配電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行研究 開題報(bào)告

西安科技大學(xué)高新學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

開題報(bào)告

題目____配電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式分析與仿真____

院（系、部)________機(jī)電信息學(xué)院_________________

專業(yè)及班級_______電氣工程及其自動化_____________

姓名______________吳偉__________________

指導(dǎo)教師______________王清亮________________

日期____________201*-9-16__________________

西安科技大學(xué)高新學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告

題目配電網(wǎng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式分析與仿真選題類型應(yīng)用研究一、選題依據(jù)(簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況,說明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn))：配電系統(tǒng)是直接為用戶生產(chǎn)生活提供電能支持的系統(tǒng)，其功能是把變電站或小型發(fā)電廠的電力輸送給每一個用戶，并在必要的地方轉(zhuǎn)換成為適當(dāng)?shù)碾妷旱燃�。國�?nèi)外對于提高以可靠性和經(jīng)濟(jì)性為主要內(nèi)容的配電網(wǎng)運(yùn)行水平非常重視。影響配電系統(tǒng)運(yùn)行水平的因素主要有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備、控制策略和線路等，選擇適當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)接地方式是最重要和最靈活的提高配電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的方法之一，因此進(jìn)一步研究中性點(diǎn)運(yùn)行方式對于提高配電系統(tǒng)運(yùn)行水平有重要意義，中性點(diǎn)運(yùn)行方式選擇是一個重要且涉及面很廣的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，其方式對配電系統(tǒng)過電壓、可靠性、繼電保護(hù)整定、電磁干擾、人身和設(shè)備安全等影響很大。我國以前以架空線路為主的配電網(wǎng)采取中性點(diǎn)不接地方式，隨著配電系統(tǒng)擴(kuò)大和線路增加，中性點(diǎn)不接地方式已不能滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，因此以架空線路為主的配電網(wǎng)中性點(diǎn)逐漸采用消弧線圈接地方式。隨著配電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的電力電纜代替了架空線路，配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也由原來的輻射狀、樹枝狀逐步完善為環(huán)狀，一些配電網(wǎng)隨之將中性點(diǎn)接地方式改變?yōu)樾‰娮杞拥亍Ｊ澜绺鲊�采用的配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式,隨電壓等級不同而不同,對同一電壓等級的配電網(wǎng),各個國家及各個城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式也不盡相，美國有80%的配電網(wǎng)是中性點(diǎn)直接接地，其中小部分是接小電阻或電抗接地，15%是不接地，小部分是接消弧線圈接地。英國農(nóng)村架空線路是接消弧線圈接地，城市架空線路是經(jīng)小電阻接地。法國20kv架空線路是接小電阻接地或接電抗接地。日本22kv配電網(wǎng)接小電阻接地，6.6kv配電網(wǎng)不接地。此次選擇這個題目的目的就是根據(jù)任務(wù)書里所要求的：查資料，了解課題研究背景，熟悉中性點(diǎn)三種運(yùn)行方式，以及它們影響運(yùn)行的可靠性、設(shè)備的絕緣、通信的干擾、繼電保護(hù)等運(yùn)用，熟悉掌握MATLAB軟件，并運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)研究分析配電網(wǎng)有效接地和非有效接地的特性。中性點(diǎn)各種運(yùn)行方式的比較，做到各電壓等級配電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。選題的意義在于貫穿大學(xué)所學(xué)的理論知識，發(fā)揮自我創(chuàng)新意識，根據(jù)老師的指導(dǎo)和課本資料獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，一次自我學(xué)習(xí)的考驗(yàn)，也為走入社會服務(wù)社會奠定良好的基礎(chǔ)！主要參考文獻(xiàn)：[1]張艷霞，張蕙蘭.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制[M].科學(xué)出版社,201*.[2]董振亞.城市配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展和改進(jìn)[M].中國電力,1998.[3]要煥年.論電纜配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式[M]．供用電,1993.[4]文慧.10kV中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)諧振接地方式[M]．四川電力技術(shù),201*.[5]吳天明，謝小竹.MATLAB電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[M].國防工業(yè)出版社,201*.[6]王晶，翁國慶.電力系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真與應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，201*.[7]平邵勛，周玉芳.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及運(yùn)行分析[M].中國電力出版社,201*.[8]于群，曹娜.MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真[M].機(jī)械工業(yè)出版社，201*.

