工学硕士学位论文工学硕士学位论文 基于中性点方式选择的 变电设备过电压防护技术 Abstract - 摘 要 大庆油田配电网分布广，设备绝缘水平低，易受暂态过电压和操作过电压的 危害。目前存在的主要问题有：（1）配网线路以架空裸导线配置方式居多，单 相接地或相间短路故障率较高，由此引发的设备故障频繁；（2）随着配电网的 迅速发展及室内开关柜的大量使用，电缆出线比例逐年增多，导致对地电容电流 剧增，过电压引发的重要线路停电、电缆爆炸等事故时有发生，严重影响了供电 可靠性。 电网内部过电压的防护重点和难点是谐振过电压和弧光接地过电压，针对大 庆油田 35kV 配电网的具体情况，分析计算铁磁谐振过电压、弧光接地过电压、 操作过电压并提出相应的防护方案。在三种中性点接地方式下，通过理论分析和 仿真计算，掌握其配电网内部过电压形成的原因和特点。在分析现有防护措施有 效性的同时，提出了配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式，该方式主要由 自动调谐消弧线圈、自动投切电阻器和控制器等组成，汲取经销弧线圈接地和电 阻接地两种方式的优点，既能充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故 障自恢复概率的作用，又能利用并联电阻抑制过电压和实现单相接地故障选线。 针对操作过电压，通过仿真计算的结果，确定合理的防护措施。 关键词：配电网 过电压 防护方案 中心点接地。 Abstract - Abstract Daqing oilfield distribution network wide distribution, equipment insulation level is low, are vulnerable to transient over-voltage and operational over-voltage. At present the main problems are: first, distribution lines to bare overhead conductor configuration mode mostly, single-phase grounding or interphase short circuit fault rate is higher, the equipment failure caused by the frequent; two, along with the rapid development and extensive use of indoor switchgear distribution network, cable outlet ratio increased year by year, lead to the increasing of capacitive current to ground the important power lines, cable, overvoltage caused by explosions and other accidents have occurred, seriously affecting the reliability of power supply. The emphases and difficulties of overvoltage protection internal grid is resonance over voltage and arc grounding overvoltage, according to the specific conditions in Daqing oilfield 35kV power distribution network, the analysis and calculation of the ferromagnetic resonance overvoltage, arc grounding overvoltage, operation overvoltage protection scheme and put forward the corresponding. In three kinds of neutral point earthing mode, through theoretical analysis and simulation, to grasp the reasons and characteristics of the distribution network to form the internal overvoltage. Based on the analysis of the present protection measures of effectiveness at the same time, put forward the distribution network neutral via arc suppression coil with parallel resistance grounding mode, this mode is mainly composed of automatic tuning arc suppression coil, automatic switching resistor and controller etc. advantage, draw arc suppression coil grounding distribution and resistance grounding in two ways, can fully improve the single-phase grounding fault self recovery probability function of arc suppression coil compensation capacitance current, but also can utilize the parallel resistor, overvoltage suppression and Realization of single phase to ground fault line selection. According to the operation overvoltage, by the simulation results, the determination of reasonable protection measures. Keywords: distribution network overvoltage protection scheme of center point earth. 