電力系統(tǒng)中性點的運行(牟國鋒)

1、電力系統(tǒng)中性點的運行（牟作者:日期:電力系統(tǒng)中性點的運行08電氣 牟國鋒(20080840229)一電力系統(tǒng)中性點定義:(1)在對稱系統(tǒng)中，正常情況下電位等于零并通常是宜接接地的點。(2)接入系統(tǒng)的星形接 線的變壓器或發(fā)電機(jī)繞組的中性點，它關(guān)系到系統(tǒng)的絕緣水平、供電可靠性、繼電保護(hù)、通 信干擾、接地保護(hù)方式、電壓等級、系統(tǒng)接線、短路電流大小和系統(tǒng)的穩(wěn)定等多方面的問題, 須經(jīng)合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定電力系統(tǒng)中性點的接地方式。中性點隔離開關(guān)變壓器為三角形接線，中性點接地電阻經(jīng)接地變壓器接入變壓器為星型接線并有中性點引出,Id中性點接地電阻柜二電力系統(tǒng)中性點接地方式的分類電力系統(tǒng)中性點接地方式有兩大

2、類，一類是中性點直接接地或經(jīng)過低阻抗接地,稱為大接 地電流系統(tǒng)，另一類是中性點不接地,經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地,稱為小接地電流系統(tǒng)。其 中采用廣泛的是中性點接地，中性點經(jīng)過消弧線圈接地和中性點直接接地等三種方式。1.1中性點不接地系統(tǒng)中性點不接地方式,即中性點對地絕緣,結(jié)構(gòu)簡單,運行方便,不需任何附加設(shè)備,投資 省、適用于農(nóng)村10KV架空線路長的輻射形或樹狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)中性點不接地的系統(tǒng)中 發(fā)生一相接地時,接在相間電壓上的受電器的供電并未遭到破壞，它們可以繼續(xù)運行，但是這 種電網(wǎng)長期在一相接地的狀態(tài)下運行，也是不能允許的，因為這時非故障電壓升高,絕緣薄弱 點很可能被擊穿,而引起兩相接地短路

3、，將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點不接電網(wǎng)中, 必須設(shè)專門的監(jiān)察裝置，以便使運行人員及時地發(fā)現(xiàn)一相接地故障,從而切除電網(wǎng)中的故障 部分。在中性點不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地的電容電流較大時，在接地處引起的電弧就很難自行熄 火，在接地處還可能出現(xiàn)所謂間隙電弧,即周期地熄火火與重燃的電弧。由于電網(wǎng)是一個具有 電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對地的過電壓，其數(shù)值可達(dá)(2. 5-3)UX,這種過壓 會傳輸?shù)浇拥攸c有直接電連接的整個電網(wǎng)上，更容易引起另一相對地?fù)舸?而形成兩相接地 短路。在電壓為3-10KV的電力網(wǎng)中,一相接地時的電容電流不允許大于30A,否則，電弧不能自 行熄火,在20-60KV電壓

4、級的電力網(wǎng)中，間歇電弧所引起的過電壓，數(shù)值更大,對于沒設(shè)備絕 緣更為危險,而且由于電壓較高，電弧更難自行熄滅，因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定一相接地電流 不得大于10A»1. 2中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)當(dāng)一相接地電容電流超過了上述的允許值時,可以用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方法來解 決,該系統(tǒng)即稱為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。采用中性點消弧線圈接地方式,即在中性點和大地之間接入一個電感消弧線圈,消弧線 圈主要帶有氣隙的鐵芯和套在鐵芯上的繞阻組成,它們被放在充滿變壓器油的油箱內(nèi)，繞組 的電阻很小，電抗很大。消弧線圈的電感,可用改變接入繞組的匝數(shù)加以調(diào)位顯然,在正常的 運行狀態(tài)下，由于系統(tǒng)中性點的電

