2基础知识中性点接地方式发热与电动力.pptx

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1、11、电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点且指变压器Y形接线2、运行方式共三种： 中性点不接地运行方式 中性点经消弧线圈接地运行方式 中性点直接接地运行方式 前两种接地系统统称为：小接地电流系统， 后一种接地系统又称为：大接地电流系统。3、分析中性点运行方式的目的：运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等2目录目录2-1 2-1 中性点不接地系统中性点不接地系统2-2 2-2 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统2-3 2-3 中性点直接接地系统中性点直接接地系统2-4 2-4 中性点不同接地方式的比较和应用范围中性点不同接地方式的比较和应用范围32

2、-1 2-1 中性点不接地系统中性点不接地系统42-1 2-1 中性点不接地系统中性点不接地系统2.1.1 2.1.1 正常运行情况正常运行情况 简化等值电路图2-1 正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图C各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容5假假 设设 条条 件件为了方便讨论，认为：1、三相系统对称2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C62 2、分析：、分析：图2-11、三相系统对称时，三相电压 对称,即 2、由于Cu=Cv=Cw=C，则Ico.A=Ico.B=Ico.c=Uxg/Xc也对称，即C

3、BAUUU、0CBANUUUU0.CcoBcoAcocoIIII73 3、结论、结论正常运行时：地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。82.1.2 2.1.2 单相接地故障单相接地故障 简化等值电路 假定C相完全接地，如下图。图2-2 单相接地故障时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图92 2、分析：、分析：图图2-22-2ACCAAUUUU)(BCCBBUUUU)(0)(CCCUUU)(.BCACCIII00.3333CCACCIIII电流情况：0.CCI0.3CBCACIII电压情况：103 3、结论、结论接地故障相对地电压降低为零；非接地故障相电压升高为线电压（ 倍

4、）且相位改变绝缘水平按线电压设计（35KV及以下 ）中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即-c） 相对中性点电压和线电压仍不变三相系统仍然对称，可以继续运行2h接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的倍，即cco 故在接地点有电弧3发电机：Ic5A 610kV网络：Ic30A35kV及以上网络：Ic11接地电容电流的经验算法：接地电容电流的经验算法：Ic中性点不接地系统地单相接地电容电流（A）Ue电网额定线电压（kV）l同一电压Ue具有电气联系的架空线路总长度（km）L同一电压Ue具有电气联系的电缆线路总长度（km）350)35(LlUIec122-2 2-2 中性点经消弧线圈接

5、地系统中性点经消弧线圈接地系统13问题的提出为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？中性点不接地电力网发生 d(1) 时，仍可继续运行2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。142-2 2-2 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统2.2.1 消弧线圈的工作原理图2-3 中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图152.2.1 消弧线圈的工作原理1、正常运行时： 中性点对地电位为零：UN=0 消弧线圈中无电流：IL=0 流过地中的电容电流为零：IC=02、单相接地时： 中性点电位升高为相电压： 消弧线圈中出现感性电流 ：与 相差180

6、0 流过接地点电流： + （相互抵消）CNUULIcILIcI消弧线圈不起作用实现补偿162.2.2 补偿方式及选用1、全补偿:LC 即 接地点电流为零 缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:LC 即 接地点为容性电流 缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:LC 即 接地点为为感性电流 注意：电感电流数值不能过大10A不采用少采用采用172.2.3 消弧线圈1、消弧线圈结构特点： 为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯 气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁 为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中 为适应系统中电容电流变化

7、特点，消弧线圈中设有分接头（59个）2、补偿容量的选择：h.e1.35cx3、消弧线圈的安装地点 发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。4、适用范围：35kV及以下接地电流不满足中性点绝缘系统规定值时采用；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。 182-3 2-3 中性点直接接地系统中性点直接接地系统192.3.1 2.3.1 简化等值电路 假定C相完全接地，如下图。图2-4 单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统202.3.2 2.3.2 单相接地时单相接地时 1、电压情况（C相）接地相电压降低为0非接地相电压不变为相电压中性点对地电压不变为0 2、电流情况形成短路危害大

