān)控，必須要通過使用故障檢測裝置，來提高電網(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警顯示，一旦某個區(qū)域發(fā)生了運(yùn)行狀態(tài)的變化，就可以及時的判斷出位置，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，對于電力工程公司來說是非常重要的。 內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測裝置研究近況 展歷史 現(xiàn)如今我 國生產(chǎn)的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置的公司以及發(fā)展這些技術(shù)的時間，相對來說都比較短暫。隨著我國國內(nèi)有關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)故障檢測裝置的企業(yè)越來越多，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、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)對電網(wǎng)電電力公司的快速發(fā)展。 在我國，最開始使用的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置是一種簡單的帶有開合功能的閉合鐵心，輸電線路從鐵心的下方穿過。當(dāng)經(jīng) 過的電流大于額定的值時，鐵心關(guān)閉，顯示為此處有故障，短路電流從下方流過，故障點(diǎn)就在這里。但是，這類產(chǎn)品還不夠成熟，有著不智能的缺點(diǎn)，它必須通過尋線工人的手去人工復(fù)位開合，這就給實(shí)際的生產(chǎn)工作帶來了不方便，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（論文）報告用紙 第 3 頁 共 41 頁 自從上個世紀(jì)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置被發(fā)明以后就被各個國家電網(wǎng)公司所重視，不斷加大研究研發(fā)力度，從而進(jìn)入到了一個飛快發(fā)展進(jìn)步的時期。我國也是從 1990 年以后派遣優(yōu)秀工程師渠道國外學(xué)習(xí)了配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測器的原理，以及相關(guān)的自動復(fù)位顯示器裝置技術(shù)，回到國內(nèi)后，經(jīng)過不斷創(chuàng)新研究再結(jié) 合我國配電網(wǎng)線路的實(shí)際情況，政策的大力扶持 ，國內(nèi)企業(yè)在不停歇的消化，吸收，改進(jìn)，對產(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，以及各大電力部門單位的認(rèn)可?，F(xiàn)如今我國配電系統(tǒng)的故障檢測裝置已經(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)的歐洲國家，如法國，波蘭等國逐漸將配電網(wǎng)系統(tǒng)由中興迪昂經(jīng)過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)開發(fā)出新型的導(dǎo)納接地保護(hù)裝置，并且在自己的國家大力推廣，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)故障檢測裝置能檢測出配電線路上出現(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，很是方便迅速、精準(zhǔn)地找出故障。雖然在發(fā)達(dá)國家配電網(wǎng)系統(tǒng)的智慧化等級很高，可是他們查找配電線路故障的最主要方法還是要以來故障檢測指示器 [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)乎一個電力企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益，對企業(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，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單明了，降低配電網(wǎng)故障效率，降低成本帶來的 影響，控制在一個比較合理的區(qū)域，以此來提升成品的核心競爭力，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。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 41 頁 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具體的綜合性技術(shù)性問題，它直接影響到電網(wǎng)裝置的過電壓水平、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： 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)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)稱中性點(diǎn)。又因這點(diǎn)的電位為零，也可以稱為零線端，一般的零線就從此點(diǎn)引出的。在配電網(wǎng)開始發(fā)展的初期，因?yàn)槿藗儗﹄娏魑：ψ饔霉烙嫴蛔悖鄶?shù)國家采用的是中性點(diǎn)直接接地的方式?？墒?，經(jīng)常性的線路跳閘而造成的停電事故的增多，人們認(rèn)識到這種方式的不可靠性。于是在經(jīng)過大亮科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究后，開始改為中性點(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)了諸多的問題，比如： （ 1）單相接地故障在多數(shù)時候不能被及時的檢測出來，工程師們無法迅速找出 隔離接地點(diǎn)，單相接地會轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘁姸搪饭收稀? （ 2）帶有故障運(yùn)行的時間太長，相對地電壓會升高成為線電壓，如果此時配電網(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點(diǎn)接地故障。 （ 3）接地點(diǎn)電弧不會自主熄滅，流經(jīng)電容的電流加大，容易產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓和間歇性電弧過電壓，這會導(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 、 、 對稱。由于在各相 導(dǎo)線間和相對地之間沿導(dǎo)線全長都有分布電容，各項(xiàng)絕緣有對地泄漏電導(dǎo)。