第二章_電力系統(tǒng)中性點接地方式

1、第第二二章章 電力系統(tǒng)中性點接地方式電力系統(tǒng)中性點接地方式本章分析電力系統(tǒng)中性點常用接地方式本章分析電力系統(tǒng)中性點常用接地方式的特點及適用范圍的特點及適用范圍 概述概述一、定義一、定義 中性點：電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機、變壓器接成星形繞組的公共點。中性點：電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機、變壓器接成星形繞組的公共點。二、種類二、種類1 1中性點不接地中性點不接地2 2中性點經(jīng)消弧線圈接地中性點經(jīng)消弧線圈接地3 3中性點直接接地中性點直接接地前兩種又稱中性點非直接接地系統(tǒng)，也稱為小接地電流系統(tǒng)。后一種稱為大接前兩種又稱中性點非直接接地系統(tǒng)，也稱為小接地電流系統(tǒng)。后一種稱為大接地電流系統(tǒng)。地電流系統(tǒng)。三、中性

2、點運行方式不同對系統(tǒng)的影響三、中性點運行方式不同對系統(tǒng)的影響1 1供電可靠性；供電可靠性；2 2電氣設備和線路的絕緣水平；電氣設備和線路的絕緣水平；3 3通訊系統(tǒng)的干擾；通訊系統(tǒng)的干擾；4 4繼電保護的正確動作。繼電保護的正確動作?？傊行渣c采用何種運行方式，實際上是一個涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合總之，中性點采用何種運行方式，實際上是一個涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性問題。本章對此作一般性介紹。性問題。本章對此作一般性介紹。2.1 中性點非直接接地系統(tǒng)中性點非直接接地系統(tǒng)一、中性點不接地系統(tǒng)一、中性點不接地系統(tǒng)（一）正常運行（一）正常運行1.電壓情況：電壓情況：如三相導線經(jīng)完善換位，各相對地電

3、容相等。即如三相導線經(jīng)完善換位，各相對地電容相等。即CuCvCwC，則，則YuYvYwY。所以所以 wvuwwvvuunYYYYUYUYUU03wvunUUUU 下一頁下一頁UNVWC Cu uC Cv vC Cw w返返 回回可見正常運行中，電源中性點對地電壓為零，即中性點對可見正常運行中，電源中性點對地電壓為零，即中性點對地電位相等。地電位相等。則各相對地電壓為：則各相對地電壓為：U U相：相：V V相：相：W W相：相：結(jié)論：結(jié)論： 正常運行時，各相對地電壓為相電壓，中性點對地正常運行時，各相對地電壓為相電壓，中性點對地電壓為零。電壓為零。unuudUUUUvnvvdUUUUwnwwdU

4、UUU2電流情況：電流情況： 由于各相對地電壓為電源各相由于各相對地電壓為電源各相的相的相電壓。所電壓。所以電容電流大小相等，相位差為以電容電流大小相等，相位差為1201200 0。它它們之和們之和仍為零，所以沒有電容電流流過大地。仍為零，所以沒有電容電流流過大地。 當各相對地電容不等時，當各相對地電容不等時， 不為零，發(fā)生中不為零，發(fā)生中性點位移現(xiàn)象。在中性點不接地系統(tǒng)中，正常運性點位移現(xiàn)象。在中性點不接地系統(tǒng)中，正常運行時中性點所產(chǎn)生的位移電壓較小，可忽略。行時中性點所產(chǎn)生的位移電壓較小，可忽略。nU（二）單相接地故障（二）單相接地故障1.電壓情況：電壓情況： 上圖所示為上圖所示為W相發(fā)生

5、完全接地的情況，完全接地即金屬性接地，即相發(fā)生完全接地的情況，完全接地即金屬性接地，即接地電阻為零。很容易看出，中性點對地電壓：接地電阻為零。很容易看出，中性點對地電壓：各相對地電壓情況：各相對地電壓情況：U相：相： （線電壓）（線電壓）V相：相： （線電壓）（線電壓）W相：相：結(jié)論：結(jié)論： 故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為線電壓，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為線電壓，中性點對地電壓為相電壓。中性點對地電壓為相電壓。 wnUUuwnuudUUUUvwnvvdUUUU0wdU下一頁下一頁UNVWC Cu uC Cv vC Cw wd返返 回回2電流情況：電流情況：W相接地時，三相電

