电力系统继电保护第二章第三四节

电力系统继电保护第二章第三四节第1页，共58页，2023年，2月20日，星期一接地故障——导线与大地之间的不正常连接，包括单相接地故障和两相接地故障电网接地故障种类及保护策略第2页，共58页，2023年，2月20日，星期一接地故障与中性点接地方式密切相关，相同的故障条件但不同的中性点接地方式，接地故障说表现出的故障特征和后果、危害完全不同，因此保护策略也不相同。第3页，共58页，2023年，2月20日，星期一按单相接地短路时接地电流的大小分为：大电流接系统

——中性点直接接地；中性点经小电阻接地；小电流接地系统

——中性点不接地中性点经消弧线圈接地；第4页，共58页，2023年，2月20日，星期一110kV及以上电网:中性点直接接地方式35kV及以下电网:中性点不接地或不直接接地第5页，共58页，2023年，2月20日，星期一大电流接地系统：在该电压等级中，部分或所有变压器的中性点直接接地。优点：绝缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地系统要低。缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电流，会损坏设备等。（主要用在110kV及以上的电压等级中）第6页，共58页，2023年，2月20日，星期一小电流接地系统：在该电压等级中，所有变压器的中性点均不接地。发生单相接地时，几乎没有短路电流，不会烧坏设备，所以,还可以运行1～2小时——供电可靠性高,但是，非故障相电压升高为1.732倍，故,绝缘要求高。随着电压等级的提高，绝缘的投资会急剧增加。主要用在10～66kV的配电系统。第7页，共58页，2023年，2月20日，星期一对于中性点直接接地电网，利用接地短路时出现很大零序电流的特点，构成：（1）零序电流保护（2）零序方向电流保护对于中性点非有效接地电网，特征不明显只报警不跳闸第8页，共58页，2023年，2月20日，星期一2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分布对于中性点有效接地电网发生接地故障时，将出现很大零序电流，正常状态该电流不存在。第9页，共58页，2023年，2月20日，星期一第10页，共58页，2023年，2月20日，星期一当前世界上的交流电力系统一般都是ABC三相的，而电力系统的正序，负序，零序分量便是根据ABC三相的顺序来定的。

正序：A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度。

负序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。

零序：ABC三相相位相同，哪一相也不领先，也不落后。第11页，共58页，2023年，2月20日，星期一一、零序分量的特点零序网络：与线路、接地变压器的数目和位置相关，和发电机没有关系。

第12页，共58页，2023年，2月20日，星期一1.零序电压：故障点零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处为零。第13页，共58页，2023年，2月20日，星期一2.零序电流分布：与变压器中性点接地的多少和位置有关；大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关。方向：从故障点流向接地的变压器中性点。第14页，共58页，2023年，2月20日，星期一零序电流:

在三相四线电路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0如果在三相四线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+Ic=I(漏电电流）这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，即使灵敏继电器动作，作用于执行元件掉闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。第15页，共58页，2023年，2月20日，星期一产生零序电流的两个条件:

1、无论是纵向故障、还是横向故障、还是正常时和异常时的不对称，只要有零序电压的产生；

2、零序电流有通路。以上两个条件缺一不可。因为缺少第一个，就无源泉；缺少第二个，就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。第16页，共58页，2023年，2月20日，星期一3.零序功率分布：短路点零序功率最大；方向：对于发生故障的线路，两端的零序功率方向为线路→母线。第17页，共58页，2023年，2月20日，星期一4.零序电压与电流的相位关系正方向故障：第18页，共58页，2023年，2月20日，星期一不输出正序、负序电压，只有零序电压3U0输出。二.

零序电压、零序电流的获取

1.零序电压的获取

（1）零序电压过滤器

加法器UaUbUc3U0mnABC（2）微机保护内直接利用程序实现加法器第19页，共58页，2023年，2月20日，星期一2．零序电流的获取（1）零序电流过滤器

接于相间保护电流互感器的中性线上。不平衡电流：I0（2）零序电流互感器（电缆线路）

一次电流：优点：无不平衡电流，接线简单第20页，共58页，2023年，2月20日，星期一二、中性点直接接地系统的接地保护中性点直接接地系统发生接地故障时产生很大的零序电流，反应零序电流增大的保护成为零序保护。零序电流保护可装设在上图中的断路器1和2处。由于零序电流保护对单相接地故障具有较高的灵敏度。零序电流保护是高压线路保护中必配备的保护之一。高压线路保护（110kV及以上）配备的保护有：

（1）零序（电流）保护；（2）距离保护；（3）高频保护第21页，共58页，2023年，2月20日，星期一三段式零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序Ⅰ段）（2）零序电流限时速断保护（零序Ⅱ段）（3）零序过电流保护（零序Ⅲ段）零序电流保护的起动电流整定类似反映线电流的电流保护。必须基于故障零序电流的计算，根据不同地点接地故障时零序电流大小的不同来整定。第22页，共58页，2023年，2月20日，星期一（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护（1）躲过下一线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0.max

第23页，共58页，2023年，2月20日，星期一的计算：①故障点：本线路末端②故障类型：（假设）当当③运行方式本侧与对侧的电源应是最大运行方式；背后的零序阻抗小，对侧的零序阻抗大。第24页，共58页，2023年，2月20日，星期一（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

