发电厂电气设备中性点运行方式

发电厂电气设备中性点运行方式第1页，共39页，2023年，2月20日，星期一中性点不接地的三相系统中性点经消弧线圈接地的三相系统中性点直接接地的三相系统中性点经阻抗接地的三相系统主要内容第2页，共39页，2023年，2月20日，星期一概述电力系统的中性点是指三相系统作星形连接的变压器和发电机的中性点。中性点采用不同的接地方式，会影响到电力系统许多方面的技术经济问题，如电网的绝缘水平、供电可靠性、对通信系统的干扰、继电保护的动作特性等。因此，选择电力系统的中性点运行方式是一个综合性间题。本章就中性点不同运行方式的三相系统作一般综合介绍。第3页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地系统的正常运行电力系统运行时，三相导体之间和各相导体对地之间，沿导体全长分布着电容，这些电容在电压的作用下将引起附加的电容电流。各相导体间的电容及其所引起的电容电流较小，并且对以后所讨论的问题没有影响，故不予考虑。各相导体对地之间的分布电容，分别用集中的等效电容CU、CV和CW代替。图2-1（a）为中性点不接地系统正常运行的电路图。图中断路器QF正常运行时处于合闸状态。第4页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统假设正常运行时，三相系统对称，同时三相导体经过完全换位，各相对地电容相等，故中性点N对地电位为0。各相对地电压分别用、、表示，则

第5页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统图2-1中性点不接地三相系统的正常运行情况（a）电路图；（b）、（c）相量图第6页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统各相对地的电压分别为电源各相的相电压。在此对地电压下，各相对地电容电流大小相等，相位差为120°。如图2-1（c）所示。各相对地电容电流之和为零，所以没有电容电流流过大地。各相电源电流应为各相负荷电流与对地电容电流的相量和，如图2-1（b）所示，图中仅画出U相情况。第7页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统二、单相接地故障图2-2中性点不接地三相系统单相接地（a）电路；（b）相量图第8页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统在中性点不接地三相系统中，当由于绝缘损坏等原因发生单相接地故障时，情况将发生明显变化。图2-2所示为W相k点发生完全接地的情况。所谓完全接地，也称为金属性接地，即认为接地处的电阻近似于零。当W相金属性接地时，故障相对地电压为零，即

,第9页，共39页，2023年，2月20日，星期一非故障相U相和V相的对地电压、分别为各相对地电压的相量关系如图2-2（b）所示，、之间的夹角为60°。此时U、W相间电压为，V、W相间电压为，而U、V相间电压等于。此时，三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。一、中性点不接地的三相系统第10页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统由于U、V两相对地电压由正常时的相电压变为故障后的线电压，则非故障相对地的电容电流也相应增大倍。如正常运行时各相导线对地的电容相等，设为C，则正常运行时各相对地电容电流的有效值也相等，且单相接地故障时，未接地U、V相的对地电容电流的有效值为：W相接地时，该相对地电容短接，则对地电容电流为零。第11页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统此时三相对地电容电流之和不再为零，大地中有电流流过，并通过接地点成为回路，如图2-2（a）所示，如选择电流的参考方向为从电源到负荷的方向及线路到大地方向，则W相接地处的电流，简称为接地电流，用表示，为可见，单相接地故障时的接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三倍。接地电流的值与网络的电压、频率和对地电容有关，而对地电容又与线路的结构（电缆或架空线）、布置方式和长度有关。实用计算中可按下式计算：第12页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统对架空线路对电缆线路式中——接地电流，A；

U——网络的线电压，kV；

L——与电压为U具有电联系的所有线路的总长度，km。第13页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统综上所述，中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响可从以下几个方面来分析。单相接地故障时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。然而要防止由于接地点的电弧或者过电压引起故障扩大，发展成为多相接地故障。所以在这种系统中应装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号通知值班人员及时处理，规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地时．继续运行的时间不得超过2h，并要加强监视。

