礦山電網(wǎng)電容電流的研究

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1、 礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超標不可忽視 1 1 緒論 10 2 煤礦電網(wǎng)單相接地電流分析 10 2.1 單相接地電流計算 11 2.2 單相接地電流分析 12 3 煤礦電網(wǎng)電容電流狀況分析 14 3.1電容電流測量方法 14 3.2 煤礦電網(wǎng)電容電流現(xiàn)狀 15 3.3 煤礦高壓電網(wǎng)的不平衡分析 16 3.4 煤礦電網(wǎng)對地電容電流變化規(guī)律 16 4 煤礦電網(wǎng)單相接地故障過電壓對安全性的影響 17 4.1 單相電弧接地過電壓 17 4.2 鐵磁諧振過電壓 23 4.3 高壓竄入低壓造成的過電壓 26 5 煤礦電網(wǎng)單相接地故障電容電流對安全性的影響 28 5.1

2、煤礦電網(wǎng)電容電流對人身安全性的影響 28 5.2 煤礦電網(wǎng)電容電流對生產(chǎn)安全性的影響 32 5.3 煤礦電網(wǎng)電容電流對接地保護的影響 33 5.4 煤礦電網(wǎng)電容電流對設備安全性的影響 37 5.5 煤礦電網(wǎng)電容電流的其他影響 39 結論 40 參考文獻 41 致謝 42 礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超標不可忽視 引言 《煤礦安全規(guī)程》第四百五十七條規(guī)定：“礦井高壓電網(wǎng)必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A”。因此，了解電容電流產(chǎn)生的原因及其造成的危害并在此基礎上提出行之有效的限制是很有必要的。 一、 單相接地電容電流的危害 1、人體觸電 在絕緣電

3、阻和分布電容一定時，電網(wǎng)電壓越高，人體觸電時 的危險性就越大。當電網(wǎng)電壓一定時，供電線路越長而對地分布電容越大，人體觸電時危險性就越大。 2、接地電壓升高 供電系統(tǒng)中任一相絕緣損壞接地時，該相對地電壓等于零，其他非故障兩相對地電壓升高達電網(wǎng)線電壓(即為正常工作的√3倍)，易使絕緣薄弱處擊穿造成兩相接地、相間短路。非故障兩相對地電容電流也隨之增大為正常時的√3倍，接地點的接地電流是非故障兩相對地電容電流的矢量和，即為正常時對地電容電流的3倍。 3、接地電弧過電壓 4、電雷管先期爆炸 爆破安全規(guī)程中規(guī)定，爆破作業(yè)場地雜散電流不得大于30 mA。在潮濕環(huán)境和有金屬導體環(huán)境，單相接地或絕緣

4、損壞漏電時，電容電流流人大地形成雜散電流。雜散電流大量流人工作面，可能造成電雷管先期爆炸，其危害程度與接地電容電流的大小有關，電容電流越大雜散電流越大，引爆電雷管的可能性就越大。 5、引燃瓦斯爆炸．． 煤礦瓦斯爆炸事故是井下重大災害之一。一旦發(fā)生瓦斯爆炸，不但造成重大傷亡事故，而且造成巨大損失，給安全生產(chǎn)造成巨大威脅。不同濃度的瓦斯引燃溫度不同，高溫度也可以引燃低濃度瓦斯。 6、引燃煤塵爆炸 在井下開采和運輸過程中產(chǎn)生大量的塵粒，這些塵粒能長期懸浮在空氣中，沉降很慢。在塵粒小于lO腳以下時，不僅對人體肺部危害極大，而且還具有爆炸性。當煤塵受熱燃燒時，迅速形成大量的 可燃性氣體，氣體在

5、高溫下燃燒爆炸，破壞性很大。當煤塵存在空氣中時，與空氣接觸面積加大，吸附氧分子的能力加強，從而加快氧化過程，在溫度達到700℃。800℃時最容易爆炸。供電線路越長對地分 布電容越大，單相接地時接地電流越大，越易引燃煤塵爆炸。 7、電弧不能自熄 電弧的大小，不僅與電網(wǎng)電壓的高低有關，而且還與接地電容電流的大小有關。電容電流越大，電弧的能量也就越大，其破壞作用也就越大。電弧能否熄滅不僅與電容電流的大小有關，而且還與電弧 敞開的程度有關。電弧長期燃燒，可能燒壞電氣設備和電纜等的相間絕緣，造成相間短路使故障擴大，這一現(xiàn)象在現(xiàn)場也有發(fā)生。 二、 單相接地電容電流不超過20A的來歷。 從安全角

6、度講，國家規(guī)定額定安全電壓最高值為42V，對煤礦井下規(guī)定額定安全電壓為36V，取上限為40V。由于井下保護接地網(wǎng)上任一保護接地點的接地電阻不得超過2歐姆，因此，井下高壓電網(wǎng)的接地電流為20A。這就是《煤礦安全規(guī)程》關于“礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流不得超過20A”規(guī)定的原因。 三、煤礦6KV供電系統(tǒng)單相接地電容電流測試方法 一般情況下測量地點選擇在35kV變電所內(nèi)的6kV母線上， 測量接線圖如下圖所示。 四、煤礦6KV供電系統(tǒng)單相接地電容電流使用精確計算方法 五、限制措施 當單相接地電容電流超過20A是，可采用縮短電網(wǎng)長度或使地面變壓器中性點經(jīng)

7、消弧線接地，可減少單相接地電容電流。 畢 業(yè) 設 計 學生姓名 *** 學 號 ***** 學院 物理與電子電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 題 目 礦山電網(wǎng)電容電流研究 指導教師 @@@@ 講師 （姓 名） （專業(yè)技術職稱/學位） 2011 年 5 月 摘要：使煤礦供電系統(tǒng)的對地電容電流增大，給煤礦供電的安全和可靠性帶來一系列的問題。 煤礦高壓電網(wǎng)大多數(shù)采用電纜供電，

8、對地電容電流較大，同時煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，造成單相接地故障較多，據(jù)有關的統(tǒng)計資料記載，煤礦電網(wǎng)75%以上的供電故障都屬于單相接地故障或其引發(fā)的二次故障，隨著礦井現(xiàn)代化的發(fā)展 ,電纜網(wǎng)絡逐步擴大 ,系統(tǒng)電容電流大幅度增加 ,單相接地電容電流是影響電網(wǎng)安全供電的主要因素之一。由于接地過渡電阻的不同、電網(wǎng)電容的變化、其故障電流、中性點對地電壓偏移 ,各相對地電壓等都同時發(fā)生相應變化 ,其數(shù)值的變化規(guī)律對系統(tǒng)的運作均產(chǎn)生不可忽視的影響。 因此必須對電容電流的變化規(guī)律及接地故障對電網(wǎng)的危害進行深入研究。本文在理論分析單相接地故障時接地電流的變化規(guī)律基礎上，根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析了煤礦電網(wǎng)電容電流變化規(guī)律，匯總

