中性点运行方式及接地保护3

电力系统中性点的运行方式

电力系统中性点运行方式

主讲人：永兴职业中专学校李慧杰1【知识目标】1．了解电力系统中性点运行方式的种类；2．了解中性点不接地系统的基本概念和分析；3．掌握中性点经消弧线圈接地的概念、消弧线圈的结构和作用；4.掌握中性点经电阻接地系统的概念和分析5．掌握中性点直接接地系统的基本概念和分析。【能力目标】1．能够区别电力系统中性点运行方式的运行特点；2．能够理解消弧线圈的补偿方式和作用；3．能够理解多种中性点运行方式的应用范围。

教学要求2

电力网中性点接地方式相关知识中性点是指电力系统中发电机和变压器作星型连接时的公共端。中性点的运行方式是中性点与大地之间的连接关系。分为中性点有效接地和中性点非有效接地两大类。是否有效的判断条件：满足x0/x1不大于3和r0/x1不大于1就属于有效接地，否则为非有效接地

x0接地点零序阻抗x1接地点正序阻抗

r0接地点零序电阻

3

系统中性点是否接地、怎样接地，都会直接影响系统运行的可靠性、设备绝缘的稳定性、继电保护的准确性，或造成对通信设备的干扰等

中性点有效接地：

中性点直接接地中性点经低电阻接地中性点非有效接地：

经消弧线圈接地不接地经高电阻接地（我国很少用）中性点有效接地系统发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。中性点非有效接地系统发生单相接地时接地电流被限制到较小数值，故又称为小接地电流系统；4

中性点不接地系统1

中性点经消弧线圈接地系统2

中性点直接接地系统5电力系统中性点的运行方式

中性点经高电阻接地系统3

中性点经小电阻接地系统

45

中低压电力网采用中性点非有效接地的原因中压电网中，发生单相接地故障的比例很大（65%以上）。采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式可以减小单相接地的电流，从而减轻其危害。非有效接地系统发生单相接地时，系统可以继续运行不超过2小时，从而提高了供电的可靠性。综合考虑各种因素，中低压电气设备的绝缘按照线电压设计所增加的投资远小于运行中所取得的经济效益。6

各种中性点非有效接地方式1中性点不接地系统72中性点经消弧线圈接地系统83中性点经高电阻接地系统9如图2.4所示为中性点直接接地系统的工作原理图。

中性点直接接地系统的工作原理图2.4中性点直接接地系统的工作原理图

各种中性点有效接地方式10

中性点经低电阻接地系统11中低压电力网面临的问题中低压电力网越来越庞大，线路对地电容电流不断增大，单相接地时接地电流较大，接地点电弧不能自行熄灭，很可能发展成相间短路，造成二次故障概率增大，引起设备损坏和大面积停电。易产生单相接地电弧过电压。当接地电流大于10Ａ时，接地点可能出现周期性地熄灭和重燃的间歇电弧。将导致相与地之间产生间歇性电弧过电压，其值可能达到2.5～3倍相电压峰值，造成未接地相绝缘击穿而出现相间短路。易产生谐振过电压。当系统电压偏高时出现单相接地故障，就有可能激发电路谐振过电压，致使母线电压互感器(PT)烧毁和熔断器熔断，严重威胁电网的安全和供电可靠性。12高压110KV及以上电力网面临的问题随着电网电压越来越高，绝缘费用在设备总价值中占有很大比重（价格几乎与承受电压成正比），降低绝缘水平和要求所带来的的经济效益非常显著。220KV及以上电网存在较大泄漏损耗和电晕损耗，单相接地时，即使采用中性点经消弧线圈接地，消弧效果也不能满足要求。仍比较容易产生间歇性电弧过电压和谐振过电压。其值达到2.5～3倍相电压峰值，给绝缘带来更高要求和巨大困难，使投资成本大大增加。在绝缘难度和费用问题面前，可以考虑改变中性点接地运行方式，牺牲部分供电可靠性，降低绝缘难度，保证电网的安全运行更重要。13我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地及中性点直接接地四种。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、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，直接影响到电网的绝缘水平、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程度。

电力系统中性点的运行方式14中性点不接地系统1、中性点不接地系统15图2.1正常运行时的中性点不接地系相与相、相与地都存在分布电容（都用集中电容C来表示）。系统正常运行时，三相电压、电流都是对称的，三相对地电容的电流也是对称的，并且三相对地电容电流的相量和为零，没有电流在地中流过。各相对地电压均为相电压。中性点对地电位为零。

