任务要求

在供配电系统的正常运行过程中，在没有保护的情况下会发生一些故障，其中最常见的、最危险的故障是各种形式的短路。通过任务的学习应能够对系统故障进行分析，并能排除故障。

任务分析

配电系统一旦出现问题，存在的隐患不容小觑。为了避免切断电源时连同系统断电，减少不必要的损失，在电力系统正常运行的同时，必须考虑及时排除故障。通过学习掌握系统故障的原因，才能安全快速地解决各种各样的供配电线路故障。

知识学习

电力行业在近几年中迅速发展，线路设备在运行的过程中要求更高，电力配电线路运行过程中出现的故障问题，将会影响整个电力系统的运行，所以工作人员需要提升电力系统运行质量，减少故障。

6.3.1 电力线路运行的常见故障

1.接地故障

线路中出现接地的情况有三种：工作接地、保护接地和故障接地。最为常见的是单相接地，工作接地主要是为了保证工作人员的安全，保护接地主要是为了保证电路设备运行的安全。如果线路中某一处绝缘点受到外力破坏，将会造成电压或电流过量，产生接地故障，破坏电力设备，同时影响人的生命安全。

2.短路故障

短路故障是电力系统在运行时比较常见的，引起短路的因素很多，如工作人员在施工过程中操作不当，没有按照施工标准完成操作，很容易使绝缘作用消失，电路在运行的过程中呈现裸露现象，将会使对接两个线路形成短路。

3.电路过载

同一个时间点如果线路中通过的电流量超过规定范围将会出现线路过载现象，所以在选择导线时需要注意选择适当的型号，防止负载超负荷运转，影响电路正常运行。

4.雷击故障

电力故障在雷雨天气中经常出现，伤害范围比较广，雷雨天气中更容易出现雷击现象，造成线路出现不稳定，严重情况将会影响生命安全，所以工作人员需要防雷击，保护线路，同时处理雷击出现的故障，减少影响范围。

综上所述，电力系统中配电线路的作用很重要，一旦出现故障，需要及时了解出现故障的原因，并且了解故障出现的位置，从而解决问题，并在短时间恢复正常供电，在此过程中保证工作人员的安全和电力系统的稳定运行，能够保证电力资源的稳定以及安全。

按照GB 50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中规定应采用电流保护，并装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。输电线路发生相间短路时，最主要的特征是电源至故障点之间的电流会增大，故障相母线上电压会降低，利用这一特征可构成输电线路相间短路的电流、电压保护。它们主要用于35 kV及以下的中性点非直接接地电流电网中单侧电源辐射形线路。对单侧电源辐射形线路上的电流、电压保护采用的测量方式是：以流过被保护线路靠电源一侧的电流来判断故障点的电流，以母线上的电压来反映发生故障后电压的降低。

线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。经常过负荷的电缆线路装设过负荷保护，动作于信号。

6.3.2 电流保护装置的接线方式和接线系数

电流保护装置的接线方式是指电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。常用的接线方式有三种：三相三继电器接线方式、两相两继电器接线方式、两相一继电器接线方式。

为了便于分析和保护的整定计算，特引入接线系数KW，表述继电器电流IKA与电流互感器二次侧电流2I的比值，即

式中，IKA为流入继电器的电流；I2为电流互感器二次侧电流。

1.三相三继电器接线方式

当供电系统发生三相短路、任意两相短路、中性点直接接地、系统中任一单相接地短路时，至少有一个继电器中流过电流互感器的二次电流。

图6-13　三相三继电器的完全星形接线

采用完全星形接线方式，流过继电器的电流就是互感器的二次电流，它是由3只电流继电器分别与3只电流互感器相连接，如图6-13所示。该接线方式不仅能反映各种类型的短路故障，而且灵敏度相同，所以其接线系数W 1K=，因此它的适用范围较广。但这种接线方式所用设备较多，主要用在中性点直接接地系统中作相间短路保护和单相接地短路保护。

