1.3 电力系统的运行状态和中性点运行方式

1.3.1 电力系统的运行状态

电力系统的运行状态由运行参数电压、电流、功率和频率等表征。

电力系统的运行状态有多种，也有不同的分类方法。一种是将电力系统的运行状态分为稳态和暂态。电力系统的稳态是指电力系统正常的、变化相对较慢较小的运行状态；电力系统的暂态是指电力系统非正常的、变化较大的运行状态，以致引起系统从一个稳定运行状态向另一个稳定运行状态过渡的变化过程。稳态和暂态的本质区别为：前者的运行参数与时间无关，其特性可用代数方程来描述；后者的运行参数与时间有关，其特性要用微分方程来描述。如本书讲的负荷计算是供配电系统的稳态，短路计算是供配电系统的暂态。这种分类方法常用在电力系统分析中，分别称为电力系统稳态分析和电力系统暂态分析。

另一种分类方法是将电力系统的运行状态分为正常运行状态、异常运行状态、故障状态和待恢复状态。这4种状态之间的关系如图1-6所示。电力系统在绝大部分时间里都处于正常运行状态，系统安全。如系统运行条件恶化，如过负荷、低电压、单相接地等，系统便进入异常运行状态，也称报警状态，系统不安全；系统处于异常运行状态应采取有效措施，恢复正常运行状态，若措施不当或又发生故障，系统便进入故障状态。故障状态又称紧急状态。系统处于故障状态，保护装置或自动装置应快速动作，切除故障设备或线路，系统便进入待恢复状态。采取措施修复故障设备或线路后，系统又恢复正常运行状态。电力系统从正常运行状态到故障状态乃至待恢复状态的过程非常短，通常只有几秒到几分钟，但系统从待恢复状态回到正常运行状态，则要经历相当长的时间。这种分类方法常用于电力系统安全分析中。

1.3.2 电力系统的中性点运行方式

三相交流电系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式主要分两类：小接地电流系统和大接地电流系统，又称中性点非有效接地系统和中性点有效接地系统。前者又分中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经电阻接地系统，后者为中性点直接接地系统。中性点的运行方式主要取决于对电气设备的绝缘水平要求及供电可靠性和运行安全性要求。

我国3～63kV系统，一般采用中性点不接地运行方式；当3～10kV系统接地电流大于30A，20～63kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式；110kV及以上系统和1kV以下低压系统，采用中性点直接接地运行方式。

1.中性点不接地的电力系统

图1-7所示为中性点不接地电力系统示意图。三相导体沿线路全长有分布电容，为了方便分析，用一个集中电容C表示，并设三相对地电容相等。

系统正常运行时，线电压对称，各相对地电压对称，等于各相的相电压，中性点对地电压为零，各相对地电容电流也对称，其电容电流的相量和为零，相量图如图1-7（b）所示。

系统发生单相接地时，如图1-8（a）所示，接地相（C相）对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压，），即等于相电压的㊣-倍。从而，接地相电容电流为零，非接地相对地电容电流也增大㊣3-倍。因此，要求电气设备的绝缘水平也提高，在高电压系统中，绝缘水平的提高将使设备费用大为增加。

C相接地时，系统的接地电流（流过接地点的电容电流iC）应为A，B两相对地电容电流之和。取接地电流的正方向从相线到大地，如图1-8（b）所示，因此

在数值上，由于-，而- -，因此

即单相接地的接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。

单相接地电流IE也可用下式近似计算

式中，UN为系统的额定电压（kV）；Loh为有电的联系的架空线路总长度（km）；Lcab为有电的联系的电缆线路总长度（km）。

从图1-8（b）可以看出，中性点不接地电力系统发生单相接地时，虽然各相对地电压发生变化，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡，因此，三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时。

2.中性点经消弧线圈接地的电力系统

如前所述，当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，引起过电压和造成短路，减小接地电弧电流使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。图1-9所示为中性点经消弧线圈接地电力系统的电路图和相量图。

当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流 和流过消弧线圈的电感电流之相量和。由于超前，.L滞后，两电流相抵后，使流过接地点的电流减小。

消弧线圈对电容电流的补偿有3种方式：①全补偿IL=IC；②欠补偿IL＜IC；③过补偿IL＞IC。实际上都采用过补偿，以防止由于全补偿引起的电流谐振，从而损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，各相对地电压和对地电容电流的变化情况与中性点不接地系统相同。

3.中性点直接接地的电力系统

中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其他部分恢复正常运行。因此，直接接地系统供电安全性较低。图1-10所示为发生单相接地时的中性点直接接地电力系统。

由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压仍为零，非接地相对地电压也不发生变化。

4.中性点经电阻接地的电力系统

中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。

（1）中性点经高电阻接地的电力系统

高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用，但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路，有些大型发电机的中性点采用经高电阻接地方式，以提高运行的稳定性。

（2）中性点经低电阻接地的电力系统

城市6～35kV配电网络主要由电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达100～1000A，若采用中性点经消弧线圈接地方式，无法完全消除接地故障点的电弧和抑制谐振过电压，可采用中性点经低电阻接地方式。该方式具有切除单相接地故障快、过电压水平低的优点。

中性点经低电阻接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市电网、发电厂用电系统及企业配电系统。