南昌大学继电保护第五章 电力系统的接地保护

1、 在电力系统中，中性点的工作方式有中性点直接接地、中性点经消弧线圈在电力系统中，中性点的工作方式有中性点直接接地、中性点经消弧线圈 接地和中性点不接地三种，后两种也称非直接接地。接地和中性点不接地三种，后两种也称非直接接地。 在我国在我国110 KV及以上电压等级的电网都采用中性点直接接地方式，而及以上电压等级的电网都采用中性点直接接地方式，而3 35 KV的电网采用中性点非直接接地方式。的电网采用中性点非直接接地方式。 在中性点直接接地的系统中，发生单相接地短路时，将出现很大的故障相电在中性点直接接地的系统中，发生单相接地短路时，将出现很大的故障相电 流和零序电流，故又称为大电流接地系统。在

2、中性点非直接接地的系统中，发生流和零序电流，故又称为大电流接地系统。在中性点非直接接地的系统中，发生 单相接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的电流，故单相接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的电流，故 又称为小电流接地系统。又称为小电流接地系统。 第五章第五章 电电网的网的接接地保护地保护 主要内容主要内容: 第一节第一节 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接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率 单相接地时零序分量的特点及变压器中心点接地方式的选择单相接地时零序分量的特点及变压器中心点接地方式的选择 （一）单

3、相接地时零序分量的特点（一）单相接地时零序分量的特点 当发生单相接地短路时，将出现零序电压和零序电流，如图所示。零序电当发生单相接地短路时，将出现零序电压和零序电流，如图所示。零序电 流可以看成是在故障点出现一个零序电压流可以看成是在故障点出现一个零序电压 而产生的，它必须经过变压器接地的而产生的，它必须经过变压器接地的 中性点构成回路。所以，零序电流只能在中性点接地的电网中流动。中性点构成回路。所以，零序电流只能在中性点接地的电网中流动。 对零序电流的方向，对零序电流的方向，规定母线流向线路为正，而零序电压的正负以大地为规定母线流向线路为正，而零序电压的正负以大地为 基准，线路高于大地的电压

4、为正，低于大地的电压为负。这样形成的网络称为零基准，线路高于大地的电压为正，低于大地的电压为负。这样形成的网络称为零 序网络，序网络，如图如图5-1所示所示 02! 02! )( kkK KkK III UUU ( 由此可知，零序电流的实际方向，是线路流向母线的方向。零序网络中的零序电由此可知，零序电流的实际方向，是线路流向母线的方向。零序网络中的零序电 压、零序电流、零序功率等统称为零序分量，具有如下特点。压、零序电流、零序功率等统称为零序分量，具有如下特点。 1. 1. 零序电压零序电压 零序电压的最高点位于接地故障处，系统中距故障点越远处的零序电压越低零序电压的最高点位于接地故障处，系统

5、中距故障点越远处的零序电压越低 。零序电压的分布如图所示。保护安装处的母线零序电压其大小主要取决于变压。零序电压的分布如图所示。保护安装处的母线零序电压其大小主要取决于变压 器的零序电抗可见，零序分量的特点：器的零序电抗可见，零序分量的特点： （1 1）故障点零序电压）故障点零序电压U Uk0 k0最高 最高, ,离故障点越远离故障点越远, U, Uk0 k0 越低 越低. .变压器中性点接地处变压器中性点接地处 U Uk0 k0=0 , =0 ,如图如图5-1(c)5-1(c)所示。所示。 (2) (2) 零序电流，如图零序电流，如图5-15-1（d)d)其数值和分布与变压器中性点接地的多少

6、和位置有其数值和分布与变压器中性点接地的多少和位置有 关，而与电源的数目和位置无关。关，而与电源的数目和位置无关。 (3(3） (4(4）零序电流的分布与大小）零序电流的分布与大小 （5 5） 零序功率是由故障点流向电源，即由故障线路流向母线。而通常规定，母零序功率是由故障点流向电源，即由故障线路流向母线。而通常规定，母 线到线路的方向为正。所以，对于零序功率方向继电器，它是在负值零序功率下动线到线路的方向为正。所以，对于零序功率方向继电器，它是在负值零序功率下动 作的。零序功率方向继电器的输入电压与输入电流之间的相位差完全取决于变压器作的。零序功率方向继电器的输入电压与输入电流之间的相位差完

7、全取决于变压器 的零序阻抗角，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。的零序阻抗角，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。 所以，用零序电流和零序电压的幅值以及它们的相位关系即可实现接地短路的零序所以，用零序电流和零序电压的幅值以及它们的相位关系即可实现接地短路的零序 电流保护和零序方向保护。电流保护和零序方向保护。 1,001 )( TAO ZIU （二）（二） 变压器中性点接地方式的选择变压器中性点接地方式的选择 系统中全部或部分变压器中性点直接接地是大系统中全部或部分变压器中性点直接接地是大 接地电流系统的标志。其主要目的是降低对整接地电流系统的标志。其主要目的是降低对整 个系统绝