6、容電流不對稱。相接地時，三相電容電流不對稱。W相電容電流為零，其他兩相電容相電容電流為零，其他兩相電容電流的有效值為：電流的有效值為： I Icucu= =I Icvcv= =CUCUx x。 其中：其中：U Ux x相電壓；相電壓；角頻率；角頻率；CC相對地電容。相對地電容。這時三相電流之和不在為零，大地有電流流過，這時三相電流之和不在為零，大地有電流流過，W W相接地處的電流簡稱相接地處的電流簡稱為接地電流，用為接地電流，用 表示。則：表示。則： （ ）經(jīng)計算接地電流的有效值為：經(jīng)計算接地電流的有效值為：I Ic c3CU3CUx x，而正常運行時的一相對地電，而正常運行時的一相對地電流為

7、：流為：I Ic cCUCUx x?？梢妴蜗喙收蠒r的接地電流等于正常運行時一相對。可見單相故障時的接地電流等于正常運行時一相對地電容電流的三倍。由于對地電容與線路的結(jié)構(gòu)和長度有關(guān)，很難得地電容電流的三倍。由于對地電容與線路的結(jié)構(gòu)和長度有關(guān)，很難得到到C的參數(shù)。的參數(shù)。故實用計算可按下式計算：故實用計算可按下式計算：式中：式中：l1、l2架空線路和電纜線路長度，架空線路和電纜線路長度，km； UN網(wǎng)絡的線電壓，網(wǎng)絡的線電壓，KVKV； cIcIcuIcvI350)35(.21NcUllI3 3不完全接地的簡單情況不完全接地的簡單情況當發(fā)生不完全接地時，即通過一定的電阻接地，接地相對當發(fā)生不完全接

8、地時，即通過一定的電阻接地，接地相對地電壓大于零而小于相電壓，未接地相對地電壓大于相電地電壓大于零而小于相電壓，未接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓。中性點對地電壓大于零而小于相電壓，壓而小于線電壓。中性點對地電壓大于零而小于相電壓，線電壓仍保持不變，但此時接地電流要小一些。線電壓仍保持不變，但此時接地電流要小一些。4 4中性點不接地系統(tǒng)的特點中性點不接地系統(tǒng)的特點單相接地故障時，由于線電壓保持不變，用戶雖然能繼續(xù)單相接地故障時，由于線電壓保持不變，用戶雖然能繼續(xù)工作，但是接地處電流可能會出現(xiàn)電弧。工作，但是接地處電流可能會出現(xiàn)電弧。當線路不長、電壓不高時，接地電流較小，電弧一般能自當線路不

9、長、電壓不高時，接地電流較小，電弧一般能自動熄滅，特別是動熄滅，特別是3535k kV V及以下的系統(tǒng)中，絕緣方面的投資增及以下的系統(tǒng)中，絕緣方面的投資增加不多，而供電可靠性較高的優(yōu)點突出，所以中性點宜采加不多，而供電可靠性較高的優(yōu)點突出，所以中性點宜采用不接地的運行方式。用不接地的運行方式。當電壓高、線路長時，接地電流較大?？赡墚a(chǎn)生穩(wěn)定電弧當電壓高、線路長時，接地電流較大?？赡墚a(chǎn)生穩(wěn)定電弧或間歇性電弧，而且電壓等級較高時，整個系統(tǒng)絕緣方面或間歇性電弧，而且電壓等級較高時，整個系統(tǒng)絕緣方面的投資大為增加。上述優(yōu)點便不存在了。的投資大為增加。上述優(yōu)點便不存在了。5 5目前我國中性點不接地系統(tǒng)的應

10、用范圍：目前我國中性點不接地系統(tǒng)的應用范圍： （1 1）電壓在）電壓在500V500V以下的三相三線制裝置；以下的三相三線制裝置； （2 2）3 31010k kV V系統(tǒng)當接地電流系統(tǒng)當接地電流Ic30AIc30A時；時； （3 3）20206060k kV V系統(tǒng)當接地電流系統(tǒng)當接地電流IcIc1 10A0A時；時； （4 4）與發(fā)電機有直接電氣聯(lián)系的）與發(fā)電機有直接電氣聯(lián)系的3 32020k kV V系統(tǒng)，系統(tǒng)，如要求發(fā)電機帶內(nèi)部單相接地故障運行，當接地如要求發(fā)電機帶內(nèi)部單相接地故障運行，當接地電流電流Ic5AIc5A時。時。 當不滿足上述條件時，常采用中性點經(jīng)消弧線當不滿足上述條件時，

