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中性点未直接接地的三相短路故障

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：我国63kV及以下的电力系统包括部分110kV电力系统都采用中性点不直接接地方式。这种系统可能出现三相不接地短路和三相接地短路两种情况。三相短路电流、、分别落后于相电压、、90°。由此可见，开断三相短路故障的困难和关键在于首开相。三相短路故障开断时的工频恢复电压、短路电流的变化情况如图3-4所示。

我国63kV及以下的电力系统包括部分110kV电力系统都采用中性点不直接接地方式。这种系统可能出现三相不接地短路和三相接地短路两种情况。由于三相不接地短路和三相接地短路故障对于中性点不接地系统来说，其短路电流与恢复电压的情况是相同的，这里就只分析三相不接地短路故障一种情况。其等值电路及相量图如图3-2所示。图中只考虑感抗X_L，而忽略电阻。

图3-2 三相不接地短路故障的等值电路与相量图

a）等值电路 b）电压、电流相量图

在研究三相短路开断时，应当注意，由于三相中各相电流不同时过零，各相断路器中的电弧也不会同时熄灭，因而断路器是以一定的顺序开断故障。用对称分量法可以使这一问题的分析简化。

图3-2中A相的短路电流为

式中 U_A——电源A相电压。

三相短路电流、、分别落后于相电压、、90°。

假定断路器QF开断后，A相短路电流先过零，A相电弧先熄灭，此时，B、C两相形成两相短路，如图3-3所示，流经B、C两相的短路电流为

短路电流仍比线电压落后90°。

图3-3 A相电弧熄灭后的等值电路与矢量图

a）等值电路图 b）相量图

由图3-3可知，A相断路器触头两端的工频恢复电压为

而

所以有

即

由上述分析可见，第一相A开断时，工频恢复电压为相电压U_p的1.5倍。

A相电流过零电弧熄灭后，B、C两相的短路电流I_BC经过5ms（90°后）也过零。电源电压U_BC将加在B、C两相的触头上。如果电压均匀分配，B、C两相触头上的工频恢复电压U_prB、U_prC为

可见，B、C两相开断时，工频恢复电压只有U_p的0.866倍，比A相的工频恢复电压低很多。

通过上述分析可知，断路器分断三相短路故障时，电流首先过零的一相为首先开断相，也称首开相（见图3-3中的A相），首开相的工频恢复电压最高，为相电压的1.5倍。首相电弧熄灭后，另外两相（B、C两相）的恢复电压只有相电压的0.866倍；首开相的短路电流也最大，另外两相的短路电流也只有首开相短路电流的0.866倍，所以后开断的两相，电弧容易熄灭。由此可见，开断三相短路故障的困难和关键在于首开相。首开相如能灭弧，后两相一般均能顺利灭弧，但燃弧时间比首开相延长5ms，电弧能量较大，因此触头、喷口等烧损的情况比首开相要严重些。

三相短路故障开断时的工频恢复电压、短路电流的变化情况如图3-4所示。