繼電保護：電網(wǎng)的接地保護

1、 第三節(jié)第三節(jié) 電網(wǎng)的接地保護電網(wǎng)的接地保護一、中性點直接接地系統(tǒng)中接地時零序分量的特點一、中性點直接接地系統(tǒng)中接地時零序分量的特點 接地保護可以與三相星形接線的相間短路保護共用一套設備，但實際上這樣構成的接地保護靈敏度低,所以普遍采用專門的接地保護裝置。 當中性點直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，系統(tǒng)中將出現(xiàn)很大的零序電流，這在正常運行時是不存在的，因此，利用零序電流來構成接地保護就具有很大優(yōu)點。1.1.零序電壓零序電壓故障點的零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低。故障點的零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低。2.2.零序電流零序電流零序電流的零序電流的分布分布與變壓器接地中性點的數(shù)目和

2、位置有關與變壓器接地中性點的數(shù)目和位置有關；零序電流的零序電流的大小大小與線路的零序阻抗和中性點接地變壓器與線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗有關。的零序阻抗有關。同時也應指出：即使中性點接地數(shù)不變，零序網(wǎng)絡和零序阻抗不變，但在同時也應指出：即使中性點接地數(shù)不變，零序網(wǎng)絡和零序阻抗不變，但在系統(tǒng)系統(tǒng)運行方式變化時運行方式變化時，正、負序阻抗的變化，引起，正、負序阻抗的變化，引起Ud1Ud1、Ud2 Ud2 、Ud0Ud0之間電壓分配的之間電壓分配的改變，因而間接地影響零序分量的大小。改變，因而間接地影響零序分量的大小。3.3.零序功率零序功率短路點零序功率最大，越靠近變壓器中性點接地處

3、零序功率越短路點零序功率最大，越靠近變壓器中性點接地處零序功率越小。小。故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流向母線的。向母線的。4.4.保護安裝地點處的零序電壓與電流之間的相位關系：保護安裝地點處的零序電壓與電流之間的相位關系： 只取決于保護安裝處只取決于保護安裝處背后變壓器的零序阻抗背后變壓器的零序阻抗，而，而與被保護線與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關路的零序阻抗及故障點的位置無關。二、零序分量濾過器二、零序分量濾過器 零序電壓的取得，通常采用三個單相電壓互感器或三零序電壓的取得，通常采用三個單相電壓互感器或三相

4、五柱式電壓互感器。相五柱式電壓互感器。 1. 1. 零序電壓互感器零序電壓互感器 正常運行和電網(wǎng)相間短路時，理想輸出正常運行和電網(wǎng)相間短路時，理想輸出UmnUmn=0=0。實際上實際上有不平衡電壓有不平衡電壓U UbPbP。發(fā)生接地故障時，從發(fā)生接地故障時，從mnmn端子上得到的零序電壓為：端子上得到的零序電壓為： 03.UUUUUCBAmn(c) (c) 對于發(fā)電機對于發(fā)電機 2. 零序電流濾過器零序電流濾過器 流入繼電器中的電流為流入繼電器中的電流為 .cbaJIIII接地故障時流入繼電器的電流接地故障時流入繼電器的電流為零序電流，即為零序電流，即 .0.3IIIIIcbaJ（a a）架空

5、線路用）架空線路用 在正常運行和相間短路時，零序電流過濾器存在一個在正常運行和相間短路時，零序電流過濾器存在一個不平衡電流，即不平衡電流，即 它是由于它是由于三個互感器鐵心的飽和程度不同三個互感器鐵心的飽和程度不同，以及，以及制造制造過程中的某些差別而引起的過程中的某些差別而引起的。當發(fā)生相間短路時，鐵芯飽。當發(fā)生相間短路時，鐵芯飽和的程度最嚴重，此時不平衡電流達到最大值。和的程度最嚴重，此時不平衡電流達到最大值。 bpJII 對于采用電纜引出的送對于采用電纜引出的送電線路，還廣泛采用電線路，還廣泛采用零序電零序電流互感器流互感器接線以獲得接線以獲得3I3I0 0 ，如右圖所示。它和零序電流如

