第四章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向第二、三節(jié)

1、 4-2一、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)的一、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)的 零序電壓、零序電流和零序功率零序電壓、零序電流和零序功率k(1)0I 0I k(1)0kU0AU0BU零序分量參數(shù)的特點(diǎn)零序分量參數(shù)的特點(diǎn) (1) 故障點(diǎn)的零序電壓最高，系統(tǒng)中距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)故障點(diǎn)的零序電壓最高，系統(tǒng)中距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低。處的零序電壓越低。 4-2 (2) 零序電流是由零序電流是由 產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。0kU零序電流的分布，主要決定于送電線路的零序阻抗和中零序電流的分布，主要決定于送電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電

2、源的數(shù)目和位置無關(guān)。00 I0kU0I0I0I 0I 零序分量參數(shù)的特點(diǎn)零序分量參數(shù)的特點(diǎn)0kU0I 0I0I0I 1000零序電流和電壓的向量圖零序電流和電壓的向量圖0I 0I 忽略回路電阻忽略回路電阻 4-2 (3) 故障線路故障線路零序功率方向?qū)嶋H上由線路流向母線。零序功率方向?qū)嶋H上由線路流向母線。 零序分量參數(shù)的特點(diǎn)零序分量參數(shù)的特點(diǎn) (4) A母線上的零序電壓與母線上的零序電壓與零序電流的相位差零序電流的相位差000)(ZIUAA母線上的母線上的零序電流與零序電壓零序電流與零序電壓之間的相位差之間的相位差只由只由 的阻抗角的阻抗角決定，決定，與被保護(hù)線路的零序阻抗與被保護(hù)線路的零序阻

3、抗及故障點(diǎn)的位置無關(guān)。及故障點(diǎn)的位置無關(guān)。0Z 可見，中性點(diǎn)電阻的接入會(huì)影響零序電流的大小和電可見，中性點(diǎn)電阻的接入會(huì)影響零序電流的大小和電壓與電流的相位關(guān)系，但是總體上不影響零序電壓的分布壓與電流的相位關(guān)系，但是總體上不影響零序電壓的分布規(guī)律。規(guī)律。10103TTjXrZjXZ或0I 0I 4-2二、零序電壓過濾器二、零序電壓過濾器 . . . . .mnABCaU.bU.cU.03UUUUUcbamnabcmn. . . .ABC.nm.三個(gè)單相式電三個(gè)單相式電壓互感器壓互感器三相五柱式三相五柱式接于發(fā)電機(jī)接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)中性點(diǎn)對反應(yīng)于零序電壓而動(dòng)作的保護(hù)裝置，應(yīng)該考慮躲開對反應(yīng)于零序電壓

4、而動(dòng)作的保護(hù)裝置，應(yīng)該考慮躲開Uunb的影響。的影響。集成電路集成電路加法器加法器aU.bU.cU.U.30加法器不平衡電壓不平衡電壓Uunb： 正常運(yùn)行和電網(wǎng)相間短路時(shí)正常運(yùn)行和電網(wǎng)相間短路時(shí)0cbaunbUUUU 4-2二、零序電流過濾器二、零序電流過濾器 03IIIIIcbak電流互感器的電流互感器的等效電路等效電路)(112LTAIInIunbLCLBLATALCLBLAlCBATALCCLBBLAAlcbakIIIInIIInIIInIIIIIInIIII)(1)(1)(1)()()(1不平衡電流的影響不平衡電流的影響1.三個(gè)電流互感器并聯(lián)三個(gè)電流互感器并聯(lián)不平衡電流不平衡電流 4-

5、22.零序電流互感器零序電流互感器AI優(yōu)點(diǎn)：沒有不平衡電流，接線簡單。優(yōu)點(diǎn)：沒有不平衡電流，接線簡單。 0CBAIII電纜用于電纜引出的送電線路用于電纜引出的送電線路BICI正常運(yùn)行或相間短路時(shí)一次電流正常運(yùn)行或相間短路時(shí)一次電流發(fā)生接地短路時(shí)，一次側(cè)出現(xiàn)零序電流發(fā)生接地短路時(shí)，一次側(cè)出現(xiàn)零序電流03IIIICBA 4-2三、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的接地保護(hù)三、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的接地保護(hù)1. 零序電流瞬時(shí)速斷零序電流瞬時(shí)速斷(零序零序I段段)保護(hù)保護(hù)(2) 躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)所出現(xiàn)的最大零序躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流電流utI. 03零序電流速斷保護(hù)的整定原則

