电力系统继电保护第5章-电网的接地保护-课件

第5章电网的接地保护12/21/20221第5章电网的接地保护第5章电网的接地保护12/18/20221第5章电网中性点直接接地电网接地时零序分量特点中性点非直接接地电网接地时零序分量特点三段式零序方向电流保护零序方向元件内容与要求相量图分析零序电压、电流、功率三段式零序电流保护整定原则零序方向元件与相间方向元件的比较12/21/20222第5章电网的接地保护中性点直接接地电网接地时零序分量特点内容与要求相量图分析零序掌握三段式零序保护基本原理理解零序电流I段掌握零序方向元件的原理与接线了解中性点非直接接地电网保护的难点学习方法要在对比中巩固三段式原理。区别出零序保护的特殊性理解其应用特点12/21/20223第5章电网的接地保护掌握三段式零序保护基本原理学习方法要在对比中巩固三段式原理。电流保护用于反应相间短路引入接地保护的原因电网中单相接地故障多，宜配置专用接地保护电流保护由于灵敏度原因适用于低压网12/21/20224第5章电网的接地保护电流保护用于反应相间短路引入接地保护的原因电网中单相接地故5.1中性点直接接地电网接地时零序分量的特点5.1.1电网中性点运行方式中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接接地。小电流接地系统大电流接地系统凡是中性点X0/X1>4~5的系统属于小接地电流系统（66kV及以下电网）；凡是中性点X0/X1<4~5的系统属于大接地电流系统（110kV及以上电网）。12/21/20225第5章电网的接地保护5.1中性点直接接地电网接地时零序分量的特点5.1.1电网中5.1.2单相接地时的零序电压、零序电流、零序功率的特点零序电压分布故障点零序电流故障点零序电压以A相接地为例M侧测量到的电流是故障点零序电流按照零序网络的分流。M母线测量到的电压是其背后变压器T1的零序电压。12/21/20226第5章电网的接地保护5.1.2单相接地时的零序电压、零序电流、零序功率的特点零序故障点零序电压与零序电流夹角约-100°故障点零序电压电流12/21/20227第5章电网的接地保护故障点零序电压与零序电流夹角约-100°故障点零序电压电流1正方向故障零序电压与零序电流夹角约-100°正方向故障分析12/21/20228第5章电网的接地保护正方向故障零序电压与零序电流夹角约-100°正方向故障分析1反方向故障零序电压与零序电流夹角约80°反方向故障分析12/21/20229第5章电网的接地保护反方向故障零序电压与零序电流夹角约80°反方向故障分析12/单相接地时的零序特点故障点处的零序电压最高零序电流的大小和分布，主要取决于系统的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及其所处位置。零序电流仅在中性点接地的电网中流通正方向故障时，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗正向故障时反向故障时12/21/202210第5章电网的接地保护单相接地时的零序特点故障点处的零序电压最高正向故障时5.1.3变压器中性点接地方式的考虑为保持零序网络的稳定，有利于继电保护的整定，希望中性点接地变压器的数目及分布基本保持不变；为防止由于失去接地中性点后发生接地故障时引起的过电压，应尽可能地使各个变电所的变压器保持有一台中性点接地；为降低零序电流，应减少中性点接地变压器的数目。12/21/202211第5章电网的接地保护5.1.3变压器中性点接地方式的考虑为保持零序网络的稳定，有电源变压器中性点配置原则：电源变电所一半变压器中性点直接接地；枢纽变电所（中间变电所）一半变压器中性点直接接地；终端变电所变压器中性点不接地。电源中间变电所终端变电所1台接地2台接地2台接地不接地12/21/202212第5章电网的接地保护电源变压器中性点配置原则：电源中间变电所终端变电所1台接地25.2中性点直接接地电网零序保护5.2.1零序电流和零序电压的获取（1）零序电流的获取方法a、微机保护自采零序电流b、外采零序电流－和电流c、外采零序电流－零序套管TA12/21/202213第5章电网的接地保护5.2中性点直接接地电网零序保护5.2.1零序电流和零序电压（2）零序电压的获取方法a、微机保护自采零序电压b、外采零序电压－TV开口三角形电压12/21/202214第5章电网的接地保护（2）零序电压的获取方法a、微机保护自采零序电压b、外采零序5.2.2零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序电流I段）－无延时整定原则：保护区不超出本线路以保证选择性。即动作电流I0.act大于线路末端短路的最大零序电流3I0.max。12/21/202215第5章电网的接地保护5.2.2零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序电流I段）②零序电流I段的动作电流应躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器三相触头不同时合上所出现的最大零序电流。