基礎(chǔ)知識(shí)中性點(diǎn)接地方式發(fā)熱與電動(dòng)力

1、1第第2 2章章 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式21、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)：發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點(diǎn)且指變壓器y形接線2、運(yùn)行方式共三種： 中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式 中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式 前兩種接地系統(tǒng)統(tǒng)稱為：小接地電流系統(tǒng)， 后一種接地系統(tǒng)又稱為：大接地電流系統(tǒng)。3、分析中性點(diǎn)運(yùn)行方式的目的：運(yùn)行方式的不同會(huì)影響運(yùn)行的可靠性、設(shè)備的絕緣、通信的干擾、繼電保護(hù)等3目錄目錄2-1 2-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)2-2 2-2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)2-3 2-3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)2-4 2-4 中性點(diǎn)

2、不同接地方式的比較和應(yīng)用范圍中性點(diǎn)不同接地方式的比較和應(yīng)用范圍42-1 2-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)52-1 2-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)2.1.1 2.1.1 正常運(yùn)行情況正常運(yùn)行情況 簡(jiǎn)化等值電路圖2-1 正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)（a）電路圖 （b）相量圖c各相對(duì)比地之間是空氣層，空氣是絕緣介質(zhì)，組成分散電容6假假 設(shè)設(shè) 條條 件件為了方便討論，認(rèn)為：1、三相系統(tǒng)對(duì)稱2、對(duì)地分散電容用集中電容表示,相間電容不予考慮3、當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過完全換位后，cu=cv=cw=c72 2、分析：、分析：圖2-11、三相系統(tǒng)對(duì)稱時(shí)，三相電壓 對(duì)稱,即 2、由于cu=cv=cw=

3、c，則ico.a=ico.b=ico.c=uxg/xc也對(duì)稱，即cbauuu、0cbanuuuu0.ccobcoacocoiiii83 3、結(jié)論、結(jié)論正常運(yùn)行時(shí)：地中沒有零序電容電流流過。中性點(diǎn)對(duì)地電位為零。92.1.2 2.1.2 單相接地故障單相接地故障 簡(jiǎn)化等值電路 假定c相完全接地，如下圖。圖2-2 單相接地故障時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)（a）電路圖 （b）相量圖102 2、分析：、分析：圖圖2-22-2accaauuuu)(bccbbuuuu)(0)(cccuuu)(.bcacciii00.3333ccacciiii電流情況：0.cci0.3cbcaciii電壓情況：113 3、結(jié)論

4、、結(jié)論接地故障相對(duì)地電壓降低為零；非接地故障相電壓升高為線電壓（ 倍）且相位改變絕緣水平按線電壓設(shè)計(jì)（35kv及以下 ）中性點(diǎn)對(duì)地電壓升為相值（方向與故障相電壓相反，即-c） 相對(duì)中性點(diǎn)電壓和線電壓仍不變?nèi)嘞到y(tǒng)仍然對(duì)稱，可以繼續(xù)運(yùn)行2h接地點(diǎn)流過的電容電流是正常每相對(duì)地電容電流的倍，即cco 故在接地點(diǎn)有電弧3發(fā)電機(jī)：ic5a 610kv網(wǎng)絡(luò)：ic30a35kv及以上網(wǎng)絡(luò)：ic12接地電容電流的經(jīng)驗(yàn)算法：接地電容電流的經(jīng)驗(yàn)算法：ic中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)地單相接地電容電流（a）ue電網(wǎng)額定線電壓（kv）l同一電壓ue具有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度（km）l同一電壓ue具有電氣聯(lián)系的電纜線路總長(zhǎng)度（k

5、m）350)35(lluiec132-2 2-2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)14問題的提出為什么要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)？中性點(diǎn)不接地電力網(wǎng)發(fā)生 d(1) 時(shí)，仍可繼續(xù)運(yùn)行2h，但若接地電流值過大，會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性電弧，危脅設(shè)備，甚至產(chǎn)生三相或二相短路。152-2 2-2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)2.2.1 消弧線圈的工作原理圖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162.2.1 消弧線圈的工作原理1、正常運(yùn)行時(shí)： 中性點(diǎn)對(duì)地電位為零：un=0 消弧線圈中無電流：il=0 流過地中的電容電流為零：ic=02、單相接地時(shí)：