5、壓三相不對稱電壓，數(shù)值很小,所以通過消弧線圈的電流也 很小,采用過補(bǔ)償方式,即使系統(tǒng)的電容電流突然的減少（如某回線路切除）也不會引起諧振, 而是離諧振點更遠(yuǎn)。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流 過接地點的電流減小到能自行熄弧范圍，其特點是線路發(fā)生單相接地時,按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可 帶單相接地故障運行2小時,對于中壓電網(wǎng)，因接地電流得到補(bǔ)償,單相接地故障并不發(fā)展為 相間故障,因此中性點經(jīng)消弧線圈接地方式的供電可靠性,大大的高于中性點經(jīng)小電阻接地 方式。在中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，一相接地和中性點不接地系統(tǒng)一樣,故障相對地電 壓為零,非故障相對地電壓升高至倍

6、,三相線電壓仍然保持對稱和大小不變,所以也允許暫時 運行,但不得超過兩小時,消弧線圈的作用對瞬時性接地系統(tǒng)故障尤為重要,因為它使接地處 的電流大大減小，電弧可能自動熄火。接地電流小,還可減輕對附近弱點線路的影響。在中性 點消弧線圈接地的系統(tǒng)中，各相對絕緣和中性點不接地系統(tǒng)一樣，也必須按線電壓設(shè)計。1. 3中性點直接接地系統(tǒng)中性點經(jīng)電阻接地方式,即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻,該電阻與系統(tǒng)對地 電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件,對防止 諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓,有一定的優(yōu)越性o中性點的電位在電網(wǎng)的任何工作狀態(tài)下均保持為零,在這種系統(tǒng)中，當(dāng)生

7、一相接地時,這 一相直接經(jīng)過接地點和接地的中性點短路,一相接地短路電流的數(shù)值最大,因而應(yīng)立即使繼 電保護(hù)動作,將故障部分切除。中性點直接接地或經(jīng)過電抗器接地系統(tǒng),在發(fā)生一相接地故障 時，故障的送電線被切斷,因而使用戶的供電中斷,運行經(jīng)驗表明，在1000V以上的電網(wǎng)中，大 多數(shù)的一相接地故障,尤其是架空送電線路的一相接地故障,大都具有瞬時的性質(zhì)，在故障部 分切除后,接地處的絕緣可能迅速恢復(fù),而送電線可以立即恢復(fù)工作。目前在中性點直接接地 的電網(wǎng)內(nèi)，為了提高供電可靠性,均裝設(shè)自動重合閘裝置,在系統(tǒng)一相接地線路切除后,立即 自動重合,再試送一次,如為瞬時故障,送電即可恢復(fù)。中性點直接接地的主要優(yōu)點是

8、它在發(fā)生一相接地故障時,非故障相對電壓不會增高,因 而各相對地絕緣即可按相對地電壓考慮，電網(wǎng)的電壓愈高,經(jīng)濟(jì)效果愈大,而且在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，單相接地電流往往比正常負(fù)荷電流小得多，因而要實現(xiàn)有選I 擇性的接地保護(hù)就比較困難，但在中性點直接接地系統(tǒng)中,實現(xiàn)就比較困難，但在中性點直接 接地系統(tǒng)中，實現(xiàn)就比較容易，由于接地電流較大,繼電保護(hù)一般都能迅速而準(zhǔn)確地切除故障 線路，且保護(hù)裝置簡單，工作可靠。三目前我國電力系統(tǒng)中性點的運行方式目前我國電力系統(tǒng)中性點的運行方式，大體是：2.1 對于6-10KV系統(tǒng)，由于設(shè)備絕緣水平按線電壓考慮對于設(shè)備造價影響不大,為了提 高供電可靠性，一般

9、均采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。2.2 對于110KV及以上的系統(tǒng)，主要考慮降低設(shè)備絕緣水平，簡化繼電保護(hù)裝置，一般均采 用中性點直接接地的方式，并采用送電線路全線架設(shè)避雷線和裝機(jī)自動重合閘裝置等措施， 以提高供電可靠性。2.3 對于20-60KV的系統(tǒng)，是一種中間情況,一般一相接地時的電容電流不很大，網(wǎng)絡(luò)不很 復(fù)雜，設(shè)備絕緣水平的提高或降低對于造價影響不很顯著，所以一般均采用中性點經(jīng)消弧線 圈接地方式。2.4 對于1KV以下的電網(wǎng)的中性點采用不接地方式運行，但電壓為380/220V的系統(tǒng)，采 用三相五線制，零線是為了取得機(jī)電壓，地線是為了安全。四電力系統(tǒng)中性點的分析1變壓器中性點接

