1-3电力系统的中性点及其运行方式

学习情境四电力系统中性点运行方式典型工作任务：电力系统与供电系统的基本知识一、学习目标二、难点重点1、了解电力系统中性点的概念。2、能定性分析各类中性点运行方式下的特点及正确处理分析、判断单相接地故障各类中性点运行方式下的特点及正确处理分析、判断单相接地故障。情景四：电力系统中性点运行方式b.大电流接地系统，包括中性点经低电阻接地和中性点直接接地两种形式。a.小电流接地系统，包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种形式电力系统中性点运行方式电力系统的中性点是指发电机或变压器的三相绕组“Y”连接绕组的中性点，综合考虑电力系统运行的可靠性、安全性、经济性及人身安全等因素。1、中性点不接地的电力系统中性点不接地的运行方式，即电力系统的中性点不与大地相接。我国3～66kV系统，特别是3～10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式。中性点不接地系统一般都装有单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，会及时发出警报，提醒工作人员尽快排除故障；同时，在可能的情况下，应把负荷转移到备用线路上去。1中性点不接地的电力系统各相导体对地之间的分布电容，用集中参数表示负荷CULUUIIICVLVVIIICWLWWIIILUILVILWICWICVICUINUVWQFWCVCUCnWVUWWVVUUNYYYYYUYUYUYYUU对称三相电路：033)(WVUWVUNUUUYYUUUU中性点对地电位为零，与地等电位。各相对地电压nWWdnVVdnUdUUUUUUUUUnUWU中性点不接地系统—正常运行时情况⑴电源中性点与地同电位，各相的相电压等于各相的对地电压。⑵各相对地电容电流的大小相等Ｉc0＝ＵC／Ｘc，它们的相量和为零，地中没有电容电流通过。结论负荷NUVWQFWCVCUCCUICVICICICUICVIWUnUWnWdWnWdUUUUUU0当W相发生金属性接地时，故障相对地电压为0非故障相对地电压：WVnVvdWUnUUdUUUUUUUUUU中性点不接地系统—W相接地时情况单相接地时接地电流：CUIIphCVCU3WVnVvdWUnUUdUUUUUUUUUUUUVUWUWUVdUUdUCVICUICICI当W相发生金属性接地时，非故障相对地电压为：)(CVCUCIIIphCUCCUII33中性点不接地系统—W相接地时情况结论接地相电压为零，非故障相电压升高为线电压；线电压维持不变。接地电流等于正常运行时一相对地电容电流的三倍。采用中性不接地系统当一相发生接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。中性点不接地系统系统的单相接地电容电流（A）；350)35(cabohNCllUICIohlNUcabl确定中性点不接地系统的单相接地电容电流的经验公式：系统的额定电压（kV）;NU为同一电压具有电气联系的架空线路总长度（km）；NU为同一电压的具有电气联系的电缆线路总长度（km）。中性点不接地系统在电压为3～10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在20～60kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(2.5～3)Ux。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。中性点不接地系统注意事项（1）单相接地状态不允许长时间运行1）如果另一相又发生接地故障，就形成两相接地短路，产生很大的短路电流，从而损坏线路及其用电设备；2）较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，形成间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。原因：中性点不接地系统注意事项（2）我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间不应超过2小时（3）中性点不接地系统一般都装有单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，会及时发出警报，提醒工作人员尽快排除故障；同时，在可能的情况下，应把负荷转移到备用线路上去。中性点不接地系统目前我国电力系统中性点不接地的适用范围：电压在500V以下的三相三线制装置；3～10kV系统当接地电流IC≤30A时；20～60kV系统当接地电流IC≤10A时；与发电机有直接电气联系的3～20kV系统，如果要求发电机带内部单相接地故障运行，当接地电流IC≤5A。注意事项中性点不接地系统2中性点经消弧线圈的电力系统1）3～10KV系统中，接地电流大于30A2）20KV及以上系统中，接地电流大于10A在中性点不接地系统中，单相接地电流超过如下的规定数值：将产生断续电弧，从而在线路上引起危险的过电压，因此须采用经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过电压的产生。采用当出现单相接地故障时,使接地处流过一个与接地电流相反的感性电流，即在中性点与地之间接入一电感线圈——即消弧线圈。LI负荷NUVWQFWCVCUCCUICVICICICUICVILILILI消弧线圈电力系统中性点经消弧线圈接地电压测量线圈铁芯气隙绝缘纸筒线圈外形图消弧线圈线圈的电阻很小，电抗很大。外形和小容量变压器相似；铁芯和线圈浸在油箱中，为防止铁芯磁饱和，铁芯具有空气隙，气隙沿整个铁芯柱均匀放置。为了调整线圈匝数，通常有5～9个分接头可供选用，以改变补偿程度。