中性点不接地或经消弧线圈接地电力系统特性分析

                   (内蒙古技师培训学院，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：本文论述了中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统的结构，系统正常运行和故障运行时的特性。
关键词：中性点；接地；消弧线圈；电力系统
中图分类号：TM711  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2007)06—0101—02
      电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点，从电力系统运行的可靠性、安全性、经济性和人身安全等方面考虑，中性点常采用不接地，经消弧线圈接地、直接接地和经低电阻接地四种运行方式，我国3—66KV系统，一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式。
1 中性点不接地电力系统的运行特点
中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图如图1所示：

      设三相系统的电源电压和电路参数都对称，每相与地之间的分布电容用一个集中电容C来表示，线间电容忽略。
      系统正常运行时，三个相电压U_A、U_B、U_C对称，三个相的对地电容电流I_CO也对称，其相量和均为O，中性点对地电压为O，各相对地电压就是相电压。
      系统的线电压大小和相位差仍保持不变。接在线电压上的用电设备仍能正常工作。但这种单相接地状态不允许长时间运行。因为系统单相接地后长时间运行可能造成非故障相绝缘薄弱处被击穿，形成相间短路，产生很大的短路电流，从而损坏线路及用电设备；此外，较大的单相接地电容电流会在接地点引起电弧，稳定电弧可烧坏设备，引起相间短路，间歇电弧可产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运行。因此，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，系统运行时间不应超过2h。
      中性点不接地系统都应装设单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，发出警报，提醒工作人员采取措施，排除故障。
2 中性点经消弧线圈接地电力系统运行特点
      在中性点不接地系统中，当单相接地电容电流超过一定数值时（3～10KV系统中接地电流＞30A，20KV以上系统中接地电流＞10A），在接地点将产生电弧，引起危险的间歇过电压，因此须采用中性点经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过电压的产生。这种接地方式就是中性点经消弧线圈接地。如图3所示：
图3 一相接地时的中性点经消弧线圈接地系统

2.1 消弧线圈的工作原理
      系统正常运行时，由于三相电压、电流对称，中性点对地电位为0，线圈上电压为0，线圈中没有电流流过。当系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流IC与流过线圈的电感电流I_L之和。由于I_C超前U_C90°，而I_L滞后U_C90°，I_C与I_L相位相反，在接地点相互补偿。只要消弧线圈电感量选取合适，就会使接地电流减小到小于发生电弧的最小生弧电流，电弧就不会产生，也就不会产生间歇过电压。
2.2 消弧线圈的补偿方式
      根据消弧线圈中电感电流对接地电容电流的补偿程度不同，可以分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。
2.2.1 全补偿：
      当I_L=I_C（ωL=1/3ωC）时，接地点的电流为O，这种补偿称全补偿。从补偿观点来看，全补偿应该是最好的，但实际上不采用这种方式。因为系统正常运行时，各相对地电压不完全对称，中性点对地之间有一定电压，此电压可能引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘。
2.2.2 欠补偿：
      当I_L＜I_C，即感抗大于容抗时，接地点尚有未补偿的电容电流，这种补偿称欠补偿。这种补偿方式也很少采用。因为在欠补偿运行时，如果切除部分线路（对地电容减小，容抗增大I_C减小），或系统频率降低（感抗减小I_L增大，容抗增大I_C减小），都有可能使系统变为全补偿，出现电压串联谐振过电压。
2.2.3 过补偿：
      当I_L＞I_C即感抗小于容抗时，接地点出现多余的电感电流，这种补偿称过补偿。过补偿可以避免出现上述的过电压，因此得到广泛应用。因为I_L＞I_C，消弧线圈留有一定的裕度，也有利于将来电网发展。采用过补偿，补偿后的残余电流一般不超过5～10安培。运行实践也证明，不同电压等级的电网，只要残余电流不超过允许值（6KV电网，残余电流≤30A、10KV电网，残余电流≤20A、35KV电网，残余电流≤10A）接地电弧就会自动熄灭。
      中性点经消弧线圈接地系统，与中性点不接地系统一样，当发生单相接地故障时，接地相电压为零，三个线电压不变，其他两相对地电压也将升高[KF(]3[KF)]倍。因此，发生单相接地故障时的运行时间也同样不允许超过2h。

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