第八章 电力系统中性点接地方式

发电厂电气部分
根据上述情况，在我国，中性点不接地方式的适用范围为： 1）电压小于500V的装置（380/220V的照明装置除外）； 2）3~10kV电力网，当单相接地电流小于30A时；如要求 发电机能带单相接地故障运行，则当与发电机有电气连接的 3~10kV电力网的单相接地电流小于5A时；
3）20~63kV电力网，当单相接地电流小于10A时。
(8-11)
V、W相的电容电流分别为
U V e j 60 I CV 3CV U U jX V
（8-12） （8-13） （8-14）
U W e j120 I CW 3CWU U jX W
而
I I j3CU j3CU I C CV CW U O
j150
CW
(a)
j150 UW UW U O 3UU e
(b)

图8-2 中性点不接地系统U相金属性接地
(8-10)
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故障点的零序电压
( 0) 为 U
U ( 0 ) 1 (U U U ) 1 (0 3U e j150 3U e j150） U U O U U V W U U 3 3
r0
L
与中性点不接地系统类似，仍 U 取 U 为参考量，并 认 gU gV gW g ，可推导得
电压测量线圈 铁芯 空气隙 线圈
发电厂电气部分
在铁芯柱上设有主线圈，一般采用层式结构，以利于线圈 绝缘。在铁轭上设有电压测量线圈（即信号线圈）。为了测量
主线圈中通过的电流，在主线圈的接地端装有次级额定电流为
5A的电流互感器。 消弧线圈均装有改变线圈的串联连接匝数（从而调节补偿
电流）的分接头。电压测量线圈也有分接头，以便得到合适的
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第八章
第一节 第二节
电力系统中性点接地方式
概述 中性点非有效接地系统
第三节
第四节 第五节
中性点有效接地系统
各种接地方式的比较与适用范围 发电机中性点接地方式
发电厂电气部分 第一节 概述
电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共 点，称为电力系统中性点。电力系统中性点与大地间的电气 连接方式，称为电力系统中性点接地方式。我国电力系统广 泛采用的中性点接地方式主要有三种，即：不接地，经消弧 线圈接地和直接接地。 根据主要运行特征，可将电力系统按中性点接地方式归 纳为两大类： （1）非有效接地系统或小接地电流系统。包括中性点不 接地，经消弧线圈接地及经高阻抗接地的系统。通常这类系 统有X0/ X1>3，R0/ X1>1。当发生一相接地故障时，接地电流 被限制到较小数值，非故障相的对地稳态电压可能达到线电 压。
近似地代表中性点不接地系统正常运行时不对称电压 U no
与相电压 U ph 的比值（因 d <<1），称为系统的不对称度。将 a 和 a 2 的复数值代入式（8-5）可求得
CU (CU CV ) CV (CV CW ) CW (CW CU ) U no CU CV CW U ph
I I (U U )Y (U U )Y (U U )Y 0 I CU CV CW U no U V no V W no W
U W
（8-1）
U W
由式（8-1）可得
UU YU UV YV UW YW U no YU YV YW
W
I CW I CV I CU
U V
（8-2）
O
V
U U
O
U
U no
U U
取U 为参考量，即
U
U no
gU
CU
U U U U U ph
gV
CV
gW
CW
U V
a 2U U V ph
aU U W ph
（8-3）
(a) (b)
图8-1 中性点不接地系统的正常运行状态
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2.中性点不接地系统的单相接地故障 当系统由于绝缘损坏而发生单相接地故障时，情况将发生 明显变化。 （1）金属性接地（接地电阻为零）。图8-2（a）表示系统 在U相K点发生金属性接地时的情况，并忽略泄漏电导。设中 ，这时 性点的位移电压为 U O
U U 0（8-8） U U U O
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（2）有效接地系统或大接地电流系统。包括中性点直接 接地及经低阻抗接地的系统。通常这类系统有X0/ X1≤3，R0/ X1≤1。当发生一相接地故障时，接地电流有较大数值，非故 障相的对地稳态电压不超过线电压的80%。 电力系统的中性点接地方式是一个涉及到多方面的综合 性技术问题。
第二节 中性点非有效接地系统
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（2）经过渡电阻 Rk 接地。仍忽略绝缘泄漏电导，并 设 CU CV CW C 。当U相接地时，线路各相对地导纳 为： YU 1 jC ， YV YW jC 。这时
Rk
Y U Y U Y U U U V V W W U UO U YU YV YW
1 1 j 3CRk
（8-16）
（8-17） 表示系统单相接地时中性点位移电压U 与相电压 U ph O 1 ，即上述金属 的比值，称为接地系数。当 Rk 0 时， 1 。 性接地情况；当 Rk 为有限数值时，
经过U相接地点的接地电流为：
( j3CU ) I C U
IC (l1 35l 2 )U N 350
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变电所中的电气设备所引起的电容电流增值，可按表8-1 所列数据估算。 单相接地时所产生的接地电流将在故障处形成电弧。电弧 的大小与接地电流成正比。当接地电流不大时，则电流过零值 时电弧将自行熄灭；当接地电流较大（30A以上）时，将形成 稳定的电弧；当接地电流大于5～10A而小于30A时，有可能形 成一种不稳定的间歇性电弧，将会引起较严重的过电压。 由于中性点不接地系统的前述特点及上述原因，在发生单 相地时，一般只动作于信号（利用中性点位移电压）而不动作 于跳闸，系统可继续运行2h。 3.适用范围 电力网中的故障以单相接地为最多，而63kV及以下的电力 网，由于单相接地电流不大，一般接地电弧均能自行熄灭，所 以，这种电力网采用中性点不接地方式最为适宜。
相同，各相对地电压等于该相电源电压，电压相量图如图8-1
（b）中的虚线所示。 电缆线路与上下述情况相同，即其不对称度为零。
2）当架空线路不换位或换位不完全时，各相导线的对
地电容不等， 这时中性点O对地存在电位偏移，或说中性点 与地电位不同，电源电压三角形由图8-1（b）中的虚线位置
移到了实线位置，各相对地电压（点划线）不再对称。
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1.消弧线圈结构简介 消弧线圈有多种类型，包括离线分级调匝式、在线分级调 匝式、气隙可调铁芯式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流 磁阀式、调容式、五柱式等。 离线分级调匝式消弧线圈内部结构示 意图如图8-3所示。其外形和小容量单相 变压器相似，有油箱、油枕、玻璃管油表 及信号温度计，而内部实际上是一只具有 分段（即带气隙）铁芯的电感线圈。采用 带气隙铁芯的目的是为了避免磁饱和，使 图8-3 离线分级调匝式 补偿电流和电压成线性关系，减少高次谐 消弧线圈内部结构示意 图 波，并得到一个较稳定的电抗值；另外， 带气隙可减小电感、增大消弧线圈的容量。
变比。当补偿网络的线路长度增减或某一台消弧线圈退出运行 时，都应考虑对消弧线圈切换分接头，使其补偿值适应改变后 的情况。这种消弧线圈不允许带负荷调整补偿电流，切换分接 头时需先将消弧线圈断开，所以称为“离线分级调匝式”。
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2. 中性点经消弧线圈接地系统的正常运行 L 、 r0 分别为消弧线圈的电 图8-4为其原理接线图。图中， 感及有功损耗（或称铁内损失）等值电阻， r0 很大。其导纳 为 YL g 0 jbL 1 j 1 （8-20）
（8-7）
d
代表系统的泄漏电导与电容电纳的比值，称为系统的阻
尼率。
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由式（8-4）、（8-5）可见：不对称电压 缘。 1）当架空线路经过完全换位时，各相导线的对地电容是 相等，这时中性点O对地没有电位偏移，或说中性点与地电位
U no
的产生，
主要是由于导线的不对称排列而使各相对地电容不相等的故
U W U V
O W QF
I CW I CV
U W U W
U O U V
ICW IC
V
即
U U O U
（8-9）
U U
U
I C
K
O
U U
U O
I CV I C
CU CV
I CW U V
ICV
V、W相的对地电压相应为
U U 3U e U V V O U
如不满足上述条件，通常将中性点经消弧线圈接地、经 低电阻接地或直接接地。
二、中性点经消弧线圈接地系统
消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，它的导线电 阻很小，电抗很大。当发生单相接地故障时，可产生一个与
接地电容电流 IC 的大小相近、方向相反的电感电流 IL ，从而
对电容电流进行补偿。通常把 K I L / I C 称为补偿度或调谐度。
I C 3CU ph
其绝对值为：
C
为三相对地电容的平均值。电压、电流相量关系如 图8-2（b）所示 。
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由以上分析可知，当中性点不接地系统发生单相金属性接 地时： 与接地相的相电压大小相等、方向 1）中性点对地电压 U O 相反，并等于电网中出现的零序电压。 2）故障相的对地电压降为零；两健全相的对地电压升高 为相电压的 3倍，即升高到线电压，其相位差不再是120°， 而是60°。三个线电压仍保持对称和大小不变，故对电力用 户的来自百度文库续工作没有影响，这是这种系统的主要优点。但各种 设备的绝缘水平应按线电压来设计。 3）两健全相的电容电流相应地增大为正常时相对地电容 电流的 3 倍，分别超前相应的相对地电压90°；而流过接地 点的单相接地电流 IC 为正常时相对地电容电流的3倍，并超 90°。 前U O
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、g 、 g 大致相同，均用 g 表示。将式（8-3）代入式（81 2），得 U U （8-4）
gU
V W
no ph
1 jd
CU 2CV CW CU CV CW

