中性点不接地系统单相接地故障的分析及判断

中性点不接地系统单相故障选线系统研究1 当前中性点不接地系统发生单相故障的选线系统现状从当前现状来看，中性点不接地系统发生单相故障的时候，判断该相发生单相故障方法很多。

常见的方法主要从两个技术方向进行判断，第一种技术方向是基于暂态变量的判断，第二种技术方向是基于稳态变量的判断[1]。

基于暂态变量的判断，很多是采用能量变化的判断或者基于小波变换理论对暂态过程的电流进行比较，而基于稳态变量的判断，基本上是考虑零序电流幅值变化的互相比较，也有部分采用零序电流方向比较的方法，还有基于对线路当前残余电流进行检测的方法。

这些方法虽然经历了相当长时间的检验和验证，也在现实的电力系统运行中发挥了重要的作用，能够在一定程度上满足不接地系统故障选线运行的判断需求[2]。

但从发展的眼光来看，从不接地系统到经消弧线圈接地，现在有逐渐向电阻接地演化的趋势，在这种趋势下，当发生电阻接地单相故障，永久性金属接地故障等长时间接地故障，以及绝缘损坏造成的短暂故障，以上判断方法和手段存在缺陷，单相故障的判断成功率很低，对系统的正常运行造成了困扰，判断成功率低的主要原因在于传统的单向故障判断方法是基于参数的变化，对确定发生的、一定位置发生的，以及某些参数变化的故障，具有较好的判断性，而对于其他不在判断逻辑中的参数无能为力，考虑单相故障位置随机的实际特点，传统的判断方法已不能适应现有不接地系统的实际需求。

传统的方法对于零序电流与正常电流占比很低的情况，受到检测精度的影响，存在检测精度更低的问题，大大增加了单向故障的判断难度，无法做到精准选线，在其他一些因素的影响下，例如，在小电感接地的系统中，受到无功补偿系统的影响，补偿电流可能会影响连续电流，如何区分这部分电流来进行实际的故障判断也成为一个难点，直接影响了检测的精度和判断的准确度。

2中性点不接地系统单相故障的特征要精确地判断中性点不接地系统故障发生的确切相，就要对系统发生单线故障前后参数的变化进行对比分析，找出变化量大的参数，以此来判断是否发生故障，这是解决问题的根本方案，如果能够利用其他的理论或者数学工具实现系统自学习功能，或者建立数据库，便于查询，能够大大提高故障选线的精度。

基于MATLAB的10kV铁路电力线路不接地系统单相接地短路故障分析摘要：由于中性点不接地系统运行的优点，使其在我国配电系统中广泛采用，铁路中电力线路和变、配电所也多采用中性点不接地方式。

本文主要研究中性点不接地系统发生单相接地故障的情况，进行理论分析且通过仿真验证了理论正确性，详细论述了故障前后零序电流和电压的波形变化，为实际故障查找与判别提供依据。

同时结合现场实际，总结单相接地故障的事故原因。

对满足铁路安全性、稳定性、可靠性的供电需求提供了一定保障。

关键词：中性点不接地；单相接地短路；零序分量；MATLAB仿真一、中性点不接地系统单相故障理论分析中性点不接地方式属于小电流接地系统中的一种，是因为接地点电流比负载电流小很多，故将其称为小电流接地系统。

在电压等级较低，通常66kV及以下的系统使用小电流接地系统，铁路电力线路电压等级一般为10KV，故采用中性点不接地方式。

当单相接地故障发生时，因为暂不构成短路回路，电流通常不大于负载电流，线电压依然对称，因而不影响对用户的持续供电，系统可继续在这种状态下运行1～2h，不急于立刻处理该故障线路，断路器也不必马上动作，维持对用户的供电不间断，提高了供电的可靠性。

如图1所示，系统中性点不接地，在非故障情况下,三相对地电容数值相等，如我们所知容性负载，每相电容电流超前相电压90°，且三相电容电流相加为零。

图1 中性点不接地系统单相接地故障示意图图2 A相发生单相接地故障因为线电压、三相负荷电流，故障前后没有变化，仍然对称，我们在此只分析对地之间的变化。

如图2相量关系所示，假设单相接地短路故障发生在A相，则A相对地电压变为0，且其对地电容短路，对地电容电流则变为0。

而非故障相对地电压变为倍，对地电容电流也相应变为倍。

在A相接地以后，假设负载电流和短路电流在线路阻抗上的分压为0，则接地处各相对地电压如下：，B相为，C相为，故障点K的零序电压是：，在故障点处非故障相产生的电容电流流向该点，B相为 C相为其有效值为,其中为相电压有效值。

