電力系統(tǒng)中性點運行方式探究

1、電力系統(tǒng)中性點運行方式探究摘要：電力系統(tǒng)中性點接地方式是指電力系統(tǒng)中 的發(fā)電機和變壓器的中性點與地的連接方式。它可以分為大 接地電流系統(tǒng)和小接地電流系統(tǒng)，前者即中性點直接接地電 流系統(tǒng)，后者又分為中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈 或電阻接地系統(tǒng)。中性點接地方式的選擇涉及技術(shù)、經(jīng)濟、 安全等多方面，是一個綜合性的問題。對這個問題的研究對 于電力工作人員具有重要意義。本文首先對電力系統(tǒng)中性點 運行方式概述，提出了四種運行方式，接下來對四種運行方 式的優(yōu)缺點和系統(tǒng)運行進行了詳細闡述。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；中性點；運行方式；接地；經(jīng)消弧 線圈接地abstract： electric power syst

2、em neutral point grounding mode is refers to the power system of generator and transfonner neutral point and the mode of connection. it can be divided into big earth current system and small ground current system, the former is neutral point grounding current system directly, the latter is divided i

3、nto isolated neutral system and the neutral point the arc suppression coil or resistanee grounding system. neutral point grounding way involved in the choice of technology, economy, security and other aspects, is a comprehensive problem. research on this problem for power staff has the important mea

4、ning. this paper first on power system neutral point operation mode in this paper, author puts forward four kinds of mode of operation, the advantages and disadvantages of four kinds of operation mode and system running in detai 1.keywords： electric power system； neutral； mode of operation； ground；

5、the arc suppression coil grounding 中圖分類號：tm711文獻標識碼：a文章編號： 2095-2104 (2013)一、電力系統(tǒng)中性點運行方式概述電力系統(tǒng)的中性點是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機和變壓器的 中性點，其運行方式的選擇是一個綜合性的問題，是在充分 考慮供電可靠性、系統(tǒng)絕緣水平、系統(tǒng)過電壓、繼電保護的 要求、對通信線路的干擾以及系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求等因素的 基礎(chǔ)上而確定的。電力系統(tǒng)的中性點的運行方式有2大類: 是中性點直接接地或經(jīng)過低阻抗接地，稱為大接地電流系 統(tǒng)；是中性點不接地、經(jīng)過消弧線圈接地或高阻抗接地， 稱為小接地電流系統(tǒng)。其中采用最廣泛的是中性點不接地、

6、 中性點經(jīng)過消弧線圈接地、中性點直接接地和中性點經(jīng)過電 阻接地4種方式。二、電力系統(tǒng)中性點運行方式分析（一）中性點不接地運行方式1、中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)點中性點不接地系統(tǒng)，即中性點對地絕緣。這種接地方式 結(jié)構(gòu)簡單，運行方便，不需任何附加設(shè)備，投資經(jīng)濟。適用 于10kv架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。中性 點不接地系統(tǒng)優(yōu)點在于發(fā)生單相接地故障時，由于接地電流 很小，若是瞬時故障，一般能自動熄弧，非故障相電壓升高 不大，不會破壞系統(tǒng)的對稱性，接在相間電壓上的電氣設(shè)備 的供電并未遭到破壞，它們可以繼續(xù)運行。但是這種電網(wǎng)長 期在一相接地的狀態(tài)下運行，也是不能允許的，因為這時非 故障電壓升高，絕

7、緣薄弱點很可能被擊穿，而引起兩相接地 短路，將嚴重地損壞電氣設(shè)備。根據(jù)規(guī)定，系統(tǒng)發(fā)生單相接 地故障后可允許繼續(xù)運行不超過兩小時，從而獲得排除故障 時間，相對地提高了供電的可靠性。2、中性點不接地系統(tǒng)的缺點中性點不接地方式缺點在于因其中性點是絕緣的，電網(wǎng) 對地電容中儲存的能量沒有釋放通路。當接地的電容電流較 大時，在接地處引起的電弧就很難自行熄滅，在接地處還可 能出現(xiàn)所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧。由于對 地電容中的能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接 地過電壓或諧振過電壓，其值可達很高的倍數(shù)，對設(shè)備絕緣 造成威脅。由于電網(wǎng)是一個具有電感和電容的振蕩回路，間 歇電弧將引起相對地的過

8、電壓，其數(shù)值可達(2. 53)ux,容 易引起另一相對地擊穿，而形成兩相接地短路。所以必須設(shè) 專門的監(jiān)察裝置，以便使運行人員及時地發(fā)現(xiàn)一相接地故 障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。在電壓為310kv的電力網(wǎng)中，一相接地時的電容電流 不允許大于30a否則，電弧不能自行熄滅，在2060kv電 壓級的電力網(wǎng)中，間歇電弧所引起的過電壓，數(shù)值更大，對 于設(shè)備絕緣更為危險，而且由于電壓較高，電弧更難自行熄 滅。因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定一相接地電流不得大于10a。中性點不接地的運行方式分析中性點不接地方式即電力系統(tǒng)的中性點不與大地相接。電力系統(tǒng)中的三相導線之間和各相導線對地之間都存在著 分布電容。設(shè)三相系統(tǒng)是對