6、右圖所示。它和零序電流過濾器相比，主要是沒有不過濾器相比，主要是沒有不平衡電流，同時接線也更簡平衡電流，同時接線也更簡單。單。(b) 電纜線路用電纜線路用 中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時產(chǎn)生很大的零序電流，反應零序電流增大而構成的保護稱為零序電流反應零序電流增大而構成的保護稱為零序電流保護保護。 三段式零序電流保護由無時限零序電流速斷（零序段）、限時零序電流速斷（零序段）、零序過電流（零序III段）組成。三、中性點直接接地系統(tǒng)的零序電流保護三、中性點直接接地系統(tǒng)的零序電流保護 從保護構成情況來看，三段式零序電流保護與三段從保護構成情況來看，三段式零序電流保護與三段式相間電流保護相類似，其式相

7、間電流保護相類似，其主要區(qū)別主要區(qū)別在于零序電流保護在于零序電流保護的的測量元件（電流繼電器）接入的電流量的性質(zhì)不同測量元件（電流繼電器）接入的電流量的性質(zhì)不同，零序電流保護的測量元件是接在零序電流過濾器的出口。零序電流保護的測量元件是接在零序電流過濾器的出口。1. 零序電流速斷保護（零序零序電流速斷保護（零序I段）段） 零序電流速斷保護起動值的整定原則如下。零序電流速斷保護起動值的整定原則如下。 (1) (1) 躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流能出現(xiàn)的最大零序電流3I3I0 0maxmax 。 由于線路的零序阻抗

8、遠大于正序阻抗，所以由于線路的零序阻抗遠大于正序阻抗，所以零序電流曲線較零序電流曲線較陡陡，因此，因此零序零序I I段的保護范圍比相間電流段的保護范圍比相間電流I I大得多大得多。另一方面由。另一方面由于零序電流受運行方式的變化影響小，因此它的于零序電流受運行方式的變化影響小，因此它的保護范圍也比保護范圍也比較穩(wěn)定較穩(wěn)定。BI.max. 03IdzI. 0003I1A0IBl無時限零序電流速斷保護的作用原理說明無時限零序電流速斷保護的作用原理說明(2) (2) 躲過斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的零序電流，即躲過斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的零序電流，即整定值應選其中較大者 在按條件（在按條

9、件（2 2）整定，定值較大，保護范圍較小時：）整定，定值較大，保護范圍較小時：在手動合閘以及三相自動重合閘時，使零序在手動合閘以及三相自動重合閘時，使零序I I段帶有一個小的延時段帶有一個小的延時（約（約0.1S0.1S），這樣就無需考慮條件（），這樣就無需考慮條件（2 2）。）。 零序零序I I段的靈敏度應按著保護安裝處接地短路時的段的靈敏度應按著保護安裝處接地短路時的最小零序最小零序 電流電流校驗，要求校驗，要求KLM 2。2. 限時零序電流速斷保護（零序限時零序電流速斷保護（零序段）段） 零序零序段的起動電流應與下一段線路的零序段的起動電流應與下一段線路的零序段保護相段保護相配合。配合。

10、 （1 1）當該保護與下一段線路保護之間無中性點接地變壓當該保護與下一段線路保護之間無中性點接地變壓器時器時 ，該保護的起動電流。，該保護的起動電流。 （2 2）當該保護與下一段線路保護之間有中性點接地變當該保護與下一段線路保護之間有中性點接地變壓器時壓器時，如圖所示。當線路，如圖所示。當線路BCBC上發(fā)生接地短路時，流過保上發(fā)生接地短路時，流過保護護1 1與保護與保護2 2的零序電流分別為的零序電流分別為 和和 ，兩者之差就，兩者之差就是流經(jīng)變壓器是流經(jīng)變壓器B-2B-2中性點的零序電流，稱為中性點的零序電流，稱為“分支電流分支電流”。3I0.AB3I0.BCX X 146X X B-112

11、3ABCUdOX B-2I0.AB.I0.BC.I0.AB.I0.BC.Id0.B2. 靈敏度校驗：靈敏度校驗： 零序零序段的靈敏系數(shù)，應按照本線路（段的靈敏系數(shù)，應按照本線路（ABAB）末端）末端接 地 短 路 時 的 最 小 零 序 電 流 來 校 驗 ， 并 滿 足接 地 短 路 時 的 最 小 零 序 電 流 來 校 驗 ， 并 滿 足K KLMLM1.31.31.51.5的要求。的要求。 動作時限動作時限： （1) 1) 零序零序段的動作時限與相鄰線路零序段的動作時限與相鄰線路零序段相段相配合，動作時限一般取配合，動作時限一般取0.50.5秒；秒； ( (3. 定時限零序過電流保護（