（1）零序电流速断保护（零序电流I段）计算①零序电流I段的动作电流应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流。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，为提高保护灵敏度，将I段分为两个I段。可靠系数，1.2～1.3线路末端故障时流过保护的最大零序电流断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流③零序电流I段的动作电流应躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流。非全相运行伴随振荡时的最大零序电流12/21/202216第5章电网的接地保护②零序电流I段的动作电流应躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器零序电流灵敏I段与不灵敏I段灵敏I段：按整定条件①、②整定（取较大者为整定值）。一般情况下按照整定条件①整定，但在手动合闸或自动重合闸期间增加100ms延时。求3I0.ust方法（取较大值）：a.两相先合，相当于一相断线的零序电流b.一相先合，相当于两相断线的零序电流。Z11、Z22、Z00为纵向序阻抗12/21/202217第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段灵敏I段：按整定条件①、②整定零序电流灵敏I段与不灵敏I段不灵敏I段：按整定条件③整定。求3I0.unc方法两侧电源相差时的零序电流可见=180°时有最大的零序电流。Z11为纵向正序阻抗单相断线两相断线12/21/202218第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段不灵敏I段：按整定条件③整定。求零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较不灵敏I段动作值大，保护区小，作为非全相运行时的主要接地保护。灵敏I段动作值小，保护区长，灵敏度高，但在非全相运行时要退出运行。12/21/202219第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较不灵敏I段动作值大，保护区小（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）整定原则：保护区不超出相邻线路I段保护区。即动作电流I0.act大于相邻线路末端短路时流经本保护的最大零序电流3I0.max才能满足选择性。12/21/202220第5章电网的接地保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）整定原则：保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算躲过相邻线路Ⅰ段末端短路时流过本线路的最大零序电流。K为相邻线路Ⅰ段末端灵敏度校验线路末端接地故障时的最小值灵敏度满足要求，则动作时间为0.5S；灵敏度不满足要求时，改为与相邻线路II段配合，则动作时间为1S。12/21/202221第5章电网的接地保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算躲过相邻线（3）零序过电流保护（零序电流III段）整定原则：正常时应当不起动，故障切除后应当返回，为保证选择性，动作时间应当与相邻线路III段按照阶梯原则配合。即动作电流I0.act大于本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。一般不计算，取2-4A12/21/202222第5章电网的接地保护（3）零序过电流保护（零序电流III段）整定原则：正常时应当（3）零序过电流保护（零序电流III段）计算躲过本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。最大不平衡电流，无法精确计算灵敏度校验线路末端接地故障最小值动作时间按照阶梯原则与相邻线路配合。相邻线末端接地故障最小值12/21/202223第5章电网的接地保护（3）零序过电流保护（零序电流III段）计算躲过本线路末端三5.2.3零序方向保护（1）零序电流保护采用方向闭锁的必要性采用方向元件的原因与方向电流保护相同。12/21/202224第5章电网的接地保护5.2.3零序方向保护（1）零序电流保护采用方向闭锁的必要性（2）整流型零序功率方向继电器正方向故障则电压经过电压变换器，系数为KU，电流经过电抗变换器，系数为KI比幅比相即继电器应当最灵敏零序阻抗角一般80°即为继电器内角；最灵敏角为-要使得正方向时零序功率方向继电器最灵敏，则＝-80°12/21/202225第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器正方向故障则电压经过电压变换器（2）整流型零序功率方向继电器画出动作区如下式中最灵敏角需要强调的是，推导过程与相量图均以-3U0、3I0关系来完成。