因此，在電源電壓作用下，這些電容和電導(dǎo)上將會流過附加電流。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。集中相見電容對系統(tǒng)的接地特性影響很小，及計及相對地電容 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（論文）報告用紙 第 5 頁 共 41 頁 （ 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，中性點(diǎn)所具有的對地電位，稱為不對稱電壓，用表示?？梢娬＿\(yùn)行中，電源中性點(diǎn)對地電壓為 0，即中性點(diǎn)對地電位相等 [6]。 則各相對地電壓為： 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 ，三個值相加和為零，所以不會有電容電流流過大地。當(dāng)每一個相對地電容不相等時， 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)行時中性點(diǎn)所產(chǎn)生的的位移電壓較小，可忽略 [6]。 性點(diǎn)單相接地故障 發(fā)生單相接地故障時，中性點(diǎn)對 于地的電壓 U n U w???? ，非故障相對地電壓此時為線電壓，而中性點(diǎn)對地電壓為相電壓 [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（論文）報告用紙 第 6 頁 共 41 頁 配電網(wǎng)系統(tǒng)線路發(fā)生短路故障時，由于流過故障點(diǎn)的電流值會很大，可以通過繼電保護(hù)來實(shí)現(xiàn)對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，流過故障點(diǎn)的電流就為三相對地電容上電流的和，即 [8] U???? (1式中 一相接地時，通過故障點(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，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)生一個零序電壓，這個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)在整個配電網(wǎng)。 過同一等級的電壓線路元件對地的等值電容組成，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 四個條件都得以成立的時候，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ΨQ且換位不安全，產(chǎn)生各相位之間對地電容不想等，這就導(dǎo)致了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時的中性點(diǎn)位移，也可以說中性點(diǎn)對地電位出現(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，線電壓維持在一個穩(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（論文）報告用紙 第 7 頁 共 41 頁 常的工作，但是接地的那個位置可能會有電弧效應(yīng) 產(chǎn)生。 當(dāng)輸電線路不是很長、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)只會產(chǎn)生很短的一段時間，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)在一段較長的線路之中時，此時電壓也較高，接地電流較大。這時所產(chǎn)生的電弧就不會自主熄滅，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高值時，企業(yè)對于絕緣方面的投資就要占整個配電網(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， 故障點(diǎn)線電壓數(shù)值保持不變，相電壓上升 3 倍，這就不會對三相設(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，所有的熱效應(yīng)都可以被電路上的各個元件的絕緣所承受，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。但是，從實(shí)際的生產(chǎn)工作來說，應(yīng)當(dāng)減少這種帶故障運(yùn)行的時間；對于 10網(wǎng)電路而言，每一相對地電容的大小都至多為 ? ，因?yàn)榘踩鹨?，不論電路的絕緣有多好，電阻有多大，都要 確保人在無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)單相接地時線路接地電流很小，線電壓維持對稱狀態(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，此時系統(tǒng)應(yīng)該使用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以開關(guān) S 必須為斷開狀態(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（論文）報告用紙 第 8 頁 共 41 頁 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，電壓就會快速降低到一定值，并且所連接 的電容會大量放電。 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)不接地對于供電穩(wěn)定性來說，單相接地后，電路的相電流維持在一定的穩(wěn)定值，線電壓也保持一個平衡狀態(tài)，對用電客戶沒有造成大影響。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。 對于經(jīng)消弧線圈接地方式來說，單相接地連接時流經(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，同時可以讓故障處相電壓數(shù)值上 升減慢，這就對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引起開關(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)，這種方式的接地開關(guān)會很容易跳閘，供電穩(wěn)定性很低；而對于像主要以電纜構(gòu)成的電網(wǎng)來說，發(fā)生永久性單相故障會比較多，而低電阻接地方式能夠迅速在開關(guān)跳閘，這就有利于防止事故擴(kuò)大化，對電網(wǎng)的供電是積極的。 （ 2）故障電流對電網(wǎng)設(shè)備的影響 對于中性點(diǎn)不接地方式 ，故障電流表現(xiàn)為對電氣設(shè)備的危害，故障電流的持續(xù)時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，此時這個故障點(diǎn)上的耗散功率比較小，即使很長一段時間運(yùn)行，也不會存在嚴(yán)重的威脅。 