第八章_电力系统中性点接地方式

第八章电力系统中性点接地方式第一节概述·中性点接地方式：电力系统中性点与大地间的电气连接方式。·中性点接地方式类型：①非有效接地系统或小接地电流系统：中性点不接地，经消弧线圈接地，经高阻抗接地的系统。X0/X1＞3，R0/X1＞1。②有效接地系统或大接地电流系统：中性点直接接地，经低阻抗接地的系统。X0/X1≤3，R0/X1≤1。X0零序电抗，R0零序电阻，X1正序电抗。第二节中性点非有效接地系统一、中性点不接地系统设三相电源电压WVUUUU、、对称，各相对地电压为WVUUUU'''、、，中性点电压为noU。1、正常运行时中性点电压jdUUphno11式中，WVUWVUCCCCCC2，)(3WVUCCCgd。（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的，这时=0，noU=0，中性点O对地没有电位偏移。（2）当架空线路不换位或换位不完全时，各相对地电容不等，这时≠0，noU≠0，中性点O对地存在电位偏移。2、单相接地故障①金属性接地故障点零序电压oUUUU)0(。电容电流（接地电流）oUCUCjUCjI33，绝对值IC=3ωCUph。（1）中性点对地电压oU与接地相的相电压大小相等，方向相反，并等于电网出现的零序电流。（2）故障相的对地电压降为零；两健全相得对低电压为相电压的√3倍，其相位差为60º，而不是120º。（3）三个相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。也是这种系统的主要优点。（4）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√3倍，分别超前相应的相对地电压90º；流过接地点的单相接地电流IC为正常时电容电流的3倍，相位超前中性点对地电压90º。②经过渡电阻Rk接地中型点对地电压UUU)0(；式中，kCRj311经U相接地点的接地电流为)3(UCUCjI（1）中性点对地电压oU较故障相电压小，两者相位小于180º。（2）故障相的对地电压将大于零小于相电压，健全相得对地电压则大于相电压而小于线电压。（3）接地电流将较金属性接地时要小。3、动作情况中性点不接地系统，在发生单相接地时，只动作于信号而不动作于跳闸。4、适用范围①电压小于500V的装置。②3~10kV的电力网，单相接地电流小于30A时。③20~63kV的电力网，单相接地电流小于10A时。二、经消弧线圈接地系统1、电弧单相接地时所产生的接地电流将在故障处形成电弧。①接地电流不大（＜5~10A）时，电流过零值时电弧将自行熄灭。②接地电流较大（＞30A）时，形成稳定地电弧。③接地电流＞5~10A，＜30A时，形成一种不稳定的间歇性电弧。2、消弧线圈作用：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，使接地处电流变得很小或等于零，电弧自行细眉，故障随之消失，从而消除接地处的电弧及其产生的一切危害；还可以减少故障相电压的恢复速度，从而减少电弧重燃的可能性。工作原理：通过改变自身的结构，改变线圈的电感、电流的大小，产生一个和接地电容电流CI的大小相近、方向相反的电感电流LI，从而对电容电流进行补偿。3、正常运行中性点对地电流jdUUphO，式中，d为电网的阻尼率，为电网的脱谐度，增大可降低正常运行时中性点位移电压UO。4、单相金属性接地故障总的接地电流LUjUCjIIooLC3，选择适当的，可使得IL与IC的数值相近或相等。5、运行方式①全补偿方式：IL=IC，这时，L=1/3ω²C，电网处于串联谐振状态。②欠补偿方式：IL＜IC，这时，L＞1/3ω²C。③过补偿方式：IL＞IC，这时，L＜1/3ω²C。一般采用过补偿方式，原因：⑴欠补偿方式在线路断开时可能靠近或变成全补偿方式，使中性点出现过电压；同时欠补偿电流（IC-IL）可能接近或等于零，不能使接地保护可靠动作。⑵欠补偿电网在正常运行时，若三相得不对称度较大，可能出现数值较大的铁磁谐振过电压。