電力系統(tǒng)故障基礎(chǔ)

電力系統(tǒng)故障分析基礎(chǔ)知識(shí)

一、故障的概念：

電力系統(tǒng)故障一般分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)合故障。簡(jiǎn)單故障是電力系

統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)某一處發(fā)生短路或斷相故障的情況。復(fù)合故障是兩個(gè)或

兩個(gè)以上簡(jiǎn)單故障的組合。

1、短路故障（橫向故障）是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外相與相

之間或相與地之間的短路。（三相短路、兩相短路、單相短路）

2、斷相故障（縱向故障）是一相或兩相斷開的非全相運(yùn)行。

3、引起短路故障的主要原因：各種形式的過電壓，絕緣材料自

然老化、臟污，直接機(jī)械損傷造成電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。

4、電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，故障點(diǎn)的證序電壓最低，從故

障點(diǎn)到電源逐漸升高，到電源點(diǎn)等于電動(dòng)勢(shì)。故障點(diǎn)負(fù)序電壓最高，

逐漸向電源中性點(diǎn)降落，到電源中性點(diǎn)時(shí)，負(fù)序電壓降到零值°負(fù)序

電壓在傳遞過程中，不受變壓器聯(lián)結(jié)組別的影響。障點(diǎn)零序電壓最高,

從故障點(diǎn)到中性點(diǎn)逐漸降落，在傳遞過程中，受到變壓器聯(lián)結(jié)組別的

影響。負(fù)序電壓和零序電壓，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，數(shù)值越低。

5、在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，如果短路故障發(fā)生時(shí)沒有零序電

流，可判斷為多相故障，如果有零序電流，則是接地故障，就要判斷

是單相接地還是兩相短路接地。

6、電壓互感器斷線相二次電壓降低，非斷線相保持不變；二次

出現(xiàn)負(fù)序相電壓，二次負(fù)序相電壓不會(huì)低于8伏；開口三角形側(cè)出現(xiàn)

零序電壓，該電壓值不會(huì)低于40伏。

7、引入到保護(hù)裝置的電壓二次回路發(fā)生一相或兩相斷線時(shí)，會(huì)

出現(xiàn)負(fù)序電壓和零序電壓，不會(huì)低于15優(yōu)。一相斷線后，加到繼電

保護(hù)裝置上的電壓值、相位均發(fā)生畸變。

8、電壓互感器引出回路一相斷線時(shí)，二次電壓中有零序電壓和

負(fù)序電壓出現(xiàn)，在19.25-28.87之間變化。

二、小電流接地系統(tǒng)概述

在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中通常有以下三種方式，即中性點(diǎn)不接

地方式；經(jīng)消弧線圈接地方式；經(jīng)電阻接地方式，此類系統(tǒng)在發(fā)生單

相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓基本保持

對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供應(yīng)沒有影響，因此，在一般情況下都允許再繼續(xù)運(yùn)

行1?2小時(shí)，而不必立即跳閘，這是采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行的

主要優(yōu)點(diǎn)，但是在單相接地后，其他兩相的對(duì)地電壓要升高百倍，對(duì)

設(shè)備的絕緣造成了威脅，若不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)展為絕緣破壞、兩相

短路，弧光放電，引起全系統(tǒng)過電壓。為了防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，

應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施予以消除。

因此，在單相接地時(shí)，一般只要求選擇性地發(fā)出信號(hào)，而不必跳

閘。但當(dāng)單相接地對(duì)人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。

另外一種情況是，當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),

接地點(diǎn)將通過接地線路對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)電網(wǎng)的全部對(duì)地電容電流。如果

此電容電流相當(dāng)大，就會(huì)在接地點(diǎn)產(chǎn)生問歇性電弧，引起過電壓，從

而使非故障相對(duì)地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能

導(dǎo)致絕緣損壞，造戌兩點(diǎn)或多點(diǎn)的接地短路，使事故擴(kuò)大。為此，我

國(guó)采取的措施是：當(dāng)各級(jí)電壓電網(wǎng)單相接地故障時(shí)，如果接地電容電

流超過一定數(shù)值（35kV電網(wǎng)為10A,10kV電網(wǎng)為20A,3?6kV電網(wǎng)為

30A）,就在中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流

來補(bǔ)償接地故障時(shí)的容性電流，就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，以致

自動(dòng)熄弧，保證繼續(xù)供電。

該接地方式因電網(wǎng)發(fā)生單相接地的故障是隨機(jī)的，造成單相接地

保護(hù)裝置動(dòng)作情況復(fù)雜，尋找故障點(diǎn)比較難。消弧線圈采用無載分接

開關(guān)，靠人工憑經(jīng)驗(yàn)操作比較難實(shí)現(xiàn)過補(bǔ)償。消弧線圈本身是感性元

件，與對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓，給

繼電保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)增加了困難。

所以當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)、系統(tǒng)電容電流較大時(shí)，也可以采用經(jīng)電阻

接地方式，即中性點(diǎn)與大地之間接入一定限值的電阻。該電阻與系統(tǒng)

對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元

件和諧振的阻壓元件，對(duì)防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，

有一定優(yōu)越性。中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方式有高電阻接地、中電阻接地、

低電阻接地等三種方式。這三種電阻接地方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具

體情況選定。

三、三種接地方法的特點(diǎn)

1、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

①在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。

②在非故障相的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容

電流，電容性無功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向出線，即零序電流超前零

序電壓90。o

③在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之

總和，數(shù)值一般較大，電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線,

即零序電壓超前零序電流90°。

2、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的特點(diǎn):