二、主要研究(設(shè)計(jì))內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思路及工作方法或工作流程1、熟練掌握中性點(diǎn)運(yùn)行方式的概念和分類。電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)：發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點(diǎn)且指變壓器Y形接線運(yùn)行方式共三種：中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式2、根據(jù)分類的不同說明各種方式運(yùn)行的特性。當(dāng)發(fā)生單相接地短路時各運(yùn)行方式所表現(xiàn)的特性中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時，由于沒有形成短路回路，流入接地點(diǎn)的電流是非故障相的電容電流之和，該值不大，且三相線電壓不變且對稱，不必切除接地相，允許繼續(xù)運(yùn)行，因此供電可靠性高,但其它兩條完好相對地電壓升到線電壓，是正常時的√3倍，因此絕緣水平要求高，增加絕緣費(fèi)用。，對無線通訊有一定影響。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時，除有中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還可以減少接地電流，通過消弧線圈的感性補(bǔ)償，熄滅接地電弧，但接地點(diǎn)的接地相容性電流為3倍的未接地相電容電流，隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸，接地電流增大以致使接地電弧不能自行熄滅而引起弧光接地過電壓，甚至發(fā)展成系統(tǒng)性事故，對無線通訊影響較大。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地時，發(fā)生單相接地時，其它兩完好相對地電壓不升高，因此絕緣水平要求低，可降低絕緣費(fèi)用，但短路電流大，要迅速切除故障部分，對繼電保護(hù)的要求高，從而供電可靠性差，對無線通訊影響不大。3、利用MATLAB軟件仿真驗(yàn)證。利用MATLAB里面的SimPowerSystems(電力系統(tǒng)仿真工具箱)搭建模型，通過改變其中模塊的參數(shù)來仿真分析電網(wǎng)在不同接地時刻和不同接地情況下的零序電流變化規(guī)律，并對諧振接地做了更多研究。4、當(dāng)電網(wǎng)采用過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式時，若電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，對零序電壓和各線路的零序電流變化情況做了仿真分析，并從中指出各階段選線保護(hù)裝置可利用的特征量。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度安排9月10日-9月20日查資料，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)期刊，并寫開題報(bào)告。9月20日-10月10日詳細(xì)查閱資料，并進(jìn)一步熟悉MATAB軟件。10月10日-12月16日寫畢業(yè)論文，并做相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。12月19日-12月23日打印論文，指導(dǎo)教師和評閱老師對論文進(jìn)行評閱和評定成績12月23日-12月31日論文答辯。指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字:____________年月日

難度份量綜合訓(xùn)練程度是否隸屬科研項(xiàng)目畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)小組審核意見組長____________（公章）年月日

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：

學(xué)生姓名：學(xué)號：系別：專業(yè)班級：序號日期指導(dǎo)、檢查內(nèi)容學(xué)生簽名123456789

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燕山大學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告

課題名稱：配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式研究學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：董海艷完成日期：201*.3.26

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

對于配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的問題，世界各個國家都有不同的觀點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此，不同的國家甚至不同的城市，其配電網(wǎng)接地方式也不盡相同，其配電網(wǎng)的接地方式是根據(jù)各自的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和特點(diǎn)來確定的。

當(dāng)代配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要分為兩大類：一、有效接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，包括我們熟知的中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地；二、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)不接地，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地三種方式。(一)國外配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的發(fā)展

原蘇聯(lián)對于中性點(diǎn)不接地的方式有過詳細(xì)規(guī)定，具體如下：6kV電網(wǎng)單相接地電流小于30A；10kV電網(wǎng)單相接地電流小于20A；15-20kV電網(wǎng)單相接地電流小于15A；35kV電網(wǎng)單相接地電流小于10A。當(dāng)單相接地電流超過上述規(guī)定時，則需要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。而在實(shí)際中，為提高供電可靠性，前蘇聯(lián)和東歐配電網(wǎng)基本采用了經(jīng)消弧線圈接地方式。消弧線圈是由德國工程師彼得遜于1916年發(fā)明并使用在配電網(wǎng)中，同時他也提出了經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)諧振接地方式。以此來解決因電網(wǎng)對地電容電流引起的單相接地弧光過電壓的問題。消弧線圈自1916年投入使用以來積累了大量經(jīng)驗(yàn)，如柏林市30kV電網(wǎng)中，共有電纜1400km，電容電流高達(dá)4kA，其也采用了經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。但消弧線圈并非解決了所有問題，后來由于220kV電網(wǎng)中事故較多，19世紀(jì)60年代就不再使用消弧線圈了。

