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1、电力工程,山东电力高等专科学校,第六节 电力系统中性点运行方式,电力系统中性点是指星形连接的变压器(或发电机)的中性点。这些中性点的运行方式涉及到绝缘水平、通讯干扰、接地保护方式、电压等级、系统接线等方面。,电力系统发展初期，发电机和变压器的中性点都是不接地的。这是很自然的，那时供电范围很小，网络不大，电压也低，中性点不接地既简单又经济，没有人想到应该把中性点和地连接起来。但是随着电力系统的发展，网络逐步扩大，电压不断升高，中性点不接地系统在运行中开始暴露出很严重的问题系统中频频发生弧光接地过电压引起的事故。于是，中性点接地才引起人们的注意。运行经验表明，中性点接地方式正确与否，对保证电力系统
2、的安全运行又很大的意义。要综合考虑过电压与绝缘配合，继电保护及自动装置的正确动作，提高系统运行的稳定性，防止对通讯的干扰，保证安全供电及节省投资等，要求确定中性点的接地方式。,我国电力系统的中性点运行方式主要有两大类： （1）电力系统的中性点有效接地，包括中性点直接接地、中性点经低电阻接地，也称为大电流接地系统； （2）电力系统的中性点非有效接地，包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高电阻接地，也称为小电流接地系统。,一、中性点不接地系统 中性点不接地系统如图所示。,由于中性点不接地对地绝缘，地中无电流通过，所以各相电流平衡：,假设系统在理想状态下，且线路经过完全换位，则，各相对地
3、分布电容分别为：,各相电流为：,将上式代入电流平衡方程，可以求得中性点实际电压：,其中：,我们称,为电网不对称度，,它近似表示中性点对地电压与相电压的比值，它的绝对值为：,显然，中性点的电压值与各相分布电容是否对称以及对称度有关，若认为三相完全对称，即三相对地电容：,则不对称度,，但实际电网中各相对,地电容总是有些不对称的，因而一般不为零，通常情况下不对称度在3.5%左右，即中性点对地电压，为相电压的0.035倍。近似计算往往将其忽略，认为,中性点不接地系统在运行过程中如果发生单相接地，如图所示：,此时因C相接地，则C相电位为地电位，即为；零，则C相与地形成的回路电压方程为：,此时中性点对地电
4、压是,即中性点电压上升为相电压，其他两相对地电压为：,，即由相电压上升为线电压。但是单相接地后系统的三相对称关系并未被破坏，仅中性点以及各相对地电压发生变化，非故障相对地电压,假设各相对地电容相等，则流过接地点的接地电流即为C相电容电流，即为：,代入电压方程，可得：,由此可以看出该电流为正常是一相电容电流的三倍。,中性点不接地系统单相接地向量图,电力线路单相接地故障由瞬时接地故障和永久接地故障之分。像因为落雷引起的事故，一般不致于造成永久接地，只是瞬间使得带电导线对地闪络，雷电流消失后，如果电力系统固有的接地电流不大，短路点的电弧可以自行熄灭，系统可以重新回复正常。,运行经验表明，对于10kV
5、以下的电网，接地电流一般不超过30A；对于35kV电压等级电力网，接地电流不超过10A时，接地电流通常可以自动熄灭。接地电流超过上述数值时，可能产生间歇性电弧或稳定燃烧的电弧。间歇性电弧在系统中会引起电弧过电压，过电压的数值随电弧重燃次数增加。实际测量表明，其数值可以达到3.2倍左右，从而引起多相短路的危险。,中性点不接地系统发生单相永久性接地故障时，中性点电位升高为相电压，非故障相对地电压上升为根3倍相电压，即上升为线电压，相间电压不变，依然是对称的，接地电流为正常一相电容电流的3倍，系统仍然可以继续运行，在运行中找出接地故障，消除故障后系统可以自动恢复运行。 但要注意,这种系统发生单相接地
6、时,继续运行的时间不能太长,一般不允许超过2h内,迅速发现并消除故障。否则会扩大故障或损坏设备。,中性点不接地系统的特点：,对于35kV以下的电力网，由于线路绝缘水平比较低，单相接地故障多，同时它们的线路较短，接地电流较小，瞬间故障形成的接地电弧容易自行熄灭。另外，由于电压较低，线路按照线电压设计绝缘所花费用较少。所以接地电流不大于30A的10kV电网和接地电流不大于10A的35kV电网、发电机直配系统,接地电流小于5A时。均采用中性点不接地运行方式。,二、中性点经消弧线圈接地系统,如前所述，中性点不接地系统单相接地电流10kV电网超过30A，35kV电网超过10A时，瞬间接地故障就不能自行消
7、除，由此产生的间歇性电弧过电压可能危害电网绝缘。若能找到一种方法，能减小接地电流，就可以解决因接地电流过大引起的问题。中性点经消弧线圈接地就是能减少接地电流的有效方法。,中性点经消弧线圈接地系统如图所示：,消弧线圈时一个带有铁芯，铁芯带有气隙的可调电感线圈，接在变压器或发电机的中性点与地之间。正常运行时，如果系统参数完全对称，则中性点电压为零，消弧线圈中没有电流通过，当发生单相接地时，中性点电压升高为相电压，消弧线圈将有电流通过，其电流为：,该电流与其他非故障相形成的电容电流同时经过接地点，此时接地电流为：,由于Icc与IL方向相反，故能使得Id减少。简单讲就是由于装设了消弧线圈，构成了另一回