中性点不接地系统16当系统发生单相接地故障时．假设C相发生金属接地，其接地电阻为零，如图2.2所示，这时C相对地电压为零，中性点对地电位将升高为相电压，而非故障A相、B相的对地电压的数值将升高为线电压。即：2.1.2单相接地故障

中性点不接地系统17图2.2单相接地时的中性点不接地系统电路图

中性点不接地系统C相接地故障时，非故障相A相和B相对地电压值升高为线电压。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。C相接地时，系统的接地电流（接地电容电流） 为A、B两相对地电容电流之和，即：

18即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流的3倍。由于线路对地电容C难于准确确定，所以和 也不好根据电容C来准确计算，只能进行估算。

中性点不接地系统19正常运行时：地中没有零序电容电流流过中性点对地电位为零。接地时故障相对地电压降低为零；非接地故障相电压升高为线电压（倍相电压）→绝缘水平按线电压设计（35KV及以下

）中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即-Ｕc）相对中性点电压和线电压仍不变→三相系统仍然对称，可以继续运行2h（供电可靠性提高）接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的３倍，即Ｉc＝３Ｉco

→故在接地点有电弧20当系统某一相发生接地故障时存在一定的接地阻抗，称为不完全接地。此时，接地相电压大于零而小于相电压，非故障相对地电压则大于相电压而小于线电压。接地电流也比完全接地时要小。其具体的电压、电流值与故障相接地电阻值有关。

单相不完全接地21中性点不接地系统中接地电流的危害：中性点不接地系统单相接地时，虽然线电压保持不变，用户设备可继续运行2小时。但接地电流较大时接地点电弧不能自行熄灭，或产生周期性熄灭和复燃，引起间歇性电弧过电压。还可能与电网谐振元件一起引起相与地之间的谐振过电压。间歇性电弧过电压和谐振过电压幅度可能达到相电压的2.5---3倍。造成未接地相在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相间短路。为防止由此引起故障范围扩大，系统中必须装设交流绝缘监察装置，单相接地故障发生时，发出报警信号提醒值班人员注意，及时采取措施消除接地故障；22提高了供电可靠性。中性点不接地系统单相接地时，线电压保持不变，对用户的三相电源设备没有影响，设备可继续运行2小时（规程规定）。接地电流较小，产生的电磁场较弱，对通信设备干扰较小。

中性点不接地系统的优点23对电网的绝缘水平要求高。由于非故障相对地电压升高到线电压，所以电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压的要求设计，相应地增加了投资。接地电流较大时接地点电弧不能自行熄灭，容易引起间歇性电弧过电压或谐振过电压，幅度可能达到相电压的2.5---3倍。造成未接地相在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相间短路，扩大故障范围。中性点不接地系统的缺点24适用范围：单相接地电流较小的中压系统。由于电压较低，降低绝缘要求带来的经济效益不显著，重点考虑对供电可靠性的保证。

中性点不接地系统适用范围线路越长电容越大，对地电容的电流也越大，太大的电流将使保护电路动作于跳闸，可靠性高的优点就没有了电流大小的要求：3—6KV电网30A以下

10KV电网20A以下

35—60KV以上电网10A以下25中性点不接地系统供电可靠性较高，但故障时接地点可能产生2.5---3倍的电弧过电压或谐振过电压，易造成相间短路，扩大故障范围。单相接地电流较大的系统，不适合采用中性点不接地系统。为了克服这个缺点，要采用中性点经消弧线圈接地系统。中性点不接地系统的不足26中性点经消弧线圈接地系统2中性点经消弧线圈接地系统27消弧线圈实际上是一种带有铁芯的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，其铁芯柱有很多间隙，以避免磁饱和，使消弧线圈电抗值稳定不变。系统正常运行时，三相电压、电流对称平衡，中性点对地电位为零，没有电流流过消弧线圈。下面看看消弧线圈的原理图和实物图。消弧线圈的作用：1.补偿线路的电容，减小接地的电流2.抬高中性点对地电压，保证系统三相电压的平衡

