零序方向电流保护教学课件

第五节中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

1第五节中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

1当系统中主变压器中性点直接接地时中性点直接接地的电网又称大接地电流系统110kV及以上电网-中性点直接接地60kV及以下电网--中性点不接地或不直接接地2当系统中主变压器中性点直接接地时中性点直接接地的电网又称大接一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布3一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布31.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0=0。

41.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器2.零序电流分布与中性点接地的多少及位置有关大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关52.零序电流53.零序功率短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小

对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反，从线路→母线

63.零序功率短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：74.保护安装处零序电压与电流的相位关系：7二、零序电压、电流滤过器8二、零序电压、电流滤过器81.零序电压滤过器(a)用三个单相式电压互感器91.零序电压滤过器(a)91.零序电压滤过器(b)用三相五柱式电压互感器101.零序电压滤过器(b)1011111.零序电压滤过器(c)用接于发电机中性点的电压互感器(d)内部合成零序电压加法器121.零序电压滤过器(c)(d)加法器122.零序电流滤过器132.零序电流滤过器132.零序电流滤过器优点：不平衡电流小接线简单142.零序电流滤过器优点：14三、零序电流速断保护(I段)15三、零序电流速断保护(I段)15（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max

16（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0ma（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整定值应选其中较大者在按条件(2)整定，定值较大，保护范围较小时在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段带有一个小的延时（约0.1s），这样就无需考虑条件（2）17（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3I（3）当线路上采用单相自动重合闸时按条件(1)、(2)整定，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按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整定，保护范围缩小18（3）当线路上采用单相自动重合闸时按条件(1)、(2)整定（3）当线路上采用单相自动重合闸时设置两个零序I段保护不灵敏I段：按条件3整定灵敏I段：按条件1或2整定19（3）当线路上采用单相自动重合闸时设置两个零序I段保护不灵四、零序电流限时速断保护(II段)20四、零序电流限时速断保护(II段)20与相邻线路零序电流I段配合21与相邻线路零序电流I段配合21灵敏性校验：要求

Ksen≥1.5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22灵敏性校验：要求Ksen≥1.5与相邻线Ⅱ段配合若不五、零序过电流保护(III段)23五、零序过电流保护(III段)23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24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灵敏性校验：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Ksen≥1.5作为远后备时应按下级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Ksen≥1.225灵敏性校验：作为近后备时应按被保护线路末端接地短路时，流过保动作时限零序过电流保护的时限特性相间保护零序保护26动作时限零序过电流保护的时限特性相间保护零序保护26六、方向性零序电流保护27六、方向性零序电流保护27零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护28零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护零序功率方向继电器的接线方式29零序功率方向继电器的接线方式29零序功率方向继电器的接线方式30零序功率方向继电器的接线方式30没有死区灵敏性的校验要求Ksen≥1.5零序功率方向继电器的灵敏性31没有死区要求Ksen≥1.5零序功率方向继电器的灵敏性3七、对零序电流保护的评价32七、对零序电流保护的评价321.零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：331.零序过电流保护的灵敏度高2.受系统运行方式的影响要小3.1.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：341.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.单第六节中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护

35第六节中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护35中性点非直接接地系统(小接地电流系统)中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经电阻接地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36中性点非直接接地系统(小接地电流系统)在小接地电流系统中发生一、中性点不接地电网中单相接地的特点37一、中性点不接地电网中单相接地的特点373838A、B和C三相对地电压为故障点的零序电压39A、B和C三相对地电压为故障点的零序电压39在非故障线路I上各相电流线路始端零序电流有效值40在非故障线路I上各相电流线路始端零序电流有效值40零序电流为线路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在非故障线路I上41零序电流为线路I本身的电容电流在非故障线路I上41发电机出线端的零序电流有效值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42发电机出线端的零序电流有效值零序电流为发电机本身的电容电流在故障线路II上各相电流线路始端零序电流有效值43在故障线路II上各相电流线路始端零序电流有效值43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在故障线路II上44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在特点：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，方向从线路流向母线发生单相接地时，全系统都会出现零序电压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45特点：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5.中性点不接地电网中单相接地的保护（1）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。465.中性点不接地电网中单相接地的保护（1）绝缘监视装置5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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Idz应大于本线路的电容电流，即475.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。灵敏性的校验按下式进行式中3I0∑--本线路单相接地时，非故障线路对地电容电流的总和，应取最小值。要求Klm≥2。485.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。当全网络的电容电流越大（线路越多）或被保护线路的电容电流越小（线路越短）时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。495.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。505.中性点不接地电网中单相接地的保护（3）零序功率方向保护二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地的特点和保护方式

51二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地的特点和保护方式51图4.2单相接地时，电容电流分布图

根据规定，在各级电压网络中，当全系统的电容电流等于或超过下列数值时，都应装设消弧线圈：对于3～6千伏网络----30安；对于10千伏网络----20安；对于22～66千伏网络----10安。52图4.2单相接地时，电容电流分布图根据规定，在各级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。53在中性点接入消弧线圈以后，单相接地时，通过接采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：（1）利用绝缘监视装置。绝缘监视装置的原理接线图和使用方法与中性点不接地系统的绝缘监视装置相同。54采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：（2）利用破坏补偿的方法。在发生接地故障后，利用出现U。的特点，短时将消弧线圈切除，这样就可以根据不接地系统所采用的方式实现有选择性的保护。待保护动作后，再将消弧线圈投入。55采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：（3）短时投入有效电阻的方法。发生单相接地时，在中性点与地之间投入一个有效电阻，使在接地点产生一有效分量电流，再利用余弦型功率方向继电器进行选择故障线路。经一定延时后，再把电阻切除。56采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：此外还有反映五次谐波电流的接地保护和反映暂态零序电流首半波的接地保护。到目前为止，中性点经消弧线圈接地系统的单相接地保护，还没有令人满意的保护方案，有待继电保护工作者进一步研究解决。57采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流第五节中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