10kv 系统发生单相接地及PT 断线的判断与处理第一节10kv 系统发生单相接地的判断与处理一、发生单相接地故障的特点中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，这种系统被称为小电流接地系统。

在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时故障，多发生在潮湿、多雨天气。

发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统仍可运行1 —2h。

这也是小电流接地系统的最大的优点。

但若发生单相接地故障时电网长期运行，因非故障的两相对地电压可升高根号3 倍，可能引起绝缘薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常供电；也可能使电压互感器铁芯严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。

同时，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。

二、发生单相接地故障现象分析与判断下面是一台三相五芯柱电压互感器接图。

如图所示接成Y0/Y0/ △。

接成Y0形的二次线圈供电给仪表、继电器及绝缘监察电压表等。

辅助二次线圈接成开口三角形，供电给绝缘监察电压继电器。

当三相系统正常工作时，三相电压平衡，开口三角形两端电压为零。

当某一相接地时，开口三角形两端出现零序电压，使绝缘监察电压继电器动作，发出信号IfBn⑴ 完全接地。

如果发生A相完全接地，则故障相的电压降到0，非故障相的电压升高到线电压。

此时，电压互感器开口处出现110V电压，电压继电器动作，发出接地信号。

⑵ 不完全接地。

当发生一相（如A相）不完全接地，即通过高电阻或电弧接地时，中性点位移。

这时，故障相的电压降低，但不为0；非故障相的电压升高，且大于相电压，但不大于线电压。

电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。

⑶ 电弧接地。

如果发生A相完全接地，则故障相的电压降低，但不为0,非故障相的电压升高到线电压。

中性点不接地系统发生单相接地时，中性点电压、各相对地电压、相间电压有何变化？各相对地电容电流及接地点电容电流如何变化？为什么？故障相电压为零中性点电压不再为零，上升为相电压非故障相电压上升为线电压，即相电压的根号3倍系统三相的线电压仍然保持对称且大小不变，对接于线电压的用电设备的工作并无影响非故障相对地电容电流增大根号3倍，分别超前相应对地电压90°故障相对地对地电容电流为零接地点对地电容电流等于正常运行时一相对地电容电流的3倍互感器配置的原则？互感器的作用、特点、互感器使用注意事项？互感器接线及其应用？电流互感器配置原则：1装有断路器的回路应装有足够的电流互感器2发电机变压器中性点、发电机和变压器出口、桥型跨条上应装电路互感器3中性点直接接地系统按三相配置，非直接按需要两相或三相配置电压互感器配置原则：1其一次绕组的额定电压应与安装地点电网电压相符2电压互感器要考虑准确等级，以满足测量精度和二次负荷容量的要求。