⑶在电网发展，对地电容增大时，容抗减少，采用过补偿方式，消弧线圈可应付一段时间。⑷系统频率ω降低的机会较多，此时过补偿方式的脱谐度的绝对值||增大，中性点位移电压减少。6、适用范围不符合中性点不接地要求的3~63kV的电网。三、接地变压器1、功能为无中性点的电压级重构一个中性点，以便接入消弧线圈。2、特点⑴对三相平衡负荷呈高阻抗状态，对不平衡负荷呈低阻抗状态。⑵在单相接地故障时，接地变压器的中性点电位升高到系统相电压。⑶绕组相电压中无三次谐波分量。第三节中性点有效接地系统·中性点直接接地系统1、作用防止中性点电位变化及其电压升高。2、单相金属性接地故障①两个健全相的对地电压是正常时的相电压再加上一个分量U。②单相接地短路电流较大。③有效接地系统，X0/X1≤3：⑴当X0/X1＞1，)1(kI只有三相短路电流)3(kI的60%。⑵当X0/X1=1，)1(kI等于三相短路电流)3(kI。⑶当X0/X1＜1，)1(kI达三相短路电流)3(kI的1.5倍。3、优点在单相接地时非故障相的对地电压接近于相电压，从而使电网的绝缘水平和造价降低。第四节中性点接地方式的选择①220kV及以上电网：中想点直接接地或经低阻抗接地方式。②110~154kV电网：主要是直接接地方式，或经电阻、电抗和消弧线圈接地方式。③3~63kV电网：主要是经消弧线圈接地方式，或不接地，经低值、高值电阻接地方式。④1000V以下电网：中性点接地或不接地方式。我国三相交流电力系统中，发电机和变压器的中性点有三种运行方式:1.中性点不接地系统，当系统发生单相故障接地时，三相用电设备的工作可以照常运行，一般允许继续进行2个小时，如2个小时内无法排除故障，才切除故障线路，系统对通迅线路干扰小，单相触电危险性也小，但是系统对接地故障检测保护的要求和线路绝缘的要求较高。常在3－10千伏系统和01千伏以下的工作条件特殊，安全要求较高的场所采用。2.中性点直接接地系统，系统的线路绝缘只要按相电压考虑，能抑制高压窜入，雷击，拉合闸操作和感应等产生的对地电压升高，它还可以提供稳定的相电压方便供电，但是系统单相电危险性大，接地装间容易相互影响，常在01千伏及以上的超高压系统和01千伏以下的三相四线制系统中采用.3.中性点经消线圈接地，能消除接地点的断续电弧，避免出现过电压，同时又保持了中性点不接地系统允许短时间内一相接地故障运行的优点。它是3－60千伏系统当单相接地电流大于一定数值时，普遍采用的接地方式。不同接地方式对电力系统运行特别是发生单相接地时有明显的影响。各有利弊。中性点接地方式的研究与应用郭巍【减小字体】【增大字体】摘要：单相接地对中压电网的影响，主要取决于系统中性点接地方式。本文对目前中压电网系统的热点问题进行了研究，并详细的对目前常用的几种接地方式进行了优点比较与探讨。关键词：中性点接地城市电网1城市中压电网接地方式的发展随着城市建设步伐的加快，城市框架不断的拉大，城市中压电网（6-35千伏系统）规模也随之增大，再加上近几年电力电缆线路的大量采用，中压电网系统的电容电流水平急剧增加，这给电网的安全运行带来了一些问题：系统单相接地时较大的电容电流产生的跨步电压和接触电压对人身安全将构成极大的威胁；单相接地电弧不易熄灭，电弧接地产生的弧光过电压对设备绝缘的威胁；系统长时间带单相故障运行容易发展成为相间短路或三相故障。电力系统的中性点接地方式主要有两大类：凡是单相接地电弧能够瞬间自行熄灭者，属于小电流接地方式，主要有中性点谐振（经消弧线圈）接地方式、中性点不接地方式和中性点经高电阻接地方式等。凡是需要断路器遮断单相接地故障者，属于大电流接地方式，主要有中性点直接接地方式、中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式等。由于工业发展较快，使电力传输容量增大，距离延长，电压等级逐渐升高，电力系统的覆盖范围不断扩大。在这种情况下发生单相接地故障时，接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭，同时，间歇电弧产生的过电压往往又使事故扩大，显著的降低了电力系统的运行可靠性。