1、1,主 編：李家坤 朱華杰 主 審：陳光會,2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備,FADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEI,招電力專業(yè)人才，上電力英才網(wǎng) ,2,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),1,2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,目 錄,3,【知識目標(biāo)】 1了解電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的種類； 2了解中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的基本概念； 3掌握中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的概念、消 弧線圈的結(jié)構(gòu)及工作原理； 4掌握消弧線圈的補(bǔ)償方式； 5掌握中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的基本概念。 【能力目標(biāo)】 1能夠區(qū)別電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的運(yùn)行特點(diǎn)； 2能夠理解消弧線圈的補(bǔ)償方式；

2、 3能夠理解中性點(diǎn)三種運(yùn)行方式的應(yīng)用范圍。,2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,4,電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指三相繞組作星形連接的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地間的電氣連接方式，稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式（即中性點(diǎn)運(yùn)行方式）。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式，可分為中性點(diǎn)非有效接地和中性點(diǎn)有效接地兩大類。中性點(diǎn)非有效接地包括中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時，接地電流被限制到較小數(shù)值，故又稱為小接地電流系統(tǒng)；而中性點(diǎn)有效接地包括中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)小阻抗接地的系統(tǒng)，因發(fā)生單相接地時接地電流很大，故又稱為大接地電流系統(tǒng)。,2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,5,

3、我國電力系統(tǒng)廣泛采用的中性點(diǎn)接地方式主要有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)直接接地三種。 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式不同，其技術(shù)特性和工作條件也不同，還與故障分析、繼電保護(hù)配置、絕緣配合等均密切相關(guān)。采用哪一種中性點(diǎn)運(yùn)行方式，直接影響到電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、電網(wǎng)的造價以及對通信線路的干擾程度。,2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,6,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),7,中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)正常時的電路圖和相量圖如圖2.1所示，三相線路的相間及相與地間都存在著分布電容。這里只考慮相與地間的分布電容，且用集中電容來表示，如圖2.1（a）所示。 系統(tǒng)正常運(yùn)

4、行時，三相相電壓、是對稱的，三相的對地電容電流也是對稱的，如圖2.1（b）所示。這時三相的對地電容電流的相量和為零，因此沒有電流在地中流過。各相對地電壓均為相電壓。,2.1.1 正常運(yùn)行,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),8,圖2.1 正常運(yùn)行時的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) （a） 電路圖 （b） 相量圖,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),9,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時假設(shè)C相發(fā)生金屬接地，其接地電阻為零，如圖2.2（a）所示，這時C相對地電壓為零，而非故障相A、B相的對地電壓在相位和數(shù)值上都發(fā)生改變。即：,2.1.2 單相接地故障,（2.1 ）,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),10,（a）,（b）,圖2.2 發(fā)生單相接地故障

5、時的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) （a） 電路圖 （b） 相量圖,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),11,如圖2.2（b）所示。C相接地故障時，非故障相A相和B相對地電壓值升高為倍，變?yōu)榫€電壓。因此，這種系統(tǒng)的設(shè)備的相絕緣不能只按相電壓來考慮，而要按線電壓來考慮。 C相接地時，系統(tǒng)的接地電流（接地電容電流） 為A、B兩相對地電容電流之和， 即 ： 由圖2.2（b）的相量圖可知， 在相位上正好超前C相電壓 90。由于 ，其中 ，因此 ，,（2.2 ）,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),12,即系統(tǒng)單相接地時的接地電容電流為正常運(yùn)行時每相對地電容電流的3倍。 由于線路對地電容C難于準(zhǔn)確確定，所以 和 也不好根據(jù)電容C來準(zhǔn)確計(jì)

