电力系统继电保护 教学课件 ppt 作者 刘学军2.3电网接地保护 2.3电网接地保护

1、机械工业出版社,教材配套电子教案,电力系统继电保护,刘学军 编制,2.3 电网的接地保护,2.3 电网的接地保护,2.3.1中性点直接接地电网的零序电流保护和零序方向电流保护 1、中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率 2、中性点直接接地电网的零序电流保护 3、中性点直接接地电网的零序方向电流保 护 2.3.2中性点非直接接地电网的接地保护 1、中性点不接地电网单相接地故障的特点 2、中性点不接地电网的接地保护,2.3.1 中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率,中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性点直接接地，在故障相中流过很大的短路电流，这种电网称为大接地电流电网。在中性点直接接地电网发生单相接地故障时，要求继电保护装置切除故障。采用前面电流保护虽然也能反应中性点直接接地电网的单相短路，但因为这种保护灵敏性低和动作时间长，所以，必须装设专用的接地保护装置。如图2-63a接地短路的零序等值网络。,图2-63 接地短路时的零序等值网络 (a)电网接线；（b）零序网络；（c）零序电压分布,保护安装处A和B及故障点处零序电压、电流的分布,保护

2、按装处A和及故障点处的零序电压 分别为： 故障点的零序电流为,根据对称分量法 求解可得在故障点处，各序电压和电流、功率有下列关系：,1、单相接地零序分量特点,（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。 （2）零序电流超前零序电压90 （3）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置。 （4）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。短路点零序功率最大。 （5）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。,变压器中性点的选择,不使系统出现危险的过电压； 不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。,2 、中性点直接接地电网的零序电流保护,1）零序电流滤过器的不平衡的电流 零序电流滤过器由三个TA构成，由于短路电流中含有很大的非周期分量，造成TA的铁芯严重饱和，由于三个TA饱和程度不同，造成励磁电流有很大差别，因而产生很大不平衡电流。零序电流滤过器的最大不平衡电流为：,（1）零序保护的构成 零序电流保护通过零序电流滤过器获得零序电流。,零序电流滤过器,图2-64零

3、序电流滤过器的接线 a)由三个TA接成零序电流滤过器；b)由零序电流互感器构成的零序电流保护,（2）零序电流保护接线,图2-65 三段式零序电流保护的接线,（3）三段式零序电流保护的 整定计算,图2-66无时限零序电流速断保护原理说明图,1）零序保护第1段,（3）零序电流保护II段保护整定计算,图2-67带时限零序电流速断保护原理说明图,零序电流保护的时限特性,零序电流保护时限比相间短路过流保护动作时限缩短了。因为变压器Yd接线，所以高压侧无零序电流，所以零序保护4可以瞬时动作，不必和保护3配合。所以零序保护动作时限从保护4开始逐级加大一个时限级差。从图2-68中可以看出接地保护时限比相间短路保护时限缩短了。,图2-68零序电流保护的时限特性,三段式零序电流保护整定计算,（1）零序保护第I段,（2）零序保护第II段,（3）零序保护第III段,近后备保护：,远后备保护：,零序电流保护II段保护整定计算,当灵敏性不满足要求时，采用括号内值，此时，可增加一个零序II段，保护有两个零序II段。一个定值大，能在正常运行或最大运行方式下以较短延时切除本线路接地短路，另一个定值较小，有较长时限，保证

4、在系统最小运行方式下线路末端接地时有足够的灵敏性。,3、中性点直接接地电网的零序方向电流保护,（1）零序方向电流保护的工作原理。 在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序功率的方向总是由故障点指向各个中性点的，即零序电流方向是由故障点流向各个中性点的变压器。因此，在变压器接地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向性。,（1）零序方向电流保护的工作原理,当K1接地短路时，按选择性的要求，保护1、2动作切除故障，加装零序功率方向元件，将保护3闭锁。K2点接地故障时，保护3、4动作，保护2应装设零序功率方向元件将保护2闭锁，保证了动作的选择性。,图2-69零序电流方向保护工作原理 a)网络接线；b)K1点短路零序网络；c)K2点短零序网络,（2）零序电压滤过器,零序功率方向继电器需要输入保护处的零序电流和零序电压，零序电流可通过零序电流滤过器提供，零序电压则由零序电压滤过器提供。 零序电压滤过器由三个单相电压互感器构成或由三相五柱式电压互感器构成，电压互感器一次侧的三相绕组接成星形接线并将中性点接地，接于被保护线路母线上，二次侧三相绕组接成开口三角形，其端子m、n上的电压与一次系

5、统的三倍零序电压成正比，即Umn=Ua+Ub+Uc=（UA+UB+UC）/KTV=3U0/KTV。,二、零序电流滤过器接线和零序电流互感器接线,b零序电流互感器接线,a零序电流滤过器接线;,图2-64零序电流滤过器的接线,零序电压滤过器 接线,(3)接地短路保护安装处零序电压与零序电流的相位关系,当保护1正向K1点发生接地故障时，取保护安装点零序电流参考方向为由母线指向线路，零序电压参考方向由母线指向地。,(2-106),正反向故障时，保护按装处零序电压、电流的相位关系,正向故障时零序网络及相量图,-U01,I01,-I01,U01,正反向故障时，保护按装处零序电压、电流的相位关系,(3)接地短路保护安装处零序电压与零序电流的相位关系,Z0T 1变压器T1的零序阻抗； Z/0L接地短路点至保护安装处的线路之间的零序阻抗。零序功率方向继电器输入电压U01和零序电流I01之间相角决定于保护安装处背后变压器的零序阻抗。I01超前U01相角 ，通常约为7085，故零序电流超前零序电压的相位角一般为95110。 当保护1背后K2点发生接地故障时，保护安装处的零序电压和零序电流之间关系为 ：,(3

