第二章_电力系统中性点接地方式

第二章 电力系统中性点接地方式
本章分析电力系统中性点常用接地方式 的特点及适用范围
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
概述
一、定义
中性点：电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点。
二、种类
1．中性点不接地 2．中性点经消弧线圈接地 3．中性点直接接地 前两种又称中性点非直接接地系统，也称为小接地电流系统。后一种称为大接 地电流系统。
U相： V相： W相：
U ud U u U n U u




U vd U v U n U v
U wd U w U n U w





结论： 正常运行时，各相对地电压为相电压，中性点对地 电压为零。
2．电流情况：
由于各相对地电压为电源各相的相电压。所 以电容电流大小相等，相位差为1200。它们之和 仍为零，所以没有电容电流流过大地。 当各相对地电容不等时， U n 不为零，发生中 性点位移现象。在中性点不接地系统中，正常运 行时中性点所产生的位移电压较小，可忽略。
(.l1 35l 2 )U N 故实用计算可按下式计算： I c 350
式中：l1、l2架空线路和电缆线路长度，km； UN—网络的线电压，KV；
3．不完全接地的简单情况
当发生不完全接地时，即通过一定的电阻接地，接地相对 地电压大于零而小于相电压，未接地相对地电压大于相电 压而小于线电压。中性点对地电压大于零而小于相电压， 线电压仍保持不变，但此时接地电流要小一些。
（一）消弧线圈的工作原理 1．消弧线圈的结构与型号 消弧线圈装有铁芯，可调、电阻小、电抗很大，外 形跟小容量变压器相似，装在发电机或变压器的 中性点与大地之间。为调节线圈扎数，通常有 5～9个分接头可选用，用来改变补偿程度，国产 型号为XDJL。其中X—消弧线圈；D—单相； J—油浸式；L—铝线。 2．消弧线圈的类型 消弧线圈有多种类型，包括分级调扎式、在线分 级调扎式、气隙可调铁芯式、气隙可调柱塞式、下 直流偏磁式、直流磁阀式、调容式、五柱式等 一
（二）单相接地故障
1.电压情况：
上图所示为W相发生完全接地的情况，完全接地即金属性接地，即 接地电阻为零。很容易看出，中性点对地电压： U n U w 各相对地电压情况： U相：
V相： W相：
U ud U u U n U uw
U vd U v U n U vw





