10kV配电网单相故障电流计算及跨步电压的分析

图2.14单相短路接地电流波形

图2.15单相短路故障线路零序电流波形

由图3.14可知,短路点接地电流稳态峰值约为32A，分别代入式(3.8)，解得的数据也约为32A,与仿真结果基本相等。对比图3.14和图3.15的波形可知,短路点接地电流与故障线路零序电流不完全相等,短路电流大于故障线路零序电流。在短路开始的前两个工频周期内,短路电流有明显的振荡,振荡频率非常高。

图2.16母线零序电压和故障相电压

图2.17单相短路母线三相电压波形

由图3.16可以清晰地看出母线零序电压正好与故障前的A相(故障相)电压大小相等,峰值约为8100V,相位相反。图3.17则说明发生短路后,故障相电压电压变为零,另外两相电压升高到原来的 倍。以上仿真结果均与前面的理论分析吻合。

2.2消弧线圈接地配电网单相短路接地电流计算及分析

2.2.1稳态电流计算及分析

根据中性点不接地系统发生单相接地故障时的分析可知,当中性点不接地系统中发生单相接地时,在接地点要流过全系统的对地电容电流。如果此电流比较大,就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压,从而使非故障相的对地电压进一步升高,使绝缘损坏,形成两点或多点接地短路,造成停电事故。由于目前配电网中电缆的广泛使用,以及电力系统的扩容,使线路的电容电流不断增大,在中性点不接地系统中，若发生单相接地故障，流过接地点电流也将随之增大。当接地电流在10A至30A左右时，有可能产生不稳定的间歇电弧。当接地电流较大(30A以上时)，则将产生稳定的电弧，形成持续性的电弧接地。因此需要减小接地电流，一般可以采用中性点经消弧线圈接地方式，因为消弧线圈是一种补偿装置,故通常又称之为补偿系统，经消弧线圈接地的电力系统，也可称为谐振接地系统，其单相接地示意图如图3.18所示。

图2.18消弧线圈接地系统单相接地示意图

与不接地系统分析的原理一样，在假定线路参数和电源对称的情况下并去掉可以忽略的线路其它参数外，同样可得简化的稳态等效电路如下

图2.19消弧线圈接地系统单相短路稳态等效电路

同样的道理，针对上图，根据电路理论中结点电压法有

（2.18）

又因三相电压源对称有

（2.19）

联立式(3.19)和式(3.20),可解得

对于发生短路的支路,根据欧姆定律又可得接地电流

进一步解得

（2.20）

（2.21）

（2.22）

以上五式中,L为消弧线圈的电感值,其余各项均与上一节表示的一样。 从式(3.20)和式(3.22)中,可以看出短路接地电流 为系统零序电压分别在消

弧线圈与对地总电容上的电流之和。零序电压 和短路电流 同样均与过渡电阻 、消弧线圈的电感L、输电线路对地的总电容 有关，同时也与三相输电系统的电源电压成正比。当过渡电阻 越小，则系统零序电压越大。对式(3.21)取 趋于零的极值，则有

（2.23）

即系统发生金属性接地短路,此时系统的零序电压达到最大值- ，同理对式(3.23)取 趋于零的极值，则有

即系统发生金属性接地短路,此时系统的短路接地电流达到最大值

（2.25）

式(3.25)中： 为消弧线圈上流过的电流， 为电网单相接地时的三相总电容电流，即短路电流 为经过消弧线圈的感性电流与输电线路对地的总电容电流的叠加。显然，由于消弧线圈产生的电感电流对电容电流产生了补偿作用，相接地电流将大大降低,相接地电弧将不能维持,在接地电流过零时自动媳灭,不致

（2.24）