电网电流保护第6讲

1、 工程背景工程背景u为了降低绝缘成本，限制过电压，为了降低绝缘成本，限制过电压，我国我国110kV及以上电及以上电压等级电网普遍采用中性点直接接地方式。压等级电网普遍采用中性点直接接地方式。u单相接地故障是最常见的故障类型，约占单相接地故障是最常见的故障类型，约占85%以上。以上。u在中性点直接接地系统（又称大接地电流系统）发生接在中性点直接接地系统（又称大接地电流系统）发生接地故障时，地故障时，电流保护也能起到保护作用，但其灵敏度往往电流保护也能起到保护作用，但其灵敏度往往不足。不足。u因此需寻找更为合适的保护方式。因此需寻找更为合适的保护方式。 （一）接地故障特征（保护判据的基础）（一）接

2、地故障特征（保护判据的基础）出现较大出现较大零序分量零序分量 系统正常运行时，电网中仅存在正序分量电流电压和系统正常运行时，电网中仅存在正序分量电流电压和较小的负序分量（由于负荷及网络不平衡引起）较小的负序分量（由于负荷及网络不平衡引起） 显然利用零序分量构成接地故障保护具有更高的灵敏显然利用零序分量构成接地故障保护具有更高的灵敏度度 （一）故障特征（保护判据的基础）（一）故障特征（保护判据的基础）零序分量特点：零序分量特点：电网中所有电源均为正序，因而电网中所有电源均为正序，因而零序网为无源网络。零序网为无源网络。 （一）故障特征（保护判据的基础）（一）故障特征（保护判据的基础）零序电压分布

3、特点：零序电压分布特点：u 零序电源在故障点，零序分量的分布取决于故障点零序电源在故障点，零序分量的分布取决于故障点位置和变压器接地中性点位置。位置和变压器接地中性点位置。u 故障点的零序电压最高，零序电压从故障点的最大故障点的零序电压最高，零序电压从故障点的最大值沿零序网逐步降低，至中性点降为零。值沿零序网逐步降低，至中性点降为零。 零序电压的正方向：零序电压的正方向：规定线路高于大地的电规定线路高于大地的电压为正压为正 （一）故障特征（保护判据的基础）（一）故障特征（保护判据的基础） 零序电流分布特点：零序电流分布特点：u 零序电流分布主要取决于输电线路的零序阻抗和中零序电流分布主要取决于

4、输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。无关。u 零序电流是由零序电压产生的，由故障点经由线路零序电流是由零序电压产生的，由故障点经由线路流向大地。流向大地。 零序电流的正方向：零序电流的正方向：规定由母线流向线路为规定由母线流向线路为正正 （一）故障特征（保护判据的基础）（一）故障特征（保护判据的基础）零序功率和方向特点零序功率和方向特点电流电压参考方向的选取同电流保护。电流电压参考方向的选取同电流保护。u 正向故障：零序电压滞后电流正向故障：零序电压滞后电流u 反向故障：零序电压超前电流反向故障：零序电压超前电

5、流为系统零序阻抗角，通常为系统零序阻抗角，通常80 850180k0k 0k （一）故障特征（保护判据的基础）（一）故障特征（保护判据的基础）零序功率和方向特点零序功率和方向特点 （一）零序电压的获取（一）零序电压的获取数字式继电器采集三相电压，按零序电压定义得到数字式继电器采集三相电压，按零序电压定义得到 )()()()(30kukukukucba+=特点：特点：u无需专用的零序电压通道无需专用的零序电压通道u一般不存在极性错误问题一般不存在极性错误问题u要考虑不平衡输出对保护的影响要考虑不平衡输出对保护的影响 （一）零序电压获取方法（一）零序电压获取方法模拟式方法模拟式方法 （c c）接于

6、发电机中性点的电压互感器( (d d) )）保护装置内部合成零序电压图239 取得零序电压的接线图（a a）用三个单相式电压互感器n nm m( (b b) )用三相五柱式互感器m mn nm mn n03UB BC CA AaUbUcUA AB BC Ca b c加法器aUbUcU （一）零序电压获取方法（一）零序电压获取方法零序电压互感器的不平衡输出零序电压互感器的不平衡输出 ：电压互感器的误差以及：电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡三相系统对地不完全平衡三次谐波问题：三次谐波问题：三次谐波电压同相位，若系统中存在三次三次谐波电压同相位，若系统中存在三次谐波分量，则零序电压互感器的

