第三章电网接地故障的零序保护

1、第三章 电网接地故障的零序保护3 3 电网接地故障的零序保护3-1 3-1 中性点接地方式及特点 1、中性点接地方式 2、单相接地故障时，不同中性点接地方式的特点 (1)中性点不接地系统 *无短路回路，无Id，只有经等效对地C形成的大容抗回路，故障点只有较小的IC，允许系统继续运行12h，保护不需跳闸，因此供电可靠性相对较高。 *故障相对地电压降低，但非故障相对地电压升高（若为金属性接地故障，非故障相对地电压将由正常时的相电压升高为线电压），因此对系统中设备的对地绝缘要求高。经高阻接地经消弧线圈接地不接地非直接接地直接接地(2)中性点直接接地系统 *有短路回路，有很大的Id，不允许系统继续运行

2、，保护必须立即切除故障，供电可靠性相对较低。 *由于中性点对地电压被钳制为0，则各相对地电压不会超过相电压(或超过不多)，因此系统中设备的对地绝缘要求不高。3、不同中性点接地方式的应用特点由于110kV以上系统，其设备费用将随着对地绝缘要求的提高而大幅增加，因此我国规定110kV及以上系统采用中性点直接接地系统（其供电可靠性可通过其他措施来保证，例如采用双回线供电、环网供电等）； 110kV以下系统采用中性点非直接接地系统（不接地系统） 。当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，若故障点对地电容电流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，则可在中性点增设消弧线（或高阻）来降低IC 。3-2 中

3、性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护 一、电网中发生接地短路时零序分量的特点 规定正方向：零序电流：母线线路； 零序电压：线路高于大地）(1)故障点零序电压最高， 距故障点越远，零序电压越低；零序电流分布取决于零序网。(2) 某点零序电压U0取决于该点至接地中性点的零序阻抗， 零序电流I0超前零序电压U0：(180-d0)， 零序功率实际方向：线路母线（与正序相反）。(3)零序分量受系统运行方式变化的影响小（零序网基本不变）20001000) () (TBTAZIUZIU；二、零序过滤器 1、零序电压过滤器:系统正常及相间短路时：2、零序电流过滤器系统正常及相间短路时：cbaUUUU

4、03三次谐波影响误差影响不平衡电压TVUUUUUbpcba|3|0cbaIIII03不平衡电流bpcbaJIIIIII|30三、零序电流速断保护（零序电流I段）1、动作电流整定原则：(1) 躲开下条线路出口 处(即本线末端)接地短路时, 本保护所测的最大零序电流： IIdzKkI3Id0.bm.max （KkI：取1.21.3）(2) 躲开QF三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流： IIdzKkI3I0.btq 若保护动作时限ttQF，可不考虑此条件(例如在手动合闸或自动重合闸时，使保护带0.1s的小延时)(3) 当线路具有单相重合闸ZCH时（例如220kV及以上线路），躲开非全相运行状态下

5、系统又发生振荡时所出现的最大零序电流： IIdzKkI3I0.fqx （其值较大Klm） 对具有单相ZCH的线路可设置两个零序电流I段： * 灵敏I段：按条件(1)或(2)整定 （动作值小，灵敏度高） * 不灵敏I段：按条件(3)整定 （动作值大，灵敏度低） 系统全相运行时： 灵敏I段起作用 （单相故障时保护首次动作由灵敏I段切除）。 系统非全相运行时（保护已首次动作跳开故障相QF）： 灵敏I段退出（即被闭锁），不灵敏I段起作用 （若ZCH重合于永久故障上，保护由不灵敏I段再次切除；若不灵敏I段动不了，则只能由带延时的II段或后备保护切除）2、保护范围： 零序电流I段也不能保护本线路全长， 但

6、保护范围比相间短路电流I段大3、动作时限：tI0s相差小，曲线曲线大，曲线陡minmax0Z四、零序电流限时速断保护（零序电流II段）1、整定原则：与下条线路的零序电流I段配合。 动作电流整定：躲开下条线路零序电流I段保护范围末端接地短路时（即流过下条线路的零序电流刚好为其零序电流I段整定值时）流过本保护的最大零序电流。IIIdz.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2 /Kfz.min KkII：取1.11.2； 分支系数Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。动作时限：tII1tI2+tt0.5s 2、校验灵敏度： 要求：Klm1.5 （3I

7、d0.bm.min：本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流） 若Klm不满足要求，采用以下方式解决： (1)本线路零序电流II段与下条线路的零序电流II段相配合： IIIdz.1KkIIIIIdz.2 /Kfz.min ； tII1tII2+t2t1.0s(2)保留0.5s的零序II段，并增加按(1)整定的零序电流II段(3)改用接地距离保护 dzIIbmdlmIIKmin. 03五、零序过电流保护（零序电流III段）1、整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时所测的最大不平衡电流： IIIIdzKkIII3I0.bp.max 实际整定：应考虑满足各级线路灵敏系数按逐级配合的原则，即本保护零序

8、电流III段的保护范围不超出下条线路零序电流III段的保护范围，即本线路零序电流III段与下条线路的零序电流III段配合： IIIIdz.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2） 动作时限按“阶梯原则”配合. （保证各级线路保护的动作选择性） 由于零序电流不会穿越Y/接线的变压器T，因此安装在受端T上的零序电流III段保护可以瞬动，即零序电流III段是以受端T为时限配合起点（相间短路电流III段是以整个电网终端负荷支路为时限配合起点）。 零序网范围 正序网范围 零序电流III段动作时限 IIdz.3 ,保护3的I段会误动 若 tIII2 tIII3， 保护3的I