消弧线圈的结构电力系统中性点经消弧线圈接地图3一相接地时的中性点经消弧线圈接地系统a）电路图b）相量图电力系统中性点经消弧线圈接地消弧线圈接地的作用分析通过消弧线圈的电感电流LUIXL消弧线圈的补偿方式CLIILICI＜LICI＞1、全补偿2、欠补偿3、过补偿L1C3＜L1C3＞CL31考虑到全补偿和欠补偿方式会满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压，危及设备安全，过补偿的方式在电力系统中广泛使用。电力系统中性点经消弧线圈接地（1）380V三相三线制系统；（2）接地电流不超过规定值的60kV及以下高压系统：①３～６kV系统，Ｉc=30A，否则采用经消弧线圈接地；②20～60kV系统，Ｉc=10A，否则采用经消弧线圈接地；③发电机有直接电气联系的3~20kV系统，如果要求发电机带内部单相接地故障运行，当接地电流Ｉc５A，否则采用经消弧线圈接地中性点不接地系统应用范围电力系统中性点经消弧线圈接地1、中性点不接地的电力系统随着输电电压的增高和线路的增长，当采用中性点非直接接地运行方式，当发生单相接地时，接地点对地电容电流加大，同时，线路对地绝缘的投资显著加大。综合供电可靠性和经济性考虑，克服中性点不接地系统缺点的另一种方法，是将中性点直接接地。3中性点直接接地的电力系统负荷NUVWQFkI)1(中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。中性点直接接地图4一相接地时的中性点直接接地系统发生单相接地时，其它两完好相的对地电压不会升高，因此，该系统中的供电设备的绝缘只需按相电压考虑，而无需按线电压考虑。中性点直接接地中性点直接接地系统的特点应用范围1）110KV以上的超高压系统。目前我国110KV以上电力网均采用中性点直接接地方式。理由：高压电器的绝缘问题是影响电器设计和制造的关键，电器绝缘要求的降低，直接降低了电器的造价，同时改善了电器的性能。应用范围2）380/220V低压配电系统。我国380/220V低压配电系统也采用中性点直接接地方式，而且引出中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），这样的系统，称为TN系统。1）中性线（N线）（2）低压配电系统中性点连接和接地方式中性点直接接地方式中，从中性点引出的线称为中性线，用字母N表示。中性线（N线）的作用，一是用来接相电压为220V的单相用电设备；二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减少负载中性点的电压偏移。2）保护线（PE线）保护线（PE线）的作用是保障人身安全，防止触电事故发生。在TN系统中，当用电设备发生单相接地故障时，就形成单相短路，使线路过电流保护装置动作，迅速切除故障部分，从而防止人身触电。3)保护中性线（PEN线）兼有中性线和保护线的功能，在我国俗称为零线或地线所谓的TN系统，即中性点直接接地系统，且有有中性线（N线）引出。“TN”中“T”表示中性点直接接地，“N”表示该低压系统内的用电设备的外露可导电部分直接与电源系统接地点相联。TN系统可因其N线和PE线的不同形式，分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。TN系统配网电缆线路特点1.电缆线路的对地电容电流比相同长度的架空线路大得多，因此电网单相接地电容电流相当大。2.电缆线路的运行受外界因素的影响小，发生瞬时性接地机会很少，一旦发生接地故障，一般来说都是永久性故障。3.电力电缆的绝缘裕度比架空线路小得多，承受过电压的能力低。在发生单相接地故障时，由于非故障相电压升高到线电压以上，容易引起配网中非故障相电缆第2点或多点击穿，形成相间短路故障，扩大事故。4.电力电缆的绝缘是有机绝缘，一旦发生绝缘击穿即为永久性故障，绝缘不能自恢复，如果不及时断电，故障处绝缘会被迅速烧坏，发展成为相间故障，使故障扩大。因此，电缆击穿故障要求迅速切除，而且不允许重合闸。5.随着电缆比重的增加，配网的单相接地电容电流急剧上升，通过对配网运行监测和事故统计发现：单相弧光接地故障引起和激发的过电压概率明显上升，高倍率过电压出现的概率增大，老旧电缆绝缘击穿事故频率增加，不利于电网安全运行。1、中性点不接地的电力系统近几年来，随着10kV配电系统的应用不断扩大，特别是现代化大、中型城市在电网改造中大量采用电缆线路，致使接地电容电流增大。因此，即使采用中心点经消弧线圈接地的方式也无法完全在发生接地故障时熄灭电弧；而间歇性电弧及谐振引起的过电压会损坏供配电设备和线路，从而导致供电的中断。4中性点低电阻接地的电力系统（1）中性点经低电阻接地系统的特点1）它接近于中性点直接接地的运行方式，在系统发生单相接地时，保护装置会迅速动作，切除故障线路，通过备用电源的自动投入，使系统的其他部分恢复正常运行。2）我国一些大城市的10kV系统采用了中性点经低电阻接地的方式。例如，北京市四环路以内地区的变电站，10kV系统中性点均采用经低电阻接地方式20kV（正式？）作为中压配电网的一个电压等级，中性点将采用小电阻接地的运行方式，当线路发生单相接地故障，跳开故障配电线路，以减少发生触电事故的可能性。当发生单相接地故障后，低电阻接地系统对发生单相接地故障的线路会立即跳闸，并不使其它两相长时间承受线电压。为了避免暂态过电压，还可以采用无间隙金属氧化物避雷器保护。城市配电网中性点大都采用不接地或经消弧线圈接地的运行方式，提高了城市配电网供电可靠性。运行经验证明：这种做法对以架空线路为主的配电网是十分适宜的，因为架空线路发生故障后，一般均可借助自动重合闸的作用，保证对用户的不间断供电（成功率平均为70～80%）。对电缆线路，因为电缆线路不管是单相或相间发生故障，都应停电找故障点并进行检修，所以电缆线路发生故障跳闸后一般不允许重合送电，主要靠环网