12/21/202226第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器画出动作区如下式中最灵敏角需要（2）整流型零序功率方向继电器接线接线以-3U0、3I0接入。也可以接入3U0、-3I0，一般习惯电压反接。12/21/202227第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器接线接线以-3U0、3I0接入（3）微机保护零序方向继电器及实现①比较零序电压、零序电流的相位动作方程即最灵敏角为-100°②比较零序功率的幅值零序功率P0P0>0，表明是反方向故障，反方向元件动作；P0<0，表明是正方向故障，正方向元件动作。第k点采样值注：零序功率元件没有死区问题，因为出口故障时零序电压最高。12/21/202228第5章电网的接地保护（3）微机保护零序方向继电器及实现①比较零序电压、零序电（4）110kV线路零序方向保护框图零序起动元件与零序功率正方向元件12/21/202229第5章电网的接地保护（4）110kV线路零序方向保护框图零序起动元件与零序功率正四个带延时段的零序方向电流保护经或不经零序方向元件控制12/21/202230第5章电网的接地保护四个带延时段的零序方向电流保护经或不经零序方向元件控制12/后加速及TV断线过电流保护框图手合或重合时要带延时，防止QF三相触头不同时合上时出现的零序电流；TV断线过电流保护作为TV断线时的后备保护。12/21/202231第5章电网的接地保护后加速及TV断线过电流保护框图手合或重合时要带延时，防止QF5.3中性点非直接接地电网的零序电流保护5.3.1中性点非直接接地电网接地时零序分量的特点(a)A相接地短路时零序电流分布图只能靠对地电容构成回路零序电压1线零序电流发电机零序电流2线零序电流12/21/202232第5章电网的接地保护5.3中性点非直接接地电网的零序电流保护5.3.1中性点非直5.3.1中性点非直接接地电网接地时零序分量的特点(b)A相接地短路时零序电压相量图特点零序电流为对地电容电流，因此零序电流很小故障线路的电流为非故障线路电流之和，零序电流与电压夹角为非故障线路的零序电流与电压夹角为12/21/202233第5章电网的接地保护5.3.1中性点非直接接地电网接地时零序分量的特点(b)A相5.3.2中性点非直接接地电网的接地保护由于零序电流很小，构成保护，其灵敏度达不到要求（1）绝缘监视出现零序电压值班人员轮流拉开各出线的断路器如零序电压不消失，则合上出线的断路器如零序电压消失，则故障切除出线3故障12/21/202234第5章电网的接地保护5.3.2中性点非直接接地电网的接地保护由于零序电流很小，构（2）零序保护线路故障（3）小电流接地选线思路：“分散采集、集中判别”系统出现零序电压起动选线计算各出线的零序电流计算各出线的零序电压与零序电流夹角根据零序电流大小与电压电流夹角选出故障线路12/21/202235第5章电网的接地保护（2）零序保护线路故障（3）小电流接地选线思路：“分散采集、小结灵敏性好——系统运行方式变化时，零序网基本保持不变；零序阻抗一般大于正序阻抗，零序短路电流曲线更陡。速动性好——只在中性点直接接地电网中配合。应用范围——110kV及以上电网广泛采用12/21/202236第5章电网的接地保护小结灵敏性好——系统运行方式变化时，零序网基本保持不变；零序第5章电网的接地保护12/21/202237第5章电网的接地保护第5章电网的接地保护12/18/20221第5章电网中性点直接接地电网接地时零序分量特点中性点非直接接地电网接地时零序分量特点三段式零序方向电流保护零序方向元件内容与要求相量图分析零序电压、电流、功率三段式零序电流保护整定原则零序方向元件与相间方向元件的比较12/21/202238第5章电网的接地保护中性点直接接地电网接地时零序分量特点内容与要求相量图分析零序掌握三段式零序保护基本原理理解零序电流I段掌握零序方向元件的原理与接线了解中性点非直接接地电网保护的难点学习方法要在对比中巩固三段式原理。区别出零序保护的特殊性理解其应用特点12/21/202239第5章电网的接地保护掌握三段式零序保护基本原理学习方法要在对比中巩固三段式原理。电流保护用于反应相间短路引入接地保护的原因电网中单相接地故障多，宜配置专用接地保护电流保护由于灵敏度原因适用于低压网12/21/202240第5章电网的接地保护电流保护用于反应相间短路引入接地保护的原因电网中单相接地故5.1中性点直接接地电网接地时零序分量的特点5.1.1电网中性点运行方式中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接接地。