9、II段会误动 d2短路：若 IIdz.3 IIdz.2 ,保护2的I段会误动 若 tIII3 tIII2， 保护2的III段会误动 为防止误动，在可能误动的保护上增设零序功率方向元件GJ0 （规定保护正方向：安装处母线被保护线路） 通常加入GJ0的 以高于大地为正极性； 以母线线路为正极性。03I03U 保护正方向接地短路时： 超前 ：(180-d0) 则GJ0的最灵敏角应为：lm=(180-d0) 例如d0=70，则lm取为110 （LG-11整流型GJ0：其lm只能设为锐角，此时取lm=d0，为确保正方向接地短路时正确动作，只需将加入GJ0的 或 任意一个反极性接入即可） 保护越靠近接地短

10、路点，3U0越大， 则零序电流保护的GJGJ0 0不存在死区。03U03I03U03I 若保护越远离接地短路点，3U0、3I0， 则对于长线路，零序电流保护的GJ0需校验Klm： 近后备：Klm 要求：Klm 2 远后备：Klm 要求：Klm 1.5 （Sdz.0：GJ0的启动功率） 2、三段式方向性 零序电流保护的 原理接线： 0 .min00)33(dzbmSIU 0 .min00)33(dzxmSIU 七、对零序电流保护的评价1、优点： (1) 相间短路的电流III段：IIIIdz Ifh.max (大) 零序电流III段： IIIIdz Ibp.max (小) 故：零序电流III段Kl

11、m 零序网 正序网 零序电流III段的t III (2) 零序电流I段及零序电流II段受系统运行方式影响小，较稳定，且保护范围，Klm （3Id0曲线陡；曲线max与曲线min相差小） (3) 零序电流保护不受过负荷及系统振荡的影响 2、尚有不足： (1) 对短线路或运行方式变化很大的情况，往往不能满足系统运行要求。 (2) 由于单相重合闸的使用将出现非全相运行，再考虑系统两侧电机发生摇摆，则可能出现较大零序电流，影响零序电流保护的正确工作。 (3) 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级网络时，任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，使零序电流保护的整定配合复杂化。 3-3 3-3 中

12、性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点 以线路II上A相金属性接地故障为例(忽略线路上阻抗压降) 1、零序电压： ACCDABBDADEEUEEUU 0AACABCDBDADCBAEEEEEUUUUEEE3300则：又：2、零序电流： 各元件对地电容电流：各元件出口处所 测零序电流：* 非故障元件： * 故障元件：（C：系统所有元件对地电容的总和） 003)(3UCjUUUCjIIIIICDBDADICIBIAII0033UCjIIIII0033UCjITT000333UCjIIIII000333UCjIITTT000003)(3)(

13、)33(3UCCjUCCjIIIIITITIII3、结论：(1)系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 (2)流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 方向：母线 元件（ ：90） (3)流过故障元件的零序电流等于全系统所有非故障元件对地电容电流的总和。 方向：元件 母线（ ：90）二、中性点不接地电网中单相接地的保护 1、绝缘监视装置 (1)系统正常及相间短路时： UJUbp Udz.J 装置延时动作于发信号。 * 此装置可确定故障相别， （UA0，UBUC EX ）* 但无法确定故障线路，无选择性。 需由运行人员手动依次短时拉开各线路QF加以判断（或按接地检查按钮，短时跳开Q

14、F，再由重合闸重合），若接地信号短时消失，则接地故障点位于本线路上。（适用于要求不高，且出线少的变电所） 32、零序电流保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路时：3I00 其他线路单相接地时：3I0Cb3EX (小) 本线路单相接地时：3I0(CCb)3EX (大) 保护整定动作电流：IdzKKCb3EX 灵敏系数： (出线越少CKlm)3、零序功率方向保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路：3U00 3I00 GJ0不动 单相接地时的非故障元件： ：90GJ0不动 单相接地时的故障元件： ：90 GJ0动作 保护中只有方向元件GJ0，无电流启动元件LJKlm bKbXbKXblmCKCC

15、ECKECCK)(33)(min.min.0033IU超前0033IU超前三、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点 1、零序电压：同中性点不接地电网 系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压2、零序电流： 消弧线圈L的作用：降低单相接地时故障点的接地电流。 故障点总电流： )13(3000. 0LCUjLjUUCjIIILCdAEU330三种补偿方式： 完全补偿：3C=1/(L) IC.=IL Id0.0 但是在系统正常运行时，若线路三相对地电容不对称或断路器三相触头不同时闭合将出现一个零序分量电压源串在回路中串联谐振很大的谐振电流 中性点过电压。 故不能采用完全补偿。 欠补偿：3

16、C1/(L) IC.IL 当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）C 3C=1/(L) 谐振过电压，不宜采用。 过补偿：3C1/(L)IC.IL ,相当于L不起作用（同中性点不接地电网）。 因此，可构成反映高次谐波（一般为5次）的零序电流及零序方向保护。 高次谐波接地保护的不足： 谐波分量较小，不易测量； 谐波分量大小与许多因素有关，不易确定，使整定困难； 出线较少时，Klm低。 (3)反映暂态电流的保护 设线路II上A相接地： 暂态过程中：* 消弧线圈中iL0 (电感中电流不能突变) * A相对地电容直接放电，放电电流不经电源，回路中阻抗小，时间常数小，放电电流振荡频率高（几千Hz），衰减快。* B、C相对地电容经电源回路充电。充电电流经过电源