6、 中性點(diǎn)電位升高為相電壓： 消弧線圈中出現(xiàn)感性電流 ：與 相差1800 流過接地點(diǎn)電流： + （相互抵消）cnuulicilici消弧線圈不起作用實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償172.2.2 補(bǔ)償方式及選用1、全補(bǔ)償:lc 即 接地點(diǎn)電流為零 缺點(diǎn)：xl=xc，網(wǎng)絡(luò)容易因不對(duì)稱形成串聯(lián)諧振過電壓危及絕緣2、欠補(bǔ)償:lc 即 接地點(diǎn)為容性電流 缺點(diǎn)：易發(fā)展成為全補(bǔ)償方式,切除線路或頻率下降可能諧振。3、過補(bǔ)償:lc 即 接地點(diǎn)為為感性電流 注意：電感電流數(shù)值不能過大10a不采用少采用采用182.2.3 消弧線圈1、消弧線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 為了保持補(bǔ)償電流與電壓之間的線性關(guān)系，采用滯氣隙鐵芯 氣隙沿整個(gè)鐵芯均勻設(shè)置，以減少

7、漏磁 為了絕緣及散熱，鐵芯和線圈都浸在油中 為適應(yīng)系統(tǒng)中電容電流變化特點(diǎn)，消弧線圈中設(shè)有分接頭（59個(gè)）2、補(bǔ)償容量的選擇：h.e1.35cx3、消弧線圈的安裝地點(diǎn) 發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)或廠變的中性點(diǎn)；變電所主變的中性點(diǎn)。4、適用范圍：35kv及以下接地電流不滿足中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)規(guī)定值時(shí)采用；個(gè)別雷害嚴(yán)重的地區(qū)110kv系統(tǒng)不得已采用。 192-3 2-3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)202.3.1 2.3.1 簡(jiǎn)化等值電路 假定c相完全接地，如下圖。圖2-4 單相接地故障時(shí)的中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)212.3.2 2.3.2 單相接地時(shí)單相接地時(shí) 1、電壓情況（c相）接地相電壓降低為0非接地

8、相電壓不變?yōu)橄嚯妷褐行渣c(diǎn)對(duì)地電壓不變?yōu)? 2、電流情況形成短路危害大裝設(shè)繼電保護(hù)跳閘切除故障（供電可靠性降低），避免接地點(diǎn)的電弧持續(xù)。 分分 析析22優(yōu)點(diǎn)： 降低電網(wǎng)對(duì)地絕緣，節(jié)省造價(jià)缺點(diǎn)： 1、供電可靠性降低 改進(jìn)：裝自動(dòng)重合閘裝置、 加備用電源 2、電流很大且單相磁場(chǎng)對(duì)弱電干擾 改進(jìn)： 中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地 、僅部分中性點(diǎn)接地 3、不產(chǎn)生過電壓，設(shè)備絕緣水平低20，造價(jià)低。結(jié)結(jié) 論論232-4 2-4 中性點(diǎn)不同接地方式的比較和應(yīng)用范圍中性點(diǎn)不同接地方式的比較和應(yīng)用范圍241、供電可靠性 經(jīng)消弧線圈接地不接地直接接地2、過電壓與絕緣水平 大接地相電壓 小接地線電壓3、繼電保護(hù) 大接地靈敏、可

9、靠 小接地不靈敏4、對(duì)通信的干擾 大接地電流大、干擾大 小接地電流小，干擾小5、系統(tǒng)穩(wěn)定性2.4.1 中性點(diǎn)不同接地方式的比較 小接地系統(tǒng)優(yōu)先小接地系統(tǒng)優(yōu)先小接地系統(tǒng)優(yōu)先大接地系統(tǒng)優(yōu)先大接地系統(tǒng)優(yōu)先251直接接地系統(tǒng)： 380220v三相四線制系統(tǒng)； 110kv及以上的系統(tǒng)。2不接地系統(tǒng)： 380v三相三線制系統(tǒng)； 接地電流不超過規(guī)定值的60kv及以下高壓系統(tǒng)： kv系統(tǒng)，c30a，否則采用經(jīng)消弧線圈接地； 10kv系統(tǒng)，c20a，否則采用經(jīng)消弧線圈接地； 2060kv系統(tǒng)，c10a，否則采用經(jīng)消弧線圈接地； 發(fā)電機(jī)電壓側(cè)系統(tǒng)ca，否則采用經(jīng)消弧線圈接地。2.4.2 2.4.2 中性點(diǎn)運(yùn)行方式

10、的應(yīng)用范圍中性點(diǎn)運(yùn)行方式的應(yīng)用范圍26110kv及以上直接接地2060kv i10a中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地10kv i20a中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地36kv i30a中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地1kv及以下直接接地2.4.2 2.4.2 中性點(diǎn)運(yùn)行方式的應(yīng)用范圍中性點(diǎn)運(yùn)行方式的應(yīng)用范圍27發(fā)熱和電動(dòng)力理論知識(shí)發(fā)熱和電動(dòng)力理論知識(shí)28電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱電氣設(shè)備在工作過程中的損耗1、銅損：電流在導(dǎo)體電阻中的損耗2、鐵損：電流的交變磁場(chǎng)在鐵磁物質(zhì)中引起的渦流和磁滯損耗3、介損：絕緣材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的損耗 所有這些損耗轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。29發(fā)熱對(duì)電