在英國，其66kV的電網(wǎng)中性點(diǎn)采用了經(jīng)電阻接地的方式。對于33kV以下由架空線路組成的配電網(wǎng)則改成了經(jīng)消弧線圈接地的方式；而電纜組成的配電網(wǎng)仍舊采用經(jīng)電阻接地的方式。

法國城市配電網(wǎng)電壓定為20kV，其中性點(diǎn)采用的是經(jīng)電阻或電抗接地方式。自1962年開始采用20kV電壓起，電纜共4886km，中性點(diǎn)采用經(jīng)小電阻接地方式，單相接地電流1kA。

比利時布魯塞爾的10kV系統(tǒng)的中性點(diǎn)采用的是小電阻接地方式，單相接地電流原為2kA，現(xiàn)在為了減少對通訊的影響，現(xiàn)該為1Ka.

美國在20年代中期至40年代中期，在其22-77kV電網(wǎng)中才用了快速切除故障的中性點(diǎn)直接接地方式，約占電網(wǎng)的71％。自1947年，經(jīng)消弧線圈接地方式有所發(fā)展；約占5.4％，經(jīng)電阻或小阻抗接地方式約各占6.5％；不接地系統(tǒng)約占10.6％。

自1950年以來，日本20kV電纜和架空線路混合電網(wǎng)一直采用中性點(diǎn)不接地方式，而隨著電纜的增加，為防止接地繼電器的誤動、拒動和中性點(diǎn)位移，現(xiàn)在開始采用經(jīng)40Ω-90Ω低電阻接地方式。1969年改用40Ω+460Ω電阻器接地方式，0.7秒短接460Ω電阻確保迅速準(zhǔn)確選線斷開單相接地故障線路。1975年統(tǒng)計(jì)11-33kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)約占40%，經(jīng)消弧線圈約占28%，經(jīng)電阻接地約占30%，直接接地約占2%。其電阻接地電流限制在100-200A。東京電力公司所屬配電網(wǎng)，其中性點(diǎn)接地方式為66kV配電網(wǎng)采用電阻、電抗和消弧線圈接地；22kV配電網(wǎng)采用電阻接地方式。（二）我國中壓系統(tǒng)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式發(fā)展

建國初期至80年代，我國完全參照了前蘇聯(lián)的規(guī)定，對3-66kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地兩種方式。80年代中期，我國10kV配電網(wǎng)中電纜線路逐漸增多，定容電流增大，而且運(yùn)行方式經(jīng)常發(fā)生變化，對消弧線圈調(diào)整存在困難，當(dāng)單相接地的時間很長時，容易發(fā)展為兩相短路。對此，從1987年起，廣州采用了地電阻接地方式來滿足10kV電纜較低的絕緣水平；隨后深圳根據(jù)其10kV電網(wǎng)的實(shí)際情況，從95年開始實(shí)施10kV電網(wǎng)的低電阻接地的工程；天津電纜網(wǎng)線比較多，過去多以消弧線圈接地為主，現(xiàn)在對其35kV電網(wǎng)試行低電阻接地方式。上海在90年代對35kV配電網(wǎng)全面采用低電阻接地方式。

中壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式在國內(nèi)也有不同的觀點(diǎn)，并已成為電網(wǎng)改造中的一個熱點(diǎn)問題，根據(jù)我國多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，解決了中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)長期難以解決的技術(shù)難題。自動跟蹤消弧線圈及接地選線裝置的不斷完善和推廣應(yīng)用，為中壓電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地提供了技術(shù)保障。為此，在我國采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式是我國中壓電網(wǎng)的發(fā)展方向。

世界各國大多在50年代前后，開始采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地，到

六十年代以后，有的國家開始采用直接接地或經(jīng)小電阻接地，有的扔采用經(jīng)消弧線圈接地方式。（三）選題的依據(jù)和意義

電力系統(tǒng)接地方式涉及配電網(wǎng)的供電可靠性、安全運(yùn)行、用戶安全、通信干擾、建設(shè)資金投入等諸多問題。在專業(yè)技術(shù)方面涉及電力系統(tǒng)、過電壓、絕緣配合、通信自動化、電磁干擾、繼電保護(hù)、接地設(shè)計(jì)等諸多方面。因此配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地是一個內(nèi)容廣泛，涉及領(lǐng)域眾多的系統(tǒng)工程問題，收到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視，同時也是重要的研究課題。