9、了目前電容電流治理的主要措施及方法，重點分析了單相接地故障對安全性的各種影響。 關鍵詞：礦山電網(wǎng)，電容電流，變化規(guī)律，單相接地，安全性 Abstract：Make coal power supply system of capacitance current increases, the coal mine safety and reliability of power to bring a series of problems. Coal mine by high-voltage grid to supply, most cabl

10、e capacitance current is bigger, also in coal mine production conditions, cause phase-to-ground fault is more, according to the statistical data of the records, coal power grid 75% of the power supply fault belong to phase-to-ground fault or its cause secondary fault, as mine the development of mode

11、rn, cable networks gradually expand greatly increased, the system capacitance current, phase-to-ground capacitance current is the effect of power grid security the main factor. Due to the different grounding of interim resistance to change of capacitance, power, and its fault current, neutral ground

12、, the voltage offset relatively voltage, etc are happening at the same time corresponding change, the change rule of its numerical of system operation effect of all can produce cannot ignore. So we have to the capacitance current variation rules and the harm of grid grounding faults have been studi

13、ed. Based on the theoretical analysis when one-phase ground fault the change rule of ground current based on the measured data analysis, coal power grid capacitance current change rule, summarizing the current capacitance current management main measures and methods, and analyses the one-phase groun

14、d fault the various influences of safety. Keywords：Mining grid, capacitance current, change rule, single-phase grounding and safety 目 錄 1 緒論 3 2 煤礦電網(wǎng)單相接地電流分析 4 2.1 單相接地電流計算 5 2.2 單相接地電流分析 6 3 煤礦電網(wǎng)電容電流狀況分析 7 3.1電容電流測量方法 7 3.2 煤礦電網(wǎng)電容電流現(xiàn)狀 8 3.3 煤礦高壓電網(wǎng)的不平衡分析 9 3.4

15、 煤礦電網(wǎng)對地電容電流變化規(guī)律 10 4 煤礦電網(wǎng)單相接地故障過電壓對安全性的影響 10 4.1 單相電弧接地過電壓 10 4.2 鐵磁諧振過電壓 16 4.3 高壓竄入低壓造成的過電壓 19 5 煤礦電網(wǎng)單相接地故障電容電流對安全性的影響 20 5.1 煤礦電網(wǎng)電容電流對人身安全性的影響 20 5.2 煤礦電網(wǎng)電容電流對生產(chǎn)安全性的影響 24 5.3 煤礦電網(wǎng)電容電流對接地保護的影響 26 5.4 煤礦電網(wǎng)電容電流對設備安全性的影響 29 5.5 煤礦電網(wǎng)電容電流的其他影響 31 結論 32 參考文獻 33 致謝 34 1 緒論 目前

16、，我國煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)形勢較為嚴峻，安全問題已成為制約煤炭工業(yè)發(fā)展的突出問 題之一。2003 年世界煤炭產(chǎn)量約 50 億 t，煤炭事故死亡總數(shù) 8000 人。當年我國煤炭產(chǎn)量約 占全球的 35％，事故死亡人數(shù)則占 80％以上，遠遠超過世界其他產(chǎn)煤國家煤礦事故死亡總 數(shù)，全國每年還有十幾萬的事故傷殘人員。我國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率，約為印度的 10 倍， 美國的 100 倍。尤其是一次死亡 10 人以上的特大事故時有發(fā)生。這些事故不僅給人民生命 財產(chǎn)帶來了巨大的損失， 而且在國內(nèi)外造成了嚴重影響。 煤礦高壓電網(wǎng)大多數(shù)采用電纜供電，對地電容電流較大，同時煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，造成單相接地故障較多，據(jù)有

17、關的統(tǒng)計資料記載，煤礦電網(wǎng)75%以上的供電故障都屬于單相接地故障或其引發(fā)的二次故障，因此必須對電容電流的變化規(guī)律及接地故障對電網(wǎng)的危害進行深入研究。本文在理論分析單相接地故障時接地電流的變化規(guī)律基礎上，根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析了煤礦電網(wǎng)電容電流變化規(guī)律，匯總了目前電容電流治理的主要措施及方法，重點分析了單相接地故障對安全性的各種影響。 2 煤礦電網(wǎng)單相接地電流分析 圖2-1為一中性點不接地的高壓電網(wǎng)集中參數(shù)模型圖。該電網(wǎng)電源的相電壓為，各相對地的電容和絕緣電阻分別為C和r。當電網(wǎng)的任何一相（如A相）經(jīng)電阻R接地時，在變壓器的中性點與地之間便出現(xiàn)位移電壓或零序電壓，此時流過接地電阻的電流為單

18、相接地電流。 圖2-1 煤礦高壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)示意圖 系統(tǒng)電源電壓對稱，則有： （2-1） （2-2） 式中：——電源相電壓的有效值，V。 2.1 單相接地電流計算 根據(jù)戴維南等效定理，則圖2-1的等效電路圖如圖2-2所示。 圖2-2 煤礦高壓電網(wǎng)供電系統(tǒng)等效電路圖 由圖可得單相接地電流： （2-3） 式中：三相電網(wǎng)總的對地絕緣阻抗Ω； 為交流電的角頻率，rad/s。 即：

19、（2-4） 式中：——單相接地電流的有功分量，即 （2-5） ——單相接地電流的無功分量，即 （2-6） 單相接地電流有效值為： （2-7） 單相接地電流超前的角度為： （2-8） 又零序電流： （2-9） 則單相接地電流又可表示為： （2-10） 2.2 單相接地電流分析 l 單相接地電流與絕緣電阻的關系 據(jù)單相接地電

