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第一章 电力系统中性点接地方式概论1

第一节 导言1

第二节 中性点接地方式发展简史2

第三节 一个概念和几个术语2

一、零序阻抗3

二、中性点不接地和中性点绝缘3

三、中性点有效接地和中性点直接接地3

四、中性点全接地和中性点非常有效接地4

五、中性点谐振接地和中性点经消弧线圈接地4

六、中性点非有效接地4

第四节 接地方式的划分及电压、电流的互换特性4

一、中性点接地方式的划分5

二、非故障相工频电压和单相接地故障电流5

三、电压与电流的互换特性8

第五节 接地程度系数与中性点接地方式的关系10

第六节 典型接地方式系统的基本运行特性12

一、中性点有效接地和全接地系统12

1．有效接地系统12

2．全接地（非常有效接地）系统13

二、中性点非有效接地系统13

1．中性点不接地系统13

2．谐振接地系统14

三、中性点经电阻接地系统15

四、几个有关的技术问题17

第七节 发电机中性点的接地方式18

一、从接地方式的发展历程看限制单相接地故障电流的必要性18

二、5～15A的高电阻接地方式对大型发电机已不适用19

三、引进技术必须考虑其先进性21

第八节 不同中性点接地方式的适用范围21

一、中性点有效接地方式类22

1．中性点非常有效接地方式22

2．中性点有效接地方式23

二、中性点非有效接地方式类24

1．大电流接地方式24

2．小电流接地方式26

三、低压配电系统的中性点接地方式30

1．TN型低压系统30

2．TT型低压系统30

3．IT型低压系统30

第九节 结语30

参考文献31

第二章 谐振接地原理34

第一节 引言34

第二节 减小接地故障电流35

一、补偿电网的等值接线图35

二、单相接地故障时电压、电流相量图36

三、电流谐振等值回路37

四、失谐度、合谐度与阻尼率37

1．失谐度（v）37

2．合谐度（K）38

3．阻尼率（d）39

五、不同补偿状态下的残流特性39

第三节 降低故障相恢复电压的初速度40

一、补偿电网电压恢复过程及相量图40

二、故障相恢复电压的表达式41

三、故障相恢复电压的初速度42

四、故障相电压的恢复时间43

第四节 接地电流电弧的熄灭43

一、交流电流电弧的熄灭44

1．有功电流的熄弧44

2．电感电流的熄弧44

3．电容电流的熄弧44

二、残余电流电弧的熄灭45

第五节 正常运行情况下的位移度45

一、中性点残余电压46

二、不对称电压和不对称度46

1．不对称电压（？00）46

2．用百分值表示的不对称度（u00）47

3．用标幺值表示的不对称度（？0）48

三、电压谐振等值回路49

1．位移电压（？0）49

2．位移度（？0）51

四、正常运行情况下的位移度允许值52

第六节 断线故障状态下的位移度53

一、断线故障状态下位移度的分析54

1．断线后电容电流的变化54

2．断线后的合谐度与失谐度54

3．断线后位移度的计算55

二、过补偿断线后的中性点位移圆55

1．单相断线后的位移度55

2．两相断线后的位移度55

3．单相和两相断线后的位移圆56

三、欠补偿断线后的中性点位移圆57

四、不同补偿状态下断线位移度的比较59

1．过补偿状态下断线59

2．欠补偿状态下断线59

第七节 其他补偿装置的熄弧原理60

一、消弧变压器60

二、接地故障三相补偿装置62

第八节 结语63

参考文献63

第三章 单相接地时的暂态过程64

第一节 引言64

第二节 单相接地暂态过程64

一、等值回路64

二、暂态电容电流65

三、暂态电感电流67

四、暂态接地电流69

第三节 单相电弧接地过电压70

一、理论分析70

1．彼得生理论71

2．彼得和斯列宾理论72

3．别列柯夫理论74

二、国内外实测结果76

1．国内实侧结果76

2．国外实测结果77

三、实践经验78

1．绝缘弱点容易扩大事故79

2．高概率过电压危险性较大79

第四节 电弧接地过电压的消除与限制措施80

一、谐振接地方式82

1．高次谐波电流与电弧接地过电压82

2．电弧接地暂态过程中的补偿电流83

3．单相接地故障发展的一般过程84

4．间歇电弧接地阶段过电压和振荡电流的危害性84

5．不接地与谐振接地系统的过电压倍数与概率85

6．理论需要经过实践检验85

二、电阻接地方式86

1．快速准确选线与断开单相接地故障线路86

2．苏联的过电压保护导则与俄罗斯的新导则87

3．工矿企业内部电网、电厂厂用电系统的中性点接地方式87

4．线路升压中性点接地方式的选定88

