电力系统中心点接地方式

1建筑中压配电系统电力系统中性点接地讲稿1简介2电力系统中性点接地方式2.1非有效接地系统或小电流接地系统2.1.1中性点不接地系统2.1.2中性点经消弧线圈接地2.1.3中性点经高阻抗接地2.2有效接地系统或大电流接地系统2.2.1中性点直接接地2.2.2中性点经低电阻接地3各种接地方式的适用范围3.1非有效接地系统或小电流接地系统3.2有效接地系统或大电流接地系统3.3中性点接地方式的适用范围4各种接地方式的比较4.1电气设备和线路的绝缘水平4.2对于供电的可靠性分析4.3对继电保护的灵敏度问题4.4对通信信号系统的干扰5中性点接地方式的选择5.1选择确定中性点接地方式应考虑的因素5.2系统接地要求6中性点接地方式对用户的影响6.1中性点接地方式对用户安全的影响6.1.1高压侧对配电变压器外壳击穿时对用户的影响6.1.2配电变压器高压对低压击穿时对用户的影响6.1.3防范措施6.2小结2建筑中压配电系统电力系统中性点接地1简介电力系统中性点接地是一个比较复杂的综合技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护和自动装置的配置及动作状态、系统稳定及接地装置等问题有密切关系。电力系统的中性点系指电力系统三相交流发电机、变压器接成星形的公共点，而电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称之为电力系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是保证系统运行、系统安全、经济有效运行的基础。2电力系统中性点接地方式分类电力系统中性点接地方式分为：中性点不接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地（谐振接地），以及中性点直接接地等。根据电力系统主要运行特征，将电力系统按中性点接地方式特征分为两大类，即非有效接地系统或小电流接地系统，以及有效接地系统或大电流接地系统。2.1非有效接地系统或小电流接地系统非有效接地系统即中性点不接地或经消弧线圈接地，中性点经高阻抗接地。这几种中性点接地方式的接地电流均被控制在比较小的数值。非有效接地系统的零序电抗（X0）与正序电抗（X1）的比值（X0/X1）3，而零序电阻（γ0）与正序电抗（X1）的比值（γ0/X1）1当发生单相接地故障时的对地稳态电压可能达到残压值。2.1.1中性点不接地系统中性点不接地不能理解为中性点的零序阻抗为无限大。中性点不接地是指接地是经过集中于电力变压器中性点的等值容抗接地的，该容抗是由电网中架空线路、电缆线路、电动机和变压器绕组等对地耦合电容所组成。当中性点不接地系统正常运行时，三相电源电压是对称的，由于导线间分布电容的存在，各绝缘对地均有泄漏电导，因此正常运行时，容抗上均有电流。中性点不接地系统正常运行时，各相对地电流的相量和为零。中性点3不接地系统的正常运行状态图见图4.7-1。UNOU1U23U(a)g3C2C2g1gC1U231I2II3U3UNOU1(b)Oa)原理接线图；b)电压相量图图4.7-1中性点不接地系统的正常运行状态由于单相接地时，输电线路的导线、电机、电器的导电部分的各相间存在分布电容，各相对地存在着泄漏电导。因此当发生单相接地时，故障相的对地电压为零，非故障相电压升高为线电压，从向量图中分析得知非故障相电压间相位差为60°。中性点不接地系统中单相接地故障电路等效电路及向量分析见图4.7-2。(a)等效电路；(b)向量图图4.7-2中性点不接地系统中发生单相接地故障时的电压，电流向量图从图中分析可知单相接地时，其故障点的电容电流Ic=3ωC0LU0A(4.7-1)4式中，C0为每相单位长度导线对地电容，F/km；L为线路长度，km；U0为额定电压，V。从式（4.7-1）可得出当线路较短时，电容电流Ic不大，所引起的热效应为电网各元件的绝缘能承受，依据电力部门有关标准规定，允许电网带接地故障运行1～2h。