2.两相两继电器接线方式

图6-14所示为两相两继电器的不完全星形接线方式，电流互感器统一装在A、C两相上。在发生三相短路和任意两相短路时，至少有一个继电器流过互感器的二次电流，且各种相间短路时，接线系数W 1K=。若未接电流互感器的一相出现单相接地短路故障时，继电器不会动作，所以此接线方式不能用来保护单相接地短路。由于此种接线所用设备少，因此广泛用于63 kV及以下的中性点不直接接地的系统中。

3.两相一继电器接线方式

图6-15所示为两相一继电器的接线方式。由于流入电流继电器的电流为两相互感器二次侧电流之差，即，所以也称两相电流差接线。

图6-14　两相两继电器的不完全星形接线方式

图6-15　两相一继电器式接线方式

该接线方式在正常工作时或发生三相短路时，由于三相电流对称，流入继电器的电流IKA为电流互感器二次电流的倍，所以其接线系数。当A、B两相或B、C两相短路时，由于B相无电流互感器，流入继电器的电流等于互感器的二次电流，其接线系数W 1K=。当A、C两相短路时，A相和C相电流大小相等、方向相反，流入继电器的电流为互感器二次电流的2倍，其接线系数W 2K=。当B相发生单相接地短路时，继电器中无电流，继电器不动作。

由以上分析可知，两相电流差接线能够反映各种相间短路故障，只是在不同相间短路时，灵敏度不同。由于它对于B相的单短路不能反映，因此只能用作相间保护。两相电流差接线灵敏度较低，一般用作电动机和不太重要的10 kV及以下线路的过电流保护。

6.3.3 过电流保护

输电线路或电气设备发生短路故障时，其重要的特征是电流突然增大和电压下降。过电流保护就是利用电流增大的特点构成的保护装置。这种过电流保护一般分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、无时限电流速断保护和有时限电流速断保护等。

1.带时限过电流保护

带时限的过电流保护按其动作时间特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。定时限就是指保护装置的动作时间是固定的，与短路电流的大小无关；反时限就是指保护装置的动作时间与反映到继电器中的短路电流的大小成反比关系，短路电流越大，动作时间越短，所以反时限特性也称为反比延时特性或反延时特性。

1）带时限过电流保护的接线和工作原理

（1）定时限过电流保护的接线和工作原理。

电网的过电流保护装置均设在每一段线路的供电端，其接线如图6-16所示。

图6-16　定时限过电流保护装置的接线

（a）原理图；（b）展开图

图6-16中，TA1、TA2为电流互感器；KA1、KA2为电磁式过电流继电器，作为过电流保护的启动元件；KT为时间继电器，作为过电流保护的时限元件；KS为信号继电器，作为过电流保护的信号元件；KM为中间继电器，作为保护的执行元件；YR为断路器的跳闸线圈；触点QF为断路器操作机构控制的辅助常开触点。保护采用两相两继电器接线方式。

正常情况下，线路中流过的工作电流小于继电器的动作电流，继电器不能动作。当线路保护范围内发生短路故障时，流过线路的电流增加，当电流达到电流继电器的整定值时，电流继电器动作，其常开触点闭合，使时间继电器KT线圈有电；经过一定延时，KT触点闭合，接通信号继电器KS线圈回路，KS触点闭合，接通灯光、声响信号回路；信号继电器本身也具有指示牌显示，指示该保护装置动作。在KT触点闭合接通信号继电器的同时，中间继电器KM线圈也同时有电，其触点闭合使断路器跳闸线圈YR有电，动作于断路器跳闸，切除故障线路。断路器跳闸后，QF随即打开，切断断路器跳闸线圈回路，以避免直接用KM触点断开跳闸线圈时，其触点被电弧烧坏。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位，完成保护装置的全部动作过程。

（2）反时限过电流保护的接线和工作原理。

反时限过电流保护的基本元件是GL系列感应式电流继电器。晶体管继电器也可组成反过流保护装置。这种保护的特点是在同一线路的不同地点，由于短路电流大小不同，因此保护具有不同的动作时限。短路点越靠近电源端，短路电流越大，动作时限越短。