5．城市电网同级电压中的中性点接地方式89

6．技术经济比较与“一刀切”问题89

三、消弧接地开关装置90

1．基本工作原理90

2．实施方案90

3．理论分析结果90

4．110kV系统的运行经验91

第五节 消除绝缘缺陷与防止电弧接地过电压91

一、消除绝缘缺陷的途径92

1．电气设备维修制度的选择92

2．积极推行状态维修制度92

二、定期维修制度存在的问题92

1．定期维修制度的由来92

2．定期维修制度的缺点93

三、状态维修制度的优点93

1．防患于未然93

2．显著提高经济效益和社会效益94

四、消除绝缘缺陷值得注意的一些问题94

1．优选监测仪器设备94

2．适当提高泄漏比距95

3．重视电缆绝缘老化问题96

4．适当分网（区）运行98

第六节 结语98

参考文献99

第四章 影响熄弧的因素101

第一节 引言101

第二节 故障点的过渡电阻101

一、对中性点位移电压的影响101

1．位移电压分量？102

2．位移电压分量？105

3．位移度106

二、对残流的影响106

三、对故障相恢复电压的影响108

第三节 高次谐波电流分量109

第四节 有功电流分量110

一、泄漏电流110

二、零序回路的有功损耗111

三、电晕损耗111

四、消弧线圈的有功损耗111

第五节 残流的无功分量112

第六节 消弧线圈的伏安特性114

第七节 系统频率和电压的波动115

第八节 电容电流的自然变化116

一、线路的几何尺寸116

二、介电系数的变动116

三、电容电流变化的实测结果118

第九节 风力的影响118

第十节 结语119

参考文献119

第五章 中压电网谐振接地121

第一节 引言121

第二节 供电可靠性121

第三节 设备安全124

第四节 人身安全126

一、接触电压和跨步电压126

二、电弧烧伤127

三、伤亡概率127

第五节 继电保护选择性128

一、历史回顾128

1．增大故障点的有功电流128

2．增大故障点的无功电流128

3．利用单相短路电流128

4．利用功率方向继电器128

5．暂态电流首半波保护129

6．5次谐波电流接地保护129

二、微机接地保护129

三、国内外运行经验129

第六节 通信干扰与电磁兼容130

一、通信干扰的原因及危害130

二、谐振接地限制干扰的效果130

1．音频干扰131

2．工频干扰131

3．接触干扰131

4．地电位升高131

5．纵向电动势131

6．零序（不对称）电流干扰131

三、高压电网产生的干扰及对策132

第七节 绝缘水平133

一、关于与国际接轨问题133

二、关于降低绝缘水平问题133

三、关于污闪问题133

第八节 电缆网络134

一、电缆网络的电容电流134

二、电缆网络的接地故障135

三、不宜降低电缆的绝缘水平138

1．IEC对电缆额定电压的规定138

2．GB对电缆额定电压的规定139

3．综合经济指标139

第九节 不同接地方式下中压电网的运行特性139

一、一个常见的对照表139

二、中压电网的内部过电压140

1．中性点不接地电网140

2．中性点谐振接地电网141

三、对表5-4的商榷141

四、发展前景142

第十节 中压电网接地方式对低压配电系统的影响142

一、低压配电系统的接线方式143

1．TN型低压配电系统143

2．TI型低压配电系统144

3．IT型低压配电系统144

二、中压电网不同接地方式对低压系统安全的影响144

1．小电流接地方式情况下安全145

2．大电流接地方式情况下危险145

三、安全保护措施145

1．限制中压电网的单相接地故障电流146

2．安全接地与工作接地分离146

3．消除金属构件上的电位差147

4．增设安全保护装置147

5．提高基层单位的安全用电管理水平148

第十一节 中压电网故障管理149

一、现代管理理念的发展150

1．管理是社会的一具器官150

2．管理是决策150

3．管理是决策和服务150

4．搞好现代管理的途径150

5．搞好故障管理的重要性和必要性150

二、故障自动指示151

1．短路故障指示器151

2．接地、短路组合故障指示器153

三、故障自动定位154

1．国外故障定位情况介绍154

2．国内故障定位研究的进展158

第十二节 结语163

参考文献164

第六章 高压电力系统谐振接地问题166

第一节 引言166

第二节 220kV系统中性点接地方式的变迁166

一、德国220kV补偿系统166

二、瑞典220kV补偿系统167

第三节 154kV谐振接地系统运行经验168

一、提高系统运行的可靠性168

