輸電線路的接地保護(hù)與距離保護(hù)

電力工程基礎(chǔ)魏佳丹Tel:84892313(omail:weijiadan@南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院電氣工程系（智能樓403房間）南京航空航天大學(xué)《電力工程基礎(chǔ)》第六章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)§6-1繼電保護(hù)的基本知識§6-2常用保護(hù)繼電器§6-3線路的電流電壓保護(hù)§6-5輸電線路的接地保護(hù)§6-6距離保護(hù)簡介§6-7電力變壓器的保護(hù)§6-9電力電容器的保護(hù)§6-4電網(wǎng)的方向電流保護(hù)6.5輸電線路的接地保護(hù)

一、概述大接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路保護(hù)：采用完全星形接線的相間電流電壓保護(hù)——靈敏度常常不能滿足要求；裝設(shè)專門的接地短路保護(hù)——反映零序電流、零序電壓和零序功率的保護(hù)。小接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路保護(hù)：當(dāng)單相接地電流較大時，應(yīng)裝設(shè)單相接地保護(hù)，使之動作于信號，以便讓運行人員及時采取措施消除故障。二、大接地電流系統(tǒng)中的接地保護(hù)1.零序電流、零序電壓和零序功率的分布（圖6-32）圖6-32接地短路時的零序等效網(wǎng)絡(luò)6.5輸電線路的接地保護(hù)

由圖6-32可見，零序分量具有以下特點：故障點的零序電壓最高，變壓器中性點接地處的零序電壓為0。保護(hù)安裝處設(shè)母線A、B的零序電壓分別為和;零序電流的分布與中性點接地的位置和數(shù)目有關(guān)。在圖6-32所示網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地短路時，有和若發(fā)電廠A的中性點接地變壓器臺數(shù)增多，將減小，從而使和增大，減??；若變電所B內(nèi)的變壓器中性點不接地，則，也將增大且等于。6.5輸電線路的接地保護(hù)

零序功率。由于故障點的零序電壓最高，所以故障點的零序功率也最大。注意：由于在故障線路上，零序功率的方向是由線路指向母線（與正序功率相反），因此，零序功率方向繼電器都是在負(fù)值零序功率下動作的。2.零序分量的獲取方法零序電流的獲取架空線路：用零序電流濾過器（圖6-33a）。電纜線路：用零序電流互感器（圖6-33b）。圖6-33零序電流的獲取a）零序電流濾過器b）零序電流互感器6.5輸電線路的接地保護(hù)

零序電壓的獲?。和ㄟ^電壓互感器獲得。將三個單相電壓互感器的副邊繞組接成開口三角形繞組來獲?。▓D6-34a）從三相五柱式電壓互感器二次側(cè)的開口三角形繞組來獲?。▓D6-34b）圖6-34零序電壓互感器a）三單相式b）三相五柱式6.5輸電線路的接地保護(hù)

3.大接地電流系統(tǒng)的零序電流保護(hù)通常采用三段式零序電流保護(hù)。第Ⅰ段為瞬時零序電流速斷保護(hù)，第Ⅱ段為帶時限零序電流速斷保護(hù)，第Ⅲ段為定時限零序過電流保護(hù)，其原理接線圖如圖6-35所示。圖6-35三段式零序電流保護(hù)原理接線圖6.5輸電線路的接地保護(hù)

動作電流：躲過下一級相鄰線路首端發(fā)生短路時，流過保護(hù)安裝處的最大零序電流，即瞬時零序電流速斷保護(hù)式中，Krel取1.2~1.3。靈敏度校驗：零序電流I段的保護(hù)范圍也應(yīng)不小于本線路全長的15%～20%。注意：由于線路的零序阻抗比正序阻抗大，故的曲線較陡，因此，零序電流I段的保護(hù)范圍比一般的電流I段大得多，且保護(hù)范圍也比較穩(wěn)定。計算3I0.max的運行方式是：故障點的最小，保護(hù)安裝側(cè)變壓器中性點接地最多，線路末端變壓器不接地。當(dāng)＞時，采用單相接地短路，反之則采用兩相接地短路6.5輸電線路的接地保護(hù)

帶時限零序電流速斷保護(hù)動作電流：應(yīng)與下一級線路的零序I段相配合。但是，當(dāng)兩個保護(hù)之間的變電所母線上接有中性點接地的變壓器時，如圖6-36所示，應(yīng)考慮該變壓器的影響。因此

式中，Krel取1.1~1.2；Kb為分支系數(shù)。圖6-36帶時限零序電流速斷保護(hù)的作用原理等于下一級線路零序電流速斷保護(hù)范圍末端接地短路時，流過故障線路和被保護(hù)線路的零序電流之比，即，應(yīng)取最小值。6.5輸電線路的接地保護(hù)

