發(fā)電廠電氣設(shè)備中性點(diǎn)運(yùn)行方式

發(fā)電廠電氣設(shè)備中性點(diǎn)運(yùn)行方式第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的三相系統(tǒng)主要內(nèi)容第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一概述電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指三相系統(tǒng)作星形連接的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。中性點(diǎn)采用不同的接地方式，會影響到電力系統(tǒng)許多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，如電網(wǎng)的絕緣水平、供電可靠性、對通信系統(tǒng)的干擾、繼電保護(hù)的動作特性等。因此，選擇電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式是一個綜合性間題。本章就中性點(diǎn)不同運(yùn)行方式的三相系統(tǒng)作一般綜合介紹。第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)一、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行時，三相導(dǎo)體之間和各相導(dǎo)體對地之間，沿導(dǎo)體全長分布著電容，這些電容在電壓的作用下將引起附加的電容電流。各相導(dǎo)體間的電容及其所引起的電容電流較小，并且對以后所討論的問題沒有影響，故不予考慮。各相導(dǎo)體對地之間的分布電容，分別用集中的等效電容CU、CV和CW代替。圖2-1（a）為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行的電路圖。圖中斷路器QF正常運(yùn)行時處于合閘狀態(tài)。第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)假設(shè)正常運(yùn)行時，三相系統(tǒng)對稱，同時三相導(dǎo)體經(jīng)過完全換位，各相對地電容相等，故中性點(diǎn)N對地電位為0。各相對地電壓分別用、、表示，則

第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)圖2-1中性點(diǎn)不接地三相系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況（a）電路圖；（b）、（c）相量圖第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)各相對地的電壓分別為電源各相的相電壓。在此對地電壓下，各相對地電容電流大小相等，相位差為120°。如圖2-1（c）所示。各相對地電容電流之和為零，所以沒有電容電流流過大地。各相電源電流應(yīng)為各相負(fù)荷電流與對地電容電流的相量和，如圖2-1（b）所示，圖中僅畫出U相情況。第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)二、單相接地故障圖2-2中性點(diǎn)不接地三相系統(tǒng)單相接地（a）電路；（b）相量圖第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)在中性點(diǎn)不接地三相系統(tǒng)中，當(dāng)由于絕緣損壞等原因發(fā)生單相接地故障時，情況將發(fā)生明顯變化。圖2-2所示為W相k點(diǎn)發(fā)生完全接地的情況。所謂完全接地，也稱為金屬性接地，即認(rèn)為接地處的電阻近似于零。當(dāng)W相金屬性接地時，故障相對地電壓為零，即

,第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一非故障相U相和V相的對地電壓、分別為各相對地電壓的相量關(guān)系如圖2-2（b）所示，、之間的夾角為60°。此時U、W相間電壓為，V、W相間電壓為，而U、V相間電壓等于。此時，三相的線電壓仍保持對稱且大小不變。因此，對電力用戶接于線電壓的設(shè)備的工作并無影響，無須立即中斷對用戶供電。一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)由于U、V兩相對地電壓由正常時的相電壓變?yōu)楣收虾蟮木€電壓，則非故障相對地的電容電流也相應(yīng)增大倍。如正常運(yùn)行時各相導(dǎo)線對地的電容相等，設(shè)為C，則正常運(yùn)行時各相對地電容電流的有效值也相等，且單相接地故障時，未接地U、V相的對地電容電流的有效值為：W相接地時，該相對地電容短接，則對地電容電流為零。第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)此時三相對地電容電流之和不再為零，大地中有電流流過，并通過接地點(diǎn)成為回路，如圖2-2（a）所示，如選擇電流的參考方向為從電源到負(fù)荷的方向及線路到大地方向，則W相接地處的電流，簡稱為接地電流，用表示，為可見，單相接地故障時的接地電流，等于正常運(yùn)行時一相對地電容電流的三倍。接地電流的值與網(wǎng)絡(luò)的電壓、頻率和對地電容有關(guān)，而對地電容又與線路的結(jié)構(gòu)（電纜或架空線）、布置方式和長度有關(guān)。實用計算中可按下式計算：第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)對架空線路對電纜線路式中——接地電流，A；