12、零序定時限零序過電流保護（零序段）段） (1) (1) 躲開在下一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最躲開在下一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流大不平衡電流。： （2 2）與下一線路零序與下一線路零序段相配合就是本保護零序段相配合就是本保護零序段的保段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序護范圍，不能超出相鄰線路上零序段的保護范圍段的保護范圍。因此，零。因此，零序序IIIIII段的起動電流必須逐級配合。當兩個保護之間具有分支段的起動電流必須逐級配合。當兩個保護之間具有分支電路時電路時( (有中性點接地變壓器時有中性點接地變壓器時) )，起動電流整定。，起動電流整定。 .靈敏度校驗靈敏度校驗

13、 ： 作為本條線路近后備保護時，按本線路末端發(fā)生接地故作為本條線路近后備保護時，按本線路末端發(fā)生接地故障時的最小零序電流來校驗，要求大于障時的最小零序電流來校驗，要求大于1.31.51.31.5。 作為相鄰線路的遠后備保護時，按相鄰線路保護范圍作為相鄰線路的遠后備保護時，按相鄰線路保護范圍末端發(fā)生接地故障時，流過本保護的最小零序電流來校驗，末端發(fā)生接地故障時，流過本保護的最小零序電流來校驗，要求大于要求大于1.21.2。動作時限：動作時限： 只有在兩個變壓器間發(fā)生接地故障時，才能引起零序只有在兩個變壓器間發(fā)生接地故障時，才能引起零序電流，所以只有保護電流，所以只有保護4 4、5 5、6 6才能

14、采用零序保護，要求：才能采用零序保護，要求：654ttt如圖所示網(wǎng)絡中，擬在斷路器如圖所示網(wǎng)絡中，擬在斷路器DL1 DL5DL5上裝設定時限過電流保上裝設定時限過電流保護和零序過電流保護，取護和零序過電流保護，取t=0.5st=0.5s，試確定：，試確定：1 1）定時限過電流保護的動作時限。）定時限過電流保護的動作時限。2 2）零序過電流保護的動作時限。）零序過電流保護的動作時限。3 3）畫出兩種保護的時限特性。）畫出兩種保護的時限特性。選擇題：選擇題：1. 大接地電流系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障，故障點距母線遠近與大接地電流系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障，故障點距母線遠近與母線上零序電壓值的關系是母線上零

15、序電壓值的關系是 （ ）。）。A.無關無關 B. 故障點越遠零序電壓越高故障點越遠零序電壓越高 C. 故障點越故障點越遠零序電壓越低遠零序電壓越低2. 大接地電流系統(tǒng)中，發(fā)生故障時，零序電壓在（）。大接地電流系統(tǒng)中，發(fā)生故障時，零序電壓在（）。B.接地短路點最高接地短路點最高 B. 變壓器中性點最高變壓器中性點最高 C. 各處相等各處相等 D. 發(fā)電機中性點最高發(fā)電機中性點最高3. 在大接地電流系統(tǒng)中，正方向發(fā)生接地短路時，保護安裝點在大接地電流系統(tǒng)中，正方向發(fā)生接地短路時，保護安裝點的零序電壓和零序電流之間的相位角取決于（）的零序電壓和零序電流之間的相位角取決于（）該點到故障點的線路零序阻抗

16、角該點到故障點的線路零序阻抗角 B. 該點正方向到零序該點正方向到零序網(wǎng)絡中性點之間的零序阻抗角網(wǎng)絡中性點之間的零序阻抗角 C.該點反方向到零序該點反方向到零序網(wǎng)絡中性點之間的零序阻抗角網(wǎng)絡中性點之間的零序阻抗角 四、中性點直接接地電網(wǎng)接地短路的方向性零序電流保護四、中性點直接接地電網(wǎng)接地短路的方向性零序電流保護 在在d1d1點接地短路時，需滿足點接地短路時，需滿足t t0202ttt0303必須加裝功率方向元件，以判別正、反方向的故障。必須加裝功率方向元件，以判別正、反方向的故障。 1.1.工作原理工作原理X X X X 1346X X X T1T2123456X d1d2I01I02UdO

