中性点接地电网中单相接地短路故障的特点及消弧线圈接地方案

中性点非直接接地系统中发生单相接地短路故障时，流过故障点的电流为整个系统电容电流的总和。如果这个电流数值较大，就会在接地点燃起电弧，引起间歇性弧光过电压，甚至造成非故障相的绝缘破坏，从而发展成相间短路故障或多点接地短路故障，扩大事故。为了解决这个问题，在接地短路故障电流大于一定值的电网中，中性点均应采用经消弧线圈接地的方式。如当22～66 kV 电网单相接地时，故障点的零序电容电流总和若大于10 A，10 kV 电网大于20 A，3～6 kV 电网大于30 A，则其电源、中性点应采取经消弧线圈（带铁芯的电感线圈）接地方式。这样当单相接地时，在接地点就有一个电感分量电流流过，此电流和原电网的电容电流抵消，使故障点电流减小。

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地短路故障时，电容电流的分布与图2−2−1（a）所示分布完全相同。但是在中性点对地电压的作用下，在消弧线圈中产生一个电感电流，此电流也经接地故障点而构成回路，如图2−2−5所示。这时接地故障点的电流包括两部分，即原来的接地电容电流和消弧线圈的电感电流。电感电流的相位与电容电流的相位相反，相互抵消，起到了补偿作用，接地点故障电流减小，从而消除接地故障点的电弧。

图2−2−5　中性点经消弧线圈接地电网单相接地短路故障

消弧线圈

由前面的分析可知，消弧线圈的作用是用电感电流来补偿接地点的电容电流，根据其对电容电流补偿程度的不同，可以分为完全补偿、欠补偿和过补偿3 种方式。

1.完全补偿

完全补偿就是使 IL= IC ，此时接地故障点的电流为零。从消除故障点的电弧及避免出现弧光过电压的角度来看，这种补偿方式最好。但它存在严重缺点，因为当完全补偿时，感抗等于电网的容抗，会发生串联谐振现象，使系统产生过电压。

此外，在断路器三相触头不同时闭合或断开时，也将短时出现一个数值更大的零序分量电压将在串联谐振回路中产生更大的电流，此电流在消弧线圈上又会产生更大的电压降，从而使电源中性点对地电压升高，这是不允许的，因此在实际使用中不采用完全补偿方式。

2.欠补偿

欠补偿就是使 IL＜ IC ，补偿后的接地点电流仍然是容性的。当系统运行方式改变时，如某个元件被切除，或某些线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，则系统零序电容电流会减小，致使电容电流可能得到完全补偿引起过电压。所以，欠补偿方式一般也不被采用。

3.过补偿

过补偿就是使 IL＞ IC ，补偿后接地点残余电流是感性的。这时即使系统运行方式发生改变，也不会发生串联谐振现象产生过电压的问题，因此这种补偿方式在实际中得到了广泛的应用。

例2−2−1 网络如图2−2−6所示，已知电源等值正序电抗、零序电抗为X1s=X2s =5 Ω，X 0s =8 Ω；线路AB、BC 正序电抗和负序电抗为X 1 =0.4 Ω/km ，X 2 =1.4 Ω/km ，变压器T1 的额定参数为31.5 MVA、110 kV/6.6 kV、Uk%=10.5%，已知BC 线路零序电流Ⅲ段保护的动作时限，其他参数如图2−2−6所示，试确定AB 线路的零序电流Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段保护的动作电流、灵敏系数和动作时限。

图2−2−6　例2−2−1 网络图

解：（1）计算零序短路电流。

各元件的各序电抗值如下：

线路 AB ：X1=X2 =0.4 Ω/km ×20 km =8 Ω，X 0 =1.4 Ω/km × 20 km =28 Ω；

线路 BC：X1=X2 =0.4 Ω/km ×50 km =20 Ω，X 0 =1.4 Ω/km × 50 km =70 Ω；

变压器T1：

B 母线短路时的零序电流计算如下：

因为X1Σ=X2Σ = (5 +8)Ω =13 Ω， X 0Σ = (8 +28)Ω =36 Ω， X0Σ＞X1Σ，所以故将单相接地短路作为整定条件，将两相接地短路作为灵敏度校验条件。

B 母线的最大三相短路电流为

C 母线短路时的零序电流计算如下：

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（2）进行各段零序电流保护的整定计算和灵敏度校验。

①　零序电流Ⅰ段保护。

单相接地短路时保护区的长度l 计算如下：

由得

两相接地短路时保护区的长度l 计算如下：

由得

②　零序电流Ⅱ段保护。

满足要求。

动作时限：

③　零序电流Ⅲ段保护。

因为110 kV 线路可以不考虑非全相运行情况，按躲过末端最大不平衡电流整定，即

近后备保护：满足要求。

远后备保护：满足要求。

动作时限：

习题

中性点非直接接地电网单相接地短路故障的特点

中性点非直接接地保护方式

消弧线圈对电容补偿的作用

中性点经消弧线圈接地电网的接地保护