近些年，世界各國工業(yè)飛速發(fā)展，電網(wǎng)所承受的負(fù)荷也隨之增加，為應(yīng)對所產(chǎn)生的的問題，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的改變，原有的架空線為主的配電網(wǎng)系統(tǒng)正在被電纜取代，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電纜的大量使用，系統(tǒng)中的電容電流大幅度的增加，特別是在后夜用戶負(fù)荷減少，電纜對地及相間電容形成的夜間容性無功過剩及對地電容電流的增大對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響日益嚴(yán)重。特別是當(dāng)單相接地故障發(fā)生時，過大的電容電流使電弧不能自熄，嚴(yán)重威脅到中壓配電網(wǎng)的安全運(yùn)行情況。同時，非故障相的對地電壓的增大，導(dǎo)致線路故障的幾率也隨之增大�，F(xiàn)在的社會對配電網(wǎng)的安全運(yùn)行要求越來越高，有些地區(qū)部門甚至需要不間歇供電，為應(yīng)對當(dāng)前面臨的問題，選擇合適的中性點(diǎn)方式尤為重要。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的課題是配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式研究，其主要內(nèi)容是：

1、理論分析不同的中性點(diǎn)接地方式下單相接地時暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)等值電路2、分別建立10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地、直接接地、經(jīng)低電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地的MATLAB仿真模型

3、對四種中性點(diǎn)接地方式下發(fā)生單相接地故障時電壓、電流波形進(jìn)行分析。

通過對配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的研究，以此來了解不同接地方式所具有的優(yōu)缺點(diǎn)，以及每種方式的供電可靠性。三、研究步驟、方法及措施

本次的設(shè)計(jì)主要是對以電纜線路和混合線路為主的10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)接地的不同方式進(jìn)行對比研究，通過供電可靠性、人身安全、設(shè)備安全、絕緣

水平、繼電保護(hù)以及通信干擾等幾個方面進(jìn)行對比，最后得出相關(guān)結(jié)論。

1、對比我國中壓配電網(wǎng)現(xiàn)在所采用的中性點(diǎn)不接地，經(jīng)小電阻接地，經(jīng)消弧線圈接地等幾種方式的工作原理，同時仿真直接接地時所帶來的問題，以此來研究不同方式的優(yōu)缺點(diǎn)和合理性方式選擇。

（1）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地故障暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)分析；（2）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)分析；（3）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)中單相接地故障暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)分析。2、根據(jù)近幾年采用消弧線圈，低電阻接地方式的運(yùn)行情況對10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地在不同方式接地下的供電可靠性、繼電保護(hù)、人身安全、設(shè)備安全、通信干擾等問題進(jìn)行分析。

3、除此之外本次課題還將對以下問題進(jìn)行研究：（1）不接地系統(tǒng)電容電流（2）經(jīng)消弧線圈的最小補(bǔ)償度（3）直接接地系統(tǒng)基波諧振抑制措施（4）中性點(diǎn)接地方式的合理選擇

4、本次課題主要是利用MATLAB中的電力系統(tǒng)仿真工具箱

（SimPowerSystems）搭建模型。通過對模塊參數(shù)的改變，比較分析配電網(wǎng)在不同的中性點(diǎn)接地方式下發(fā)生單相接地故障時故障線路，正常線路以及中性點(diǎn)出所通過的電流和電壓情況。四、研究工作進(jìn)度

14周：查閱文獻(xiàn)，掌握相關(guān)知識，熟悉Matlab軟件的使用方法。58周：搭建四種中性點(diǎn)接地情況下電力系統(tǒng)仿真模型。912周：對單相接地故障進(jìn)行仿真。

1316周：分析仿真結(jié)果，對有關(guān)問題進(jìn)行總結(jié)。1718周：撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。

五、主要參考文獻(xiàn)

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六、指導(dǎo)教師意見

指導(dǎo)教師簽字：

年月七、系級教學(xué)單位審核意見：

審查結(jié)果：□通過□完善后通過□未通過

負(fù)責(zé)人簽字：

年月

日

日

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