6、算，在工程中通常采用下列經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算： 式中 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地電容 電流，A； 電網(wǎng)額定線電壓kV；,（2.3 ）,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),13,同一電壓 具有電氣聯(lián)系的架空線 路總長度km； 同一電壓 具有電氣聯(lián)系的電纜線 路總長度km。 當(dāng)系統(tǒng)某一相發(fā)生故障，而故障相通過一定的阻抗接地，稱為不完全接地。此時，接地相電壓大于零而小于相電壓，非故障相對地電壓則大于相電壓而小于線電壓。接地電流也比完全接地時小。其具體的電壓、電流值與故障相接地電阻值有關(guān)。,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),14,單相接地故障時，由于線電壓保持不變，對電力用戶沒有影響，用戶可繼續(xù)運(yùn)行，提高了供電可靠性。理論上

7、長期帶單相接地故障運(yùn)行不會危及電網(wǎng)絕緣，但實(shí)際上是不允許過分長期帶單相接地運(yùn)行的，因?yàn)槲垂收舷嚯妷荷邽榫€電壓，長期運(yùn)行可能在絕緣薄弱處發(fā)生絕緣破壞而造成相間短路。 因此，為防止由于接地點(diǎn)的電弧及伴隨產(chǎn)生的過電壓，使系統(tǒng)由單相接地故障發(fā)展為多相接地故障，引起故障范圍擴(kuò)大，所以在這種系統(tǒng)中必須裝設(shè)交流絕緣監(jiān)察裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，發(fā)出報警信號或指示，以提醒運(yùn)行值班人員注意，及時采取措施，查找和消除接地故障；,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),15,如有備用線路，則可將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線路上，當(dāng)危及人身和設(shè)備安全時，單相接地保護(hù)應(yīng)動作于跳閘。 電力系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)程規(guī)定：在中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中發(fā)生

8、單相接地時，允許繼續(xù)運(yùn)行的時間不得超過2小時，并要加強(qiáng)監(jiān)視。 由于非故障相的對地電壓升高到線電壓，所以在這種系統(tǒng)中，電氣設(shè)備和線路的對地絕緣必須按能承受線電壓考慮設(shè)計(jì)，從而相應(yīng)地增加了投資。,2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),16,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),17,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，具有單相接地故障時可繼續(xù)給用戶供電的優(yōu)點(diǎn)，即供電可靠性比較高，但有一種情況比較危險，即在發(fā)生單相接地時，如果接地電流較大，將在接地點(diǎn)產(chǎn)生斷續(xù)電弧，這就可能使線路發(fā)生諧振過電壓現(xiàn)象，因此不宜用于單相接地電流較大的系統(tǒng)。 為了克服這個缺點(diǎn)，可將電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。,2.2 中

9、性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),18,消弧線圈實(shí)際上是一種帶有鐵芯的電感線圈，其電阻很小，感抗很大，其鐵芯柱有很多間隙，以避免磁飽和，使消弧線圈有一個穩(wěn)定的電抗值。 消弧線圈有多種類型，包括離線分級調(diào)匝式、在線分級調(diào)匝式、氣隙可調(diào)鐵心式、氣隙可調(diào)柱塞式、直流偏磁式、直流磁閥式、調(diào)容式、五柱式等。 系統(tǒng)正常運(yùn)行時，中性點(diǎn)電位為零，沒有電流流過消弧線圈。,2.2.1 消弧線圈的結(jié)構(gòu)及工作原理,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),19,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點(diǎn)的總電流是接地電容電流 與流過消弧線圈的電感電流 的相量和。由于 超前 90，而 滯后 90，如圖2.3（b）所示，所以 和 在接地點(diǎn)互相補(bǔ)償，

10、可使接地電流小于最小生弧電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧以及由此引起的各種危害。 另外，當(dāng)電流過零而電弧熄滅后，消弧線圈還可減小故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減小了電弧重燃的可能性，有利于單相接地故障的消除。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),20,圖2.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng) （a）電路圖；（b）相量圖,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),21,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，與中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時一樣，接地相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高 倍。由于相間電壓沒有改變，因此三相設(shè)備仍可以正常運(yùn)行。但也不能長期運(yùn)行，必須裝設(shè)單相接地保護(hù)或絕緣監(jiān)視裝置，在單相接

