16中性点非直接接地电网中单相接地故障保护

第四节 中性点非直接接地电网中单相接地故障保护

在中性点非直接接地电网中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电没有影响。在一般情况下都允许再继续运行1~2小时。因此单相接地时，一般只要求继电保护有选择地发出信号，而不必跳闸。

一、中性点不接地电网中单向接地故障的特点

1．简单网络

2．多条线路网络

(1)发生接地后，全系

统出现零序电压和零序电

流。非故障相电压升高至原来的3倍，电源中性点对地电压0K N U U ••=，0K U •的相量与

故障相电势的相量大小相等方向相反；

(2)非故障线路保护安装处，流过本线

路的零序电容电流。容性无功功率是由母

线指向非故障线路；

(3)故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和。而容性无功功率是由故障线路指向母线，即其功率方向与非故障线路方向相反。

二、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式

根据上述单相接地故障的特点，在中性点不接地系统中，其单相接地故障的保护方式主要有以下几种。

1．无选择性绝缘监视装置

在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号。绝缘监视装置的原理接线如图所示。

三相五柱式电压互感器高压侧中性点经隔离开关接地。当系统中发生接地故障时将此隔离开关拉开。否则接地故

障在2小时内不能消除时，会把电

压互感器烧毁。正常运行时，系统

三相电压对称，没有零序电压，所

以三只电压表读数相等，过电压继

电器KV 不动。当系统任一出线发生

接地故障时，接地相对地电压为零，

而其他两相对地电压升高3倍，这可以从三只电压表上指示出来。同时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV 动作，给出接地信号。

发生金属接地故障时，开口三角处的零序电压约为100伏；而非金属性接地故障时，开口三角处的零序电压小于100伏。为了保证过电压继电器的灵敏度，一般

整定的起动电压是40伏。

绝缘监视装置不能知道哪一路出线发生接地故障，要想知道是哪一条线路发生故障，需由运行人员顺次短时断开每条线路。当断开某条线路时，若零序电压信号消失，即表明接地故障是在这条线路上。

2、零序电流保护

零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的保护装置。

零序电流保护的原理接线图如图所示，保护装置由零序电流互感器TA 0和零序电流继电器KCZ 所组成。

零序电流保护装置的起动电流I KA 。OP 必须大于本线路的零序电容电流（即非故障时本身的电容电流），即

0.3C U K I rel OP KA ωφ=

式中φU ——线路的对地电压；

0C ——本线路每相的对地电容；

rel K ——可靠系数，瞬时动作的零序电流保护取4~5，

延时动作的零序电流保护取1.5~2.0。

零序电流保护装置的灵敏度，可以按被保护线路上发生接地故障时流经保护的最小零序电流（即为全网络中非故障线路电容电流的总和）来校验，灵敏系数为：

式中∑0C ——系统在最小运行方式下各线路每相对地电容之和；

sen K ——灵敏系数，对电缆应大于1.25，对架空线路应大于1.5。

由上式可见，当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流越小时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。

三、中性点经消弧线圈接地电网中单向接地故障的特点

在3~6千伏电网中，如果单相接地时接地电容电流的总和大于30安，10千伏电网如果大于20安，22~66千伏电网如果大于10安，那么单相接地短路会过渡到相间短路，因此在电源中性点加装一个电感线圈。单相接地时用它产生的感性电流。去补偿全部或部分电容电流。这样就可以减少流经故障点的电流，避免在接地点燃起电弧，把这个电感线圈称为消弧线圈。

在图2-55所示电网中，在电源中性点接入一消弧线圈。当线路II 上A 相接地时的电流分布如图2-56所示。与图2-55相比，不同之处是在接地点又增加了一个电感分量的电流I L ，因此，从中性点流回的总电流为

=-=∑OP KA sen I C C U K .00)

(3ωφ0

00C K C C rel -∑

∑+=C L D I I I .

.. 式中I C ∑——全系统的对地电容电流；

I L ——消弧线圈的电流，设用L 表示它的电感，则./.

.L j E I A L ω-= 由于I C ∑和I L 的相位大约相差1800，因此I D 将因消弧线圈的补偿而减少。

图2-56 消弧线圈接地电网中单相接地时的电流分布

根据对电容电流的补偿程度不同，消弧线圈可以有完全补偿，欠补偿及过补偿三种补偿方式。

（1）完全补偿就是使I L = I C ∑。接地点的电流I D 近似为零，看来很理想，但是由于对于50赫兹交流电感L 和三相对地电容3C 0∑，产生串联谐振。从而使电源中性点对地电压严重升高，这是不允许的，因此在实际上不能采用这种方式。

（2）欠补偿就是使I L ＜I C ∑。补偿后的接地点电流仍然是电容的。如果系统运行方式发生变化，当某个元件被切除或因故障跳闸，则电容电流就将减少，很可能又出现I L = I C ∑的情况。和（1）有相同的缺点。因此这种方式一般也是不采用的。

（3）过补偿就是I L ＞I C ∑，补偿后的残余电流是电感性的。采用这种方式不可能发生串联谐振的过电压问题，因此实际中获得了广泛的应用。

I L 大于 I C ∑的程度用脱谐度P 来表示，其关系为

一般选择脱谐度P =5~10%，而不大于10%。采用过补偿时，

由于I L ＞ I C ∑所以I D 的实际方向与图2-56所表示的方向相反。

综合上述分析可得过补偿时，流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，如果二者相差较大，则可采用零序电流大小的不同来找出故障线路。

另外，流经故障线路和非故障线路电容性无功功率的实际方向都是由母线至线路，因此，就无法利用功率方向的差别来判别故障线路即无法采用零序方向保护。 ∑∑-=C C L I I I P