電力系統(tǒng)繼電保護第二章第三四節(jié)

電力系統(tǒng)繼電保護第二章第三四節(jié)第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一接地故障——導線與大地之間的不正常連接，包括單相接地故障和兩相接地故障電網(wǎng)接地故障種類及保護策略第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一接地故障與中性點接地方式密切相關，相同的故障條件但不同的中性點接地方式，接地故障說表現(xiàn)出的故障特征和后果、危害完全不同，因此保護策略也不相同。第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一按單相接地短路時接地電流的大小分為：大電流接系統(tǒng)

——中性點直接接地；中性點經(jīng)小電阻接地；小電流接地系統(tǒng)

——中性點不接地中性點經(jīng)消弧線圈接地；第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一110kV及以上電網(wǎng):中性點直接接地方式35kV及以下電網(wǎng):中性點不接地或不直接接地第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一大電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級中，部分或所有變壓器的中性點直接接地。優(yōu)點：絕緣要求低，絕緣的投資相對于小電流接地系統(tǒng)要低。缺點：發(fā)生單相接地故障時，會產(chǎn)生很大的短路電流，會損壞設備等。（主要用在110kV及以上的電壓等級中）第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一小電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級中，所有變壓器的中性點均不接地。發(fā)生單相接地時，幾乎沒有短路電流，不會燒壞設備，所以,還可以運行1～2小時——供電可靠性高,但是，非故障相電壓升高為1.732倍，故,絕緣要求高。隨著電壓等級的提高，絕緣的投資會急劇增加。主要用在10～66kV的配電系統(tǒng)。第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一對于中性點直接接地電網(wǎng)，利用接地短路時出現(xiàn)很大零序電流的特點，構成：（1）零序電流保護（2）零序方向電流保護對于中性點非有效接地電網(wǎng)，特征不明顯只報警不跳閘第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2.3.1接地短路時零序電壓、電流和功率的分布對于中性點有效接地電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，將出現(xiàn)很大零序電流，正常狀態(tài)該電流不存在。第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一當前世界上的交流電力系統(tǒng)一般都是ABC三相的，而電力系統(tǒng)的正序，負序，零序分量便是根據(jù)ABC三相的順序來定的。

正序：A相領先B相120度，B相領先C相120度，C相領先A相120度。

負序：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，哪一相也不領先，也不落后。第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一一、零序分量的特點零序網(wǎng)絡：與線路、接地變壓器的數(shù)目和位置相關，和發(fā)電機沒有關系。

第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.零序電壓：故障點零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低，變壓器中性點接地處為零。第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2.零序電流分布：與變壓器中性點接地的多少和位置有關；大小：與線路及中性點接地變壓器的零序阻抗有關。方向：從故障點流向接地的變壓器中性點。第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一零序電流:

在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0如果在三相四線中接入一個電流互感器，這時感應電流為零。當電路中發(fā)生觸電或漏電故障時，回路中有漏電電流流過，這時穿過互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：Ia+Ib+Ic=I(漏電電流）這樣互感器二次線圈中就有一個感應電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護區(qū)裝置預定動作電流值相比較，如大于動作電流，即使靈敏繼電器動作，作用于執(zhí)行元件掉閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一產(chǎn)生零序電流的兩個條件:

1、無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時和異常時的不對稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；

2、零序電流有通路。以上兩個條件缺一不可。因為缺少第一個，就無源泉；缺少第二個，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問題。第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一3.零序功率分布：短路點零序功率最大；方向：對于發(fā)生故障的線路，兩端的零序功率方向為線路→母線。第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一4.零序電壓與電流的相位關系正方向故障：第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一不輸出正序、負序電壓，只有零序電壓3U0輸出。二.