11、地時給予報警，提醒運(yùn)行值班人員注意，及時采取措施，查找和消除故障，如必要時將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線路上。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),22,用補(bǔ)償度（也稱調(diào)諧度） 或脫諧度 表明單相接地故障時消 弧線圈的電感電流 對接地電容電流 的補(bǔ)償程度。 根據(jù)消弧線圈的電感電流對接地電容電流補(bǔ)償程度不同，有三種補(bǔ)償方式：完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償。,2.2.2 消弧線圈的補(bǔ)償方式,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),23,（1）完全補(bǔ)償 完全補(bǔ)償，簡稱全補(bǔ)償，是使電感電流等于接地電容電流，即 ，亦即 ，接地處電流為零。從消弧角度來看，完全補(bǔ)償方式十分理想，但實(shí)際上卻存在著嚴(yán)重問題。因?yàn)檎＿\(yùn)行時，在某些條

12、件下，如線路三相的對地電容不完全相等或斷路器三相觸頭不同時合閘時，在中性點(diǎn)與地之間會出現(xiàn)一定的電壓，此電壓作用在消弧線圈通過大地與三相對地電容構(gòu)成的串聯(lián)回路中，此時感抗 與容抗 相等，滿足諧振條件，形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生諧振過電壓，危及系統(tǒng)的絕緣，因此在實(shí)際電力工程中通常不采用完全補(bǔ)償方式。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),24,（2）欠補(bǔ)償 欠補(bǔ)償是使電感電流小于接地的電容電流，即 ，亦即 ，接地點(diǎn)尚有未補(bǔ)償?shù)碾娙菪噪娏?。欠補(bǔ)償方式也較少采用，原因是在檢修、事故切除部分線路或系統(tǒng)頻率降低等情況下，可能使系統(tǒng)接近或達(dá)到全補(bǔ)償，以致出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),25,（3

13、）過補(bǔ)償 過補(bǔ)償是使電感電流大于接地的電容電流，即 ，亦即 ，接地點(diǎn)處尚有多余的電感性電流。過補(bǔ)償可避免諧振過電壓的產(chǎn)生，因此得到廣泛應(yīng)用。過補(bǔ)償接地處的電感電流也不能超過規(guī)定值，否則電弧也不能可靠地熄滅。因此，消弧線圈設(shè)有分接頭，用以調(diào)整線圈的匝數(shù)，改變電感值的大小，從而調(diào)節(jié)消弧線圈的補(bǔ)償電流，以適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，達(dá)到消弧的目的。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),26,根據(jù)規(guī)程規(guī)定，消弧線圈一般采用接近諧振的過補(bǔ)償方式。與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)一樣，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，允許運(yùn)行不超過2h，在這段時間內(nèi)，運(yùn)行人員應(yīng)盡快采取措施，查出接地點(diǎn)并將它消除；如在這段時間內(nèi)無法

14、消除接地點(diǎn)，應(yīng)將接地的部分線路停電，停電范圍越小越好。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),27,在正常運(yùn)行時，如果中性點(diǎn)的位移電壓過高，即使采用了消弧線圈，在發(fā)生單相接地時，接地電弧也難以熄滅。因此，要求中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時其中性點(diǎn)的位移電壓不應(yīng)超過額定相電壓的15，接地后的殘余電流值不能超過510A，否則接地處的電弧不能自行熄滅。,2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),28,2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),29,隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的增高和輸電距離的不斷增長，單相接地電流也隨之增大，中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式已不能滿足高壓系統(tǒng)正常、安全、經(jīng)

15、濟(jì)運(yùn)行的要求。針對這些情況，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)可經(jīng)采用直接接地的運(yùn)行方式，即中性點(diǎn)直接與大地相連。,2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),30,如圖2.4所示為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的工作原理圖。,2.3.1 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的工作原理,圖2.4 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的工作原理圖,2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),31,正常運(yùn)行時，由于三相系統(tǒng)對稱，中性點(diǎn)的電壓為零，中性點(diǎn)沒有電流流過。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，由于接地相直接通過大地與電源構(gòu)成單相回路，故稱這種故障為單相短路。單相短路電流 很大，繼電保護(hù)裝置應(yīng)立即動作，使斷路器斷開，迅速切除故障部分，不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧或間歇電弧，系統(tǒng)其它部分仍能正常運(yùn)行。,2.3 中性