8、缘水平的要求。但中性点接地变压器个系统绝缘水平的要求。但中性点接地变压器 的台数、容量及其分布情况变化时，零序网络的台数、容量及其分布情况变化时，零序网络 也随之改变，因此，同一故障点的零序电流分也随之改变，因此，同一故障点的零序电流分 布也随之改变。所以变压器的中性点接地情况布也随之改变。所以变压器的中性点接地情况 改变，将直接影响零序电流保护的灵敏性。改变，将直接影响零序电流保护的灵敏性。因因 此对变压器中性点接地的选择要满足下面两条此对变压器中性点接地的选择要满足下面两条 要求：要求： (1) 不使系统出现危险的过电压。不使系统出现危险的过电压。 (2) 不使零序网络有较大改变，以保证零

9、序电流不使零序网络有较大改变，以保证零序电流 保护有稳定的灵敏性。保护有稳定的灵敏性。 A0 U I 1 T 根据上述两条要求，根据上述两条要求，变压器中性点接地方式选择的原则如下：变压器中性点接地方式选择的原则如下： (1) 在多电源系统中，每个电源处至少有一台变压器中性点接地，以防止中性点在多电源系统中，每个电源处至少有一台变压器中性点接地，以防止中性点 不接地的电源因某种原因与其他电源切断联系时，形成中性点不接地系统。在图不接地的电源因某种原因与其他电源切断联系时，形成中性点不接地系统。在图 5-1(a)中，如变压器中，如变压器T1的中性点不接地，当线路的中性点不接地，当线路AB上发生接

10、地短路时，上发生接地短路时，B侧零序侧零序 保护先动作跳开保护先动作跳开B侧断路器，则侧断路器，则A侧成为一个中性点不接地系统并带接地故障点侧成为一个中性点不接地系统并带接地故障点 运行，从而会产生危险的弧光电压，使按大接地电流系统设计的设备的绝缘遭受运行，从而会产生危险的弧光电压，使按大接地电流系统设计的设备的绝缘遭受 到破坏。到破坏。 (2) 在双母线按固定联接方式运行的变电站，每组母线上至少应有一台变压器中在双母线按固定联接方式运行的变电站，每组母线上至少应有一台变压器中 性点直接接地。这样，当母线联络开关断开后，每组母线上仍保留一台中性点直性点直接接地。这样，当母线联络开关断开后，每组

11、母线上仍保留一台中性点直 接接地的变接接地的变 压器。压器。 (3) 每个电源处有多台变压器并联运行时，规定正常时按一台变压器中性点直接每个电源处有多台变压器并联运行时，规定正常时按一台变压器中性点直接 接地运行，其他变压器中性点不接地。这样，当某台中性点接地变压器由于检修接地运行，其他变压器中性点不接地。这样，当某台中性点接地变压器由于检修 或其他原因切除时，将另一台变压器中性点接地，以保持系统零序电流的大小与或其他原因切除时，将另一台变压器中性点接地，以保持系统零序电流的大小与 分布不变。分布不变。 (4) 两台变压器并联运行，应选用零序阻抗相等的变压器，正常时将一台变压器两台变压器并联运

12、行，应选用零序阻抗相等的变压器，正常时将一台变压器 中性点直接接地。当中性点接地变压器退出运行时，则将另一台变压器中性点直中性点直接接地。当中性点接地变压器退出运行时，则将另一台变压器中性点直 接接地运行接接地运行 (5) 220kV以上大型电力变压器都为分级绝缘，且分为两种类型，其中绝缘水平以上大型电力变压器都为分级绝缘，且分为两种类型，其中绝缘水平 较低的一种较低的一种(500kV系统，中性点绝缘水平为系统，中性点绝缘水平为38kV的变压器的变压器)，中性点必须直接接，中性点必须直接接 地。地。 第二节第二节 中性点直接接地电网的中性点直接接地电网的零序电流保护零序电流保护 一、零序电流保

13、护的构成一、零序电流保护的构成 1 1。零序电流滤过器的不平衡电流。零序电流滤过器的不平衡电流 不平衡电流：正常运行时通过保护的电流不平衡电流：正常运行时通过保护的电流 Ta Kerstnpunb K IKKKI )3( max.max. 2。零序电流保护的接线零序电流保护的接线 第四节第四节 对称分量滤过器对称分量滤过器 一。零序电流滤过器一。零序电流滤过器28页页 )( 13 )()( 1 0 mCmBmA TATA mCmBmACBA TA cbar III KK I IIIIII K IIII 当三相对称时 )( 1 mCmBmA TA r III K I 当三相不对称时 TA r K

14、 I I 0 3 二。零序电压滤过器二。零序电压滤过器 TV Cbamn K U UUUU 0 3 2.零序电流保护的接线零序电流保护的接线 零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为三段式：零序电零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为三段式：零序电 流流I段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流II段为限时零序段为限时零序 电流速断，可保护本线路全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带电流速断，可保护本线路全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带 有有 延时，它与零序电流延时，它与零序电流I段共同构成本线路接

15、地故障的主保护；零序电流段共同构成本线路接地故障的主保护；零序电流III 段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路 的接地故障的后备保护。的接地故障的后备保护。 零序电流与线路的阻抗有关，可以作出零序电流与线路的阻抗有关，可以作出 随线路长度随线路长度 变化的关系曲线，然后变化的关系曲线，然后 进行整定，其整定原则类似于相间短路的三段式电流保护。进行整定，其整定原则类似于相间短路的三段式电流保护。 二、三段式零序电流保护的整定计算二、三段式零序电流保护的整定计算 1.无时限无时限 零序电流速断保护（零序

