第7章 电力系统中性点接地方式

教材配套电子教案发电厂变电所电气部分刘宝贵马仕海编制中国电力出版社第七章电力系统中性点接地方式中国电力出版社第一节中性点不接地系统•中性点不接地系统的正常运行中国电力出版社一、中性点不接地系统的正常运行特点:各相对地电压是对称的中性点对地电压为零，即Un0=0各相集中电容在三相对称电压作用下，产生的电容电流也是对称的，并超前相应的相电压900，每相电容电流值为IC0=UxωCo中国电力出版社中性点不接地系统的单相接地运行中国电力出版社中性点不接地系统的单相接地运行完全接地特点:中性点对地电压变为故障相对地电压变为非故障相对地电压变为UNOEU0UUejUUVVEEEU01503ejUUWWEEEU01503中国电力出版社中性点不接地系统的单相接地运行一相完全接地后电压特点:故障相对地电压变为零中性点对地电压变为相电压未故障相的对地电压升高了倍，即变为线电压系统的相间电压的大小及相位均没有发生变化系统的相对中性点电压的大小及相位均没有发生变化中国电力出版社中性点不接地系统的单相接地运行各相对地电容电流的特点:故障相对地的电容电流变为零非故障相对地电容电流变为ejUVCVECCUjI060003ejUWCWECCUjI0120003中国电力出版社中性点不接地系统的单相接地运行若设电流正方向是由大地注入电网，则可得出通过U相接地点处的接地电流为单相接地时的接地电流等于正常时各相对地电容电流的三倍，即Ic=3IC0，且为电容性。接地电流Ic的大小与网络的电压、频率和相对地的电容有关，而相对地电容与电网的结构和线路的长度有关。NOUCWCVCUCjECjIII0033中国电力出版社单相不完全接地故障故障相对地电压大于零而小于相电压非故障相对地的电压则大于相电压而小于线电压系统的相间电压(即线电压)大小和相位不发生变化接地电流也比完全接地时要小些中国电力出版社单相接地时接地电流危害1.当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。2.单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。中国电力出版社我国对采用中性点不接地方式规定额定电压小于500V(380／220V的照明装置除外)的低压电网，为了提高供电可靠性，可采用中性点不接地系统。额定电压为3～6kV、单相接地电流不大于30A；额定电压为10kV、单相接地电流不大于20A；额定电压为20～60kV、单相接地电流不大于10A的高压电网，亦可采用中性点不接地系统。中国电力出版社接有发电机系统中性点接地方式的应用对于接有发电机的系统，当发电机绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机本身及其引出回路连接元件(主母线、厂用分支、主变压器低压绕组等)的对地电容电流。当该电流超过允许值时，将烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，引起匝间或相间短路。中国电力出版社发电机接地电流允许值发电机额定电压(kV)发电机额定容量(MW)接地电流允许值(A)6.3≤50410.550～100313.8～15.75125～2002(2.5)18～203001中国电力出版社7.2中性点经消弧线圈接地系统消弧线圈的作用:主要是将系统的接地电容电流加以补偿，使接地点电流达到较小的数值，防止弧光短路，保证安全供电。同时降低弧隙电压恢复速度，提高弧隙绝缘强度，保证接地电弧瞬间熄灭，以避免产生弧光间歇接地过电压。中国电力出版社中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地中国电力出版社消弧线圈的工作原理•在正常工作时，假设三相系统完全对称，此时中性点对地电压为零，没有电流通过消弧线圈。