9、稱的，則各相對地均勻分布的電 容可由集中電容c表示，線間電容電流數(shù)值較小，可不考慮, 如圖1 (a)所示。系統(tǒng)正常運行時，三個相電壓ul、u2、u3是對稱的， 三相對地電容電流ic1、ic2、ic3也是對稱的，其相量和為 零，所以中性點沒有電流流過。各相對地電壓就是其相電壓, 如圖1 (b)所示。圖1正常運行時中性點不接地的電力系統(tǒng)(a)電路圖；(b)相量圖當系統(tǒng)任何一相絕緣受到破壞而接地時，各相對地電 壓、對地電容電流都要發(fā)生改變。當故障相(假定為第3相) 完全接地時，如圖2 (a)所示。接地的第3相對地電壓為零, 即u3' =0,但線間電壓并沒有發(fā)生變化。非接地相第1相對 地電壓

10、ul' =ul+(-u3)=u13 ,第2相對 地電壓 u2' =u2+(-u3)=u23o即非接地兩相對地電壓均升高倍，變 為線電壓，如圖2(b)所示。當?shù)?相接地時，由于另外兩 相對地電壓升高倍，使得這兩相對地電容電流也相應(yīng)地增大 倍，即 icl' =ic2' =ic3o從圖2 (b)的相量圖可知，中性點不接地系統(tǒng)單相接地 電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。從圖2(b) 的相量圖還可看出，系統(tǒng)的三個線電壓無論相位和量值均未 發(fā)生變化，因此系統(tǒng)中所有用電設(shè)備仍可繼續(xù)運行。圖2 一相接地時的中性點不接地系統(tǒng)(a)電路圖；(b)相量圖可見，中性點不接地系

11、統(tǒng)發(fā)生一相接地時有以下特點。 經(jīng)故障相流入故障點的電流為正常時本電壓等級每相對地 電容電流的3倍。中性點對地電壓升高為相電壓。非故障相 的對地電壓升高為線電壓。線電壓與正常時的相同。（二）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)即是將中性點通過一個電 感消弧線圈接地。自從1916年發(fā)明了消弧線圈至今，中性 點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)已有80多年的歷史，在世界范圍德 國、中國、前蘇聯(lián)等國的中低壓電網(wǎng)均廣泛采用此種方式。1、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)點中性點經(jīng)消弧線圈接地的優(yōu)點在于其能迅速補償中性 點不接地系統(tǒng)單相接地時產(chǎn)生電容電流，減少的弧光過電壓 的發(fā)生。雖然中性點不接地系統(tǒng)具有發(fā)生單相接

12、地故障仍可 以繼續(xù)供電的突出優(yōu)點，但也存在產(chǎn)生間歇性電弧而導致過 電壓的危險。當接地電流大于30a時，產(chǎn)生的電弧往往不能 自熄，造成弧光接地過電壓概率增大，不利于電網(wǎng)安全運行。 而消弧線圈是一個具有鐵心的可調(diào)電，當電網(wǎng)發(fā)生接地故障 時，接地電流通過消弧線圈時呈電感電流，對接地電容電流 進行補償，使通過故障點的電流減小到能自行熄弧范圍。而 當電流過零而電弧熄滅后，消弧線圈尚可減少故障相電壓的 恢復速度，從而減少了電弧重燃的可能性，有利于單相接地 故障的消除。此外，通過對消弧線圈無載分接開關(guān)的操作， 使之能在一定范圍內(nèi)達到過補償運行，從而達到減小接地電 流。這可使電網(wǎng)持續(xù)運行一段時間，相對地提高了

13、供電可靠 性。中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的缺點中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的缺點主要在于零序保護 無法檢出接地的故障線路。當系統(tǒng)發(fā)生接地時，由于接地點 殘流很小，且根據(jù)規(guī)程要求消弧線圈必須處于過補償狀態(tài)， 接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過 流、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。其次，消弧線圈本身是感性元件，與對地電容構(gòu)成諧振 回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓。第三，中性點經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓 的概率，還是不能徹底消除弧光接地過電壓，也不能降低弧 光接地過電壓的幅值。第四，目前運行在中低壓電網(wǎng)的消弧 線圈大多為手動調(diào)匝的結(jié)構(gòu)，必須在退出運行才能調(diào)整，在 運行

