发电厂变电所电气设备课件2

1、教学目的：掌握电力系统中性点各种运行方教学目的：掌握电力系统中性点各种运行方式的工作特点及应用范围。式的工作特点及应用范围。重重 点：点：电力系统中性点各种运行方式的工电力系统中性点各种运行方式的工作特点。作特点。难难 点：点：中性点不接地系统发生单相接地时中性点不接地系统发生单相接地时电压和电流的大小及相位关系。电压和电流的大小及相位关系。电力系统的中性点电力系统的中性点:概念：泛指运行中发电机和变压器的中性点概念：泛指运行中发电机和变压器的中性点（作（作Y形连接）形连接）电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式:指中性点的接地指中性点的接地方式。方式。 我国电力系统中性点的运行方式

2、主要有我国电力系统中性点的运行方式主要有三种：中性点不接地运行方式、中性点经三种：中性点不接地运行方式、中性点经消弧线圈接地运行方式和中性点直接接地消弧线圈接地运行方式和中性点直接接地运行方式。运行方式。 前两种接地系统统称为小接地电流系统，前两种接地系统统称为小接地电流系统，后一种接地系统又称为大接地电流系统。后一种接地系统又称为大接地电流系统。 电力系统中性点的运行方式不同，其技电力系统中性点的运行方式不同，其技术特性和工作条件也不同，还与故障分析、术特性和工作条件也不同，还与故障分析、继电保护配置、绝缘配合等均密切相关。继电保护配置、绝缘配合等均密切相关。采用哪一种中性点运行方式，直接影

3、响到采用哪一种中性点运行方式，直接影响到电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、电网的造价以及对通信线路的干扰续性、电网的造价以及对通信线路的干扰程度。程度。一、正常运行情况一、正常运行情况简化等值电路简化等值电路 如图如图2-12-1所示，经过完全换位后，输电线路所示，经过完全换位后，输电线路相间及对地电容对称分布，对地电容用集中电相间及对地电容对称分布，对地电容用集中电容容C C表示，相间电容略。（表示，相间电容略。（各相对地之间是空气各相对地之间是空气层，空气是绝缘介质，构成分散电容，为了方层，空气是绝缘介质，构成分散电容，为了方便讨论，对地分散电容

4、用集中电容表示便讨论，对地分散电容用集中电容表示,相间电相间电容不予考虑）容不予考虑）电压及电流关系电压及电流关系 电源中性点与地同电位，各相的对地电压等于电源中性点与地同电位，各相的对地电压等于各相的相电压；各相的相电压； 三相的对地电容电流也是对称的，三相的对地三相的对地电容电流也是对称的，三相的对地电容电流的相量和为零，因此没有电流流入大电容电流的相量和为零，因此没有电流流入大地地 。 二、单相接地故障二、单相接地故障1 1、简化等值电路、简化等值电路 设设W相发生金属性接地，所谓金属性接地相发生金属性接地，所谓金属性接地是指其接地电阻为零，如图是指其接地电阻为零，如图2-2（a）所示）

5、所示 2、电压电流关系、电压电流关系（1）W相接地故障时，中性点电位不再为零，相接地故障时，中性点电位不再为零，上升为相电压，故障相对地电压为零，非上升为相电压，故障相对地电压为零，非故障相故障相U和和V相对地电压值升高相对地电压值升高 倍，变倍，变为线电压。为线电压。 因此这种系统的设备的相绝缘，不能只按因此这种系统的设备的相绝缘，不能只按相电压来考虑，而要按线电压来考虑。相电压来考虑，而要按线电压来考虑。3（2）有电流流入大地。系统单相接地时的接）有电流流入大地。系统单相接地时的接地电容电流为正常运行时每相对地电容电地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的流的3倍。倍。 由于线路对地电容由

6、于线路对地电容C难于准确确定，所以难于准确确定，所以和也不好根据电容和也不好根据电容C来准确计算，在工程中来准确计算，在工程中通常采用下列经验公式来计算：通常采用下列经验公式来计算：350)35(cLlUNI 必须指出：当中性点不接地的电力系统发生必须指出：当中性点不接地的电力系统发生单相接地时，由图单相接地时，由图2-2(b)的相量图看出，系统的三的相量图看出，系统的三个线电压无论其相位和大小均无改变，因此系统个线电压无论其相位和大小均无改变，因此系统中所有设备仍可正常运行，这是中性点不接地系中所有设备仍可正常运行，这是中性点不接地系统的最大优点。统的最大优点。 但是，单相接地后，其运行时间

