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1、电力系统的中性点运行方式电力系统的中性点运行方式华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院 杨向宇杨向宇中性点不接地的三相系统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直接接地的三相系统 中性点经阻抗接地的三相系统中性点经阻抗接地的三相系统 主要内容主要内容概述概述电力系统的中性点是指三相系统作星形连接的变压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。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、供多方面的
2、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。的三相系统作一般综合介绍。一、中性点不接地的三相系统一、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一、中性点不接地系统的正常运行 电电力力系系统统运运行行时时，三三相相导导体体之之间间和和各各相相导导体体对对地地之之间间，沿沿导导体体全全长长分分布布着着电电容容，这这些些电电容
3、容在在电电压压的的作作用用下下将将引引起起附附加加的的电电容容电电流流。各各相相导导体体间间的的电电容容及及其其所所引引起起的的电电容容电电流流较较小小，并并且且对对以以后后所所讨讨论论的的问问题题没没有有影影响响，故故不不予予考考虑虑。各各相相导导体体对对地地之之间间的的分分布布电电容容，分分别别用用集集中中的的等等效效电电容容CU、CV和和CW代代替替。图图2-1（a）为为中中性性点点不不接接地地系系统统正正常常运运行行的的电电路路图图。图图中中断断路路器器QF正正常常运运行行时时处处于于合合闸状态。闸状态。一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统假设正常运行时，三相系统对称，
4、同时三相导体经过假设正常运行时，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，故中性点完全换位，各相对地电容相等，故中性点N对地电位对地电位 为为0。各相对地电压分别用。各相对地电压分别用 、表示，则表示，则 一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统图图2-1 中性点不接地三相系统的正常运行情况中性点不接地三相系统的正常运行情况（a）电路图；（）电路图；（b）、（）、（c）相量图）相量图一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统二、单相接地故障二、单相接地故障一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系
5、统一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统由于由于U、V两相对地电压由正常时的相电压变为故障后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的线电压，则非故障相对地的电容电流也相应增大 倍。倍。如正常运行时各相导线对地的电容相等，设为如正常运行时各相导线对地的电容相等，设为C，则正，则正常运行时各相对地电容电流的有效值也相等，且常运行时各相对地电容电流的有效值也相等，且一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统此此时时三三相相对对地地电电容容电电流流之之和和不不再再为为零零，大大地地中
6、中有有电电流流流流过过，并并通通过过接接地地点点成成为为回回路路，如如图图2-2（a）所所示示，如如选选择择电电流流的的参参考考方方向向为为从从电电源源到到负负荷荷的的方方向向及及线线路路到到大大地地方方向向，则则W相接地处的电流，简称为接地电流，用相接地处的电流，简称为接地电流，用 表示，为表示，为可可见见，单单相相接接地地故故障障时时的的接接地地电电流流，等等于于正正常常运运行行时时一一相相对对地地电电容容电电流流的的三三倍倍。接接地地电电流流的的值值与与网网络络的的电电压压、频频率率和和对对地地电电容容有有关关，而而对对地地电电容容又又与与线线路路的的结结构构（电电缆缆或或架架空线）、布
7、置方式和长度有关。实用计算中可按下式计算：空线）、布置方式和长度有关。实用计算中可按下式计算：一、中性点不接地的三相系统一、中性点不接地的三相系统对架空线路对架空线路 对电缆线路对电缆线路 式中式中 接地电流，接地电流，A；U 网络的线电压，网络的线电压，kV；L 与电压为与电压为U具有电联系的所有线路的总长具有电联系的所有线路的总长度，度，km。一、中性点不接地的三相系统一、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。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
8、荷电流不变，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。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中性点不接地的三相系统中发生单相接地时继续运行的