图6-17所示为由GL系列感应式电流继电器构成的反时限过电流保护装置（不完全星形接线）接线图，图中KA1、KA2为GL系列感应式带有瞬时触电的反时限过电流继电器，继电器本身带有时限，并有动作及指示信号牌，所以回路不需要时间继电器和信号继电器。

图6-17　反时限过电流保护装置的接线图

（a）原理图；（b）展开图

当一次电路发生相间短路时，电流继电器KA1、KA2至少有一个动作，经过一定的延时后（延时时间与短路电流大小成反比关系）其常开触点闭合，紧接着其常闭触点断开，断路器跳闸线圈YR因“去分流”而通电，使断路器跳闸切除故障部分。在继电器去分流跳闸的同时，其信号牌自动掉下，指示保护装置已经动作。在故障切除后，继电器自动复位，信号牌则需要手动复位。

注意：GL系列感应式电流继电器的常开、常闭触点的动作先后顺序（常开触点先闭合，常闭触点后断开），与一般的继电器触点状态变化正好相反。这样不仅保证了继电器的可靠动作，而且还保证了在继电器触点转换过程中，电流互感器二次侧不会带负荷开路。

2.保护整定计算

过电流保护的整定通过动作电流整定、动作时限整定和保护灵敏系数校验三项内容来计算。

1）动作电流整定

动作电流整定必须满足下面两个条件：

（1）正常运行时，保护装置不动作。保护装置一次侧的动作电流Iop1应大于该线路最大负荷电流IL.max，即Iop1＞IL.max。

（2）保护装置一次侧的返回电流Ire1应大于线路最大负荷电流IL.max，即Ire1＞IL.max，以保证保护装置在外部故障切除后，能可靠地返回原始位置，以免在最大负荷通过时保护装置误动作。由于过电流保护Iop1＞Ire1，所以将Ire1＞IL.max作为动作电流整定依据，同时引入保护装置YR的可靠系数Kre1，线路的最大负荷电流应根据线路实际的过负荷情况，特别是尖峰电流（包括电动机的自启动电流）情况而定。

继电器动作电流的整定公式为

式中，Iop.KA为继电器的动作电流；Kre1为保护装置的可靠系数，对DL系列继电器取1.2，对GL系列继电器取1.3；KW为保护装置的接线系数，三相式、两相式接线取1，两相差式接线取；Kre为保护装置的返回系数，对DL系列继电器取0.85，对GL系列继电器取0.8；Ki为电流互感器变比；IL.max为线路的最大负荷电流，可取为线路计算电流Ic的1.5～3倍，即IL.max=（1.5 ～3）Ic。

如果用断路器手动操作机构的过电流脱扣器YR作过电流保护，则脱扣器动作电流按下式进行整定，即

式中，Kre1为保护装置YR的可靠系数，取2～2.5。

由式（6-5）求得继电器动作电流计算值，确定其动作电流整定值。保护装置一次侧的动作电流为

2）动作时限的整定

（1）定时限过电流动作时限的整定。

定时限过电流保护装置的时限整定应遵守时限的“阶梯原则”。为了使保护装置以可能的最小时限切除故障线路，位于电网末端的过电流保护不设延时元件，其动作时间等于电流继电器和中间继电器本身固有的动作时间之和，为0.07～0.09 s。

为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置的线路首端即k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间t1应比后一级保护的动作时间t2要大一个时间差Δt，即

靠近电源侧的各级保护装置的动作时间取决于时限级差Δt的大小，Δt越小，各级保护装置的动作时限越小。但Δt不可过小，否则不能保证选择性。在确定Δt时，应考虑断路器的动作时间，前一级保护装置工作时限可能发生提前动作的负误差，后一级保护装置可能发生滞后动作的正误差，为了保证前后级保护装置的动作选择性，还应该考虑加上一个保险时间，tΔ为0.5～0.7 s。

对于定时限过电流保护，可取Δt=0.5 s；对于反时限过电流保护，可取Δt=0.7 s。

（2）反时限过电流动作时限的整定。

为了保证动作的选择性，反时限过电流保护也应满足时限的“阶梯原则”。但由于感应电流继电器的动作时限与短路电流的大小有关，继电器的时限调节机构是按10倍动作电流来标度的，而实际通过继电器的电流一般不会正好就是动作电流的10倍，所以必须根据继电器的动作特性曲线来确定。

