10kV配电网单相短路电流计算及跨步电压有限元分析

论文摘要

1OkV配电网主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地等运行方式。不同的配电网中性点接地方式各有其特点和优势。本文详细分析计算了三种主要接地方式下配电网在发生单相短路故障时的零序电压、短路电流和暂态特性；并利用有限元分析软件,详细分析了小电阻接地运行方式下,单相短路故障时的大地电场分布,计算了短路点附近的跨步电压。为配电网接地方式的合理选择及继电保护提供了理论依据。本文研究内容主要包括以下几个方面：介绍了1OkV配电网的不同接地方式发展概况,详细分析了配电网中接地变压器的结构与工作原理,总结并对比了不同接地方式的优缺点。针对三种主要接地方式的配电网络,首先分析出了其发生单相短路故障时的稳态等效电路,在此基础上推导出其短路接地电流计算公式,并给出了其电容电流分布图。其次详细推导出其暂态等效电路,同样详细计算了其暂态短路接地电流。最后建立了配电网发生单相接地短路的MATLAB仿真模型,得出了与理论分析结果相符的仿真波形与数据。阐述了接地电阻、跨步电压和接触电压的概念,详细推导了它们的理论计算公式。开创性地运用有限元分析软件ANSYS来定量仿真发生单相对地短路后的跨步电压,仿真结果与理论计算结果基本吻合。设计了1OkV配电网小电阻接地运行方式下发生单相对地和单相对电线横担的两种常见短路的实验方案,给出了详细实验操作步骤及需要注意的事项,通过实验验证了论文中有关短路时接地电流及跨步电压的计算分析结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 配电网中性点接地方式的发展概况和应用趋势
• 1.2.1 国内配电网中性点接地方式的发展概况
• 1.2.2 国外配电网中性点接地方式的发展概况
• 1.2.3 配电网中性点接地方式的应用趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 接地系统构成及不同接地方式特点
• 2.1 接地变压器的结构及其工作原理
• 2.2 不同接地方式的特点及其对比
• 2.2.1 中性点不接地系统
• 2.2.2 中性点经消弧线圈接地系统
• 2.2.3 中性点经电阻接地系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 不同接地方式的配电网短路电流计算与分析
• 3.1 中性点不接地配电网单相短路接地电流计算及分析
• 3.1.1 稳态电流计算及分析
• 3.1.2 暂态电流计算及分析
• 3.1.3 MATLAB仿真结果与分析
• 3.2 消弧线圈接地配电网单相短路接地电流计算及分析
• 3.2.1 稳态电流计算及分析
• 3.2.2 暂态电流计算及分析
• 3.2.3 MATLAB仿真结果与分析
• 3.3 电阻接地配电网单相短路接地电流计算及分析
• 3.3.1 稳态电流计算及分析
• 3.3.2 暂态电流计算及分析
• 3.3.3 MATLAB仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 跨步电压的有限元分析
• 4.1 接地电阻及其理论推导
• 4.2 大地电势及其跨步电压的理论计算
• 4.3 有限元分析概述
• 4.3.1 数值计算及有限元分析技术基本介绍
• 4.3.2 ANSYS有限元分析软件简介
• 4.4 单相接地短路的跨步电压有限元分析
• 4.4.1 有限元模型的建立
• 4.4.2 过渡电阻为10欧的仿真结果
• 4.4.3 过渡电阻为20欧的仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 跨步电压和接触电压的实验方案和实验结果
• 5.1 实险任务来源
• 5.2 试验目的
• 5.3 测试地点及示意图
• 5.4 测试内容与操作步骤
• 5.4.1 测试地点1
• 5.4.2 测试地点2
• 5.4.3 测试地点3
• 5.5 注意事项
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 1 本文工作总结
• 2 今后研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的主要学术论文目录
• 附录B 跨步电压ANSYS仿真程序