中低压配电系统单相接地故障及其保护分析中低压配电系统单相接地故障及其庇护分析1 概述中低压配电系统故障分为相间短路和单相接地，相间短路又分为三相短路和两相短路。

相间短路称为金属短路或永久性短路，短路电流比较大，危害也大，继电庇护必需可靠、迅速而有选择性将故障切除。

单相接地故障的故障电流随配电系统中性点接地方式不同有很大差别。

电源中性点不接地以及经大电阻或消弧线圈接地的配电系统，发生单相接地故障后，由于没有形成回路，接地故障电流为对地电容电流一般比较小，可继续运行必定时间，但应有报警，以便及时查找故障。

电源中性点直接接地的配电系统发生单相接地故障后，接地相经过大地与电源中性点形成回路，故障电流为短路电流就比较大，继电庇护应可靠、迅速而有选择性将故障切除。

电源中性点不接地以及经大电阻或消弧线圈接地的配电系统，接地故障［Earth fault］是指相线和电气装置的外露导电部分，以及大地间的短路，它属于单相对地故障，它和相线与中性线的单相短路无论在危害后果与庇护办法上都十分不同。

绝缘损坏或损伤是较常见的接地故障，此时为非金属性短路，短路电流随绝缘损坏程度不同差别比较大，故障电流相差也比较大。

这就给继电庇护选择与整定造成较大困难。

绝缘损坏往往会带来人身电击损害和火灾，因此必需采取必定办法限制故障电压升高和其作用时间，防范人体与危险电压的接触，并且要求电器装置的接地要合理可靠，并应有接地故障庇护。

2 电源中性点不直接接地配电系统的单相接地故障与庇护2.1电源中性点不直接接地配电系统单相接地故障分析我国日前6～10kV与35kV配电系统为小电流接地系统，其电源中性点有不接地、经大电阻或消弧线圈接地三种方式。

正常运行时三相对地电容电流大小相等，相位各落后于相电压90度，电容电流分布与相量图。

见图1。

图1中性点不接地系统单相接地电容电流分布与相量图当发生单相接地故障时，电源中性点对地电位升高为相电压，故障相电位接近或等于地电位，其它两相对地为升高为线电压，其值为相电压的√3 倍。

各相之间的电压大小和相位均无变化，仍然对称，这是电源中性点不接地配电系统发生单相接地之后仍可运行一段时间的主要原因，一般规定为1到2小时。

由图1可知发生单相接地后三相电压计算公式为：Ua ＝Ea－Ea ＝0Ub ＝Eb－Ea ＝√3× Ea ×e－j150°Uc ＝Ec－Ea ＝√3× Ea ×e＋j150°电容电流分布见图2，向量图见图3。

图2单相接地时接地电容电流分布与单相接地庇护原理分析示意图图中：1;电缆头2;电缆金属外壳3;电缆头接地线TAN;零序电流互感器KA;电流继电器I1～I6;通过线路对地分布电容C1～C6的接地电容电流图2为电源中性点不接地配电系统单相接地庇护原理分析示意图。

发生单相接地故障后，零序电流互感器TAN1检测到单相接地故障电流后，驱动继电器KA发出报警或跳闸暗号。

由于接地相电压对地降为零，非接地相对地电压升高√3 倍，非接地相对地电容电流比正常运行状态下也就升高√3倍，假设A相接地，A相对地电容电流为零；B相与C相对地电容电流分别为：Ib ＝jωC0 Ub ＝j×√3×ω×C0×Ea×e－j150°Ic ＝jωC0 Uc ＝j×√3×ω×C0×Ea×e＋j150°从接地点流回电源的接地电流数值上为其它两相对地电容电流之向量和：IE ＝－IA ＝IB＋IC ＝j×ω×C0 ×（Ub ＋UC）＝－j×3×ω×C0×Ea此时母线上的零序电压为：U0 ＝1/3（UA＋UB＋UC）＝－Ea三相线路的零序电流为：I0 ＝1/3（IA＋IB＋IC）＝0当母线上有若干回路引出时，每回路出线均有对地电容存在，各回路均有对地电容电流流入接地点，其数值为各回路其它两相对地电容电流之向相和：3I0 ＝IB＋IC＝－j×3×ω×C0×Ea流入接地点的总的接地电流为：当发生单相接地故障时，未发生接地的各回路引出线路始端零序电流为本身正常时各相对地电容电流之和，方向为母线指向线路，相位上超前零序电压90度。

故障回路始端零序电流为全网络非故障回路各对地电容电流之和，其方向为由线路指向母线，相位上滞后零序电压90度。

向量图见图3。

假设A相接地，对地电容电流为：Idc ＝√3×Ibc＋√3×Icc＝√3×（Ibc＋Icc）＝√3×（COS30°×Ibc＋COS30°×Icc）＝√3×（√3／2×Ibc＋√3／2×Icc）＝√3×√3×Ibc＝3×Ib图3单相接地时接地电容电流向量图由以上分析可知，电源中性点不接地的配电系统发生单相接地时有以下三个特点。