由单相接地引起中压电网的故障和异常，具有多发性、隐蔽性、广泛性、不可预见性及多样性等特点，应予以高度重视，找出原因及制定措施加以解决。单相接地对中压电网的影响，主要取决于系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是一个综合性的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压、继电保护、通信干扰、系统发展规划及资金投入、电网现状和有关运行经验、接地装置等问题有密切的关系。为了解决系统中出现的这些问题，世界上两个工业发达国家分别采取了不同的解决途径。德国为了避免对通信线路的干扰和保证铁路信号的正确动作，采用了中性点经消弧线圈的接地方式，消除瞬间的单相接地故障；美国采用了中性点直接接地和经低电阻接地方式，并配合快速继电保护，瞬时跳开故障线路。这两种具有代表性的解决方法，对以后电力系统中性点接地方式的发展产生了很大的影响。2中压电网不同接地方式比较目前，中压电网有代表性的接地方式分为四种：中性点不接地方式、中性点谐振接地方式、中性点经低电阻和中性点经中电阻接地方式。2.1中性点不接地方式适用于单相接地故障电容电流小于10安培、以架空线路为主的配电网。此类型电网瞬时性单相接地故障占故障总数的60%～70%，希望瞬时性单相接地故障时不马上跳闸。中性点不接地系统的特点：①单相接地故障电流小于10安培，瞬时性单相接地故障点电弧可以自熄，熄弧后故障点绝缘可以自行恢复。②单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行一段时间，以便查找故障线路。③通讯干扰小。④简单、经济。⑤单相接地故障时，非故障相对地工频电压升高3倍，在中性点不接地电网中，各种设备的绝缘要按线电压的要求来设计。⑥当单相接地故障电流大于10安培时，可能产生过电压倍数相当高的间歇性电弧接地过电压，对网内绝缘较差的设备、有绝缘弱点的设备、绝缘强度较低的旋转电机等都存在较大的威胁，在一定程度上影响电网的安全运行。⑦易发生谐振过电压引起电压互感器熔断器熔断、烧毁电压互感器的事故常有发生。2.2中性点谐振接地方式目前，谐振接地方式一般采用自动跟踪消弧线圈，具有以下特点：①利用消弧线圈的感性电流对电网的对地电容电流进行过补偿，使单相接地故障电流限制在10安培以内,对人身安全有利。②瞬时性单相接地故障点电弧可以自熄，熄弧后故障点绝缘可以自行恢复。③可以减少间隙性弧光接地过电压的发生概率。④单相接地时不破坏系统对称性，可以带故障运行一段时间，以便查找故障线路。⑤可以根除电压互感器铁芯饱和过电压。⑥操作过电压一般能抑制在2.8倍相电压以下。⑦限制电缆故障的发生和扩大。根据美国统计，电缆故障的66%是由外皮向内部发展的。电缆本体对地绝缘能力的丧失是一个逐渐发展的过程。采用自动跟踪消弧线圈接地方式对三相对地导纳的不平衡十分敏感，可以在故障起始阶段便能被反映出来。如果处理及时，就可防止绝缘被击穿。万一击穿，由于故障点的残余电流很小，很难形成相间短路事故。⑧通讯干扰小。⑨运行管理比较简单。⑩单相接地故障时，非故障相工频电压最高升到3相电压。对于电容电流很大的配电网，如果通过补偿要使单相接地故障电流残流小于10安培，就必须使系统保持较小的脱谐度，系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，容易使中性点电压偏移超过规程允许值。寻找单相接地故障线路困难，目前小电流接地选线装置的选线正确率还不理想，往往还要采用试拉法。2.3中性点低电阻接地方式适用于以电缆线路为主、瞬时性单相接地故障很少的、系统电容电流比较大、网架坚强合理、自动化水平高的中压电网。中性点低电阻接地方式的特点：①可以降低工频过电压，单相接地故障时非故障相电压小于3倍相电压，且持续时间很短。②有效地限制弧光接地过电压，在中性点经电阻接地的配网中，当接地电弧熄弧后，系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，在下一次燃弧时其过电压幅值和从正常运行情况发生单相接地故障时的情