第五章电网的接地保护课件

第五章电网的接地保护ppt课件1基本要求1、要了解电力系统中性点接地方式，掌握中性点直接接地电网发生单相接地时电流、电压变化特点，特别是出现零序电流、零序电压的特点及其变化规律。2、掌握根据零序电流、电压的大小、方向、及分布变化规律，来实现零序电流保护及零序方向保护的原理。3、重点掌握用于中性点直接接地电网中三段式零序电流保护的原理，整定计算原则及方法，并将它们与相间短路的三段式电流保护相对照，找出它们之间的异同，以便加深理解和记忆。4、掌握接地保护中应用的功率零序方向继电器（如整流型LG-12）的特点，零序功率方向继电器的接线（指零序电流和零序电压滤过器之间的连接）特点。基本要求1、要了解电力系统中性点接地方式，掌握中性点直接接地2基本要求

5、了解获得零序电流和零序电压的基本方法（如零序电流、电压滤过器的工作原理）。6、掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障时的特点，以及出现零序电压和零序电流，尤其是零序电流的性质及其分布的特点。7、掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地保护方式及其特点。8、了解中性点经消弧绕组接地电网的接地故障现象与中性点不接地电网的故障有何不同。9、了解中性点经消弧绕组接地电网中实现接地保护的困难性及其克服方法。基本要求5、了解获得零序电流和零序电压的基本方法（如零序电3第五章的内容第一节中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率第二节中性点直接接地电网的零序电流保护第三节中性点直接接地电网的零序方向电流保护第四节中性点非直接接地电网的接地保护第五节对电网接地保护的评价和应用第五章的内容第一节中性点直接接地电网接地短路时的零序电压4一、概述1、中性点方式：2、供电可靠性：3、绝缘水平：4、接地电流：中性点直接接地（大接地电流电网）中性点非直接接地（小接地电流电网）大：供电可靠性低小：供电可靠性高大：按相电压，设备造价低小：按线电压，设备造价高大：接地电流大，属故障状态，需跳闸小：接地电流小，属不正常运行状态，不跳闸只发信号第一节、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率

一、概述1、中性点方式：2、供电可靠性：3、绝缘水平：4、接5二、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点

（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。二、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点（1）故障6（2）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置，而与电源的数量和位置无关。（2）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器7（3）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。

（3）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是8（4）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。（4）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之9（5）在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引起Ud1、Ud2、Ud0之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。（5）在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引起10二、变压器中性点的选择不使系统出现危险的过电压；不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。二、变压器中性点的选择不使系统出现危险的过电压；11三、零序电流滤过器

流入继电器中的电流为接地故障时流入继电器的电流为零序电流，即三、零序电流滤过器流入继电器中的电流为接地故障时流入继电12

在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在一个不平衡电流，即

它是由于三个互感器铁心的饱和程度不同，以及制造过程中的某些差别而引起的。当发生相间短路时，铁芯饱和的程度最严重，此时不平衡电流达到最大值。三、零序电流滤过器

在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在一个13

对于采用电缆引出的送电线路，还广泛采用零序电流互感器接线以获得3I0，如右图所示。它和零序电流过滤器相比，主要是没有不平衡电流，同时接线也更简单。三、零序电流滤过器

对于采用电缆引出的送电线路，还广泛采用零序电流14四、零序电压互感器

零序电压的取得，通常采用三个单相电压互感器或三相五柱式电压互感器。发生接地故障时，从mn端子上得到的零序电压为：

四、零序电压互感器零序电压的取得，通常采用三个单相电压互感15正常运行和电网相间短路时，理想输出Umn=0。实际上有不平衡电压Uunb：

Uunb=Urn

四、零序电压互感器

正常运行和电网相间短路时，理想输出Umn=0。实际上有不平衡16第二节、中性点直接接地电网的零序电流保护第二节、中性点直接接地电网的零序电流保护17中性点直接接地电网中性点直接接地电网182002年220kV电网输电线路故障统计表故障类型三相短路两相短路两相接地短路单相接地短路其他故障次数172891131932百分数1.14%1.88%6.12%88.7%2.16%2002年220kV电网输电线路故障统计表故障类型三相短路两19三段式零序电流保护一、无时限零序电流速断保护

二、限时零序电流速断保护三、零序过电流保护三段式零序电流保护一、无时限零序电流速断保护20+一、零序电流保护接线+一、零序电流保护接线21二、无时限零序电流速断保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而动作的保护作用：作为被保护线路接地故障的主保护保护区：线路始端一部分整定计算原则与相间短路的无时限电流速断保护类似二、无时限零序电流速断保护工作原理:反映被保护线路零序电流升22

1、躲过被保护线路末端接地短路故障时，流过本保护的最大零序电流。整定原则及公式可靠系数，一般取1.25-1.3。N处发生接地故障时，流过本保护的最大零序电流1、躲过被保护线路末端接地短路故障时，流过本保护23

