1中性点接地方式

中性点接地方式1．前言：1、集中电网系统规划、电气主接线、厂用电和设备选择等单元中有关中性点接地方式内容，统一讲解，建立系统概念；2．内容包括中压、高压、超高压特高压系统，重点是中压。一、概述1、中性点接地的意义三相交流电流系统的三相交汇处与参考地之间多种多样的关系。称之谓中性点接地方式。它是工作接地、安全接地和保护接地。选择不同的接地方式，对电力系统建设和运行的安全性、可靠性、先进性和经济性意义重大。2、中性点接地方式的种类序号接地方式中压电网高压电网超高压电网特高压电网3—66KV110—220KV330—500KV750—1000KV1中性点不接地★2中性点直接接地★★3中性点选择性直接接地★★4中性点经电抗接地★★★5中性点经电阻接地★★6中性点经阻抗接地★3、中性点接地方式的性质有效接地和非有效接地的零序阻抗范围:XO/X13RO/X11基于对电网绝缘配合的考量，对工频过电压和短路电流的限制是其出发点。4、选择接地方式要考虑的因素电压等级网络结构安全性供电可靠性和连续性环境保护过电压水平绝缘配合和避雷器选择设备耐压水平短路电流的控制导体和设备选择继电保护及其配合高海拔地区经济性二、3—66KV中压电网的接地方式1、沿革2、中性点不接地方式1）特点及适用范围——单相接地不跳闸、连续运行；——接地点电流为容性，易发生间歇性弧光接地过电压；——工频过电压高，内部过电压高；——架空网络多为瞬时性可恢复；——避雷器选择100%。适用于单相接地电容电流小于7～10A的场合。2）单相接地故障流过的是电容电流3）间歇性弧光接地过电压——接地点多次重燃引起；——非故障相的最大过电压3.5xgU，稳态电压为线电压。——波及整个电网；——时间持续很长；——没有有效的保护设备，避雷器要避免动作，消弧柜的动作时间跟不上；——接地点位置不易确定；——易使P.T饱和引发谐振。4）电容电流的限值6～66KV电网：10A6～10KV厂网：7A5）电容电流计算近似计算：6KV架空CI=0.015～0.017A∕Km10KV0.025～0.029A∕Km35KV0.1A∕Km另一种估算通式：Ic=（2.7～3.3）UeL×10-3A式中L——线路长度Km;Ue——网络额定线电压Km;2.7——系数，适用于无架空地线；3.3——系数，适用于有架空地线。同杆双回线路为单回路的1.3～1.6倍。电缆：Ic=0.1UeLA发电机、厂用回路、封闭母线、变电所的Ic见手册。带线性电阻的阻容吸收器，每台0.1～0.2μF。带非线性电阻的阻容吸收器不计算。3、中性点谐振接地方式1）特点及使用范围为了避免间歇性孤光接地过电压频繁发生，在接地电容电流超限时，采用中性点经消弧线圈的谐振接地方式是传统做法。其特点与不接地方式雷同，区别有：——接地点的电流是补偿过的电流；——消弧线圈容量由Ic确定；——Ic的变化要求有自动跟踪功能；——需要采取措施抑制谐振过电压；——多种小电流选线装置进入市场；——统计内过电压达到3.2P.U。2）适用范围——6～66KV中压电网；——网络以架空线为主；——不适宜电缆供电网络。3）补偿原理脱谐度：CLCIIIU0LCII全补偿（U=0）；CILI欠补偿（U0）；CILI过补偿（U0）.通常采用过补偿运行方式U10%.4）中性点位移XOUudPU22式中XU——电网额定电压KV；P——电网的不对称度：d——阻尼率；u——脱谐度、P由线路各相对地电容不相等引起。不换位水平平排列，P可达3.5%，一般不超过0.5～1.5%。d由线路各相对地泄露电阻和消弧线圈有功损耗决定。OU要求长时间OU15%，1小时30%，事故短时间≯100%。在消弧线圈中串阻尼电阻可增大d，降低OU，还可阻尼全补偿时的谐振。5）自动跟踪补偿预调式——调匝式，调隙式；随调式——调容式、调感式、编磁式、相控式。6）小电流选线利用稳态信号选线——幅值比较法，方向法，谐波法，有功分量法，负序电流法，注入信号寻迹法。