對于經(jīng)消弧線圈接地方式來說，線圈處于諧振狀態(tài)時，在接地點(diǎn)剩余的電流量很小，較長時間運(yùn)行是不會對電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 在使用低電阻接地方式時，故障點(diǎn)周圍增加了幾百安的有功電流，一方面出現(xiàn)了短路故障時要馬上跳開線路，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)時間；另一方面短路時電流對各種電網(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，故障電流很小，配電網(wǎng)的跨步電壓和接觸電壓很低，短時間對于人身安全不會造成大的危害。 而經(jīng)消弧線圈接地時，就有利于瞬時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)時所需要的一定電流值，在經(jīng)低電阻接地方式時，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的流過線路的故桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 41 頁 障電流很大，對設(shè)備有著嚴(yán)重的影響，在接地點(diǎn)周圍會產(chǎn)生數(shù)值較高的接觸電壓和跨步電壓，這就對路過的人員構(gòu)成了嚴(yán)重的危險。但是系統(tǒng)對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)管理人員能夠用簡單的方式加以控制。 （ 5）過電壓與絕緣水平 配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，正常的相對地電壓逐漸上升轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路中的線電壓。如果出現(xiàn)間歇性弧光接地，就會容易在線路中出現(xiàn)弧光接地過電壓 [10]。除此之外，，工作人員在對系統(tǒng)操作時，還容易引出鐵磁諧振過電壓。如果故障存在的時間不太短的化，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 市場上已經(jīng)開發(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，會導(dǎo)致電路中的元件永久性的失效，嚴(yán)重的會發(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；在檢測到故障、排除故障動作時，因?yàn)槿蹟嗥鞯谋ｋU絲斷掉，會產(chǎn)生停電事故，給用戶的生活生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響和經(jīng)濟(jì)的損 失。 故障檢測裝置主要由感應(yīng)部分和顯示電路兩結(jié)構(gòu)構(gòu)成 [16]。 電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測裝置工作原理 配電網(wǎng)故障檢測裝置按功能可以分為短路故障檢測裝置和短路、接地故障檢測裝置。它一般都會安裝在架空線路上、開關(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，此時檢測裝置的顯示器就會發(fā)出報警信息，能夠在線實(shí)時監(jiān)控到故障的信息，給出閃燈警示。故障檢測裝置的構(gòu)成也相對簡單，它往往由時間電流檢測、故障判別、故障定位驅(qū)動、故障信息反饋指示以及信號輸出和自主延時復(fù)位控制器等 [12]，發(fā)生故障時 燈就會顯示為紅色的報警。如圖 2故障檢測裝置的構(gòu)成示意圖。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 41 頁 圖 2故障檢測裝置的構(gòu)成示意圖 電網(wǎng)故障檢 測裝置的特點(diǎn) （ 1） 具有故障檢測功能：當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，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，動作敏捷。電路信號不會受到線路、高次諧波、電流波動、勵磁涌流的影響。 （ 3） 能簡單快速地查找出故障所在區(qū)段：故障檢測裝置能直接在配電線路上安裝，通過兩兩相鄰兩組檢測器是否正常運(yùn)作可以很容易的判斷出故障發(fā)生區(qū)段。 （ 4） 自動復(fù)位：檢測裝置會 出廠時設(shè)定好的復(fù)位時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，步驟簡潔。圖 2國內(nèi)常見的配電網(wǎng)故障檢測裝置。 圖 2國內(nèi)常見的配電網(wǎng)故障檢測裝置 電網(wǎng)系統(tǒng)相間短路分析 配電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時大體上都是相位不同的。其中在發(fā)生非對稱故障時，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)存在的問題。在實(shí)際工作中，使用對稱分量法對相位不平衡系統(tǒng)進(jìn)行分析得到的數(shù)據(jù)是大體接近實(shí)際情況的。這里就可以引用對稱分量法來闡述相間短路的情況。對稱分量法 一般是對配電 網(wǎng)系統(tǒng)中的一組不對稱的三相點(diǎn)進(jìn)行拆分，就可以分為正序，負(fù)序和零序三序相量。通過計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（論文）報告用紙 第 11 頁 共 41 頁 （ 1）正序分量：如圖所示可以看出，三個向量的大小是一樣的。每兩兩相之間都是相差 120 度。正序分量是個平衡的系統(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 2三相不對稱向量所對應(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，但這是按逆時針方向的， 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，一般來說，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)故障檢測裝置的安裝事宜 故障檢測裝置安裝在架空線、環(huán)網(wǎng)柜、箱變、電纜上，用來顯示故障 [3]。 為了方便便電網(wǎng)巡線工作人員快速找到 線路故障處，高效地減少檢測故障的時間和過程，配電網(wǎng)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 41 頁 故障檢測裝置安裝地點(diǎn)應(yīng)按照以下原則