电力系统中性点接地方式

发电厂电气部分第八章电力系统中性点接地方式第一节概述第二节中性点非有效接地系统第三节中性点有效接地系统第四节各种接地方式的比较与适用范围第五节发电机中性点接地方式发电厂电气部分电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点，称为电力系统中性点。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。我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有三种，即：不接地，经消弧线圈接地和直接接地。根据主要运行特征，可将电力系统按中性点接地方式归纳为两大类：（1）非有效接地系统或小接地电流系统。包括中性点不接地，经消弧线圈接地及经高阻抗接地的系统。通常这类系统有X0/X13，R0/X11。当发生一相接地故障时，接地电流被限制到较小数值，非故障相的对地稳态电压可能达到线电压。第一节概述发电厂电气部分（2）有效接地系统或大接地电流系统。包括中性点直接接地及经低阻抗接地的系统。通常这类系统有X0/X1≤3，R0/X1≤1。当发生一相接地故障时，接地电流有较大数值，非故障相的对地稳态电压不超过线电压的80%。电力系统的中性点接地方式是一个涉及到多方面的综合性技术问题。第二节中性点非有效接地系统中性点非有效接地主要有不接地和经消弧线圈接地两种。一、中性点不接地系统中性点不接地又叫做中性点绝缘。在这种系统中，中性点对地的电位是不固定的，在不同的情况下，它可能具有不同的数值。中性点对地的电位偏移称为中性点位移。中性点位移的程度，对系统绝缘的运行条件来说是至为重要的。发电厂电气部分(a)(b)图8-1中性点不接地系统的正常运行状态1.中性点不接地系统的正常运行图8-1（a）为一中性点不接地系统正常运行的示意图。中性点不接地系统正常运行时，中性点所具有的对地电位，称为不对称电压，用表示。各相对地电流的相量和应为零，即()()()0CUCVCWUnoUVnoVWnoWIIIUUYUUYUUY（8-1）noUUUVVWWnoUVWUYUYUYUYYY（8-2）由式（8-1）可得取为参考量，即UUUUphUUU2VphUaUWphUaU（8-3）OWVUOCUCVCWgUgVgWWUVUUUnoUCWICVICUIWUVUUUnoU发电厂电气部分、、大致相同，均用表示。将式（8-3）代入式（8-2），得11nophUUjd（8-4）（8-5）,（8-6）WVUWVUCCCCCC2)(3WVUCCCgdVgWggUg近似地代表中性点不接地系统正常运行时不对称电压与相电压的比值（因1），称为系统的不对称度。将和的复数值代入式（8-5）可求得phnoWVUU)()()(（8-7）noUphUda2a代表系统的泄漏电导与电容电纳的比值，称为系统的阻尼率。d发电厂电气部分由式（8-4）、（8-5）可见：不对称电压的产生，主要是由于导线的不对称排列而使各相对地电容不相等的故缘。1）当架空线路经过完全换位时，各相导线的对地电容是相等，这时中性点O对地没有电位偏移，或说中性点与地电位相同，各相对地电压等于该相电源电压，电压相量图如图8-1（b）中的虚线所示。电缆线路与上下述情况相同，即其不对称度为零。2）当架空线路不换位或换位不完全时，各相导线的对地电容不等，这时中性点O对地存在电位偏移，或说中性点与地电位不同，电源电压三角形由图8-1（b）中的虚线位置移到了实线位置，各相对地电压（点划线）不再对称。noU发电厂电气部分2.中性点不接地系统的单相接地故障当系统由于绝缘损坏而发生单相接地故障时，情况将发生明显变化。（1）金属性接地（接地电阻为零）。图8-2（a）表示系统在U相K点发生金属性接地时的情况，并忽略泄漏电导。设中性点的位移电压为，这时图8-2中性点不接地系统U相金属性接地0OUUUUUUOUU（8-9）（8-8）即OUV、W相的对地电压相应为15015033jUOWWjUOVVeUUUUeUUUU(8-10)WVUOQFCUCVCWOICWICVICKWUVUUUOUOUCWICWICVICVICICIWUVUUUWUVU(a)(b)发电厂电气部分）150150)0(330(31)(31jUjUWVUeUeUUUUUOUUU(8-11)V、W相的电容电流分别为603jUVVVCVeUCjXUI1203jU（8-13）（8-12）CWCVCIIIOUUCjUCj33（8-14）phCCUI3为三相对地电容的平均值。电压、电流相量关系如图8-2（b）所示。C而故障点的零序电压为)0(U其绝对值为：发电厂电气部分由以上分析可知，当中性点不接地系统发生单相金属性接地时：1）中性点对地电压与接地相的相电压大小相等、方向相反，并等于电网中出现的零序电压。2）故障相的对地电压降为零；两健全相的对地电压升高为相电压的倍，即升高到线电压，其相位差不再是120°，而是60°。三个线电压仍保持对称和大小不变，故对电力用户的继续工作没有影响，这是这种系统的主要优点。但各种设备的绝缘水平应按线电压来设计。3）两健全相的电容电流相应地增大为正常时相对地电容电流的倍，分别超前相应的相对地电压90°；而流过接地点的单相接地电流为正常时相对地电容电流的3倍，并超前90°。OUOU33CI发电厂电气部分（2）经过渡电阻接地。仍忽略绝缘泄漏电导，并设。当U相接地时，线路各相对地导纳为：，。这时CCCCWVUCjRYkU1CjYYWVUWVUWWVVUUOUYYYYUYUYUUkCRj311表示系统单相接地时中性点位移电压与相电压的比值，称为接地系数。当时，，即上述金属性接地情况；当为有限数值时，。