利用暂态信号选线——幅值与极性比较法，小波法，暂态零模电流方向法，暂态能量法。利用工控机选线。7）消弧线圈选择型式：干式、油浸式容量：335.1nCUIWKVA式中nU——系统标称电压KVCI——接地电容电流A1.35——储备系数，考虑CI计算误差和过补偿要求；位置：——在任何运行方式下，不失去补偿；——不宜把多套自动跟踪集中安置在同一位置；——宜接在零序阻抗很小的变压器上，有Δ接线，内有Δ绕组或Z型接线绕组；——容量不大于变压器绕组容量，小于总容量的50%；对于nnYy接线，不超过20%。——主变压器中性点未引出时，要设接地变；——接在电源侧而不是负荷侧，防止负荷退出而失去补偿；——两台主变不要合用一台消弧线圈；也不推荐两段母线合用一台。8）接地变原理：Z型连接结构：单相接地时，同柱绕组磁通大小相等，方向相反，零序磁通被迫从空气中流通，相当于漏抗，从而呈现低阻抗9）消弧线圈接地方式存在的问题——过电压高——要求绝缘水平高——避雷器选择不当易坏——难找事故点——易谐振——易发生异相接地——难维护——价高4、中性点经电阻接地方式1）原理2）特点——单相接地时，立即跳闸；——非故障相工频过电压1.3～1.4P.U，内过电压2.5P.U——可选用80%避雷器，设备绝缘水平低；——接地电流为阻容性，当RICI时，间歇性弧光接地过电压发生概率大为降低；——电阻容量和接地变容量根据阻性电流确定；——不需要自动跟踪，没有复杂的调控和小电流选线，保护控制简单易行，选择性强，灵敏度高；——电阻有低、中、高三种形式，分别用于不同的场合；——易于扩建增容；——材料有金属、非金属两种；——不会谐振、不会异相接地，没有消弧线圈接地的诸多缺点。3）适用范围——以电缆为主的中压电网；——弱绝缘设备较多的网络；——高海拔地区，以“加强保护”替代“加强绝缘”。4）对过电压的限制相位说；泄露说；NOwCR31,半个周期内可把积累电量泄完。阻尼说有利于限制谐振过电压5）低电阻接地——零序过滤器保护；——为避开电机起动，要求RI600A；R10Ω；——大接地电流的害处，火烧连营、地电位升高、电阻容量大。6）中电阻接地——零序电流互感器保护；——阻值范围10～200Ω；RI200A，取RI=（2～3）CI；——不考虑电机起动；——注意对单芯电缆的零序电流保护。7）高电阻接地方式应用场合：CI10A时，为获取接地信号而设；发电机回路CI10A要求单相接地瞬时切机。8）发电厂电阻接地应用例——发电厂——厂用电——风、光发电站9）变电所电阻接地应用例——nnYy（Δ）变压器应用例——分裂电抗器应用例——ny变压器应用例10）用户工程应用例新疆天业、榆林北元、徐州中能硅业11）接地电阻材料选择金属与非金属之比较。5、阻抗接地方式上海思源公司广州智光公司三、110～220KV高压电网的接地方式在110KV、220KV甚至330KV的高压电网中，变压器中性点的过电压保护方式，从上世纪50年代初开始到现在的60多年中，经历了几次不同的发展阶段，体现了我国高压电网的蓬勃发展，彰显了电力科技的不断进步。我国对高压电网的中性点采用的是有效接地方式，110、220、330KV变压器中性点均为直接接地。为了控制电网对地的零序阻抗，保证单相接地时的过电压和短路电流在允许范围之内，网内会有部分变压器中性点被选择为不接地运行。因此，根据网络结构和调度需要，除自耦变压器外的其他普通变压器都应具备不接地运行的条件。当变压器处于不接地运行时，在变压器的中性点会出现多种形式的过电压。而变压器的中性点又大多采用的是分级绝缘。这就给中性点的过电压保护和绝缘配合带来了困难和问题。这里将以110KV电压为例，回顾探讨不断演进的几种保护方式的合理性和存在问题。1.变压器中性点的过电压和绝缘水平1.1大气过电压1）当雷击线路，冲击波侵入变压器时，以三相同时进波最严重。在中性点的反射，会是侵入波幅值的1.5～1.8倍。