制約付き接地故障保護

接地故障：原因、影响及保护措施

接地故障是指带电导体与地之间发生意外的电气连接。这通常是由于绝缘层损坏引起的，而绝缘层损坏可能是由电气部件老化、机械损伤或暴露于恶劣环境条件等因素造成的。当发生接地故障时，短路电流会通过电气系统激增。这些故障电流通过地本身或通过连接的电气设备返回电源。

接地故障电流的存在可能造成严重的后果。它们可以通过过热组件、熔化绝缘材料甚至导致物理破坏来严重损坏电力系统中的设备，包括变压器、电动机和开关设备。此外，接地故障会中断电力供应的连续性，导致停电，影响住宅、商业和工业用户。

为了减轻与接地故障相关的风险，采用了限制性接地故障保护方案。该保护方案的核心是接地故障继电器，这是一个在保护电力系统中起关键作用的重要组件。当检测到接地故障时，接地故障继电器向断路器发出跳闸指令。这一动作迅速隔离了电路的故障部分，从而限制了故障电流的流动并最小化了潜在损害。

接地故障继电器被战略性地放置在电流互感器的剩余部分，如下图所示。这种布置使继电器能够有效地监测和检测表明接地故障的异常电流流动。具体来说，它为电力变压器的三角形或未接地星形绕组提供了必要的保护，防止这些关键组件受到故障电流的破坏性影响。下图还展示了接地故障继电器与变压器星形或三角形绕组的详细连接，突出了确保可靠故障检测和保护的精确配置。

接地故障保护系统的配置和操作

电流互感器（CT）在接地故障保护系统中起着至关重要的作用，被战略性地定位在指定保护区域的两侧。这些CT的二次端子与保护继电器并联连接，形成了故障检测的关键电气路径。CT的输出专门设计为表示流经电气线路的零序电流。值得注意的是，在外部故障期间，零序电流不存在，而在内部故障的情况下，其值会增加到实际故障电流的两倍。

接地故障保护系统的操作

电气系统的星形连接侧由限制性接地故障保护机制保护，如下图所示。该保护方案设计用于精确检测和响应保护区内发生的接地故障，利用零序电流的独特特性确保快速可靠的故障隔离。

接地故障保护系统：操作机制和设计特点

假设在电气网络中发生了外部故障F1。此故障事件会在电流互感器（CT）的次级中诱导出I1和I2电流。由于电气配置和外部故障的性质，I1和I2的总和为零。相比之下，当保护区内发生故障（如F2）时，只有I2存在；I1实际上被抵消或可忽略不计。这个I2随后通过接地故障继电器，触发其操作。重要的是，接地故障继电器设计为仅对保护区内的内部故障作出反应，确保选择性地隔离电气系统的故障部分。

接地故障继电器必须具有高度的灵敏度，以准确检测故障。它被设计成能够感应超过额定绕组电流至少15%的故障电流。这种特定设置允许继电器保护定义的、受限制的电气绕组部分，这就是为什么这种保护方案被称为限制性接地故障保护。

为了进一步提高保护系统的可靠性，稳定电流串联连接到继电器上。这一添加具有重要作用：它有效缓解了磁化涌流的影响。磁化涌流可能在系统通电或其他瞬态事件期间发生，并可能导致继电器误跳闸。通过抵消这些不必要的电流，稳定电流确保接地故障继电器仅对真正的故障条件作出反应，从而提高整个电气保护系统的完整性和可靠性。