零序過電流保護(hù)動作時間：與下一級線路零序I段相配合，一般取0.5s。靈敏度校驗：按最小運行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生接地短路時，流過保護(hù)的最小3倍零序電流來校驗，要求Ks≥1.3～1.5。若靈敏度不滿足要求，可與下一級線路的零序電流II段相配合。動作電流：躲過下一線路首端三相短路時，流過保護(hù)裝置的最大零序不平衡電流，即式中，Krel取1.2~1.3。6.5輸電線路的接地保護(hù)

靈敏度校驗：按被保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時，流過保護(hù)的最小3倍零序電流來校驗，作近后備時（本線路末端短路），要求Ks≥1.3～1.5；作遠(yuǎn)后備時（相鄰線路末端短路），要求Ks≥1.2。動作時間：按階梯原則整定，如圖6-37所示。圖6-37零序過電流保護(hù)的動作時限由圖可知，同一線路上零序過電流保護(hù)的動作時限比相間短路過電流保護(hù)的動作時限小。6.5輸電線路的接地保護(hù)

4.方向性零序電流保護(hù)在雙電源和多電源的大接地電流系統(tǒng)中，為了保證接地故障時零序電流保護(hù)動作的選擇性，要加裝零序功率方向繼電器，以構(gòu)成零序功率方向保護(hù)。零序功率方向繼電器的接線（圖6-38a）而電力系統(tǒng)中實際使用的零序功率方向繼電器最大最靈敏角為70o～85o，由于在規(guī)定的電流、電壓正方向下，當(dāng)被保護(hù)線路正方向發(fā)生接地短路時，超前約90o～

110o，因此，在使用零序功率方向繼電器時，若以正極性端接入繼電器電流線圈的極性端，則必須以負(fù)極性端接入繼電器電壓線圈的極性端，這時接入繼電器的電流和電壓分別為：即繼電器的最大靈敏角為–90°～–110°6.5輸電線路的接地保護(hù)

由圖6-38b的相量圖可以看出，此時滯后70o，即，則正方向發(fā)生接地故障時繼電器最靈敏。圖6-38零序功率方向繼電器的接線a）接線原理圖b）接入和的相量圖

6.5輸電線路的接地保護(hù)

零序功率方向繼電器的靈敏度校驗式中，為保護(hù)區(qū)末端接地短路時，保護(hù)安裝處的最小零序功率；為零序功率方向繼電器的動作功率。說明：由于接地故障點的零序電壓最高，所以當(dāng)接地故障位于保護(hù)安裝處附近時，不會出現(xiàn)零序方向繼電器的電壓死區(qū)。根據(jù)規(guī)程要求，作近后備時（本線路末端接地短路），Ks≥1.5；作遠(yuǎn)后備時（相鄰線路末端接地短路），Ks≥2。6.5輸電線路的接地保護(hù)

三、小接地電流系統(tǒng)的接地保護(hù)1.小接地電流系統(tǒng)中單相接地時電容電流的分布（圖6-39）圖6-39小接地電流系統(tǒng)中單相接地時電容電流的分布6.5輸電線路的接地保護(hù)

由圖6-39可知，電容電流分布的特點如下：發(fā)生單相接地，全系統(tǒng)都會出現(xiàn)零序電壓。非故障線路的C相對地電容電流為零，只有A相和B相有電容電流；而故障線路的C相對地電容電流不為零。非故障線路的零序電流為該線路本身對地的電容電流，其方向由母線指向線路。對故障線路WL3而言，C相中有從線路流向母線，A、B相中有從母線流向線路，所以，故障線路始端所反應(yīng)的零序電流為：上式說明，故障線路的零序電流為所有非故障線路零序電流之和，其方向是從由線路流向母線。6.5輸電線路的接地保護(hù)

2.小接地電流系統(tǒng)的單相接地保護(hù)絕緣監(jiān)視裝置：發(fā)生單相接地故障時，利用母線電壓互感器二次側(cè)開口三角形端子上零序電壓來起動過電壓繼電器，動作于信號。零序電流保護(hù)：根據(jù)故障線路零序電流大于非故障線路零序電流這一特點，可以構(gòu)成有選擇性的零序電流保護(hù)，并可動作于信號或跳閘。對于架空線路：采用零序電流濾過器，動作電流為：特點：保護(hù)比較簡單，但給出的信號沒有選擇性。為正常負(fù)荷電流產(chǎn)生的不平衡電流

說明：按上式確定的動作電流，一般不能躲開本線路外部三相短路時所出現(xiàn)的不平衡電流，因此應(yīng)加裝時限元件來保證選擇性，其動作時限應(yīng)比相間短路的過電流保護(hù)大一個。動作電流6.5輸電線路的接地保護(hù)