10、地與不接地系統(tǒng)1.1 變壓器中性點接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點：(1 )優(yōu)點：對電源中性點接地系統(tǒng)，若發(fā)生某單相接地，另兩相電壓不升高，這樣可使整 個系統(tǒng)絕緣水平解氐；另外，單相接地會產(chǎn)生較大的短路電流Is ,從而使保護(hù)裝置(繼電 器、熔斷器等)迅速準(zhǔn)確地動作，提高了保護(hù)的可靠性。(2 )缺點：對電源中性點接地系統(tǒng)，由于單相短路電流Is很大,開關(guān)及電氣設(shè)備等要選擇 較大容量，并且還能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定和干擾通訊線路等；1.2 變壓器中性點不接地系統(tǒng)的優(yōu)、缺點：(1 )優(yōu)點：對變壓器中性點不接地系統(tǒng),由于限制了單相接地電流,對通訊的干擾較小； 另外單相接地可以運行一段時間，提高了供電的可靠性。(2 )缺點：對變

11、壓器中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)一相接地時，另兩相對地電壓升高倍，易使絕 緣薄弱地方擊穿，從而造成兩相接地短路。2各種電壓等級供電線路的接地方式(1)在llOkv及以上的高壓或超高壓系統(tǒng)中，一般采用中性點接地系統(tǒng),其目的是為了降 低電氣設(shè)備絕緣水平，免除由于單相接地后繼續(xù)運行而形成的不對稱性。(2 )工廠供電系統(tǒng)采用電壓在妹丫35八，一般為中性點不接地系統(tǒng)，因工廠供電距離短, 對t也電容小(Xc大)，單相接地電流小,這樣可以運行一段時間，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和 供電可靠性，對通訊干擾小等優(yōu)點。在煤礦井下，我國、西德等國禁止中性點接地,其主要 目的是為安全,減小了單相接地電流，但即使小的單相接地電流，煤礦

12、井下也不允許存在， 因此在煤礦井下，安裝有檢漏繼電器，就是當(dāng)電網(wǎng)對地絕緣阻抗哪氐到危險值或人觸及一相 導(dǎo)體或電網(wǎng)一相接地時，能很快地切斷電源，防止觸電、漏電事故，提前切斷故障設(shè)備。(3 ) lkv以下的供電系統(tǒng)(380/220伏)，除某些特殊情況下(井下、游泳池)，絕大部 分是中性點接地系統(tǒng)，主要是為了防止絕緣損壞而遭受觸電的危險。3電氣設(shè)備的保護(hù)接地3.1 保護(hù)接地將電氣設(shè)備的金屬外殼通過接地線與接地體相接，其原理是分流原理(如圖1)。由于人 體電阻Rr遠(yuǎn)大于接地電阻Rd ,所以IrId。保護(hù)接地,適應(yīng)于變壓器中性點不接地的供電 系統(tǒng)中。但在干燥場所，交流電壓50V及以下，或直流電壓110V

13、及以下的電氣設(shè)備，金屬 外殼可不接地；在干燥且有木質(zhì)、瀝青等不良導(dǎo)電地面的場所，交流額定電壓380V及以下， 或直流額定電壓440V及以下的電氣設(shè)備金屬外殼，除另有規(guī)定外(在爆炸危險場所仍應(yīng)接 地)，可不接地。電氣設(shè)備在高處時，不應(yīng)采取保護(hù)接地措施，否則會把大地電位引向高處，反而增加觸 電危險。3.2 保護(hù)接地時應(yīng)注意問題由同一變壓器(中性點不接地)供電系統(tǒng)中各電氣設(shè)備不應(yīng)分別接地，而應(yīng)形成一個保 護(hù)接地系統(tǒng)。這樣做不僅降低了接地電阻，而且也防止了不同電氣設(shè)備的不同相，同時碰殼 (接地)所帶來的危險。形成保護(hù)接地系統(tǒng)后，這時兩相短路電流主要通過接地網(wǎng)流通，因 而提高了兩相短路電流的數(shù)值，保證過

