浅析电力系统中性点接地方式

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  摘 要:电力系统的中性点是指接成星形的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点。目前,我国电力系统中性点的接地方式可分为两大类:一类是有效接地系统,即中性点直接接地系统,包括有巾性点直接接地和中件点经小电抗接地;另一类是中性点非有效接地系统,即小电流接地系统,包括有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地以及中性点经电阻接地。
  关键词:电力系统 中性点 接地方式
  一、中性点不接地系统
  中性点不接地系统是指发电机或变压器绕组的中性点在电气上对地是绝缘的。中性点不接地系统又称为中性点绝缘系统。中性点不接地系统原理接线图显示三相导线之间及各相导线对地之间,沿导线全长都均匀分布有电容,这些电容将引起附加电流。各相导线对地之间的分布电容,分别用集中的等效电容代替。
  中性点不接地系统发生单相接地时,非故障相电压升高了2倍,即非故障相对地电位升高为线电压。但此时专相线电压不变(仍然对称),故对电力系统的正常工作没有影响,系统仍可带救障运行一段时问(通常为2h),可由运行人员排除故障。由于非故障相电压升高为线电压,就要求系统中的各种电气设备的绝缘必须接线电压设计。但在电压等级较高的系统中,绝缘费用比较高,降低绝缘水平带来的经济效益比较显著,因此一般不采用中性点不接地方式,只有在电压等级较低的系统巾,一般才采用中性点不接地方式以提高系统的供电可靠性。
  中性点不接地系统发生单相接地故障时,接地点处的接地电流为一容性电流,其值为正常时一相电容电流的3倍。若接地点的电流不大,则接地点处的电弧通常可以自行熄灭。系统的运行经验表明,对于l0kV及以下电力网的接地电流不超过30A、35kV等级电力网接地电流不超过l0A,接地电弧通常可以自行熄灭。当l0kV电网接地电流超过30A、35kV电网超过10A时,可能在接地点处产生间歇性电弧或稳定燃烧的电弧。在间歇性电弧的作用下,网络中的电感和电容可能产生振荡,造成电弧过电压,其幅值可达2.5~3.5倍的相电压值,在网络绝缘薄弱点可能发生击穿,从而造成兩相两点、甚至多点接地故障。因此,当3—l0kV电网电容电流大于30A. 35kV系统电容电流大于10A时,应采用中性点经消弧线圈接地或电阻接地方式。
  二、中性点经消弧线圈接地与中性点直接接地系统
  因容性电流与感性电流方向相反,故接地电流减小。由于电感电流对电容电流进行了有效的补偿,接地电流碱小,电弧将自行熄灭。消弧线圈也正是由此而得名。
  若选择电感L使其满足一定条件。这种情况称为全补偿。在实际系统中不采用全补偿,因为此时电感和电容正好构成欠补偿,这种补偿会由于运行方式的改变或部分线路退出运行后,电容电流减小而使网络接近或,变为全补偿,故实际系统中也很少采用。过补偿,过补偿不会出现上述这些问题,故在系统中得到了广泛的应用。但须注意,采用过补偿时,接地电流的残余量不能过大,否则将造成因残余电流过大而使电弧不能自行熄灭的问题。
  中性点不接地系统在发生单相接地故障时,相间电压不变,依然对称,系统可继续运行2h,所以供电可靠性高,但非故障相电压升高2倍,显然不适于高压电网中,因而我国在110kV及以上系统中广泛采用中性点直接接地方式。
  中性点直接接地方式是将变压器中性点与大地直接连接,强迫中性点保持地电位,正常运行时,中性点无电流流过。单相接地时构成单相短路,接地回路通过单相短路电流,各相之间电压不再对称。为了防止大的短路电流损坏设备,必须迅速切除接地相甚至三相,因而供电可靠性较低。为了提高供电可靠性,可采用装设自动重合闸装置等措施。
  中性点直接接地的另一缺点是单相短路对邻近通讯线路有电磁干扰。采用中性点直接接地方式的系统,对线路绝缘水平的要求较低,可按相电压设计绝缘,因而能显著地降低绝缘造价。
  三、电力系统的元件参数之标幺值的概念
  在进行高压电网的短路电流计算时,一般只计算各元件的电抗,而忽略各元件的电阻及线路等的分布电容。为了计算方便,通常采用标幺值。所谓标幺值,是指实际有名值(任意单位)与基准值(与实际有名值同单位)之比。所以,在计算标幺值之前,首先应确定基准值。
  在电力系统中,由于电流、电压、阻抗和功率符合功率方程式和欧姆定律,即功率方程式。
  同步发电机稳态对称运行时,电枢磁势的大小不随时间而变化,在牵间以同步速旋转,由于它与转于没有相对运动,因而不会在转于绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时,定于电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变,定于绕组中必然产生直流自由分量。定于直流分量产生的磁场在空间是静止不动的,当转于绕组切割这个磁场时,在转于绕组上也会产生一个交变的自由分量。转于回路交流分量产生的交变磁场反过来叉在定子绕组上产生二倍频分量。因此,发电机供电回路发生三相短路时,短路回踣中不仅有周期分量和非周期分量,同时还有二倍频分量。二倍频分量一般比较小,实用计算中可以忽略不计。
  发电机供电回路发生三相短路时的短路电流变化曲线。在发生三相短路时,由于发电机有一定的内阻抗,短路过程巾不能保证端电压恒定不变,所以,短路电流周期分量值,从最大值随时间按指数规律衰减到另一值,这一过程称为短路的暂态过程。当衰减完后,短路由暂惫过程进入到稳态短路过程。同步发电机三相短路的冲击短路电流和短路电流最大有效值电流的计算与无限大系统供电时的计算类似。可求得发电机三相短路时的冲击短路电流和短路电流最大有效值。
  现代的发电机一般都装有自动调节励磁装置,在突然缸路的情况下,发电机端电压会急剧下降,自动调节励磁装置动作,迅速增大励磁电流,但由于发电机励磁回路具有较大的电感,不可能使励磁电流立即增大,必须等到几个周波后励磁装置的作用才能显现出来。
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