电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点的运行方式正确与否,对电力系统的安全运行有很大的意义。它关系到绝缘水平、通信干扰、继电保护及自动装置的正确动作等方面。下面从电力系统运行的角度说明中性点的运行方式及所对应的电压等级。
一、电力系统中性点的运行方式
发电机和变压器星形连接的结点称之为电力系统的中性点。中性点的运行方式对电力系统的运行十分重要,是涉及到电力系统许多方面的综合性问题。
我国电力系统中性点运行方式有3种,直接接地(有效接地),不接地(中性点绝缘)和从属于不接地方式的经消弧线圈接地(非有效接地)。
二、中性点不接地系统
对中性点不接地系统,当一相发生故障接地时,不能构成短路回路,系统中点没有短路电流,系统仍可继续运行。正常情况下三相对称,线间和相对地组成的等值电容相等,中性点为地电位。如果中性点与地向连,连线中没有电流,A相、B相、C相对地都是相电压,各相对地电容电流超前各相电压90°,通常树值不大。
若发生C相接地,C相自然成为地电位,C相与地之间形成的回路中的电压方程为
U’c= Uc+Uo=0
此时中性点对地电压
Uo= -Uc
其他两相对地电压Ua ,Ub为
U’a= Ua+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠-150°
U’b= Ub+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠150
可以看出,当C相发生接地时,中性点对地电压升高为相电压,而非故障相对地电压升高为线电压;但三相线电压不变。因此,只要各相对地绝缘能承受线电压,发生单相接地时对三相用电设备的运行没有影响。这是中性点不接地系统的一大优点。按规程规定,在此情况下电网仍可运行2h。但此时应发出单相接地的预告信号,告之值班员并采取相应的措施。
在正常运行条件下,三相对地电容对称,三相电容电流之和为零。发生单相接地的情况下,如C相接地,流过接地点的接地电流应为A、B两相对地电容电流之和,即
Id= -(Ica+Icb)= -(jωCUa+jωCUb )
Id=j3ωCUc
可见Id在相位上超前向量Uc90°,为容性电流,是正常时一相电容电流的3倍。正常一相对地电容电流与电网的电压、频率和相与地间的电容大小有关。而电容值又与导线的材料、半径、线间距离及线路的长度有关。当接地电流不大时,则电流过零时电弧将自行熄灭,于是接地故障随之消失;如果接地电流较大,将产生稳定的电弧,形成持续性的电弧接地;当接地电流还不至于大到形成稳定电弧的程度时,则可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态,引起电网运行状态的瞬间变化,出现间歇性电弧接地过电压,它与电网振荡回路的相互作用可能引起相与地之间的谐振过电压。这种电压可以达到2.5~3倍相电压值,进而导致非接地相绝缘击穿,形成相间短路,使事故扩大。
目前,电力网中的故障以单相接地为最多。35KV及以下的电力网由于单相接地电流不大,一般均能在电流过零时自行熄灭而无需切除线路,这种情况下允许电网短时运行,以提高供电的可靠性。
目前在我国,中性点不接地电力网的适用范围如下:
(1)电压小于500V的装置(380/220V照明装置除外);
(2)3~10KV电力网,当单相接地电流小于30A时;
(3)35~60KV电力网,当单相接地电流小于10A时。
如不满上述条件,可采用经消弧线圈接地或中性点直接接地。
三、中性点经消弧线圈接地系统
如上所述,在中性点不接地的电力系统中,发生单相接地时,如果10KV电网接地电流大于30A,35KV电网接地电流大于10A,可能在电力系统中发生断续电弧或稳定电弧,将引起线路的电压谐振。若能找到一种方法减少接地电流,就可以解决因接地电流过大而引起的问题。中性点经过消弧线圈接地就是减少接地电流的有效方法。
消弧线圈实际上就是具有带气隙铁芯的可调线性电感线圈,其电阻很小,感抗很大,一般装设在变压器或发电机的中性点。正常进行时中性点与地电位相等,消弧线圈不起作用。当发生单相接地时,中性点电压升高为相电压,消弧线圈中将有感性电流通过,其电流为