互感器作用：用以变化电压和电流，为仪器和各种装置提供电压或电流信号，反映电气设备的正常运行和故障情况电流互感器特点：1串联于电路中，一次绕匝数多，面积大，二次绕匝数少，面积小2电阻小，对一次绕电流没有影响3二次绕串联的仪器及装置阻抗很小，在接近短路的状态下工作4二次不得开路注意事项：1工作中二次侧不得开路2二次侧有一点必须接地3接线时要注意端子的极性4必须保证一定的准确度电压互感器特点：1并联于电路中，电路中一次绕匝数多，二次绕匝数少2二次电压基本等于电动势，且取决于一次测电压3二次侧负荷阻抗较大且稳定，正常工作时电流很小注意事项：1二次侧不得短路2铁心及二次绕一端必须接地3接线时要注意端子的极性4负载容量不应大于其额定容量接线方式：1YNynd 应用于3KV及以上电网，用于测量线电压、相电压和零序电压2YNynV 广泛应用于小接地电流电网中，既能测量线电压和相电压，又可以用作绝缘监察装置配电装置的通道根据其功能不同，可分为哪些：维护通道、操作通道、防爆通道高压开关柜五防功能是什么：1防误分合断路器2防带负荷分合开关或带负荷推入拉出金属封闭式开关柜的手车隔离插头3防带电挂接地线或合接地隔离开关4防带接地线或接地隔离开关合闸5防误入带电隔离游离和去游离于电弧的熄灭的关系：游离作用大于去游离，电弧电流增加，电弧加强持平，稳定燃烧去游离作用大于游离，电弧熄灭交直流电弧熄灭的条件直流：电源电压不足以维持稳态电弧电压及线路电阻电压降时，电弧自动熄灭交流：电流半周期过零时自动暂时熄灭，弧隙介质绝缘不被电压击穿真空断路器、SF6断路器、油断路器、压缩空气断路器的灭弧介质分别是什么：真空、SF6气体、绝缘油、压缩空气高压熔断器的作用？铭牌参数？选择和校验的步骤有哪些：可用作过配电电压器和配电线路的负荷与短路保护，也可用作电压互感器的短路保护母线的作用？母线着色的作用和着色的规定？汇流母线和架空母线导线选择的方法有哪些不同？母线形状及其使用：汇集、分配、传输电能UVW黄绿红，便于识别相序，防锈，增加美观、散热能力1矩形截面——35KV及以下，持续工作电流4000A以下屋内配电装置中2圆形截面——110KV及以上户外配电装置3槽型截面——35KV及以下，4000~8000A配电装置中4管型截面——110KV及以上，8000A以上配电装置中5绞线圆形软母线——35KV及以上屋外配电装置一次设备和二次设备一次设备：直接生产、转换和输配电能的设备——生产和转换电能的设备、开关电器、限流电器、载流导体、补偿设备、互感器、保护电流、绝缘子、接地装置二次设备：对一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的辅助设备——测量仪器、绝缘监察装置、控制和信号装置、继电保护及自动装置、直流电源设备、塞流线圈电气设备额定参数用电设备额定电压：0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、500发电机额定电压：0.23、0.40、3.15、6.3、10.5一次绕组：0.22、0.38、3或3.15、6或6.3、10或10.5、35、110、220、330、500二次绕组：0.23、0.40、3.15或3.3、6.3或6.6、10.5或11、38.5、121、242、363、550大接地系统和小接地系统分别包括哪些？大接地系统：性点直接接地系统性点直接接地系统小接地系统：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统、中性点经大电阻接地系统消弧线圈补偿方式有哪些：欠补偿——补偿电感电流小于接地电容电流（可以采用）全补偿——补偿电感电流等于接地电容电流（避免采用）过补偿——补偿电感电流大于接地电容电流（优先采用）电器设备最高工作电压和额定电压之间有什么关系：220KV以下1.15倍，220KV以上1.11倍断路器的作用、功能、铭牌参数、断路器选择和校验步骤作用：过载、短路和欠电压保护选择和校验：隔离开关的作用有哪些？铭牌参数？可以切断那些回路？选择和校验的步骤有哪些？作用：1隔离电源2改变运行方式进行倒闸操作3接通和切断小电流电路选择和校验：串联电抗起的作用？并联电容的作用？并联电容容量的计算：串联电抗器的作用：减小线路电抗并联电容的作用：提高功率因数三相系统中发生三相对称短路时，哪相受力最大？短路热效应对设备和载流导体有哪些影响？中间相影响：1影响设备绝缘2影响接触电阻值3降低机械强度自用电按重要性分为几类？对电源要求如何：I、II、III类负荷、事故保安负荷供电可靠运用灵活什么事安全净距：确保人身和设备的安全所需必须的最小电器距离高压开关柜按住开关的安装方式可分哪两种：手车式、固定式高压开关柜的型号的含义：屋内配电装置和屋外配电装置应用的电压等级:。

中性点不接地系统“接地”现象分析作者：孙乐场来源：《科技资讯》 2012年第4期孙乐场(华润电力风能(威海)有限公司山东威海 264400)摘要:本文针对中性点不接地系统发生单相接地、发电机出口开关一相未断开这两种故障从原理上进行定性的分析,了解它们发生的原因和限制或处理的措施。

关键词:单相接地中性点电压位移中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)02(a)-0119-01电力系统中性点(实际指发电机和变压器的中性点)如果不接地或经消弧线圈接地,则称为小接地短路电流系统。

在多年的运行工作中,碰到除10kV系统发生单相接地故障时外,在对主变进行冲击合闸充电、停机时开关一相未断开这些非“接地”故障的情形时,10kV母线接地监视保护、发电机定子接地保护也同样动作。

本文结合实际工作提出这些“接地”故障的处理措施,对它们在原理上进行定性的分析。

1 单相接地故障1.1 正常运行情况正常运行情况下,系统三相负载对称,为了便于分析,我们忽略负载阻抗和相间电容,变压器低压侧三角形接线也等效为星形接线,画出中性点不接地系统等效电路图如图1所示,a、b、c 为三相对称电源电动势,系统三相对地电容Cao、Cbo、Cco近似相等,电压互感器的励磁阻抗很大,系统对地阻抗主要为表现为容抗,因此系统三相对地电压a、b、c也是对称的如图2,根据公式:o=－(aYa+bYb+cYc)／(Ya+Yb+Yc),Ya、Yb,Yc为三相对地导纳呈容性近似相等,因此中性点对地电压o略为零,电压互感器副绕组开口三角形出口电压如忽略测量误差则为零,因此接地保护不会动作。