（线电压）
（线电压）
U wd 0

结论： 故障相对地电压为零，非故障相对地电压为线电压， 中性点对地电压为相电压。 下一页
U V W
N
d Cw Cv Cu
返
回
2．电流情况：
W相接地时，三相电容电流不对称。W相电容电流为零，其他两相电容 电流的有效值为： Icu=Icv=ω CUx。 其中：Ux—相电压；ω —角频率；C—相对地电容。 这时三相电流之和不在为零，大地有电流流过， W相接地处的电流简称 为接地电流，用 I c 表示。则：I c ＝－（ I cu ＋ I cv ） 经计算接地电流的有效值为：Ic＝3ω CUx，而正常运行时的一相对地电 流为：Ic＝ω CUx。可见单相故障时的接地电流等于正常运行时一相对 地电容电流的三倍。由于对地电容与线路的结构和长度有关，很难得 到C的参数。
4．中性点不接地系统的特点
单相接地故障时，由于线电压保持不变，用户虽然能继续 工作，但是接地处电流可能会出现电弧。 当线路不长、电压不高时，接地电流较小，电弧一般能自 动熄灭，特别是35kV及以下的系统中，绝缘方面的投资增 加不多，而供电可靠性较高的优点突出，所以中性点宜采 用不接地的运行方式。 当电压高、线路长时，接地电流较大。可能产生稳定电弧 或间歇性电弧，而且电压等级较高时，整个系统绝缘方面 的投资大为增加。上述优点便不存在了。
1．完全补偿
完全补偿是使电感电流等于接地电流。即IL＝Ic，这时，调谐度K＝1， 脱谐度V＝0。 这种方式表面上很理想，但实际上存在很大问题。
一般不采用完全补偿方式。 2．欠补偿
欠补偿时，IL<Ic，调谐度K<1，脱谐度V>0。单相接地故障时接地处有容 性 的补偿电流（Ic－IL），一般不采用欠补偿的方式。 但对于采用与升压变压器单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制 电容耦合传递过电压以及频率变化等对发电机中性点位移电压的影响，宜采用 欠补偿方式。
4．自动跟踪补偿 长期以来，消弧线圈补偿电流都是用手动调节方式（分接 头），不能做到准确、及时，不能得到令人满意的补偿效 果，因而有待改进为自动跟踪补偿方式。采用自动跟踪补 偿装置，能跟踪电网电容电流变化而进行自动调谐，平 均无故障时间最少，其补偿效果是离线调扎式消弧线圈无 法比拟的。据不完全统计，至今，我国电网已有数千台各 种规格不同的自动跟踪补偿消弧线圈装置在运行。 调节L值的方法： （1）改变铁芯气隙长度δ。将铁芯制成可移动式，用机械 方法平滑调节δ，即可平滑调节L值。 （2）改变铁芯导磁率μr。采用电气方法，运用现代电子技 术改变铁芯的导磁率，也可平滑调节L值。
2.2 中性点直接接地系统
随着输电电压的增高和线路的增长，消弧线 圈已不便使用，就采取了将中性点直接接 地的方式，单相接地故障时，由于接地相 直接经过地对电源构成单相短路，故称此 故障为单相短路。这时继电保护装置动作， 断路器跳开，迅速切断故障。
一、电压情况： （一）正常运行时： 各相对地电压为相电压，中性点对地电压为 零。 （二）单相接地故障时： 故障相对地电压为零，非故障相对地电压为 相电压，中性点对地电压为零。 二、电流情况： 短路故障。
5．目前我国中性点不接地系统的应用范围： （1）电压在500V以下的三相三线制装置； （2）3～10kV系统当接地电流Ic≤30A时； （3）20～60kV系统当接地电流Ic≤10A时； （4）与发电机有直接电气联系的3～20kV系统， 如要求发电机带内部单相接地故障运行，当接地 电流Ic≤5A时。 当不满足上述条件时，常采用中性点经消弧线 圈接地或直接接地的运行方式。
三、中性点运行方式不同对系统的影响
1．供电可靠性； 2．电气设备和线路的绝缘水平； 3．通讯系统的干扰； 4．继电保护的正确动作。 总之，中性点采用何种运行方式，实际上是一个涉及电力系统许多方面的综合 性问题。本章对此作一般性介绍。
2.1 中性点非直接接地系统
一、中性点不接地系统 （一）正常运行
三、中性点直接接地系统的特点及适用范围
1．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。 2．缺点：供电可靠性比前两种运行方式低。为了弥补这一 缺点，目前，在中性点直接接地系统的线路上广泛装设 有自动重合闸装置，发生单相接地短路时，断路器跳开， 经一段时间，在自动重合闸装置作用下断路器再次合闸， 如果故障是暂时性故障，则线路接通后用户恢复供电； 如果是永久性故障，断路器再次跳开。 为了限制单相接地电流，减少接地装置的投资，通常只将 电网中一部分变压器的中性点直接接地。 3 ．适用范围： 目前，中性点直接接地系统用在220kV及以上系统，110kV 系统也大都采用中性点直接接地的运行方式。
（三）中性点经消弧线圈接地系统的应用范围 1．特点： 这种运行方式下正常运行情况和单相接地故障时的 电压情况与中性点不接地系统的电压情况一样。 优点：可靠性高、投资不太大。 2．应用范围： 我国规定，凡是不符合中性点不接地运行方式的 3～60kV系统，均采用中性点经消弧线圈接地的 运行方式。 在我国110kV系统，大多不采用消弧线圈接地的 运行方式而直接采用直接接地。主要是为了减少 设备和线路的绝缘投资，但是在个别雷害事故较 严重的地区和某些大城市电网，为了提高供电可 靠性，也会采用经消弧线圈接地的运行方式。
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返
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U
N
V
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d Cw Cv Cu
（二）消弧线圈的补偿方式
为了表明单相接地故障时消弧线圈电感电流IL对接地电流Ic的补偿情 况，取K＝
取V＝1－K＝
IL 称为补偿度，也称调谐度。 Ic Ic IL
Ic
称为脱谐度，根据电感电流对接地电流的补偿
程度，消弧线圈的补偿方式有三种：完全补偿、欠补偿和过补偿。
1.电压情况：

U uYu U vYv U wYw Un Yu Yv Yw


如三相导线经完善换位，各相对地电容相等。即 Cu＝Cv＝Cw＝C，则Yu＝Yv＝Yw＝Y。所以
U u U v U w Un 0 3




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U V W
N
Cw
Cv
Cu
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回
可见正常运行中，电源中性点对地电压为零，即中性点对 地电位相等。 则各相对地电压为：
二、中性点经消弧线圈接地的三相系统
中性点不接地系统具有单相接地故障时可 继续供电的优点，但当接地电流较大时容 易产生接地而造成危害。为了克服这一缺 点，可设法减小接地处的接地电流。采用 的方法是在出现单相接地故障时使接地处 流过一个感性电流，因而减小接地电流， 采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。
3．过补偿
（1）特点：过补偿是使电感电流大于接地电流，即 IL>Ic，，调谐度K>1，脱谐度V<0。单相接地故障接地处 有感性过补偿电流（IL－Ic），这种补偿方式不会有上 述缺点。因为当接地电流减小时，过补偿电流更大，不 会变为完全补偿。另外，即使将来电网发展，原有的消 弧线圈还可以使用。 （2）应用：装在电网中变压器中性点的消弧线圈以及具有 直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式。 （3）消弧线圈的装设位置：在发电厂发电机电压侧的消弧 线圈可装在发电机中性点上，也可以装在厂用变压器中 性点上。当发电机与变压器为单元接线时，消弧线圈应 装在发电机中性点上，6～10kV消弧线圈也可装在调相机 的中性点上。