继电保护讲义：第4章电网的接地保护.doc

第四章 电网的接地保护电力系统中性点的工作方式主要决定于系统的绝缘水平、供电的可靠性以及继电保护的要求等通常110KV及以上电压等级电网采用中性点直接接地方式；35KV及以下电压等级电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式低压系统发生接地的几率达到70％～80%，高压或超高压系统发生接地故障的几率高达90％以上电力系统正常运行或发生相间故障时，系统的零序分量为零，而发生接地故障时存在一个特殊分量—零序分量，而反应零序分量构成的接地保护具有接线简单、动作迅速、灵敏度高，不受系统振荡和过负荷的影响等特点因此，反应零序分量构成的接地保护得到广泛应用第一节 大接地电流系统的零序保护中性点直接接地系统中，发生一点接地时，接地点与故障线路和中性接地点直接构成短路电流通路，短路电流很大，因此，称为大接地电流系统根据大接地电流系统发生接地故障时零序分量的特点即可构成零序保护一． 单相接地时零序分量特点及变压器中性点接地的考虑（一） 单相接地时零序分量特点中性点直接接地系统如图4-1（a）所示，假定零序电流的正方向为母线指向线路，零序电压的正方向为线路高于大地当线路MN上发生单相接地短路时，在故障点零序电压的作用下，产生零序电流，其分布如图4-1（b）零序网络所示；根据零序网络写出故障点K处、M母线和N母线处的电压为线路沿线各点零序电压分布如图4-1（c）所示；根据对称分量法，故障点K的边界条件为由于共轭复数相等，所以各序复数功率的关系为因此，A相单相接地时，系统零序电流、电压相量如图4-1（d）所示。

可知，中性点直接接地系统发生接地故障时零序分量的特点为：a) 故障点零序电压最高，变压器中性接地点最低；b) 零序电流由故障点零序电压产生，其大小和分布决定于中性点接地变压器的数目和位置，受系统运行方式变化的影响较小c) 零序或负序功率方向与正序功率发现相反，正方向由线路指向母线二） 变压器中性点接地的故虑基本原则：①保证变压器在系统在单相接地时不产生危险过电压；②零序电流的分布不变或变化最小，以保证零序保护动作范围的稳定1） 每个发电厂或低压侧有电源的变电所至少一台变压器中性点接地；（2） 每个电源处多台变压器，选择变压器中性点部分接地；（3） 变压器低压侧无电源，又不装设单相重合闸时，变压器中性点一般不接地；（4） 220KV及以上电力变压器，中性点绝缘水平较低的，中性点必须接地；（5） 自耦变压器由于结构的要求，中性点必须接地二． 零序电流保护零序电流保护类似相间故障的电流保护，只反应被保护线路靠近电源一侧的电气量，由于误差的原因，不能准确区分本线路末端和下一线路出口的故障，因此，同样应构成阶段式保护零序电流保护有四段式，根据具体线路决定保护采用的段数，通常采用三段式，其保护范围与同段相间故障的电流保护的保护范围相同。

三段式零序电流保护的原理接线如图4-2所示，主保护为：无时限零序电流速断保护（零序Ⅰ段）和限时零序电流速断保护（零序Ⅱ段）；后备保护为：零序过电流保护（零序Ⅲ段）一） 无时限零序电流速断保护（零序Ⅰ段）零序电流保护仅反应线路电流中的零序分量如图4-3所示曲线①为线路各点接地短路时的最大零序电流曲线整定原则：（1） 按躲被保护线路末端，单相或两相接地短路时，流过保护的最大零序电流整定，即式中 —为可靠系数，取1.2～1.3；接地短路时，流过保护零序电流的计算式为由图4-3可知，零序Ⅰ段不能保护线路全长2） 按躲断路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最大零序电流整定，即式中 —为可靠系数，取1.2～1.3；断路器不同时合闸时，流过保护最大零序电流的计算式为式中，为两侧系统等效电势；X1Σ、X0Σ为从断点看进去的序阻抗 只存在于断路器不同时合闸期间，当保护的动作时限大于非全相过程时，保护动作值的整定不考虑此条件3） 当线路装设综合重合闸CAR或单相重合闸AR时，躲过单相重合闸过程中出现的非全相振荡零序电流I0.AR，即在装设综合重合闸的线路上，常常采用灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段两个零序Ⅰ段保护线路全相运行过程中，灵敏Ⅰ段按（1）、（2）两个条件整定，以使保护有较高的灵敏度。

