中性點位移電壓

中性點位移電壓是指多相交流系統中，實際的或等效的中性點與參考地之間的電位差。為解決諧振接地電網在運行時出現的跟蹤失靈、調諧過多、補償和接地故障不相匹配而造成殘流過大等問題，提出了利用中性點位移電壓的檢測、分析和計算來解決問題的新思路。

基本介紹

• 中文名：中性點位移電壓
• 外文名：neutralpointdisplacementvoltage
• 方面：多相交流系統
• 解釋：中性點與參考地之間的電位差
• 學科：電力工程
• 領域：能源

簡介

為解決諧振接地電網在運行時出現的跟蹤失靈、調諧過多、補償和接地故障不相匹配而造成殘流過大等問題，提出了利用中性點位移電壓的檢測、分析和計算來解決問題的新思路。首先，對中性點位移電壓的特性進行了分析，然後將其套用在跟蹤靈敏度定值的計算上，有效解決了跟蹤失靈、調諧過多的問題；接著，利用中性點位移電壓變化量的特點，可以將運行方式改變和系統擾動區分開來；最後，計算得到高阻接地與低阻接地對應的中性點位移電壓取值範圍，由此可將這兩種故障形式顯著地區分開來，從而實現了消弧線圈的智慧型補償。仿真和實驗室高壓模擬試驗驗證了上述結論，有效地解決了諧振電網運行中出現的相關問題。

配電網在中性點接入消弧線圈之後即成為諧振接地電網。消弧線圈的接入使得配電網出現了一些新的特徵，如在消弧線圈接入之前，中性點位移電壓為系統的自然不對稱電壓，在接入消弧線圈之後，升高為中性點位移電壓。電網運行方式的變化、單相接地故障的不同情況都能反應到中性點位移電壓的數值變化之上，因此對中性點位移電壓進行測量、分析和判斷具有重要的現實意義。自動消弧線圈運行中常常出現的跟蹤失靈、調諧過多、補償和接地故障不相匹配而造成殘流過大等問題，均可從分析和套用中性點位移電壓入手加以解決。

中性點位移電壓的測量、分析

中性點位移電壓的測量通常通過裝設在中性點的TV將電壓信號引入計算機測控系統，經信號調理和A－D轉換得到。在電網正常時，系統的零序等效迴路為串聯諧振電路，電源由不對稱電壓提供。

在電網已定的情況下，中性點位移電壓隨脫諧度和阻尼率的增加而減少。在系統運行方式發生改變，即線路發生增減的情況下，不對稱度Kc發生增減，中性點位移電壓亦將隨之發生增減。

中性點位移電壓在跟蹤靈敏度中的套用

能夠自動跟蹤是自動消弧裝置相對於老式消弧線圈最主要的進步，也是實現智慧型補償的前提條件。在電網運行方式發生改變（線路發生投切）時，電容電流也發生了改變，此時如果消弧線圈還停留在原來的位置，則接地後的殘流就會顯著變大，不利於熄弧。因此在運行方式發生改變後需要及時的跟蹤。對電網進行自動跟蹤，有兩種方式：

①根據中性點位移電壓的變化。

②根據相位角的變化。後者需要引入參考的相電壓，且相位的檢測增加了硬體電路，對於一個實際電網，即使電容電流不變，相位角也會發生很大變化，這就給調諧帶來誤差，故跟蹤的準確性較差。

而前者不需增加硬體，可以直接測得，作為自動跟蹤判斷的依據可以有很好的準確度，故多數自動調諧消弧線圈廠家都選用此種跟蹤方式。靈敏度的取捨要適當，既能有效地跟蹤，又不能頻繁地動作。為了保證足夠的靈敏度，以上計算取下限值，但不能比下限值更小，以避免靈敏度過高，裝置頻繁地調感。

其他容量和電壓等級的消弧裝置的靈敏度可參照上面的計算得到。對於10kV電網，電容電流變化1A，切合的線路約有40km，而對於35kV的電網，切合的線路約有10km；選取電容電流變化1A進行跟蹤，靈敏度比較適中，裝置既不會頻繁地調感，又能夠有效地跟蹤系統運行方式的變化，經模擬試驗和現場運行證明是可行的，也比較符合運行的實際。

中性點位移電壓在判別系統擾動時的套用

在實際運行的電網中，除了運行方式的改變會引起中性點位移電壓變化外，擾動同樣會引起中性點位移電壓變化。電網中的擾動是經常遇到和大量存在的，如果將擾動引起的中性點位移電壓變化誤判為系統運行方式發生了改變，調感跟蹤的次數就將大大增加，這對消弧裝置和電網的運行都十分不利。因此必須對擾動進行判斷，並在確認後閉鎖消弧線圈。中性點位移電壓的變化量是穩定的，判斷為運行方式改變；否則，判斷系統處於擾動狀態。

中性點位移電壓在區分接地故障時的套用

當發生單相接地故障時，在接地點有一過渡電阻Rd存在，可根據過渡電阻Rd的大小將接地故障分為金屬性接地、低阻接地和高阻接地。Rd在1～100kΩ時認為是高阻接地，Rd在1 kΩ以下時認為是低阻接地；Rd為0 Ω時認為是金屬性接地，金屬性接地可視為特殊的低阻接地。

最大阻尼率（d=10%）下不同諧振電網（電容電流不同）發生高阻或低阻接地所得中性點位移電壓的取值範圍。自動消弧線圈可將此表中的數據作為判斷發生高阻接地或低阻接地的主要依據。這是實現智慧型補償的基礎。

仿真得到金屬性接地的中性點位移電壓為5707V，約等於系統標準相電壓，這和實際運行情況相符。仿真得到高阻接地（Rd=1 kΩ）的中性電壓為3092.3V。

當增加過渡電阻使Rd=2 kΩ時，中性點位移電壓下降為2150.8V，說明隨著過渡電阻的增大，中性點位移電壓有下降的趨勢。仿真驗證了以上計算的正確性，說明自動消弧線圈能夠通過對中性點位移電壓的檢測和判斷，正確地識別出低阻和高阻接地故障。

在實驗室用調壓器、升壓變壓器和高壓電容器建立了等效的模擬電網，以電容器（集中參數）模擬線路分布電容，用升壓變壓器升壓到10kV的額定電壓，進行跟蹤和擾動試驗。可見，通過對中性點位移電壓的檢測和判斷，能夠將正常中性點位移電壓波動、運行方式改變和擾動準確地區分出來，並採取相應的動作。

總結

在對中性點位移電壓進行了推導和計算，並將其套用在諧振電網中可以得到以下結論：

①由中性點位移電壓的變化可以計算出跟蹤的靈敏度，能夠使消弧線圈得到合理有效的調諧，解決了跟蹤失靈、調諧過多的問題。

②根據中性點位移電壓的變化量的特點，可以將系統擾動和運行方式改變準確地區分開來。

③根據過渡電阻的不同計算得到低阻接地和高阻接地中性點位移電壓取值範圍，由此可以將低阻接地、高阻接地區分開來，從而實現消弧線圈的智慧型補償。並進行了Matlab/Simulink仿真和實驗室高壓模擬試驗，驗證了以上結論。