11、氣設(shè)備的影響發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響1、機(jī)械強(qiáng)度下降： 金屬材料溫度升高時(shí)，會(huì)使材料退火軟化，機(jī)械強(qiáng)度下降。2、接觸電阻增加： 溫度過高，接觸連接表面會(huì)強(qiáng)烈氧化，使得接觸電阻增加，溫度便隨著增加，因而可能導(dǎo)致接觸處松動(dòng)或燒熔。3、絕緣性能降低： 有機(jī)絕緣材料長(zhǎng)期受到高溫作用，將逐漸變脆和老化，以致絕緣材料失去彈性和絕緣性能下降，使用壽命大為縮短。30 絕緣等級(jí) 在發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備中，絕緣材料是最為薄弱的環(huán)節(jié)。絕緣材料尤其容易受到高溫的影響而加速老化并損壞。不同的絕緣材料耐熱性能有區(qū)別，采用不同絕緣材料的電氣設(shè)備其耐受高溫的能力就有不同。因此一般的電氣設(shè)備都規(guī)定其工作的最高溫度。電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱

12、電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱31 人們根據(jù)不同絕緣材料耐受高溫的能力對(duì)其規(guī)定了7個(gè)允許的最高溫度，按照溫度大小排列分別為：y、a、e、b、f、h和c。 它們的允許工作溫度分別為：90、105、120、130、155、180和180以上。比如，b級(jí)絕緣說明的是該發(fā)電機(jī)采用的絕緣耐熱溫度為130。使用者在發(fā)電機(jī)工作時(shí)應(yīng)該保證不使發(fā)電機(jī)絕緣材料超過該溫度才能保證發(fā)電機(jī)正常工作。電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱電器和載流導(dǎo)體的發(fā)熱32發(fā)熱的分類1、正常工作電流引起的長(zhǎng)期發(fā)熱： =702、短路電流引起的短時(shí)發(fā)熱： 銅 =300 鉛 =200edd33正常工作情況下正常工作情況下長(zhǎng)期發(fā)熱長(zhǎng)期發(fā)熱的計(jì)算的計(jì)算 1、已知工作電流

13、ig求導(dǎo)體工作溫度ceg070dtkamcdrdtigg)(02式中: 通過導(dǎo)體的電流(a)； r 已考慮了集膚系數(shù)的導(dǎo)體交流電阻； k 散熱系數(shù)； a 導(dǎo)體散熱表面積 m2 ； 導(dǎo)體溫度； 周圍介質(zhì)溫度； m 導(dǎo)體質(zhì)量(kg)； c 導(dǎo)體比熱容；g0gi34正常工作情況下正常工作情況下長(zhǎng)期發(fā)熱長(zhǎng)期發(fā)熱的計(jì)算的計(jì)算 2、求正常運(yùn)行情況下長(zhǎng)期發(fā)熱允許最大工作電流（載流量）eeeeexuikii00式中： 長(zhǎng)期發(fā)熱允許最大工作電流（載流量） 導(dǎo)體額定電流 導(dǎo)體額定溫度 周圍介質(zhì)溫度（屋外取年最高平均溫度；屋內(nèi)取最熱月平均溫度+5度） 額定介質(zhì)溫度 溫度修正系數(shù) xuieie0e0kxugiiceg

14、07035故障情況下短時(shí)發(fā)熱的計(jì)算1、根據(jù)短路電流 求短時(shí)發(fā)熱溫度 銅: 300 鉛: 200diddd2、計(jì)算短路電流熱效應(yīng)：fztztzfittztdtqqitdiq2 02)(式中： 周期分量熱效應(yīng)值：用1-10-1法計(jì)算 t故障切除時(shí)間=繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+qf分閘時(shí)間 對(duì)無限大容量電力系統(tǒng)： 非周期分量熱效應(yīng)值: 當(dāng)t1s時(shí)， 忽略不計(jì))10(1222)2/(2zttzzztiiitqztqtiqdzzt2fztqfztq2zfifztitq 36故障情況下短時(shí)發(fā)熱的計(jì)算短 路 點(diǎn) (s)汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 端0.25水 輪 發(fā) 電 機(jī) 端0.19高壓側(cè)母線主變?nèi)萘?00mva0.13