20、流有效值式（2-7），按6kV電網(wǎng)，取R、C為定值的單相接地電流隨絕緣電阻變化的仿真圖見圖2-3所示。 圖2-3 單相接地電流與絕緣電阻仿真圖 由圖可看出，當絕緣電阻由0逐漸增大時，單相接地電流逐漸降低到最小值，后逐漸增大，存在拐點。因此對式（2-7）求導可得使單相接地電流最小的絕緣電阻為： （2-11） 由上式可看出，任何電網(wǎng)都存在著某個絕緣電阻條件下單相接地電流為最小的現(xiàn)象。由仿真圖可看出，一般電網(wǎng)對地的實際絕緣電阻往往都超過rmin，因此便會出現(xiàn)絕緣電阻值越高，反而單相接地電流值越大（觸電的危險性越嚴重）的結論。 l 高壓電網(wǎng)單相接地電流

21、 由于高壓電網(wǎng)的絕緣電阻值較高，由仿真圖2-3可看出，此時絕緣電阻對單相接地電流的影響已經(jīng)極小，因此高壓電網(wǎng)在計算單相接地電流時，一般認為。則對式（2-7）求極限，可得： 高壓電網(wǎng)單相接地電流： （2-12） 高壓電網(wǎng)單相接地電流有功分量和無功分量為： （2-13） （2-14） 高壓電網(wǎng)單相接地電流超前的角度： （2-15） l 高壓電網(wǎng)電容電流 當高壓電網(wǎng)發(fā)生單相直接接地故障，此時接地電阻R=0，則據(jù)

22、式（2-12）可得高壓電網(wǎng)單相直接接地電流為： （2-16） 由于高壓電網(wǎng)相電壓為定值，此時接地電流僅與電網(wǎng)對地電容有關，因此高壓電網(wǎng)單相直接接地電流又稱為單相對地電容電流，治理單相接地電流的實質(zhì)是治理電容電流。 3 煤礦電網(wǎng)電容電流狀況分析 根據(jù)前文分析可知，高壓電網(wǎng)對地電容電流的大小直接反映單相直接接地電流。為對煤礦電網(wǎng)單相接地電流狀況有深入了解，本文對國內(nèi)十多個大型煤業(yè)集團近幾十個煤礦進行了電容電流測試，并根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進行了分析。 3.1電容電流測量方法 為真實反映電網(wǎng)情況，本文采用了單相經(jīng)電阻接地的間接測量方法，其

23、測量原理見圖2-1，考慮到試驗的安全性，接地電阻選用500～1000Ω，接地電流可控制在幾安培。試驗時，只需記錄電網(wǎng)電壓、零序電壓、接地電流，通過理論計算，即可求出電網(wǎng)單相直接接地時的電流，即電網(wǎng)對地電容電流。 由式（2-10），在高壓電網(wǎng)忽略絕緣電阻（）時，則： （3-1） 上式中，接地電流大小僅與零序電壓及系統(tǒng)對地電容有關，電容確定后，與零序電壓成正比。因此測得單相經(jīng)電阻接地的零序電壓值及接地電流值，當發(fā)生單相直接接地時，由于，則可直接換算的得到單相直接接地時的接地電流值，即單相對地電容電流：

24、 （3-2） 將上式中的一次電壓值換算到二次測量值，則有： （3-3） 式中：為電壓互感器二次線電壓值， 為經(jīng)電阻接地時電壓互感器開口三角零序電壓值， 為經(jīng)電阻接地時實測接地電流值。 3.2 煤礦電網(wǎng)電容電流現(xiàn)狀 表2-1中的對地電容電流數(shù)據(jù)實測于72個煤礦中89個承擔主要供電負荷的變電所，這些煤礦既有開采幾十年的老礦，也有投產(chǎn)不久的新礦，既有年產(chǎn)達1000多萬噸的特大煤礦，也有年產(chǎn)不足百萬的中小型煤礦。通過對這些分布面廣，特點突出的樣本進行采樣和分析，足以反映出我國煤炭高壓電網(wǎng)電容電流的現(xiàn)狀。 表3-1 煤礦高壓電網(wǎng)電容電

25、流測試結果統(tǒng)計表 產(chǎn)能 (萬噸/年) 樣本數(shù) 6/10KV系統(tǒng)對地電容電流(安) ≤100 24 12.8、12.9、14.6、16.2、18.4、19.2、20.4、21.3、24.5、27.5、29.8、32.1、33.5、34.8、36.5、37.6、40.8、40.9、41.0、41.5、42.1、59.1、63.1、68.9 101～200 30 22.3、22.8、24.9、25.1、26.3、28.6、32.1、34.6、35.4、37.3、37.7、39.1、43.2、44.8、45.3、45.7、49.7、49.9、51.5、54.2、58.7、58.9、

26、60.4、63.8、66.6、68.5、69.2、70.1、72.3、75.3 201～300 15 39.4、42.7、44.7、48.6、53.7、53.9、57.5、59.1、62.8、67.2、69.5、73.2、84.6、95.2、115.3 301～499 13 55.8、67.2、68.4、74.2、75.3、75.4、75.4、79.4、79.6、87.7、89.5、97.4、108.2 ≥500 7 82.9、89.2、91.2、92.8、104.5、117.2、126.2 上表中的電容電流值均是單個變電所母線并列情況下的實測系統(tǒng)對地電容電流數(shù)據(jù)?？煽闯鰩?/p>

27、乎200萬噸產(chǎn)量的煤礦主變電所電容電流均超過40A，這與上世紀九十年代初期相比增長極大。另外同時個別產(chǎn)量不高的老礦，由于開采區(qū)域深度或面積較大，造成電容電流也較大。 表3-2 煤礦高壓電網(wǎng)電容電流狀況統(tǒng)計表 電容電流(A) 0～20 20～40 40～100 >100 樣本個數(shù) 6 23 55 5 比 例 6.74% 25.84% 61.80% 5.62% 超 標 率 32.58% 67.42% 表3-2為89個煤礦變電所的電容電流統(tǒng)計情況，可看出目前煤礦電容電流超標嚴重且普遍，即使母線采用分裂運行，仍有67.42%的變電所單母線電容電流超過20

28、A，因此采用消弧線圈對電容電流進行治理極為必要。 3.3 煤礦高壓電網(wǎng)的不平衡分析 在實測煤礦變電所電容電流時，通過測試電網(wǎng)電壓互感器開口三角的自然不平衡電壓，得到了煤礦6-10kV變電所的自然不平衡度。測試數(shù)據(jù)見表3-3。 表3-3 煤礦高壓電網(wǎng)自然不平衡測試數(shù)據(jù) 產(chǎn)能 (萬噸/年) 樣本數(shù) 6/10KV電網(wǎng)自然不平衡度(％) ≤100 24 0.13、0.15、0.15、0.18、0.23、0.28、0.28、0.31、0.32、0.35、0.38、0.38、0.39、0.41、0.42、0.42、0.44、0.45、0.48、0.49、0.58、0.72、1.25、