6、)接地短路保护安装处零序电压与零序电流的相位关系,Z0保护正向系统零序总阻抗。 为Z0的阻抗角，背后故障时U01超 前I01角度为 。,（4）零序功率方向继电器 接线,图2-72零序功率方向继电器接线及相量图,a继电器接线；b零序电流3I0和零序电压3U0相量图,（4）零序功率方向继电器接线,KW接线如图2-72（a）所示，其电流绕组接于零序电流滤过器，输入电流为3I0。电压绕组接于电压互感器开口三角形绕组的输出端，输入电压为-3U0。零序功率方向继电器只反应正向故障，3I0超前3U0约95110。此时，继电器应正确动作，并应在最大灵敏角条件下。 2）电力系统中实际使用的零序功率方向继电器最大灵敏角 ，即当从其正极性输入端的3I0电流滞后于按正极性输入的电压3U0的相角7085，这时，继电器最灵敏。,（4）零序功率方向继电器接线,把3I0和3U0不加改变均从正极性端子输入继电器，则继电器将不工作在最灵敏状态下，如果把以反极性加到继电器正极性端子上，这时接入的电压为-3U0，加入电流为3I0，Ir滞后Ur70，即 ，亦即，这样才能使继电器工作在最灵敏的条件下。 在实际工作中，把继电器电流

7、绕组中标有“ ”号的端子与零序电流滤过器标有“ ”号的同极性端子相连接，把继电器电压绕组中不带“ ”号的端子与电压滤过器中带有“ ”号的异性端子相连接. 当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向继电器没有死区。,（5）三段式零序方向电流保护,在同一方向上零序方向电流保护动作电流和动作时限的整定同前面介绍的三段式零序电流保护相同。零序电流元件的灵敏度校验也与前面相同。三段式零序方向电流保护接线如图2-73所示 由于零序电压分布的特点可知，在靠近保护安装处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地点发生接地短路时，流过保护的零序电流很小，零序电压也很低，方向元件有可能不动作，为此应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数。,（5）三段式零序方向电流保护,图2-73三段式零序方向电流保护原理接线,（5）三段式零序方向电流保护,1)式中 3U0min、3I0min分别为相邻线路末端接地短路时，加在方向元件上的3倍零序电压和电流； U0.opmin、I0.opmin分别为零序方向元件的最

8、小动作电压和电流，也可用下式校验方向元件的灵敏系数。 2) Ksmin=（3U.0min3I.0min）/S0.OP1.52 S0.op零序功率方向元件的动作功率； 3U.0min3I.0min保护区末端短路时，保护安装处的最小零序功率。,图5-11三段式零序方向电流保护单相原理接线图,图5-11，零序电流滤过器接功率方向继电器电流绕组，零序电压滤过器接功率方向继电器的电压绕组，与电流继电器KA1、KS1、KCO、YT构成零序电流保护I段,KA2、KT1、KS2、YT构成零序电流保护II段,KA3、KT2、KS3、YT构成零序电流的第III段保护。,2.3.2 中性点非直接接地电网的接地保护,在中性点非直接接地电网中，发生单相接地时，一般只要求继电保护装置能无选择性地发出预告信号，不必跳闸。但对人身和设备的安全造成危险时，应有选择性地动作于断路器跳闸。 1、中性点不接地电网单相接地故障的特点 假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。在正常运行时，三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即UN=0。忽略电源和线路压降，各相对地电压为各相电势。在三相对称

9、电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压90。,1、中性点不接地电网单相接地故障的特点,设在A相线路上发生金属性单相接地，则接地相对地电容C0被短路，中性点对地电位升至UN=-EA，线路各相对地电压、母线上零序电压分别为:,中性点不接地系统单相接地短路电压、电流的相量图,图2-74中性点不接地电网发生单相接地短路,中性点不接地系统单相接地短路电压、电流的相量图,图2-74中性点不接地电网发生单相接地短路,1、中性点不接地电网单相接地故障的特点,两非故障相在电压和作用下，出现超前相电压90的电容电流和，非故障相电流为IB 、IC。 接地点流回的接地电流：,故障线路始端的零序电流为零，即,对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路的零序电流为零，所以零序电流保护不能反应。,用EPh表示相电势的有效值，则IB、IC、IK的有效值为。,单侧电源多条线路电网的单相接地零序电流分布,图2-75（a）单侧电源多线路电网的单相接地网络电流分布,图2-75单侧电源多条线路电网的单相接地零序电流分布，零序电流和电压相量图,1）非故障线路保护安装处的各相电流及三倍零序电流,设线路WL3的A相接地短路，忽略负荷电流及电容电流在线路阻抗上的电压降，则电网A相对地电压均为零，各元件A相对地电容电流为零，B相、C相对地电压和电容电流升高 倍。各元件B相和C相对地电容电流通过大地、故障点、电源和本元件构成回路。 WL1上A相电流为零，B相和C相电流为本身的电容电流IB1和IC1，非故障线路始端反应的零序电流从母线指向线路，可表示为： 3IO1=IB1+IC1=-3CO1EA 则非故障线路WL1上有效值为：3IO1= 3CO1Eph 则非故障线路WL2上有效值为：3IO2= 3CO2Eph,3、故障线路保护处各相电流和三倍零序电流 故障线路WL3上，流有它本身的电容电流 和 经故障点要流回全电网B相和C相对地电容电流的总和 即： 其方向由线路指向母线，即故障线路始端A相电流IA3=-IK，IK的有效值为：IK=3C0EPh

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