U——網(wǎng)絡(luò)的線電壓，kV；

L——與電壓為U具有電聯(lián)系的所有線路的總長度，km。第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)綜上所述，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時產(chǎn)生的影響可從以下幾個方面來分析。單相接地故障時，由于線電壓保持不變，使負(fù)荷電流不變，電力用戶能繼續(xù)工作，提高了供電可靠性。然而要防止由于接地點(diǎn)的電弧或者過電壓引起故障擴(kuò)大，發(fā)展成為多相接地故障。所以在這種系統(tǒng)中應(yīng)裝設(shè)交流絕緣監(jiān)察裝置，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，立即發(fā)出信號通知值班人員及時處理，規(guī)程規(guī)定：在中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時．繼續(xù)運(yùn)行的時間不得超過2h，并要加強(qiáng)監(jiān)視。

第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一、中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)由于非故障相電壓升高到線電壓，所以在這種系統(tǒng)中，電氣設(shè)備和線路的對地絕緣應(yīng)按能承受線電壓考慮設(shè)計，從而相應(yīng)地增加了投資。接地處有接地電流流過，會引起電弧。如在l0kV電網(wǎng)中接地電流大于30A時，將產(chǎn)生穩(wěn)定電弧，此電弧的大小與接地電流成正比，從而形成持續(xù)的電弧接地。高溫的電弧可能損壞設(shè)備，甚至導(dǎo)致相間短路，尤其在電機(jī)或電器內(nèi)部發(fā)生單相接地出現(xiàn)電弧時最危險。在接地電流小于30A而大于5~10A時，可能產(chǎn)生一種周期性熄滅與復(fù)燃的間歇性電弧，這是由于網(wǎng)絡(luò)中的電感和電容形成的振蕩回路所致，隨著間歇性電弧的產(chǎn)生將出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電壓不應(yīng)有的升高，引起過電壓，其幅值可達(dá)2.5~3倍的相電壓，足以危及整個網(wǎng)絡(luò)的絕緣。第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，具有單相接地故障時可繼續(xù)給用戶供電的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)接地電流較大時容易產(chǎn)生電弧接地而造成危害。為了克服這一缺點(diǎn)，可設(shè)法減少接地處的接地電流。采用的方法是在出現(xiàn)單相接地故障時，使接地處流過一個與接地電流相反的感性電流，因而出現(xiàn)了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)一、消弧線圈的工作原理消弧線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈，線圈的電阻很小，電抗很大，電抗值可用改變線圈的匝數(shù)來調(diào)節(jié)。它裝在系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)與大地之間，其工作情況如圖2-3所示。第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)圖2-3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地三相系統(tǒng)（a）電路圖；（b）相量圖第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)正常運(yùn)行時，中性點(diǎn)對地電壓為零，消弧線圈中沒有電流通過。單相接地故障時，如W相接地，中性點(diǎn)對地電壓,非故障相對地電壓升高倍，網(wǎng)絡(luò)的線電壓不變。此時，消弧線圈處于電源W相相電壓作用下，有電感電流通過，此電感電流必定通過接地點(diǎn)成為回路，所以接地處的電流為接地電流電感電流的相量和，見圖2-3（a）所示。