7、不能太长，但是，单相接地后，其运行时间不能太长，以免在另一相又接地时形成两相短路。一般允许以免在另一相又接地时形成两相短路。一般允许运行时间不超过运行时间不超过2h。 并且这种中性点不接地系统必须装设单并且这种中性点不接地系统必须装设单相接地保护或绝缘监视装置，当系统发生相接地保护或绝缘监视装置，当系统发生单相接地故障时，发出报警信号或指示，单相接地故障时，发出报警信号或指示，以提醒运行值班人员注意，及时采取措施，以提醒运行值班人员注意，及时采取措施，查找和消除接地故障；如有备用线路，则查找和消除接地故障；如有备用线路，则可将重要负荷转移到备用线路上，当危及可将重要负荷转移到备用线路上，当危及

8、人身和设备安全时，单相接地保护应动作人身和设备安全时，单相接地保护应动作于跳闸。于跳闸。结论：结论：绝缘水平按线电压设计绝缘水平按线电压设计三相系统仍然对称，可以继续运行三相系统仍然对称，可以继续运行2h因存在接地容性电流，故在接地点有电弧因存在接地容性电流，故在接地点有电弧 中性点不接地系统的主要优点是发生单相中性点不接地系统的主要优点是发生单相接地时仍可继续向用户供电，但有一种情接地时仍可继续向用户供电，但有一种情况相当危险，即在发生单相接地时，如果况相当危险，即在发生单相接地时，如果接地电流较大，将在接地点产生断续电弧，接地电流较大，将在接地点产生断续电弧，这就可能使线路发生谐振过电压现

9、象，因这就可能使线路发生谐振过电压现象，因此不宜用于单相接地电流较大的系统此不宜用于单相接地电流较大的系统 。为。为了克服这个缺点，可将电力系统的中性点了克服这个缺点，可将电力系统的中性点经消弧线圈接地。经消弧线圈接地。图图2-3 中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图；（）电路图；（b）向量图）向量图 系统正常运行时，中性点电位为零，没有系统正常运行时，中性点电位为零，没有电流流过消弧线圈。电流流过消弧线圈。(其他特点与中性点不其他特点与中性点不接地系统一样）接地系统一样） 当系统发生单相接地时，流过接地点的总当系统发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电

10、容电流与流过消弧线圈的电电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感的相量和。如图感的相量和。如图23（b）所示，它们方）所示，它们方向相反，所以在接地点互相补偿，可使接向相反，所以在接地点互相补偿，可使接地电流小于最小生弧电流，从而消除接地地电流小于最小生弧电流，从而消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。点的电弧以及由此引起的各种危害。 中性点经消弧线圈的系统发生单相接地故中性点经消弧线圈的系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统中发生单相障时，与中性点不接地的系统中发生单相接地故障时一样，接地相对地电压为零，接地故障时一样，接地相对地电压为零，非故障相对地电压升高到线电压。由于相非故障相对

11、地电压升高到线电压。由于相间电压没有改变，因此三相设备仍可以正间电压没有改变，因此三相设备仍可以正常运行。但也不能长期运行，必须装设单常运行。但也不能长期运行，必须装设单相接地保护或绝缘监视装置，在单相接地相接地保护或绝缘监视装置，在单相接地时给予报警信号或提示，运行值班人员应时给予报警信号或提示，运行值班人员应及时采取措施，查找和消除故障，如可能及时采取措施，查找和消除故障，如可能时将重要负荷转移到备用线路上。时将重要负荷转移到备用线路上。 根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度不同，有三种补偿方式：偿程度不同，有三种补偿方式： （1）全补偿，）全

12、补偿， = ，接地点电流为零。从消，接地点电流为零。从消弧观点来看，全补偿最好，但在实际中并不采弧观点来看，全补偿最好，但在实际中并不采用这种补偿方式，因为可能产生串联谐振出现用这种补偿方式，因为可能产生串联谐振出现过电压而危及电网的绝缘。过电压而危及电网的绝缘。 （2）过补偿，）过补偿， ，接地点尚有未补偿的电容，接地点尚有未补偿的电容性电流。欠补偿方式也较少采用，易发展成为性电流。欠补偿方式也较少采用，易发展成为全补偿方式。全补偿方式。 cIcILILILIcI 防止单相接地故障不能自动熄弧的另一防止单相接地故障不能自动熄弧的另一种方法，就是将系统的中性点直接接地种方法，就是将系统的中性点