图6-18（a）中已知线路WL2保护继电器KA2的特性曲线如图6-18（b）所示。保护继电器KA2的动作电流为，线路WL1保护继电器KA1的动作电流为，整定线路WL1保护的动作时限。线路中的KA2的10倍动作电流时间已整定为t2，现在要求整定前一级保护装置KA1的10倍动作电流时间t1，整定计算步骤如下：

① 计算线路WL2首端K点三相短路时保护继电器KA2中的动作电流倍数n2， 即

式中，为K点三相短路时流经保护继电器KA2的电流，且，其中和为保护继电器KA2的接线系数和电流互感器的变比。

图6-18　反时限过电流动作时限的整定

（a）短路点距离与动作时限的关系；（b）继电器动作特性曲线

② 确定KA2的实际动作时限。图6-18（b）中，由n2从KA2的动作特性曲线找到该曲线上的b点，该点所对应的动作时限。

③ 计算KA1的实际动作时限，即。

④ 计算K点三相短路时保护继电器KA1的实际动作电流倍数n1，即

式中，IK.KA1为K 点三相短路时流经保护继电器KA1的电流，且，其中和 Ki.KA1分别为保护继电器KA1的接线系数和电流互感器的变比。

⑤ 图6-18（b）中的a点所在曲线即KA1的动作特性曲线，并确定10倍动作电流倍数下的动作时限。

由此可见，K点是线路WL2的首端和线路WL1的末端，也是上下级保护的时限配合点，若在该点的时限配合满足要求，在其他各点短路时都能保证动作的选择性。

3）灵敏系数校验

过电流保护的灵敏度是用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流进行校验。

式中，KS为过电流保护的灵敏系数。按规定，灵敏系数在主保护中KS≥1.5；当过电流保护作后备保护时，KS≥1.2。

若过电流保护的灵敏系数达不到要求，可采用带低电压闭锁的过电流保护，此时电流继电器动作电流按线路的计算电流整定，以提高保护的灵敏度。

定时限过电流保护的整定值按大于本级线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本级线路，而且保护下级线路，可以起后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加，否则，就有可能出现越级跳闸、非选择性动作现象的发生。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时限太长。定时限过电流保护动作准确，容易整定，而且不论短路电流大小，动作时限是固定的，不会因短路电流小而动作时间长。但是继电器较多，接线比较复杂，需直流操作电源。反时限过电流保护的整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。

由上述可知，反时限过电流保护装置具有继电器数目少、接线简单以及可直接采用交流操作电源等优点，所以在6～10 kV供配电系统中得到了广泛的使用。

例1 如图6-19所示，某厂10 kV供电线路，保护装置接线方式为两相式接线。已知WL2的最大负荷电流为60 A，TA1的变比为150/5，TA2的变比为100/5，继电器均为DL型电流继电器。已知TA1已整定，其动作电流为10 A，动作时间为1 s。试求整定保护装置TA2的动作电流、一次侧动作电流和动作时间。

图6-19　某厂10 kV供电线路

解：① 整定KA2的动作电流。

根据题意，取已知，则

根据DL系列电磁式电流继电器的技术数据，KA2选择DL-11/10型电流继电器，线圈串联，动作电流整定为4 A。KA2的一次侧动作电流为

② 整定KA2的动作时限。

保护装置KA1的动作时限应比保护装置KA2的动作时限大一个时间阶段Δt，取Δt=0.5 s，因为KA1的动作时间是t1=1s，所以KA2的动作时间为

3.电流速断保护

从带时限的过流保护可见，线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路危害也越大。根据电网对继电保护装置速动性的要求，在保证选择性及简单、可靠的前提下，在各种电气元件上，应装设快速动作的继电保护装置。因此，GB 50062—2008规定：当过电流保护动作时限超过0.5～0.7 s时，应装设瞬时电流速断保护。