0024

2、躲过断路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最大零序电流。（为提高保护灵敏度可让保护带有0.1秒延时,此条可不考虑)——可靠系数，一般取1.1-1.2。——三相触头不同时合闸时，

出现的最大零序电流。2、躲过断路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最25若保护动作时间大于断路器三相合闸不同期时间，本条件可不考虑。保护整定值取上述两条件较大值。灵敏度不满足要求措施：保护可经小延时，使保护装置的动作时间大于断路器触头不同时合闸的时间。按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速断保护。若保护动作时间大于断路器三相合闸不同期时间，本条件可不考虑。26

3、当被保护线路采用单相自动重合闸时，保护还应躲过单相重合闸过程中出现非全相运行又伴随振荡时的零序电流。可靠系数，一般取1.1-1.2。

非全相振荡时的零序电流。3、当被保护线路采用单相自动重合闸时，保护还应躲过单27按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速断保护。即灵敏I段，不灵敏I段保护。按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速断保护。即灵敏28三、限时零序电流速断保护

工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较小时限动作的保护作用：与零序I段配合作为被保护线路接地故障的主保护保护区：本线路全长整定计算原则与相间短路的限时电流速断保护类似三、限时零序电流速断保护工作原理:反映被保护线路零序29

1、按与相邻线路的零序Ⅰ段配合整定。整定计算及灵敏度校验1、按与相邻线路的零序Ⅰ段配合整定。整定计算及灵30

0031

相邻线路零序Ⅰ段的动作电流;可靠系数，取1.1；分支系数。相邻线路零序Ⅰ段的动作电流;可靠系数，取1.32

2、按躲过非全相运行时的零序电流整定(不灵敏II段按此原则整定)——本线路非全相运行时的最大零序电流。2、按躲过非全相运行时的零序电流整定(不灵敏II段按此原则333、灵敏度校验

按被保护线路末端接地故障时流过保护的最小3倍零序电流来校验，要求3、灵敏度校验按被保护线路末端接地故障时流过保34灵敏度当下级线路比较短或运行方式变化比较大，灵敏系数不满足要求时，可采用下列措施加以解决:(1)使本线路的零序Ⅱ段与下一线路的零序Ⅱ段相配合，其动作电流、动作时限都与下一线路的零序Ⅱ段配合；(2)保留原来0.5s时限的零序Ⅱ段，增设一个与下一线路零序Ⅱ段配合的、动作时限为1s左右的零序Ⅱ段，它们与瞬时零序电流速断及零序过电流保护一起，构成四段式零序电流保护。灵敏度当下级线路比较短或运行方式变化比较大，灵敏系数不满足要35(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。36四、零序过电流保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较长时限动作的保护作用：作为被保护线路接地故障的后备保护保护区：本线路全长和下一相邻线路全长出口方式：跳开本线路出口断路器整定计算原则：1、在下一相邻线路上发生三相短路时，本保护不动作。2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合四、零序过电流保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有37

1、躲过相邻线路出口处发生三相短路时，流过保护的最大不平衡电流。

零序过电流保护动作电流整定1、躲过相邻线路出口处发生三相短路时，流过保护的38—可靠系数，取1.2-1.3——相邻线路出口处发生三相短路时，零序电流滤过器输出的最大不平衡电流。—可靠系数，取1.2-1.3——相邻线路出口处发生三相短路时39最大不平衡电流计算最大不平衡电流计算402、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合41灵敏度校验近后备：选本线路末端接地短路流过本保护的最小零序电流与保护动作电流之比,要求灵敏系数不小于1.3-1.5;远后备：选下一相邻线路末端接地短路流过本保护的最小零序电流与保护动作电流之比,要求灵敏系数不小于1.2灵敏度校验近后备：选本线路末端接地短路流过本保护的最小零序电42零序过电流保护的时限特性：5QFT1T24QF3QF2QF1QF零序过电流保护的时限特性：5QFT1T24QF3QF2QF143

第三节、零序方向电流保护增设方向元件的必要性正向故障时，保护安装点零序电压与零序电流的相位关系整流型零序功率方向继电器第三节、零序方向电流保护增设方向元件的必要性44必须加装功率方向元件。

1、必要性

在d1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足t02<t03

同理，在d2点发生接地故障时，要求

t02>t03必须加装功率方向元件。1、必要性在d1点接地短路时45假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线路方向为正。故障线路两侧零序电流的实际方向为负，零序功率为负，非故障线路远离短路点侧的零序电流也为负，近短路点侧零序电流的方向为正。这时须加装反应零序功率而动作的继电器。在d2点接地，只需满足t01>t03在d1点接地，只需满足t02<t04