零序電壓、零序電流的獲取

1.零序電壓的獲取

（1）零序電壓過濾器

加法器UaUbUc3U0mnABC（2）微機保護內(nèi)直接利用程序?qū)崿F(xiàn)加法器第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2．零序電流的獲?。?）零序電流過濾器

接于相間保護電流互感器的中性線上。不平衡電流：I0（2）零序電流互感器（電纜線路）

一次電流：優(yōu)點：無不平衡電流，接線簡單第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護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，反應零序電流增大的保護成為零序保護。零序電流保護可裝設在上圖中的斷路器1和2處。由于零序電流保護對單相接地故障具有較高的靈敏度。零序電流保護是高壓線路保護中必配備的保護之一。高壓線路保護（110kV及以上）配備的保護有：

（1）零序（電流）保護；（2）距離保護；（3）高頻保護第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一三段式零序電流保護（1）零序電流速斷保護（零序Ⅰ段）（2）零序電流限時速斷保護（零序Ⅱ段）（3）零序過電流保護（零序Ⅲ段）零序電流保護的起動電流整定類似反映線電流的電流保護。必須基于故障零序電流的計算，根據(jù)不同地點接地故障時零序電流大小的不同來整定。第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（一）零序電流瞬時速斷（零序I段）保護（1）躲過下一線路出口接地短路的最大三倍零序電流3I0.max

第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一的計算：①故障點：本線路末端②故障類型：（假設）當當③運行方式本側與對側的電源應是最大運行方式；背后的零序阻抗小，對側的零序阻抗大。第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（2）躲斷路器三相觸頭不同時合閘而出現(xiàn)的最大三倍零序電流

3I0.unb

的計算：①兩相先合：②一相先合：取兩者較大者

（一）零序電流瞬時速斷（零序I段）保護第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

整定值應選?。?）和（2）中較大者。原則（2）所得定值一般較大，保護范圍縮小，靈敏度降低，此時可考慮使Ⅰ段帶一小的延時（0.1s）躲開不同時合閘時間。靈敏性：要求最小保護范圍≥（15%～20%）l（一）零序電流瞬時速斷（零序I段）保護（3）當線路上采用單相自動重合閘時，按躲開非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流來整定；按（1）（2）整定的零序I段，往往不能躲開非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流；而按（3）整定，正常情況下發(fā)生接地故障時保護范圍要縮小，不能充分發(fā)揮零序I段的作用。第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一設置兩個零序I段：靈敏I段：按（1）或（2）整定，定值較小，保護范圍較大；主要對全相運行狀態(tài)下的接地故障起保護作用；當單相自動重合閘起動時將其自動閉鎖。不靈敏I段：按（3）整定，定值較大，保護范圍較??；主要在單相重合閘過程中，其他兩相又發(fā)生接地故障時盡快切除故障；第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一與相鄰線路零序電流I段配合

（二）零序電流限時速斷（零序II段）保護第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一靈敏性校驗：要求

Ksen≥1.3~1.5

改與相鄰線Ⅱ段配合用兩個靈敏度不同的II段改用接地距離保護若不滿足要求按本線路末端發(fā)生接地故障時最小零序電流校驗第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一躲下級線路出口三相短路時流過保護裝置的最大不平衡電流Iunb.max

式中與下級線路零序III段保護在靈敏度上配合（三）零序過電流（零序III段）保護第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一靈敏性校驗：1.作為近后備時：應按被保護線路末端接地短路時，流過保護的最小三倍零序電流來校驗，要求2.作為遠后備時：應按相鄰線路末端接地短路時，流過保護的最小三倍零序電流來校驗，要求第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一動作時間：按階梯時限原則來選擇零序過電流保護的時限特性在同一線路上的零序過電流保護與相間短路的過電流保護相比，將具有較小的時限，這是零序過電流保護的一大優(yōu)點。第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一零序電流保護+零序功率方向繼電器=方向性零序電流保護k1點短路時k2點短路時4、方向性零序電流保護K1短路：3誤動K2短路：2誤動第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.零序功率方向繼電器的接線：整流型和晶體管型零序功率方向繼電器四、方向性零序電流保護第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.零序過電流保護的靈敏度高2.受系統(tǒng)運行方式的影響要小3.不受系統(tǒng)振蕩和過負荷的影響4.方向性零序電流保護沒有電壓死區(qū)5.簡單、可靠優(yōu)點：5、對零序電流保護的評價第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.對短線路或運行方式變化很大時，保護往往不能滿足要求2.單相重合閘的過程中可能誤動3.當采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級的電網(wǎng)時，將使保護的整定配合復雜化，且將增大第III段保護的動作時間缺點：5、對零序電流保護的評價第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一35kV電網(wǎng)10kV電網(wǎng)

