电力系统中性点运行方式探究

1、电力系统中性点运行方式探究摘要：电力系统中性点接地方式是指电力系统中 的发电机和变压器的中性点与地的连接方式。它可以分为大 接地电流系统和小接地电流系统，前者即中性点直接接地电 流系统，后者又分为中性点不接地系统和中性点经消弧线圈 或电阻接地系统。中性点接地方式的选择涉及技术、经济、 安全等多方面，是一个综合性的问题。对这个问题的研究对 于电力工作人员具有重要意义。本文首先对电力系统中性点 运行方式概述，提出了四种运行方式，接下来对四种运行方 式的优缺点和系统运行进行了详细阐述。关键词：电力系统；中性点；运行方式；接地；经消弧 线圈接地abstract： electric power syst

2、em neutral point grounding mode is refers to the power system of generator and transfonner neutral point and the mode of connection. it can be divided into big earth current system and small ground current system, the former is neutral point grounding current system directly, the latter is divided i

3、nto isolated neutral system and the neutral point the arc suppression coil or resistanee grounding system. neutral point grounding way involved in the choice of technology, economy, security and other aspects, is a comprehensive problem. research on this problem for power staff has the important mea

4、ning. this paper first on power system neutral point operation mode in this paper, author puts forward four kinds of mode of operation, the advantages and disadvantages of four kinds of operation mode and system running in detai 1.keywords： electric power system； neutral； mode of operation； ground；

5、the arc suppression coil grounding 中图分类号：tm711文献标识码：a文章编号： 2095-2104 (2013)一、电力系统中性点运行方式概述电力系统的中性点是指电力系统中发电机和变压器的 中性点，其运行方式的选择是一个综合性的问题，是在充分 考虑供电可靠性、系统绝缘水平、系统过电压、继电保护的 要求、对通信线路的干扰以及系统稳定运行的要求等因素的 基础上而确定的。电力系统的中性点的运行方式有2大类: 是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系 统；是中性点不接地、经过消弧线圈接地或高阻抗接地， 称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、

6、 中性点经过消弧线圈接地、中性点直接接地和中性点经过电 阻接地4种方式。二、电力系统中性点运行方式分析（一）中性点不接地运行方式1、中性点不接地系统的优点中性点不接地系统，即中性点对地绝缘。这种接地方式 结构简单，运行方便，不需任何附加设备，投资经济。适用 于10kv架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。中性 点不接地系统优点在于发生单相接地故障时，由于接地电流 很小，若是瞬时故障，一般能自动熄弧，非故障相电压升高 不大，不会破坏系统的对称性，接在相间电压上的电气设备 的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行。但是这种电网长 期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非 故障电压升高，绝

7、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。根据规定，系统发生单相接 地故障后可允许继续运行不超过两小时，从而获得排除故障 时间，相对地提高了供电的可靠性。2、中性点不接地系统的缺点中性点不接地方式缺点在于因其中性点是绝缘的，电网 对地电容中储存的能量没有释放通路。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。由于对 地电容中的能量不能释放，造成电压升高，从而产生弧光接 地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘 造成威胁。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

8、电压，其数值可达(2. 53)ux,容 易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。所以必须设 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。在电压为310kv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。中性点不接地的运行方式分析中性点不接地方式即电力系统的中性点不与大地相接。电力系统中的三相导线之间和各相导线对地之间都存在着 分布电容。设三相系统是对

9、称的，则各相对地均匀分布的电 容可由集中电容c表示，线间电容电流数值较小，可不考虑, 如图1 (a)所示。系统正常运行时，三个相电压ul、u2、u3是对称的， 三相对地电容电流ic1、ic2、ic3也是对称的，其相量和为 零，所以中性点没有电流流过。各相对地电压就是其相电压, 如图1 (b)所示。图1正常运行时中性点不接地的电力系统(a)电路图；(b)相量图当系统任何一相绝缘受到破坏而接地时，各相对地电 压、对地电容电流都要发生改变。当故障相(假定为第3相) 完全接地时，如图2 (a)所示。接地的第3相对地电压为零, 即u3' =0,但线间电压并没有发生变化。非接地相第1相对 地电压

10、ul' =ul+(-u3)=u13 ,第2相对 地电压 u2' =u2+(-u3)=u23o即非接地两相对地电压均升高倍，变 为线电压，如图2(b)所示。当第3相接地时，由于另外两 相对地电压升高倍，使得这两相对地电容电流也相应地增大 倍，即 icl' =ic2' =ic3o从图2 (b)的相量图可知，中性点不接地系统单相接地 电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。从图2(b) 的相量图还可看出，系统的三个线电压无论相位和量值均未 发生变化，因此系统中所有用电设备仍可继续运行。图2 一相接地时的中性点不接地系统(a)电路图；(b)相量图可见，中性点不接地系

11、统发生一相接地时有以下特点。 经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地 电容电流的3倍。中性点对地电压升高为相电压。非故障相 的对地电压升高为线电压。线电压与正常时的相同。（二）中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统即是将中性点通过一个电 感消弧线圈接地。自从1916年发明了消弧线圈至今，中性 点经消弧线圈接地系统已有80多年的历史，在世界范围德 国、中国、前苏联等国的中低压电网均广泛采用此种方式。1、中性点经消弧线圈接地系统的优点中性点经消弧线圈接地的优点在于其能迅速补偿中性 点不接地系统单相接地时产生电容电流，减少的弧光过电压 的发生。虽然中性点不接地系统具有发生单相接

