高鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成及牽引供電方式-電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式

高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項(xiàng)目一、高鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成及牽引供電方式

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)基本概念目錄一接地和接地方式二基本概念三中性點(diǎn)接地分類及適用范圍一、接地和接地方式出于不同的目的，將電氣裝置中某一部位經(jīng)接地線和接地體與大地作良好的電氣連接，成為接地。根據(jù)接地的目的不同，分為工作接地和保護(hù)接地。工作接地是指為運(yùn)行需要而將電力系統(tǒng)或設(shè)備的某一點(diǎn)接地。如：變壓器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)消弧線圈接地、避雷器接地等都屬于工作接地。保護(hù)接地是指為防止人身觸電事故而將電氣設(shè)備的某一點(diǎn)接地。如將電氣設(shè)備的金屬外殼接地、互感器二次線圈接地等。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)很重要的綜合性問(wèn)題，它不僅涉及到電網(wǎng)本身的安全可靠性、過(guò)電壓絕緣水平的選擇，而且對(duì)通訊干擾、人身安全有重要影響。

城鄉(xiāng)配電網(wǎng)主要指10kV、35kV、66kV三個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)，在電力系統(tǒng)中量大面廣，占有重要的地位。在過(guò)去，由于配電網(wǎng)比較小，主要采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地，一般來(lái)說(shuō)運(yùn)行情況是良好的，在80年代中后期，有些配電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用了經(jīng)低電阻接地或高電阻接地方式，近年來(lái)各種不同形式的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈開(kāi)始在配電系統(tǒng)中運(yùn)行。二、基本概念各種中性點(diǎn)接地方式和裝置都有一定的適用范圍和使用條件，為此，采用不同的中性點(diǎn)接地方式是很正常的。我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)正在加快建設(shè)與改造的速度，中性點(diǎn)接點(diǎn)方式對(duì)于電網(wǎng)的發(fā)展是重要的技術(shù)問(wèn)題，引起了多方面的關(guān)注和重視。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及到供電的可靠性、過(guò)電壓與絕緣配合、繼電保護(hù)、通信干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定諸多方面的綜合技術(shù)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在不同的國(guó)家和地區(qū)，不同的發(fā)展水平可以有不同的選擇。在我國(guó)，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式主要有以下三種：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)——適于3~60kV系統(tǒng)中使用；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)——適于3~60kV系統(tǒng)，可避免電弧過(guò)電壓的產(chǎn)生；中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)——適于110kV以上，380V以下低壓系統(tǒng)。三、中性點(diǎn)接地分類及適用范圍中性點(diǎn)不接地方式一般僅在3~60kV系統(tǒng)中采用。當(dāng)系統(tǒng)容量增大，線路距離較長(zhǎng)，致使單相接地短路電流大于某一數(shù)值時(shí)，接地電弧不能自行熄滅。為了降低單相接地電流，常采用消弧線圈接地方式。所以，消弧線圈接地方式，即可保持中性點(diǎn)不接地方式的特點(diǎn)，又可避免電弧過(guò)電壓的產(chǎn)生，是當(dāng)前3~60kV系統(tǒng)普遍采用的接地方式。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的增高和系統(tǒng)容量增大，設(shè)備絕緣費(fèi)用所占比重也越來(lái)越大。中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)點(diǎn)已居于次要地位，主要考慮降低絕緣投資。所以，110kV及以上系統(tǒng)均采用中性點(diǎn)直接接地方式。對(duì)于380V以下的低壓系統(tǒng)，由于中性點(diǎn)接地可使相電壓固定不變，并可方便地獲得相電壓供單相設(shè)備用電，所以除了特定的場(chǎng)合以外（如礦井）,亦多采用中性點(diǎn)接地方式。高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項(xiàng)目一、高鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成及牽引供電方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)一、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)如果三相電源電壓是對(duì)稱的，則電源中性點(diǎn)的電位為零，但是由于架空線排列不對(duì)稱而換位又不完全等原因，使各相對(duì)地導(dǎo)納不相等，則中性點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生位移電壓。一般情況位移電壓不超過(guò)電源電壓的5%，對(duì)運(yùn)行的影響不大。當(dāng)中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障的二相對(duì)地電壓將升高，由于線電壓仍保持不變，對(duì)用戶繼續(xù)工作影響不大。單相接地時(shí)，當(dāng)接地電流大于10A而小于30A時(shí)，有可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的間歇性電弧，隨著間歇性電弧的產(chǎn)生將引起幅值較高的弧光接地過(guò)電壓，其最大值不會(huì)超過(guò)3.5倍相電壓，對(duì)于正常設(shè)備有較大的絕緣裕度，應(yīng)能承受這種過(guò)電壓，對(duì)絕緣較差的設(shè)備、線路上的絕緣弱點(diǎn)和絕緣強(qiáng)度很低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)有一定威脅，在一定程度上對(duì)安全運(yùn)行有影響。