Il= -Uo/jωL=Uc/jωL
其相位滞后Uc90°,与其他非故障相形成的电容性电流相位相差180°,在接地点处相互补偿,此时的接地电流为
Id= Ic- Il =-Uo/j(3ωC-1/ωL) Uc
较中性点直接接地系统时小,故Id减少。
若选择电感L使其满足3ωC-1/ωL=0,则Id =0,这种情况称为全补偿。在实际系统中不采用全补偿,因为此时消弧线圈的感抗值等于网络的总对地容抗值,网络将发生串联谐振,将会引起过电压。
若选择电感L使其满足ωL>1/3ωC,则Il < Ic,接地处Id呈容性欠补偿电流。当运行方式改变而切除部分线路时,接地电流减小,欠补偿电流也随之减小,可能出现Il = Ic,变成全补偿。因此,欠补偿方式目前使用很少。
若选择电感L使其满足ωL<1/3ωC,则Il > Ic,接地处Id呈电感性的过补偿电流。由于消弧线圈保有一定的裕度,即使将来电力网发展,对地电容增加,原有消弧线圈还可以使用,因此多采用过补偿方式。
四、中性点直接接地系统
中性点不接地系统,在发生单相接地故障时,线间电压不变,依然对称,系统可继续运行,所以供电可靠性高。但是非故障相电压升高√3倍,显然不适用于高压电网中。在中性点直接接地系统发生单相接地时,由于中性点直接接地,强迫中性点保持地电位,则非故障相的电压不会改变。按这种方式运行的系统,电气设备的对地绝缘只需按相电压考虑,这对于110KV及以上的高压系统来说,由于绝缘造价的降低同时还改善了保护设备的工作性能,所以是很有经济技术价值的。中性点直接接地系统的主要缺点是,单相接地时构成回路,接地回路通过短路电流,且各相之间电压不再是对称的。为防止大的短路电流损坏设备,必须迅速地切除接地相甚至三相。当线路切除时,常常采用自动重合闸等措施补救。中性点直接接地的另一个缺点是线路发生短路故障时对邻近通信线路有电磁干扰。
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点的运行方式正确与否,对电力系统的安全运行有很大的意义。它关系到绝缘水平、通信干扰、继电保护及自动装置的正确动作等方面。下面从电力系统运行的角度说明中性点的运行方式及所对应的电压等级。
一、电力系统中性点的运行方式
发电机和变压器星形连接的结点称之为电力系统的中性点。中性点的运行方式对电力系统的运行十分重要,是涉及到电力系统许多方面的综合性问题。
我国电力系统中性点运行方式有3种,直接接地(有效接地),不接地(中性点绝缘)和从属于不接地方式的经消弧线圈接地(非有效接地)。
二、中性点不接地系统
对中性点不接地系统,当一相发生故障接地时,不能构成短路回路,系统中点没有短路电流,系统仍可继续运行。正常情况下三相对称,线间和相对地组成的等值电容相等,中性点为地电位。如果中性点与地向连,连线中没有电流,A相、B相、C相对地都是相电压,各相对地电容电流超前各相电压90°,通常树值不大。
若发生C相接地,C相自然成为地电位,C相与地之间形成的回路中的电压方程为
U’c= Uc+Uo=0
此时中性点对地电压
Uo= -Uc
其他两相对地电压Ua ,Ub为
U’a= Ua+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠-150°
U’b= Ub+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠150
可以看出,当C相发生接地时,中性点对地电压升高为相电压,而非故障相对地电压升高为线电压;但三相线电压不变。因此,只要各相对地绝缘能承受线电压,发生单相接地时对三相用电设备的运行没有影响。这是中性点不接地系统的一大优点。按规程规定,在此情况下电网仍可运行2h。但此时应发出单相接地的预告信号,告之值班员并采取相应的措施。
在正常运行条件下,三相对地电容对称,三相电容电流之和为零。发生单相接地的情况下,如C相接地,流过接地点的接地电流应为A、B两相对地电容电流之和,即