16、电流零序电流速断保护（零序电流I段）段） 无时限无时限零序电流速断保护的动作电流零序电流速断保护的动作电流 的整定应考虑以下三个原则：的整定应考虑以下三个原则： （1）躲过被保护线路末端发生单相或两）躲过被保护线路末端发生单相或两 相接地短路时流过本线路的最大零序电相接地短路时流过本线路的最大零序电 流流.即： 计算3I0.max求取的条件： 故障点应选取线路末端，图中A处 的零序电流I段整定时故障点应在B处。 故障类型应选择使得零序电流最大 的一种接地故障，当X1X0采用两 相接地短路，X1X0采用单相接地。 整定时应按照最大运行方式考虑， 即系统的零序等值阻抗最小。 OP I max.0

17、1 ,0 3 IKI relop (2) 应大于断路器三相不同时合闸应大于断路器三相不同时合闸(非全相运行非全相运行)时出现的最大零序电流时出现的最大零序电流 ，即，即 式中式中 可靠系数，取可靠系数，取1.11.2。 rel K 求取3I0.ust的方法：a.两相先合，相当于一相断线的零序电流，类似于两相接地短 路有 b.一相先合，相当于两相断线的零序电流，类似于单相接地短路有 （3）躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流，）躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流，即： 注：非全相运行伴随振荡时的最大零序 电流是上述三点中最大的。如按（3） 整定，则定值比较大，灵敏性较低。则 可装设

18、两套灵敏性不同的零序电流速断 保护，即： 式中Z11、Z22、Z00系统的纵向正序、负序、零序 等值阻抗。取式中的较大者 a.灵敏I段：按整定条件（1）（2）整定（两者中取较大者为整定值），或只是按 照整定条件（1）整定，单相自动重合闸时灵敏I段自动闭锁。 b.不灵敏I段：按整定条件（3）整定。非全相运行时投入。 灵敏性：保护范围要求大于线路全长的15%20%。动作时间为0。 ustrelop IKI , 0, 0 3 若按若按 上述原则上述原则 整定，则动作电流过大，使保护范围缩小，不能充整定，则动作电流过大，使保护范围缩小，不能充 分发挥零序分发挥零序段的作用。此时，应设置灵敏度不同的两套

19、零序电流段的作用。此时，应设置灵敏度不同的两套零序电流 速断保护：速断保护： 灵敏的灵敏的段：仍按上述原则（段：仍按上述原则（1）（）（2）整定，因动作值小，保）整定，因动作值小，保 护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地故障进护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地故障进 行保护。当单相自动重合闸启动时行保护。当单相自动重合闸启动时(即开始切除单相接地故障时即开始切除单相接地故障时)将将 其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。 不灵敏的不灵敏的段：其整定原则为（段：其整定原则为（3）因动作值大，保护范围小，）因动作值大，保护

20、范围小， 所以不灵敏。主要任务是专为非全相运行状态下所以不灵敏。主要任务是专为非全相运行状态下(如单相自动重合如单相自动重合 闸过程中闸过程中)，其他两相又发生了单相接地故障时的保护，以便尽快，其他两相又发生了单相接地故障时的保护，以便尽快 地将故障切除。当然，它也能反应全相运行状态下的接地故障，只地将故障切除。当然，它也能反应全相运行状态下的接地故障，只 是其保护范围比灵敏的是其保护范围比灵敏的段要小。段要小。 2. 带时限零序电流速断保护（零序电流带时限零序电流速断保护（零序电流II段）：段）： 1。动作电流的整定计算。动作电流的整定计算 带时限零序电流速断保护的整定原则与相间短路的限时电

21、流速断带时限零序电流速断保护的整定原则与相间短路的限时电流速断 保护相同保护相同 （1）零序）零序II段的动作电流应与相邻线路的零序段的动作电流应与相邻线路的零序段保护相配合整段保护相配合整 定，如图所示。定，如图所示。 2,0 min, 1,0op b rel op I K K I min ,0 ,0 min, )( AB BC b I I K 5 . 13 . 1 3 1, 0 min, 0 min, op s I I K 若灵敏系数效验不合格，可采用下面的措施： （2） （3） 2,0 min, 1,0op b rel op I K K I 2,0 min, 1,0op b rel op

22、 I K K I 2,0 min, 1,0op b rel op I K K I 动作时间整定： （三）零序过电流保护（三）零序过电流保护 （1） (2) 按与相邻线路的零序电流按与相邻线路的零序电流III段配合进行整定。段配合进行整定。 (3) 应大于非全相运行时出现的最大三相零序电流，即应大于非全相运行时出现的最大三相零序电流，即 按上述的整定原则计算，应选取其中较大者作为按上述的整定原则计算，应选取其中较大者作为 的整定值。的整定值。 max,1,0unbrelop IKI 灵敏度校验：灵敏度校验： 作本线路的近后备时，其灵敏度应按本线路末端接地短路时流作本线路的近后备时，其灵敏度应按本

23、线路末端接地短路时流 过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于1.31.5。 作为相邻线路的远后备保护时，应按相邻线路末端接地短路作为相邻线路的远后备保护时，应按相邻线路末端接地短路 时流过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于时流过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于1.2 。 动作时间：从零序网的最末级开始按阶梯原则向电源方向动作时间：从零序网的最末级开始按阶梯原则向电源方向 推算。推算。 定时限零序过电流保护的动作时限按阶梯原则确定，如图所定时限零序过电流保护的动作时限按阶梯原则确定，如图所 示。必须注意的是，在示。必须注意的是，