3I0.unb

的计算：①两相先合：②一相先合：取两者较大者

（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护第25页，共58页，2023年，2月20日，星期一

整定值应选取（1）和（2）中较大者。原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。灵敏性：要求最小保护范围≥（15%～20%）l（一）零序电流瞬时速断（零序I段）保护（3）当线路上采用单相自动重合闸时，按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来整定；按（1）（2）整定的零序I段，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；而按（3）整定，正常情况下发生接地故障时保护范围要缩小，不能充分发挥零序I段的作用。第26页，共58页，2023年，2月20日，星期一设置两个零序I段：灵敏I段：按（1）或（2）整定，定值较小，保护范围较大；主要对全相运行状态下的接地故障起保护作用；当单相自动重合闸起动时将其自动闭锁。不灵敏I段：按（3）整定，定值较大，保护范围较小；主要在单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障时尽快切除故障；第27页，共58页，2023年，2月20日，星期一与相邻线路零序电流I段配合

（二）零序电流限时速断（零序II段）保护第28页，共58页，2023年，2月20日，星期一灵敏性校验：要求

Ksen≥1.3~1.5

改与相邻线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按本线路末端发生接地故障时最小零序电流校验第29页，共58页，2023年，2月20日，星期一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（三）零序过电流（零序III段）保护第30页，共58页，2023年，2月20日，星期一灵敏性校验：1.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2.作为远后备时：应按相邻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，要求第31页，共58页，2023年，2月20日，星期一动作时间：按阶梯时限原则来选择零序过电流保护的时限特性在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点。第32页，共58页，2023年，2月20日，星期一零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护k1点短路时k2点短路时4、方向性零序电流保护K1短路：3误动K2短路：2误动第33页，共58页，2023年，2月20日，星期一1.零序功率方向继电器的接线：整流型和晶体管型零序功率方向继电器四、方向性零序电流保护第34页，共58页，2023年，2月20日，星期一1.零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：5、对零序电流保护的评价第35页，共58页，2023年，2月20日，星期一1.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：5、对零序电流保护的评价第36页，共58页，2023年，2月20日，星期一35kV电网10kV电网

6kV电网中性点非直接接地电网(小接地电流系统)中性点经电阻接地电网中性点不接地电网中性点经消弧线圈接地电网第37页，共58页，2023年，2月20日，星期一第三节中性点经小电阻接地系统中的高阻接地故障检测一、高阻接地故障1、定义——电力线路通过非金属性导电介质所发生的接地故障，这些介质包括道路、土壤、树枝或水泥建筑物。2、特点——非金属导电介质呈现高电阻特征，导致接地故障电流很小，而且故障呈现电弧性、间歇性、瞬时性特点，普通零序电流保护难以检测。第38页，共58页，2023年，2月20日，星期一针对高阻接地故障的保护1）零序反时限过电流保护2）基于三次谐波电流或者三次谐波电流对系统电压相位所构成的保护3）利用采样值突变量的保护第39页，共58页，2023年，2月20日，星期一零序反时限过电流保护为正常运行情况下出现的不平衡电流整定值：动作方程：为时间整定系数为流入继电器的电流为继电器的起动电流第40页，共58页，2023年，2月20日，星期一第四节中性点不接地系统中的接地保护在中性点不接地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，一般情况不需要跳闸。对人身和设备的安全有危险时，应动作于跳闸。在中性点不接地系统中发生两相接地时，相间电流保护动作切除故障线路。第41页，共58页，2023年，2月20日，星期一第42页，共58页，2023年，2月20日，星期一第43页，共58页，2023年，2月20日，星期一多线路电容电流分布:第44页，共58页，2023年，2月20日，星期一多线路电容电流分布:假设：忽略负荷电流和电容电流在线路上的电压降。全系统UA=0,A相对地电容电流为零，UB-D=UC-D=非故障线路I:，母线→线路故障线路II:线路→母线CBAC0fC01C0Ⅱ线路I线路II第45页，共58页，2023年，2月20日，星期一A相接地时的零序等效网络及向量图XT0C0fIDC0ⅠC0Ⅱl1l2I0fI0fUd0IDI0f多线路单相接地的零序等值电路第46页，共58页，2023年，2月20日，星期一结论：3.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，方向为从线路流向母线。1.发生单相接地时，全系统都会出现零序电压；2.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。第47页，共58页，2023年，2月20日，星期一三、中性点不接地系统中单相接地保护（1）零序电压保护（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。第48页，共58页，2023年，2月20日，星期一（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Iset应大于本线路的电容电流，即三、中性点不接地系统中单相接地保护第49页，共58页，2023年，2月20日，星期一（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。三、中性点不接地系统中单相接地保护第50页，共58页，2023年，2月20日，星期一第五节中性点经消弧线圈接地系统中的接地保护第51页，共58页，2023年，2月20日，星期一一、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点单相接地时，电容电流分布图第52页，共58页，2023年，2月20日，星期一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。第53页，共58页，2023年，2月20日，星期一完全补偿产生谐振过电压，造成中性点电压升高欠补偿运行方式变化（某元件检修或切除时），仍可能引起谐