电力牵引供电系统概述知识

一 中性点不接地系统
一 中性点不接地系统
1 正常运行情况
⒈简化等值电路
图2-1 正常运行时的中性点不接地的电力系统 （a）电路图 （b）相量图
假设条件
C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质， 组成分散电容：图2-1 ➢为了方便讨论，认为： 1、三相系统对称 2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑 3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C
二 电力系统的组成
发电厂
电力网
电力用户
1. 发电厂
发电厂是实现把其他形式的能源转化成电能的场所。现 在我国的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电 厂等。此外，还有利用地热资源、再生资源（太阳光能，太 阳热，风力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源进行发 电。
1、火力发电厂 2、水利发电厂 3、核能发电厂 4、地热发电厂 5、潮汐发电厂 6、风力发电厂：已接近常规电厂的造价，上网电价可降到4角左右。 7、太阳能发电厂：高耗能、低效率。
第一章 电力牵引供电系统概述
• 1.1 电力牵引特点及发展概况(略) • 1.2 电力系统简介 • 1.3 三相电力系统的中性点运行方式 • 1.4 牵引供变电系统的组成 • 1.5 牵引供电方式
1.2 电力系统简介
一 概述
由于电能不能大量储存，电能的生产、传输、分配和使 用就必须在同一时间内完成。这就需要将发电厂发出的电能 通过输电线路、配电线路和变电站配送，将发电厂和用电设 备连接在一起有机地联成一个“整体”。
二 中性点经消弧线圈接地系统
问题的提出
为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？
中性点不接地电力网发生接地时，仍可继续运行 2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧， 危胁设备，甚至产生三相或二相短路。
二 中性点经消弧线圈接地系统
1 消弧线圈的工作原理
图2-3 中性点经消弧线圈接地的电力系统 （a）电路图 （b）相量图
Ic
UL 10
➢Ic—中性点不接地系统地单相接地电容电流（A）
➢U—电网额定线电压（Kv）
➢L—同一电压U具有电气联系的架空线路或电缆
线路总长度（km）
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习题
1、中性点不接地的电力系统发生单相接 地故障时，各相对地电压有什么变化？ 单相接地电流有什么变化？性质如何？
• 1、中性点不接地的电力系统发生单相接 地故障时，各相对地电压有什么变化？ 单相接地电流有什么变化？性质如何？
(3) 配电线路
配电的作用是将电能分配到各类用户。常用的配电电压 有10kV或6kV高压和380/220V低压。由10kV或6kV 高压供电的用户称为高压用户。由380/220V低压供电的 用户称为低压用户。
低压配电线路是指经配电变压器，将高压10kV降低到 380/220V等级的线路。
三 用户
（I• c相互抵消）
→实现补偿
2 补偿方式及选用
1、全补偿:ＩL＝ＩC 即１／ωＬ＝３ωＣ
Fra Baidu bibliotek
接地点电流为零
不采用
➢ 缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘
2、欠补偿:ＩL＜ＩC 即１／ωＬ＜３ωＣ 接地点为容性电流 少采用
➢ 缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。
中性点经消弧线圈接地运行方式
中性点直接接地运行方式
前两种接地系统统称为：小接地电流系统，
后一种接地系统又称为：大接地电流系统。
3、分析中性点运行方式的目的：运行方式的不同会影响运行的 可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等
目录 一 中性点不接地系统 二 中性点经消弧线圈接地系统 三 中性点直接接地系统 四 中性点不同接地方式的比较和应用范围
分析：图2-1
1、三相系统对称时，三相电
压
•
U
•
A 、U
B对、U•称C ,即
•
•
•
•
U N U AU BUC 0
2、由于Cu=Cv=Cw=C，则
IcA=IcB=Icc=Ux/Xc
＝ cu x 也对称，即
•• • • I c I cA I cB I cC o
结论
正常运行时： ➢地中没有零序电容电流流过。 ➢中性点对地电位为零。
电力网按电压等级分为：
低压电网——电压1KV以下 中压员网——电压1-10KV 高压电网——电压高于10KV，低于330KV 超高压网——电压高于330KV，低于750KV 特高压网——电压1000KV及其以上
• 输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中 的主要网络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所 以又可称为网架。在一个现代电力系统中既有超高压交流 输电，又有超高压直流输电。这种输电系统通常称为交、 直流混合输电系统。
单相接地时接地电流危害
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。
接地电容电流的经验算法：
架空线路 电缆线路
Ic
UL 350
3、过补偿:ＩL＞ＩC 即１／ωＬ＞３ωＣ 接地点为为感性电流 采用
➢ 注意：电感电流数值不能过大≯10A
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 3 倍 ➢系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑
3 消弧线圈
1、消弧线圈结构特点：
①为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯
三级负荷: 不属于一、二级负荷者是三级负荷。三级 负荷对供电没有什么特别要求，可以非连续性地供电，如小 市镇公共用电、机修车间等，通常用一个电源供电 。
1.3 三相电力系统的中性点运行方式
1、电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点且指变压器Y 形接线。
2、运行方式共三种： 中性点不接地运行方式
• 答：故障相电压等于0，非故障相电压升
高 3倍。单相接地电流为一相对地电容
电流的3倍，为容性电流。
• 2、单相接地时接地电流可能产生的危 害？
2、单相接地时接地电流可能产 生的危害？
• 单相接地电流为一相对地电容电流
的3倍，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。
一级负荷: 指中断供电将造成人身伤亡者、重大的政 治影响、重大的经济损失或公共场所秩序严重混乱的负荷。 对一级负荷应有两个或以上独立电源供电。
二级负荷: 指中断供电将造较大的经济损失（如大量 产品报废）或造成公共场所秩序混乱的负荷（如大型体育场 馆、剧场等）。对二级负荷尽可能要有两个独立的电源供电。
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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 相短路电 流
四 中性点不同接地方式的比较和 应用范围
1 中性点不同接地方式的比较
1、供电可靠性 小接地系统优先
经消弧线圈接地>不接地>直接接地
2、过电压与绝缘水平 大接地系统优先 大接地→相电压 小接地→线电压
3、继电保护
I
' C.
