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小电流接地系统的保护原理概述


□ 孙迪飞

  前 言
  
   电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题,它与系统的供电可靠性、人生安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等问题有密切的关系。
   电力系统接地方式从学术上分,可分为两类。一类为有效接地系统,包括中性点直接接地,中性点经低电阻接地,经小电抗接地,经低阻抗接地系统;一类为非有效接地系统,包括中性点经消弧线圈接地,经高阻接地,经高阻抗接地及不接地系统。
   在我国35kv,主变中性点一般采取不接地、经高值电阻或经消弧线圈的接地方式。中性点以这类方式接地的电网,在发生单相接地故障时短路电流只能通过对地电容或阻抗形成小电流回路,被称为小电流接地系统。由于配电网主要是以架空裸线为主的辐射网,所以单相接地瞬时故障占配电网故障的绝大多数。在中性点非直接接地系统中,发生单相接地故障后,故障相对地电压降到极小,非故障相对地电压则将接近线电压,其对地电容电流也将相应增大。这极易导致线路非故障相绝缘薄弱处发生对地击穿,造成两相接地短路。尤其是对于配网中越来越多的地下敷设电缆,虽然单相接地故障概率较低,但在这种情况下,则会发展为永久性相间故障。所以必须尽快判断出单相接地故障线路并断开,将危害减到最低。基于此,人们研究提出了多种选线方案。本文在对小电流接地系统单相接地原理分析的基础上,对各种选线方案作了分析评价。
  
   一、小电流接地系统单相接地原理
  
   1.1中性点不接地系统
   中性点不接地系统在正常运行时,各相对地电压是对称的,中性点对地电压为零,电网中无零序电压。由于三相对地电容Co相同,在各相电压作用下各相电容电流相等并超前于相应电压90度。见图l。
   当系统出现单相接故障时,设A相发生接地故障,见图2。
   由图分析可得出下列结论:
   (1)中性点不接地电网中发生单相接地后,中性点电压Un上升为相压电(- EA),A、B、C三相对地电压为:
   UA = 0
   UB = EA - EB = √3EAe-j150°
   UC = EC - EA = √3EAe-j150°
   故障相(A相)对地电压为零;非故障相(B、C相)对地电压比正常相电压升高 倍即为电网线电压;且电网出现零序电压 即等于电网正常工作时的相电压;线电压仍然保持对称。
   (2)故障线路与非故障线路出现零序电流;非故障线路3I0等于线路接地电容电流;故障线路3 I0等于所有非故障线路3 I0之和。
   (3)非故障线路零序电流超前零序电压90度;故障线路零序电流滞后零序电压90度,即故障线路与非故障线路零序电流相差180度。
   当系统为非金属性接地时,没有过渡电阻Rf,这时等值电路见图3。其特点为:各线路零序电压、电流受Rf的影响;故障线路与非故障线路零序电压与零序电流相位关系仍与无过渡电阻时相同。
   1.2 中性点经消弧线圈接地的系统
   由于消弧线圈的接入,系统发生单相接地后,接地点电流较小。因此也属于小电流接地系统。图4为经消弧线圈接地分折图。
   电压分析及各线路的电容电流分析同前,电容电流总和为:
  
   由于消弧线圈可认为是纯电感,故电感电流为 ,并滞后电压90度,所以,接地处的接地电流为: ID+IL+IC
   因IL与IC在相位上相差180度,故选加后, 在数值上就比 小些,有利消除接地故障。
   当此类系统单相接地含有过渡电阻时,等值电路图见图5,其中C1,C2,...,Cn为各线路单相对地等值电容,L是消弧线圈电感, 是接地过渡电阻。
   显然,
   为了防止发生铁磁谐振过电压.一般采用过补偿的方法,使这样 的方向与电感电流方向相反,即与非故障线路零序电流方向相同。同时也可以看出,零序电压和零序电流大小均受过渡电阻的影响。
   因此有下述结论:
   (1)有消弧线圈系统发生接地故障时,电网的零序电压的大小受过渡电阻 的影响;当 =0时零序电压最大,等于电网正常工作时的相电压。
   (2)消弧线圈两端电压为零序电压;消弧线圈的电流通过故障点和故障线路故障相,不通过非故障线路。
   (3)故障及非故障线路均出现电流,零序电流的大小决定于零序电压,因而受过渡电阻的影响;非故障线路零序电流超前零序电压90度,该关系不受消弧线圈与过渡电阻的影响。
   (4)故障线路零序电流与零序电压相位关系受消弧线圈的影响,但不受过渡电阻的影响;当系统采用过补偿方法时,故障线路零序电流超前零序电压90度,即故障及非故障线路零序电流方向相同。
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摘自:新学术 2008年第06期  
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