24、在 接法的变压器低压侧的任何故障接法的变压器低压侧的任何故障 都不会在高压侧引起零序电流，因此保护都不会在高压侧引起零序电流，因此保护3的零序过电流可以是的零序过电流可以是 瞬时动作的，所以对零序过电流保护来说，动作时限可从保护瞬时动作的，所以对零序过电流保护来说，动作时限可从保护3 开始逐级配合，即开始逐级配合，即 ， 。为便于比较，将反。为便于比较，将反 应相间短路的过电流保护的时限特性也画在同一图中，它是从应相间短路的过电流保护的时限特性也画在同一图中，它是从 保护保护4开始逐级配合的。由图可见，同一线路上零序过电流保护开始逐级配合的。由图可见，同一线路上零序过电流保护 的动作时限小于相

25、间短路过电流保护的动作时限。这是零序过的动作时限小于相间短路过电流保护的动作时限。这是零序过 电流保护的优点之一。电流保护的优点之一。 0,d 0 20 3 ttt 010 2 ttt 第三节第三节 中性点直接接地电网的方向性零序电流保护中性点直接接地电网的方向性零序电流保护 一。零序方向电流保护的工作原理一。零序方向电流保护的工作原理 在双侧或多侧电源的网络中，电源处变压器的中性点至少有一台要接地，由于零序电流在双侧或多侧电源的网络中，电源处变压器的中性点至少有一台要接地，由于零序电流 的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此，在变压器接地数目比较多的实际流向是由故障点流向各个中

26、性点接地的变压器，因此，在变压器接地数目比较多 的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。 如图所示，线路两侧电源处的变压器中性点均直接接地，这样当如图所示，线路两侧电源处的变压器中性点均直接接地，这样当k1点发生接地短路时，点发生接地短路时， 其零序等效网络和零序电流分布如图其零序等效网络和零序电流分布如图(b)所示，按照选择性的要求，应该由保护所示，按照选择性的要求，应该由保护1、2动作动作 切除故障，但是零序电流也流过保护切除故障，但是零序电流也流过保护3时，就可能引起保护时，就可能引起保护3的误动作。同样当的误动作。同样

27、当k2点发生点发生 接地短路时，其零序等效网络和零序电流分布如图接地短路时，其零序等效网络和零序电流分布如图(c)所示，其零序电流所示，其零序电流 又可能使保护又可能使保护2 误动作。这与双侧电源电网反应相间短路的电流保护一样。为了保证位于母线两侧的零误动作。这与双侧电源电网反应相间短路的电流保护一样。为了保证位于母线两侧的零 序电流保护有选择性地切除故障，必须在零序电流保护中加装功率方向元件，构成零序序电流保护有选择性地切除故障，必须在零序电流保护中加装功率方向元件，构成零序 电流方向保护。此时，只需按同一方向的零序电流保护进行配合，并构成阶段式零序方电流方向保护。此时，只需按同一方向的零序

28、电流保护进行配合，并构成阶段式零序方 向电流保护。向电流保护。 二、零序电压滤过器二、零序电压滤过器 零序功率方向继电器需要输入保护安装处的零序电压和零序电流零序功率方向继电器需要输入保护安装处的零序电压和零序电流 三、接地短路时保护安装处零序电压与零三、接地短路时保护安装处零序电压与零 序电流的相位关系序电流的相位关系 如上图所示：正方向接地短路故障时，零 序电压滞后零序电流110o-95o。 如图所示：反方向接地短路故障时，零序 电压超前零序电流110o-95o。 四四. 零序功率方向继电器的接线零序功率方向继电器的接线 零序功率方向继电器的接线见图零序功率方向继电器的接线见图5-8 为判

29、别零序功率的方向，因为零序功率方向继电器反应的是零序功为判别零序功率的方向，因为零序功率方向继电器反应的是零序功 率的方向，所以需要接入零序电压率的方向，所以需要接入零序电压 和零序电流和零序电流 ； 由图可知，当由图可知，当k点发生接地短路时，按规定的电流、电压正方向看点发生接地短路时，按规定的电流、电压正方向看 ，零序电压，零序电压 将滞后于零序电流将滞后于零序电流 约约95110，即继电器，即继电器 的最大灵敏角为的最大灵敏角为-95-110 目前，生产厂家实际制造的零序功率方向继电器的最灵敏的角度是目前，生产厂家实际制造的零序功率方向继电器的最灵敏的角度是 7085，即电流滞后于电压，

30、即电流滞后于电压7085时继电器动作最灵敏时继电器动作最灵敏 。所以，见图。所以，见图5-8，在使用零序功率方向继电器时，若以正极性端，在使用零序功率方向继电器时，若以正极性端 接入继电器电流线圈的极性端，则接入继电器电流线圈的极性端，则 必须以负极性端接入继电必须以负极性端接入继电 器电压线圈的极性端。（负号表示电流超前电压器电压线圈的极性端。（负号表示电流超前电压)。具体接线如图。具体接线如图 所示，将零序功率方向继电器电流线圈的极性端子与零序电流过滤所示，将零序功率方向继电器电流线圈的极性端子与零序电流过滤 器的极性端子相连，以取得器的极性端子相连，以取得 ；而把继电器电压线圈的极性端子