11、常采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或直接接地的運行方式。圈接地或直接接地的運行方式。二、中性點經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)二、中性點經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng) 中性點不接地系統(tǒng)具有單相接地故障時可中性點不接地系統(tǒng)具有單相接地故障時可繼續(xù)供電的優(yōu)點，但當接地電流較大時容繼續(xù)供電的優(yōu)點，但當接地電流較大時容易產(chǎn)生接地而造成危害。為了克服這一缺易產(chǎn)生接地而造成危害。為了克服這一缺點，可設法減小接地處的接地電流。采用點，可設法減小接地處的接地電流。采用的方法是在出現(xiàn)單相接地故障時使接地處的方法是在出現(xiàn)單相接地故障時使接地處流過一個感性電流，因而減小接地電流，流過一個感性電流，因而減小接地電流，采用中性點經(jīng)消弧線圈接

12、地的運行方式。采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。（一）消弧線圈的工作原理（一）消弧線圈的工作原理1消弧線圈的結(jié)構(gòu)與型號消弧線圈的結(jié)構(gòu)與型號 消弧線圈裝有鐵芯，可調(diào)、電阻小、電抗很大，外形跟小容量變壓器相似，裝在發(fā)電機或變壓器的中性點與大地之間。為調(diào)節(jié)線圈扎數(shù)，通常有59個分接頭可選用，用來改變補償程度，國產(chǎn)型號為XDJL。其中X消弧線圈；D單相；J油浸式；L鋁線。2消弧線圈的類型消弧線圈的類型 消弧線圈有多種類型，包括分級調(diào)扎式、在線分級調(diào)扎式、氣隙可調(diào)鐵芯式、氣隙可調(diào)柱塞式、直流偏磁式、直流磁閥式、調(diào)容式、五柱式等下下一一頁頁返返 回回UNVWC Cu uC Cv vC Cw wd（二二）

13、消弧線圈的補償方式）消弧線圈的補償方式 為了表明單相接地故障時消弧線圈電感電流為了表明單相接地故障時消弧線圈電感電流ILIL對接地電流對接地電流IcIc的補償情的補償情況，取況，取K K 稱為補償度，也稱調(diào)諧度。稱為補償度，也稱調(diào)諧度。 取取V V1 1K K 稱為脫諧度，根據(jù)電感電流對接地電流的補償稱為脫諧度，根據(jù)電感電流對接地電流的補償程度，消弧線圈的補償方式有三種：完全補償、欠補償和過補償。程度，消弧線圈的補償方式有三種：完全補償、欠補償和過補償。1 1完全補償完全補償 完全補償是使電感電流等于接地電流。即完全補償是使電感電流等于接地電流。即ILILIcIc，這時，調(diào)諧度，這時，調(diào)諧度K

14、 K1 1，脫諧度脫諧度V V0 0。這種方式表面上很理想，但實際上存在很大問題。這種方式表面上很理想，但實際上存在很大問題。一般不采用完全補償方式。一般不采用完全補償方式。2 2欠補償欠補償 欠補償時，欠補償時，ILILIcIc，調(diào)諧度，調(diào)諧度K1K0V0。單相接地故障時接地處有容。單相接地故障時接地處有容性性的補償電流（的補償電流（IcIcILIL），一般不采用欠補償?shù)姆绞?。），一般不采用欠補償?shù)姆绞健?但對于采用與升壓變壓器單元連接的發(fā)電機中性點的消弧線圈，為了限制但對于采用與升壓變壓器單元連接的發(fā)電機中性點的消弧線圈，為了限制電容耦合傳遞過電壓以及頻率變化等對發(fā)電機中性點位移電壓的影響