对于线路较短，电压较低如6～10kV系统电容电流较小，许多瞬时性接地故障产生的电弧能够自熄消弧，而不致于转化为稳定性的持续故障，因此能迅速恢复电网正常运行。需要指出的是单相接地所产生的接地电流，在故障处形成的电弧的大小，与接地电流成正比，当电流较小时，电流过零值可自行熄灭，电网恢复正常运行，但当接地电流数值较大时，即可形成稳定的电弧，使得接地故障无法自行熄弧，可能导致两相或三相短路，一般接地电流在5～30A之间时，可能形成间歇性电弧，使非故障相过电压，过电压倍数可为运行电压的3倍最高可达3.5倍。此时会对设备的绝缘造成极大的威胁。且对接地型电压互感器产生磁饱和，引起铁磁谐振，以致造成电压互感器烧毁。对于单相接地电容电流很小的系统，继电保护的灵敏系数高，采用零序功率方向保护，其零序电压与零序电流的保护灵敏系数能满足要求，但对单相接地电容电流较大的电网，灵敏系数不够时，应进行计算。该接地系统仅适用于单相接地电容电流较小（对6～10kV电网10A及以下），高压电动机和电缆均较少的电网。2.1.2中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地（谐振接地）是在系统中性点加一特殊电抗器接地的电力系统，在35～63kV及以下的电网中，接地电容电流超过规定值时，为防止单相接地时，产生稳定或间歇性电弧，必须采取减小接地电流的措施，而采用中性点加消弧线圈的方案。消弧线圈是一具有铁芯的电感线圈，其阻值小，电抗很大。当发生单相接地故障时，可产生一个电感电流，此值与电容电流值相近，方向相反。因此可对电容电流进行补偿。中性点经消弧线圈接地系统的运行方式可有全补偿、欠补偿及过补偿方5式。全补偿方式即使IL=IcK=IL/Ic，K=1，υ=0（4.7-2）式中，K为调谐度（补偿度），υ为脱谐度，一般为10%左右全补偿方式的特点即接地电容电流将全部被补偿，接地处电流为零。欠补偿方式即使得ILIc，K1，υ0过补偿方式，即使得ILIc，K1，υ0中性点经消弧线圈接地系统往往采用过补偿运行方式，消弧线圈的感抗小于电网对地的容抗，XLXc，可调节消弧线圈分接头实现，由于补偿了一个比电容电流大的电感电流，且相差180°，则流过故障点的故障电流只剩过补偿后的较小的电感电流。该电流具备如下特点：1）有很高的电网运行可靠性，当补偿后电网发生单相接地故障时，相间电压仍对称，可维持电网继续供电，且单相接地故障电流很小，不会危及设备的绝缘。2）对瞬时单相对地闪络能自动熄弧，由于补偿电感，使接地故障点的残余电流很小，电弧难以维持而自熄。3）故障点对地电位小，零序电压保护的灵敏系数大。4）补偿电网由于采用了过补偿方式其脱谐度为-5%～10%，调谐度在1.05～1.1范围内进行，因此对弧光过电压可抑制在2.5倍运行相电压以下，保证用电设备的安全运行。中性点经消弧线圈接地系统适用于单相接地电容电流比较大的电网，即可抑制异常过电压，又可在电网单相接地时保持连续供电，保证了大型电网供电可靠性，同时降低了单相接地故障电流对电气设备引起的热效应。62.1.3中性点经高阻抗接地电力系统中性点经过电阻器接地，其电阻阻值为数百至数千欧姆，高阻接地可限制系统单相接地时的故障电流，当采用高阻接地时高阻接地系统可消除大部分谐振过电压，对单相间歇弧光接地过电压具有一定的限制作用，当单相接地故障电流小于10A时，系统可在接地故障条件下持续运行。该接地型式主要用于发电机回路，发电机中性点经高阻接地后，可以达到：发电机单相接地故障时，限制非故障相过电压不超过2.6倍额定电压，限制接地故障电流不超过10-15A，且为定子接地保护提供电源。如果接入是将电阻经单相接地变压器或电压互感器接入中性点，电阻接在变压器的二次侧，如此接线是使低压小电阻起到高压大电阻作用，从而简化电阻器结构，降低成本，安装空间更易解决。当发生单相接地时，总故障电流不宜小于3A，以保证接地保护不带时限跳闸。当电网接有较多的高压电动机或电缆线路较多时，由于其绝缘水平较低，其瞬时性的接地故障相对较少，为了保证不损坏绝缘以及为减少单相接地故障发展为多重接地故障，可采用中性点经电阻接地系统。