13、直接接地 。 将系统的中性点与地相连，中性点的电将系统的中性点与地相连，中性点的电位与地相同，如图位与地相同，如图2-4所示。所示。 图图2-4 发生单相接地的中性点直接接地的电力系统发生单相接地的中性点直接接地的电力系统 系统发生单相接地时即形成单相接地短路，系统发生单相接地时即形成单相接地短路，单相短路电流比线路正常负荷电大得多，单相短路电流比线路正常负荷电大得多，对系统危害很大。对系统危害很大。 因此，这种系统中装设的短路保护装置立因此，这种系统中装设的短路保护装置立即动作，切断线路，切除接地故障部分，即动作，切断线路，切除接地故障部分，不会产生稳定电弧或间歇电弧，系统其他不会产生稳定电

14、弧或间歇电弧，系统其他部分仍能正常运行。部分仍能正常运行。 中性点直接接地系统中发生单相接地时，中性点直接接地系统中发生单相接地时，相间电压的对称关系被破坏，但未发生接相间电压的对称关系被破坏，但未发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压。因此，中性点直接接地系仍维持相电压。因此，中性点直接接地系统中的供电设备的相绝缘只需按相电压来统中的供电设备的相绝缘只需按相电压来考虑。这对考虑。这对110kV及以上的高压系统来说，及以上的高压系统来说，具有显著的经济技术价值，因为高压电器，具有显著的经济技术价值，因为高压电器，特别是超高压电器，其绝缘问题是

15、影响电特别是超高压电器，其绝缘问题是影响电器设计制造的关键问题。电器绝缘要求的器设计制造的关键问题。电器绝缘要求的降低，直接降低了电器的造价，同时改善降低，直接降低了电器的造价，同时改善了电器性能。了电器性能。优点：优点： 1、不外加设备即可消弧、不外加设备即可消弧 2、降低电网对地绝缘，节省造价、降低电网对地绝缘，节省造价 缺点：缺点： 1、供电可靠性降低、供电可靠性降低 改进：装自动重合闸装置、改进：装自动重合闸装置、 加备用电源加备用电源 2、短路电流很大、短路电流很大 改进：改进： 中性点经电抗器接地中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地、仅部分中性点接地 3、对通信干扰大、对通信干扰

16、大措施：电力线和通信线保持一定的距离措施：电力线和通信线保持一定的距离一、一、 中性点不同接地方式的比较中性点不同接地方式的比较 三种中性点运行方式在运行中表现出不同三种中性点运行方式在运行中表现出不同的优缺点，其中有关供电可靠性、过电压的优缺点，其中有关供电可靠性、过电压与绝缘水平、继电保护、对通讯的干扰、与绝缘水平、继电保护、对通讯的干扰、系统稳定等问题对运行关系较大。系统稳定等问题对运行关系较大。1.供电可靠性供电可靠性 从供电可靠性的角度来看，小接地电流系从供电可靠性的角度来看，小接地电流系统，特别是消弧线圈接地系统，具有明显优统，特别是消弧线圈接地系统，具有明显优势。势。2.过电压与

17、绝缘水平过电压与绝缘水平 对于电力系统的绝缘水平，大接地电流系对于电力系统的绝缘水平，大接地电流系统按相电压考虑，小接地电流系统则需按线统按相电压考虑，小接地电流系统则需按线电压考虑。大接地电流系统比小接地电流系电压考虑。大接地电流系统比小接地电流系统绝缘水平大约可降低统绝缘水平大约可降低20%左右，在选用避左右，在选用避雷器时，前者用雷器时，前者用80%避雷器，后者用避雷器，后者用100%避避雷器。雷器。 另一方面，作用在绝缘上的内部过电压是另一方面，作用在绝缘上的内部过电压是在相对地电压基础上产生和发展的，由于小在相对地电压基础上产生和发展的，由于小接地电流系统单相接地时，相对地电压大约接

