不对称接地引起的工频过电压

不对称接地是输电线路中最常见的故障形式。当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。因此，单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的依据。下面就以单相接地为例进行分析。

在系统发生单相接地故障时，故障点各相电压和电流是不对称的，可以采用对称分量法，利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。

设电网中发生A相接地，其系统接线与序网如图5.8所示。序网图中Z1、Z2、Z0分别为从故障点看进去的电网正序、负序、零序入口阻抗，EA为正常运行时故障点处A相电压（正序）。 相发生接地时，故障点的边界条件为

图5.8　不接地系统单相接地等值电路及相量图

由边界条件可得，计算单相接地的序网应按图5.8 （ b）连接，于是正序、负序、零序电流满足下列关系：

对应电压的关系式为

式中　U1、 U2和U0及I1 、 I2和I0分别为序网中电压、电流的正序、负序和零序分量。

故障点处，健全相电压可分别由下列公式计算：

（5-17）

（5-18）

式中　。

式（5-17）和式（5-18）表明，系统发生单相接地故障时，健全相的电压升高与故障点看进去的正序、负序、零序入口阻抗有关。电网的入口阻抗由长线路、变压器和发电机参数组成。长线路和变压器的正序阻抗一般等于负序阻抗，而发电机的正序阻抗则与负序阻抗不同，但是对于较大电源容量的系统，发电机在入口阻抗中所占的比重不大，故可认为Z1≈Z2 。若忽略各序阻抗中的电阻分量，则式（5-17）、式（5-18）可简化为

（5-19）

（5-20）

由式（5-19）和式（5-20）可得

（5-21）

式中α——接地系数。

（5-22）

式中　K=X0/X1 。

α的数值只与从故障点看进去的系统的零序电抗与正序电抗的比值1有关，而X0/X1的数值取决于系统中性点的接地方式，因此将α命名为接地系数。

由式（5-22）可见，故障时健全相电压升高取决于接地系数α。α越大，则电压升高越严重。通常，超高压系统中正序电阻R1可以忽略不计，而零序电阻R0往往对工频电压升高有一定影响。由式（5-19）、式（5-20）计算可知，UC将高于UB。如图5-9　所示为A相发生接地故障时健全相的工频电压升高与X0/X1的关系曲线。

图5.9　A相发生接地故障时健全相的工频电压升高

从图5.9中以及由式（5-23）计算可知，当趋于无穷大时，健全相的电压趋于极限值（系统线电压）；当1为不大的正值时，健全相的电压低于Ue；当在（-20～-1）范围内，曲线具有特殊形状，不考虑损耗时，健全相电压在=-2处趋于无穷大。显然，在选择系统的中性点接地方式时，应尽量避免这种运行状态。下面分析系统不同接地方式，单相接地引起的工频过电压水平。

（一）中性点不接地系统

中性点不接地系统包括两种情况：中性点绝缘和中性点经消弧线圈接地的系统。中性点绝缘时，X0主要由线路容抗决定，因此一定是负值；X1是系统的正序电抗，其中包括电机的同步电抗、变压器漏抗及线路感抗等，一般是电感性的。通常X0 /X1的值是处在（-∞～-20）的范围内，单相接地时非故障点的工频电压升高约1.1倍线电压。特殊情况下人为地加大线路对地电容时，应该核算加大电容值，以使X0 /X1不在（-1～-20）的范围内。中性点经消弧线圈接地的系统，即在系统中性点与地之间接一个电感线圈CL，用以补偿零序电容，当L的感抗（C0为每相零序电容）时，处于欠补偿运行方式，X0为很大的负值，在-∞附近；时，处于过补偿运行方式，X0为很大的正值，1在+∞附近。这时非故障相电压将升至线电压。

（二）中性点直接接地或经低阻抗接地

中性点直接接地或经低阻抗接地系统的零序电抗是感抗，而系统的正序电抗是感性的，所以是正值。这时非故障相的电压随着X0/X1值的增大而上升。超高压系统采取中性点直接接地方式时， 由于考虑继电保护和系统稳定等方面的要求，一般要求X0 /X1 ≤3，其故障相电压升高不大于0.8倍线电压。