继电保护新教材第四章电网接地故障的零序电流保护4章节.ppt

电力系统继电保护原理,主讲教师：刘青 电自教研室,第四章 电网接地故障的 电流保护,4.1 中性点直接接地系统中的 接地保护,按单相接地短路时接地电流的大小分为：,大接地电流方式：,110kV及以上电网:中性点直接接地方式 35kV及以下电网:中性点不接地或不直接接地,大电流接系统和小电流接地系统,中性点直接接地； 中性点经小电阻接地；,小接地电流方式：,中性点不接地； 中性点经消弧线圈接地；,一、零序分量的特点,1. 零序电压：故障点零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处为零2. 零序电流 分布：与变压器中性点接地的多少和位置有关； 大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关3. 零序功率,分布：短路点零序功率最大； 方向：对于发生故障的线路，两端的零序功率方向为线路→母线4.零序电压与电流的相位关系,,,,,,正方向故障：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,反方向故障：,4.零序电压与电流的相位关系,二、 零序电压、电流滤过器,1.零序电压滤过器,(a) 用三个单相式电压互感器,1.零序电压滤过器,(b) 用三相五柱式电压互感器,,,,1.零序电压滤过器,(c) 用接于发电机中性点的电压互感器,2.零序电流滤过器,,,,,,,,,,,2.零序电流滤过器,优点： 没有不平衡电流 接线简单,三、零序电流保护,（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护,,,,,（1）躲过下一线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max,,,,,,的计算：,①故障点：本线路末端,②故障类型：,（假设 ）,当,当,③运行方式,本侧与对侧的电源应是最大运行方式；背后的零序阻抗小，对侧的零序阻抗大。

2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的最大三倍零序电流 3I0unb,的计算：,①两相先合：,②一相先合：,,取两者较大者,（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护,整定值应选取（1）和（2）中较大者原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间灵敏性： 要求最小保护范围≥（15%～20%）l,（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护,（3）当线路上采用单相自动重合闸时，按躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流来整定；,,（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护,按（1）（2）整定的零序I段，往往不能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流；而按（3）整定，正常情况下发生接地故障时保护范围要缩小，不能充分发挥零序I段的作用设置两个零序I段： 灵敏I段：按（1）或（2）整定，定值较小，保护范围较大；主要对全相运行状态下的接地故障起保护作用；当单相自动重合闸起动时将其自动闭锁 不灵敏I段：按（3）整定，定值较大，保护范围较小；主要在单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障时尽快切除故障；,与相邻线路零序电流I段配合,,,,,,,（二）零序电流限时速断（零序II段）保护,灵敏性校验：,要求 Ksen≥1.5,改与相邻线Ⅱ段配合 用两个灵敏度不同的II段 改用接地距离保护,若不满足要求,按本线路末端发生接地故障时最小零序电流校验,躲下级线路出口三相短路时流过保护装置的最大不平衡电流Iunb.max,式中,与下级线路零序III段保护在灵敏度上配合,（三）零序过电流（零序III段）保护,灵敏性校验：,1.作为近后备时：应按被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求,2.作为远后备时：应按相邻线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求,,动作时间：按阶梯时限原则来选择,,,,,,,,,,,,,,,,零序过电流保护的时限特性,在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点。