1）电流速断保护的接线和工作原理

电流速断保护有瞬时电流速断保护和时限电流速断保护两种。反应电流增大且瞬时动作的保护称为瞬时电流速断保护，是一种不带时限的电流速断保护。时限电流速断保护是一种带时限的电流速断保护，实际中电流速断保护常与过电流保护配合使用。(www.daowen.com)

电流速断保护原理如图6-20所示，图中TA1、TA2为电流互感器，KA1、KA2为电磁式过电流继电器，作为过电流保护的启动元件；KS为信号继电器，KM为中间继电器，作为保护的执行元件；YR为断路器的跳闸线圈，作为执行元件；QF为断路器操作机构控制的辅助常开触点。保护采用两相两继电器接线方式。

图6-20　电流速断保护原理

当线路发生短路，流经继电器的电流大于电流速断的动作电流时，电流继电器动作，其常开触点闭合，接通信号继电器KS和中间继电器KM回路，KM动作，其常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈YR回路，断路器QF跳闸，将故障部分切除；同时，KS常开触点闭合，接通信号回路发出灯光和音响信号。

2）瞬时电流速断保护的整定

（1）动作电流的整定。

由于电流速断保护不带时限，为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时，电流速断保护不应动作，所以，电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。如图6-21所示，WL1末端K-1点的三相短路电流，实际上与其后一段WL2首端K-2点的三相短路电流几乎是相等的。因此，瞬时电流速断保护动作电流的整定计算公式为

式中，Iop.KA为瞬时电流速断保护继电器的动作电流；Kre1为保护装置的可靠系数，对DL系列继电器取1.2～1.3，对GL 系列继电器取1.4～1.5；KW为保护装置的接线系数；Ki为电流互感器变比；为被保护线路末端短路时的最大短路电流。对GL系列继电器，还需要整定瞬时速断的动作电流倍数，即

式中，为瞬时电流速断保护继电器的动作电流整定值；为过电流保护继电器的动作电流整定值。

图6-21　电流速断保护原理图

由于瞬时电流速断保护的动作电流是按躲过线路末端的最大短路电流来整定的，因此，在靠近线路末端的一段线路上发生的不一定是最大短路电流时，速断保护就不会动作。也就是说，瞬时电流速断保护实际不能保护线路的全长，这种保护装置不能保护的区域称为“死区”。

为了弥补“死区”得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，时限不超过0.1 s，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的“死区”内，过电流保护为基本保护。

（2）灵敏系数的校验。

电流速断保护的灵敏度必须满足的条件是

式中，为线路首端在系统最小运行方式下的两相短路电流。

例 2 图6-22所示的10 kV线路中，WL1和WL2都采用GL-15/10型电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护和速断保护。已知TA1的变比为100/5，TA2的变比为75/5，WL1的过电流保护动作电流整定为9 A，10倍动作电流倍数为1 s，WL2的计算电流为36 A，WL2首端三相短路电流为900 A，末端三相短路电流为320 A，试整定线路WL2的保护。

图6-22　电流速断保护原理图

解：线路WL2由GL-15/10型感应式电流继电器构成两相式的过电流保护和瞬时电流速断保护。

1.过电流保护

（1）动作电流整定。

根据整定继电器的动作电流为8 A，过电流保护一次侧动作电流为

（2）动作时限整定。

由线路WL1和WL2保护短路点K1，整定WL2的电流继电器的动作时限。

① 计算K1短路点线路WL1保护的动作电流倍数n1和确定动作时限t1。

由查GL-15型电流继电器的特性曲线，得。

② 计算K1短路点线路WL2保护的动作电流倍数n2和确定动作时限t2。

由，查GL-15型电流继电器特性曲线，得10倍动作电流时限为0.6。

（3）灵敏系数校验。

WL2过电流保护整定满足要求。

2.瞬时电流速断保护的整定

（1）动作电流整定。

当整定瞬时速断的动作电流倍数为4时，4 120 480 A=×=（）。

（2）灵敏系数校验。

WL2瞬时速断电流保护整定满足要求。

3.带时限电流速断保护的整定

（1）动作电流整定。

由于瞬时电流速断保护不能保护线路的全长，其保护范围以外的故障必须由其他的保护装置来切除。为了较快地切除余下部分线路的故障，可增设时限电流速断保护。时限电流速断保护的范围必然要延伸到下级线路的一部分，这种带有小时限的时限电流速断保护称为带时限电流速断保护。

