中性点故障电流的选取

1、中性点接地系统接地电流的计算一、中性点概述1、中性点的定义及接地方式：电力系统的中性点是指在三相星形接线法中，三相导线的公共结点。电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，发生单相接地故障时，接地短路电流很大，称为大接地电流系统一般110kv及以上的系统采用大电流接地系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地短路电流比负荷电流小很多称为小接地电流系统，一般66kv及以下系统常采用这种系统。1.1中性点不接地系统 当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但

2、是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。 所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。 在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。 由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(4-10)Ux。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。

3、 在电压为3-10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在2060kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。1.2中性点经消弧线圈接地系统 当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。 消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然，在正常的运行状

4、态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。 在中性点经消弧线圈接地的系统中，一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。 在中性点经消弧线圈接地的系统中,各相对地绝缘和中性点不接地系统一样,也必须按线电压设计。1.3中性点直

5、接接地系统 中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。 中性点直接接地或经过电抗器接地系统，在发生一相接地故障时，故障的送电线被切断，因而使用户的供电中断。运行经验表明，在1KV以上的电网中，大多数的一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再

6、试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。 中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相对地电压不会增高, 因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。电网的电压愈高，经济效果愈大，而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。例1、对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。 例2、对于110k

7、V及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。 例3、20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。 例4、 1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得机电压，地线是为了安全。2. 中性点不接地系统中电容电流过大的危害根据企业发展规划，我们筹划建设了110/10kV总降变电站，一次侧采用电压

8、110kV杆塔架空进线，10kV出线配网为中性点不接地系统，全部为电缆出线，电缆线路的大量使用使得配电网对地电容电流也大幅度增加。在中性点不接地系统中，单相接地故障占总故障率的60%以上，而中性点不接地系统在发生单相接地故障时仍能保持三相对称，可以继续为用户供电，这是其优点；但是，当10kV系统单相接地电容电流大于10A时，电弧便有可能不自行熄灭，并极易发展为相间短路故障，当单相接地为间歇性弧光接地时，会引起幅值很高的弧光过电压，很容易击穿系统内绝缘较薄弱的设备，引发严重的事故。还会造成接地点热破坏及接地网电压升高，单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接

9、地网后由于接地电阻的原因，使整个接地电网电压升高，危害人身安全。容易引起铁磁谐振，使PT产生过电压，甚至烧毁等问题。单相接地电容电流过大的危害主要体现在五个方面：2.1弧光接地过电压危害当电容电流过大，接地点电弧不能自行熄灭，出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3.2倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，可使用电设备、电缆、变压器等绝缘老化，缩短使用寿命，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。2.2造成接地点热破坏及接地网电压升高单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接地网后由于接

10、地电阻的原因，使整个接地电网电压升高，危害人身安全。2.3交流杂散电流危害电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃可燃气体、煤尘爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管，气管等金属设施。2.4接地电弧还会直接引起火灾,甚至直接引起可燃气体、煤尘爆炸。2.5配电网对地电容电流增大后，架空线路尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。二、单相接地电容电流计算我国的相关电力设计技术规程中规定，310kV的电力网单相接地故障电流大于30A时应装设消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接

11、地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。消弧线圈应接于系统中性点上。变电站主变压器10kV侧采用的是三角形接线，10 kV系统是没有中性点的，解决的办法是将消弧线圈接在星形接线的10kV站用接地变压器中性点上。这样，系统零序网络等效于由对地电容和消弧线圈构成的LC串联电路。脱谐度决定了一是弧道中的残余电流；二是恢复电压上升到最大值的时间；三是恢复电压的上升速度，它是影响灭弧的主要因素。工程上用脱谐度U来描述调谐程度U=（IC-IL）/

12、IC当U=0时，称为全补偿，当U0时为欠补偿,U0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如10KV电网，当消弧线圈处于全补偿时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10-25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网中各种操作（如大电机投入，断路器非同期合闸等）及电网发生其它故障时（如单相断线，断路器非全相合闸等）都可能产生危险的过电压，所以在电网正常运行时，或发生单相接地之外的其他故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。综上