15、主變?nèi)萘?40100mva0.11遠(yuǎn) 離 發(fā) 電 廠 處0.05表 不同短路點(diǎn)等效時(shí)間常數(shù)tfi 的推薦值37電器和載流導(dǎo)體的電動(dòng)力效應(yīng)電器和載流導(dǎo)體的電動(dòng)力效應(yīng)電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的影響 1、電器和載流部分可能因?yàn)殡妱?dòng)力而振動(dòng)或變形，甚至使絕緣部件或載流部件損壞； 2、電氣設(shè)備的電磁繞組可能變形或損壞。38兩根平行導(dǎo)體之間的電動(dòng)力兩根平行導(dǎo)體之間的電動(dòng)力 單根導(dǎo)體：多根導(dǎo)體：)(102721nali if)(102721nalikif式中： 、 通過兩平行導(dǎo)體的電流（a） 該段導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m） a 兩根導(dǎo)體軸線間的距離(m) k 截面形狀系數(shù)1i2il39三相系統(tǒng)中導(dǎo)體間的電動(dòng)力（三相短路時(shí)）三

16、相系統(tǒng)中導(dǎo)體間的電動(dòng)力（三相短路時(shí)） 1、中間相：式中： 沖擊短路電流（a） 母線系統(tǒng)的振蕩系數(shù))(176. 02maxnalifchchi2、母線上的最大彎距： 式中： 相鄰兩個(gè)支柱絕緣子間的跨距（m） 10maxmaxjulfmjul3、最大彎曲應(yīng)力計(jì)算：式中：w母線截面系數(shù)（ ）查手冊(cè)母線最大計(jì)算應(yīng)力不大于母線材料的允許應(yīng)力，即 ，動(dòng)穩(wěn)定滿足)(1076. 1222maxmaxpaiawlwmchju3mxumax40表表 各種材料最大允許應(yīng)力各種材料最大允許應(yīng)力xu5106865101568硬母線材料最大允許應(yīng)力pakgf/cm3銅1400鋁700鋼1600510132741后果 鋼構(gòu)

17、件溫度升高，可使材料產(chǎn)生應(yīng)力而引起形變或使接觸連環(huán)損壞。當(dāng)混凝土中的鋼筋受熱膨脹，可使混凝土產(chǎn)生裂縫。原因 對(duì)象：位于其中的鋼鐵構(gòu)件（絕緣子金具、支持構(gòu)件中的鋼梁、防護(hù)遮攔的鐵桿或混凝土中的鋼筋等） 原因：大電流導(dǎo)體，尤其是母線附近存在強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，上述鋼構(gòu)件將由于渦流（主要原因）和磁滯損耗而發(fā)熱。若鋼構(gòu)件形成較大尺寸的閉合回路，則將會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生環(huán)流，引起很大的功率損耗的發(fā)熱。大電流導(dǎo)體附件鋼構(gòu)件發(fā)熱大電流導(dǎo)體附件鋼構(gòu)件發(fā)熱42 根據(jù)規(guī)定鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度：1. 認(rèn)可觸及的鋼構(gòu)為70攝氏度；2 . 人不可觸及的鋼構(gòu)為100攝氏度；3 . 混凝土中的鋼筋為80攝氏度。 現(xiàn)代發(fā)電廠，為了減少鋼

18、構(gòu)損耗的發(fā)熱，長(zhǎng)采用下面一些措施： 加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體之間的距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗。 斷開鋼構(gòu)回路，并加上絕緣墊，消除環(huán)流。 采用電磁屏蔽 采用分相封閉母線導(dǎo)體中電流大于導(dǎo)體中電流大于40005000a大電流導(dǎo)體附件鋼構(gòu)件發(fā)熱大電流導(dǎo)體附件鋼構(gòu)件發(fā)熱43敞露式母線缺點(diǎn) 1. 受環(huán)境影響嚴(yán)重：積灰相間短路人員不安全 2. 發(fā)電機(jī)出口母線電流大：發(fā)熱嚴(yán)重，電動(dòng)力大，短路造成的影響嚴(yán)重 3. 鋼構(gòu)發(fā)熱嚴(yán)重 4. 運(yùn)行可靠性降低 封閉母線概述封閉母線概述44 不隔相（共相）式封閉母線：公共外殼只能起防止絕緣子免受污染 隔相式封閉母線：公共外殼相間有隔板防污、防止相間故障但可靠性不高 分相封閉母線：每相單獨(dú) 鋁制圓形外殼封閉，又分為分段絕緣式和全連式。 封閉母線概述封閉母線概述45全連式分相封閉母線 600mw機(jī)組出口回路母線都采用全連式分相封閉母線。特點(diǎn)：1. 外殼同一相各段焊接連通； 2. 各個(gè)終端連接有短路板，各相的外 殼電氣相通原理： 導(dǎo)體與外殼構(gòu)成了類似1:1的空心