31、；而把继电器电压线圈的极性端子 与零序电压过滤器的非极性端子相连，以取得与零序电压过滤器的非极性端子相连，以取得 - 矢量关系如图矢量关系如图 所示，刚好符合最灵敏的条件。这一点在实际工作中须特别注意，所示，刚好符合最灵敏的条件。这一点在实际工作中须特别注意， 否则，将失去动作的方向性。否则，将失去动作的方向性。 0 3U 0 3I 0 3I 0 3U 0 3U 0 3I 0 3U 接地故障点越靠近保护安装处，零序电压越高，所以零序功率方向接地故障点越靠近保护安装处，零序电压越高，所以零序功率方向 继电器不存在电压继电器不存在电压“死区死区”问题。这里仅说明零序功率方向继电器问题。这里仅说明零

32、序功率方向继电器 的接线方法。的接线方法。 六六. 三段式零序方向电流保护三段式零序方向电流保护 三段式零序方向电流保护由零序方向电流速断保护、限时零序方三段式零序方向电流保护由零序方向电流速断保护、限时零序方 向电流速断保护和零序方向过电流保护组成，其原理接线如图所向电流速断保护和零序方向过电流保护组成，其原理接线如图所 示。示。 在同一保护方向上零序方向电流保护的动作电流和动作时限的整在同一保护方向上零序方向电流保护的动作电流和动作时限的整 定计算原则以及灵敏系数的校验与三段式零序电流保护相同。因定计算原则以及灵敏系数的校验与三段式零序电流保护相同。因 为接地故障点的为接地故障点的 最大，

33、所以当接地故障位于保护安装处附最大，所以当接地故障位于保护安装处附 近时不会出现继电器的电压死区。相反，当接地点距保护安装处近时不会出现继电器的电压死区。相反，当接地点距保护安装处 较远时，零序电压和零序电流都较低，继电器可能不启动，所以较远时，零序电压和零序电流都较低，继电器可能不启动，所以 要校验其灵敏度，即相邻线路末端接地短路时流经本保护的最小要校验其灵敏度，即相邻线路末端接地短路时流经本保护的最小 零序功率与继电器的动作功率之比值零序功率与继电器的动作功率之比值(即灵敏系数即灵敏系数)要求不小于要求不小于 2.0。 0 3U 第四节第四节 中性点非直接接地系统的接地保护中性点非直接接地

34、系统的接地保护 所谓小电流接地系统，是指中性点非直接接地系统，即指中性点不所谓小电流接地系统，是指中性点非直接接地系统，即指中性点不 接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。在这种系统中，发生单相接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。在这种系统中，发生单相 接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的 电流，所以称为小电流接地系统。在我国，电流，所以称为小电流接地系统。在我国，3kV35 kV的电网主的电网主 要采用中性点非直接接地方式。要采用中性点非直接接地方式。 在小电流接地系统中，发生单相接地时，除故障点电流很小外，三在小

35、电流接地系统中，发生单相接地时，除故障点电流很小外，三 相之间的线电压仍然保持对称，对负载的供电没有影响，所以在一相之间的线电压仍然保持对称，对负载的供电没有影响，所以在一 般情况下都允许再继续运行般情况下都允许再继续运行2h。在此期间，其他两相的对地电压要。在此期间，其他两相的对地电压要 升高升高 倍，为了防止故障的进一步扩大造成两相或三相短路，应倍，为了防止故障的进一步扩大造成两相或三相短路，应 及时发出信号，以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以及时发出信号，以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以 消除。这也是采用小电流接地系统的主要优点。所以在单相接地时消除。这也是采用小电

36、流接地系统的主要优点。所以在单相接地时 ，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而 不必跳闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作不必跳闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作 于跳闸。于跳闸。 本节根据中性点不接地系统发生单相接地故障时的特点，介绍绝缘本节根据中性点不接地系统发生单相接地故障时的特点，介绍绝缘 监视装置、零序电流保护和零序方向电流保护三种保护方式；通过监视装置、零序电流保护和零序方向电流保护三种保护方式；通过 对中性点不接地电网发生单相接地故障情况的分析，说明中性点经对中性点不接

37、地电网发生单相接地故障情况的分析，说明中性点经 消弧线圈接地的原因，并给出相应的接地保护方法。消弧线圈接地的原因，并给出相应的接地保护方法。 3 一。一。 中性点不接地电网单相接地故障的特点中性点不接地电网单相接地故障的特点 （一）中性点不接地的简单网络如图（一）中性点不接地的简单网络如图5-13(a)所示。在正常运行情况所示。在正常运行情况 下，三相有相同的对地电容下，三相有相同的对地电容 ，三相的对地电压是对称的，中性，三相的对地电压是对称的，中性 点对地电压点对地电压 ，在相电压的作用下，各相的电容电流也是对，在相电压的作用下，各相的电容电流也是对 称的，且超前各自的相电压称的，且超前各

38、自的相电压90。这时，三相对地电压之和与三相。这时，三相对地电压之和与三相 电容电流之和均为零，如图（电容电流之和均为零，如图（b)所示。所示。所以电网正常运行时无零序所以电网正常运行时无零序 电压和零序电流。电压和零序电流。 （二）（二）假设假设A相发生金属性单相接地短路，相发生金属性单相接地短路，A相对地电压为相对地电压为 零，对地电容被短接，电容电流为零，而其他两相的对地零，对地电容被短接，电容电流为零，而其他两相的对地 电压升高电压升高 倍，对地电容电流也相应增大倍，对地电容电流也相应增大 倍，其倍，其 相量关系如图相量关系如图(c)所示。证明如下图所示。证明如下图5-14： 0 C