二、提高输电线路的耐雷水平169

三、降低通信干扰到无害程度169

四、接地故障的选择性170

五、154kV系统的残流问题171

第四节 110kV谐振接地系统的实践172

一、成功地消除了大量线路故障173

1．降低输电线路的雷击跳闸率173

2．减少台风引起的线路跳闸率173

二、防止发电厂、变电所单相接地扩大事故174

三、防止人员伤亡重大事故174

四、减轻通信干扰174

五、必要时可允许带故障运行175

六、过渡阶段的线路接地保护175

七、绝缘配合与设备改造175

八、减轻维修工作量176

九、降低误操作和误动作概率177

十、重大事故分析释疑177

1．大面积停电事故177

2．谐振过电压事故177

第五节 对110kV系统中性点接地方式的几点看法177

一、山区架空线路防雷问题178

二、联网问题178

三、线路极限长度问题178

四、多点接地短路事故问题179

五、引进国外技术问题179

第六节 高压、超高压和特高压系统的潜供电流电弧180

一、潜供电流电弧的产生180

二、潜供电流的补偿181

1．自耦变压器181

2．并联电抗器181

3．中性点小电抗器181

三、潜供电流电弧的熄灭181

第七节 结语182

参考文献183

第七章 发电机中性点谐振接地184

第一节 引言184

第二节 发电机中性点不同接地方式的主要运行特征184

一、中性点直接接地方式185

二、中性点经低阻抗接地方式185

三、中性点不接地方式186

四、中性点经高电阻接地方式186

五、中性点经消弧线圈（谐振）接地方式186

第三节 接地电流限值的研究与演进187

一、德国187

二、苏联188

三、捷克188

四、中国188

1．确定“安全接地电流”的必要性188

2．试验条件189

3．试验结果189

4．安全接地电流推荐值190

5．运行实例191

第四节 高电阻接地方式192

一、电弧接地暂态过电压192

二、接地故障电流的危害193

三、继电保护依然复杂193

四、单相接地故障切机问题193

五、综合经济指标问题194

第五节 谐振接地方式194

一、安全防护定子铁心194

二、降低暂态过电压195

三、提高接地保护灵敏度196

四、简化工频耐压试验197

五、提高发电机和电力系统的运行可靠性198

第六节 提高直配发电机系统的运行可靠性198

一、安装消弧线圈前的运行情况199

1．6kV线路的雷击跳闸率很高199

2．发电机定子绕组的电晕现象严重199

二、装设消弧线圈后的运行情况200

1．大量降低线路的雷击跳闸率200

2．显著提高直配发电机安全运行水平201

第七节 结语201

参考文献202

第八章 谐振接地方式的优化204

第一节 引言204

第二节 微机选线和微机接地保护装置204

一、基波电量解析205

1．基波电压的变化205

2．基波零序电流的分布206

二、有功电流接地保护208

三、功率方向接地保护209

四、谐波电流接地保护210

五、暂态电流接地保护210

六、负序电流接地保护211

1．谐振接地电网211

2．中性点不接地电网211

七、电流信号注入式接地保护211

八、零序导纳接地保护212

九、参数（残流）增量接地保护213

十、基波时序鉴别接地保护214

十一、低频脉冲阻性信号电流接地保护214

十二、不对称信号电流检测接地保护214

十三、小波（包）分析接地保护214

十四、基于过程分析的接地故障诊断系统215

第三节 自动跟踪补偿装置216

一、多级有载细调消弧线圈216

二、无级连续调节消弧线圈217

1．动铁式217

2．动圈式218

三、直流助磁式消弧线圈218

四、磁阀式补偿装置220

1．磁阀式消弧线圈220

2．磁阀式组合型装置220

五、晶闸管调节消弧装置222

1．消弧变压器222

2．消弧线圈222

六、调容式消弧线圈222

七、电流注入式消弧线圈223

1．少数固定分接头消弧线圈加注入电流223

2．自动消弧线圈加注入电流224

八、限压电阻的选择224

九、自动测控系统226

1．变频信号法227

2．节点方程法227

3．调谐测算法227

4．状态比较法228

5．相角控制法228

6．电流注入法228

第四节 需要说明的几个问题229

一、电阻接地方式问题229

二、法国的实践经验229

三、美国的现状问题230

四、日本的变迁问题230

五、中国的若干问题230

第五节 优化谐振接地技术的发展与应用233

一、单相接地故障线路的成功检除233

1．微机接地保护装置的现状233

2．微机接地保护装置的类型234