16、點(diǎn)直接接地系統(tǒng),32,中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，相間電壓的對稱關(guān)系被破壞，但未發(fā)生接地故障的兩完好相的對地電壓不會升高，仍維持相電壓。因此，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的供電設(shè)備的相絕緣只需按相電壓來考慮。這對110kV及以上的高壓系統(tǒng)來說，具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價值，因?yàn)楦邏弘娖?，特別是超高壓電器，其絕緣問題是影響電器設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵問題。電器絕緣要求的降低，直接降低了電器的造價，同時也改善了電器性能。,2.3.2 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的特點(diǎn),2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),33,中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地即形成單相短路，必須立即斷開電路，這樣造成的后果是短期停電（重合閘成功），或者是長期停電（

17、永久性故障，則重合閘不成功）。此外，在短路過程中，巨大的短路電流引起的電動力和熱效應(yīng)可能使一些電氣設(shè)備造成損壞。一些斷路器由于切斷短路電流的次數(shù)增加，會增加其維護(hù)檢修的工作量。 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，大的接地電流對鄰近的通信線路干擾大，感應(yīng)電壓可能危及工作人員安全或引起信號裝置誤動作，因此，電力線和通信線間必須保持一定的距離。,2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),34,此外，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于接地電流很大，電壓的劇烈下降、線路的突然切除可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。,2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),35,2.4 中性點(diǎn)不同接地方式的應(yīng)用范圍,2.4 中性點(diǎn)不同接地方式的應(yīng)用

18、范圍,36,選擇電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個綜合性問題，它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、保護(hù)配置有關(guān)，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器和發(fā)電機(jī)的安全以及對通信線路的干擾。實(shí)際電力系統(tǒng)中，不同中性點(diǎn)接地方式應(yīng)用范圍大致如下： （1）310kV系統(tǒng)電壓不高，絕緣費(fèi)用在總投資中所占比重不大，同時這個電壓等級配電線路總長度長，雷擊瞬間跳閘事故多，因而著重考慮供電可靠性問題。,2.4 中性點(diǎn)不同接地方式的應(yīng)用范圍,37,一般多采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，僅在線路長或有電纜線路而且單相接地電流越限（單相接地電流30A）時，才采用經(jīng)消弧線圈接地方式。當(dāng)發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)直接接在3

19、20kV電網(wǎng)，為了避免因電機(jī)內(nèi)部故障產(chǎn)生電弧燒壞電機(jī)，若單相接地電流大于5A，也應(yīng)裝消弧線圈。 （2）3566kV系統(tǒng)和310kV系統(tǒng)相似，降低絕緣水平經(jīng)濟(jì)價值不甚顯著，同時，這個電壓等級都未全線架設(shè)避雷線，雷擊事故較多，供電可靠性也是主要問題。雖然可采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，但由于3566kV系統(tǒng)電網(wǎng)線路總長度一般都超過100km，單相接地電流超過限制，因此多采用經(jīng)消弧線圈接地方式。,2.4 中性點(diǎn)不同接地方式的應(yīng)用范圍,38,（3）110kV系統(tǒng)及以上系統(tǒng)，由于電壓升高，絕緣費(fèi)用在總投資中所占比重增大，供電可靠性則可通過全線架設(shè)避雷線和采用自動重合閘加以改善。因此，我國110kV及以上系統(tǒng)廣泛采用中性點(diǎn)直接接地方式。 此外，電壓在500V以下的三相三線制系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式，220/380V三相四線制系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式。,2.4 中性點(diǎn)不同接地方式的應(yīng)用范圍,39,電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指三相繞組作星形連接的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地間的電氣連接方式，稱為