58第五节中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

1当系统中主变压器中性点直接接地时中性点直接接地的电网又称大接地电流系统110kV及以上电网-中性点直接接地60kV及以下电网--中性点不接地或不直接接地59当系统中主变压器中性点直接接地时中性点直接接地的电网又称大接一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布60一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布31.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0=0。

611.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器2.零序电流分布与中性点接地的多少及位置有关大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关622.零序电流53.零序功率短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小

对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反，从线路→母线

633.零序功率短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：644.保护安装处零序电压与电流的相位关系：7二、零序电压、电流滤过器65二、零序电压、电流滤过器81.零序电压滤过器(a)用三个单相式电压互感器661.零序电压滤过器(a)91.零序电压滤过器(b)用三相五柱式电压互感器671.零序电压滤过器(b)1068111.零序电压滤过器(c)用接于发电机中性点的电压互感器(d)内部合成零序电压加法器691.零序电压滤过器(c)(d)加法器122.零序电流滤过器702.零序电流滤过器132.零序电流滤过器优点：不平衡电流小接线简单712.零序电流滤过器优点：14三、零序电流速断保护(I段)72三、零序电流速断保护(I段)15（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max

73（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0ma（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整定值应选其中较大者在按条件(2)整定，定值较大，保护范围较小时在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段带有一个小的延时（约0.1s），这样就无需考虑条件（2）74（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3I（3）当线路上采用单相自动重合闸时按条件(1)、(2)整定，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按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整定，保护范围缩小75（3）当线路上采用单相自动重合闸时按条件(1)、(2)整定（3）当线路上采用单相自动重合闸时设置两个零序I段保护不灵敏I段：按条件3整定灵敏I段：按条件1或2整定76（3）当线路上采用单相自动重合闸时设置两个零序I段保护不灵四、零序电流限时速断保护(II段)77四、零序电流限时速断保护(II段)20与相邻线路零序电流I段配合78与相邻线路零序电流I段配合21灵敏性校验：要求

Ksen≥1.5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79灵敏性校验：要求Ksen≥1.5与相邻线Ⅱ段配合若不五、零序过电流保护(III段)80五、零序过电流保护(III段)23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81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灵敏性校验：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Ksen≥1.5作为远后备时应按下级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Ksen≥1.282灵敏性校验：作为近后备时应按被保护线路末端接地短路时，流过保动作时限零序过电流保护的时限特性相间保护零序保护83动作时限零序过电流保护的时限特性相间保护零序保护26六、方向性零序电流保护84六、方向性零序电流保护27零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护85零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护零序功率方向继电器的接线方式86零序功率方向继电器的接线方式29零序功率方向继电器的接线方式87零序功率方向继电器的接线方式30没有死区灵敏性的校验要求Ksen≥1.5零序功率方向继电器的灵敏性88没有死区要求Ksen≥1.5零序功率方向继电器的灵敏性3七、对零序电流保护的评价89七、对零序电流保护的评价321.零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：901.零序过电流保护的灵敏度高2.受系统运行方式的影响要小3.1.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：911.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.单第六节中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护

92第六节中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护35中性点非直接接地系统(小接地电流系统)中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经电阻接地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93中性点非直接接地系统(小接地电流系统)在小接地电流系统中发生一、中性点不接地电网中单相接地的特点94一、中性点不接地电网中单相接地的特点379538A、B和C三相对地电压为故障点的零序电压96A、B和C三相对地电压为故障点的零序电压39在非故障线路I上各相电流线路始端零序电流有效值97在非故障线路I上各相电流线路始端零序电流有效值40零序电流为线路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在非故障线路I上98零序电流为线路I本身的电容电流在非故障线路I上41发电机出线端的零序电流有效值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99发电机出线端的零序电流有效值零序电流为发电机本身的电容电流在故障线路II上各相电流线路始端零序电流有效值100在故障线路II上各相电流线路始端零序电流有效值43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在故障线路II上101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在特点：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，方向从线路流向母线发生单相接地时，全系统都会出现零序电压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102特点：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5.中性点不接地电网中单相接地的保护（1）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。1035.中性点不接地电网中单相接地的保护（1）绝缘监视装置5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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Idz应大于本线路的电容电流，即1045.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。灵敏性的校验按下式进行式中3I0∑--本线路单相接地时，非故障线路对地电容电流的总和，应取最小值。要求Klm≥2。1055.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。当全网络的电容电流越大（线路越多）或被保护线路的电容电流越小（线路越短）时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。1065.中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护5.中性点不接地电网中单相接地的保护（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。1075.中性点不接地电网中单相接地的保护（3）零序功率方向保护二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地的特点和保护方式

108二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地的特点和保护方式51图4.2单相接地时，电容电流分布图

根据规定，在各级电压网络中，当全系统的电容电流等于或超过下列数值时，都应装设消弧线圈：对于3～6千伏网络----30安；对于10千伏网络----20安；对于22～66千伏网络----10安。109图4.2单相接地时，电容电流分布图根据规定，在各级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