8、装设继电保护跳闸切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。 分分 析析21优点： 降低电网对地绝缘，节省造价缺点： 1、供电可靠性降低 改进：装自动重合闸装置、 加备用电源 2、电流很大且单相磁场对弱电干扰 改进： 中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地 3、不产生过电压，设备绝缘水平低20，造价低。结结 论论222-4 2-4 中性点不同接地方式的比中性点不同接地方式的比较和应用范围较和应用范围231、供电可靠性 经消弧线圈接地不接地直接接地2、过电压与绝缘水平 大接地相电压 小接地线电压3、继电保护 大接地灵敏、可靠 小接地不灵敏4、对通信的干扰 大接地电流大、干扰大 小接地电流小

9、，干扰小5、系统稳定性2.4.1 中性点不同接地方式的比较 小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先241直接接地系统： 380220V三相四线制系统； 110kV及以上的系统。2不接地系统： 380V三相三线制系统； 接地电流不超过规定值的60kV及以下高压系统： kV系统，c30A，否则采用经消弧线圈接地； 10kV系统，c20A，否则采用经消弧线圈接地； 2060kV系统，c10A，否则采用经消弧线圈接地； 发电机电压侧系统cA，否则采用经消弧线圈接地。2.4.2 2.4.2 中性点运行方式的应用范围中性点运行方式的应用范围25110kv及以上直接接地206

10、0kv I10A中性点经消弧线圈接地10kv I20A中性点经消弧线圈接地36kv I30A中性点经消弧线圈接地1kv及以下直接接地2.4.2 2.4.2 中性点运行方式的应用范围中性点运行方式的应用范围26发热和电动力理论知识发热和电动力理论知识27电器和载流导体的发热电器和载流导体的发热电气设备在工作过程中的损耗1、铜损：电流在导体电阻中的损耗2、铁损：电流的交变磁场在铁磁物质中引起的涡流和磁滞损耗3、介损：绝缘材料在电场作用下产生的损耗 所有这些损耗转化为热能，使电器和载流导体的温度升高，这就是电流的热效应。28发热对电气设备的影响发热对电气设备的影响1、机械强度下降： 金属材料温度升高

11、时，会使材料退火软化，机械强度下降。2、接触电阻增加： 温度过高，接触连接表面会强烈氧化，使得接触电阻增加，温度便随着增加，因而可能导致接触处松动或烧熔。3、绝缘性能降低： 有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐变脆和老化，以致绝缘材料失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩短。29 绝缘等级 在发电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。电器和载流导体的发热电器和载流导体的发热30 人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定

12、了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。 它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180和180以上。比如，B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130。使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。电器和载流导体的发热电器和载流导体的发热31发热的分类1、正常工作电流引起的长期发热： =702、短路电流引起的短时发热： 铜 =300 铅 =200edd32正常工作情况下正常工作情况下长期发热长期发热的计算的计算 1、已知工作电流Ig求导体工作温度ceg070dtKAmcdRdtIgg)(02式中

13、: 通过导体的电流(A)； R 已考虑了集肤系数的导体交流电阻； K 散热系数； A 导体散热表面积 m2 ； 导体温度； 周围介质温度； m 导体质量(kg)； c 导体比热容；g0gI33正常工作情况下正常工作情况下长期发热长期发热的计算的计算 2、求正常运行情况下长期发热允许最大工作电流（载流量）eeeeexuIKII00式中： 长期发热允许最大工作电流（载流量） 导体额定电流 导体额定温度 周围介质温度（屋外取年最高平均温度；屋内取最热月平均温度+5度） 额定介质温度 温度修正系数 xuIeIe0e0KxugIIceg07034故障情况下短时发热的计算1、根据短路电流 求短时发热温度

14、铜: 300 铅: 200dIddd2、计算短路电流热效应：fztztzfittztdtQQITdIQ2 02)(式中： 周期分量热效应值：用1-10-1法计算 t故障切除时间=继电保护动作时间+QF分闸时间 对无限大容量电力系统： 非周期分量热效应值: 当t1s时， 忽略不计)10(1222)2/(2ZttZZztIIItQztQtIQdzzt2fztQfztQ2zfifztITQ 35故障情况下短时发热的计算短 路 点 (s)汽 轮 发 电 机 端0.25水 轮 发 电 机 端0.19高压侧母线主变容量100MVA0.13主变容量=40100MVA0.11远 离 发 电 厂 处0.05表