39、N 0U 33 结论一结论一： 3 在不计负荷电流和电网压降时，电网中性点对地电压和各相对地电在不计负荷电流和电网压降时，电网中性点对地电压和各相对地电 压为压为 可见在中性点处出现的零序电压为可见在中性点处出现的零序电压为 结论二：故障点的零序电压大小与相电压相等结论二：故障点的零序电压大小与相电压相等。 A相接地时，相接地时，A相对地电容电流为零，而非故障相在对地电压的作相对地电容电流为零，而非故障相在对地电压的作 用下，分别产生超前用下，分别产生超前90的电容电流，即的电容电流，即 0ABCAN 1 3 UUUUEU NAcBA j AAcc j AABB A UEUUUU eEEEU

40、eEEEU U )( 3 1 3 3 0 0 150 150 0 0 ACBA j Acc j ABB EwCjIII eEwCjUjwCI eEwCjUjwCI 0 150 00 150 00 3)( 3 3 0 0 从接地点流回的接地电流从接地点流回的接地电流 为：为： 则有效值为：则有效值为： 此时，此时，结论三结论三 通过故障相通过故障相A接地点处的电流是系统非故障相电容电流之和，即其接地点处的电流是系统非故障相电容电流之和，即其 有效值为有效值为 ，是正常运行时单相电容电流的，是正常运行时单相电容电流的 3倍。倍。 而通过保护安装处的零序电流为而通过保护安装处的零序电流为 由上可知，

41、对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路由上可知，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，的零序电流为零，所以零序电流保护不能发生。所以零序电流保护不能发生。 （三）单侧电源多线路中性点不接地电网如图（三）单侧电源多线路中性点不接地电网如图5-14（a)所示，假设所示，假设 线路线路WL3 的的A相相k点接地，则该电网点接地，则该电网A相被短接，整个电网的相被短接，整个电网的A相对相对 地电压和对地电容电流都为零，各元件的地电压和对地电容电流都为零，各元件的B相和相和C相对地电压和对相对地电压和对 地电容电流升高地电容电流升高 倍，这时电网的电容电流分布如图倍

42、，这时电网的电容电流分布如图5-14（ a)所所 示。各元件的示。各元件的B相和相和C相对地电容电流通过大地、接地点、电源和相对地电容电流通过大地、接地点、电源和 线路构成回路。线路构成回路。 0ABC 30IIII 3 K I ACBAK EwCjIIII 0 3 EwCIEwCII KCB0,0 33 EwCI K0 3 3 1。非故障线路保护安装处的。非故障线路保护安装处的 各相电流及各相电流及3倍零序电流倍零序电流 非故障线路始端反应的零序非故障线路始端反应的零序 电流从母线指向线路，可表电流从母线指向线路，可表 示为示为 关系如图所示，其有效值为关系如图所示，其有效值为 方向为从母线

43、指向线路方向为从母线指向线路 同理同理 结论：结论： 零序电流为线路零序电流为线路本身本身 的电容电流，电容性无的电容电流，电容性无 功功率方向由母线流向功功率方向由母线流向 线路。线路。 01010 33IC U ACB EwCjIII 011101 33 ph EwCI 0202 33 AGGCGBG EwCjIII , 0,0 33 phGG EwCI ,0,0 33 2。发电机端的零序电流。发电机端的零序电流 在发电机上在发电机上，首先有它本身的，首先有它本身的B B相和相和C C相对地电容电流相对地电容电流 和和 ， 但由于它是产生其它电容电流的电源。但由于它是产生其它电容电流的电源

44、。 因此，从因此，从A A相中要流回从故障点流上来的全部电容电流，相中要流回从故障点流上来的全部电容电流， 而在而在B B相和相和C C相中又要分别流出各线路上同名相的对地电容相中又要分别流出各线路上同名相的对地电容 电流，此时从发电机出现端所反映的零序电流仍为三相电电流，此时从发电机出现端所反映的零序电流仍为三相电 流之和。流之和。（参见贺家李一书图）有效值为（参见贺家李一书图）有效值为 GB I , GC I , 由图可见，各线路电容电流从由图可见，各线路电容电流从A A相流人后又分别从相流人后又分别从B B相和相和C C 相流出，互相抵消，只剩下发电机本身的电容电流，故相流出，互相抵消，

45、只剩下发电机本身的电容电流，故 即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率 的方向是由母线流向发电机，此特点与非故障线路一样。的方向是由母线流向发电机，此特点与非故障线路一样。 3。故障线路保护安装处各相电流及三倍零序电流。故障线路保护安装处各相电流及三倍零序电流 在发生故障的线路在发生故障的线路，B相和相和C相上与非故障线路一样，有它本身的相上与非故障线路一样，有它本身的 电容电流电容电流 ，不同之处是在接地点要流回全系统，不同之处是在接地点要流回全系统B和和C相对地电容电相对地电容电 流之总和，如图流之总和，如图5-15 故障点处电