3.有利于使接地点电弧自动熄灭消弧线圈的结构及工作原理中性点经消弧线圈接地系统28特点:电感分段调节；预调式，需串阻尼电阻；技术简单、成本低。调匝式消弧线圈原理图2930消弧线圈不足通过调节消弧线圈的抽头来补偿电网对地的电容电流。消弧线圈对地匝数一定，能补偿线路对地电容电流就一定，要改变匝数就必须暂时退出消弧线圈。操作不方便。消弧线圈有效匝数的整定，要根据运行经验或者是根据实测电网对地的电容电流值来估计，不好控制。消弧线圈只能运行在过补偿方式效果才最好，这就要求消弧线圈具有很大的电感量，还可能要投入多台才够用。残余电流往往较大。31消弧线圈作用通过消弧线圈的电感补偿，使单相接地时的接地电流（残余电流）得到中和而减小。限制和消除间歇电弧过电压及谐振过电压，避免单相接地故障发展为相间短路。降低雷击跳闸率。减小人身触电和设备的伤害程度。32单相接地后系统电流分布图33图2.3中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图；（b）相量图中性点经消弧线圈接地系统34当系统发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流的相量和。由于超前90°，而滞后 90°，如图2.3（b）所示，所以和的相位相差180。在接地点互相补偿，可使接地电流小于最小生弧电流，从而消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。另外，当电流过零而电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能性，有利于单相接地故障的消除。中性点经消弧线圈接地系统35供电可靠性高。中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，接地相对地电压为零，非故障相对地电压升高到倍。三相电压仍平衡，三相设备仍可运行2小时。但必须装设绝缘监视装置，在单相接地时给予报警，提醒运行值班人员注意，及时采取措施，查找和消除故障。不易发生间歇性电弧过电压。发生单相接地时，经消弧线圈的补偿，接地电流小，能自行熄弧，防止电弧过电压。接地电流小，产生的电磁场弱，对通信设备干扰较弱。中性点经消弧线圈接地系统的优点36对电网的绝缘水平要求高。由于非故障相对地电压升高到线电压，电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压的要求设计，相应地增加了成本。接地电流被消弧线圈补偿减小后，接地故障现象的特征被弱化。不易查出发生接地故障的线路。在补偿容量不够时，消弧线圈与对地电容仍可能发生谐振过电压。中性点经消弧线圈接地系统的缺点37消弧线圈的补偿方式消弧线圈的补偿方式有三种：全补偿、欠补偿、过补偿当IL=

IC时为全补偿。接地电弧很小，从消弧角度来看，完全补偿方式消弧效果十分理想，但容抗和感抗会发生串联谐振，线路中产生很高的电压降，中性点对地电压严重升高，可能损坏设备绝缘。结论：不好，一般不用

38当IL小于IC时为欠补偿。接地电流被补偿得很小但还呈容性，在检修、事故切除部分线路或系统频率降低时，可能使系统接近或达到全补偿，能发生串联谐振造成过压。结论：不好较少采用消弧线圈的补偿方式39当IL大于

IC时为过补偿。接地点电流为感性，运行方式改变时不会出现串联谐振。过补偿接地处的电感电流也不能超过规定值，否则电弧也不能可靠地熄灭。消弧线圈设有分接头，用以调整线圈的匝数，改变电感值的大小，从而调节消弧线圈的补偿电流，以适应系统运行方式的变化，达到消弧的目的。

结论：很好广泛应用

消弧线圈的补偿方式40消弧线圈补偿方式效果对比和选用1、全补偿:ＩL＝ＩC

即１／ωＬ＝３ωＣ接地点电流为零缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:ＩL＜ＩC

即１／ωＬ＜３ωＣ接地点为容性电流缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:ＩL＞ＩC

即１／ωＬ＞３ωＣ接地点为为感性电流注意：电感电流数值不能过大≯10A不采用少采用采用41规程规定，消弧线圈采用接近谐振点的过补偿方式。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，允许运行不超过2h，在这段时间内，运行人员应尽快采取措施，查出并排除故障；如2小时内无法消除接地点，应将接地的部分线路停电，停电范围越小越好。适用范围：以架空线路为主体的中压系统。中性点经消弧线圈接地系统适用范围42影响电网接地电流的主要因素是电网线路对地电容的容量大小。容量越大，接地电流就越大。利用经消弧线圈接地系统的过补偿，有效减小了接地电流，避免过电压对电网的破坏。城市电网的特点是使用了大量的电力电缆，使电网系统对地电容大大增加，电容电流不断加大。城网的另一个特点是运行中操作多。这给消弧线圈的电感过补偿带来不便——要求补偿容量较大、台数较多、分接头调整跟不上，易产生谐振过电压。城市电网不适合使用经消弧线圈接地系统。由此产生了经小电阻接地系统。3.中性点经小电阻接地系统43