9、时间不得超过不得超过2h，并要加强监视。，并要加强监视。一、中性点不接地的三相系统一、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。应地增加了投资。接地处有接地电流流过，会引起电弧。如在接地处有接地电流流过，会引起电弧。如在l0kV电网中接电网中接地电流大于地电流大于30A时，将产生稳定电弧，此电弧的大小与接地时，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
10、损电流成正比，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。在接地电流小于相接地出现电弧时最危险。在接地电流小于30A而大于而大于510A时，可能产生一种周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，这是由时，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，其幅值可达值可达2.53倍的相电
11、压，足以危及整个网络的绝缘。倍的相电压，足以危及整个网络的绝缘。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统中中性性点点不不接接地地系系统统，具具有有单单相相接接地地故故障障时时可可继继续续给给用用户户供供电电的的优优点点，但但当当接接地地电电流流较较大大时时容容易易产产生生电电弧弧接接地地而而造造成成危危害害。为为了了克克服服这这一一缺缺点点，可可设设法法减减少少接接地地处处的的接接地地电电流流。采采用用的的方方法法是是在在出出现现单单相相接接地地故故障障时时，使使接接地地处处流流过过一一个个与与接接地地电电流流相相反反的的感感性性电电流流，因因而而出出现现了了中中性
12、性点点经经消消弧弧线线圈圈接接地地的的运运行行方式。方式。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统一、消弧线圈的工作原理一、消弧线圈的工作原理消消弧弧线线圈圈是是一一个个具具有有铁铁芯芯的的可可调调电电感感线线圈圈，线线圈圈的的电电阻阻很很小小，电电抗抗很很大大，电电抗抗值值可可用用改改变变线线圈圈的的匝匝数数来来调调节节。它它装装在在系系统统中中发发电电机机或或变变压压器器的的中中性性点点与与大大地地之之间间，其其工工作作情情况如图况如图2-3所示。所示。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧
13、线圈接地的三相系统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。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，如单相接地故障时，如W相接地，中性点对地电压相接地，中性点对地电压 ,非非故障相对地电压升高故障相对地电压升高 倍，网络的线电压不变。此时，消倍，网络的线电压不变。此时，消弧线圈处于电源弧线圈处于电源W相相电压作用下，有电感电流相相电压作用下，有电感电流 通过，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为接地电流 电感电流电感电流 的相量和，见图的相量和，见图2-3（a
14、）所示。）所示。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统通过消弧线圈的电感电流通过消弧线圈的电感电流 。其中。其中L为消弧线圈的电感。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，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，通常有芯柱均匀放置，为
15、调节线圈匝数，通常有59个分接头可个分接头可供选用，以改变补偿的程度。供选用，以改变补偿的程度。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统二、消弧线圈的补偿方式二、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根据单相接地故障时消弧线圈电感电流IL对接地对接地电流电流Ic的补偿程度不同，可有三种补偿方式：完全补的补偿程度不同，可有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿。偿、欠补偿和过补偿。1完全补偿完全补偿 完全补偿是使电感电流等于接地电流，即完全补偿是使电感电流等于接地电流，即IL=Ic，亦即亦即 接地处电流为零。接地处电流为零。二、二、中性点经消弧线圈接地
16、的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统3过补偿过补偿 过补偿是使电感电流大于接地电流，即过补偿是使电感电流大于接地电流，即IL Ic，亦即，亦即 。单相接地故障时接地处有感性过补偿电流（。单相接地故障时接地处有感性过补偿电流（IL一一IC），），这种补偿方式不会有上述缺点，因为当接地电流减小时，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