7、输出端也有三次谐波电压谐波分量，则零序电压互感器的输出端也有三次谐波电压输出。输出。 unbU （二）零序电流的获取（二）零序电流的获取数字式继电器采集三相电流，按零序电流定义得到数字式继电器采集三相电流，按零序电流定义得到 )()()()(30kikikikicba+=特点：特点：u无需专用的零序电流通道无需专用的零序电流通道u一般不存在极性错误问题一般不存在极性错误问题u要考虑不平衡输出对保护的影响要考虑不平衡输出对保护的影响 （二）零序电流获取方法（二）零序电流获取方法模拟式方法之一模拟式方法之一零序电流过滤器零序电流过滤器: 不需要采用专门的一组电流互感器，而是接入相间保护用不需要采用

8、专门的一组电流互感器，而是接入相间保护用的电流互感器的中性线上的电流互感器的中性线上 图240 零序电流过滤器图241 电流互感器的等效电路(a)(b)等效电路TA.0I原理接线aIbIcICIBIAI.rI.AI.BI.CI1I2I.I（二）零序电流获取方法（二）零序电流获取方法模拟式方法之一模拟式方法之一 图240 零序电流过滤器图241 电流互感器的等效电路(a)(b)等效电路TA.0I原理接线aIbIcICIBIAI.rI.AI.BI.CI1I2I.I（二）零序电流获取方法（二）零序电流获取方法模拟式方法之一模拟式方法之一 （二）零序电流获取方法（二）零序电流获取方法模拟式方法之二模拟

9、式方法之二零序电流互感器：用于电缆引出的输电线路，套在零序电流互感器：用于电缆引出的输电线路，套在 三相电缆的外面。三相电缆的外面。 互感器的一次电流就是互感器的一次电流就是 A A B B C C电电缆缆图242 零序电流互感器接线示意图TAN03I优点：优点：没有不平衡电流，接线没有不平衡电流，接线简单简单abc+III （三）零序电流电压接线应注意的问题（三）零序电流电压接线应注意的问题u 接线极性问题，对方向元件影响很大接线极性问题，对方向元件影响很大u 不平衡输出问题，在整定中予以考虑不平衡输出问题，在整定中予以考虑 在中性点直接接地的高压电网中，零序保护作为在中性点直接接地的高压电

10、网中，零序保护作为辅助保护辅助保护和后备保护。和后备保护。 零序电流保护同电流保护类似，不能严格区分区内末端和零序电流保护同电流保护类似，不能严格区分区内末端和下一级线路出口故障，从选择性和速动性的要求出发，下一级线路出口故障，从选择性和速动性的要求出发，其其整定配合也采用阶段式配合方法，一般也按三段设置。整定配合也采用阶段式配合方法，一般也按三段设置。 （一）零序（一）零序I段的整定段的整定其作用相当于电流速断，保护范围不应超出本线路。其作用相当于电流速断，保护范围不应超出本线路。针对可能出现零序电流的各种情况，整定原则通常针对可能出现零序电流的各种情况，整定原则通常考虑以下两种情况：考虑以

11、下两种情况：（1）躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时）躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时最大零序电流。最大零序电流。（实际整定时不仅要考虑运行方式的（实际整定时不仅要考虑运行方式的变化，还要考虑故障类型的变化）变化，还要考虑故障类型的变化）（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流大零序电流 0.max3IIsetrelIKI03setrelunbIKI （一）零序（一）零序I段的整定段的整定作用相当于电流速断，保护范围不应超出本线路。作用相当于电流速断，保护范围不应超出本线路。一般取一般取整定值应选择两者中较大的一个。整定值应选择两

12、者中较大的一个。如果保护动作时间大于断路器不同期合闸时间，或零序如果保护动作时间大于断路器不同期合闸时间，或零序I段段经小延时（约经小延时（约0.1s）动作，则可以不考虑条件）动作，则可以不考虑条件2。 1.2 1.3IrelK （一）零序（一）零序I段的整定段的整定 非全相运行问题：非全相运行问题：对于高压线路通常采用分相操作的断对于高压线路通常采用分相操作的断路器，单相接地故障时，跳开单相，此时系统会出现短时路器，单相接地故障时，跳开单相，此时系统会出现短时的非全相运行情况。的非全相运行情况。 非全相运行相当于纵向断线故障，对保护而言属不正常非全相运行相当于纵向断线故障，对保护而言属不正常

