第四章电网的电流保护与方向第四、五节

1、在中性点非直接接地电网在中性点非直接接地电网(又称小接地电流系统又称小接地电流系统)中发生中发生单相接地时，单相接地时，在一般情况下都允许再继续在一般情况下都允许再继续运行运行12小时，小时，而不必立即跳闸。而不必立即跳闸。在单相接地以后，其他两相的对地电压要升高在单相接地以后，其他两相的对地电压要升高 倍。倍。应及时发出信号。应及时发出信号。3在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，信号，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动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。作于跳闸。 引言引言 两相接地故障时，相间短路

2、保护将动作于跳闸切除故障两相接地故障时，相间短路保护将动作于跳闸切除故障线路。线路。BDUCDU一、中性点不接地系统中单相接地故障的特点一、中性点不接地系统中单相接地故障的特点 2.2.简单网络单相接地简单网络单相接地 BICIBICIDIAEBECE0kUBICIBIDI故障故障相对地电压变为零，对地电容被短接，其它两相的对相对地电压变为零，对地电容被短接，其它两相的对地电压升高地电压升高 倍，对地电容电流也相应地增大倍，对地电容电流也相应地增大 倍。倍。 331.正常正常情况情况 三相对地有相同的电容三相对地有相同的电容C0，在相电压的作用下，每相在相电压的作用下，每相都有一超前于都有一超

3、前于相电压相电压900的电容电流的电容电流流入地中，而三相电流入地中，而三相电流之和等于零。流之和等于零。 在在A相接地以后，各相对地的电压为相接地以后，各相对地的电压为 150150330jAACDCjAABDBDAeEEEUeEEEUU故障点故障点k的的零序电压为零序电压为 ADCDBDAkEUUUU=)+(31=0非故障相流向故障点的电容电流为非故障相流向故障点的电容电流为 00CjUICjUIDCCDBB有效值有效值 03CUIICB从接地点流回的电流从接地点流回的电流 CBDIII033CUIIBD有效值有效值 即为正常运行时，三相对地电容电流即为正常运行时，三相对地电容电流的算术和

4、的算术和 DBUDCUAEBECE0kUBICIBIDI15001500线线路路线线路路3.3.网络中有网络中有发电机发电机(F)和多和多条线路存在条线路存在 BGICGIBICIBICIDI(1) (1) 非故障的非故障的线路线路I始端感受电流始端感受电流CBIII03有效值有效值 0033CUIB相和相和C相中相中分别流出同名相的对分别流出同名相的对地电容电流地电容电流 有它本身对地有它本身对地电容电流电容电流 和和BGICGICGBGGIII+=30有效值有效值GGCUI003=3（2）发电机发电机FA相中流回的全部电容电流相中流回的全部电容电流(3) 故障线路故障线路 在在B相和相和C

5、相上，流有它本身的电容电流相上，流有它本身的电容电流 和和 ， 在接地点流回全系统在接地点流回全系统B相和相和C相对地电容电流相对地电容电流之总和。之总和。BICI)+(+)+(+)+(=CGBGCBCBDIIIIIII有效值有效值 00003=)+(3=CUCCCUIGD从从A相流出的电流相流出的电流 ，在线路，在线路始端流过的零序始端流过的零序电流为电流为DAII)+(=+=30CGBGCBCBAIIIIIIII有效值有效值 )(33000CCUI结论：结论：由故障线路流向母线的零序电流，等于全系统非由故障线路流向母线的零序电流，等于全系统非故障元件对地电容电流之总和故障元件对地电容电流之

6、总和，其，其电容性无功功率的方向电容性无功功率的方向为由线路流向母线为由线路流向母线，与非故障线路上的相反。，与非故障线路上的相反。 线线路路线线路路BGICGIBICIBICIDI0IGI0（3）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对）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，电容性无功功率的实际方向为由线地电容电流之总和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。路流向母线。 （2）在非故障的元件上有零序电流，等于本身的对地电）在非故障的元件上有零序电流，等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向由母线流向线路。容电流，电容性无功功率的实际方向由母线流向线路。

7、单相接地时的零序等效网络。单相接地时的零序等效网络。0I0IGI0向量关系向量关系 0kU0I0IGI00I结论结论（1） 在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。 二、中性点不接地电网中单相接地的保护二、中性点不接地电网中单相接地的保护 1绝缘监视装置 U0+U03.U0延时动作于信号延时动作于信号 特点：特点：单相接地单相接地U0发信号发信号无选择性无选择性故障选线麻烦故障选线麻烦延时延时信号信号2 2零序电流保护零序电流保护 利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于

8、跳闸。现有选择性地发出信号或动作于跳闸。 需安装零序电流互感器；需安装零序电流互感器； 动作电流的整定动作电流的整定保护装置的起动电流保护装置的起动电流 应大于本线路的电容电流应大于本线路的电容电流 actI03=CUKIrelact0000=3)(3=CKCCCUKCCUKrelrelsen动作电流故障线路零序电流校验时应校验时应采用系统最小运行方式采用系统最小运行方式时的电容电流。时的电容电流。 灵敏性校验：灵敏性校验：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功率方向不同的特点利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。来实

9、现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。 适用范围：适用于零序电流保护不能满足灵敏系数的适用范围：适用于零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络中。要求时和接线复杂的网络中。 其它保护方法：可利用中性点非直接接地电网中单相其它保护方法：可利用中性点非直接接地电网中单相接地故障时产生的高次谐波或故障过渡过程的某些特点来接地故障时产生的高次谐波或故障过渡过程的某些特点来实现保护。实现保护。 零序功率（电流）方向保护原理框图零序功率（电流）方向保护原理框图一、中性点经消弧线圈接地系统中中单相接地故障的特点一、中性点经消弧线圈接地系统中中单相接地故障的特点1.单相接地故障单相接地故障的稳态分析

