电气设备》电力系统中性点的运行方式可用

普通高等教育“十二五”规划教材高等职业教育电气类专业系列教材1主编：李家坤朱华杰主审：陈光会2电力系统中性点的运行方式发电厂及变电站电气设备FADIANCHANGJIBIANDIANZHANDIANQISHEBEIwww.techbook.com.cn22.1中性点不接地系统12.2中性点经消弧线圈接地系统22.3中性点直接接地系统32.4中性点不同接地方式的应用范围42电力系统中性点的运行方式目录www.techbook.com.cn3【知识目标】1．了解电力系统中性点运行方式的种类；2．了解中性点不接地系统的基本概念；3．掌握中性点经消弧线圈接地系统的概念、消弧线圈的结构及工作原理；4．掌握消弧线圈的补偿方式；5．掌握中性点直接接地系统的基本概念。【能力目标】1．能够区别电力系统中性点运行方式的运行特点；2．能够理解消弧线圈的补偿方式；3．能够理解中性点三种运行方式的应用范围。2电力系统中性点的运行方式www.techbook.com.cn4电力系统中性点是指三相绕组作星形连接的变压器和发电机的中性点。电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方式（即中性点运行方式）。电力系统中性点的运行方式，可分为中性点非有效接地和中性点有效接地两大类。中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接地电流系统；而中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。2电力系统中性点的运行方式www.techbook.com.cn5我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点直接接地三种。电力系统中性点的运行方式不同，其技术特性和工作条件也不同，还与故障分析、继电保护配置、绝缘配合等均密切相关。采用哪一种中性点运行方式，直接影响到电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、电网的造价以及对通信线路的干扰程度。2电力系统中性点的运行方式www.techbook.com.cn62.1中性点不接地系统2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn7中性点不接地的电力系统正常时的电路图和相量图如图2.1所示，三相线路的相间及相与地间都存在着分布电容。这里只考虑相与地间的分布电容，且用集中电容来表示，如图2.1（a）所示。系统正常运行时，三相相电压、、是对称的，三相的对地电容电流也是对称的，如图2.1（b）所示。这时三相的对地电容电流的相量和为零，因此没有电流在地中流过。各相对地电压均为相电压。2.1.1正常运行2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn8图2.1正常运行时的中性点不接地系统（a）电路图（b）相量图2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn9当系统发生单相接地故障时．假设C相发生金属接地，其接地电阻为零，如图2.2（a）所示，这时C相对地电压为零，而非故障相A、B相的对地电压在相位和数值上都发生改变。即：2.1.2单相接地故障()AACACUUUU()BBCBCUUUU()0CCCUUU（2.1）2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn10（a）（b）图2.2发生单相接地故障时的中性点不接地系统（a）电路图（b）相量图2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn11如图2.2（b）所示。C相接地故障时，非故障相A相和B相对地电压值升高为倍，变为线电压。因此，这种系统的设备的相绝缘不能只按相电压来考虑，而要按线电压来考虑。C相接地时，系统的接地电流（接地电容电流）为A、B两相对地电容电流之和，即：由图2.2（b）的相量图可知，在相位上正好超前C相电压90°。由于，其中，因此，CI()CCACBIII（2.2）CICU3CCAII03/3CAACCIUXI03CCII2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn12即系统单相接地时的接地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。由于线路对地电容C难于准确确定，所以和也不好根据电容C来准确计算，在工程中通常采用下列经验公式来计算：式中——中性点不接地系统的单相接地电容电流，A；——电网额定线电压kV；0CICI350)35(LlUIeCCIeU（2.3）2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn13——同一电压具有电气联系的架空线路总长度km；——同一电压具有电气联系的电缆线路总长度km。当系统某一相发生故障，而故障相通过一定的阻抗接地，称为不完全接地。此时，接地相电压大于零而小于相电压，非故障相对地电压则大于相电压而小于线电压。接地电流也比完全接地时小。其具体的电压、电流值与故障相接地电阻值有关。lLeUeU2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn14单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。理论上长期带单相接地故障运行不会危及电网绝缘，但实际上是不允许过分长期带单相接地运行的，因为未故障相电压升高为线电压，长期运行可能在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相间短路。因此，为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，使系统由单相接地故障发展为多相接地故障，引起故障范围扩大，所以在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，发出报警信号或指示，以提醒运行值班人员注意，及时采取措施，查找和消除接地故障；2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn15如有备用线路，则可将重要负荷转移到备用线路上，当危及人身和设备安全时，单相接地保护应动作于跳闸。电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地时，允许继续运行的时间不得超过2小时，并要加强监视。由于非故障相的对地电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。