中性点不接地系统的单相接地故障特征

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图 2-1 电网电路图 中性点不接地电网简化电路可表示为图 2-1，在母线上有三条线路，三条线
路各相对地的电容分别为 C01、 C02 、 C03 ，在分析过程中本书做如下假设：
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(1) 三相电源的电动势对称，即图中 E A 、 E B 、 E C 对称。
(2) 三相对地电容相等，由于配电线路距离都较短，因此三相对地电容差异
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中性点不接地系统的单相接地故障特征
单相接地故障是指电网中某点由于内部或者外部原因，如绝缘损坏、树木搭 接等，与大地相接而形成接地。单相接地是电网系统最常见的故障，对电网运行 的安全性、可靠性和经济性会产生很大的影响。
我国 3～60kV 电压等级电网多为小电流接地方式，发生单相接地故障的危害 和影响主要体现在以下几方面：
1、对变电设备的危害 单相接地故障发生后，如果在接地点处产生间歇性电弧，将会发生几倍于正 常电压的间歇性电弧接地过电压，危及变电设备的绝缘，严重者使变电设备绝缘 击穿，造成更大事故。 2、对线路设备的危害 单相接地故障发生后，可能产生电弧，不仅会烧毁部分线路设备，如果在接 地点附近有易燃物品，也可能发生电气火灾。 3、对区域电网的危害 需要注意的是，小电流接地方式并不仅限于中压配电网，我国发电厂的 310kV 厂用电系统，以及 10kV 和 35kV 风电场很多也采用小电流接地方式。在这 些与电源密切联系的电网中如果发生单相接地故障，有可能造成严重的短路事故， 并影响电源的正常运行，破坏区域电网系统稳定，使较大范围地域停电，造成更 大事故。 4、对人畜危害 对于导线落地这一类单相接地故障，如果接地配电线路未停运，对于行人和 线路巡视人员，可能发生人身触电伤亡事故，也可能发生牲畜触电伤亡事故。 5、对供电可靠性的影响 发生单相接地故障后，传统的查找故障线路的方法是人工“试拉路”选线， 有可能导致正常线路短时停电，中断正常供电，影响供电可靠性。另一方面发生 单相接地的配电线路将停运，在查找故障点和消除故障中，不能保障用户正常用 电，特别是在庄稼生长期、大风、雨、雪等恶劣气候条件和山区、林区等复杂地 区以及夜间，不利于查找和消除故障，将造成长时间、大面积停电，对供电可靠 性产生较大影响。 6、对供电量的影响 发生单相接地故障后，由于要查找和消除故障，必然要停运发生单相接地故 障配电线路，从而将造成长时间、大面积停电，减少供电量，影响供电企业的供 电量指标和经济效益。 7、对线损的影响 发生单相接地故障时，由于配电线路接地相直接或间接对大地放电，将造成 较大的电能损耗，如果按规程规定运行一段时间(不超过 2 小时)，将造成更大的 电能损耗。 综上所述，单相接地故障可能会产生过电压、烧坏设备，甚至引起人身伤亡。 因此发生单相接地故障后，需要快速确定故障位置，并且排除故障。
一、稳态过程中相电压、线电压及零序电压的特征
在分析单相接地故障的稳态特征时，可以采用两种分析方法：戴维宁定理和 对称分量法，通常在分析电压特征时利用戴维宁更加简单[2]，而在分析电流特征 时利用对称分量法更加直观[3]。如图 2-1 所示，设 A 相发生接地故障时。采用戴
维宁定理进行分析，将接地点和大地之间的电阻支路看作是外电路。戴维宁等值
不大。需要注意的是，在配电线路上存在两个电容，第一是线路相间电
容，第二是线路对地电容，显然与单相接地故障相关的是线路对地电容。
(3) 线路采用集中式参数，由于配电网线路长度普遍较短，因此可以采用集
中参数。
(4) 在稳态过程分析时忽略线路的阻抗，由于单相接地时等值回。
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电压应为外电路开路时的电压，显然等于 A 相电源电动势 E A 。戴维宁等值阻抗
应为系统的内部阻抗，由于线路对地容抗远大于线路电阻和电抗，因此戴维宁等 值阻抗近似等于系统的对地容抗。这样就得到了戴维宁等效电路，如图 2-2 所示。
其中 C = 3(C01 + C02 + C03 )
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(3) 系统三个相电压U A 、U B 、U C 出现了不对称运行状态。如果发生单相金
属性接地(接地电阻为零)，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升 高到线电压。此时电压互感器开口三角处测量出 100V 电压。如果发生单 相非金属性接地(接地电阻大于零)，则故障相的电压降低但不为零，非 故障相的电压降低或者升高，但达不到线电压。电压互感器开口三角处 的电压在 0-100V 之间。如果非故障相长时间过电压运行，将有可能导致 第二点绝缘击穿，从而导致故障扩大。因此我国规程规定，系统可以带 单相接地故障运行 1-2 个小时，超过了这个时间就必须停电。 (4) 单相接地故障后，各条线路都会出现零序电流，如果某条线路越长、线 路上电缆越多，则该线路的零序电流越大，故障线路的零序电流不一定 最大。因此零序电流保护定值很难确定。 中性点不接地系统的单相接地故障特征 对于中性点不接地系统，发生接地故障后，通常情况下系统会先经过一个暂 态过渡过程，然后进入带故障运行的稳态过程。因此本书对稳态过程和暂态过程 分别进行分析讨论。
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小电流接地方式发生单相接地故障后的电压、电流特征与高压输电网中性点 直接接地方式的差异巨大。为了快速、准确的确定故障位置，需要对小电流接地 系统发生单相接地故障后的故障特征进行深入的分析，本章内容是后面几章内容 的理论基础。
总的来说，小电流接地系统发生单相接地故障后的故障特征表现在以下几个 方面[1]：
(1) 发生接地故障后，系统三个线电压U AB 、U BC 、UCA 幅值和相位差仍维持
不变，即对称性不变，由于配电变压器通常为 Y/Y0 接线或者△/ Y0 接 线，因此 0.4kV 低压配电网上的用电设备能够正常运行。 (2) 发生单相接地故障后，由于零序回路阻抗值很大，因此单相接地电流很 小，往往小于负荷电流，更远小于相间(包括三相)短路故障，因此继电 保护装置不会动作切除故障。