出现非全相运行，单相重合闸起动时，自动将灵敏Ⅰ段保护直流操作回路闭锁，防止灵敏Ⅰ段误动作，待线路恢复全相时重新投入不灵敏Ⅰ段按条件（3）整定，在非全相运行时，快速切除故障二） 限时零序电流速断保护（零序Ⅱ段）限时零序电流速断保护与相间短路的限时电流速断保护的保护范围相同，因此，其动作值应与相邻下一线路零序Ⅰ段配合整定，即：躲开下一线路零序Ⅰ段保护范围末端发生接地短路的最大零序电流整定，动作时限比下一线路零序Ⅰ段高一个时限级差∆t当上下级线路之间变电所的母线上接有中性点接地的变压器，沿线路各点发生接地短路时，流过线路AB、BC的短路电流曲线①、曲线②如图4-4所示，短路电流由图4-4可知，当保护2零序Ⅰ段范围末端K点发生接地短路时，流过线路AB上保护1的短路电流计算值为I0.Cal，保护1的零序Ⅱ段电流动作值应躲过该电流，并且动作时限比下一线路保护2零序Ⅰ段高一个时限级差∆t，即依此来保证保护的选择性零序Ⅱ段的灵敏度按被保护线路末端发生接地短路的最小零序电流校验，要求Ksen≥1.3～1.5，即 当线路装设综合重合闸装置，若本线路或相邻线路单相重合闸时会引起保护误动作，则非全相运行时，将零序Ⅱ段保护退出，或适当提高保护的动作时限。

当灵敏度Ksen≤1.3～1.5，不满足要求时，可采取以下措施：a) 与相邻线路零序Ⅱ段动作电流值、动作时限配合整定；保留0.5s的零序Ⅱ段，增设与相邻线路零序Ⅱ段配合整定的满足灵敏度要求的零序Ⅱ段，即装设不灵敏零序Ⅱ段和灵敏零序Ⅱ段两个零序Ⅱ段；b) 从电网全局考虑，采用接地距离保护，辅之零序过流保护三） 零序过电流保护（零序Ⅲ段）作为后备保护的零序过电流保护与相间故障的过电流保护有相同的保护范围，并且要保证外部相间故障时不误动，还应保证其保护范围不超过相邻下一线路零序Ⅲ段的保护范围1. 零序过电流保护整定原则为：（1） 躲过最大运行方式下，相邻下一线路出口三相短路时，流过保护的最大不平衡电流Iun.max，即式中 Krel为可靠系数，取1.1～1.2根据运行经验，保护的二次动作值一般为 2） 各线路的零序Ⅲ段，其灵敏度应逐级配合，零序Ⅲ段的保护范围不能超过相邻下一线路零序Ⅲ段的保护范围如图4-4所示，上下级线路间变电所母线上有分支电路（支接中性点接地变压器），动作值躲相邻线路末端C母线发生接地短路时，流过保护的最大零序电流计算值I0.Cal整定，即式中 Krel为可靠系数，取1.1～1.2。

3） 零序Ⅲ段的动作时限按照阶梯时限原则整定，并保证各线路零序Ⅲ段的动作时限大于相应主保护的动作时限，如图4-5所示 由于不接地变压器∆侧发生接地故障时没有零序电流，因而在同一段线路上零序过电流保护动作时限比相间故障过电流保护的动作时限要低2. 零序Ⅲ段灵敏度校验：近后备应保证本线路末端接地短路时的最小零序电流满足灵敏度要求Ksen（近）≥1.3～1.5；远后备应保证相邻下一线路末端接地短路时的最小零序电流满足灵敏度要求Ksen（远）≥1.2，即如图4-4所示，上下级线路间变电所母线上支接中性点接地变压器，取相邻线路末端C母线发生接地短路时，流过保护的最小零序电流计算值I0.C校验远后备的灵敏度，即三． 零序方向电流保护（一） 增设方向元件的必要性 如图4-6所示，在大接地电流系统中，线路两侧都有中性点接地变压器，当K1点发生接地短路时，零序电流流过母线B两侧保护3和2；当K2点发生接地短路时，零序电流流过母线B两侧保护2和3B母线两侧动作时限小的保护将误动作，如果B母线两侧保护动作时限相同，都将误动作，由于和方向不同，因此，可装设方向元件闭锁误动作的保护，构成零序方向电流保护。

