輸電線路的接地保護與距離保護

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

一、概述大接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路保護：采用完全星形接線的相間電流電壓保護——靈敏度常常不能滿足要求；裝設專門的接地短路保護——反映零序電流、零序電壓和零序功率的保護。小接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路保護：當單相接地電流較大時，應裝設單相接地保護，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6.5輸電線路的接地保護

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。保護安裝處設母線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，減小；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

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

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

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

動作電流：躲過下一級相鄰線路首端發(fā)生短路時，流過保護安裝處的最大零序電流，即瞬時零序電流速斷保護式中，Krel取1.2~1.3。靈敏度校驗：零序電流I段的保護范圍也應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段的保護范圍比一般的電流I段大得多，且保護范圍也比較穩(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＞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

帶時限零序電流速斷保護動作電流：應與下一級線路的零序I段相配合。但是，當兩個保護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的作用原理等于下一級線路零序電流速斷保護范圍末端接地短路時，流過故障線路和被保護線路的零序電流之比，即，應取最小值。6.5輸電線路的接地保護

零序過電流保護動作時間：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線路末端發(fā)生接地短路時，流過保護的最小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

靈敏度校驗：按被保護范圍末端發(fā)生接地短路時，流過保護的最小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的動作時限由圖可知，同一線路上零序過電流保護的動作時限比相間短路過電流保護的動作時限小。6.5輸電線路的接地保護

4.方向性零序電流保護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。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，當被保護線路正方向發(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

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

零序功率方向繼電器的靈敏度校驗式中，為保護區(qū)末端接地短路時，保護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，所以當接地故障位于保護安裝處附近時，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

三、小接地電流系統(tǒng)的接地保護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

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

2.小接地電流系統(tǒng)的單相接地保護絕緣監(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：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，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：保護比較簡單，但給出的信號沒有選擇性。為正常負荷電流產(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，因此應加裝時限元件來保證選擇性，其動作時限應比相間短路的過電流保護大一個。動作電流6.5輸電線路的接地保護

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：利用故障線路和非故障線路的保護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，動作于信號或跳閘。適用于零序電流保護的靈敏度不滿足要求和接線復雜的網(wǎng)絡中。6.5輸電線路的接地保護

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

正常工作時，保護安裝處測量到的電壓為，電流為負荷電流，比值基本上是負荷阻抗，其值較大。當系統(tǒng)短路時，保護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。距離保護的工作原理距離保護的優(yōu)點：由于只與短路點到保護安裝處的距離有關(guān)，因此，用構(gòu)成的距離保護，其保護范圍基本上不受運行方式變化的影響。距離保護的保護范圍距離保護的保護范圍用整定阻抗Zset值的大小來表示。當線路發(fā)生短路時，若距離保護的測量阻抗Zm小于整定阻抗，即Zm＜Zset，保護動作；若Zm＞Zset，則保護不動作。因此，距離保護實質(zhì)上是一種低量動作保護。二、距離保護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：保護范圍為本線路全長的125%，其動作時限應比下一線的第I段保護動作時限大

。6.6距離保護簡介第III段：保護范圍較長，包括本線路和下一線路全長乃至更遠，其動作時限應比下一線路第III段的動作時限大。圖6-40距離保護的時限特性6.6距離保護簡介三、距離保護的主要組成元件三段式距離保護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的組成元件框圖6.6距離保護簡介方向元件：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BC線路距離Ⅰ段的整定阻抗Zset=0.85ZBC，并設，則阻抗繼電器的動作特性應是在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習這種比較的思路6.6距離保護簡介