17、UdOX 13X B1AdUod I0.I0.ZOBZolUo .odooBolUIZZ 式中的符號表示實際電流與假定的正方向相反。式中的符號表示實際電流與假定的正方向相反。注意注意4.4.方向性零序電流三段保護的原理接線圖方向性零序電流三段保護的原理接線圖 五、對零序電流保護和方向性零序保護的評價五、對零序電流保護和方向性零序保護的評價 （2 2）零序過電流保護的動作時限較相間保護短。）零序過電流保護的動作時限較相間保護短。 （3 3）零序電流保護不反應系統(tǒng)振蕩和過負荷。）零序電流保護不反應系統(tǒng)振蕩和過負荷。 （4 4）零序功率方向元件無死區(qū)。）零序功率方向元件無死區(qū)。（5 5）接線簡單可靠

18、。）接線簡單可靠。 簡答題：簡答題： 1. 請問零序方向電流保護由哪幾部分組成？請問零序方向電流保護由哪幾部分組成？ 2. 零序方向電流保護有沒有死區(qū)？零序方向電流保護有沒有死區(qū)？ 為什么？為什么？答：零序方向電流保護主要由零序電流過濾器（零序電壓過濾零序方向電流保護主要由零序電流過濾器（零序電壓過濾器）、電流元件和零序方向元件三部分組成。器）、電流元件和零序方向元件三部分組成。答：零序方向電流保護沒有死區(qū)。因為接地短路故障時，故障零序方向電流保護沒有死區(qū)。因為接地短路故障時，故障點零序電壓最高，因此，故障點距離保護安裝處越近，該處的點零序電壓最高，因此，故障點距離保護安裝處越近，該處的零序電

19、壓越大，所以沒有死區(qū)。零序電壓越大，所以沒有死區(qū)。六、中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的分析及其保護六、中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的分析及其保護 1. 1. 中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 在正常運行情況下，電源中性點對地電壓為在正常運行情況下，電源中性點對地電壓為0 0，各，各相對地電壓即為相電勢。三相對地電壓之和與三相電容相對地電壓即為相電勢。三相對地電壓之和與三相電容電流之和均為零。電流之和均為零。 0CBAIII.CjUIIICBA.(1) (1) 簡單網(wǎng)絡簡單網(wǎng)絡 在在A A相接地時，各相對地的電壓為：相接地時，各相對地的電壓為： 0.AfU0

20、150.3jABfeEU0150.3jACfeEU 3.3.從接地點流回的電流從接地點流回的電流I If f為正常運行時三相對地電容電流為正常運行時三相對地電容電流的算術和。的算術和。3（2 2）多條線路網(wǎng)絡）多條線路網(wǎng)絡 3非故障線路非故障線路I I： 零序電流的大小為線路本身對地電容電流，方向為由母零序電流的大小為線路本身對地電容電流，方向為由母線流向線路。線流向線路。 零序電流的大小為發(fā)電機本身對地電容電流，方向為由零序電流的大小為發(fā)電機本身對地電容電流，方向為由母線流向發(fā)電機。母線流向發(fā)電機。 故障線路故障線路： 故障線路上零序電流的大小為全系統(tǒng)非故障元件對地電容故障線路上零序電流的大

21、小為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之和，其方向為由線路流向母線。電流之和，其方向為由線路流向母線。發(fā)電機線路：發(fā)電機線路： 綜上所述，可得如下結論：綜上所述，可得如下結論： (3)(3)在故障元件上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容在故障元件上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之和，電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。電流之和，電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。選擇題：選擇題：1. 當小接地系統(tǒng)中發(fā)生單相金屬性接地時，中性點對地電壓為當小接地系統(tǒng)中發(fā)生單相金屬性接地時，中性點對地電壓為（ ）。）。A. B. C. 0 D. U3UU簡答題：簡答題： 為什么小接地電流系統(tǒng)中發(fā)

22、生單相接地故障時，系統(tǒng)可為什么小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)可以繼續(xù)運行以繼續(xù)運行12小時？小時？答：因為小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，接地短路電答：因為小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流很小，而且并不破壞系統(tǒng)線電壓的對稱性，所以系統(tǒng)可以流很小，而且并不破壞系統(tǒng)線電壓的對稱性，所以系統(tǒng)可以繼續(xù)運行繼續(xù)運行12小時。小時。B2.2.中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單向接地故障的特點中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單向接地故障的特點 思考：如果電網(wǎng)中單相接地時接地電容電流的總和比較大思考：如果電網(wǎng)中單相接地時接地電容電流的總和比較大 ， 此時單相接地短路會過渡到相間短路，那么采取