Id= -(Ica+Icb)= -(jωCUa+jωCUb )
Id=j3ωCUc
可见Id在相位上超前向量Uc90°,为容性电流,是正常时一相电容电流的3倍。正常一相对地电容电流与电网的电压、频率和相与地间的电容大小有关。而电容值又与导线的材料、半径、线间距离及线路的长度有关。当接地电流不大时,则电流过零时电弧将自行熄灭,于是接地故障随之消失;如果接地电流较大,将产生稳定的电弧,形成持续性的电弧接地;当接地电流还不至于大到形成稳定电弧的程度时,则可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态,引起电网运行状态的瞬间变化,出现间歇性电弧接地过电压,它与电网振荡回路的相互作用可能引起相与地之间的谐振过电压。这种电压可以达到2.5~3倍相电压值,进而导致非接地相绝缘击穿,形成相间短路,使事故扩大。
目前,电力网中的故障以单相接地为最多。35KV及以下的电力网由于单相接地电流不大,一般均能在电流过零时自行熄灭而无需切除线路,这种情况下允许电网短时运行,以提高供电的可靠性。
目前在我国,中性点不接地电力网的适用范围如下:
(1)电压小于500V的装置(380/220V照明装置除外);
(2)3~10KV电力网,当单相接地电流小于30A时;
(3)35~60KV电力网,当单相接地电流小于10A时。
如不满上述条件,可采用经消弧线圈接地或中性点直接接地。
三、中性点经消弧线圈接地系统
如上所述,在中性点不接地的电力系统中,发生单相接地时,如果10KV电网接地电流大于30A,35KV电网接地电流大于10A,可能在电力系统中发生断续电弧或稳定电弧,将引起线路的电压谐振。若能找到一种方法减少接地电流,就可以解决因接地电流过大而引起的问题。中性点经过消弧线圈接地就是减少接地电流的有效方法。
消弧线圈实际上就是具有带气隙铁芯的可调线性电感线圈,其电阻很小,感抗很大,一般装设在变压器或发电机的中性点。正常进行时中性点与地电位相等,消弧线圈不起作用。当发生单相接地时,中性点电压升高为相电压,消弧线圈中将有感性电流通过,其电流为
Il= -Uo/jωL=Uc/jωL
其相位滞后Uc90°,与其他非故障相形成的电容性电流相位相差180°,在接地点处相互补偿,此时的接地电流为
Id= Ic- Il =-Uo/j(3ωC-1/ωL) Uc
较中性点直接接地系统时小,故Id减少。
若选择电感L使其满足3ωC-1/ωL=0,则Id =0,这种情况称为全补偿。在实际系统中不采用全补偿,因为此时消弧线圈的感抗值等于网络的总对地容抗值,网络将发生串联谐振,将会引起过电压。
若选择电感L使其满足ωL>1/3ωC,则Il < Ic,接地处Id呈容性欠补偿电流。当运行方式改变而切除部分线路时,接地电流减小,欠补偿电流也随之减小,可能出现Il = Ic,变成全补偿。因此,欠补偿方式目前使用很少。
若选择电感L使其满足ωL<1/3ωC,则Il > Ic,接地处Id呈电感性的过补偿电流。由于消弧线圈保有一定的裕度,即使将来电力网发展,对地电容增加,原有消弧线圈还可以使用,因此多采用过补偿方式。
四、中性点直接接地系统
中性点不接地系统,在发生单相接地故障时,线间电压不变,依然对称,系统可继续运行,所以供电可靠性高。但是非故障相电压升高√3倍,显然不适用于高压电网中。在中性点直接接地系统发生单相接地时,由于中性点直接接地,强迫中性点保持地电位,则非故障相的电压不会改变。按这种方式运行的系统,电气设备的对地绝缘只需按相电压考虑,这对于110KV及以上的高压系统来说,由于绝缘造价的降低同时还改善了保护设备的工作性能,所以是很有经济技术价值的。中性点直接接地系统的主要缺点是,单相接地时构成回路,接地回路通过短路电流,且各相之间电压不再是对称的。为防止大的短路电流损坏设备,必须迅速地切除接地相甚至三相。当线路切除时,常常采用自动重合闸等措施补救。中性点直接接地的另一个缺点是线路发生短路故障时对邻近通信线路有电磁干扰。
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