由于中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)的單相接地電流很小，對(duì)鄰近通信線路、信號(hào)系統(tǒng)的干擾小，這是這種接地方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。中性點(diǎn)不接地方式也就是中性點(diǎn)對(duì)地絕緣方式，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便，不需要增加附加電力設(shè)備，投資便宜，很適合于農(nóng)村10KV架空線路的輻射形或樹(shù)狀形供電電網(wǎng)。這種接地方式在運(yùn)行中，如果發(fā)生單相接地故障，流過(guò)故障點(diǎn)的電流僅為電網(wǎng)對(duì)地的電容電流，數(shù)值很小，可以裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)單相接地故障，迅速處理，避免其發(fā)展為兩相短路而造成停電事故。對(duì)中壓系統(tǒng)，如6KV-66KV系統(tǒng)，大多是三相用電設(shè)備，且設(shè)備多在室外，出事的幾率比較多，設(shè)備絕緣強(qiáng)度也比較高，即便出現(xiàn)了單相接地，未接地相電壓升高也能承受，三相平衡對(duì)稱的關(guān)系沒(méi)有改變，也就是說(shuō)三相系統(tǒng)還能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)從可靠性考慮，還是在中壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)比較好在煤礦井下，我國(guó)、西德等國(guó)禁止中性點(diǎn)接地，其主要目的是為安全，減小了單相接地電流，但即使小的單相接地電流，煤礦井下也不允許存在，因此在煤礦井下，安裝有檢漏繼電器，就是當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地絕緣阻抗降低到危險(xiǎn)值或人觸及一相導(dǎo)體或電網(wǎng)一相接地時(shí)，能很快地切斷電源，防止觸電、漏電事故，提前切斷故障設(shè)備。1、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，三相用電設(shè)備能正常工作，允許暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)之內(nèi)，因此可靠性高。其缺點(diǎn)：這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，其它兩條完好相對(duì)地電壓升到線電壓，是正常時(shí)的√3倍，因此絕緣要求高，增加絕緣費(fèi)用。二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)該方式就是在中性點(diǎn)和大地之間接入一個(gè)電感消弧線圈，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，利用消弧線圈的電感電流補(bǔ)償線路接地的電容電流，使流過(guò)接地點(diǎn)的電流減小到能自行熄滅的范圍，它的特點(diǎn)是在線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，可按規(guī)程規(guī)定滿足電網(wǎng)帶單相接地故障運(yùn)行2h。對(duì)于中壓電網(wǎng)，因接地電流得到補(bǔ)償，單相接地故障不會(huì)發(fā)展成相間短路故障，因而中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式大大提高了供電可靠性，這一點(diǎn)優(yōu)越于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，保留了中性點(diǎn)不接地方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。由于消弧線圈的電感電流補(bǔ)償了電網(wǎng)接地電容電流，使得接地點(diǎn)殘流減少到5A及以下，降低了故障相接地電弧恢復(fù)電壓的上升速度，以致電弧能夠自行熄滅，從而提高供電可靠性。經(jīng)過(guò)消弧線圈接地系統(tǒng)的過(guò)電壓幅值不超過(guò)3．2Uph，因此接有消弧線圈的電網(wǎng)，稱為補(bǔ)償電網(wǎng)。經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)稱為諧振接地系統(tǒng)，它有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償方式和非自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償方式兩種。前者比后者有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，目前電力系統(tǒng)無(wú)論新建或擴(kuò)建都采用自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈，并正在逐步淘汰非自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：除有中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還可以減少接地電流；其缺點(diǎn)：類同中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項(xiàng)目一、高鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成及牽引供電方式

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)對(duì)于高壓系統(tǒng)，如110KV以上的供電系統(tǒng)，電壓高，設(shè)備絕緣考慮成本不會(huì)作得很大，如果中性點(diǎn)不接地，當(dāng)單相接地時(shí)，未接地的二相就要能夠承受√3倍的過(guò)電壓，瓷絕緣子體積就要增大近一倍，原來(lái)1米長(zhǎng)的絕緣子就要增加到1.732米以上，不但制造起來(lái)不容易，安裝也是問(wèn)題，會(huì)使設(shè)備投資大大增加；另外110KV以上系統(tǒng)由于電壓高，桿塔的高度也高，不容易出現(xiàn)單相接地的情況，因而就是出現(xiàn)了接地就跳閘也不會(huì)影響多少供電可靠性，因而從投資的經(jīng)濟(jì)性考慮，在110KV以上供電系統(tǒng)，我們多采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。一、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在低壓380/220V系統(tǒng)中，有許多單相用電設(shè)備，如果中性點(diǎn)不接地運(yùn)行，則發(fā)生單相接地后，有可能未接地相電壓升高，會(huì)因過(guò)電壓燒毀家用電器，從安全性考慮，我們必須采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，將中性點(diǎn)的電位牢牢接地。1kv以下的供電系統(tǒng)（380/220伏），除某些特殊情況下（井下、游泳池），絕大部分是中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，主要是為了防止絕緣損壞而遭受觸電的危險(xiǎn)。假定C相完全接地，如下圖。

單相接地故障時(shí)的中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)2.3.2單相接地時(shí)