①當(dāng)采用完全補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路和非故障線路的零序電

流都是本身的電容電流，電容性無功功率的實(shí)際方向都是由母線流向

出線，在這種情況下，利用穩(wěn)態(tài)零序電流的大小和功率方向都無法判

斷出哪一條線路上發(fā)生了故障。

②當(dāng)采用過補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路的零序電流將大于本身的

電容電流，而電容性無功功率的實(shí)際方向仍然是由母線流向線路，和

非故障線路的方向一樣，在這種情況下，首先就不能用功率方向來判

斷故障線路；其次由于過補(bǔ)償度不大，也很難利用零序電流大小的不

同來找出故障線路C

3、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)：

①可以有效地抑制弧光接地過電壓。這對(duì)運(yùn)行多年的、設(shè)備絕緣

弱點(diǎn)較多的老電網(wǎng)，或具有直配發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)，或絕緣較低的電纜網(wǎng)

絡(luò)，均有提高運(yùn)行安全可靠性的明顯作用。

②可以降低設(shè)備絕緣水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于電纜、干式變壓

器等投資較高的設(shè)備，降低絕緣水平的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

③運(yùn)行方式靈活。為提高城市電網(wǎng)的供電可靠性，不少用電線路

及用戶常由多路電源供電，在線路切換時(shí)，往往會(huì)改變系統(tǒng)的電容電

流，從而影響消弧線圈的調(diào)諧方式，而采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，

則無此弊病。

④發(fā)生永久接地時(shí)，能迅速切除故障，具有明顯的安全性。可以

防止間隙性電弧接地過電壓和諧振過電壓等對(duì)設(shè)備的損害。

為了保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們國(guó)家35kV/10kV配電系統(tǒng)，采用

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行。

這樣的好處是：當(dāng)有一相接地后，大地就變成一相，和中性點(diǎn)及另外

兩相保持正常的相位關(guān)系，相電壓線電壓保持不變，線電流相電流也

保持不變，變壓器、負(fù)荷都可以正常運(yùn)行中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地

后雖然可以正常運(yùn)行，但線路接地后，另兩相對(duì)地變成了線電壓，如

果再有一相接地，就變成了兩相接地短路的嚴(yán)重事故，所以規(guī)程規(guī)定,

線路接地后，要在2小時(shí)之內(nèi)找到原因排除故障，2小時(shí)之內(nèi)故障還

存在，就要停電處理。

開口三角主要是絕緣檢查用的。開口三角是指電壓互感器三相的

三個(gè)二次繞組的接法，三相二次繞組按三角形接線連接，但最后有一

點(diǎn)不連上，即構(gòu)成開口三角，即A相的頭和C相的尾不接上，而是引

出，C相的尾一般接地，A相的頭連接到電壓繼電器。正常情況下，

開口三角上沒有電壓，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí)，電壓互感器一次經(jīng)組

就會(huì)有一相上無電壓，造成對(duì)應(yīng)的二次繞組上也無電壓，則開口三角

上就會(huì)出現(xiàn)100V電壓，電壓繼電器動(dòng)作，或報(bào)警或跳閘。電壓互感

器二次輸出線電壓為100V,正常情況下，開口三角形的開口電壓為

零（三相平衡，矢量和為零），當(dāng)發(fā)生單相接地短路，只有另外兩相

的電壓矢量相加，開口處的電壓就是正常兩相的線電壓，當(dāng)然就是

100V了。

35KV是中心點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相都有

零序分量出現(xiàn)，并在電壓互感器二次側(cè)感應(yīng)出來的。而三相電源系統(tǒng)

中，零序電分量的相序是一致的，所以開口三角處會(huì)出現(xiàn)單相零序電

壓的3倍電壓，而我國(guó)將繼電保護(hù)動(dòng)作電壓規(guī)定為100V,所以對(duì)于

35KV這樣的中心點(diǎn)不接地系統(tǒng)來講，要求電壓互感器二次側(cè)的每一

相零序電壓都是100/3V,三相的零序電壓疊加就是100V,于是在開

口三角形的開口處電壓為100V。而110KV是中心點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，而其他兩相對(duì)地的電

壓還是相電壓。原來的三相電壓向量和是零，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后,

接地相電壓為零，于是其余兩相電壓的向量和就是故障相的電壓，在

電壓互感器的二次側(cè)，兩相非故障相的正常電壓向量和，正好還是

100V并出現(xiàn)的三角形繞組的開口處。

要注意，在11OKV系統(tǒng)中的電壓互感器二次側(cè)的開口三角有一點(diǎn)是接

地的。

從理論上分析，當(dāng)電氣設(shè)備中性點(diǎn)采用不接地方式時(shí)，由于需考

慮設(shè)備或系統(tǒng)線路在發(fā)生單相接地故障時(shí)接地點(diǎn)有較大電容電流流

過（可能達(dá)到正常工作時(shí)單相對(duì)地電容電流的3倍），產(chǎn)生強(qiáng)烈的、

不能自行熄滅的電弧，損壞設(shè)備；而此時(shí)，中性點(diǎn)處對(duì)地電壓升為相

電壓，非故障相電壓升為線電壓，因此，設(shè)備的中性點(diǎn)處絕緣應(yīng)按

相電壓絕緣考慮，設(shè)備各相的絕緣應(yīng)按線電壓絕緣考慮，設(shè)備制造的

復(fù)雜性和成本因而增加。

若設(shè)備的中性點(diǎn)采取直接接地方式，考慮設(shè)備或