14、流保護(hù)裝置可靠動作。4電'設(shè)備保護(hù)接零4.1保護(hù)接零由于低電壓網(wǎng)(380V/220V )中性點不接地只有個別場合，如礦井、游泳池等,而一般 低壓電網(wǎng)都采用了中性點接地的三相四線制供電系統(tǒng)。在這種電網(wǎng)中工作的設(shè)備，具金屬外 殼要與零線緊密相接，即保護(hù)接零，如圖2所示。保護(hù)接零的目的，也是為了保證安全，當(dāng) 設(shè)備發(fā)生一相碰殼時，則造成單相短路，使保護(hù)裝置迅速動作，切斷故障設(shè)備。按中性線與保護(hù)線的組合情況，保護(hù)接零分以下三種情況：(1)整個系統(tǒng)中性線N與保護(hù)線PE是合一的，如圖2 ,通常適用于三相負(fù)荷比較平衡 且單相負(fù)荷容量較小的場所。(2 )整個系統(tǒng)中性線N與保護(hù)線PE是分開的，如圖30即將

15、設(shè)備外殼接在保護(hù)線PE 上，在正常情況下保護(hù)線上沒有電流流過,所以設(shè)備外殼不帶電。(3 )系統(tǒng)中的一部分采用中性線與保護(hù)線合一的，局部采用專設(shè)的保護(hù)線。4.2保護(hù)接零應(yīng)注意問題：(1)由同一臺發(fā)電機(jī)或同一臺變壓器供電的線路，不允許有的設(shè)備保護(hù)接地，有的設(shè)備 保護(hù)接零。(2 )沿零線上把一點或多點再行接地，即重復(fù)接地。以確保護(hù)接地裝置的可靠。但重復(fù) 接地只能起到平衡電位的作用，因此，中性線盡量避免斷裂，對中性線要求精心施工，注意 維護(hù)。5中性點接地方式對供電可靠性的影響：配電網(wǎng)中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式與中性點經(jīng)小電阻接地方式比，最大的優(yōu) 點是在發(fā)生單相接地故障時，如果是瞬間故障，當(dāng)系統(tǒng)電

16、容電流或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的殘余 電流小到自行熄火的程度時，則故障可自行消除，如果是永久故障，該系統(tǒng)可帶單相接地故 障運行2小時，獲得足夠的時間排除故障，以保證對用戶的不間斷供電。但這一優(yōu)點在以 電纜為主的城市配電網(wǎng)中并不突出。電纜故障的原因，從統(tǒng)計情況看，主要是絕緣老化、電 纜質(zhì)量、外力破壞等，一般都是永久性故障，當(dāng)發(fā)生接地故障時不應(yīng)帶故障運行。從實際運 行情況看，在以電纜為主的配電網(wǎng)中，中性點不接地或經(jīng)消弧線較圈接地方式下，單相接地 故障引發(fā)的相間短路故障較多。一些實際事故表明，單相接地故障發(fā)展為相間故障，反而擴(kuò) 大了停電范圍，尤其是當(dāng)發(fā)展為母線短路故障時，相當(dāng)于變壓器出口短路，而由于目前一

17、些 變壓器抗短路沖擊能力較弱，從而可能造成變壓器損壞。五關(guān)于中性點的一些問題1三角形接法的變壓器零線哪里?。看鹑墙臃]有零線也不需要零線，饋電變壓器的二次側(cè)繞組都采用帶中性點的星型接法；2星形變壓器是不是有中性點接地一說?接地了目口地線有什么區(qū)別呢？答：星型接:拄壓器中性點接地是為了安全保護(hù)而設(shè)置的，供電線路需要直接從中性點引 出零線，晦不能用作零線；3電流是自由電子移動產(chǎn)生的，如果中性點沒接地月陷電子怎么移動的呢？答：電流是自由電子移動產(chǎn)生的，交流電的電流方向是隨時間變化的，三相交流電相與相之 間相差120度，也就是說在任何時間內(nèi)，三相電流都有流入負(fù)載的和流出負(fù)載的,負(fù)載始 終保持著電流回路狀態(tài)。三相平衡負(fù)載三相電流的矢量始終為零，中性點沒有電流，所以不 需要零線。4變壓器中性點接地電阻柜的作用答：