15、，宜采用電容耦合傳遞過電壓以及頻率變化等對發(fā)電機中性點位移電壓的影響，宜采用欠補償方式。欠補償方式。cLIIcLcIII 3 3過補償過補償（1 1）特點：過補償是使電感電流大于接地電流，即）特點：過補償是使電感電流大于接地電流，即ILILIcIc，調(diào)諧度，調(diào)諧度K1K1，脫諧度，脫諧度V0V0。單相接地故障接地處。單相接地故障接地處有感性過補償電流（有感性過補償電流（ILILIcIc），這種補償方式不會有上），這種補償方式不會有上述缺點。因為當接地電流減小時，過補償電流更大，不述缺點。因為當接地電流減小時，過補償電流更大，不會變?yōu)橥耆a償。另外，即使將來電網(wǎng)發(fā)展，原有的消會變?yōu)橥耆a償。另外

16、，即使將來電網(wǎng)發(fā)展，原有的消弧線圈還可以使用?；【€圈還可以使用。（2 2）應用：裝在電網(wǎng)中變壓器中性點的消弧線圈以及具有）應用：裝在電網(wǎng)中變壓器中性點的消弧線圈以及具有直配線的發(fā)電機中性點的消弧線圈應采用過補償方式。直配線的發(fā)電機中性點的消弧線圈應采用過補償方式。（3 3）消弧線圈的裝設位置：在發(fā)電廠發(fā)電機電壓側(cè)的消?。┫【€圈的裝設位置：在發(fā)電廠發(fā)電機電壓側(cè)的消弧線圈可裝在發(fā)電機中性點上，也可以裝在廠用變壓器中線圈可裝在發(fā)電機中性點上，也可以裝在廠用變壓器中性點上。當發(fā)電機與變壓器為單元接線時，消弧線圈應性點上。當發(fā)電機與變壓器為單元接線時，消弧線圈應裝在發(fā)電機中性點上，裝在發(fā)電機中性點上，

17、6 61010k kV V消弧線圈也可裝在調(diào)相機消弧線圈也可裝在調(diào)相機的中性點上。的中性點上。4自動跟蹤補償自動跟蹤補償長期以來，消弧線圈補償電流都是用手動調(diào)節(jié)方式（分接頭），不能做到準確、及時，不能得到令人滿意的補償效果，因而有待改進為自動跟蹤補償方式。采用自動跟蹤補償裝置，能跟蹤電網(wǎng)電容電流變化而進行自動調(diào)諧，平均無故障時間最少，其補償效果是離線調(diào)扎式消弧線圈無法比擬的。據(jù)不完全統(tǒng)計，至今，我國電網(wǎng)已有數(shù)千臺各種規(guī)格不同的自動跟蹤補償消弧線圈裝置在運行。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)L值的方法：值的方法：（1）改變鐵芯氣隙長度。將鐵芯制成可移動式，用機械方法平滑調(diào)節(jié)，即可平滑調(diào)節(jié)L值。（2）改變鐵芯導磁率r。采

18、用電氣方法，運用現(xiàn)代電子技術(shù)改變鐵芯的導磁率，也可平滑調(diào)節(jié)L值。（三）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的應用范圍（三）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的應用范圍1特點：特點：這種運行方式下正常運行情況和單相接地故障時的電壓情況與中性點不接地系統(tǒng)的電壓情況一樣。優(yōu)點：可靠性高、投資不太大。2應用范圍：應用范圍： 我國規(guī)定，凡是不符合中性點不接地運行方式的360kV系統(tǒng)，均采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。 在我國110kV系統(tǒng)，大多不采用消弧線圈接地的運行方式而直接采用直接接地。主要是為了減少設備和線路的絕緣投資，但是在個別雷害事故較嚴重的地區(qū)和某些大城市電網(wǎng)，為了提高供電可靠性，也會采用經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。2.2 中性點直接接地系統(tǒng)中性點直接接地系統(tǒng)隨著輸電電壓的增高和線路的增長，消弧線圈已不便使用，就采取了將中性點直接接地的方式，單相接地故障時，由于接地相直接經(jīng)過地對電源構(gòu)成單相短路，故稱此故障為單相短路。這時繼電保護裝置動作，斷路器跳開，迅速切斷故障。一、電壓情況：一、電壓情況：（一）正常運行時：各相對地電壓為相電壓，中性點對地電壓為零。（二）單相接地故障時：故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為相電壓，中性點對地電壓為零