6、零序電流速斷保護(hù)的整定原則 (1) 躲開下一條線路出口處單相或兩相接地短路時(shí)可能出躲開下一條線路出口處單相或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流現(xiàn)的最大零序電流 ，引入可靠系數(shù)，引入可靠系數(shù) (取為取為1.21.3) max. 03IrelKmax. 03IKIrelactutrelactIKI. 03整定值應(yīng)選取其中較大者整定值應(yīng)選取其中較大者( (如果使如果使零序零序I段帶有段帶有0.1s的的小小延時(shí)，可以不考慮延時(shí)，可以不考慮(2)(2)。 (3)當(dāng)線路上采用單相自動(dòng)重合閘時(shí)，按照能躲開非全相運(yùn)行當(dāng)線路上采用單相自動(dòng)重合閘時(shí)，按照能躲開非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流

7、來整定。狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流來整定。 4-2 o按按(1)、(2)整定，一般不能躲開在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生整定，一般不能躲開在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流；按系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流；按(3)整定，正常情況整定，正常情況下發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)范圍要縮小下發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)范圍要縮小(動(dòng)作電流大動(dòng)作電流大)。o 為解決這個(gè)矛盾，通常設(shè)置兩個(gè)零序?yàn)榻鉀Q這個(gè)矛盾，通常設(shè)置兩個(gè)零序段，一個(gè)按段，一個(gè)按(1)或或(2)整定，稱為靈敏整定，稱為靈敏段，保護(hù)范圍大。另一個(gè)按段，保護(hù)范圍大。另一個(gè)按(3)整定，整定，稱為不靈敏稱為不靈敏段，保護(hù)范圍較小。兩者

8、有效配合。段，保護(hù)范圍較小。兩者有效配合。 零序零序段的起動(dòng)電流和下一條線路的零序電流段的起動(dòng)電流和下一條線路的零序電流I段相配段相配合并高出一個(gè)合并高出一個(gè) 的時(shí)限。的時(shí)限。t2.2.零序電流限時(shí)速斷零序電流限時(shí)速斷(零序零序段段)保護(hù)保護(hù)整定計(jì)算原則整定計(jì)算原則.1 .actI 4-2 有分支電路時(shí)有分支電路時(shí) .ABkI. 0BCkI. 02. 0 TkI3I0l.ABkI. 0BCkI. 0M2 .actI 引入零序電流的分支引入零序電流的分支系數(shù)系數(shù) 之后之后br0K1 .02 .actbrrelactIKKI 當(dāng)變壓器當(dāng)變壓器B2切除或中切除或中性點(diǎn)改為不接地運(yùn)行時(shí)性點(diǎn)改為不接地運(yùn)

9、行時(shí)10brKABkTkBCkIII. 02. 0. 0k0kU 4-2(2) 保留保留0.5s的零序的零序段，同時(shí)再增加一個(gè)按第段，同時(shí)再增加一個(gè)按第(1)項(xiàng)原則項(xiàng)原則整定的保護(hù)；整定的保護(hù)；v零序零序段的靈敏系數(shù)，應(yīng)按照本線路末端接地短路時(shí)段的靈敏系數(shù)，應(yīng)按照本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流來校驗(yàn)，并應(yīng)滿足的最小零序電流來校驗(yàn)，并應(yīng)滿足 的要求。的要求。5 . 13 . 1senK靈敏性校驗(yàn)靈敏性校驗(yàn)v不滿足靈敏系數(shù)的要求時(shí)，可以考慮用下列方式解決：不滿足靈敏系數(shù)的要求時(shí)，可以考慮用下列方式解決： (1) 使零序使零序段與下一條線路的零序段與下一條線路的零序段相配合，時(shí)限段相配合，時(shí)限再

10、抬高一級，取為再抬高一級，取為0.71.2 s；(3) 從電網(wǎng)接線的全局考慮，改用接地距離保護(hù)從電網(wǎng)接線的全局考慮，改用接地距離保護(hù)(詳見詳見第三章第三章)。3. 3. 零序過電流零序過電流(零序零序段段)保護(hù)保護(hù) 整定計(jì)算原則整定計(jì)算原則躲開下一條線路出口處相間短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流躲開下一條線路出口處相間短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流 max.unbrelJactIKI 要求各保護(hù)之間在靈敏系數(shù)上要互相配合，即要求各保護(hù)之間在靈敏系數(shù)上要互相配合，即 4321sensensensenKKKK零序過電流保護(hù)的整定計(jì)算，必須逐級配合，零序過電流保護(hù)的整定計(jì)算，必須逐級配合，即本保護(hù)零序即本保護(hù)