46、流：故障点处电流： 其方向由线路指向母线，其方向由线路指向母线， 故障线路故障线路WL3始端的零序电流为始端的零序电流为 其有效值为：其有效值为： )()()()( ,332211GCGBCBCBCBK IIIIIIIII KA II 3 phGph PhGPhPhPh GK EwCCCCCwE EwCEwCEwCEwC IIIII 00030201 0030201 0030201 3)(3 3333 3333 )(3)333 ( )( 3 0020100201 332211 3333303 GAG cBcBcB cBKcBA CCCEwjIII IIIIII IIIIIII )(3 )(33

47、 030 03020103 CCwE CCCwEI ph A 综上所述，中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的综上所述，中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的 特点如下：特点如下： (1)中性点不接地电网单相接地短路时，电网各处接地相中性点不接地电网单相接地短路时，电网各处接地相 对地电压为零，非故障相电压升高对地电压为零，非故障相电压升高 至电网电压，电网出至电网电压，电网出 现零序电压，其大小等于电网正常时的相电压。现零序电压，其大小等于电网正常时的相电压。 (2)非故障线路保护安装处，流过本线路的零序电容电流非故障线路保护安装处，流过本线路的零序电容电流 ，其方向由母线指向非故障线路

48、，超前零序电压，其方向由母线指向非故障线路，超前零序电压90。 (3)故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零 序电容电流之和，其方向由故障线路指向母线，滞后零序序电容电流之和，其方向由故障线路指向母线，滞后零序 电压电压90。 （4）故障线路的零序功率与非故障线路的零序功率方向）故障线路的零序功率与非故障线路的零序功率方向 相反。相反。 可见由故障线路流向母线的零序电流，数值等于全系统非可见由故障线路流向母线的零序电流，数值等于全系统非 故障元件对地电容电流之总和，其电容性无功功率的方向故障元件对地电容电流之总和，其电容性无功功率的方向 为

49、由线路流向母线，与非故障上相反为由线路流向母线，与非故障上相反。 二、二、 中性点不接地电网的接地保护中性点不接地电网的接地保护 根据中性点不接地系统单相接地的特点以及电网的具体情况根据中性点不接地系统单相接地的特点以及电网的具体情况 ，对中性点不接地系统的单相接地保护可以采用以下几种方，对中性点不接地系统的单相接地保护可以采用以下几种方 式。式。 1. 绝缘监视装置绝缘监视装置 利用单相接地时出现的零序电压的特点，可以构成无选择性利用单相接地时出现的零序电压的特点，可以构成无选择性 的绝缘监视装置，其原理接线如图所示。的绝缘监视装置，其原理接线如图所示。 在发电厂或变电所的母线上，装有一套三

50、相五柱式电压互感器，其二次侧有在发电厂或变电所的母线上，装有一套三相五柱式电压互感器，其二次侧有 两组线圈，一组接成星形，在它的引出线上接三只电压表两组线圈，一组接成星形，在它的引出线上接三只电压表(或一只电压表加一个或一只电压表加一个 三相切换开关三相切换开关)，用于测量各相电压，用于测量各相电压(注意：电压表的额定工作电压应按线电压来注意：电压表的额定工作电压应按线电压来 选择选择)；另一组接成开口三角形，并在开口处接一只过电压继电器，用于反应接；另一组接成开口三角形，并在开口处接一只过电压继电器，用于反应接 地故障时出现的零序电压，并动作于信号。地故障时出现的零序电压，并动作于信号。 正

51、常运行时，系统三相电压对称，没有零序电压，所以三只电压表读数相等正常运行时，系统三相电压对称，没有零序电压，所以三只电压表读数相等 ，过电压继电器不动作。当变电所母线上任一条线路发生接地时，接地相电压变，过电压继电器不动作。当变电所母线上任一条线路发生接地时，接地相电压变 为零，该相电压表读数变为零，而其他两相的对地电压升至原来的为零，该相电压表读数变为零，而其他两相的对地电压升至原来的 倍，所倍，所 以电压表读数升高。同时出现零序电压，使过电压继电器动作，发出接地故障信以电压表读数升高。同时出现零序电压，使过电压继电器动作，发出接地故障信 号。工作人员根据信号和表针指示，就可以判别出发生了接

52、地故障和故障的相别号。工作人员根据信号和表针指示，就可以判别出发生了接地故障和故障的相别 ，即知道哪一相接地了。但却不知道是哪一条线路的该相发生了接地故障。因为，即知道哪一相接地了。但却不知道是哪一条线路的该相发生了接地故障。因为 当该电网发生单相接地短路时，处于同一电压等级的所有发电厂和变电所母线上当该电网发生单相接地短路时，处于同一电压等级的所有发电厂和变电所母线上 ，都将出现零序电压，所以该装置发出的信号是没有选择性的。这时可采用由运，都将出现零序电压，所以该装置发出的信号是没有选择性的。这时可采用由运 行人员依次短时断开每条线路的方法行人员依次短时断开每条线路的方法(可辅以自动重合闸，

53、将断开线路投入可辅以自动重合闸，将断开线路投入)来寻来寻 找故障点所在线路。如断开某条线路时，系统接地故障信号消失，则被断开的线找故障点所在线路。如断开某条线路时，系统接地故障信号消失，则被断开的线 路就是发生接地故障的线路。找到故障线路后，就可以采取措施进行处理，如转路就是发生接地故障的线路。找到故障线路后，就可以采取措施进行处理，如转 移故障线路负荷，以便停电检查。移故障线路负荷，以便停电检查。 在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在 ，开口三角形处会有不平衡电压输出。所以，过电压继电器的动作电压应躲