12、地故障仍可 以继续供电的突出优点，但也存在产生间歇性电弧而导致过 电压的危险。当接地电流大于30a时，产生的电弧往往不能 自熄，造成弧光接地过电压概率增大，不利于电网安全运行。 而消弧线圈是一个具有铁心的可调电，当电网发生接地故障 时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流 进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。而 当电流过零而电弧熄灭后，消弧线圈尚可减少故障相电压的 恢复速度，从而减少了电弧重燃的可能性，有利于单相接地 故障的消除。此外，通过对消弧线圈无载分接开关的操作， 使之能在一定范围内达到过补偿运行，从而达到减小接地电 流。这可使电网持续运行一段时间，相对地提高了

13、供电可靠 性。中性点经消弧线圈接地系统的缺点中性点经消弧线圈接地系统的缺点主要在于零序保护 无法检出接地的故障线路。当系统发生接地时，由于接地点 残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态， 接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过 流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。其次，消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振 回路，在一定条件下能发生谐振过电压。第三，中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压 的概率，还是不能彻底消除弧光接地过电压，也不能降低弧 光接地过电压的幅值。第四，目前运行在中低压电网的消弧 线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，在 运行

14、中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不 能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问 题。不过随着近年来小电流单相接地选线装置及自动跟踪消 弧线圈的研制成功，有效的解决了中性点经消弧线圈接地系 统长期难以解决的技术问题。中性点经消弧线圈接地方式的运行在中性点不接地系统发生单相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，此时可以用中性点经 过消弧线圈接地的方法来解决，该系统称为中性点经过消弧 线圈接地系统。当发生一相完全接地时，消弧线圈处在相电 压之下，通过接地处的电流是接地电容电流ic和线圈电感 电流ii的相量和，而电容电流和电感电流相位相反，互相 补偿，这种补偿

15、方式一般有欠补偿(il>ic)、完全补偿(il>ic) 和过补偿(il>ic)3种形式。这种系统在发生单相接地和中性 点不接地系统一样，非故障相的相电压升高为原来的3倍， 线电压仍然对称，所以也允许暂时运行，但不得超过2h。(%1) 中性点直接接地的运行方式中性点直接接地系统发生单相接地时，通常用继电保护 等将短路部分切除，而非故障相的电压不会改变，这对于 uokv及以上的高压系统来说，可以降低绝缘造价、改善保 护设备的性能。中性点直接接地的一个缺点是一相短路电流 太大，通常用调整全网的中性点接地使一相接地短路电流不 超过三相短路电流；另一缺点是容易发生供电中断，通常可 以用

16、重合闸等措施来补救。图3为中性点直接接地的电力网的示意图。在中性点直 接接地电网中若发生单相接地故障时，中性点电位仍为零， 非故障相对地电压也基本不变。由于单相接地短路电流id 较大，线路继电保护装置能迅速切断电路，从而防止了产生 间歇性电弧过电压的可能。而为了弥补其影响供电的缺点， 则广泛采用自动重合闸装置，靠它来尽快恢复供电。图3中性点直接接地电力网的接地故障示意图(%1) 中性点经电阻接地的方式随着城网的改造和农网的迅速发展，网络结构发生了很 大变化，投运的电缆线路越来越多，电容电流急剧增加，若 采用中性点经消弧线圈的接地方式，不仅所需消弧线圈的容 量很大，而且运行中电容电流随机变化的范

17、围很大，采用跟 踪范围有限的自动调谐很难满足这种大范围调节的需要，此 时可考虑采用中性点经电阻接地方式。中性点经电阻接地方式在系统发生单相接地时的零序 网络如图4所示co为系统对地电容，rn为中性点接地电阻, 所以中性点经电阻接地方式的零序阻抗等于系统对地容抗xc与3rn之并联，这样不仅可起到限制 谐振过电压的作用，而且还可以降低设备绝缘水平，提高经 济效益。图4零序网络具体说来，中性点经电阻接地方式有如下优点：该电阻与系统对地电容构成并联回路由于电阻是耗能 元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐 振过电压和间歇性电弧接地过电压有一定优越性；采用电阻接地方式的变电所当发生一相金属

18、性接地后， 健全相电压上升至系统电压，接地跳开后，三相电压迅速恢 复到正常值，接地点电流值由系统电容电流的大小和中性点 电阻值共同决定。在发生非金属性接地时，受接地点电阻的 影响，流过接地点和中性点的电流比金属性接地时有显著降 低，同时，健全相电压上升也显著降低零序电压值约为单相 金属性接地的一半。由此可见采用中电阻接地方式能在单相 接地故障时产生限流降压作用对设备绝缘等级要求较低，其 耐压水平可以按相电压来选择。中性点经电阻接地系统的缺点在于：由于接地点的电流 较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大 的危害，导致相间故障发生。此外当发生单相接地故障时，无 论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳 闸次数大大增加，影响了用户的正常供电，使其供电的可靠 性下降。结语综上所述，由上文几种中性点接地方式可以看出，每种 接地方式各有利弊，在实际应用过程中应做到具体问题具体 分析。对于电压等级较低的电网，大多数都采用中性点不接 地方式。随着微机