3．提高微机接地保护装置动作成功率的技术措施238

4．几种成功的微机接地保护装置241

二、自动跟踪补偿装置的运行经验244

1．自动消弧线圈的种类244

2．运行中暴露出的一些问题245

3．自动消弧线圈的推广应用246

三、推广应用优化谐振接地技术的绩效247

1．提升消弧线圈熄灭接地电弧的两大功能247

2．限制电弧接地过电压的幅值并防止间歇电弧接地过电压的产生247

3．保持补偿电网的供电连续性247

4．免除突然停电可能引起的经济纠纷247

5．对运行中的全部电力设备具有保护作用247

6．简便有效地保护低压配电系统247

7．防止危险接触电压和跨步电压的产生248

8．限制电磁感应保护电磁环境248

9．增进高压和低压系统的运行稳定性248

四、优化谐振接地是中压电网接地方式的发展方向248

1．欧洲248

2．美洲249

3．亚、非、大洋洲249

第六节 结语250

参考文献251

第九章 谐振接地方式实施技术254

第一节 引言254

第二节 消弧线圈的参数选择254

一、电网的电容电流254

二、消弧线圈的容量255

三、消弧线圈的台数255

四、消弧线圈的形式256

第三节 与变压器、发电机的配合256

一、利用容量问题256

二、附加损耗问题256

三、接线方式问题257

1．Yd接线257

2．Yz接线258

3．Yy接线258

4．Yyd接线259

第四节 消弧线圈的装设259

一、节点变电所259

二、发电机中性点259

三、附属设备及保护装置260

四、安装和试验261

第五节 消弧线圈的调谐与运行261

一、位移度允许值261

二、残流无功分量允许值262

1．恢复电压初速度262

2．恢复时间262

3．恢复电压幅值262

4．最高过电压水平262

5．高于线电压的过电压概率262

6．故障点的残流263

三、补偿状态263

1．电力网络263

2．发电机264

四、运行灵活性264

第六节 消弧线圈的操作265

一、正常情况下的操作265

1．线路的操作265

2．转移中性点的操作265

3．分接头的转换操作266

二、接地故障的检出与清除267

1．划分区域267

2．手动拉路267

3．清除故障268

4．持续时间268

第七节 提高消弧线圈动作成功率的措施268

一、采用自动消弧线圈268

二、加装微机选线或微机接地保护装置269

三、消除绝缘弱点269

四、降低不对称度269

五、掌握消弧线圈伏安特性269

六、掌握电容电流变化规律269

七、欠补偿运行须适当269

八、合理分区（网）运行270

九、正确掌握失谐度270

十、提高运行管理水平270

第八节 消弧线圈的实效270

一、瞬间单相接地故障时不断电270

二、永久性单相接地故障时不被动272

三、对全网电力设备有保护作用272

四、减少维护检修工作量273

1．线路设备273

2．变电设备273

五、降低误操作与误动作概率273

六、降低对接地装置的要求273

七、减少人身伤亡和设备损坏概率274

八、电磁兼容性好274

第九节 结语275

参考文献275

第十章 谐振接地系统的参数测量与计算276

第一节 引言276

第二节 残压测量与调谐试验276

一、残压（含不对称电压）测量277

二、位移电压测量与调谐试验277

第三节 电容电流的直接测量278

一、测量方法279

1．在消弧线圈投入状态下279

2．在消弧线圈退出状态下279

二、误差分析280

1．三相对称系统280

2．三相不对称系统281

3．最大误差计算283

4．现场试验验证287

三、安全注意事项288

1．清除绝缘弱点288

2．接地断路器三相接点串联288

3．接地电流互感器加装保护间隙288

4．合理确定被试电网范围288

5．在接地状态下禁止操作线路断路器289

6．缩减接地次数和持续时间289

7．隔离220V试验电源289

8．明确现场组织分工289

四、测量注意事项289

1．选好仪器准确等级289

2．适当测量有功电流289

3．所有仪表同时读数289

4．适当增大接地电流289

5．及时验算测量结果290

6．慎选测量导线290

7．归算整理试验结果290

第四节 电容电流的间接测量290

一、外加电容法290

二、外加电压法292

三、调谐法293

1．测量零序电流293

2．利用图解293

3．通过估算293

四、变频法294

1．利用f和I0的变化294

2．利用f和U0的变化294

3．利用f、I0和U0的变化295

五、电容增量法295

1．计算公式295

2．电容增量ΔC296

