电力系统中性点的运行方式优化

发电机和变压器高压侧通常接成星形（Y）绕组，其三相绕组的连接点称为电力系统的中性点。

确定中性点的运行方式是一个综合性的问题。它与电压等级、过电压水平、单相接地短路电流、保护配置等多种因素有关，会直接影响电网的绝缘水平、系统供电可靠性、发电机和主变压器的运行安全，以及对通信线路的干扰等。

一、中性点运行方式

中性点运行方式可分为中性点直接接地和中性点非直接接地两大类型。

1.中性点直接接地（一般110kV及以上电网采用）

中性点直接接地系统又称大接地电流系统。因其发生单相短路时，单相短路电流很大，必须立即切除，这降低了供电可靠性，增加了断路器负担。但另一方面，非故障相电压不会升高，过电压水平较低，对地绝缘成本可降低，从而减少了电网的造价。特别是对高压和超高压电网，其经济性更加显著。

但对雷电活动较强山区的结构简单的110kV电网，则可采用中性点经消弧线圈接地的方式。若采用直接接地方式，可能不满足安全供电要求。

2.中性点非直接接地（一般6～63kV电网采用）

中性点非直接接地系统又称小接地电流系统。因其发生单相短路时，呈电容性的单相短路电流很小。又细分为以下三种方式：

（1）多数10kV电网中性点不接地。此方式下，单相接地时接地电流仅为很小的电容电流，断路器不跳闸，允许带故障运行2h，故供电连续性好。但由于非故障相电压会升高为线电压，电气设备对地绝缘水平需按线电压考虑，使绝缘成本稍有增加。

中性点不接地需满足以下限制条件：单相接地时，电容电流不能超过30A（6～10kV电网）或10A（20～63kV电网）。否则接地电弧不易自行熄灭，易产生相当高的弧光间歇接地过电压，危害整个电网。

（2）多数35kV电网中性点经消弧线圈接地。当单相接地电容电流超过10A时，须采用消弧线圈抵消电容电流，从而保证接地电弧瞬时熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。

（3）一般大型发电机中性点经高电阻接地。当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地的方式。此接地方式和经消弧线圈接地方式相比，改变了接地电流的相位，加速泄放回路中的残余电荷，促使接地电弧自熄，也可降低弧光间歇接地过电压。同时有足够大的零序电流和电压，能使接地保护可靠动作。

二、中性点非直接接地系统单相接地电容电流的计算

计算时，应计及有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线等的电容电流，并考虑电网5～10年的发展。

1.架空线路的电容电流

一般估算公式为：

式中 L——有电气联系的线路总长度，km；

UN——线路额定电压，kV。

有架空地线的线路，系数取3.3（无架空地线的线路，系数取2.7）。

对于同杆架设双回线路，电容电流为单回线的1.3～1.6倍。

2.电缆线路的电容电流

一般估算公式为：

6～35kV电缆线路的单相接地电容电流还可采用表4-1的数值。

表4-1 6～35kV电缆线路电容电流（A/km）

注 括号中为实测数值。

3.变电所增加的接地电容电流

对于变电所母线，计算其单相接地总电容电流时，除上述与其相连的线路外，还应计及其他设备的附加值。变电所增加的电容电流附加值见表4-2。

表4-2 变电所增加的接地电容电流附加值

三、消弧线圈的选择

1.参数及型式的选择

消弧线圈一般选用油浸式。装在屋内且相对湿度小于80%场所的消弧线圈，也可选用干式。

2.容量的确定

消弧线圈的补偿容量可计算为：

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式中 K——系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定；

v——脱谐度；

IC——电容电流；

IL——消弧线圈电感电流。

在确定容量时应注意以下问题：

（1）为了便于运行调谐，选用的容量宜接近于计算值。

（2）装在变压器以及有直配线的发电机中性点的消弧线圈，应采用过补偿方式。在正常情况下脱谐度一般不大于10%。

（3）装在单元连接的发电机中性点的消弧线圈，一般采用欠补偿方式。在正常情况下脱谐度不宜超过±30%。

3.消弧线圈分接头的选择

消弧线圈分接头的数量，应满足调节脱谐度的要求，接于变压器的一般不应少于5个，接于发电机的最好不低于9个。消弧线圈应避免在谐振点运行。一般需调谐到接近谐振点的位置，以提高补偿成功率。

4.中性点非直接接地系统中性点电压位移的校验

中性点非直接接地系统发生单相接地短路时，中性点电压不再为零。其中性点位移电压的公式为：

式中 Ubd——消弧线圈投入前，因电网不对称中性点已有的电压值，一般取0.8%相电压；

d——阻尼率，一般对63～110kV架空线路取3%，35kV及以下架空线路取5%，电缆线路取2%～4%；

v——脱谐度。

中性点电压长时间的位移，不应超过下列数值：

经消弧线圈接地的变压器中性点：

经消弧线圈接地的发电机中性点：

5.消弧线圈安放位置选择

（1）不应将多台消弧线圈集中安装在一处，并应尽量避免全电网仅安装一台消弧线圈。以保证在任何运行方式下，电网都不会失去补偿。

（2）在变电所中，消弧线圈一般装在变压器的中性点上，6～10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。

（3）安装在Y0/△接线或Y0/Y0/△接线变压器中性点上的消弧线圈的容量，不应超过变压器总容量的50%，且不大于三绕组变压器任一绕组容量。

（4）接于Y0/Y接线变压器中性点的消弧线圈，其容量不应超过变压器额定容量的20%。

（5）Y0/Y接线的单相变压器组，其三相磁路互相独立，零序阻抗甚大，其中性点不应装设消弧线圈。

（6）若变压器无中性点或中性点未引出，可装设零序阻抗低的专用接地变压器。其容量应与消弧线圈的容量相配合。

（7）在发电厂，发电机电压的消弧线圈可装在发电机中性点上，也可装在厂用变压器的中性点上；当发电机与变压器为单元连接时，消弧线圈应装在发电机中性点上。

双Y绕组发电机且中性点分别引出时，仅允许在一个Y绕组中性点上连接消弧线圈。

四、中性点直接接地系统接地点的选择

在中性点直接接地系统中，变压器的接地台数及接地点的选择应根据继电保护和通信干扰等方面的要求确定，但在编制远景短路电流计算阻抗图时，可按以下原则考虑：

（1）凡是自耦变压器，其中性点应直接接地或经小阻抗接地。

（2）中、低压侧有电源的升压站及降压变压电所，至少应有一台变压器中性点直接接地。

（3）应保证任何故障形式，都不应使中性点接地系统解列成为中性点不接地系统。双母线接线接有两台及以上主变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。

（4）终端变电所的变压器中性点一般不接地。

（5）中性点接地点的数量要适当，应使电网的零序综合电抗大于正序综合电抗。一方面使单相接地短路电流不超过三相短路电流，另一方面使单相接地时，健全相工频过电压值不超过阀型避雷器的灭弧电压。一般零序综合电抗应为正序综合电抗的1.5～3倍。

（6）一般变压器的中性点都是经隔离开关接地，以方便系统调度员灵活选择。若变压器中性点绝缘未按线电压设计，应在该变压器中性点装设避雷器保护。