第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)接地電流超前90°，電感電流滯后90°，和相角差180°，方向相反，見圖2-3（b）所示，在接地處和相互抵消，稱為電感電流對接地電流的補(bǔ)償。如果適當(dāng)選擇消弧線圈的匝數(shù)，可使接地處的電流變的很小或等于零，從而消除了接地處的電弧以及由它所產(chǎn)生的危害。消弧線圈也正因此得名。第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)通過消弧線圈的電感電流。其中L為消弧線圈的電感。消弧線圈的外形和小容量變壓器相似；為了絕緣和散熱，鐵芯和線圈浸放在油箱內(nèi)；為避免鐵芯飽和，保持電流與電壓的線性關(guān)系，采用具有空氣隙的鐵芯，氣隙沿整個鐵芯柱均勻放置，為調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)，通常有5～9個分接頭可供選用，以改變補(bǔ)償?shù)某潭?。?1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)二、消弧線圈的補(bǔ)償方式根據(jù)單相接地故障時消弧線圈電感電流IL對接地電流Ic的補(bǔ)償程度不同，可有三種補(bǔ)償方式：完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償。

1．完全補(bǔ)償完全補(bǔ)償是使電感電流等于接地電流，即IL=Ic，亦即接地處電流為零。第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)

從消弧角度來看，完全補(bǔ)償方式十分理想，但實際上卻存在著嚴(yán)重問題。因為正常運(yùn)行時，在某些條件下，如線路三相的對地電容不完全相等或斷路器接通時三相觸頭未能同時閉合等，中性點(diǎn)與地之間會出現(xiàn)一定的電壓。此電壓作用在消弧線圈通過大地與三相對地電容構(gòu)成的串聯(lián)回路中，因此時感抗XL與容抗Xc相等，滿足諧振條件，形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生過電壓，危及設(shè)備絕緣。因此，一般不采用完全補(bǔ)償方式。第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)

2．欠補(bǔ)償欠補(bǔ)償是使電感電流小于接地電流，即IL<Ic，亦即。單相接地故障時接地處有容性的欠補(bǔ)償電流（IC一IL），但在這種方式下運(yùn)行，若因停電檢修部分線路或系統(tǒng)頻率降低等原因使接地電流Ic減少，又可能出現(xiàn)完全補(bǔ)償，產(chǎn)生滿足諧振的條件，因此，一般電網(wǎng)中變壓器中性點(diǎn)不采用欠補(bǔ)償方式，而大容量發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有時采用欠補(bǔ)償方式。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)3．過補(bǔ)償過補(bǔ)償是使電感電流大于接地電流，即IL>Ic，亦即。單相接地故障時接地處有感性過補(bǔ)償電流（IL一IC），這種補(bǔ)償方式不會有上述缺點(diǎn)，因為當(dāng)接地電流減小時，過補(bǔ)償電流更大不會變?yōu)橥耆a(bǔ)償。即使將來電網(wǎng)發(fā)展使電容電流增加，由于消弧線圈留有一定裕度也可繼續(xù)使用一段時間，故過補(bǔ)償方式在電網(wǎng)中得到廣泛使用。但應(yīng)指出，由于過補(bǔ)償方式在接地處有一定的過補(bǔ)償電流，這一電流值不能超過10A，否則接地處的電弧便不能自動熄滅。第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)消弧線圈的補(bǔ)償容量，可按下式計算式中Q——消弧線圈補(bǔ)償容量，kVA；

K——系數(shù)，過補(bǔ)償取1.35；

IC——電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)回路的接地電流，A；

UN——電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)回路的額定線電壓，kV。第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的

三相系統(tǒng)三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的適用范圍中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)與不接地系統(tǒng)同樣有著在發(fā)生單相接地故障時，可繼續(xù)供電2小時，提高供電可靠性，電氣設(shè)備和線路的對地絕緣應(yīng)按能承受線電壓考慮的特點(diǎn)外，還由于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，能有效地減少單相接地故障時接地處的電流，迅速熄滅接地處電弧，防止間歇性電弧接地時所產(chǎn)生的過電壓，故廣泛應(yīng)用在不適合采用中性點(diǎn)不接地的以架空線路為主體的3~60kV系統(tǒng)。第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)隨著輸電電壓的增高和線路的增長，接地電流會隨之增大，使中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式不能滿足電力系統(tǒng)正常、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。針對這樣的情況，中性點(diǎn)可以采用直接接地的運(yùn)行方式，即中性點(diǎn)經(jīng)過非常小的電阻與大地連接。圖2-4所示為中性點(diǎn)直接接地三相系統(tǒng)的電路圖。第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)

