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图1 单相接地零序网络
中性点直接接地配电网母线零序阻抗一般小于1Ω,小电阻接地配电网的母线零序阻抗近似等于3倍的接地电阻值,而接地电阻值一般小于10Ω,因此,在计算中性点直接接地与小电阻接地配电网(大电流接地配电网)的高阻接地电流时,可以忽略母线零序阻抗的影响。10kV小电阻接地配电网中UPN=5.7kV,在接地电阻为1kΩ时,接地电流为5.7A。
对于中性点不接地配电网来说,母线零序阻抗等于1/jωCb,Cb为母线、主变压器与所有非故障线路单相对地电容之和,等于系统整体对地电容减去故障线路对地电容。对于有多条出线的配电网来说,可近似认为Cb等于系统对地电容C。在10kV中性点不接地配电网中,假设系统对地电容电流为10A,母线零序容抗约为1710Ω,接地电阻为1kΩ时,接地电流约为5A。
谐振接地配电网中,母线零序阻抗是Cb与消弧线圈电感(3Lp)并联形成的阻抗如图2所示,其数值取决于消弧线圈补偿度。如果处于全补偿状态,母线零序阻抗数值很大,接地电流很小。实际系统中,消弧线圈处于过补偿状态,假设金属性故障时补偿后的接地残余电流为5A,则母线零序阻抗约为3.4kΩ,接地电阻为1kΩ时,假设母线零序阻抗呈纯感性,则接地电流为3.8A。
图2 谐振接地配电网高阻接地故障零序等效网络
由以上分析可知,不同接地方式配电网高阻接地电流差别是很小的。对于暂态高频分量来说,由于分布电容的阻抗很小并且可以忽略消弧线圈的影响,不同接地方式配电网的接地电流几乎是相等的。
1.2高阻接地零序电压
对于高阻接地来说,小电阻接地配电网的母线阻抗很小,母线零序电压几乎为零。中性点不接地配电网的母线零序阻抗在数百欧姆,母线零序电压仍有一定的数值,对于电容电流为10A的10kV配电网来说,1kΩ接地故障时母线零序电压约为2kV;对于补偿后残余电流为5A的10kV谐振接地配电网来说,1kΩ接地故障时母线零序电压约为4kV。
1.3 接地故障电流的非线性现象
由于接地电弧电流小、坠地导线跳动等方面的原因,配电网高阻接地故电流存在严重的畸变,且有间歇性拉弧现象。图3(a)给出了比利时布鲁塞尔自由大学20kV配电网导线坠地故障测试结果,图3(b)给出了放大的故障初始电流波形,可见其具有明显的非线性与不对称现象。美国德克萨斯农机大学对高阻故障进行了深入的研究,通过分析大量的实际高阻故障电流录波数据,发现其幅值在0~50A之间,主要含有30~780Hz的谐波和非谐波成分。
图3 一高阻接地故障电流波形图
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