11、零序段段的保護(hù)范圍，不能超出相鄰線路上零序的保護(hù)范圍，不能超出相鄰線路上零序段的保護(hù)范圍。段的保護(hù)范圍。當(dāng)兩個(gè)保當(dāng)兩個(gè)保護(hù)之間具有分支電路時(shí)護(hù)之間具有分支電路時(shí)1 .02 .actbrrelactIKKI 保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)，作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)按照相鄰保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)，作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)按照相鄰元件末端接地短路時(shí)，流過本保護(hù)的最小零序電流元件末端接地短路時(shí)，流過本保護(hù)的最小零序電流(應(yīng)考慮分支電應(yīng)考慮分支電路使電流減小的影響路使電流減小的影響)來校驗(yàn)。來校驗(yàn)。 4-2 4-2 動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作時(shí)限 tPDlt12t3t4t5t6tt4(0)t5(0)t6(0)在同一線路上的零

12、序過電流保護(hù)與相間短路的過電流保在同一線路上的零序過電流保護(hù)與相間短路的過電流保護(hù)相比，將具有較小的時(shí)限。護(hù)相比，將具有較小的時(shí)限。 4-24. 4. 方向性零序電流保護(hù)方向性零序電流保護(hù) 10kI10kI 10kI10kI k12k03U 4-2 當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)， 超前于超前于 9501100，這，這時(shí)繼電器應(yīng)正確動(dòng)作，并應(yīng)工作在最靈敏的條件下。時(shí)繼電器應(yīng)正確動(dòng)作，并應(yīng)工作在最靈敏的條件下。 03I03U110003I03U0GJ0 110lm. . . . . .03I03UABC11095max.sen靜態(tài)繼電器采用的接線靜態(tài)繼電器采用的接線 GJ0. . .

13、 . . .03I03UABC 70lm8075max.sen實(shí)際上廣泛應(yīng)用的接線實(shí)際上廣泛應(yīng)用的接線 max.sen 4-2 靈敏性校驗(yàn)靈敏性校驗(yàn)1.零序電壓的特點(diǎn)零序電壓的特點(diǎn) 越接近故障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序方向元件沒越接近故障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序方向元件沒有電壓死區(qū)。當(dāng)故障點(diǎn)距保護(hù)安裝地點(diǎn)很遠(yuǎn)時(shí)，由于保護(hù)有電壓死區(qū)。當(dāng)故障點(diǎn)距保護(hù)安裝地點(diǎn)很遠(yuǎn)時(shí)，由于保護(hù)安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，繼電器反而可能安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，繼電器反而可能不起動(dòng)。不起動(dòng)。 作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，即應(yīng)采用相鄰元件末端短路作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，即應(yīng)采用相鄰元件末端短路時(shí)，在本

14、保護(hù)安裝處的最小零序電流、電壓或功率與功率時(shí)，在本保護(hù)安裝處的最小零序電流、電壓或功率與功率方向繼電器的最小起動(dòng)電流、電壓或起動(dòng)功率之比來計(jì)算方向繼電器的最小起動(dòng)電流、電壓或起動(dòng)功率之比來計(jì)算靈敏系數(shù)，并要求是靈敏系數(shù)，并要求是 。 2senK2.靈敏性校驗(yàn)靈敏性校驗(yàn) 4-2 具有方向性的三段式零序電流保護(hù)的原理接線圖具有方向性的三段式零序電流保護(hù)的原理接線圖 4-24. 4. 對零序電流保護(hù)的評價(jià)對零序電流保護(hù)的評價(jià) ( (l)l)靈敏度高，動(dòng)作時(shí)限短。靈敏度高，動(dòng)作時(shí)限短。與相間短路電流保護(hù)相比，零序電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：與相間短路電流保護(hù)相比，零序電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：(2)(2)受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化

15、的影響小受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響小, ,靈敏度易于滿足。靈敏度易于滿足。 (3) (3)零序保護(hù)不受系統(tǒng)不正常運(yùn)行狀態(tài)的影響。零序保護(hù)不受系統(tǒng)不正常運(yùn)行狀態(tài)的影響。 (4)(4) 在在110kV及以上的高壓和超高壓系統(tǒng)中，及以上的高壓和超高壓系統(tǒng)中，單相接地故單相接地故障約占全部故障的障約占全部故障的7090，而且其它的故障也往往是而且其它的故障也往往是由單相接地發(fā)展起來的，由單相接地發(fā)展起來的，因此，采用專門的零序保護(hù)就具因此，采用專門的零序保護(hù)就具有顯著的優(yōu)越性。有顯著的優(yōu)越性。 4-2 零序電流保護(hù)的缺點(diǎn)：零序電流保護(hù)的缺點(diǎn)： (1)(1) 對于短線路或運(yùn)行方式變化很大的情況，保護(hù)往往不