四、方向性零序电流保护,,,,,零序电流保护 + 零序功率方向继电器 = 方向性零序电流保护,k1点短路时,k2点短路时,1. 零序功率方向继电器的接线：,,,,,,整流型和晶体管型零序功率方向继电器,,,,,,,动作区,2. 零序功率方向继电器,1）、动作方程：,比相式动作方程：,,,,,,比幅式动作方程：,,,——比例系数，只改变电压的大小，不改变电压的相位；,,2）、接线分析：,引入,,正方向接地短路时：,,不满足动作方程，即正方向接地短路时继电器不动作；,小,大,,,,,,,,,,,,,,,采用接线:,,,,,,正方向接地短路时：,,,,满足动作方程，即正方向接地短路时继电器动作；,大,,,,,小,反方向接地短路时：,小,大,,,,,不满足动作方程，即反方向接地短路时继电器不动作；,,,,,,采用接线:,,,,,,,,1. 零序功率方向继电器的接线：,静态功率方向继电器,,,1.零序过电流保护的灵敏度高,2.受系统运行方式的影响要小,3.不受系统振荡和过负荷的影响,4.方向性零序电流保护没有电压死区,5.简单、可靠,优点：,五、对零序电流保护的评价,1.对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能满足要求,2.单相重合闸的过程中可能误动,3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间,缺点：,五、对零序电流保护的评价,4.3 中性点不接地系统中的 接地保护,在小接地电流系统中发生单相接地时，一般都允许再继续运行1～2个小时；,要求保护能选出接地线路并及时发出信号； 对人身和设备的安全有危险时，应动作于跳闸；,一、对保护的要求,二、中性点不接地系统中单相接地故障的特点,A、B和C三相对地电压为,故障点零序电压为,,,,1. 线路II发生A相接地时，各相电压和零序电压,2. 在非故障线路I上，各相电流和零序电流,各相电流：,线路始端零序电流：,其有效值为,零序电流为线路 I 本身的电容电流，方向为从母线流向线路。

当电网中线路很多时，上述结论可适用于每一条非故障线路3. 发电机出线端的零序电流,其有效值为,零序电流为发电机本身的电容电流，方向为从母线流向发电机4. 在故障线路II上，各相电流和零序电流,各相电流：,线路始端零序电流：,其有效值为,故障线路的零序电流等于全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向为从线路流向母线，恰好与非故障线路零序电流的方向相反结论：,3. 在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向为从线路流向母线1. 发生单相接地时，全系统都会出现零序电压；,2. 在非故障线路上有零序电流，其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路三、中性点不接地系统中单相接地保护,（1）零序电压保护（绝缘监视装置）,绝缘监视装置是利用单相接地时出现的零序电压，带延时动作于信号该保护只能监测出接地故障，但不能判别出是哪条线路的接地为了找出故障线路，还需要由运行人员依次短时断开各条线路，再以自动重合闸纠正当断开某条线路时，零序电压信号消失，即说明该线路单相接地2）零序电流保护,零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护为了保证动作的选择性，零序电流保护的动作电流Iset应大于本线路的电容电流，即,三、中性点不接地系统中单相接地保护,（3）零序功率方向保护,零序功率方向保护是利用故障线路和非故障线路的保护安装处零序电流方向相反的特点构成。

用于零序电流保护不满足要求和接线复杂的网络中三、中性点不接地系统中单相接地保护,4.4 中性点经消弧线圈接地系统中的接地保护,一、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点,单相接地时，电容电流分布图,,,,,,,,,,,,在中性点接入消弧线圈以后，单相接地时，通过接地点的总电流为电感电流与全系统总电容电流的向量和即,由于 和 的相位相差180°，因此 将因消弧线圈的补偿而减小根据对电容电流补偿程度的不同，可以分为完全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式过补偿方式没有发生过电压的危险性因而得到广泛的应用二、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地保护,（1）零序电压保护（绝缘监视装置）,绝缘监视装置是利用单相接地时出现的零序电压，带延时动作于信号该保护只能监测出接地故障，但不能判别出是哪条线路的接地为了找出故障线路，还需要由运行人员依次短时断开各条线路，再以自动重合闸纠正当断开某条线路时，零序电压信号消失，即说明该线路单相接地二、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地保护,（2）利用单相接地故障瞬间过渡过程的首半波构成保护,基本思想： 暂态过程中首半波接地电流幅值很大； 2.接地线路首半波零序电压和零序电流极性相反；,（3）利用接地故障时消弧线圈中的有功功率构成保护,过补偿：,故障支路：,非故障支路：,本节学习重点,掌握中性点直接接地电网发生单相接地短路时，零序电流、零序电压和零序功率的分布特点。

掌握在接地保护中应用的零序功率方向继电器的特点本节学习重点,了解电力系统中性点不接地系统中，发生单相接地的特点及其保护方式 了解电力系统中性点经消弧线圈接地系统中，发生单相接地的特点及其保护方式。