8、路,故障相的电流中增加了一个感性电流分量IL，它和装设消弧线圈前的容性电流分量相补偿，减小了接地点的电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。,根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度的不同,可有三种方式: （1）全补偿 （2）欠补偿 （3）过补偿,为了分析的方便，提出所谓脱谐度与补偿度的概念。,（1）全补偿,若选择电感L使其满足,，接地电流Id将为0。这种情况称为全补偿。此时v0，k1。从消弧观点来看，这是最理想的方式，但实际上它存在严重缺点，因为，此时消弧线圈的感抗值与非故障相的对地电容容抗值正好构成串联谐振关系，由于系统在运行时并不是严格对称的(如三相对地电容不完全相等，断路器三相
9、触头不同时闭合等)，中性点存在一定的位移电压，它将在串联谐振回路产生过电压，危及电力网的绝缘，影响电网的正常运行。因此，一般避免在运行中采取全补偿的方式。,（2）欠补偿,若选择L使其满足,，因IccIL，接地,点电流呈容性，称为欠补偿方式。此时脱谐度为正，补偿度小于1。这种方式一般也较少采用，因为在运行中部分线路有突然断开的可能，这样将使接地容性电流变小，有可能出现全补偿的情况。所以，一般很少采用。,（3）过补偿,点电流呈感性，称为过补偿运行方式。此时脱谐度为负值，补偿度大于1。一般运行中均采用这种补偿方式。但是为了防止系统扩建，线路扩建等原因从而出现 全补偿的可能性，脱谐度要求在10左右，而
10、不能选择过小。,若选择L使其满足,，因IccIL，接地,采用消弧线圈接地方式发生单相接地时，线间电压对称关系仍然未被破坏，故能继续运行，这就提高了供电的可靠性。我国35kV电压等级电网一般采用这种运行方式。多数山区为提高110kV电网的供电可靠性也采用消弧线圈接地方式。,三、中性点经电阻接地,当接地电容电流超过允许值时，也可以采用中性点经电阻接地方式.中性点经电阻接地系统的单相接地 情况如图所示：,中性点经电阻接地发生单相接地向量图,中性点经电阻接地与经消弧线圈接地相比，改变了接地电流的相位，使通过接地点的电流不再是容性电流（欠补偿时）或感性电流（过补偿时），而成为阻容性电流。从图所示的相量图
11、可见，接地点的电流是电容性电流与电阻性电流的相量和。其值比中性点不接地时的接地电流Ic要大，但由于电流与电压间相位角的减小，可促使接点处的电弧容易自行熄灭，从而降低弧光间隙接地过电压，同时可提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作。,当中性点经电阻接地系统单相接地故障电流不超过1015A时，中性点接地电阻的数值较大，此种系统称为高电阻接地系统。大型发电机经高电阻接地后，不仅可以限制过电压超过2.6倍额定相电压，限制接地故障电流不超过1015A，而且还为定子接地保护提供电源，便于检测。在大型火电厂的36 kV高压厂用电系统中，以及610 kV的城市电网中，采用中性点经高电阻接地方式后，可通过
12、装设的继电保护装置动作于信号，而不动作于跳闸，因而能不中断系统的运行。,当中性点经电阻接地系统单相接地故障电流超过15A时，其中性点接地电阻的数值较前一种情况要小些，此种系统称为低电阻接地系统。在这种系统中发生单相接地时，由于总接地电流较大，电弧较强，为避免电气设备灼伤面过大，则应使保护作用于跳闸，切断故障线路。非故障相的电压一般不会升高，也不致发生内部过电压。中性点经小电阻接地系统方式适用于大型电厂的高压厂用电系统以及610 kV的城市电网中。,四、中性点直接接地系统,随着电力网电压等级的升高，供电线路的增长，单相接地电流也增大。如果继续采用小电流接地方式，因电弧过电压的影响，其中花费在绝缘
13、上的代价将显著提高，因而我国在V以上电力网广泛采用中性点直接接地方式。,中性点直接接地方式就是将变压器中性点直接与大地直接连接，使得中性点保持地点位。这种系统中性点始终保持地电位。正常运行时,中性点无电流通过,单相接地时（C相）,因系统中出现了除中性点外的另一个接地点,构成了短路回路,接地相短路电流很大,各相之间电压不再是对称的。这时,为了防止损坏设备,需要由继电保护装置迅速将故障线路切除,以保证系统中非故障部分的正常运行。由于架空线路上的故障绝大多数是暂时性的,在线路上加装自动重合闸装置,其成功率较高,将可大大提高供电可靠性。,这种系统的单相接地短路电流可能很大,为了限制单相接地短路电流,经
14、济而有效的方法是减少中性点的接地数,这样做可以减少单相接地短路电流,同时还可以使接地保护的整定值稳定。,中性点直接接地系统的主要优点是:单相接地时,其中性点电位不变,非故障相对地电压接近于相电压(可能略有增大),因此降低了电力网绝缘的投资,而且电压越高,其经济效益也越大,所以,目前我国对110KV及以上电力网一般都采用中性点直接接地系统。缺点之一是单相接地短路对邻近通讯线路的干扰。为此，电力线路假设要远离通信线路。,运行中为了限制单相接地短路电流，并不将系统中所有的电源中性点都接地，而是由系统调度确定中性点接地的数量，每个电源点通常有一个或几个中性点接地，以保证接地保护的正确动作。,课程结束 谢谢大家！,