即可保证选择性。2.工作原理假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线46正方向故障时的零序网络和向量图QF1ABT1T2CQF2QF3QF4ABC正方向故障时的零序网络和向量图QF1ABT1T2CQF2QF47反方向故障时零序网络和向量图QF1ABT1T2CQF2QF3QF4ABC反方向故障时零序网络和向量图QF1ABT1T2CQF2QF3483.整流型和晶体管型零序功率方向继电器的接线******KW0********

3.整流型和晶体管型零序功率方向继电器的接线******KW49零序功率方向继电器的动作方程：零序功率方向继电器的动作方程：50静态型零序功率方向继电器**************静态型零序功率方向继电器**************51

4、

整流型零序功率方向继电器

4、整流型零序功率方向继电器52

53动作方程幅值比较相位比较：动作方程幅值比较相位比较：54第五章电网的接地保护ppt课件555.方向性零序电流三段保护的原理接线图

5.方向性零序电流三段保护的原理接线图566、对零序电流保护和方向性零序保护的评价

（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。

（2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。

（3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。

（4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不会误动作。

（5）接线简单可靠。

6、对零序电流保护和方向性零序保护的评价（1）零序电流保护57三段式电流保护与三段式零序电流保护的异同三段式电流保护与三段式零序电流保护的异同58第四节中性点非直接接地电网的接地保护第四节中性点非直接接地电网的接地保护59NU&一、中性点不接地系统单相接地特点和保护方式NU&一、中性点不接地系统单相接地特点和保护方式60一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点1．简单网络

在正常运行情况下

一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点1．简单网络在正常61在A相接地时，各相对地的电压为：

结论：

故障相电压为零，非故障相对地电压升高为原来倍。

1、简单网络

在A相接地时，各相对地的电压为：结论：1、简单网络62故障点D的零序电压为：结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压Uφ相等。

各相对地电容电流为：其有效值为IB=IC=EAωc0=Uωc01、简单网络

故障点D的零序电压为：结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电63从接地点流回的电流ID为：结论：从接地点流回的电流ID为正常运行时，三相对地电容电流的算术和。

1．简单网络

从接地点流回的电流ID为：结论：1．简单网络642．多条线路网络

当线路IIA相接地时，在此接地电流ID为

2．多条线路网络当线路IIA相接地时，在此接地电流ID为65（1）非故障线路I：

线路始端所反应的零序电流为

结论：

零序电流的大小为线路本身对地电容电流，方向为由母线流向线路。

（1）非故障线路I：线路始端所反应的零序电流为结论：66（2）故障线路Ⅱ：

线路Ⅱ始端所反应的零序电流为有效值为：结论：

故障线路上零序电流的大小为全系统非故障元件对地电容电流之和，其方向为由线路流向母线。（2）故障线路Ⅱ：线路Ⅱ始端所反应的零序电流为有效值为：67综上所述，可得如下结论：

（1）单相接地时，全系统都将出现零序电压，而短路点的零序电压在数值上为相电压Uφ；

（2）在非故障元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路；

(3)在故障元件上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。综上所述，可得如下结论：（1）单相接地时，全系统都将出现零68二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点

思考：如果电网中单相接地时接地电容电流的总和比较大，此时单相接地短路会过渡到相间短路，那么采取什么措施减少接地电容电流呢？解决方法：在电源中性点加装一个电感线圈。减少流经故障点的电流，避免在接地点燃起电弧，把这个电感线圈称为消弧线圈。二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点思考：如果69当线路II上A相接地时,在接地点又增加了一个电感分量的电流IL，因此，从中性点流回的总电流为

结论：

ID将因消弧线圈的补偿而减少。

当线路II上A相接地时,在接地点又增加了一个电感分量的电流70消弧线圈的补偿方式：

（1）完全补偿

就是使IL=IC∑。接地点的电流ID近似为零。在实际上不能采用这种方式。

（2）欠补偿

就是使IL＜IC∑。补偿后的接地点电流是电容的。这种方式一般也是不采用的。

（3）过补偿

就是IL＞IC∑，补偿后的残余电流是电感性的。

这种方式实际中获得了广泛的应用。

消弧线圈的补偿方式：（1）完全补偿就是使IL=IC∑。71三、绝缘监视

在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号。三、绝缘监视在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地72正常运行时：没有零序电压，三只电压表读数相等，KV不动。

当系统任一出线发生接地故障时：接地相对地电压为零，而其他两相对地电压升高。同时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV动作，给出接地信号。三、绝缘监视

正常运行时：没有零序电压，三只电压表读数相等，KV不动。当73思考：如何判断接地相？如何判断接地线路？三、绝缘监视

思考：如何判断接地相？如何判断接地线路74四、零序电流保护

零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的保护装置。

零序电流保护的原理接线图如右图所示。