17、于消弧线圈留有一定裕度也可继续使用电容电流增加，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电流值不能超过10A，否则接地处的电弧便不能自动熄灭。，否则接地处的电弧便不能自动熄灭。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统消弧线圈的补偿容量，可按下式计算消弧线圈的补偿容量，可按下式计算式中式中 Q消弧线圈补偿容量，消弧线圈补偿容量，kVA；K系数，过补偿取系数，过补
18、偿取1.35；IC电网或发电机回路的接地电流，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，电网或发电机回路的额定线电压，kV。二、二、中性点经消弧线圈接地的中性点经消弧线圈接地的三相系统三相系统三、中性点经消弧线圈接地系统的适用范围三、中性点经消弧线圈接地系统的适用范围三、三、中性点直接接地的三相系统中性点直接接地的三相系统三、三、中性点直接接地的三相系统中性点直接接地的三相系统 三、三、中性点直接接地的三相系统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。中正常运行时，由于三
19、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。单相短路电流电流 很大，继电保护装置应立即动作，使断路器断开，迅速很大，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切除故障部分，以防止单相短路电流 引起的危害。引起的危害。当中性点直接接地时，接地电阻近似为当中性点直接接地时，接地电阻近似为0，所以中性点与地，所以中性点与地之间的电位永远相同。即之间的电位永远相同。即 。单相
20、短路时，故障相对地电压。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。为零，非故障相对地电压基本不变，仍接近于相电压。三、三、中性点直接接地的三相系统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二、中性点直接接地系统的优缺点及适用范围三、三、中性点直接接地的三相系统中性点直接接地的三相系统（1）由由于于中中性性点点直直接接接接地地系系统统在在单单相相短短路路时时须须断断开开故故障障线线路路，中中断断用用户户供供电电，将将影影响响供供电电的的可可靠靠性性。为为了了弥弥补补这这一一缺缺点点，目目前前在在中中性性点点直直接接接接地地系系统统的的线线路路
21、上上，广广泛泛装装设设有有自自动动重重合合闸闸装装置置。当当发发生生单单相相短短路路时时，在在继继电电保保护护作作用用下下断断路路器器迅迅速速断断开开，经经一一段段时时间间后后，在在自自动动重重合合闸闸装装置置作作用用下下断断路路器器自自动动合合闸闸。如如果果单单相相接接地地是是暂暂时时性性的的，则则线线路路接接通通后后用用户户恢恢复复供供电电；如如果果单单相相接接地地是是永永久久性性的的，继继电电保保护护将将再再次次使使断断路路器器断断开开。据据统统计计，采采用用一一次次重重合合闸的成功率在闸的成功率在70以上。以上。三、三、中性点直接接地的三相系统中性点直接接地的三相系统（2）单相短路时短
22、路电流很大，甚至会超过三相短路电流，）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。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）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，避免扰。必须在线路设计时考虑电力线路在一定距离内，避
23、免和通信线路平行，以减少可能产生的电磁干扰。和通信线路平行，以减少可能产生的电磁干扰。目前我国电压为目前我国电压为110kV及以上的系统，广泛采用中性点直接及以上的系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式。接地的运行方式。四、中性点经阻抗接地的三相系统四、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一、中性点经低电阻接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统 采用中性点经低电阻接地方式运行时，为限制接地相采用中性点经低电阻接地方式运行时，为限制接地相回路的电流，减少对周围通信线路的干扰，中性
24、点所回路的电流，减少对周围通信线路的干扰，中性点所接接地电阻的大小以限制接地相电流在接接地电阻的大小以限制接地相电流在6001000A范范围内为宜。围内为宜。同时，由于电缆线路的永久性故障概率较大，不使用线同时，由于电缆线路的永久性故障概率较大，不使用线路自动重合闸。此外，采用经低电阻接地的配电网，路自动重合闸。此外，采用经低电阻接地的配电网，必须从电网结构、自动化装置上采取措施以达到跳闸必须从电网结构、自动化装置上采取措施以达到跳闸后迅速恢复供电或对用户不断电的目的，从而保证可后迅速恢复供电或对用户不断电的目的，从而保证可以被用户接受的供电可靠性。以被用户接受的供电可靠性。四、中性点经阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统二、中性点经高阻抗接地的三相系统二、中性点经高阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统四、中性点经阻抗接地的三相系统谢谢谢谢！