3．不对称电压增量ΔU00296

4．实测结果296

5．几个要点296

六、人工不对称法297

第五节 电容电流计算298

一、架空线路298

1．精确计算法298

2．图表估算298

3．经验公式298

二、电力电缆299

三、电力网络300

第六节 消弧线圈特性试验300

一、伏安特性试验300

1．电压谐振法301

2．电流谐振法302

3．变压器更改接线法302

4．发电机变压器组调压法302

二、温升试验303

三、工频耐压试验303

第七节 单相接地现场试验304

一、现场消弧试验的几个要点304

二、自动跟踪补偿装置调谐精度的校验304

三、微机选线和微机接地保护装置动作情况的检验305

第八节 结语305

参考文献306

第十一章 消弧线圈的异常动作及损坏原因分析307

第一节 引言307

第二节 异常动作原因分析307

一、不对称度增大308

1．运行方式改变308

2．线路断线308

3．非全相操作308

4．负荷不平衡308

二、失谐度减小308

1．电容电流随季节变化308

2．消弧线圈伏安特性不良309

3．电网频率波动309

4．电网电压变动310

三、电容、电磁耦合310

1．变压器高、低压绕组间电容耦合310

2．同杆架设线路间电容耦合310

3．平行线路间电磁耦合310

4．直接电气连接311

四、其他原因311

1．断开中性点带有消弧线圈的变压器312

2．电网阻尼率减小312

3．信号装置整定不当312

第三节 损坏和失灵原因分析312

一、振动引起元件损坏313

二、涡流引起围屏烧毁313

三、耐压方法不当使绝缘击穿313

四、丝杠发热使绝缘油碳化变质314

五、电流冲击引起绕组烧毁314

六、分接开关拒动、误动315

七、串联限压电阻过热315

八、自动测控装置失灵316

第四节 结语316

参考文献316

第十二章 谐振接地系统的内部过电压及防止措施317

第一节 引言317

第二节 欠补偿断线过电压317

一、事故前电网运行方式317

二、事故情况及原因分析317

三、防止措施318

第三节 地网电位升高过电压318

一、过电压的产生319

二、原因分析及对策319

1．35kV补偿电网319

2．6．3kV发电机回路319

第四节 定相过电压320

一、定相过电压的危害性320

二、过电压的起因320

三、过电压的图解321

四、利用电阻定相杆定相322

第五节 线路碰线过电压322

一、线路导线相碰322

二、环流、中性点位移电压的计算322

第六节 电容耦合过电压323

一、变压器高、低压绕组间电容耦合323

二、同杆架设线路间电容耦合325

第七节 共用消弧线圈过电压325

一、过电压起因325

二、防止措施326

第八节 断开两相接地短路过电压326

一、44kV补偿电网326

二、110kV补偿电网326

三、66kV补偿电网327

四、保护措施327

第九节 中性点不稳定过电压327

一、产生条件及现象328

二、过电压机理328

三、防止措施328

第十节 配电变压器高压绕组接地过电压329

一、研究结果329

1．等值电感与对地电容谐振过电压329

2．配电变压器高压绕组接地伴随高压熔断器熔断谐振过电压330

二、限制措施331

第十一节 断路器非全相投入过电压331

一、事故简况331

二、原因分析及防止措施332

第十二节 断线接地过电压332

一、事故简况332

二、原因分析及对策333

第十三节 结语333

参考文献334

第十三章 谐振原理在电力系统中的其他应用335

第一节 引言335

第二节 大型发电机交流耐压试验335

一、定子绝缘的等值回路335

二、超低频交流耐压试验336

三、谐振工频耐压试验337

1．并联谐振工频耐压试验338

2．串联谐振工频耐压试验339

四、串联谐振工频耐压试验的优点341

第三节 电力电缆、电容器、GIS串联谐振工频耐压试验341

一、电力电缆耐压试验341

二、电力电容器耐压试验343

三、气体绝缘组合电器（GIS）耐压试验343

四、几种交流耐压试验装置344

1．调感式装置344

2．调容式装置344

3．调频式装置345

第四节 电力变压器等3倍频感应耐压试验345

一、3倍频感应耐压试验装置346

二、电力变压器3倍频感应耐压试验346

三、电压互感器3倍频感应耐压试验347

第五节 消弧线圈伏安特性和温升试验348

一、伏安特性试验348

1．常规并联谐振方法348

2．串联谐振方法348

3．混联谐振方法348

二、温升试验349

第六节 结语349

参考文献349