16、能滿足系對于短線路或運(yùn)行方式變化很大的情況，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求；統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求； (2)(2) 隨著單相重合閘的廣泛應(yīng)用，在重合閘動(dòng)作的過程中將出現(xiàn)非隨著單相重合閘的廣泛應(yīng)用，在重合閘動(dòng)作的過程中將出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)的電機(jī)發(fā)生搖擺。則可能出現(xiàn)較大全相運(yùn)行狀態(tài)，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)的電機(jī)發(fā)生搖擺。則可能出現(xiàn)較大的零序電流，因而影響零序電流保護(hù)的正確工作，此時(shí)應(yīng)從整定計(jì)的零序電流，因而影響零序電流保護(hù)的正確工作，此時(shí)應(yīng)從整定計(jì)算上予以考慮，或在單相重合閘動(dòng)作過程中使之短時(shí)退出運(yùn)行；算上予以考慮，或在單相重合閘動(dòng)作過程中使之短時(shí)退出運(yùn)行； (3)(3) 當(dāng)采用自耦變壓

17、器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級的網(wǎng)絡(luò)時(shí)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級的網(wǎng)絡(luò)時(shí)(例如例如110kV和和220kV電網(wǎng)電網(wǎng))，則任，則任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，這將使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大第電流，這將使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大第段保護(hù)的段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。動(dòng)作時(shí)限。 在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，由于零序電流保護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)、在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，由于零序電流保護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。可靠，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 4-3 一、高阻接地故障一、高阻接地故障 高阻接地故障是指電力線路通過非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)高阻

18、接地故障是指電力線路通過非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)所發(fā)生的接地故障，這些介質(zhì)呈現(xiàn)高電阻特征，導(dǎo)致接所發(fā)生的接地故障，這些介質(zhì)呈現(xiàn)高電阻特征，導(dǎo)致接地故障電流很小，而且故障呈現(xiàn)電弧性，間歇性，瞬時(shí)地故障電流很小，而且故障呈現(xiàn)電弧性，間歇性，瞬時(shí)性特點(diǎn)，普通的零序電流保護(hù)難以檢測。性特點(diǎn)，普通的零序電流保護(hù)難以檢測。 高阻接地故障可以發(fā)生在各個(gè)電壓等級的架空線路和高阻接地故障可以發(fā)生在各個(gè)電壓等級的架空線路和電纜線路中，電纜線路中，在在220kV500kV的高壓線路上發(fā)生單相接地的高壓線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障時(shí)，往往會(huì)有較大的過渡電阻存在，當(dāng)導(dǎo)線對其下面往往會(huì)有較大的過渡電阻存在，當(dāng)導(dǎo)線對其下面的樹木

19、等放電時(shí)，接地的樹木等放電時(shí)，接地過渡電阻可能達(dá)到過渡電阻可能達(dá)到100300歐歐。 在在635kV中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，中中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的配電系統(tǒng)中也有性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的配電系統(tǒng)中也有高阻接地故障現(xiàn)象高阻接地故障現(xiàn)象。4-3 經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電阻經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電阻可限制接地電流，使接地故障電流變小。可限制接地電流，使接地故障電流變小。 這兩種情況的共同特點(diǎn)都是使接地電流變小。這兩種情況的共同特點(diǎn)都是使接地電流變小。 國際上普遍認(rèn)可的高阻接地故障特指在中性點(diǎn)有效接國際上普遍認(rèn)可的高阻接地故障特指在中性點(diǎn)有效接地的配電系統(tǒng)中，單相對地經(jīng)非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)短路，故地的配電系統(tǒng)中，單相對地經(jīng)非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)短路，故障電流低于過電流保護(hù)定值，使保護(hù)無法動(dòng)作。障電流低于過電流保護(hù)定值，使保護(hù)無法動(dòng)作。12.5kV高阻接地故障電流典型值高阻接地故障電流典型值4-3 盡管接地電流很小，但仍是故障。對于中性點(diǎn)有效盡管接地電流很小，但仍是故障。對于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)此故障必須盡快清除；對于中性點(diǎn)非有效