1.2 发生单相接地故障在10kV母上接有一条生活区馈线,由于这条线路位置低,经常发生对线路沿线的一水泥杆放电引起单相金属性接地,使运行中的机组定子100％接地保护动作跳闸停机,10kV母线接地监视保护动作发信。

然后测得10kV母线一相如C相对地电压为0,A、B两相对地电压达到10kV,拉开生活区馈线开关后,接地现象消失。

1. PT 一次或二次保险熔断现象的分析中性点不接地系统中PT 二次线圈有两套，一个接成星形且中性点接地，用以测量相电压和线电压，以及供给保护装置和电度表、功率表等所需的电压；另一套接成开口三角形，供保护装置。

1.1单相PT 接成Y0/Y0，磁路为单独的回路。

如果一次A 相保险熔断，二次A 相无感应电压，但AB 相或AC 相线电压测量回路串过B 相相电压或C 相相电压，结果使AB 相或AC 相线电压测量回路和A 相相电压测量回路形成串联回路，因此A 相相电压、AB 相线电压、AC 相线电压仍有指示，只不过由于回路内阻的存在，它们的指示正比于回路内阻的大小，即内阻大的指示电压高，内阻小的电压低。

二次保险一中性点不接地系统中PT 一次或二次保险一相熔断与单相接地故障、谐振过电压现象的区别武辉 王亚平　沧州供电公司 ０６１０００相熔断的分析与以上分析相同。

1.2三相PT 的磁路是互相连通的，当A 相一次保险熔断时，二次A 相能感应一些电压，A 相相电压、AB 相线电压、AC 相线电压的数值要比上述1.1分析要高一些，因为上述1.1分析的情况是B 相的感应电压在A 相相电压、AB 相线电压串联回路或是C 相的感应电压A 相相电压、AC 相线电压串联回路中进行分配；三相PT 二次一相保险熔断时和上述1.1分析结果相同。

1.3当两相同时熔断时，故障两相电压降低很大（接近于零），而其它一相指示正常。

1.4.1PT 一次保险熔断的原因：1)、电压互感器内部线圈短路接地，螺丝松动、导线受潮、绝缘损坏致过热等。

2)、套管或外绝缘破裂放电，或有火花放电、拉弧现象。

3)、由于谐振造成过电压，使电压互感器激磁电流增大，使高压保险熔断。

4)、由于电压互感器二次保险选择不当，二次过负荷或短路造成高压保险熔断。

1.4.2二次保险熔断的原因：1)、由于误碰、异物、污秽潮湿、小动物造成二次短路使二次保险熔断或二次空开跳闸。

2)、由于保护装置内部故障，分路开关选择不当。

中性点不接地系统单相接地时的向量分析为了熟悉不接地电网的零序保护,需要首先熟悉这类电网发生单相接地故障时电压、电流零序分量的特点。

下面着重介绍单相接地时稳态电容电流的特点。

下面图a示出最简单的中性点不接地网,图中表示负荷就是断开的,因为单相接地时三相的相线电压与负荷电流仍然对称,所以不考虑负荷电流,不会影响分析的结果。

正常运行情况下,各相对地有相同的电容C(用集中参数表示),在相电压的作用下,每相都有一超前电压90°的电容电流流入地中,并三相电容电流之与为零,中性点对地无电压,因为电容电流很小,其在线路上产生的电压降可以忽略不计,故可以认为各相电压均与各相电势相等,电压、电流向量图如图b所示。

发生单相(例如A相)金属性接地时,若忽略较小的电容电流产生的电压降,则电网中各处故障相的对地电压都变为零。

于就是A 相对地电容被短接,只有B 相与C 相对地电容中还存在电流,此时中性点对地电压上升为相电压(－aE ),非故障相的对地电压变为线间电压(升高3倍),其向量关系图如下图c 。

这时三相对地电压可分别写为:A U ＝0,B U =BA U =A B E E ＝3A E 0150j e ,C U =CA U =C E -A E =3AE 0150j e ,由于相电压与电容电流的对称性已破坏,因而出现了零序电压与零序电流,因为A U ＝0,所以零序电压03U =B U ＋C U ＝－3A E ,即等于故障相正常电势的三倍,则相位与之相反。

在B U 与C U 的作用下,在两非故障相及其对地电容中出现超前电压90°的电流,B I ＝C B jX U － =B U 0jWC ,C I ＝CC jX U － =C U 0jWC ,其有效值为B I ＋C I =3X U 0WC ,X U 为相电压的有效值,从故障点流回的电流即零序电流为:03I ＝-(B I +C I )＝－(B U ＋C U )0jWC 。