浅谈中性点非直接接地系统的接地保护

1、接地的危害

我国35kV及以下电力网为非直接接地电力网，在中性点非直接接地系统发生单相接地时，仅相电压发生畸变，中性点位移，而线电压不变，用户可继续工作，允许短期（不超过两小时）带接地点运行。因此我国农网35kV变电所普遍采用的检测接地故障的方法是利用母线绝缘监察装置发现接地故障，该方式接线简单、投资省，但由于无法判明是哪条线路发生了接地故障，要利用重合闸装置（或对线路进行人工倒闸操作）依次将线路断开，来寻找接地故障线路。对于结构复杂的网络,由于要根据负荷情况,进行网络分割、系统解列、调整负荷等,这些操作往往需要较长时间,操作也比较繁琐,容易造成误操作。在系统发生单相接地故障后,非故障相对地电压将升高倍，接地点的间歇性电弧可能在电网中引起过电压，使非故障相的绝缘薄弱地点发生第二个接地点，造成相间短路；而且系统发生单相接地后，由于网络运行参数产生变化，如有偶然因素激发（如故障线路负荷侧发生断线等），将在系统中引发铁磁谐振，严重危害系统的安全运行。因此，对结构复杂的网络，为迅速排除接地故障线路，避免事故发生，应装设有选择的接地保护装置，来实现有选择性的接地保护。

2、防止措施

现在许多继电器制造厂都生产有小接地电流信号装置，其设计判别依据主要有以下几种：①反应工频电容电流的大小；②反应工频电容电流的方向；③反应零序电流有功分量；④反应接地时5次谐波分量;⑤反应接地故障电流暂态分量首半波。下面作些简要分析：

2.1 反应工频电容电流值的接地保护

如果电网的线路总长度很长时，总电容电流与每回线路的电容电流相差也很大，则可以在每回出线首端利用零序电流互感器或零序电流过滤器来测得接地电容电流，并由其驱动电流继电器，发出线路接地信号，实现有选择性的接地保护。

2.1.1 在发生单相接地故障时,暂态电容电流的幅值很大,经过工频的一

个周波后,暂态分量逐渐衰减。为使电流保护不致在暂态过程情况下动作，保护应带有20～30ms的延时。

2.1.2 通常接地电容电流值是不大的，约为几安到十几安，而线路的负荷电流值则很大，在测量接地电容电流时必须注意由负荷电流引起的电流互感器不平衡的影响，在零序电流很小的情况下，不宜采用由零序电流过滤器来测量接地电容电流。

2.1.3 在结构复杂的电网中，由于运行方式的变化和环网的分流作用等，电容电流接地保护往往得不到足够的灵敏性，使该保护方式的应用受到限制。

2.1.4 当中性点采用消弧线圈接地方式时，由于消弧线圈的补偿作用，流过故障点的残余电流值一般很小，此种情况下，电容电流接地保护不能应用。

2.2反应电容电流方向的接地保护

在发生单相接地时，非故障的电容电流超前于零序电压90°；故障线路的总电容电流滞后于零序电压90°，根据这一原则，可以利用零序方向元件区分故障线路。如最大灵敏角为90°，最小动作电流为1A和ZD型零序的方向继电器就是利用这一原理构成的.适用于未装设消弧线圈的35kV及以下系统.对中性点经消弧线圈接地的系统,可选用ZD—8D型接地信号装置。

利用零序方向元件反应稳态电容电流方向，除了可以在每回线路上装设一套保护装置外，为了简化起见，也可以在变电站装设一套公用装置，公用接地保护装置的电压回路固定接在母线电压互感器的开口三角（3U0）上，电流回路则通过切换开关接到各回出线电流互感器的零序电流回路中。在发生单相接地线故障时，变电站反应3U0。的电压继电器动作，发出信号，再由值班人员切换电流回路的开关，当切换到故障线路，零序方向元件动作，检查出故障线路。

3、反应零序电流有功分量的接地保护

在装有消弧线圈的接地系统中发生单相接地故障时，故障点的残余电流值较小。为实现有选择的接地保护，可采用在中性点侧投入电阻的方式。在接入电阻R时，接地电流中将出现一个流过R的有功分量，该有功分量与零序电压同相，因此可以利用反应有功分量的零序方向元件来判别故障线路。

电阻R的投入方式为：在发生单相接地故障时，反应3U0的电压继电器动作，经一短时间后，将电阻R回路的断路器投入，接地电流中即出现了有功分量，此时电网中反应有功分量的零序方向继电器可以正确动作，发出信号并将动作的状态固定下来，判别出故障线路，经过一短时间后将电阻R回路的断路器断开。电阻R的选择应使流过故障点的有功分量电流值不超过5～10A。

2.4反应5次谐波分量的接地保护

在发生单相接地故障时，在接地电容电流中除基波分量外，还含有各种高次谐波分量，其中5次谐波分量的幅值较大。在发生接地故障时，非故障线路的5次谐波零序电容电流由母线流向线路，而在故障线路中则由线路流向母线，即非故障线路上的5次谐波零序电流I05比5次谐波零序电压超前90°;故障线路的5次谐波零序电流I05则比5次谐波零序电压U05滞后90°。因此可以利用I05和U05来构成方向元件，并使I05滞后U0590°时方向元件具有最大灵敏性，来实现有选择的接地保护，如ZD—5型接地保护装置。对结构较简单的电网，也可以利用5次谐波电流值的差别来实现反应5次谐波电流值的接地保护。

2.5反应暂态分量首半波的接地保护

在发生单相接地的瞬间，暂态过程具有下列特点：

2.5.1 在发生单相接地的瞬间,接地电容电流中将出现一个幅值较高的暂态分量,暂态零序电流首半波的最大值比流过同一点的电容电流的稳态值大几倍到几十倍。

2.5.2 各线路所流过的暂态零序电流首半波宽度均为几十微秒到几百微秒。

2.5.3 同一系统，不论中性点绝缘或经消弧消线圈接地，其最初阶段暂态过程完全一样，消弧线圈可以认为开路。

2.5.4 在幅射网络，非故障线路靠近母线端所流过的暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波方向相同。而对故障线路，靠近母线端暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波方向相反。

对于环型网络，则在电容电流分界点落在非故障线路上时，其两端暂态零序电流首半波与暂态零序电压首半波方向相同；电容电流分界点不落在非故障线路上，则有一端相同，一端相反。而对故障线路，暂态零序电流半波与暂态零序电压首半波均相反。

利用上述暂态分量首半波的特点，即可有效地实现有选择的接地保护。如ZD—3C型小电流接地装置，可用于中性点不接地、经消弧线圈接地及经有效电阻接地的小接地电流系统。

以上中性点非直接接地系统的一种无选择性和五种有选择性的接地保护方式，各有优点和局限性，实际设计工作中应根据系统的具体情况合理选用接地保护的方式。