而侵入波幅值可认为与线端避雷器雷电冲击残压持平，不超过变压器高压端的冲击试验电压。2）单相进波为三相进波的1/3,此电压已经超过了变压器中性点的绝缘水平。3）两相进波为三相进波的2/3。1.2单相接地时1）稳态，变压器中性点的过电压一般不超过0.6倍最大运行相电压xgU2）暂态，对中间变电所有可能达到1.5～1.8倍最大运行相电压，会使中性点避雷器动作，而对终端变电所，则可能再翻番。1.3非全相运行时常见的非全相运行情况有，单相重合闸的使用，断路器同期性能不良或非全相拒动。1）单相合闸时，中性点为相电压xgU。两相合闸时，中性点处于两相绕组的中性点为Uxg23。它们都超过了中性点避雷器的动作电压（或灭弧电压）。2）如出现谐振，中性点上的过电压可能达到2xgU.若此谐振系由断路器三相同期性能不良引起，则要求断路器的合闸非同期性不超过5ms，分闸不超过10ms。3）若变压器低压侧也有电源时，有可能发生不同步现象。中性点的电压将为两系统相电压之差。反相最严重，可达2xgU。1.4绝缘水平表1-1110KV分级绝缘变压器中性点和线端绝缘水平绝缘等级/KV额定短时工频耐受电压（有效值）/KV雷电全波冲击耐受电压（峰值）/KV35中性点44608595140185250325线端110200480表1-2220～330KV变压器中性点和线端绝缘水平系统标称电压（KV）系统最高电压（KV）中性点接地方式雷电全波和截波（KV）短时（1min）工频（有效值）（KV）220252直接接地18585经接地电抗接地18585不接地400200线端850,950360,395330363直接接地18585经接地电抗接地250165线端1050,1175460,5102.第一代保护方式2.1保护方式：采用带有串联间隙的碳化硅（sic）阀式避雷器。2.2时段：新中国成立—20世纪60年代中期。2.3保护条件1）避雷器的冲击放电电压和冲击残压应低于变压器中性点的冲击耐压。2）避雷器的灭弧电压应大于因电网一相接地而引起的中性点电位升高的稳态值，以避免避雷器爆炸。2.4存在问题对110KV变压器中性点来说，中性点绝缘大多采用35KV电压等级，如用FZ-35或FCZ-35型避雷器都能满足第1）条；但它们的灭弧电压为41KV。小于KV9.4315.131106.0,不满足第2）条。所以在20世纪50年代FZ-35爆炸事故很多。50年代末，电力部门以反事故措施形式下达指令：采用ZXFZ-20替代FZ-35。这时的灭弧电压已经提升到50KV，大于43.9KV。减少了爆炸事故。但其中冲击放电电压154KV，与设备的冲击耐压水平180KV之比，仅为1.17，达不到1.4绝缘配合系数的标准。考虑到避雷器距离变压器中性点很近，而流过中性点避雷器的雷电流受到变压器绕组的阻制，幅值很小，陡度不大，也就勉强使用了很长一段时间。第一代保护方式随着第二代保护方式的出现而告终。3.第二代保护方式3.1保护方式：避雷器并联棒式放电间隙。它们与接地隔离开关共三台设备独立散装。3.2时段：20世纪60年代末—2008年。3.3保护条件1）对间隙的要求：雷电波侵入时，间隙不应动作；当系统处于有效接地状态发生单相接地故障时，间隙不应动作；当电网处于失地状态同时又出现单相接地短路故障时，或者变压器高低两侧均有电源且处于失步状态时，间隙应放电，以保护避雷器；间隙动作电压要与被保护中性点绝缘水平相配合，可靠地保护中性点绝缘。2）对避雷器的要求：避雷器在工频过电压下不应动作；在雷电过电压和接地暂态过电压下应动作；避雷器的残压要小于变压器中性点绝缘耐受水平，并保持一定的配合裕度；避雷器的残压不能引起间隙放电。3.4保护原理根据上述保护条件要求，理想的棒间隙和避雷器伏秒放电特性配合如图1所示。图1中o为其交点的过电压波的波头时间。当小于o时（如大气过电压），间隙放电电压高而不会击穿。这时避雷器动作；当大于o时（如内部过电压），间隙先于避雷器击穿，保护避雷器，