[科普中国]-中性点位移电压

中性点位移电压是指多相交流系统中，实际的或等效的中性点与参考地之间的电位差。为解决谐振接地电网在运行时出现的跟踪失灵、调谐过多、补偿和接地故障不相匹配而造成残流过大等问题，提出了利用中性点位移电压的检测、分析和计算来解决问题的新思路。

简介为解决谐振接地电网在运行时出现的跟踪失灵、调谐过多、补偿和接地故障不相匹配而造成残流过大等问题，提出了利用中性点位移电压的检测、分析和计算来解决问题的新思路。首先，对中性点位移电压的特性进行了分析，然后将其应用在跟踪灵敏度定值的计算上，有效解决了跟踪失灵、调谐过多的问题；接着，利用中性点位移电压变化量的特点，可以将运行方式改变和系统扰动区分开来；最后，计算得到高阻接地与低阻接地对应的中性点位移电压取值范围，由此可将这两种故障形式显著地区分开来，从而实现了消弧线圈的智能补偿。仿真和实验室高压模拟试验验证了上述结论，有效地解决了谐振电网运行中出现的相关问题。

配电网在中性点接入消弧线圈之后即成为谐振接地电网。消弧线圈的接入使得配电网出现了一些新的特征，如在消弧线圈接入之前，中性点位移电压为系统的自然不对称电压，在接入消弧线圈之后，升高为中性点位移电压。电网运行方式的变化、单相接地故障的不同情况都能反应到中性点位移电压的数值变化之上，因此对中性点位移电压进行测量、分析和判断具有重要的现实意义。自动消弧线圈运行中常常出现的跟踪失灵、调谐过多、补偿和接地故障不相匹配而造成残流过大等问题，均可从分析和应用中性点位移电压入手加以解决1。

中性点位移电压的测量、分析中性点位移电压的测量通常通过装设在中性点的TV将电压信号引入计算机测控系统，经信号调理和A－D转换得到。在电网正常时，系统的零序等效回路为串联谐振电路，电源由不对称电压提供。

在电网已定的情况下，中性点位移电压随脱谐度和阻尼率的增加而减少。在系统运行方式发生改变，即线路发生增减的情况下，不对称度Kc发生增减，中性点位移电压亦将随之发生增减2。

中性点位移电压在跟踪灵敏度中的应用能够自动跟踪是自动消弧装置相对于老式消弧线圈最主要的进步，也是实现智能补偿的前提条件。在电网运行方式发生改变（线路发生投切）时，电容电流也发生了改变，此时如果消弧线圈还停留在原来的位置，则接地后的残流就会显著变大，不利于熄弧。因此在运行方式发生改变后需要及时的跟踪。对电网进行自动跟踪，有两种方式：

①根据中性点位移电压的变化。

②根据相位角的变化。后者需要引入参考的相电压，且相位的检测增加了硬件电路，对于一个实际电网，即使电容电流不变，相位角也会发生很大变化，这就给调谐带来误差，故跟踪的准确性较差。

而前者不需增加硬件，可以直接测得，作为自动跟踪判断的依据可以有很好的准确度，故多数自动调谐消弧线圈厂家都选用此种跟踪方式。灵敏度的取舍要适当，既能有效地跟踪，又不能频繁地动作。为了保证足够的灵敏度，以上计算取下限值，但不能比下限值更小，以避免灵敏度过高，装置频繁地调感。

其他容量和电压等级的消弧装置的灵敏度可参照上面的计算得到。对于10kV电网，电容电流变化1A，切合的线路约有40km，而对于35kV的电网，切合的线路约有10km；选取电容电流变化1A进行跟踪，灵敏度比较适中，装置既不会频繁地调感，又能够有效地跟踪系统运行方式的变化，经模拟试验和现场运行证明是可行的，也比较符合运行的实际。

中性点位移电压在判别系统扰动时的应用在实际运行的电网中，除了运行方式的改变会引起中性点位移电压变化外，扰动同样会引起中性点位移电压变化。电网中的扰动是经常遇到和大量存在的，如果将扰动引起的中性点位移电压变化误判为系统运行方式发生了改变，调感跟踪的次数就将大大增加，这对消弧装置和电网的运行都十分不利。因此必须对扰动进行判断，并在确认后闭锁消弧线圈。中性点位移电压的变化量是稳定的，判断为运行方式改变；否则，判断系统处于扰动状态。

中性点位移电压在区分接地故障时的应用当发生单相接地故障时，在接地点有一过渡电阻Rd存在，可根据过渡电阻Rd的大小将接地故障分为金属性接地、低阻接地和高阻接地。Rd在1～100kΩ时认为是高阻接地，Rd在1 kΩ以下时认为是低阻接地；Rd为0 Ω时认为是金属性接地，金属性接地可视为特殊的低阻接地。

最大阻尼率（d=10%）下不同谐振电网（电容电流不同）发生高阻或低阻接地所得中性点位移电压的取值范围。自动消弧线圈可将此表中的数据作为判断发生高阻接地或低阻接地的主要依据。这是实现智能补偿的基础。

仿真得到金属性接地的中性点位移电压为5707V，约等于系统标准相电压，这和实际运行情况相符。仿真得到高阻接地（Rd=1 kΩ）的中性电压为3092.3V。

当增加过渡电阻使Rd=2 kΩ时，中性点位移电压下降为2150.8V，说明随着过渡电阻的增大，中性点位移电压有下降的趋势。仿真验证了以上计算的正确性，说明自动消弧线圈能够通过对中性点位移电压的检测和判断，正确地识别出低阻和高阻接地故障。

在实验室用调压器、升压变压器和高压电容器建立了等效的模拟电网，以电容器（集中参数）模拟线路分布电容，用升压变压器升压到10kV的额定电压，进行跟踪和扰动试验。可见，通过对中性点位移电压的检测和判断，能够将正常中性点位移电压波动、运行方式改变和扰动准确地区分出来，并采取相应的动作2。

总结在对中性点位移电压进行了推导和计算，并将其应用在谐振电网中可以得到以下结论：

①由中性点位移电压的变化可以计算出跟踪的灵敏度，能够使消弧线圈得到合理有效的调谐，解决了跟踪失灵、调谐过多的问题。

②根据中性点位移电压的变化量的特点，可以将系统扰动和运行方式改变准确地区分开来。

③根据过渡电阻的不同计算得到低阻接地和高阻接地中性点位移电压取值范围，由此可以将低阻接地、高阻接地区分开来，从而实现消弧线圈的智能补偿。并进行了Matlab/Simulink仿真和实验室高压模拟试验，验证了以上结论2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学