13、所述，当电网发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越小越好，最好是全补偿。当电网正常运行时,希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。目前，自动补偿的消弧线圈国内主要有三种产品，分别是调气隙式、调匝式、调容式及偏磁式等。1、 调气隙式 调气隙式属于随动式补偿系统。其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。该产品工作噪音大，可靠性差调节精度差，过电压水平高。基本已淘汰。2、 调匝式（或带调容式） 该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。该装置同调气隙式相比

14、，消除了消弧线圈的高噪音，但是却牺牲了补偿效果，消弧线圈不能连续调节，只能离散的分档调节，补偿效果差，并且同样具有过电压水平高。3、 偏磁式 偏磁式消弧装置是一种动态补偿系统，它采用全静态结构，具有可靠性高、调节速度快、调节范围宽且可在承受高电压时调节电感值的特点，是一种很有发展前途的消弧电抗器。它的工作原理是通过改变励磁绕组中的直流励磁电流,使铁心的磁导率发生改变,从而实现工作绕组电感L的连续调节。无论是在电网发生故障时，还是在电网正常运行时，偏磁式消弧线圈的电感值均唯一由励磁绕组中的控制电流决定，所以只要精确地提供励磁绕组中的控制电流就可以准确地调整消弧线圈的电感。三、单相接地电容、接地变

15、压器及消弧线圈容量计算电网的电容电流，应包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并应考虑5-10年的发展。1、电缆线路电容电流的估算计算方法：电缆电容电流的计算方法有以下两种（一般厂区多为电缆出线）：根据经验公式，计算电容电流 Ic1=0.1UP L 式中: UP电网额定线电压(kV) L 电缆长度(km)电缆线路电容电流的估算参见下表：电容电流 额定电压平均值 (KV)(A/Km)缆芯截面(mm2)61035100.330.46160.370.52250.460.62350.520.69500.590.77700.710.93.7950.821.04.

16、11200.891.14.41501.11.34.81851.21.45.22401.31.63001.51.82、架空线电容电流的估算计算方法：Ic2= (2.73.3)UPL10-3式中：UP电网线电压(kV) L 架空线长度(km)2.7系数，适用于无架空地线（无避雷线）的线路 3.3系数，适用于有架空地线（避雷线）的线路注：上述系数为木杆线路，当系数为3.3金属塔杆时各增加10%。同杆双回架空线电容电流为单回路的1.31.6倍。3、变压器中性点电阻值计算公式：IL（11.）IC， R= Ue/3IR4、 变电所增加电容电流的计算见下表Ic= Ic1（1k）额定电压(千伏)6101535

17、66电容电流增值(k%消弧线圈容量的计算 首先根据式（1-1）计算系统单相接地电容电流，修订后计算补偿上、下限：上限=IC+30%IC，下限=IC-50%IC(下限可选5或10A、20A) 确定装置型号：XHG-10/下限-上限（10KV系统） 容量计算公式：Q = KIcUP/3(消弧线圈容量=最大补偿电流X系统相电压)式中: K 系数，过补偿取1.35 Q 消弧线圈容量，kVA6、接地变的作用及容量选择接地变压器是为无中性点接地系统提供一个人为的、可带负荷的中性点用于接消弧线圈，并可带一连续使用的二次绕组，作为站用变使用。从而节省投资费用。该变压器采用ZN,Yn1型接线，零序阻抗很小（10左右），空载阻抗高、损失小。因此有规定，用普通变压器带消弧线圈时，其容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90% 100%容量的消弧线圈，选用干式变，接地变压器容量及消弧线圈负载容量计算. SJ=1.2Q式中：Q 消弧线圈容量，kVASJ 接地变容量，kVA带二次时，接地变压器的容量是消弧线圈容量与二次容量之和。6.1 应用计算 110kV变电所，二台主变，10kV单母线分段，共20回电缆出线，两套补偿装置，一回电缆平均长度按2.1kM计算，所变