10、的稳态分析若若IC0大大UA-D弧光过电压弧光过电压绝缘损坏绝缘损坏两点或多点两点或多点的接地短路的接地短路中性点不接地电网中单相接地时中性点不接地电网中单相接地时解决的办法：在中性点接入一个电感线圈解决的办法：在中性点接入一个电感线圈消弧线圈消弧线圈。 线路线路LBGICGIBICIBICILI00I从接地点流回的总电流为从接地点流回的总电流为 CLDIIILjEIAL其中，其中，消弧线圈的电流消弧线圈的电流 0I0IGI0LI00I2266kV电网电网10A。 ID零序等效网络零序等效网络应装没消弧线圈网络：应装没消弧线圈网络：36kV电网电网30A；10kV电网电网20A；当当L断开时断

11、开时CLIICL31 三种补偿方式三种补偿方式 CBACCBBAACBACCBBAANCCCCECECECjCjCjCjECjECjEU0ULj3Cj13（1）完全补偿）完全补偿00I抑制弧光抑制弧光串联谐振的条件串联谐振的条件正常时，若正常时，若CACBCC电源中性点对地产生电压偏移电源中性点对地产生电压偏移但是但是 断路器合闸三相触头不同时闭断路器合闸三相触头不同时闭合时，将短时出现数值更大的零合时，将短时出现数值更大的零序电压序电压U0实际上不能采用这种方式。实际上不能采用这种方式。CLIICLII过补偿度：过补偿度：大于大于 的程度的程度 LICICCLIIIP一般选择过补偿度一般选择

12、过补偿度P510，而不大于而不大于10。 （2）欠补偿）欠补偿ID仍为容性电流仍为容性电流当系统运行方式变化时，例如某个元件被切除或因当系统运行方式变化时，例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸发生故障而跳闸ICCLII谐振过电压谐振过电压不采用不采用（3）过补偿）过补偿电流为电感性电流为电感性实际中广泛应实际中广泛应用用无谐振过电压无谐振过电压 结论结论 （1）当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线）当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线路的零序电流都是本身的电容电流，电容性无功功率的实路的零序电流都是本身的电容电流，电容性无功功率的实际方向都是由母线流向线路，因此，利用稳态零序电

13、流的际方向都是由母线流向线路，因此，利用稳态零序电流的大小和功率方向都无法判断出哪一条线路上发生了故障。大小和功率方向都无法判断出哪一条线路上发生了故障。 （2）当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流将）当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，而电容性无功功率的实际方向仍然大于本身的电容电流，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线流向线路，和非故障线路的方向一样，因此，首是由母线流向线路，和非故障线路的方向一样，因此，首先就无法利用功率方向的差别来判别故障线路，其次由于先就无法利用功率方向的差别来判别故障线路，其次由于过补偿度不大，因此，也很难象中性点不接地电网那样

14、，过补偿度不大，因此，也很难象中性点不接地电网那样，利用零序电流大小的不同来找出故障线路。利用零序电流大小的不同来找出故障线路。 实际电力系统所接回路数会发生变化，会使全系统对地实际电力系统所接回路数会发生变化，会使全系统对地电容电流发生变化，可采用可变消弧线圈自动跟踪补偿。电容电流发生变化，可采用可变消弧线圈自动跟踪补偿。 2.单相接地故障的暂态分析单相接地故障的暂态分析 当发生单相接地故障时，接地电容电流的暂态分量可当发生单相接地故障时，接地电容电流的暂态分量可能比稳态值大很多倍。能比稳态值大很多倍。暂态电流分布图暂态电流分布图 通常，由电网中绝缘通常，由电网中绝缘被击穿而引起的单相接地被

15、击穿而引起的单相接地故障，常发生在相电压接故障，常发生在相电压接近最大值的瞬间，所以暂近最大值的瞬间，所以暂态电容电流由图中两部分态电容电流由图中两部分电流组成。电流组成。（1）由故障相电压突然）由故障相电压突然降低引起的放电电流。降低引起的放电电流。特点特点母线流向故障点母线流向故障点衰减速度快衰减速度快振荡频率高振荡频率高 （2）由非故障相电压突然升高引起的充电电流。）由非故障相电压突然升高引起的充电电流。特点特点通过电源成回路通过电源成回路衰减速度慢衰减速度慢振荡频率较低振荡频率较低暂态电流波形暂态电流波形 电感电流电感电流滞后于电压滞后于电压900，其最大值应出现在故障发，其最大值应出

16、现在故障发生在电压过零的瞬间。当故障发生在相电压最大值生在电压过零的瞬间。当故障发生在相电压最大值时时 ,此时暂态电容电流比暂态电感电流大得多。此时暂态电容电流比暂态电感电流大得多。电感电流与电容电流电感电流与电容电流0Li 所以在同一系统中，不论中性点不接地或是经消弧线所以在同一系统中，不论中性点不接地或是经消弧线圈接地，在圈接地，在相电压接近于最大值时发生故障的瞬间，其过相电压接近于最大值时发生故障的瞬间，其过渡过程是近似相同的。渡过程是近似相同的。R、L、C：网络的分布参数网络的分布参数Lk ：消弧线圈的集中电感：消弧线圈的集中电感LLk不影响电容电流分量的不影响电容电流分量的计算，可以忽略。计算，可以忽略。 电阻电阻R包括导线的电阻、大地的电阻以及故障点的过包括导线的电阻、大地的电阻以及故障点的过渡电阻。渡电阻。 在忽略在忽略Lk以后，对暂态电容电