29、2.29 101～200 30 0.11、0.11、0.13、0.14、0.15、0.16、0.16、0.18、0.23、0.23、0.24、0.25、0.25、0.26、0.27、0.27、0.28、0.29、0.30、0.30、0.31、0.34、0.38、0.42、0.44、0.48、0.49、0.51、0.64、1.32 201～300 15 0.14、0.14、0.17、0.19、0.21、0.23、0.24、0.32、0.33、0.33、0.37、0.42、0.43、0.74、0.83 301～499 13 0.13、0.22、0.29、0.32、0.38、0.3

30、9、0.42、0.46、0.52、0.57、0.58、0.94、1.78 ≥500 7 0.29、0.32、0.33、0.42、0.44、0.47、0.56 表3-4 煤礦高壓電網(wǎng)自然不平衡分布狀況 不平衡度 0~0.29 0.3~0.39 0.4~0.49 0.5~0.59 0.6~0.99 1.00以上 出現(xiàn)次數(shù) 36 20 18 6 5 4 比 例 40.45% 22.47% 20.22% 6.74% 5.62% 4.49% 從以上兩表可以看出，煤礦電網(wǎng)的自然不平衡度較低，這與煤礦6-10kV系統(tǒng)主要采用電纜供電為主有直接關系；

31、另外煤礦主供電變電所主要負荷為井下負荷，單相負荷較少，電網(wǎng)對稱度高；因此煤礦電網(wǎng)的主供電6-10kV電網(wǎng)可按對稱電網(wǎng)考慮。 3.4 煤礦電網(wǎng)對地電容電流變化規(guī)律 由高壓電網(wǎng)電容電流公式（2-16）可知，電容電流的大小取決于系統(tǒng)對地電容及系統(tǒng)相電壓。煤礦電網(wǎng)系統(tǒng)對地電容主要取決于供電電纜長度及相對地浪涌電容器大小，除此之外的其它配電設備對其影響不大。根據(jù)實測經(jīng)驗，煤礦電容電流的變化有以下規(guī)律： 煤礦電網(wǎng)的對地電容電流值一般存在相對穩(wěn)定，但會發(fā)生大躍變的規(guī)律。造成這種變化的主要原因是隨著煤礦開采區(qū)域的變化，電纜長度會隨開采范圍及采煤工作面更換等情況的影響。一般電容電流出現(xiàn)較大變化都是可以預先

32、知道的，在大躍變之間則是長時間的相對穩(wěn)定階段。另外，雖然煤礦生產(chǎn)一般存在檢修工況及生產(chǎn)工況，但由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，兩種工況下電纜投切變化不頻繁，因此電容電流的變化相對較小。 煤礦電網(wǎng)的對地電容電流值在相對穩(wěn)定階段有小范圍的頻繁波動。一是由于電網(wǎng)電壓的波動，二是由于生產(chǎn)過程中正常的線路切換。 4 煤礦電網(wǎng)單相接地故障過電壓對安全性的影響 單相接地故障引起的過電壓一般包括單相電弧接地過電壓、鐵磁諧振過電壓、高壓竄入低壓造成的過電壓等。這些過電壓，能夠使那些絕緣薄弱環(huán)節(jié)相繼擊穿，有可能造成相間短路，引起電纜放炮等嚴重事故。 4.1 單相電弧接地過電壓 在電網(wǎng)中性點非有效接地的供電

33、系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，將使非故障相的對地電壓升高倍，線電壓仍然維持對稱狀態(tài)，對三相負荷的運行沒有影響，因此一般允許帶故障繼續(xù)運行1～2小時，提高了供電可靠性。但若發(fā)生單相間歇性電弧接地故障，非故障相對地電壓將超過線電壓，則會波及整個電網(wǎng)，使絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿，造成相間短路，事故擴大。產(chǎn)生單相間歇電弧接地過電壓的過程是極其復雜的，理論分析只不過對這種極其復雜但具有統(tǒng)計性的接地電弧進行理想化后的解釋。長期以來，多數(shù)研究者認為電弧的熄滅與重燃時間是決定最大過電壓的重要因素，并形成兩種熄弧理論，即工頻熄弧理論和高頻熄弧理論。由于高頻熄弧理論分析所得的過電壓值偏高，而工頻熄弧理論分析所得的過電壓值比

34、較接近實際情況，故本節(jié)僅以工頻熄弧理論來分析中性點非有效接地系統(tǒng)三種接地方式下的單相間歇電弧接地過電壓的形成過程。由于高壓電網(wǎng)對地絕緣電阻值較高，分析時忽略了絕緣電阻的影響。 ? 中性點不接地系統(tǒng) 圖4-1所示為中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的各個電氣量的相位關系和波形。假設A相電弧接地，電源的相電壓為、、，線電壓為、、，電網(wǎng)各相對地電壓為、、，接地電流為。 圖4-1 中性點不接地單相電弧接地過電壓波形 設A相電壓在負的最大值（-）時對地閃絡，此時B、C相對地電容上的初始電壓是0.5，在A相接地后，B、C相對地電壓、將很快過渡到新的穩(wěn)態(tài)值1.5。由于電網(wǎng)存在電感，在LC串聯(lián)回路中，

35、當回路的電容電壓從初始值，過渡到新的穩(wěn)態(tài)值，可能出現(xiàn)的最大電壓為2.5，隨后過渡過程很快衰減，B、C相對地電壓、穩(wěn)定在、上運行。 經(jīng)過半個工頻周期（10ms），B、C相對地電壓、等于（-1.5），=0，電弧自然熄滅，即發(fā)生第一次工頻熄弧。但在熄弧瞬間，A相對地電壓為零，電網(wǎng)儲有電荷（-1.5），這些電荷將在電網(wǎng)三相對地電容上均勻分配，在三相電網(wǎng)對地電容上形成直流電壓分量-，所以，熄弧以后，電網(wǎng)對地電壓由電源電壓和直流電壓（-）疊加組成。熄弧后的瞬間，=-1.5，=-1.5，=0。因此，斷弧后的瞬間，各相初始電壓與瞬間穩(wěn)態(tài)電壓相等，不會引起過渡過程。 再經(jīng)過半個工頻周期（10ms），A相對地