kROUphU0kR11kR)3(UCUCjI经过U相接地点的接地电流为：（8-18）（8-17）（8-16）发电厂电气部分可见，当发生经过一定的过渡电阻单相接地时，中性点对地电压较故障相的相电压小，两者相位差小于180°，所以，故障相的对地电压将大于零而小于相电压，而健全相的对地电压则大于相电压而小于线电压，这时接地电流将较金属性接地时要小。单相接地时，接地电流的大小与网络的电压、频率和相对地电容C的大小有关，而电容C的大小则与电力网的结构、布置方式、相间距离、导线对地高度、杆塔型式、导线长度等因素有关。总的来说，接地电流较之负荷电流要小得多，不会引起线路继电保护动作跳闸。电网单相接地的电容电流可用下式近似估算kROUCI350)35(21NCUllI（A）（8-19）1l2lNU式中、分别为架空线路和电缆线路长度（km）；为电网额定线电压（kV）。1l2lNU发电厂电气部分变电所中的电气设备所引起的电容电流增值，可按表8-1所列数据估算。单相接地时所产生的接地电流将在故障处形成电弧。电弧的大小与接地电流成正比。当接地电流不大时，则电流过零值时电弧将自行熄灭；当接地电流较大（30A以上）时，将形成稳定的电弧；当接地电流大于5～10A而小于30A时，有可能形成一种不稳定的间歇性电弧，将会引起较严重的过电压。由于中性点不接地系统的前述特点及上述原因，在发生单相地时，一般只动作于信号（利用中性点位移电压）而不动作于跳闸，系统可继续运行2h。3.适用范围电力网中的故障以单相接地为最多，而63kV及以下的电力网，由于单相接地电流不大，一般接地电弧均能自行熄灭，所以，这种电力网采用中性点不接地方式最为适宜。发电厂电气部分根据上述情况，在我国，中性点不接地方式的适用范围为：1）电压小于500V的装置（380/220V的照明装置除外）；2）3~10kV电力网，当单相接地电流小于30A时；如要求发电机能带单相接地故障运行，则当与发电机有电气连接的3~10kV电力网的单相接地电流小于5A时；3）20~63kV电力网，当单相接地电流小于10A时。如不满足上述条件，通常将中性点经消弧线圈接地、经低电阻接地或直接接地。二、中性点经消弧线圈接地系统消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，它的导线电阻很小，电抗很大。当发生单相接地故障时，可产生一个与接地电容电流的大小相近、方向相反的电感电流，从而对电容电流进行补偿。通常把称为补偿度或调谐度。CILICLIIK/发电厂电气部分1.消弧线圈结构简介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、气隙可调铁芯式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流磁阀式、调容式、五柱式等。电压测量线圈铁芯空气隙线圈图8-3离线分级调匝式消弧线圈内部结构示意图离线分级调匝式消弧线圈内部结构示意图如图8-3所示。其外形和小容量单相变压器相似，有油箱、油枕、玻璃管油表及信号温度计，而内部实际上是一只具有分段（即带气隙）铁芯的电感线圈。采用带气隙铁芯的目的是为了避免磁饱和，使补偿电流和电压成线性关系，减少高次谐波，并得到一个较稳定的电抗值；另外，带气隙可减小电感、增大消弧线圈的容量。发电厂电气部分在铁芯柱上设有主线圈，一般采用层式结构，以利于线圈绝缘。在铁轭上设有电压测量线圈（即信号线圈）。为了测量主线圈中通过的电流，在主线圈的接地端装有次级额定电流为5A的电流互感器。消弧线圈均装有改变线圈的串联连接匝数（从而调节补偿电流）的分接头。电压测量线圈也有分接头，以便得到合适的变比。当补偿网络的线路长度增减或某一台消弧线圈退出运行时，都应考虑对消弧线圈切换分接头，使其补偿值适应改变后的情况。这种消弧线圈不允许带负荷调整补偿电流，切换分接头时需先将消弧线圈断开，所以称为“离线分级调匝式”。发电厂电气部分2.中性点经消弧线圈接地系统的正常运行图8-4为其原理接线图。图中，、分别为消弧线圈的电感及有功损耗（或称铁内损失）等值电阻，很大。其导纳为LjrjbgYLL1100（8-20）与中性点不接地系统类似，仍取为参考量，并认，可推导得L0r0rUUggggWVUOphUUjd（8-21）)(WVUCCCGd图8－4中性点经消弧线圈接地系统正常运行WUOUWVUOCUCVCWgUgVgWr0LVUUULICWICVICUI)(1)(WVUWVUCCCLCCC（8-23）（8-22），发电厂电气部分式中，为对地全电导；的表达式同式（8-5）；为电网的阻尼率，一般约为5%；称为电网的脱谐度，增大可降低正常运行时中性点位移电压，但也不能选得过大，否则将影响单相接地时的消弧效果。一般选在10%左右。03ggGdOU3.中性点经消弧线圈接地系统的单相接地图8-5（a）为其原理接线图。与前述中性点不接地系统一样，忽略对地泄漏电导及消弧线圈损耗电导，并认为三相对地电容均为，当U相发生单相金属性接地时有式（8-8）~（8-14）关系。这时消弧线圈处于中性点电压下，则有一感性电流流过线圈COULI发电厂电气部分(a)(b)图8－5中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地WVUOQFCUCVCWOKLWUVUVUUUUUOULILILCIICVICVICWICWICIWUVUWUOULUjjXUIOLOLLUIphL(8-24)其绝对值为总的接地电流为()3CVCWLCLOOIIIIIUjCUjLLUCUIIIIphphLCLC3其绝对值为电压、电流相量图如图8-5（b）所示。补偿度和脱谐度可表达为CLIIKCL31KIIICLCCLC1313(8-25)(8-27)(8-26)发电厂电气部分适