目 录 - 目 录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论 - 1 - 1.1 课题来源.- 1 - 1.2 课题研究目的和意义.- 1 - 1.4 本课题的研究内容.- 3 - 第 2 章 电网参数及模型建立 - 5 - 2.1 变电站主接线图.- 5- 2.2 变电所主变压器参数- 7 - 2.3 线路参数- 8 - 2.4 PT 参数. - 9 - 2.5 避雷器参数- 9 - 第 3 章 抑制电网过电压理论- 10 - 3.1 谐振原理.- 10 - 3.1.1 电力系统铁磁谐振产生的条件 .- 11 - 3.1.2 电力系统铁磁谐振过电压抑制措施研究 .- 11 - 3.2 弧光接地过电压产生机理.- 14 - 3.3 中性点接地方式的选择- 15 - 3.4 中性点接地电阻确定- 16 - 第 4 章 谐振过电压 - 17 - 4.1 断线谐振过电压- 17 - 4.1.1 中性点不接地系统的断线谐振过电压 - 17 - 4.1.2 中性点经消弧线圈接地系统的断线谐振过电压 - 22 - 4.1.3 中性点经消弧线圈并联电阻接地系统的断线谐振过电压 - 28 - 4.2 PT 谐振过电压 .- 32 - 4.2.1 分频谐振 - 33 - 4.2.2 基频谐振 - 38 - 4.2.3 高频谐振 - 42 - 第 5 章 弧光接地过电压 - 48 - 目 录 I 5.1 弧光接地过电压原理- 48 - 5.2 中性点不接地系统的弧光接地过电压- 48 - 5.3 中性点经消弧线圈接地系统的弧光接地过电压- 52 - 5.4 中性点经消弧线圈并联电阻接地系统的弧光接地过电压- 57 - 第 6 章 过电压防护方案- 62 - 6.1 仿真计算结论- 62 - 6.2 安装实施- 63 - 结 论 - 65 - 参 考 文 献 - 66 - 发表论文情况说明 - 69 - 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 - 70 - 致 谢 - 71 - 个人简历 - 72 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 0 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题来源 本课题来源于大庆油田大庆油田有限责任公司电力集团科技项目“大庆油田 电网过电压防护技术方案研究”（项目编号：200801005）。该项目针对大庆油 田电网的内部过电压问题开展了研究，本文拟通过对电网内谐振过电压和弧光接 地过电压的理论分析和计算，提出一种用消弧线圈并联电阻使电网中性点接地的 方式解决大庆油田电网内部过电压问题的防护方案。 1.2 课题研究目的和意义 大庆油田配电网存在分布广泛、设备绝缘水平低并且易受暂态和操作过电压 危害的问题。目前存在的主要问题有：一、配网线路多采用架空裸导线这种配置 方式，这种配置方式会导致单相接地或相间短路，使得设备故障频繁；二、目前 配电网的发展迅速，室内开关柜的使用增多，从而电缆出线比例逐年上涨，对地 的电容和电流急剧增加，由于过电压导致的电缆爆炸、重要线路停电等严重事故 不时发生，对供电的可靠性有严重影响。 中性点不接地系统的一种主要故障形式是单相接地故障。当发生单相接地故 障时，因为流经故障点的电流不大，三相电源仍然可以看做是对称的，所以可以 带故障运行一段时间。而当流经故障点的电流较大并且状态不稳定时，就有极大 的可能出现电网中电感和电容回路电磁振荡的暂态过程，从而产生弧光接地过电 压。 铁磁谐振是系统在受到冲击时，饱和的电压互感器铁芯与线路和设备的对地 电容匹配产生的。因此，抑制铁磁谐振就是要降低铁芯的饱和程度，防止电压互 感器铁芯饱和。迄今为止，在中性点不接地系统中用于抑制铁心饱和引起的铁磁 谐振的方法有很多，可以分成以下两种：一种是通过改变系统中电感电容的参数 使其不易激起谐振，例如： （1）由于电压互感器的空载励磁特性与互感器中铁芯的磁密密切相关，小 的电压互感器磁通密度就可以有效降低铁芯的饱和程度。此外，选择适宜的铁芯 硅钢片、改善热处理工艺也可以实现这一目的。 （2）限制同一网络中电压互感器的并联台数：T620-1997交流电气装置的 过电压保护和绝缘配合第 4.1.5 款明确规定：“减少同一系统中 PT 中性点接 地的数量，除电源侧电压互感器由高压绕组中性点接地外，其它电压互感器中性 第 1 章 绪 论 - 1 - 点尽可能不接地”，这种方法可以增大网络的等值电感，从而破坏谐振条件。 （3）在系统中性点经消弧线圈接地或者接入类同作用的消弧电抗器在适当 的情况也应该考虑。 （4）改变接线形式，如采用“4PT”的接线方式，即在电压互感器高压侧中 性点串联接入单相电压互感器。 另外一种是通过消耗谐振产生能量来消除谐振的发生，如： （5）合理选择各种消除谐振的措施，不改变接线形式，安装可以消除谐振 的装置。 （6）在电压互感器高压侧串入电阻，或在二次侧三角绕组开口两端接电阻。 （7）适当的采用系统中性点经电阻接地或接入同作用的阻尼电阻器等。 以上提出的七种方法中：第（3）、（6）、（7）种可以从根本上解决铁磁 谐振的问题，是防止发生铁磁谐振的首选措施，但是在实施过程中仍然需要考虑 其他的因素；方法（1）是电压互感