36、電壓=-2，這時最有可能引起電弧重燃，使B、C相的對地電壓從初始值過渡到線電壓的瞬時值，出現(xiàn)的最大過電壓為3.5。過渡過程衰減后，B、C相對地電壓仍將穩(wěn)定在線電壓上運行。 以后每隔半個工頻周期（10ms），依次發(fā)生電弧的熄滅和重燃，過渡過程將與上面的分析完全重復，非故障相的過電壓最大值=3.5，故障相的過電壓最大值=2。 需要指出的是，電網(wǎng)相間電容的存在，以及為提高功率因數(shù)裝設的電容器組，將會使單相接地電弧過電壓的最大值減小。這是因為，當電弧熄滅的瞬間，電網(wǎng)儲存的電荷不僅要在電網(wǎng)對地電容上分配電荷，而且要在相間電容上分配電荷，電網(wǎng)對地直流電壓數(shù)值減少，從而使過電壓的幅值降低。 ? 中性點

37、經(jīng)電阻接地系統(tǒng) 在中性點不接地的電網(wǎng)中，造成單相電弧接地過電壓的原因是第一次電弧熄滅的瞬間，電網(wǎng)儲存的電荷會在電網(wǎng)三相對地電容上均勻分配，造成一直流電壓分量，而這一直流電壓，在電弧熄滅的半個工頻周期內(nèi)，無法泄放，從而使電弧重燃瞬間的過渡過程出現(xiàn)3.5。對電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻（）接地的系統(tǒng)中，中性點對地電阻，提供了這一放電通路。其等效電路如圖4-2所示。 圖4-2 中性點經(jīng)電阻接地電網(wǎng)熄弧后計算直流電壓等效電路 由圖4-2可以得到，電網(wǎng)對地直流電壓分量的表達式為： （4-1） 由前面的分析知道，當=10ms時電弧重燃，重燃瞬間故障相過渡過

38、程出現(xiàn)的最大過電壓為： = （4-2） 若定義，，為非故障B、C相的過電壓倍數(shù)，為故障A相的過電壓倍數(shù)，則（4-2）式可變?yōu)椋? （4-3） 同理可得： （4-4） 由（4-4）式，通過計算機仿真非故障過電壓倍數(shù)隨的變化曲線如圖（4-3）所示。圖中橫坐標為，縱坐標為（）。 從圖4-3可以看出，當＝4.5時，非故障相過電壓倍數(shù)在3以下，當=3，故障相過電壓倍數(shù)約為2.85。比較（4-3）式與（4-4）式，還可以看出，故障相過電壓最大值總是比非故障相過電壓最大值小1.5。 圖4-3

39、 非故障過電壓倍數(shù)隨的變化曲線 ? 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 如前所述，接地電弧電流每次過零熄滅后，由于故障處恢復電壓超過介質(zhì)恢復強度而多次擊穿，使電弧重燃，產(chǎn)生較高的過電壓。消弧線圈對電容電流進行治理，有效降低接地點電流，圖4-4為該接地系統(tǒng)恢復電壓等值計算電路。 圖4-4 消弧線圈接地電網(wǎng)單相接地故障相恢復電壓等值計算電路 圖4-4中，g是考慮消弧線圈的損耗以及電網(wǎng)對地絕緣電阻的等值電導，開關K代表電弧的熄滅與擊穿。 消弧線圈補償網(wǎng)絡的阻尼率為： （4-5） 消弧線圈補償網(wǎng)絡的脫諧度為：

40、 （4-6） 式中： ——電源的角頻率； ——電路的自振角頻率。 當單相接地電流過零時，電弧熄滅，相當于K斷開，由前面的分析，故障相的初始直流電壓為-將以變化，電源電壓以變化，兩者疊加使K兩端的電壓為： （4-7） 式中：——在電流過零瞬間，由電導g所決定的相角，接近于零； =——等值電路的衰減系數(shù)。 據(jù)式（4-7）可仿真得到故障相恢復電壓變化曲線，如圖4-5、圖4-6所示。圖中橫坐標表示時間，縱坐標表示。 圖4-5 故障相恢復電壓曲線 圖4-5是，=5%的故障恢復相電壓變化曲線，可以看出其拍頻周期是，恢復電壓的上升速度遠較無消弧線圈時慢

41、，根據(jù)前面的分析，故障相最大過電壓倍數(shù)也降低，同理，非故障相最大過電壓倍數(shù)也降低。 圖4-6 故障相恢復電壓曲線 圖4-6是（即全補償），=5%的故障恢復相電壓變化曲線，故障恢復相電壓上升速度更慢。 比較圖4-5和圖4-6的曲線可知，為定值時，隨的減小，故障相恢復電壓的幅值和增長速度均減小，有利于電弧的熄滅，減少高幅值過電壓出現(xiàn)的概率。 電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈并（串）電阻接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相間歇電弧接地時，其故障相恢復電壓的上升和過電壓的情況同經(jīng)消弧線圈接地類似，不管是在消弧線圈兩端并聯(lián)電阻，還是在消弧線圈回路中串聯(lián)電阻，其結果就相當于在圖4-3中增加電導g的數(shù)值，即增加電網(wǎng)的阻尼率

42、。 圖4-7和4-8是脫諧度=10%，阻尼率取不同值的仿真結果。 圖4-7 =20%故障相恢復電壓曲線 圖4-8 =40%故障相恢復電壓曲線 由圖4-7、4-8及4-5可看出，隨著阻尼率的增加，故障相恢復電壓最大值在下降，越來越接近電源的電壓，也即第一次接地電流過零時，在電網(wǎng)對地電容上存儲的電荷很快就通過電阻泄放掉了，有利于電弧的熄滅和降低過電壓數(shù)值；但阻尼率過大將會增加接地點的殘余電流，增加接地電弧的能量，不利于電弧的熄滅；因此合理設置電網(wǎng)阻尼率極為重要。 從前文分析可知，在中性點非有效接地系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)對地電容電流的存在，會產(chǎn)生單相電弧接地過電壓，其過電壓的幅值與電

43、網(wǎng)中性點運行方式密切相關。中性點不接地系統(tǒng)單相電弧過電壓最高；中性點經(jīng)電阻接地單相電弧過電壓較低；中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相電弧過電壓較高，但其高幅值過電壓的概率?。恢行渣c經(jīng)消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)單相電弧過電壓較低，降低程度與消弧線圈阻尼大小密切相關，并且其高幅值過電壓的概率也較小。 4.2 鐵磁諧振過電壓 在中性點非有效接地電網(wǎng)中，變電所一般裝設有電壓互感器。正常運行時，電壓互感器的勵磁電感是很大的，也即感抗很大，對三相電網(wǎng)對地的零序阻抗影響很小，但是在某些特殊情況下，也會產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。如：電壓互感器的突然合閘或三相不同期合閘，使電壓互感器某一相或兩相繞組內(nèi)出現(xiàn)很大的涌流；