（8-5）,
d
3g (CU CV CW )
（8-6）
（8-18）
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可见，当发生经过一定的过渡电阻Rk 单相接地时，中性点 较故障相的相电压小，两者相位差小于180°，所 对地电压 U O 以，故障相的对地电压将大于零而小于相电压，而健全相的对 地电压则大于相电压而小于线电压，这时接地电流将较金属性 接地时要小。 单相接地时，接地电流 IC 的大小与网络的电压、频率和相 对地电容 C 的大小有关，而电容 C 的大小则与电力网的结构、 布置方式、相间距离、导线对地高度、杆塔型式、导线长度等 因素有关。总的来说，接地电流较之负荷电流要小得多，不会 l1 l 2 UN 引起线路继电保护动作跳闸。 电网单相接地的电容电流可用下式近似估算 （A） （8-19） l 2 分别为架空线路和电缆线路长度（km）； U N 为电网 式中 l1 、 额定线电压（kV）。
中性点非有效接地主要有不接地和经消弧线圈接地两种。 一、中性点不接地系统 中性点不接地又叫做中性点绝缘。在这种系统中，中性点 对地的电位是不固定的，在不同的情况下，它可能具有不同的 数值。中性点对地的电位偏移称为中性点位移。中性点位移的 程度，对系统绝缘的运行条件来说是至为重要的。
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1.中性点不接地系统的正常运行 图8-1（a）为一中性点不接地系统正常运行的示意图。 中性点不接地系统正常运行时，中性点所具有的对地电位， 称为不对称电压，用 表示。 U no 各相对地电流的相量和应为零，即