因此带时限电流速断保护的动作电流必须满足两个条件：

① 应躲过下级线路末端的最大短路电流；

② 应与下级线路瞬时电流速断保护的动作电流相配合。

对于下级线路瞬时电流速断保护的动作电流是按该线路末端的最大短路电流进行整定，因此带时限电流速断保护的动作电流应大于下级线路瞬时电流速断保护的动作电流op1（ioc）

I，所以带时限电流速断保护继电器的动作电流整定值为

式中，Kre1为保护装置的可靠系数，取1.2～1.3；KW为保护装置的接线系数；Ki为电流互感器变比。

（2）动作时限整定。

为了获得保护的选择性，以便和相邻线路保护相配合，时限电流速断保护就必须带有一定的动作时限，时限的大小与保护范围延伸的程度有关。为了尽量缩短保护的动作时限，通常时限电流速断保护范围不超出下级线路瞬时电流速断保护范围，这样，它的动作时限只需比下级线路瞬时电流速断保护的动作时限大一个时限级差Δt。对于不同形式的断路器及继电器，Δt为0.35～0.6 s，通常取Δt=0.5 s。

（3）灵敏系数的校验。

带时限速断保护的灵敏系数的校验点应选在系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流值，其灵敏系数计算公式为

综上所述，带时限电流速断保护的选择性是部分依靠动作电流的整定，部分依靠动作时限的配合获得的。瞬时电流速断保护和带时限电流速断保护的配合工作，可使全线路范围内的短路故障都能以0.5 s的时限切除，故这两种保护可配合构成输电线路的主保护。

6.3.4 单相接地保护

工厂企业3～63 kV供电系统，电源中性点的运行方式采用小接地电流系统。当这种电网发生单相接地故障时，故障电流往往比负荷电流要小得多，并且系统的相间电压仍保持对称，所以不影响电网的继续运行。但是单相接地后，非故障相对地电压升高，长期运行将危害系统绝缘，甚至击穿对地绝缘，引发两相接地短路，造成停电事故。因此，线路必须装设有选择性的单相接地保护装置或无选择性的绝缘监视装置，动作于信号或跳闸。

1.多线路系统单相接地分析

供电系统中有若干条线路，图6-23所示为三回路系统单相接地时的电容电流分布图。全系统C相对地电压为零，所有流经C相的对地电容电流也为零。各线路上的A相和B相有对地电容电流分别是ICO1、ICO2、ICO3，都通过故障线路流过接地点构成回路。

当系统C相接地，线路WL1、WL2、WL3的C相对地电容电流均为零，仅A相和B相有对地电容电流且较正常运行时增大倍。由于三相对地电容电流不对称，线路WL1、WL2、WL3的接地电流分别为

所有线路的接地电容电流均流向接地点，因此，流过接地点的电流为

流经故障线路WL3的电流互感器TA3的是接地故障电流，即

图6-23　三回路系统单相接地时的电容电流分布图

综上所述，多回路供配电系统接地电容电流分布的特点为：

（1）流过接地线路的总接地电流IE等于所有在电气上有直接联系的线路的接地电容电流之和ICΣ减去接地线路的接地电容电流IC。IE的方向从线路流向母线。

（2）流过非接地线路的接地电容电流就是该非接地故障线路的接地电容电流，它的方向从母线流向线路。

若在线路首端安装零序电流互感器，检测发生单相接地时流过线路的接地电容电流即零序电流，可实现有选择性的单相接地保护。

2.单相接地保护

1）单相接地保护的接线与工作原理

单相接地保护利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点，实现有选择性保护。如图6-24所示，在系统正常运行或发生三相对称短路时，由三相电流产生的三相磁通向量之和在零序电流互感器二次侧为零，所以在电流互感器中不会感应产生零序电流，继电器不动作。当发生单相接地故障时，就有接地电容电流通过，此电流在零序互感器二次侧感应出零序电流，使继电器动作并发出信号。