14、中不能根據(jù)電網(wǎng)電容電流的變化及時進行調(diào)節(jié)，所以不 能很好的起到補償作用，仍出現(xiàn)弧光不能自滅及過電壓問 題。不過隨著近年來小電流單相接地選線裝置及自動跟蹤消 弧線圈的研制成功，有效的解決了中性點經(jīng)消弧線圈接地系 統(tǒng)長期難以解決的技術(shù)問題。中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的運行在中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地的電容電流較大時， 在接地處引起的電弧就很難自行熄滅，此時可以用中性點經(jīng) 過消弧線圈接地的方法來解決，該系統(tǒng)稱為中性點經(jīng)過消弧 線圈接地系統(tǒng)。當發(fā)生一相完全接地時，消弧線圈處在相電 壓之下，通過接地處的電流是接地電容電流ic和線圈電感 電流ii的相量和，而電容電流和電感電流相位相反，互相 補償，這種補償

15、方式一般有欠補償(il>ic)、完全補償(il>ic) 和過補償(il>ic)3種形式。這種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地和中性 點不接地系統(tǒng)一樣，非故障相的相電壓升高為原來的3倍， 線電壓仍然對稱，所以也允許暫時運行，但不得超過2h。(%1) 中性點直接接地的運行方式中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通常用繼電保護 等將短路部分切除，而非故障相的電壓不會改變，這對于 uokv及以上的高壓系統(tǒng)來說，可以降低絕緣造價、改善保 護設(shè)備的性能。中性點直接接地的一個缺點是一相短路電流 太大，通常用調(diào)整全網(wǎng)的中性點接地使一相接地短路電流不 超過三相短路電流；另一缺點是容易發(fā)生供電中斷，通?？?以用

16、重合閘等措施來補救。圖3為中性點直接接地的電力網(wǎng)的示意圖。在中性點直 接接地電網(wǎng)中若發(fā)生單相接地故障時，中性點電位仍為零， 非故障相對地電壓也基本不變。由于單相接地短路電流id 較大，線路繼電保護裝置能迅速切斷電路，從而防止了產(chǎn)生 間歇性電弧過電壓的可能。而為了彌補其影響供電的缺點， 則廣泛采用自動重合閘裝置，靠它來盡快恢復供電。圖3中性點直接接地電力網(wǎng)的接地故障示意圖(%1) 中性點經(jīng)電阻接地的方式隨著城網(wǎng)的改造和農(nóng)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很 大變化，投運的電纜線路越來越多，電容電流急劇增加，若 采用中性點經(jīng)消弧線圈的接地方式，不僅所需消弧線圈的容 量很大，而且運行中電容電流隨機變化的范

17、圍很大，采用跟 蹤范圍有限的自動調(diào)諧很難滿足這種大范圍調(diào)節(jié)的需要，此 時可考慮采用中性點經(jīng)電阻接地方式。中性點經(jīng)電阻接地方式在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的零序 網(wǎng)絡(luò)如圖4所示co為系統(tǒng)對地電容，rn為中性點接地電阻, 所以中性點經(jīng)電阻接地方式的零序阻抗等于系統(tǒng)對地容抗xc與3rn之并聯(lián)，這樣不僅可起到限制 諧振過電壓的作用，而且還可以降低設(shè)備絕緣水平，提高經(jīng) 濟效益。圖4零序網(wǎng)絡(luò)具體說來，中性點經(jīng)電阻接地方式有如下優(yōu)點：該電阻與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)回路由于電阻是耗能 元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧 振過電壓和間歇性電弧接地過電壓有一定優(yōu)越性；采用電阻接地方式的變電所當發(fā)生一相金屬

18、性接地后， 健全相電壓上升至系統(tǒng)電壓，接地跳開后，三相電壓迅速恢 復到正常值，接地點電流值由系統(tǒng)電容電流的大小和中性點 電阻值共同決定。在發(fā)生非金屬性接地時，受接地點電阻的 影響，流過接地點和中性點的電流比金屬性接地時有顯著降 低，同時，健全相電壓上升也顯著降低零序電壓值約為單相 金屬性接地的一半。由此可見采用中電阻接地方式能在單相 接地故障時產(chǎn)生限流降壓作用對設(shè)備絕緣等級要求較低，其 耐壓水平可以按相電壓來選擇。中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的缺點在于：由于接地點的電流 較大，當零序保護動作不及時或拒動時，將使接地點及附近的絕緣受到更大 的危害，導致相間故障發(fā)生。此外當發(fā)生單相接地故障時，無 論是永久性的還是非永久性的，均作用與跳閘，使線路的跳 閘次數(shù)大大增加，影響了用戶的正常供電，使其供電的可靠 性下降。結(jié)語綜上所述，由上文幾種中性點接地方式可以看出，每種 接地方式各有利弊，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)做到具體問題具體 分析。對于電壓等級較低的電網(wǎng)，大多數(shù)都采用中性點不接 地方式。隨著微機