6kV電網(wǎng)中性點非直接接地電網(wǎng)(小接地電流系統(tǒng))中性點經(jīng)電阻接地電網(wǎng)中性點不接地電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中的高阻接地故障檢測一、高阻接地故障1、定義——電力線路通過非金屬性導電介質(zhì)所發(fā)生的接地故障，這些介質(zhì)包括道路、土壤、樹枝或水泥建筑物。2、特點——非金屬導電介質(zhì)呈現(xiàn)高電阻特征，導致接地故障電流很小，而且故障呈現(xiàn)電弧性、間歇性、瞬時性特點，普通零序電流保護難以檢測。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一針對高阻接地故障的保護1）零序反時限過電流保護2）基于三次諧波電流或者三次諧波電流對系統(tǒng)電壓相位所構成的保護3）利用采樣值突變量的保護第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一零序反時限過電流保護為正常運行情況下出現(xiàn)的不平衡電流整定值：動作方程：為時間整定系數(shù)為流入繼電器的電流為繼電器的起動電流第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)中性點不接地系統(tǒng)中的接地保護在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，一般都允許再繼續(xù)運行1～2個小時。要求保護能選出接地線路并及時發(fā)出信號，一般情況不需要跳閘。對人身和設備的安全有危險時，應動作于跳閘。在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地時，相間電流保護動作切除故障線路。第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一多線路電容電流分布:第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一多線路電容電流分布:假設：忽略負荷電流和電容電流在線路上的電壓降。全系統(tǒng)UA=0,A相對地電容電流為零，UB-D=UC-D=非故障線路I:，母線→線路故障線路II:線路→母線CBAC0fC01C0Ⅱ線路I線路II第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一A相接地時的零序等效網(wǎng)絡及向量圖XT0C0fIDC0ⅠC0Ⅱl1l2I0fI0fUd0IDI0f多線路單相接地的零序等值電路第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一結論：3.在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，方向為從線路流向母線。1.發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都會出現(xiàn)零序電壓；2.在非故障線路上有零序電流，其數(shù)值等于該線路本身的電容電流，方向為從母線流向線路。第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一三、中性點不接地系統(tǒng)中單相接地保護（1）零序電壓保護（絕緣監(jiān)視裝置）絕緣監(jiān)視裝置是利用單相接地時出現(xiàn)的零序電壓，帶延時動作于信號。該保護只能監(jiān)測出接地故障，但不能判別出是哪條線路的接地。為了找出故障線路，還需要由運行人員依次短時斷開各條線路，再以自動重合閘糾正。當斷開某條線路時，零序電壓信號消失，即說明該線路單相接地。第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（2）零序電流保護零序電流保護是利用故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大的特點來實現(xiàn)選擇性的保護。為了保證動作的選擇性，零序電流保護的動作電流Iset應大于本線路的電容電流，即三、中性點不接地系統(tǒng)中單相接地保護第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一（3）零序功率方向保護零序功率方向保護是利用故障線路和非故障線路的保護安裝處零序電流方向相反的特點構成。用于零序電流保護不滿足要求和接線復雜的網(wǎng)絡中。三、中性點不接地系統(tǒng)中單相接地保護第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的接地保護第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一一、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障的特點單相接地時，電容電流分布圖第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一在中性點接入消弧線圈以后，單相接地時，通過接地點的總電流為電感電流與全系統(tǒng)總電容電流的向量和。即由于和的相位相差180°，因此將因消弧線圈的補償而減小。根據(jù)對電容電流補償程度的不同，可以分為完全補償、欠補償和過補償三種補償方式。過補償方式?jīng)]有發(fā)生過電壓的危險性。因而得到廣泛的應用。第五十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一完全補償產(chǎn)生諧振過電壓，造成中性點電壓升高欠補償運行方式變化（某元件檢修或切除時），仍可能引起諧振過電壓