15、不同短路点等效时间常数Tfi 的推荐值36电器和载流导体的电动力效应电器和载流导体的电动力效应电动力对电气设备的影响 1、电器和载流部分可能因为电动力而振动或变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏； 2、电气设备的电磁绕组可能变形或损坏。37两根平行导体之间的电动力两根平行导体之间的电动力 单根导体：多根导体：)(102721Nali iF)(102721NaliKiF式中： 、 通过两平行导体的电流（A） 该段导体的长度（m） a 两根导体轴线间的距离(m) K 截面形状系数1i2il38三相系统中导体间的电动力（三相短路时）三相系统中导体间的电动力（三相短路时） 1、中间相：式中： 冲击短路电

16、流（A） 母线系统的振荡系数)(176. 02maxNaliFchchi2、母线上的最大弯距： 式中： 相邻两个支柱绝缘子间的跨距（m） 10maxmaxjulFMjul3、最大弯曲应力计算：式中：W母线截面系数（ ）查手册母线最大计算应力不大于母线材料的允许应力，即 ，动稳定满足)(1076. 1222maxmaxPaiaWlWMchju3mxumax39表表 各种材料最大允许应力各种材料最大允许应力xu5106865101568硬母线材料最大允许应力PaKgf/cm3铜1400铝700钢1600510132740后果 钢构件温度升高，可使材料产生应力而引起形变或使接触连环损坏。当混凝土中的

17、钢筋受热膨胀，可使混凝土产生裂缝。原因 对象：位于其中的钢铁构件（绝缘子金具、支持构件中的钢梁、防护遮拦的铁杆或混凝土中的钢筋等） 原因：大电流导体，尤其是母线附近存在强大的交变磁场，上述钢构件将由于涡流（主要原因）和磁滞损耗而发热。若钢构件形成较大尺寸的闭合回路，则将会感应产生环流，引起很大的功率损耗的发热。大电流导体附件钢构件发热大电流导体附件钢构件发热41 根据规定钢构发热的最高允许温度：1. 认可触及的钢构为70摄氏度；2 . 人不可触及的钢构为100摄氏度；3 . 混凝土中的钢筋为80摄氏度。 现代发电厂，为了减少钢构损耗的发热，长采用下面一些措施： 加大钢构和导体之间的距离，使磁场

18、强度减弱，因而可降低涡流和磁滞损耗。 断开钢构回路，并加上绝缘垫，消除环流。 采用电磁屏蔽 采用分相封闭母线导体中电流大于导体中电流大于40005000A大电流导体附件钢构件发热大电流导体附件钢构件发热42敞露式母线缺点 1. 受环境影响严重：积灰相间短路人员不安全 2. 发电机出口母线电流大：发热严重，电动力大，短路造成的影响严重 3. 钢构发热严重 4. 运行可靠性降低 封闭母线概述封闭母线概述43 不隔相（共相）式封闭母线：公共外壳只能起防止绝缘子免受污染 隔相式封闭母线：公共外壳相间有隔板防污、防止相间故障但可靠性不高 分相封闭母线：每相单独 铝制圆形外壳封闭，又分为分段绝缘式和全连式

19、。 封闭母线概述封闭母线概述44全连式分相封闭母线 600MW机组出口回路母线都采用全连式分相封闭母线。特点：1. 外壳同一相各段焊接连通； 2. 各个终端连接有短路板，各相的外 壳电气相通原理： 导体与外壳构成了类似1:1的空心变压器； 在外壳上感应产生与母线电流大小相近而方向相反的环流。屏蔽作用壳内外磁场都大大降低45采用分相封闭母线的优点： 1. 运行可靠性高。2. 短路时母相相间的电动力大大降低。3. 壳外磁场也因外壳电流的屏蔽作用而减弱，可较好改善母线附近钢构的发热。4. 安装和维护工作量小。 缺点： 1. 母线散热条件较差；2. 外壳上产生损耗；3. 金属消耗量增加。 返回减小到敞露式母线电动力的减小到敞露式母线电动力的1/4左右左右壳外磁场减小到敞露母线的壳外磁场减小到敞露母线的10%一下，壳一下，壳外钢构发热大大减轻可忽略不计外钢构发热大大减轻可忽略不计 封闭母线概述封闭母线概述46