（1）发生接地相对地电压降为零，非接地相对地电压升高为线电压，即为相电压的√3倍。

（2）单相接地后，三相间电压（线电压）大小不变，仍然对称，电源中性点不发生漂移。

（3）有多回路引出线时，非故障相上零序电流（3Io）大小等于线路本身各相对地电容电流之向量和，其方向为由母线指向线路，故障相上零序电流（3Io）大小等于所有非故障相线路各相对地电容电流之向量和，其方向由线路指向母线，并落后于零序电压90度。

2.2 电源中性点不直接接地配电系统单相接地绝缘监视三相五柱式或三个单相电压互感器二次侧为YO/YO/开口三角形接线是中性点不直接接地配电系统单相接地绝缘监视常用的一种方案，除正常测量电压之外，再增加三只对地测量电压表或用一只电压表经过转换开关进行三相转换。

正常时三个电压表指示均为零。

当某相发生单相接地时，该相对地电压指示为零，非接地相电压升高为线相电压，由转换开关转换时，也可以轮流检测到接地相电压为零，非接地相电压为线相电压。

有开口三角形时，可以在开口三角形输出端接一块电压表进行指示，还可用一个电压继电器进行预告报警，正常时电压指示为零，或不平衡电压，电压继电器不工作。

发生单相接地故障时，开口三角形上有电压输出，其大小为-EA，电压表指示为线电压，电压向量和超过电压继电器线圈电压整定值时，电压继电器吸合，常开接点发出预告报警暗号。

线路图见图4。

图4单相接地测量与报警电路图用Y0/Y0/△电压互感器做单相接地的绝缘监视接线简单安装调试便利，在工业与民用建筑变电站得到普遍应用。

它只能在变电站发生单相接地故障后发出报警暗号，无法确定出是哪一个回路发生接地故障。

这时就需要在规定的时间内，逐一拉闸来找出发生接地故障的回路，对于不认可短时停电或出线回路比较多时，就要选用单相接地选线或庇护装置。

2.3供电电源中性点不直接接地配电系统单相接地小流接地选线装置供电电源中性点不直接接地的配电系统相间发生短路故障，短路电流较大，电流庇护动作后可将故障回路切除。

当发生单相接地故障时，单相接地故障相的电容电流虽然有所增加，但其值比较小，很难使过电流庇护动作。

发生单相接地故障后，假如需要检测出是那一路发生单相接地故障，并发出报警或跳闸暗号，就需要选用零序电流互感器或由三个电流互感器组成的零序电流滤序器以及配套的电流继电器进行报警，也可以选用微机型小电流接地选线装置进行报警或跳闸。

三个相同的电流互感器组成的零序电流滤序器主要用于架空线，零序电流互感器应用于电缆出线。

在正常运行以及发生三相或相间短路时，穿过零序电流互感器的各相导线中的电流在铁芯中产生的磁通的向量和为零，二次绕组中没有感应电动势，也就不会产生感应电流。

当发生单相接地时，单相接地回路对地电容电流增加，方向也发生变化，铁芯中产生的磁通向量和不为零，二次绕组中就会感应电流。

由三个相同的电流互感器组成零序电流滤序器在发生单相接地故障后，三个电流互感器副边电流的向量和不为零，由于三个电流互感器的特性及误差很难完全同意，零序电流滤序器比零序电流互感器灵敏度要低很多。

每个回路安装零序电流互感器后，可选用微机型小电流接地选线装置，直接找出单相接地回路，不再需要逐路拉闸查找单相接地故障。

有些变配电站综合自动扮装置（微机庇护）可以采集零序电流与电压进行单相接地庇护，这时就不再需要选用微机型小电流接地选线装置。

3 供电电源中性点不直接接地配电系统单相接地庇护的整定单相接地故障庇护的动作电流一般应大于本线路的零序电流：式中：K 可靠系数，庇护瞬时动作时可取4～5，庇护延时动作时可取1.5～20。

Ici本线路三相对地电容电流之和，即Ici＝3×I0iCoi 本线路每相对地电容Uφ 线路的相电压。

庇护的灵敏系数为：3I0n(min)为系统最小运行方式下发生单相接地时，所有非故障回路各相对地电容电流总和，它等于最小运行方式下全系统三相对地电容电流之和减去单相接地相对地电容电流。

选用零序电流互感器灵敏系数Ks取下限1.25，选用零序电流滤序器时灵敏系数Ks取1.5。

各相对地电容电流总和Ic2可按以下公式进行近似计算：式中：Ici 第i=1回路对地电容电流（A）UN 额定线电压（KV）Lcab 各回路电缆线路的总长度（Km）。

Loh 各回路架空线路的总长度（Km）也可以用实测方法求出各相对地电容电流来确定。

采纳变配电站综合自动扮装置（微机庇护）后，可利用变配电站综合自动扮装置（微机庇护）进行实测。

当供电电源中性点不直接接地的配电系统比较小时，发生单相接地故障后，故障回路零序电流和非故障回路的零序电流相差较小，单相接地故障庇护灵敏度难以满足要求，此时就应考虑加装零序功率方向庇护。