发电机回路也用此接地方式。2.2有效接地系统或大电流接地系统2.2.1中性点直接接地中性点和大地有紧密联系的电力系统中，无论是中性点直接接地，还是经小电阻接地，均需满足系统的零序电抗（X0）和正序电抗（X1）的比值（X0/X1）≤3，零序电阻(r0)和正序电抗（X1）的比值（r0/X1）≤1的条件。该系统的优点是过电压水平和输变电设备所需的绝缘水平较低。这种系7统的动态电压升高不超过系统额定电压的80%。该系统缺点是发生单相接地故障时，单相接地电流很大，必然引起断器路跳闸，因而供电可靠性较差。单相接地电流有时会超过三相短路电流，影响断路器分断能力的选择，并对通信线路产生干扰及危险影响。2.2.2中性点经低电阻接地由于城市建设的需要，城市电网和工业企业配电网中，电缆线路所占的比例日益增加，而它的电容电流是同样长度架空线路的25～50倍，使某些电网出现消弧线圈容量不足的情况，所以，中性点经低阻接地在这些电网中得到应用。当6-35kV电缆线路构成的送配电线路，单相接地故障电容电流较大时，采用低电阻接地方式，电阻阻值一般在10～20Ω，单相接地故障电流为100～1000A。低电阻的优点是切除故障迅速，过电压水平低，因此可以采用绝缘水平较低的电气设备和线缆。由于中性点经低电阻接地，单相接地短路电流大，对电信系统的影响与中性点直接接地系统一样，应给以足够考虑。单相接地故障电流通过接地装置的接地电阻时，将产生高电位，将直接传递到低压侧的中性导体（N），和保护导体（PE）上，可引起低压侧过电压，给低压用户带来威胁。该接地系统多用在6～10kV电缆线路多的大城市及大中型企业配电网中，当发生单相接地故障时，立即导致跳闸。3各种接地方式的比较与适用范围3.1非有效接地系统或小电流接地系统优点：8（1）供电可靠性高。由于系统单相接地时，没有形成电源的短路回路，而是经过三相线路的对地电容形成的电流回路，回路中通过的电容电流较小，达不到继电保护装置的动作电流值，故障线路不跳闸，只发出接地报警信号。有关电力规程规定系统可带单相接地故障点运行2h，在2h内排除了故障就可以不停电，从而提高了供电可靠性。（2）单相接地时，不易造成或轻微造成人身和设备安全事故。缺点：（1）因系统单相接地故障时，非故障相对地电压升高到正常时的3倍，因此系统的绝缘水平应按线电压设计，由于电压等级较高的系统中绝缘费用在设备总价格中占有较大的比重，所以此种接地方式对电压较高的系统不适用。（2）单相接地时，易出现间歇性电弧引起的谐振过电压，幅值可达电源相电压的2.5～3倍，足以危及整个网络的绝缘。3.2有效接地系统或大电流接地系统优点：系统过电压水平和输变电设备所需的绝缘水平较低。系统的动态电压升高不超过系统额定电压的80%，在高电压电网中采用此种接地方式可降低设备及线路造价，有显著的经济效益。缺点：单相接地故障时，单相接地电流很大，致使断路器跳闸，影响供电可靠性，由于单相短路电流有可能超过三相短路电流，影响对断路器的分断能力的选择；且对通信线路产生干扰。3.3中性点接地方式的适用范围9对于3-63kV电网单相接地电流不大于规定值时，宜采用不接地方式，或经消弧线圈接地方式。城市企业内部的电缆为主的6-35kV系统，单相接地电流较大时，可采用低值电阻接地方式。对以架空线路为主的6～10kV系统，单相接地电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压对设备的损害，可采用经高阻接地方式。电网中性点接地方式比较见表4.7-1。表4.7-1电网中性点各种接地方式的比较非有效接地接地方式比较项目有效接地高电阻接地消弧线圈接地不接地接地故障电流高，有时大于三相短路电流减低，但不大于接地故障电容电流被中和抵销，最低接地故障电容电流，低接地故障时健全相上的工频电压小，与正常时一样，无变化比不接地时略小，有时比线间电压大在故障点约等于线间电压，离开故障点时会比线间电压大20%～50%或更大大，长输电线产生高电压暂态弧光接地过电压可避免可避免可避免可能发生操作过电压低低可控制高暂态接地故障扩大为双重故障的可能转化为短路，小转化