•当某一相发生完全接地故障时，中性点对地电压为相电压，它作用于消弧线圈两端并产生一个电感电流流过消弧线圈和接地点。在相位上滞后于中性点对地电压相量90°。中国电力出版社消弧线圈的工作原理•发生一相接地后，在接地点处还有电容性的单相接地电流通过，在相位上超前于中性点对地电压相量90°。•通过接地点处的总电流是电感电流和接地电容电流的相量和，二者在相位上相差180°，因而可以互相抵消。中国电力出版社中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑3中国电力出版社消弧线圈的补偿方式(1)全补偿：接地点电流被补偿达到零值时称为全补偿，IL=Ic。(2)欠补偿：使电感电流小于接地电容电流，ILIc。(3)过补偿：使电感电流大于接地电容电流，IL＞Ic。中国电力出版社消弧线圈的结构1.消弧线圈类型：离线分级调匝式、在线分级调匝式、气隙可调铁芯式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流磁阀式、调容式、五柱式等。2.油箱、油枕、玻璃管油表及信号温度计、具有分段(即带气隙)铁芯的电感线圈可、改变线圈的串联连接匝数(从而调节补偿电流)的分接头、切换器中国电力出版社离线分级调匝式消弧线圈内部结构示意图中国电力出版社平滑调节L值的方法1)改变铁芯气隙长度。将铁芯制成可移动式，用机械方法平滑调节铁芯气隙长度，即可平滑调节L值。2)改变铁芯导磁率。采用电气方法，运用现代电子技术来改变铁芯的导磁率，也可平滑调节L值。中国电力出版社消弧线圈容量选择及台数安装地点的确定(1)消弧线圈的总容量选择时应考虑电网5年左右的发展远景及过补偿运行的需要并按下式进行计算S=1.35IcUX(kVA)中国电力出版社•(2）消弧线圈的台数•原则上应使得在各种运行方式下(如解列时)电网每个独立部分都具有足够的补偿容量。在此前提下，台数应选得少些，以减少投资、运行费用以及及操作次数。中国电力出版社消弧线圈容量安装地点的确定•(1)在任何运行方式下，大部分电网不得失去消弧线圈的补偿。不应将多台消弧线圈集中安装在一处。并应尽量避免在电网中仅安装一台消弧线圈。•(2)在发电厂中，发电机电压的消弧线圈可安装在发电机中性点上，也可安装在厂用变压器中性点上；当发电机与主变压器为单元连接时，消弧线圈应安装在发电机中性点上。•(3)在变电所中消弧线圈一般安装在变压器的中性点上，6～l0kV消弧线圈也可安装在调相机的中性点上。中国电力出版社消弧线圈容量安装地点的确定(4)按照规程规定，消弧线圈应尽量接在“YN，d11”接线或“YN，YN，d11”接线的变压器中性点上。消弧线圈的容量不应超过变压器三相总容量的50％，并且不得大于三绕组变压器任一绕组的容量。如果消弧线圈接于YN／Y接线变压器中性点上，其容量不应超过变压器三相总容量的20％，但不应将消弧线圈接于三相磁路互相独立，零序阻抗甚大的“YN,yn0”接线变压器的中性点上。•(5)如果变压嚣无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。中国电力出版社中性点经消弧线圈接地系统适用范围凡不符合中性点不接地要求的3～63kV电网，均可采用中性点经消弧线圈接地方式。必要时，llOkV电网也可采用。发电机中性点经消弧线圈接地方式适用于单相接地电流超过允许值的中小机组或要求能带单相接地故障运行的200MW及以上大机组。中国电力出版社中性点经消弧线圈接地系统适用范围(1)对具有直配线的发电机，消弧线圈可接在发电机的中性点，也可接在厂用变压器的中性点，并宜采用过补偿方式。(2)对单元接线的发电机，消弧线圈应接在发电机的中性点，并宜采用欠补偿方式。中国电力出版社交流网络接地故障点的寻找装置由电压互感器TV、电压表V、过电压继电器KV及开关电器构成。TV可采用一台三相五柱式或三台单相电压互感器组。电压互感器的一次线圈及主二次线圈都接成星形接线。二次辅助线圈接成开口三角形。