小电流接地系统大电流接地系统凡是中性点X0/X1>4~5的系统属于小接地电流系统（66kV及以下电网）；凡是中性点X0/X1<4~5的系统属于大接地电流系统（110kV及以上电网）。12/21/202241第5章电网的接地保护5.1中性点直接接地电网接地时零序分量的特点5.1.1电网中5.1.2单相接地时的零序电压、零序电流、零序功率的特点零序电压分布故障点零序电流故障点零序电压以A相接地为例M侧测量到的电流是故障点零序电流按照零序网络的分流。M母线测量到的电压是其背后变压器T1的零序电压。12/21/202242第5章电网的接地保护5.1.2单相接地时的零序电压、零序电流、零序功率的特点零序故障点零序电压与零序电流夹角约-100°故障点零序电压电流12/21/202243第5章电网的接地保护故障点零序电压与零序电流夹角约-100°故障点零序电压电流1正方向故障零序电压与零序电流夹角约-100°正方向故障分析12/21/202244第5章电网的接地保护正方向故障零序电压与零序电流夹角约-100°正方向故障分析1反方向故障零序电压与零序电流夹角约80°反方向故障分析12/21/202245第5章电网的接地保护反方向故障零序电压与零序电流夹角约80°反方向故障分析12/单相接地时的零序特点故障点处的零序电压最高零序电流的大小和分布，主要取决于系统的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及其所处位置。零序电流仅在中性点接地的电网中流通正方向故障时，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗正向故障时反向故障时12/21/202246第5章电网的接地保护单相接地时的零序特点故障点处的零序电压最高正向故障时5.1.3变压器中性点接地方式的考虑为保持零序网络的稳定，有利于继电保护的整定，希望中性点接地变压器的数目及分布基本保持不变；为防止由于失去接地中性点后发生接地故障时引起的过电压，应尽可能地使各个变电所的变压器保持有一台中性点接地；为降低零序电流，应减少中性点接地变压器的数目。12/21/202247第5章电网的接地保护5.1.3变压器中性点接地方式的考虑为保持零序网络的稳定，有电源变压器中性点配置原则：电源变电所一半变压器中性点直接接地；枢纽变电所（中间变电所）一半变压器中性点直接接地；终端变电所变压器中性点不接地。电源中间变电所终端变电所1台接地2台接地2台接地不接地12/21/202248第5章电网的接地保护电源变压器中性点配置原则：电源中间变电所终端变电所1台接地25.2中性点直接接地电网零序保护5.2.1零序电流和零序电压的获取（1）零序电流的获取方法a、微机保护自采零序电流b、外采零序电流－和电流c、外采零序电流－零序套管TA12/21/202249第5章电网的接地保护5.2中性点直接接地电网零序保护5.2.1零序电流和零序电压（2）零序电压的获取方法a、微机保护自采零序电压b、外采零序电压－TV开口三角形电压12/21/202250第5章电网的接地保护（2）零序电压的获取方法a、微机保护自采零序电压b、外采零序5.2.2零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序电流I段）－无延时整定原则：保护区不超出本线路以保证选择性。即动作电流I0.act大于线路末端短路的最大零序电流3I0.max。12/21/202251第5章电网的接地保护5.2.2零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序电流I段）②零序电流I段的动作电流应躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器三相触头不同时合上所出现的最大零序电流。（1）零序电流速断保护（零序电流I段）计算①零序电流I段的动作电流应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流。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，为提高保护灵敏度，将I段分为两个I段。可靠系数，1.2～1.3线路末端故障时流过保护的最大零序电流断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流③零序电流I段的动作电流应躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流。非全相运行伴随振荡时的最大零序电流12/21/202252第5章电网的接地保护②零序电流I段的动作电流应躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器零序电流灵敏I段与不灵敏I段灵敏I段：按整定条件①、②整定（取较大者为整定值）。