A
IC' .B
3IC0
•
•'
•'
I C (I C.A I C.B )
IC 3IC.A 3 3IC0 3IC0
结论
➢接地故障相对地电压降低为零；
➢非接地故障相电压升高为线电压（ 3倍）且相位改变
→绝缘水平按线电压设计（35KV及以下 ） ➢中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反， 即-Ｕc） ➢相对中性点电压和线电压仍不变→三相系统仍然对称， 可以继续运行2h（供电可靠性提高） ➢接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的３ 倍，即Ｉc＝３Ｉco →故在接地点有电弧
发电机基本工作原理
2. 电力网
电力系统中连接发电厂和用户的中间环节称为电力网， 它由各种电压等级的输配电线路和变电站组成。电力网按其 功能可分为输电网和配电网。
输电网是电力系统的主网，它是由35kV及以上的输电线 和变电站组成
配电网是由10kV及其以下的配电线路和配电变压器组成
就我国目前绝大多数电网来说，高压电网指：110KV， 220KV电网；超高压电网指330KV，500KV和750KV电网。特 高压电网指的是以1000KV输电网为骨干网架，超高压输电 网和高压输电网以及特高压直流输电（正负800KV），高 压直流输电和配电网构成的现代化大电网。
2 单相接地故障
⒈ 简化等值电路 假定C相完全接地，如下图。
图2-2 单相接地故障时的中性点不接地的电力系统 （a）电路图 （b）相量图
分析：图2-2
➢电压情况：
•
•
•
•
U
' A
U
A
(U
C
)
U
AC
•
•
•
•
U
' B
U
B
(U
C
)
U
BC
•
•
•
U
' C
U C (U C )
0
➢电流情况：
IC' .C 0
路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得
已采用。
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三 中性点直接接地系统
1 简化等值电路
假定C相完全接地，如下图。
图2-4 单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统
分析
2.3.2 单相接地时 1、电压情况（C相） ➢接地相电压降低→为0 ➢非接地相电压不变→为相电压 ➢中性点对地电压不变→为0 2、电流情况
• 配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的 电网，它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供 电，也有一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户， 由大用户的配电装置进行配电。
(1) 输电线路
电力输送设备是由输电线路、变电站和配电线路等组成。 输送电能通常采用三相三线制交流输电方式。
我们将这个由发电、送电、变电、配电和用电五个环节 组成的“整体”称为电力系统。
一 概述
电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成 的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一 个统一系统。
输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部 分。发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和 分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的 整个过程。
(2) 变电站
变电站有升压变电站与降压变电站之分。 根据供电的范围不同，变电站可分为一次（枢纽）变电 站和二次变电站。一次变电站是从110kV以上的输电网受电， 将电压降到35kV—110kV，供给一个大的区域用电。二次变 电站，大多数从35—110V输电网络受电，将电压降到6— 10kV，向较小范围供电。
②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁
③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中
④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头
（5～9个）
2、补偿容量的选择：Ｑh.e≥1.35ＩcＵx 3、消弧线圈的安装地点
发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。
4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线
采用高压、超高压远距离输电是各国普遍采用的途径。 目前我国常用的输电电压等级有35kV，110kV，220kV， 330kV，500kV等多种。
输电过程中, 一般将发电机组发出的 6~10kV 电压经升 压变压器变为 35~500kV 高压，再利用降压变压起将35kV 高压变为6~10kV 高压。通过输电线可远距离将电能传送到 各用户.
1 消弧线圈的工作原理
1、正常运行时： 消弧线圈不起作用 ➢ 中性点对地电位为零：UN=0 ➢ 消弧线圈中无电流：IL=0 ➢ 流过地中的电容电流为零：IC=0
2、单相接地时：
➢
中性点电位升高为相电压：U• N
•
U C
➢
消弧线圈中出现感性电流
•
I
L：与
相I• c 差1800
•
➢ 流过接地点电流：I L+
➢形成短路→危害大→装设继电保护→跳闸切除故障（供电可 靠性降低），避免接地点的电弧持续。
结论
➢优点： 1、不外加设备即可消弧 2、降低电网对地绝缘，节省造价
➢缺点： 1、供电可靠性降低 改进：装自动重合闸装置、 加备用电源 2、电流很大且单相磁场对弱电干扰 改进： 中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地 3、不产生过电压，设备绝缘水平低20％，造价低。
大接地系统优先
大接地→灵敏、可靠 小接地→不灵敏
4、对通信的干扰 小接地系统优先 大接地→电流大、干扰大 小接地→电流小，干扰小
电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、 安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系 统（一般称为二次系统）。
图1 电力系统示意图
380V/220V
火力发电厂
110kV 220kV 330kV 500kV
二次电压变电站
变压器台 10kV
10kV
35kV
220V
住宅
工厂
一次降压变电站