一次线圈的中性点必须接地。主二次线圈可以采用中性点接地，也可以采用V相接地。中国电力出版社电压互感器构成的绝缘监察装置工作原理•正常运行时三相系统电压对称，电压互感器开口三角形两端没有电压或仅有很小的不对称电压，不足以起动电压继电器KV，接于二次星形接线中的三个电压表指示相电压值(100/伏)。中国电力出版社电压互感器构成的绝缘监察装置工作原理•当一次系统U相发生完全接地时，电压互感器一次侧U相线圈所加电压降到零值，V、W两相线圈电压升高到线电压。这样二次侧开口三角形的U相线圈电压降到零；其它两相线圈电压升高到100伏，开口三角形两端电压升高到100伏。因而加在继电器KV上的电压，由零伏升高到100伏，使KV动作，发出预告信号。同时接于二次星形接线中的U相电压表指示为零，其它两相电压表指示为100伏，由此可以判断出一次系统发生了U相接地故障。中国电力出版社依次拉合各线路寻找接地点的方法•若断开某条线路时，接地信号消失(接于二次星形接线中的三个电压表均指示100/伏)，则接地故障点就在这条线路上，应将该条线路停电检修。如果断开该线路时接地信号仍存在，应重新接通该线路，再拉合下一条线路。如果所有馈线都逐条拉闸后仍没有找出故障回路，则接地故障点可能在母线上。中国电力出版社采用接地故障选测装置当发生接地故障后不仅能自动音响报警，而且可以自动判断出接地故障点的位置，并通过一定方式加以显示。能自动记忆每次故障的信息，以备追忆时使用。中国电力出版社中性点经电阻接地系统中国电力出版社中性点经电阻接地系统的特点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成为阻容性电流。由于流过接地点总电流Ic+IR与Uoˊ间相位角的减小，可促使接地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。中国电力出版社中性点接地电阻接入中性点的方式经配电变压器接入中性点方式配电变压器一次侧接于发电机的中性点，而接地电阻R接于配电变压器的二次侧变压器的作用是使低压小电阻起高压大电阻的作用，从而可简化电阻器的结构，降低其价格，使安装空间更容易解决中国电力出版社中性点接地电阻接入中性点的方式大型火电厂高压厂用电系统中性点经高电阻接地的原理接线(a)适用于厂用变压器二次侧为Y接线的场合(b)适用于厂用变压器二次侧为d接线的场合中国电力出版社中性点直接接地系统中国电力出版社中性点直接接地系统特点防止中性点电位变化及其电压升高的根本方法发生单相接地故障时，中性点的电位不发生位移，其对地电压仍保持为零接地点非故障相对地电压低于正常时的相电压。总之，接地点非故障相对地电压基本上不变，不会上升为线电压。中国电力出版社中性点直接接地系统特点单相接地短路电流IK很大，继电保护装置动作，将接地的线路自动切除，防止了产生间歇电弧过电压的可能性，同时也降低了对电网绝缘水平的要求，大大降低了电网的造价，在高压和超高压电网中，其经济效益更加显著。中国电力出版社中性点直接接地系统的不足(1)发生单相接地时，线路或设备必须立即切除，降低了供电的连续性。(2)由于单相接地短路电流较大，引起电压急剧降低，以致影响系统的稳定性。(3)单相接地短路电流将产生很大的电动力效应及热效应，可能使故障范围扩大和损坏设备。中国电力出版社•4)单相接地短路电流可能超过三相短路电流，使高压断路器的选择必须按照单相短路的条件进行校验，并且由于高压断路器的跳闸次数增多，增大了断路器的维修工作量。•(5)单相接地短路电流在导线周围形成较强的单相磁场，使邻近的通信线路和信号装置受到干扰。中国电力出版社克服中性点直接接地系统不足措施在中性点直接接地系统的线路上装设自动重合闸装置在电压不超过220kV的系统中，多采用减少中性点接地数目，增大零序电抗将中性点经小阻抗(小电阻或电抗器)接地中国电力出版社中性点经小阻抗(小电阻或电抗器)接地着眼点是为了增大零序电抗，以限制单相短