1、電壓情況（C相）接地相電壓降低→為0非接地相電壓不變→為相電壓中性點(diǎn)對(duì)地電壓不變→為02、電流情況形成短路→危害大→裝設(shè)繼電保護(hù)→跳閘切除故障（供電可靠性降低），避免接地點(diǎn)的電弧持續(xù)。優(yōu)點(diǎn)：

1、不外加設(shè)備即可消弧

2、降低電網(wǎng)對(duì)地絕緣，節(jié)省造價(jià)缺點(diǎn)：

1、供電可靠性降低改進(jìn)：裝自動(dòng)重合閘裝置、加備用電源

2、電流很大且單相磁場(chǎng)對(duì)弱電干擾改進(jìn)：中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地、僅部分中性點(diǎn)接地

3、不產(chǎn)生過(guò)電壓，設(shè)備絕緣水平低20％，造價(jià)低。高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項(xiàng)目一、高鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成及牽引供電方式

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式目錄一基本概念二中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)三中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)一中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地一、基本概念1、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)：三相電力系統(tǒng)中繞組或者線圈采用星形連接的電力設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）各相的連接對(duì)稱點(diǎn)和平衡點(diǎn)。N即為中性點(diǎn)2、運(yùn)行方式共三種：

中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式

中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式前兩種接地系統(tǒng)統(tǒng)稱為：小接地電流系統(tǒng)，后一種接地系統(tǒng)又稱為：大接地電流系統(tǒng)。3、中性點(diǎn)運(yùn)行方式不同對(duì)系統(tǒng)的影響

供電的可靠性、設(shè)備的絕緣、通信的干擾、繼電保護(hù)的正確動(dòng)作等。二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)特點(diǎn)：在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)地電位為零。等值簡(jiǎn)化電路中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)電路如下：1.等值簡(jiǎn)化電路2.向量圖單相接地故障接地故障相對(duì)地電壓降低為零；非接地故障相電壓升高為線電壓（倍）且相位改變。中性點(diǎn)對(duì)地電壓升為相電壓值（方向與故障相電壓相反，即-Ｕc）相對(duì)中性點(diǎn)電壓和線電壓仍不變→三相系統(tǒng)仍然對(duì)稱，可以繼續(xù)運(yùn)行2h中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的結(jié)論：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的適用范圍為：（1）額定電壓在500V以下的三相三線制系統(tǒng)。

（2）額定電壓3～10kV系統(tǒng)，接地電流IC≤30A。（3）額定電壓20～60kV系統(tǒng)，接地電流IC≤10A。（4）與發(fā)電機(jī)有直接電氣聯(lián)系的3～20kV系統(tǒng)，如果要求發(fā)電機(jī)需帶內(nèi)部單相接地故障運(yùn)行，接地電流小于或等于其允許值三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地單相接地故障中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)：電路圖（左）向量圖（右）1、正常運(yùn)行時(shí)：中性點(diǎn)對(duì)地電位為零：UN=0消弧線圈中無(wú)電流：IL=0流過(guò)地中的電容電流為零：IC=02、單相接地時(shí)：中性點(diǎn)電位升高為相電壓：消弧線圈中出現(xiàn)感性電流：與相差1800流過(guò)接地點(diǎn)電流：+（相互抵消）消弧線圈不起作用→實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償適用范圍凡是不符合中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的3～60kV系統(tǒng)，均采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

在我國(guó)110kV系統(tǒng)，一般不采用消弧線圈接地的運(yùn)行方式而直接采用直接接地，主要是為了減少設(shè)備和線路的絕緣投資。但是在個(gè)別雷害事故較嚴(yán)重的地區(qū)和某些大城市電網(wǎng)，為了提高供電可靠性，也會(huì)采用經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。四、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地故障

中性點(diǎn)始終為地的零電位，發(fā)生單相接地故障時(shí)，形成接地短路，巨大的短路電流使保護(hù)動(dòng)作斷路器迅速切除接地故障部分，避免接地點(diǎn)的電弧持續(xù)。

故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓為相電壓。優(yōu)點(diǎn)：（1）不外加設(shè)備即可消?。?）降低電網(wǎng)對(duì)地絕緣，節(jié)省造價(jià)缺點(diǎn)：（1）供電可靠性降低改進(jìn)：加裝自動(dòng)重合閘裝置（2）電流很大且單相磁場(chǎng)對(duì)弱電干擾（3）不產(chǎn)生過(guò)電壓，設(shè)備絕緣水平低20％，造價(jià)低。高鐵牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行與管理項(xiàng)目一：牽引供電方式識(shí)別與應(yīng)用任務(wù)1：電力系統(tǒng)概述知識(shí)點(diǎn)：電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式3指電力系統(tǒng)中的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與大地之間的連接方式。【定義】電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式3電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式【接地方式1】大接地電流系統(tǒng)(有效接地系統(tǒng))：中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小阻抗接地的系統(tǒng)，也稱為有效接地系統(tǒng)。主要接地方式有：直接接地、不接地和經(jīng)消弧線圈接地。110kⅤ及以上的高壓電力系統(tǒng)中，均采用直接接地方式。3電力