54、过这，开口三角形处会有不平衡电压输出。所以，过电压继电器的动作电压应躲过这 一不平衡电压，一般整定为一不平衡电压，一般整定为 。 3 15V 2. 零序电流保护零序电流保护 利用单相接地时，故障线路零序电流大于非故障线路零序电流利用单相接地时，故障线路零序电流大于非故障线路零序电流 的特点，区分故障元件和非故障元件，构成有选择性的零序电流保的特点，区分故障元件和非故障元件，构成有选择性的零序电流保 护，并根据需要可发出预告信号或作用于故障线路上的断路器跳闸护，并根据需要可发出预告信号或作用于故障线路上的断路器跳闸 。 对于架空线路，采用零序电流过滤器的接线方式，即将继电器对于架空线路，采用零序

55、电流过滤器的接线方式，即将继电器 接在完全星形接线的中线上，如图所示。接在完全星形接线的中线上，如图所示。 )3( 0,TAunbrelrop KIIKI 对于电缆线路，采用零序电流互感器的接线方式，如图所示对于电缆线路，采用零序电流互感器的接线方式，如图所示。 保护的灵敏系数按被保护线路发生单相接地短路时，流过保护的保护的灵敏系数按被保护线路发生单相接地短路时，流过保护的 最小零序电流来最小零序电流来 校验由于流经故障线路的零序电流为全网络中非校验由于流经故障线路的零序电流为全网络中非 故障线路的电容电流之和，所以灵敏系数为故障线路的电容电流之和，所以灵敏系数为 TArelrop KIKI

56、0, 3 rop TA s I K I K , 0 min. ) 3 ( 0 00 0 00 , 0 min. 3 )(3 ) 3 ( CK CC EwCK ECCw I K I K relphrel ph rop TA s 在实用计算中，用经验公式在实用计算中，用经验公式 对电缆线路：对电缆线路： 对架空线路：对架空线路： 流过故障点的零序电流为：流过故障点的零序电流为： 根据规程规定：根据规程规定： 采用零序电流互感器：采用零序电流互感器： 采用零序电流滤过器：采用零序电流滤过器： A lU I N 350 35 3 1 0 A lU I N 350 3 2 0 A llU I N 350

57、 )35( 3 21 0 25.1 min, s K 5 . 1 min, s K 3. 零序功率方向保护零序功率方向保护 利用故障线路与非故障线路零序电流方向不同的特点，可以构成有选择利用故障线路与非故障线路零序电流方向不同的特点，可以构成有选择 性的零序功率方向保护，动作于信号或跳闸。当网络出线较少时，非故障线性的零序功率方向保护，动作于信号或跳闸。当网络出线较少时，非故障线 路零序电流与故障线路零序电流差别可能不大，采用零序电流保护灵敏度很路零序电流与故障线路零序电流差别可能不大，采用零序电流保护灵敏度很 难满足要求，则可采用零序方向保护。难满足要求，则可采用零序方向保护。 因为中性点不

58、接地电网发生单相接地时，非故障线路零序电流超前零序因为中性点不接地电网发生单相接地时，非故障线路零序电流超前零序 电压电压90，故障线路零序电流滞后零序电压，故障线路零序电流滞后零序电压90，所以，采用零序方向继电，所以，采用零序方向继电 器可以明显区分故障线路与非故障线路。零序方向保护的原理接线如图器可以明显区分故障线路与非故障线路。零序方向保护的原理接线如图(a)所所 示，零序功率方向继电器的最大灵敏角为示，零序功率方向继电器的最大灵敏角为 90，采用正极性接入方式，采用正极性接入方式 接入接入 和和 。以电压为参考量，给出。以电压为参考量，给出 的动作区如图的动作区如图(b)所示。动所示

59、。动 作方程为；作方程为； sen 0 3U 0 3I 0sin rrrI U 三、中性点经消弧线圈接地电网的单相接地保护三、中性点经消弧线圈接地电网的单相接地保护 由图由图5-17可知，当可知，当 A相发生接地故障时，通过故障点的电流等于系统总的电相发生接地故障时，通过故障点的电流等于系统总的电 容电流，其值为容电流，其值为 ,所以，接地点的电流所以，接地点的电流 与与 成正成正 比。在系统电压等级一定的情况下，系统越大，比。在系统电压等级一定的情况下，系统越大， 就越大，则就越大，则 也越大。当也越大。当 达到一定值时，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相对地达到一定值时，

60、就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相对地 电压进一步升高，造成绝缘损坏，形成两点或多点接地短路，以致发展为停电事电压进一步升高，造成绝缘损坏，形成两点或多点接地短路，以致发展为停电事 故。故。 为解决这一问题，可在电源中性点接一电感为解决这一问题，可在电源中性点接一电感 ，如图所示。当线路的，如图所示。当线路的A相接相接 地时，通过电感地时，通过电感 L的电流为的电流为 其电流与电压之间的相位关系如图所示。此时通过故障点的电流为其电流与电压之间的相位关系如图所示。此时通过故障点的电流为 由式可知，选择适当大小的电感由式可知，选择适当大小的电感 ，可以使单相接地时，流经故障点的电