對于電纜線路：采用零序電流互感器，其動作電流為：

電纜線路正常運行時的不平衡電流很小，可忽略靈敏度校驗：

式中，為本線路單相接地時，非故障線路對地電容電流的總和，應(yīng)取最小值。對架空線路，要求Ks≥1.5；對電纜線路，要求Ks

≥1.25。零序功率方向保護(hù)：利用故障線路和非故障線路的保護(hù)安裝處零序功率方向相反的特點來實現(xiàn)有選擇性的保護(hù)，動作于信號或跳閘。適用于零序電流保護(hù)的靈敏度不滿足要求和接線復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中。6.5輸電線路的接地保護(hù)

第六章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)§6-1繼電保護(hù)的基本知識§6-2常用保護(hù)繼電器§6-3線路的電流電壓保護(hù)§6-5輸電線路的接地保護(hù)§6-6距離保護(hù)簡介§6-7電力變壓器的保護(hù)§6-9電力電容器的保護(hù)§6-4電網(wǎng)的方向電流保護(hù)6.6距離保護(hù)簡介一、距離保護(hù)的基本概念距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定是否動作的一種保護(hù)裝置。

正常工作時，保護(hù)安裝處測量到的電壓為，電流為負(fù)荷電流，比值基本上是負(fù)荷阻抗，其值較大。當(dāng)系統(tǒng)短路時，保護(hù)安裝處測量到的電壓為殘余電壓，電流為短路電流，比值為短路阻抗，其值較小。距離保護(hù)的工作原理距離保護(hù)的優(yōu)點：由于只與短路點到保護(hù)安裝處的距離有關(guān)，因此，用構(gòu)成的距離保護(hù)，其保護(hù)范圍基本上不受運行方式變化的影響。距離保護(hù)的保護(hù)范圍距離保護(hù)的保護(hù)范圍用整定阻抗Zset值的大小來表示。當(dāng)線路發(fā)生短路時，若距離保護(hù)的測量阻抗Zm小于整定阻抗，即Zm＜Zset，保護(hù)動作；若Zm＞Zset，則保護(hù)不動作。因此，距離保護(hù)實質(zhì)上是一種低量動作保護(hù)。二、距離保護(hù)的時限特性采用三段式階梯延時特性，如圖6-40所示。

第I段：保護(hù)范圍為本線路全長的80%～85%，動作時限為繼電器本身的固有時間。第II段：保護(hù)范圍為本線路全長的125%，其動作時限應(yīng)比下一線的第I段保護(hù)動作時限大

。6.6距離保護(hù)簡介第III段：保護(hù)范圍較長，包括本線路和下一線路全長乃至更遠(yuǎn)，其動作時限應(yīng)比下一線路第III段的動作時限大。圖6-40距離保護(hù)的時限特性6.6距離保護(hù)簡介三、距離保護(hù)的主要組成元件三段式距離保護(hù)裝置的簡化邏輯框圖如圖6-41所示。起動元件：采用過電流繼電器或阻抗繼電器。圖6-41三段式距離保護(hù)的組成元件框圖6.6距離保護(hù)簡介方向元件：可采用單獨的功率方向繼電器，但更多的是采用方向阻抗繼電器，既作為方向元件，又作為阻抗元件。測量元件：采用帶方向性的阻抗繼電器。時間元件：采用時間繼電器或延時電路。6.6距離保護(hù)簡介四、阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理與動作特性圖6-42中，設(shè)BC線路距離Ⅰ段的整定阻抗Zset=0.85ZBC，并設(shè)，則阻抗繼電器的動作特性應(yīng)是在Zset范圍內(nèi)的一條線段，由于受短路點過渡電阻和互感器角誤差的影響，通常用包含該線段在內(nèi)的一個圓來表示。圖6-42阻抗繼電器的動作特性1—全阻抗繼電器特性圓2—方向阻抗繼電器特性圓全阻抗繼電器：以B點為圓心，以Zset為半徑得到的圓1，稱為全阻抗繼電器的特性圓。方向阻抗繼電器：以Zset為直徑，圓周通過B點得到的圓2，稱為方向抗繼電器的特性圓。由特性圓2可以看出，當(dāng)方向阻抗繼電器的整定阻抗角與線路的阻抗角相等，即時，繼電器的動作阻抗Zop最大（等于圓的直徑），保護(hù)范圍最長，繼電器最靈敏。此時的整定阻抗角稱為阻抗繼電器的最大靈敏角，用表示。注意：全阻抗繼電器在線路反方向短路時也動作，即繼電器沒有方向性，因此，必須和方向元件配合使用使以其反方向短路時不動作。6.6距離保護(hù)簡介整流型全阻抗繼電器：“全阻抗”－－無方向性電抗變壓器中間變壓器6.6距離保護(hù)簡介整流型全阻抗繼電器：“全阻抗”－－無方向性電抗變壓器中間變壓器學(xué)習(xí)這種比較的思路6.6距離保護(hù)簡介