第14页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、中性点不接地的三相系统由于非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。接地处有接地电流流过，会引起电弧。如在l0kV电网中接地电流大于30A时，将产生稳定电弧，此电弧的大小与接地电流成正比，从而形成持续的电弧接地。高温的电弧可能损坏设备，甚至导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险。在接地电流小于30A而大于5~10A时，可能产生一种周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，这是由于网络中的电感和电容形成的振荡回路所致，随着间歇性电弧的产生将出现网络电压不应有的升高，引起过电压，其幅值可达2.5~3倍的相电压，足以危及整个网络的绝缘。第15页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统中性点不接地系统，具有单相接地故障时可继续给用户供电的优点，但当接地电流较大时容易产生电弧接地而造成危害。为了克服这一缺点，可设法减少接地处的接地电流。采用的方法是在出现单相接地故障时，使接地处流过一个与接地电流相反的感性电流，因而出现了中性点经消弧线圈接地的运行方式。第16页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统一、消弧线圈的工作原理消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小，电抗很大，电抗值可用改变线圈的匝数来调节。它装在系统中发电机或变压器的中性点与大地之间，其工作情况如图2-3所示。第17页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统图2-3中性点经消弧线圈的接地三相系统（a）电路图；（b）相量图第18页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统正常运行时，中性点对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。单相接地故障时，如W相接地，中性点对地电压,非故障相对地电压升高倍，网络的线电压不变。此时，消弧线圈处于电源W相相电压作用下，有电感电流通过，此电感电流必定通过接地点成为回路，所以接地处的电流为接地电流电感电流的相量和，见图2-3（a）所示。

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三相系统接地电流超前90°，电感电流滞后90°，和相角差180°，方向相反，见图2-3（b）所示，在接地处和相互抵消，称为电感电流对接地电流的补偿。如果适当选择消弧线圈的匝数，可使接地处的电流变的很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由它所产生的危害。消弧线圈也正因此得名。第20页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统通过消弧线圈的电感电流。其中L为消弧线圈的电感。消弧线圈的外形和小容量变压器相似；为了绝缘和散热，铁芯和线圈浸放在油箱内；为避免铁芯饱和，保持电流与电压的线性关系，采用具有空气隙的铁芯，气隙沿整个铁芯柱均匀放置，为调节线圈匝数，通常有5～9个分接头可供选用，以改变补偿的程度。第21页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统二、消弧线圈的补偿方式根据单相接地故障时消弧线圈电感电流IL对接地电流Ic的补偿程度不同，可有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿。

1．完全补偿完全补偿是使电感电流等于接地电流，即IL=Ic，亦即接地处电流为零。第22页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统

从消弧角度来看，完全补偿方式十分理想，但实际上却存在着严重问题。因为正常运行时，在某些条件下，如线路三相的对地电容不完全相等或断路器接通时三相触头未能同时闭合等，中性点与地之间会出现一定的电压。此电压作用在消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联回路中，因此时感抗XL与容抗Xc相等，满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压，危及设备绝缘。因此，一般不采用完全补偿方式。第23页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统

2．欠补偿欠补偿是使电感电流小于接地电流，即IL<Ic，亦即。单相接地故障时接地处有容性的欠补偿电流（IC一IL），但在这种方式下运行，若因停电检修部分线路或系统频率降低等原因使接地电流Ic减少，又可能出现完全补偿，产生满足谐振的条件，因此，一般电网中变压器中性点不采用欠补偿方式，而大容量发电机中性点有时采用欠补偿方式。第24页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统3．过补偿过补偿是使电感电流大于接地电流，即IL>Ic，亦即。单相接地故障时接地处有感性过补偿电流（IL一IC），这种补偿方式不会有上述缺点，因为当接地电流减小时，过补偿电流更大不会变为完全补偿。即使将来电网发展使电容电流增加，由于消弧线圈留有一定裕度也可继续使用一段时间，故过补偿方式在电网中得到广泛使用。但应指出，由于过补偿方式在接地处有一定的过补偿电流，这一电流值不能超过10A，否则接地处的电弧便不能自动熄灭。第25页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统消弧线圈的补偿容量，可按下式计算式中Q——消弧线圈补偿容量，kVA；