中性点经低电阻接地系统44正常运行时，由于三相系统对称，中性点对地电压为零，中性点没有电流流过。当系统发生单相接地故障时，接地相对地电压为零，中性点对地电压接近零。未接地相对地电压接近相电压，三相电压的平衡被打破。由于接地相通过小电阻与电源构成单相回路，系统的短路电流很大，继电保护装置立即动作于跳闸，迅速切除故障线路，且不产生稳定或间歇电弧，系统其它部分仍能正常运行。中性点经小电阻接地系统特点45中性点经小电阻接地系统绝缘水平要求低。线路和设备绝缘水平按相电压要求设计，成本降低。不发生电弧过电压和谐振过电压。由于单相接地时电流大，保护系统立即动作于跳闸，切断故障线路，有效熄灭接地电弧，不产生过电压现象。接地保护选择性好，可靠性有保证、灵敏度高。由于故障时接地电流大，与接地故障相关的保护设备能迅速准确的做出选择，切断故障线路。不影响其它线路正常运行。采用简单的保护措施，就可实现快速切除硬性接地线路。

中性点经小电阻接地系统的优点46供电可靠性比较差。单相接地时，接地电流很大，继电保护设备动作于跳闸，切断故障线路而引起停电（可通过架设双回输电线路、加装自动重合闸装置提高可靠性）。发生故障时，中性点和接地相对地电压都为零，相间电压的对称关系被破坏，即使保护设备不跳闸，用户的三相设备也不能使用。对附近的通信设备干扰大。大接地电流产生强大的电磁场引起对通信设施的干扰，可采取措施限制接地电流的大小，也装设光纤来提高通信线路的抗干扰能力。

中性点经小电阻接地系统的缺点47中性点经小电阻接地系统的适用范围以电力电缆为主体的城市中低压供电网络

电力电缆供电网络对地电容较大，发生单相接地时对地电容的电流较大，不宜采用不接地方式。城网操作多，负荷变化大，不适合使用消弧线圈接地方式48目前普遍接受的观点选择消弧线圈接地系统还是小电阻接地系统？1.在以架空线为主体的配电网中，外力或雷电造成的瞬时单相接地故障占很大比例，在这类配电网中采用中性点经消弧线圈接地方式的优越性是明显的。2.在城市中心区，配电网以电缆线路为主，为解决经消弧线圈接地方式出现的诸多问题，配电系统中性点采用小电阻接地方式。49中性点直接接地系统4.中性点直接接地系统50随着电力系统输电电压的增高，绝缘难度大、费用越来越高，对系统运行方式提出新要求。随着输电距离的不断增长和网络的扩容，单相接地电流也随之增大，前两种接地系统运行方式已不能满足高压系统正常、安全、经济运行的要求。针对这些情况，高电压电力系统中采用中性点直接接地的运行方式来降低绝缘要求。中性点直接接地系统的必要性51假设C相接地，接地电流为IK

中性点直接接地系统的工作原理图图2.4中性点直接接地系统的工作原理图52正常运行时，由于三相系统对称，中性点对地电压为零，中性点没有电流流过。当系统发生单相接地故障时，中性点对地电压仍然始终为零，安全性较好。未接地相对地电压仍为相电压，绝缘要求按相电压要求设计即可。由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路，系统发生单相短路时短路电流很大，继电保护装置立即动作于跳闸，使断路器断开，迅速切除故障部分。采用将部分变压器中性点接地，可起到限制接地电流的作用。不会产生稳定电弧或间歇电弧，系统其它部分仍能正常运行。中性点直接接地系统特征53中性点直接接地系统绝缘水平要求低。线路和设备绝缘按相电压要求设计。系统电压等级越高，经济效益就更加显著。不发生间歇性电弧过电压和谐振过电压。由于单相接地时电流大，保护系统立即动作于跳闸，切断故障线路，有效熄灭接地电弧，不产生过电压现象。接地保护选择性好，可靠性、灵敏度高。由于故障时接地电流大，与接地故障相关的保护设备能迅速准确的做出选择，切断故障线路。不影响其它线路正常运行。

中性点直接接地系统的优点54供电可靠性比较差。单相接地时，接地电流很大，继电保护设备动作于跳闸，切断故障线路而引起停电（可通过架设双回输电线路、加装自动重合闸装置提高可靠性）。发生故障时，中性点和接地相对地电压都为零，相间电压的对称关系被破坏，即使保护设备不跳闸，用户的三相设备也不能使用。对附近的通信设备干扰大。大接地电流产生强大的电磁场引起干扰，可采取措施限制接地电流的大小，也装设光纤来提高通信线路的抗干扰能力。

中性点直接接地系统的缺点55中性点直接接地系统单相短路所造成的后果：短期停电（