二） 整流型零序功率方向继电器LG-12型零序功率方向继电器原理接线如图4-7所示其组成包括电抗变压器TL、电压变换器TVM、环流法幅值比较回路和极化继电器KP等工作回路电压、制动回路电压为式中 ，可知满足动作条件即时，零序功率方向继电器动作 转化为相位比较方式，动作条件为考虑到 ，则以电压作参考量，动作条件为依此画出相量图，作出动作区，如图4-8所示，最大灵敏角三） LG—12型零序功率方向继电器接线方式 零序电流、电压滤过器接线如图4-9（a）所示当在保护正方向发生接地短路时，零序电流、零序电压相量如图4-9（b）所示，可知与LG-12型功率方向继电器的最大灵敏角相符为使零序功率方向继电器正确判别接地短路方向，应将零序电压反极性加入继电器电压线圈的极性点“*”，将零序电流正极性加入继电器电流线圈的极性点“*”，接线方式如图4-10所示四） 三段式零序功率方向电流保护接线三段式零序功率方向电流保护接线如图4-11所示由无时限零序功率方向电流速断保护、限时零序功率方向电流速断保护、零序功率方向过电流保护三部分组成五） 零序功率方向电流保护的整定计算同方向零序功率方向电流保护的整定计算与三段式零序电流保护的整定计算相同。

零序功率方向电流保护电流元件的灵敏度校验，与三段式零序电流保护灵敏度校验相同考虑到远离保护安装处发生接地短路时，流过保护安装处的电流小、电压低，方向元件可能不起动，因此，在相邻下一线路末端发生接地短路时，用最小零序电流、最低零序电压校验方向元件的电流和电压灵敏度,要求Ksen≥1.5，即式中Uop.min、Iop.min为方向元件的最小动作电压和电流四． 大接地电流系统零序保护的评价（1）灵敏度高；（2）动作迅速；（3）不受系统震荡和过负荷的影响；（4）接线简单，经济可靠；(5) 复杂网不能满足要求，改用接地距离保护，辅之零序电流保护第二节 小接地电流系统的零序保护一． 中性点不接地系统单相接地的特点(一) 简单系统中性点不接地简单系统如图4-12（a）所示，电网各相与大地之间存在分布电容，以集中参数C0表示，如果系统对称，输电线路换相充分，则可以认为电网各相对地电容C0相等，三相对地电容相当于一个对称负载，其中性点就是大地1. 正常运行时 系统对称，电源中性点电位为零，因此，各相对地电容两端所加的电压为相电压，在三相对称电压的作用下所产生的各相对地电容电流，即也是对称的，并且超前于同名相电压90，系统的零序电压、零序电流，其相量如图4-12（b）所示。

由于容性电流没有直接的通路，值很小，产生的压降也很小，因而可以假定全系统阻抗为零系统某相发生一点接地，则全系统的该相对地电压均为零2. 当A相发生接地时 A相对地电压降为零，中性点电位发生偏移，，各相对地电压为，非故障相容性电流为可知，系统出现零序电压、零序电流（流向接地点K的电流，数值等于正常时各相对地电容电流的算术和），即故障相对地电压降为零，非故障相对地电压由相电压升高为线电压相量关系如图4-12（c）所示二) 复杂系统中性点不接地系统中发电机、线路XL1、XL2的分布电容C0F、C0Ⅰ和C0Ⅱ如图4-13（a）所示当线路XL2上K点发生A相接地后，全系统A相对地电容两端电位相等均为零，因此，全系统A相对地电容电流为零各元件非故障相B、C对地电容电流，经过大地、接地点、电源和。