这种单相接地保护装置能较灵敏地监察小接地电流系统对地绝缘，而且从各条线路的接地保护信号中可以准确判断出发生单相接地故障的线路，适用于高压出线较多的供电系统。

对于架空线路，保护装置可接在一个电流互感器构成的零序电流过滤回路中，如图6-24（a）所示。对于电缆线路，在安装单相接地保护时，必须使电缆头与支架绝缘，并将电缆头的接地线穿过零序互感器后再接地，以保证接地保护可靠地动作。零序电流通过零序电流互感器取得，如图6-24（b）所示。零序电流互感器有一个环状铁芯，套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁芯上与电流继电器连接。

图6-24　三回路系统单相接地时的电容电流分布图

（a）架空线路；（b）电缆线路

2）动作电流整定

单相接地保护动作电流的整定、保护装置的动作电流整定必须保证选择性。当电网某线路发生单相接地故障时，因为非故障线路流过的零序电流是其本身的电容电流，在此电流作用下，零序电流保护不应动作。因此，其动作电流应为

式中，Kre1为保护装置的可靠系数，若保护为瞬时动作时取4～5，若保护为带时限动作时取1.5～2；Ki为零序电流互感器的变比。

保护装置一次侧动作电流为

3）灵敏系数校验

保护装置的灵敏度按被保护线路上发生单相接地故障时，流过接地线路的总接地电流IE进行校验，即

若在架空线路中，KS≥1.5；若在电缆线路中，KS≥1.25。

3.绝缘监视装置

在变电所中，一般均装设绝缘监视装置来监视电网对地的绝缘状况。当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时，可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。图6-25所示为绝缘监视装置的原理接线图。在变电所每段母线上装一只三相五柱电压互感器或三只单相三绕组电压互感器，在接成Y的二次绕组上接三只相电压表，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。

图6-25　绝缘监视装置的原理接线图

三相五柱式电压互感器有五个铁芯柱，三相绕组绕在其中的三个铁芯柱上。原绕组接成星形，副绕组有两组，其中一个副绕组接成星形，三个电压表接在相电压上。另一个副绕组接成开口三角形，开口处接入一个电压继电器，用来反映线路单相接地时出现的零序电压。为了使电压互感器反映出电网单相接时的零序电压，电压互感器的中性点必须直接接地。

当系统正常运行时，电网三相电压对称，此时无零序电压产生，三只电压表读数近似相等，而开口三角形绕组两端电压近似为零，电压继电器不动作。若系统发生单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，该相电压表读数近似为零，非故障相对地电压升高倍，非故障相的两只电压表读数升高，近似为线电压。同时，开口三角形绕组两端电压也升高，近似为100 V，电压继电器动作，发出单相接地信号，以便运行人员及时处理。因此，绝缘监视装置又称为零序电压保护。

运行人员可根据接地信号和电压表读数，判断哪一段母线、哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相接地，因此绝缘监视装置是无选择性的，只能采用依次先断再合上各条线路判断接地故障线路。若断开某线路时，三只相电压表读数恢复近似相等，该线路便是接地故障线路，消除接地故障，恢复线路正常运行。

电压继电器的动作电压整定应躲过系统正常运行时，开口三角形绕组两端出现的最大不平衡电压。

6.3.5 过负荷保护

线路一般不装设过负荷保护。只有经常可能发生过负荷的电缆线路才装设过负荷保护，延时动作于信号，其原理接线图如图6-26所示。由于过负荷电流对称，过负荷保护采用单相式接线，并和相间保护共用电流互感器。

过负荷保护的动作电流按线路的计算电流cI整定，即

式中，Kre1为保护装置的可靠系数，取1.2～1.3；Ki为零序电流互感器的变比。

图6-26　线路过负荷保护原理接线图

动作时间一般整定为10～15 s。

任务检查

按表6-3对任务完成情况进行检查记录。

表6-3　任务完成情况检查记录表