一般情况下按照整定条件①整定，但在手动合闸或自动重合闸期间增加100ms延时。求3I0.ust方法（取较大值）：a.两相先合，相当于一相断线的零序电流b.一相先合，相当于两相断线的零序电流。Z11、Z22、Z00为纵向序阻抗12/21/202253第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段灵敏I段：按整定条件①、②整定零序电流灵敏I段与不灵敏I段不灵敏I段：按整定条件③整定。求3I0.unc方法两侧电源相差时的零序电流可见=180°时有最大的零序电流。Z11为纵向正序阻抗单相断线两相断线12/21/202254第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段不灵敏I段：按整定条件③整定。求零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较不灵敏I段动作值大，保护区小，作为非全相运行时的主要接地保护。灵敏I段动作值小，保护区长，灵敏度高，但在非全相运行时要退出运行。12/21/202255第5章电网的接地保护零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较不灵敏I段动作值大，保护区小（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）整定原则：保护区不超出相邻线路I段保护区。即动作电流I0.act大于相邻线路末端短路时流经本保护的最大零序电流3I0.max才能满足选择性。12/21/202256第5章电网的接地保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）整定原则：保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算躲过相邻线路Ⅰ段末端短路时流过本线路的最大零序电流。K为相邻线路Ⅰ段末端灵敏度校验线路末端接地故障时的最小值灵敏度满足要求，则动作时间为0.5S；灵敏度不满足要求时，改为与相邻线路II段配合，则动作时间为1S。12/21/202257第5章电网的接地保护（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算躲过相邻线（3）零序过电流保护（零序电流III段）整定原则：正常时应当不起动，故障切除后应当返回，为保证选择性，动作时间应当与相邻线路III段按照阶梯原则配合。即动作电流I0.act大于本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。一般不计算，取2-4A12/21/202258第5章电网的接地保护（3）零序过电流保护（零序电流III段）整定原则：正常时应当（3）零序过电流保护（零序电流III段）计算躲过本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。最大不平衡电流，无法精确计算灵敏度校验线路末端接地故障最小值动作时间按照阶梯原则与相邻线路配合。相邻线末端接地故障最小值12/21/202259第5章电网的接地保护（3）零序过电流保护（零序电流III段）计算躲过本线路末端三5.2.3零序方向保护（1）零序电流保护采用方向闭锁的必要性采用方向元件的原因与方向电流保护相同。12/21/202260第5章电网的接地保护5.2.3零序方向保护（1）零序电流保护采用方向闭锁的必要性（2）整流型零序功率方向继电器正方向故障则电压经过电压变换器，系数为KU，电流经过电抗变换器，系数为KI比幅比相即继电器应当最灵敏零序阻抗角一般80°即为继电器内角；最灵敏角为-要使得正方向时零序功率方向继电器最灵敏，则＝-80°12/21/202261第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器正方向故障则电压经过电压变换器（2）整流型零序功率方向继电器画出动作区如下式中最灵敏角需要强调的是，推导过程与相量图均以-3U0、3I0关系来完成。12/21/202262第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器画出动作区如下式中最灵敏角需要（2）整流型零序功率方向继电器接线接线以-3U0、3I0接入。也可以接入3U0、-3I0，一般习惯电压反接。12/21/202263第5章电网的接地保护（2）整流型零序功率方向继电器接线接线以-3U0、3I0接入（3）微机保护零序方向继电器及实现①比较零序电压、零序电流的相位动作方程即最灵敏角为-100°②比较零序功率的幅值零序功率P0P0>0，表明是反方向故障，反方向元件动作；P0<0，表明是正方向故障，正方向元件动作。第k点采样值注：零序功率元件没有死区问题，因为出口故障时零序电压最高。12/21/202264第5章电网的接地保护（3）微机保护零序方向继电器及实现①比较零序电压、零序电（4）110kV线