中性点虚拟接地装置工作原理

中性点虚拟接地装置工作原理

中性点虚拟接地装置将不稳定电路特性的供电系统转化为稳定电路特性的供电系统，提高系统可靠性和安全性。

在我国中压电力系统中，中性点的接地方式涉及到技术、经济、安全等诸多因素。中性点不接地系统由于投资、运行经济，供电可靠性高被广泛采用。但是，中性点不接地系统有着自身的缺点，系统不稳定，内部过电压水平高，故障概率高，极易发生谐振和单相弧光接地等故障。

过电压是电力系统安全运行最大杀手，系统故障及事故主要是由过电压引起。过电压不仅造成事故且加速系统绝缘累积老化，而且直接引发绝缘击穿发生故障，对电力系统安全运行造成严重危害。

中性点不接地系统过电压水平高与系统不稳定是由系统的电路参数决定的，根源在于系统的电路特性，下面就从系统的电路原理分析为什么不接地系统的过电压。

电路原理分析中性点不接地供电系统过电压

1、供电系统可以等效为一个RLC二阶电路

如图1，为一段母线的供电一次图。

图1 一段母线高压系统图

图1的一段母线上的出线可以等效为一条供电线路，如图2。

图3 一段母线出线等效图

图2中，由于负载为中性点不接地，系统输电线路对地，可以等效为一个RLC电路，如图3.

图3 等效RLC二阶电路

2、欠阻尼

如图3，这里不再累述二阶电路的推计算过程，我们直接引用二阶电路的结论。

固有角频率，也称无耗角频率：

衰减系数：（或用µ表示）

3、供电系统是欠阻尼的二阶电路

供电系统中由于输电线路中的电阻成分R消耗有功功率，因此系统中R越小越好，故系统中R的阻尼极小，系统处在严重的欠阻尼状态，且系统L、C振荡衰减很慢，这就带来系统的过电压水平高，系统不稳定容易发生谐振等。

供电系统中由于输电线路中的电阻成分R极小是系统各种过电压的根源。

《高电压技术》指出：系统无耗自振频率ω0= 1/√LC，衰减系数μ=R/2L，当ω0是电源频率整倍数时，系统如有风吹草动，就会发生事故。有些系统当操作人员拉开开关突然进线跳闸，就是属于这类情况。

中性点不接地系统的μ/ω0 < 0.2，系统谐振时过电压水平很高，其操作过电压水平很高，以致系统绝缘无法承受而发生故障及事故。

图4

μ/ω0的比值决定了系统的稳定性，对于架空线路供电系统送电距离长有较大的R，且架空线路对地电容很小，而对企业变电所送电距离很短有很小的R，且电缆线路对地电容很大，因此，企业变电所设计更要注意系统可能出现线性谐振，系统操作、不对称接地故障、断线（熔断器一相、二相熔断）时系统发生线性谐振。

总之，如果使系统系统的μ/ω0 >0.3，系统的各种过电压水平就会很低，系统就会稳定。

中性点虚拟接地装置电路原理

供电系统中由于输电线路中的电阻成分R消耗有功功率，因此系统中R越小越好，因此系统中R的阻尼极小，系统处在严重的欠阻尼状态。这是供电系统各种过电压的根源。

如何增大系统中的电阻成分R，阻尼系统L、C振荡，使L、C振荡快速衰减。又如何使这个增加的电阻成分不消耗有功功率，这正是中性点虚拟接地装置实现的功能。

工作原理：中性点虚拟接地装置增大系统中的电阻成分R，使系统系统的μ/ω0 远大于0.3，阻尼系统L、C振荡，降低L、C振荡频率，使L、C振荡快速衰减，或者说使系统处于过阻尼的状态，从而抑制系统各种过电压，实现全面系统过电压保护，从源头消除各种过电压。

从电路图的角度分析，中性点虚拟接地装置相当于在等效的图5电路图的基础上，在线路与地之间并联一个电阻R1，如图5。

图5 虚拟接地注入电阻的等效电路图

把图5的电路等效为RLC串联电路，如图6，从电路知识得出结论：R1越小，等效后的R’越大，使得系统的μ/ω0 > 0.3，对系统的LC振荡有效阻尼。

图6 等效的RLC二阶电路

总之，中性点虚拟接地装置，正是加大系统的阻尼电阻，阻尼系统LC交换能量，消耗系统LC储存的能量，从源头消除系统各种过电压，实现主动式过电压保护，全面治理系统各种过电压。预防系统故障及事故发生，大幅度降低系统发生故障的概率，提高系统运行安全性、可靠性，延长系统寿命。

中性点虚拟接地结构原理

结构原理：使用特殊材料的变压器形成开口三角接入大功率电阻，功率几～几十kV A，向系统注入一个电阻，这个电阻对工频不存在，对非工频存在，故称之“虚拟接地”。

PT有开口三角，三相工频之和等于0，非工频之和不等于0，但是开口的功率只有50～100V A，无法快速消耗“激励”能量。

中性点虚拟接地装置的功能

中性点虚拟接地已通过武汉高压研究所试验验证

1、杜绝PT铁磁谐振；

本功能已通过武汉高压研究所试验验证详见附件试验报告实验2

2、实现弧光接地消弧；

本功能已通过武汉高压研究所试验验证详见附件试验报告实验1

3、操作过电压小于1.5倍（相电压）；

本功能已通过武汉高压研究所试验验证详见附件试验报告实验4、5、6

4、消除系统线性谐振；

5、消除系统断线谐振；

6、消除系统参数谐振；

7、与避雷器配合，快速吸收避雷器动作后的残余电荷及避雷器截波形成的残余电荷。