探析电力系统中性点运行方式

探析电力系统中性点运行方式
黄金玉
鸡西矿业集团电力公司
摘要: 中性点在电力系统中是一个很重要的概念，它的处理涉及对地绝缘、内部过电压、继电保护、发电机并列运行的稳定性、对线路附近通信电路的干扰、安全等多个方面。因此，中性点的运行方式对于整个电网都至关重要。
关键词:电力系统;中性点
　　
　　
一、电力系统中性点接地方式的分类
　　
　
　　1.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。
　2.中性点经消弧线圈接地系统
　　　采用中性点消弧线圈接地方式,即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈,消弧线圈主要带有气隙的铁芯和套在铁芯上的绕阻组成,它们被放在充满变压器油的油箱内,绕组的电阻很小,电抗很大。消弧线圈的电感,可用改变接入绕组的匝数加以调节,显然,在正常的运行状态下,由于系统中性点的电压三相不对称电压,数值很小,所以通过消弧线圈的电流也很小,采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振,而是离谐振点更远。
在系统发生单相接地故障时,利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿,使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围,其特点是线路发生单相接地时,在中性点经消弧线圈接地的系统中,一相接地和中性点不接地系统一样,故障相对地电压为零,非故障相对地电压升高至倍,三相线电压仍然保持对称和大小不变,所以也允许暂时运行,但不得超过两小时,消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要,因为它使接地处的电流大大减小,电弧可能自动熄灭。
3.中性点直接接地系统
　　　中性点直接接地或经过电抗器接地系统,在发生一相接地故障时,故障的送电线被切断,因而使用户的供电中断。单相接地电流往往比正常负荷电流小得多,因而要实现有选择性的接地保护就比较困难,但在中性点直接接地系统中,实现就比较困难,但在中性点直接接地系统中,实现就比较容易,由于接地电流较大,继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路,且保护装置简单,工作可靠。
　　
二、目前我国电力系统中性点的运行方式
　　
　　
1.对于6～10KV系统,由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大,为了提高供电可靠性,一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。
　2.　对于110KV及以上的系统,主要考虑降低设备绝缘水平,简化继电保护装置,一般均采用中性点直接接地的方式,并采用送电线路全线架设避雷线和装机自动重合闸装置等措施,以提高供电可靠性。
3.　20～60KV的系统,是一种中间情况,一般一相接地时的电容电流不很大,网络不很复杂,设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著,所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。
4. 1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行,但电压为380/220V的系统,采用三相五线制,零线是为了取得机电压,地线是为了安全。