23、什么措此時單相接地短路會過渡到相間短路，那么采取什么措施減少接地電容電流呢？施減少接地電容電流呢？解決方法：解決方法： 在電源中性點在電源中性點加裝加裝一個電感線圈一個電感線圈。減少流經(jīng)故障點的減少流經(jīng)故障點的電流，避免在接地電流，避免在接地點燃起電弧，把這點燃起電弧，把這個電感線圈稱為消個電感線圈稱為消弧線圈?；【€圈。當線路當線路IIII上上A A相接地時相接地時 , ,在接地點又增加了一個電感分在接地點又增加了一個電感分量的電流量的電流 I IL L，因此，從中性點流回的總電流為，因此，從中性點流回的總電流為 CLDIII.結論：結論： I ID D將因消弧線圈的補償而減少。將因消弧線圈的

24、補償而減少。 應裝消弧線圈的條件應裝消弧線圈的條件:在各級電壓網(wǎng)絡中，當全系統(tǒng)的電容電流超過下列數(shù)值時 3-6kV電網(wǎng)-30A 10kV電網(wǎng)-20A 22-66kV電網(wǎng)-10A消弧線圈的補償方式：消弧線圈的補償方式： （1 1）完全補償）完全補償 就是使就是使I IL L= I= ICC。接地點的電流。接地點的電流I ID D近似為零。近似為零。（2 2）欠補償）欠補償 I IL L I ICC。補償后接地點的電流呈容性。補償后接地點的電流呈容性。IC（3 3）過補償）過補償 就是就是I IL LI ICC，補償后的殘余電流是電感性的。，補償后的殘余電流是電感性的。 這種方式不會出現(xiàn)串聯(lián)諧振情

25、況，在實際中獲得了廣泛這種方式不會出現(xiàn)串聯(lián)諧振情況，在實際中獲得了廣泛的應用的應用。 過補償度：過補償度：5% 10%LCCIIPI選擇題：選擇題：1. 小電流配電系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地，普遍采用（小電流配電系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地，普遍采用（ ）。）。A.全補償全補償 B.過補償過補償 C. 欠補償欠補償 D. 零補償零補償 2.中性點經(jīng)消弧線圈接地后，若單相接地故障的電流呈感性，中性點經(jīng)消弧線圈接地后，若單相接地故障的電流呈感性，此時的補償方式為（）。此時的補償方式為（）。B.全補償全補償 B.過補償過補償 C. 欠補償欠補償 BB（1）絕緣監(jiān)視）絕緣監(jiān)視3. 3. 中性點不接地系統(tǒng)

26、的接地保護中性點不接地系統(tǒng)的接地保護 （2）零序電流保護）零序電流保護架空線路用零序電流保護的原理接線圖如下圖所示。架空線路用零序電流保護的原理接線圖如下圖所示。 零序電流保護裝置的起動電流必須大于本線路的零序電容電流，零序電流保護裝置的起動電流必須大于本線路的零序電容電流，即即03CUKIkdz 對于電纜線路，采用零序電流互感器的接線方式，原理接對于電纜線路，采用零序電流互感器的接線方式，原理接線圖如下圖所示。線圖如下圖所示。 - 可靠系數(shù)，它的大小與保護動作時間有關，如瞬時動作，可靠系數(shù)，它的大小與保護動作時間有關，如瞬時動作，為防止因暫態(tài)電容電流而誤動，一般取為防止因暫態(tài)電容電流而誤動，一般取45；如保護延時動作，可；如保護延時動作，可取取1.52。kK零序電流保護裝置的靈敏度：零序電流保護裝置的靈敏度： 按被保護線路上發(fā)生接地故障時按被保護線路上發(fā)生接地故障時流經(jīng)保護的最小零序流經(jīng)保護的最小零序電流電流來校驗，靈敏系數(shù)為：來校驗，靈敏系數(shù)為： 由上式可見，當全網(wǎng)絡的電容電流越大，或被保護線路的由上式可見，當全網(wǎng)絡的電容電流越大，或被保護線路的電