44、由于電網(wǎng)發(fā)生單相間隙電弧接地故障，使非故障相電壓突然升至線電壓，而故障相在接地故障消失時又可能有電壓的突然上升，在這些過程中都有可能造成電壓互感器的某一相或兩相鐵芯飽和，出現(xiàn)很大的涌流，電感值下降。從而，產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振過電壓。下面以電壓互感器某一相（A相）電感值突然減小為例，來說明過電壓的形成原理。 圖4-9為電壓互感器等效原理圖，其中為電網(wǎng)每相對地電容；為消弧線圈電感；為中性點對地電阻；為線路電阻；為電壓互感器勵磁電感。 圖4-9 電壓互感器鐵磁諧振過電壓原理 由圖可得電網(wǎng)中性點對地電壓（零序電壓），即： （4-8） 式中：電網(wǎng)對地總的

45、零序阻抗。 ? 中性點不接地系統(tǒng) 將，代入（4-8）式得： （4-9） 若有，即，則，由于很小，會很大。 ? 中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng) 將，代入（4-9）式得： （4-10） 在（4-10）式中，由于遠小于，可以忽略，若再有的話，則（4-10）式為，通常取=（2～3）的（），所以中性點最大過電壓可能達到相電壓的（2～3）倍，一般可以在電壓互感器線圈與電網(wǎng)聯(lián)接處串電阻，即增加值，降低鐵磁諧振過電壓。 ? 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 在電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，鐵磁諧振過電壓同其工作狀態(tài)有關，單純使用消弧線圈接地的電網(wǎng)，其工作狀態(tài)

46、為過補償和欠補償。 消弧線圈工作在過補償狀態(tài)，電網(wǎng)對地總的零序阻抗為電感性的，設， ，代入（4-8）式，得： （4-11） 從（4-11）式可以看出，無論為何值，電網(wǎng)中性點對地電壓均小于相電壓。 消弧線圈若工作在欠補償狀態(tài)，電網(wǎng)對地總的零序阻抗為電容性的，設，。鐵磁諧振過電壓的情況同電網(wǎng)中性點不接地相同，是很高的，因此，消弧線圈通常不采用欠補償狀態(tài)。 在中性點經(jīng)消弧線圈并電阻接地的電網(wǎng)中，其消弧線圈通常工作在全補償狀態(tài)，由于全補償狀態(tài)時，有：，所以，，同中性點經(jīng)電阻接地情況相似，所以電網(wǎng)中性點電壓不會很高。 上面分析了電壓互感器一相飽和，電感下降

47、，同電網(wǎng)對地總的零序阻抗諧振，造成電網(wǎng)中性點對地電壓（）升高的原因。并不是說，電壓互感器一相飽和，電感下降，才可能造成升高的現(xiàn)象，事實上，電壓互感器兩相飽和，電感下降，也同樣會產(chǎn)生這種過電壓現(xiàn)象。 總之，由于電網(wǎng)對地電容的存在，會在一些因素的激勵下產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。該過電壓的大小同樣與中性點接地方式有關，中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓最高；中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)該過電壓低；中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)在過補償時該過電壓低，而在欠補償時則高。 4.3 高壓竄入低壓造成的過電壓 在運行中時有發(fā)生動力變壓器或儀用變壓器（如電壓互感器）因絕緣損壞而造成高壓竄入低壓的現(xiàn)

48、象（如圖4-10所示），從而使低壓側的對地電壓升高，出現(xiàn)過電壓。 圖4-10中、和分別表示高壓電網(wǎng)三相電源的相電壓；、和分別表示降壓變壓器T低壓繞組的相電壓；C1為高壓電網(wǎng)每相對地分布電容；Z為低壓電網(wǎng)每相對地的絕緣阻抗。設變壓器T高壓繞組的A相絕緣擊穿。致使其導線與低壓繞組的中性點相碰，于是，該低壓繞組中性點的對地電壓為 (4-12) 圖4-10 高壓串入低壓引起的過電壓現(xiàn)象 低壓側各相地電壓變?yōu)椋? (4-13) 則其過電壓的倍數(shù)為：

49、 (4-14) 該值與UN的大小有關。UN越大，則過電壓的倍數(shù)就越高。當?shù)蛪弘娋W(wǎng)對地的絕緣電阻值很高，而且只考慮其對地電容C2時則： (4-15) 于是： (4-16) 其有效值為： (4-17) 顯然，當C2一定的情況下，C1值越大，則UN值越大。若則： (4-18) 各相對地電壓的倍數(shù)均為： (4-19) 對

50、于6kV的高壓電網(wǎng)，若低壓為660V，則過電壓倍數(shù)最高可達，顯然是非常危險的。如果是向儀用電壓互感器供電，其二次電壓更低，過電壓倍數(shù)更高。因此，使用電壓互感器的二次側中性點都必須接地。因為中性點接地時，Z=0，UN=0也就不會有過電壓產(chǎn)生。對于一些動力變壓器，有時在其中性點與地之間加裝擊穿保險器，同樣也可限制過電壓。不過，對于煤礦井下來講，這些都是不允許的，因此，只好加強高低壓繞組之間的絕緣。以防發(fā)生絕緣擊穿事故，危及低壓電網(wǎng)的安全。這種過電壓往往要比高、低壓繞組之間因耦合電容所引起的傳遞過電壓高，這是因為耦合電容比較小的緣故。因此，本節(jié)未對傳遞過電壓現(xiàn)象進行分析。 5 煤礦電網(wǎng)單相接地故障

51、電容電流對安全性的影響 現(xiàn)有煤礦安全規(guī)程規(guī)定，單相接地電流值應不大于20A。我國煤礦6-10kV電網(wǎng)電容電流超過20A的約占2/3，因此必須深入分析電容電流的危害，針對危害進行治理，提高煤礦電網(wǎng)供電安全水平。電容電流的危害是多方面的，本節(jié)主要從對人身安全性的影響、對生產(chǎn)安全性的影響、對接地保護的影響、對設備安全性的影響等方面進行分析。 5.1 煤礦電網(wǎng)電容電流對人身安全性的影響 煤礦高壓電網(wǎng)電容電流對人身安全性所造成的危害極其嚴重，主要體現(xiàn)在人身觸電時的危險性，以及電容電流對保護接地的影響。 ? 電容電流對人身觸電的影響 圖5-1為中性點不接地系統(tǒng)中人身觸及一相導體時的等效電路圖，其