13、运行状态，所以运行状态，所以 （3）当线路上采用单相自动重合闸时，按能躲开在非全）当线路上采用单相自动重合闸时，按能躲开在非全相运行状态下又发生系统震荡时所出现的最大零序电流整相运行状态下又发生系统震荡时所出现的最大零序电流整定。定。 但按此条件整定，定值较高，灵敏度往往不足。但按此条件整定，定值较高，灵敏度往往不足。 （一）零序（一）零序I段的整定段的整定 解决方案：设置灵敏解决方案：设置灵敏I段和不灵敏段和不灵敏I段两段保护，其配段两段保护，其配合关系如下：合关系如下： 灵敏灵敏I段（低定值段（低定值I段）：按条件段）：按条件1或条件或条件2整定，全相整定，全相运行时投入，对全相运行状态下

14、的接地故障起保护作用；运行时投入，对全相运行状态下的接地故障起保护作用；非全相运行时退出或闭锁。非全相运行时退出或闭锁。 不灵敏不灵敏I段（高定值段（高定值I段）：按条件段）：按条件3整定，全程投入，整定，全程投入，主要用于在单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障主要用于在单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障时的保护。时的保护。 灵敏度校验：不小于灵敏度校验：不小于30% （二）零序（二）零序II段的整定段的整定零序零序II段的作用相当于限时电流速断段的作用相当于限时电流速断整定原则整定原则u 首先首先与下一级线路的零序与下一级线路的零序I段保护范围的末端配合，段保护范围的末端配合，并高

15、出一个动作时限的级差并高出一个动作时限的级差u 整定应考虑分支线路的影响，选取整定应考虑分支线路的影响，选取最小的零序分支最小的零序分支系数整定。系数整定。 t210.relsetsetbKIIK （二）零序（二）零序II段的整定段的整定零序网络的分支，取决于接地变压器的运行方式零序网络的分支，取决于接地变压器的运行方式 （二）零序（二）零序II段的整定段的整定最小的零序分支系数的确定。最小的零序分支系数的确定。对于零序网络，分支线路情况取决于接地变压器的对于零序网络，分支线路情况取决于接地变压器的运行情况。一般而言，变压器按运行情况。一般而言，变压器按N-1方式考虑；线路按方式考虑；线路按N

16、-2方式考虑。方式考虑。确定整定值时，用最小分支系数；确定整定值时，用最小分支系数； 校验灵敏度时，用最大分支系数。校验灵敏度时，用最大分支系数。分支系数的计算占保护定值计算中很大的工作量。分支系数的计算占保护定值计算中很大的工作量。 （二）零序（二）零序II段的整定段的整定 灵敏度校验：灵敏度校验： 按本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验。按本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验。 要求要求 1.5IIsenK （三）零序（三）零序III段的整定段的整定零序零序III段作用相当于过电流保护。在一般情况下作段作用相当于过电流保护。在一般情况下作为后备保护，但在中性点直接接地系统的终端线路

17、（零序为后备保护，但在中性点直接接地系统的终端线路（零序网在其后开路）可以作为主保护。网在其后开路）可以作为主保护。 整定原则整定原则原则一：原则一：躲开下级线路出口处相间短路时所出现的躲开下级线路出口处相间短路时所出现的最大零序不平衡电流最大零序不平衡电流 0.max3IIIIIIsetrelunbIKI （三）零序（三）零序III段的整定段的整定 整定原则整定原则 原则二：原则二：考虑各保护间灵敏度的配合，考虑各保护间灵敏度的配合， 按按逐级配合的逐级配合的原则原则考虑，即本级线路的零序考虑，即本级线路的零序III段不能超出相邻线路的零段不能超出相邻线路的零序序III段的保护范围。当考虑分支电路时，段的保护范围。当考虑分支电路时， 按下式整定：按下式整定：.2.10. .minIIIIIIIIIrelsetsetbKIIK （三）零序（三）零序III段的整定段的整定灵敏度校验：灵敏度校验：通常作为远后备校验，即按相邻元件通常作为远后备校验，即按相邻元件末端发生接地短路时，流过本线路的最小零序电流（末端发生接地短路时，流过本线路的最小零序电流（考虑考虑分支系数为最大的情况分支系数为最大的