圖2-4中性點(diǎn)直接接地接地三相系統(tǒng)第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)一、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的工作原理正常運(yùn)行時，由于三相系統(tǒng)對稱，中性點(diǎn)對地電壓為零。中性點(diǎn)無電流流過。在發(fā)生單相接地故障時，由于接地相直接經(jīng)過地對電源構(gòu)成單相短路，故稱此故障為單相短路。單相短路電流很大，繼電保護(hù)裝置應(yīng)立即動作，使斷路器斷開，迅速切除故障部分，以防止單相短路電流引起的危害。當(dāng)中性點(diǎn)直接接地時，接地電阻近似為0，所以中性點(diǎn)與地之間的電位永遠(yuǎn)相同。即。單相短路時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓基本不變，仍接近于相電壓。第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)二、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍中性點(diǎn)直接接地的主要優(yōu)點(diǎn)是在單相接地時中性點(diǎn)的電位近于零，非故障相對地電壓接近相電壓，這樣設(shè)備和線路對地絕緣可以按相電壓設(shè)計，從而降低了造價。研究表明，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的絕緣水平與中性點(diǎn)不接地時相比，大約可降低20％左右造價。電壓等級愈高，其經(jīng)濟(jì)效益愈顯著。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)以下幾點(diǎn)：第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)（1）由于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在單相短路時須斷開故障線路，中斷用戶供電，將影響供電的可靠性。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，目前在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的線路上，廣泛裝設(shè)有自動重合閘裝置。當(dāng)發(fā)生單相短路時，在繼電保護(hù)作用下斷路器迅速斷開，經(jīng)一段時間后，在自動重合閘裝置作用下斷路器自動合閘。如果單相接地是暫時性的，則線路接通后用戶恢復(fù)供電；如果單相接地是永久性的，繼電保護(hù)將再次使斷路器斷開。據(jù)統(tǒng)計，采用一次重合閘的成功率在70％以上。第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)（2）單相短路時短路電流很大，甚至?xí)^三相短路電流，有可能須選用較大容量的開關(guān)設(shè)備。為了限制單相短路電流，通常只將系統(tǒng)中一部分變壓器的中性點(diǎn)接地或經(jīng)阻抗接地。（3）由于較大的單相短路電流只在一相內(nèi)通過，在三相導(dǎo)線周圍將形成較強(qiáng)的單相磁場，對附近通信線路產(chǎn)生電磁干擾。必須在線路設(shè)計時考慮電力線路在一定距離內(nèi)，避免和通信線路平行，以減少可能產(chǎn)生的電磁干擾。目前我國電壓為110kV及以上的系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一四、中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的三相系統(tǒng)一、中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的三相系統(tǒng)圖2-5中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的三相系統(tǒng)第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一四、中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的三相系統(tǒng)在以電纜為主體的35kV、l0kV城市電網(wǎng)，由于電纜線路對地電容較大，隨著線路長度的增加，單相接地電容電流也隨之增大。采用消弧線圈補(bǔ)償?shù)姆椒ê茈y有效的實現(xiàn)熄滅接地處的電弧。同時由于電纜線路發(fā)生瞬時故障的概率很小，如帶單相接地故障運(yùn)行時間過長，很容易使故障發(fā)展，而形成相間短路，使設(shè)備損壞，甚至引起火災(zāi)。根據(jù)供電可靠性要求、故障時暫態(tài)電壓、暫態(tài)電流對設(shè)備的影響，對通信的影響和繼電保護(hù)技術(shù)要求以及本地的運(yùn)行經(jīng)驗等，可采用經(jīng)低值電阻（單相接地故障瞬時跳閘）接地方式。如圖2-5所示。第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星