52、中r為線路對地絕緣電阻，C為線路對地電容，IM為人體觸電電流。若將人體等效為固定電阻R時，則與單相經(jīng)電阻接地故障表現(xiàn)的特征完全相同。因此其戴維南等效電路如圖5-2所示。 圖5-1 人觸及中性點不接地供電系統(tǒng)的一相導體 圖5-2 計算人身電流的等效回路 由式2-7可得人身觸電電流為： （5-1） 由前文分析及式4-8可知，當絕緣電阻時，人身觸電電流為最小；隨著絕緣電阻值r的增大，人身觸電電流值IM總是增加，直至時，人身觸電電流便趨于某一極限值為： （5-2） 一般煤礦生產(chǎn)條件下人身電阻按1

53、k計算，則依據(jù)上述公式可求得6kV電網(wǎng)具有不同電容值C的人身觸電電流最小值、極限值及其增大的百分數(shù)如表5-1所示。圖5-3表示增大的百分數(shù)隨電網(wǎng)對地電容C的變化規(guī)律。 表5-1 人身觸電電流的最小值和最大值及其增大的百分數(shù)（%） C（mF） 人身觸電電流最小值（A） 人身觸電電流極限值（A） 1 2.08 2.38 14.0% 1.4 2.39 2.76 15.4% 1.5 2.45 2.83 15.5% 1.6 2.50 2.89 15.4% 2 2.66 3.06 14.8% 3 2.91 3.27 12.4% 4 3.03

54、 3.35 10.3% 5 3.12 3.39 8.8% 6 3.17 3.41 7.6% 7 3.21 3.43 6.7% 8 3.24 3.43 5.9% 9 3.27 3.44 5.3% 10 3.29 3.44 4.9% 圖5-3 人身觸電電流增大的百分數(shù)（%）隨電容C變化的規(guī)律 由表5-1及圖5-3人身觸電電流增大的百分數(shù)并不是固定不變的，開始時，隨著電容C的增大而增大，后來卻隨著C增大而逐漸減小，當時，達其最大值15.5%。值得指出人身觸電電流極限值值隨著電網(wǎng)對地電容C增大的速度，開始時較快，但當其增大到一定程度，則上升

55、的速度變慢。其變化規(guī)律如圖5-4所示。其穩(wěn)定值為： 圖5-4 隨C變化規(guī)律 （5-3） 該值與電網(wǎng)對地電容C無關，相當于變壓器中性點直接地時一樣。也就是說，對于6kV電網(wǎng)，人身觸電電流的最大可達3.46A。 從人身觸電的安全電流來看，一般認為應不超過30mA。現(xiàn)在人身觸電電流值已達到安培級，顯然是不安全的。如果考慮人身觸電的時間因素，即按人身觸電電流與觸電時間t的乘積公式計算，在通常的漏電保護裝置的動作時間和高壓開關的分閘時間之和t=0.28s的條件下，人身觸電電流值最大也只有150mA，顯然仍不能保證人身觸電安全。 現(xiàn)根據(jù)，按式（4

56、-14）計算，可求得高壓（6kV）電網(wǎng)對地電容。顯然，這么小的電容量，對于一般的電網(wǎng)是不存在的，這進一步說明，采用一般的漏電保護裝置也不可能滿足人身觸電安全的要求。 ? 電容電流對保護接地的影響 保護接地也是防止人身觸電的一項有效措施。在變壓器中性點不接地的供電系統(tǒng)中，一旦電氣設備的絕緣擊穿，發(fā)生了某相導體“碰殼”事故，電氣設備的金屬外殼便與該相導體等電位。此時，如果人身接觸該金屬外殼，便有可能發(fā)生人身觸電事故。如果將電氣設備的金屬外殼用導線與大地相連，使其對地電位降低，便有可能減小人身的接觸電壓。達到防止人身觸電的目的，這就是保護接地的作用原理。其原理如圖5-5所示。圖中I和Id分別為流

57、入接地網(wǎng)和接地極的電流。 (a) (b) 圖5-5 保護接地原理圖 在沒有接地網(wǎng)或沒有與接地網(wǎng)連接的情況下（如圖5-5a）所示，入地電流于是，接觸電壓為； (5-4) 式中：Rd——接地電阻。 當接觸電壓的允許值為40V接地電阻為時，允許的單相接地電流便不得超過20A。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦高壓（6kV）電網(wǎng)的單相接地電容電流不得超過20A。同樣若接地電阻保持不變，則電容電流越大，人身的接觸電壓亦越大，甚至遠遠超過接觸電壓的允許值，會對人身的安全性造成極大的威脅。 其實，由于井下接地網(wǎng)的作用（見圖5-

58、5b）Ijd=I+Id，即一部分單相接地電流I便經(jīng)接地網(wǎng)直接返回電網(wǎng)。而入地電網(wǎng)Id通常都比要小。 5.2 煤礦電網(wǎng)電容電流對生產(chǎn)安全性的影響 煤礦電網(wǎng)電容電流對生產(chǎn)安全性的影響體現(xiàn)在電容電流的存在，會增加瓦斯爆炸的危險性。 在煤礦存在瓦斯（甲烷）的情況下，如果遇到足夠的電弧或電火花能量，該瓦斯便有可能被引燃的危險。據(jù)有關資料記載，點燃瓦斯的最小能量為，因此，只要是電弧或電火花的能量超過它，便有點燃的可能。 從電網(wǎng)對地電容C所儲存的能量A來計算； （5-5） 考慮到電源相電壓的峰值，對于6kV電網(wǎng)為

59、 （5-6） 于是 （5-7） 也就是說，只要電網(wǎng)對地電容C達到該電網(wǎng)的儲能就足以使瓦斯爆炸。顯然，實際的煤礦電網(wǎng)，其對地電容均大大超過這一數(shù)值。 再從煤科總院撫順分院所提供的一組模擬試驗數(shù)據(jù)來看（見表5-2），對于660V和1140V電網(wǎng)，它們引爆瓦斯的單相漏電電流幾乎與電網(wǎng)對地電容值的大小無關。660V約為，1140V為左右。 顯然，在漏電電流不變的情況下，隨著電網(wǎng)對地電容值增加的同時，漏電電阻值必然要增大。此外，隨著電源電壓的提高，由于引爆瓦斯的漏電電流減小。更要求增大漏電電阻值。例如，電網(wǎng)對地電容都是的情況下，對于66