2.1中性点不接地系统www.techbook.com.cn162.2中性点经消弧线圈接地系统2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn17中性点不接地系统，具有单相接地故障时可继续给用户供电的优点，即供电可靠性比较高，但有一种情况比较危险，即在发生单相接地时，如果接地电流较大，将在接地点产生断续电弧，这就可能使线路发生谐振过电压现象，因此不宜用于单相接地电流较大的系统。为了克服这个缺点，可将电力系统的中性点经消弧线圈接地。2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn18消弧线圈实际上是一种带有铁芯的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，其铁芯柱有很多间隙，以避免磁饱和，使消弧线圈有一个稳定的电抗值。消弧线圈有多种类型，包括离线分级调匝式、在线分级调匝式、气隙可调铁心式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流磁阀式、调容式、五柱式等。系统正常运行时，中性点电位为零，没有电流流过消弧线圈。2.2.1消弧线圈的结构及工作原理2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn19当系统发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流的相量和。由于超前90°，而滞后90°，如图2.3（b）所示，所以和在接地点互相补偿，可使接地电流小于最小生弧电流，从而消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。另外，当电流过零而电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能性，有利于单相接地故障的消除。CILICICULICUCILI2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn20图2.3中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图；（b）相量图2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn21中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统中发生单相接地故障时一样，接地相对地电压为零，非故障相对地电压升高倍。由于相间电压没有改变，因此三相设备仍可以正常运行。但也不能长期运行，必须装设单相接地保护或绝缘监视装置，在单相接地时给予报警，提醒运行值班人员注意，及时采取措施，查找和消除故障，如必要时将重要负荷转移到备用线路上。32.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn22用补偿度（也称调谐度）或脱谐度表明单相接地故障时消弧线圈的电感电流对接地电容电流的补偿程度。根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度不同，有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿。2.2.2消弧线圈的补偿方式CLIIkCLCIIIkv1LICI2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn23（1）完全补偿完全补偿，简称全补偿，是使电感电流等于接地电容电流，即，亦即，接地处电流为零。从消弧角度来看，完全补偿方式十分理想，但实际上却存在着严重问题。因为正常运行时，在某些条件下，如线路三相的对地电容不完全相等或断路器三相触头不同时合闸时，在中性点与地之间会出现一定的电压，此电压作用在消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联回路中，此时感抗与容抗相等，满足谐振条件，形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘，因此在实际电力工程中通常不采用完全补偿方式。CLIICL31LXCX2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn24（2）欠补偿欠补偿是使电感电流小于接地的电容电流，即，亦即，接地点尚有未补偿的电容性电流。欠补偿方式也较少采用，原因是在检修、事故切除部分线路或系统频率降低等情况下，可能使系统接近或达到全补偿，以致出现串联谐振过电压。CL＞IIC＞L312.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn25（3）过补偿过补偿是使电感电流大于接地的电容电流，即，亦即，接地点处尚有多余的电感性电流。过补偿可避免谐振过电压的产生，因此得到广泛应用。过补偿接地处的电感电流也不能超过规定值，否则电弧也不能可靠地熄灭。因此，消弧线圈设有分接头，用以调整线圈的匝数，改变电感值的大小，从而调节消弧线圈的补偿电流，以适应系统运行方式的变化，达到消弧的目的。CL＞IIC＞L312.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn26根据规程规定，消弧线圈一般采用接近谐振的过补偿方式。与中性点不接地系统一样，中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，允许运行不超过2h，在这段时间内，运行人员应尽快采取措施，查出接地点并将它消除；如在这段时间内无法消除接地点，应将接地的部分线路停电，停电范围越小越好。2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn27在正常运行时，如果中性点的位移电压过高，即使采用了消弧线圈，在发生单相接地时，接地电弧也难以熄灭。因此，要求中性点经消弧线圈接地的系统，在正常运行时其中性点的位移电压不应超过额定相电压的15％，接地后的残余电流值不能超过5~10A，否则接地处的电弧不能自行熄灭。2.2中性点经消弧线圈接地系统www.techbook.com.cn282.3中性点直接接地系统2.3中性点直接接地系统www.techbook.com.cn29随着电力系统输电电压的增高和输电距离的不断增长，单相接地电流也随之增大，中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已不能满足高压系统正常、安全、经济运行的要求。针对这些情况，电力系统中性点可经采用直接接地的运行方式，即中性点直接与大地相连。2.3中性点直接接地系统www.techbook.com.cn30如图2.4所示为中性点直接接地系统的工作原理图。2.3.1中性点直接接地系统的工作原理图2.4中性点直接接地系统的工作原理图2.3中性点直接接地系统www.techbook.com.cn31正常运行时，由于三相系统对称，中性点