18、地电流系统单相接地时，相对地电压大约是线电压的水平，因此，其各种操作过电压是线电压的水平，因此，其各种操作过电压与共振过电压的倍数几乎是大接地电流系统与共振过电压的倍数几乎是大接地电流系统的的 倍左右。倍左右。 从过电压与绝缘水平的观点来看，采用大从过电压与绝缘水平的观点来看，采用大接地电流系统是有利的。接地电流系统是有利的。33. 继电保护继电保护 大接地电流系统中，单相接地短路时，短路电大接地电流系统中，单相接地短路时，短路电流大，继电保护简单、可靠、选择性好、灵敏度流大，继电保护简单、可靠、选择性好、灵敏度高，不易使事故扩大，即使简单的电流保护，也高，不易使事故扩大，即使简单的电流保护，

19、也具有相当高的灵敏度和可靠性。但小接地电流系具有相当高的灵敏度和可靠性。但小接地电流系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，与零序电流过滤器的不平衡电流相差不多，因而与零序电流过滤器的不平衡电流相差不多，因而很难用普通的方向继电器来判断故障线路，这就很难用普通的方向继电器来判断故障线路，这就给继电保护造成较大困难。所以小接地电流系统给继电保护造成较大困难。所以小接地电流系统接地保护尚不完满，延长了消除故障时间。接地保护尚不完满，延长了消除故障时间。4.对通信的干扰对通信的干扰 单相接地产生干扰对通信的影响是不可单相接地产生干扰对通信的影响是不可

20、忽视的，在某种情况下，它甚至还是选择忽视的，在某种情况下，它甚至还是选择中性点接地方式的决定因素。中性点接地方式的决定因素。 单相接地产生干扰的途径有两种，一种单相接地产生干扰的途径有两种，一种是静电感应，另一种是电磁感应。是静电感应，另一种是电磁感应。 在小接地电流系统中，起主要作用的是静电感在小接地电流系统中，起主要作用的是静电感应，可以用较简单的方法加以限制。在大接地电应，可以用较简单的方法加以限制。在大接地电流系统接地故障时，大的接地电流对临近的通信流系统接地故障时，大的接地电流对临近的通信线路干扰大，感应电压可能危及工作人员安全或线路干扰大，感应电压可能危及工作人员安全或引起信号装置

21、误动作，因此，电力线和通信线间引起信号装置误动作，因此，电力线和通信线间必须保持一定的距离。必须保持一定的距离。 一般认为：中性点直接接地系统对通信干扰影一般认为：中性点直接接地系统对通信干扰影响最大；中性点经消弧线圈接地系统对通信的干响最大；中性点经消弧线圈接地系统对通信的干扰最小。扰最小。5.系统稳定性系统稳定性 在大接地电流系统中发生单相接地时，由在大接地电流系统中发生单相接地时，由于接地电流很大，电压的剧烈下降、线路于接地电流很大，电压的剧烈下降、线路的突然切除可能导致系统稳定的破坏。如的突然切除可能导致系统稳定的破坏。如果采用小接地电流系统，则流过接地点的果采用小接地电流系统，则流过

22、接地点的电流很小，不存在引起失步的可能。因此，电流很小，不存在引起失步的可能。因此，从系统稳定的角度看，中性点直接接地系从系统稳定的角度看，中性点直接接地系统是不利的。统是不利的。二、中性点运行方式的应用范围二、中性点运行方式的应用范围 小接地电流系统主要优点是供电可靠性高，小接地电流系统主要优点是供电可靠性高，无通信干扰问题，主要缺点是绝缘水平要无通信干扰问题，主要缺点是绝缘水平要求高；大接地电流系统则相反。这些优缺求高；大接地电流系统则相反。这些优缺点对不同电压等级的系统起主导作用的方点对不同电压等级的系统起主导作用的方面是不同的。实际电力系统中，不同中性面是不同的。实际电力系统中，不同中性点接地方式应用范围大致如下：点接地方式应用范围大致如下： （1）310KV系统一般多采用中性点不接地系统一般多采用中性点不接地系统，仅在线路长或有电缆线路而且单相系统，仅在线路长或有电缆线路而且单相接地电流过大时，才采用经消弧线圈接地接地电流过大时，才采用经消弧线圈接地方式。方式。 （2）3566KV系统多采用经消