60、0V電網(wǎng)，要使漏電電流為，漏電電阻值應為；而對于1140V電網(wǎng)，漏電電流為8mA時，則要求漏電電阻值為82.2kW。由此看出，隨著電源電壓的提高，不僅引爆瓦斯的電流值減小，而且漏電電阻值還要增大，也即更容易引起瓦斯爆炸。如果電源電壓為6000V，其引爆瓦斯的可能性將會更大。 表5-2引爆瓦斯的單相漏電電流 C(mF) 電壓（V） 0.2 0.3 0.47 0.50 0.67 1.0 備注 380 — 64 — 88 118 150 660 45 — 42 — 44 47 r = 50kW 40 8 — 9 — 7

61、 8 r = 62kW 注：引爆試驗的瓦斯?jié)舛葹?.5% 不難理解，在高壓電網(wǎng)單相接地的情況下引爆瓦斯的對地電容值必然是非常小的，一般電網(wǎng)均能超過。 5.3 煤礦電網(wǎng)電容電流對接地保護的影響 中性點直接接地或經(jīng)低阻接地的電網(wǎng)，發(fā)生單相接地就是單相短路，保護實現(xiàn)比較容易，在這里不作討論，這里所討論的接地保護是針對中性點不接地、中性點經(jīng)電阻接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地、中性點經(jīng)消弧線圈并（串）電阻接地的電網(wǎng)而言。目前6～10kV電網(wǎng)的接地保護均采用零序電流、零序電壓的保護原理。有必要分析一下電網(wǎng)發(fā)生單相接地（包括直接接地和經(jīng)一過渡電阻接地）故障時，電網(wǎng)零序電壓及零序電流的分布情況。 C

62、 ——電網(wǎng)每相對地電容；——A相接地電阻 電網(wǎng)每相對地電壓；中性點對地電壓 圖5-6 中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相經(jīng)電阻接地等效電路 中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相經(jīng)電阻接地等效電路如圖2-19所示，由于A相對地經(jīng)電阻接地（=0為直接接地），破壞了原電網(wǎng)對地阻抗的對稱性，使電源的中性點對地電壓不再為零，假設中性點對地電壓為，并忽略線路的阻抗，則有： （5-8） 通過每相對地電容和接地電阻的電流之和為零，即： 根據(jù)對稱分量法的原理，實際上就是零序電壓，解得： （5-9） 由于只有零序電流可以流入大地，和

63、接地故障點構成回路，總的零序電流之和就等于流過接地電阻的電流，方向相反。 圖5-7 零序等效電路 圖5-7為具有3條支路的電網(wǎng)零序等效電路圖，圖中為N1、N2、N3支路每相對地電容，LH1、LH2、LH3為各支路裝設的零序電流互感器?？梢钥闯?，流過故障支路零序電流互感器LH1的零序電流是所有非故障支路零序電流之和，故障支路零序電流不流過本支路零序電流互感器，方向是由支路指向母線，流過非故障支路零序電流互感器（LH2、LH3）的零序電流就是本支路的零序電流，方向是由母線指向支路。故障支路零序電壓、零序電流的矢量如圖5-8所示。 圖5-8 中性點不接地電網(wǎng)零序電壓、零序電流的矢量

64、 對中性點不接地電網(wǎng)，通過零序電流的大小和方向是很容易區(qū)分故障支路和非故障支路的，即流過故障支路零序電流互感器的零序電流大于流過非故障支路零序電流互感器的零序電流，方向正好相反。 中性點經(jīng)電阻接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，就相當于流過故障支路零序電流互感器的零序電流中增加了一電阻性電流，方向由支路指向母線，而非故障支路的零序電流及方向不變。其矢量關系如圖5-9所示。應該說，根據(jù)零序電流或電阻性電流的大小和方向也是很容易區(qū)分故障支路和非故障支路的。 圖5-9 中性點經(jīng)電阻接地電網(wǎng)零序電壓、零序電流的矢量 中性點經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，就相當于流過故障支路零序電流互感器的零序

65、電流中增加了一電感性電流，方向由支路指向母線，其矢量關系如圖2-23所示。 圖5-10 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)零序電壓、零序電流的矢量 從圖5-10看出，由于消弧線圈電感電流的加入，使流過故障支路零序電流互感器的電流由原來電容性電流變成具有電感性電流的特點，又由于流過故障支路零序電流互感器的電流與流過非故障支路零序電流互感器的電流流向相反，使得流過故障支路零序電流互感器的電流與流過非故障支路零序電流互感器的電流矢量同相，而且流過故障支路零序電流互感器的電流不一定大于流過非故障支路零序電流互感器的電流。顯然，用前面比較零序電流大小和方向的原理來區(qū)別故障支路與非故障支路是不行的，給

66、接地保護帶來困難。 解決中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的接地保護問題，一是利用接地故障發(fā)生瞬間的暫態(tài)電流來實現(xiàn)接地保護，由于這種保護從原理上有一定的缺陷，而可靠性不高，現(xiàn)很少使用，另一種方法是采用高次諧波零序電流方向的保護原理。因為電網(wǎng)電源電壓中不僅有基波，而且存在一定的高次諧波，對高次諧波來講，消弧線圈的感抗將增加，電網(wǎng)對地電容的容抗將減小，如5次諧波的感抗將增加5倍，容抗將降低5倍，所以，高次諧波的零序電流中電容電流遠大于電感電流，其電感電流可以忽略，即對高次諧波，電網(wǎng)相當于未接入消弧線圈一樣，就可用高次諧波零序電流的大小和方向來區(qū)分故障支路與非故障支路，實現(xiàn)選擇性接地保護。但是，這種保護原理也有一定的不足，即其對現(xiàn)場發(fā)生的單相經(jīng)電阻接地故障常常不能反映。 中性點經(jīng)消弧線圈并（串）電阻接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，就相當于流過故障支路零序電流互感器的零序電流中增加了一電感性電流和一電阻性電流，方向由支路指向母線，其矢量關系如圖2-24所示。由于電阻電流的加入，使流過故障支路零序電流互感器的電流同流過非故障支路零序電流互感器的電流拉開一定的角度，特別需要注意的是在忽略了各支路對地絕緣電阻