K——系数，过补偿取1.35；

IC——电网或发电机回路的接地电流，A；

UN——电网或发电机回路的额定线电压，kV。第26页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、中性点经消弧线圈接地的

三相系统三、中性点经消弧线圈接地系统的适用范围中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电2小时，提高供电可靠性，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑的特点外，还由于中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3~60kV系统。第27页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统随着输电电压的增高和线路的增长，接地电流会随之增大，使中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式不能满足电力系统正常、安全、经济运行的要求。针对这样的情况，中性点可以采用直接接地的运行方式，即中性点经过非常小的电阻与大地连接。图2-4所示为中性点直接接地三相系统的电路图。第28页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统

图2-4中性点直接接地接地三相系统第29页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统一、中性点直接接地系统的工作原理正常运行时，由于三相系统对称，中性点对地电压为零。中性点无电流流过。在发生单相接地故障时，由于接地相直接经过地对电源构成单相短路，故称此故障为单相短路。单相短路电流很大，继电保护装置应立即动作，使断路器断开，迅速切除故障部分，以防止单相短路电流引起的危害。当中性点直接接地时，接地电阻近似为0，所以中性点与地之间的电位永远相同。即。单相短路时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压基本不变，仍接近于相电压。第30页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统二、中性点直接接地系统的优缺点及适用范围中性点直接接地的主要优点是在单相接地时中性点的电位近于零，非故障相对地电压接近相电压，这样设备和线路对地绝缘可以按相电压设计，从而降低了造价。研究表明，中性点直接接地系统的绝缘水平与中性点不接地时相比，大约可降低20％左右造价。电压等级愈高，其经济效益愈显著。中性点直接接地系统的缺点以下几点：第31页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统（1）由于中性点直接接地系统在单相短路时须断开故障线路，中断用户供电，将影响供电的可靠性。为了弥补这一缺点，目前在中性点直接接地系统的线路上，广泛装设有自动重合闸装置。当发生单相短路时，在继电保护作用下断路器迅速断开，经一段时间后，在自动重合闸装置作用下断路器自动合闸。如果单相接地是暂时性的，则线路接通后用户恢复供电；如果单相接地是永久性的，继电保护将再次使断路器断开。据统计，采用一次重合闸的成功率在70％以上。第32页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、中性点直接接地的三相系统（2）单相短路时短路电流很大，甚至会超过三相短路电流，有可能须选用较大容量的开关设备。为了限制单相短路电流，通常只将系统中一部分变压器的中性点接地或经阻抗接地。（3）由于较大的单相短路电流只在一相内通过，在三相导线周围将形成较强的单相磁场，对附近通信线路产生电磁干扰。必须在线路设计时考虑电力线路在一定距离内，避免和通信线路平行，以减少可能产生的电磁干扰。目前我国电压为110kV及以上的系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式。第33页，共39页，2023年，2月20日，星期一四、中性点经阻抗接地的三相系统一、中性点经低电阻接地的三相系统图2-5中性点经低电阻接地的三相系统第34页，共39页，2023年，2月20日，星期一四、中性点经阻抗接地的三相系统在以电缆为主体的35kV、l0kV城市电网，由于电缆线路对地电容较大，随着线路长度的增加，单相接地电容电流也随之增大。采用消弧线圈补偿的方法很难有效的实现熄灭接地处的电弧。同时由于电缆线路发生瞬时故障的概率很小，如带单相接地故障运行时间过长，很容易使故障发展，而形成相间短路，使设备损坏，甚至引起火灾。根据供电可靠性要求、故障时暂态电压、暂态电流对设备的影响，对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等，可采用经低值电阻（单相接地故障瞬时跳闸）接地方式。如图2-5所示。第35页，共39页，2023年，2月20日，星