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1、第五章 电网的接地保护本讲稿第一页，共三十页5、了解获得零序电流和零序电压的基本方法（如零序电流、电压滤过器的工作原理）。6、掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障时的特点，以及出现零序电压和零序电流，尤其是零序电流的性质及其分布的特点。7、掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地保护方式及其特点。8、了解中性点经消弧绕组接地电网的接地故障现象与中性点不接地电网的故障有何不同。9、了解中性点经消弧绕组接地电网中实现接地保护的困难性及其克服方法。本讲稿第二页，共三十页第一节第一节 中性点直接接地电网接地短路时的零序电中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率压、零序电流和零序功
2、率 中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性点直接接地，在故障相中流过很大的短路电流，这种电网称为大接地电流电网。在中性点直接接地电网发生单相接地故障时，要求继电保护装置切除故障。采用前面电流保护虽然也能反应中性点直接接地电网的单相短路，但因为这种保护灵敏性低和动作时间长，所以，必须装设专用的接地保护装置。单相或两相接地故障发生时，将产生很大的零序电流和零序电压，这种序量在正常运行时理论上都为0，这样，基于零序分量构成的接地保护就会有很强的甄别性能，提高接地保护装置动作的灵敏性和可靠性。一、单向接地时零序分量的特点一、单向接地时零序分量的特点本讲稿第三页，共三十页本讲稿第四页，共三十页保
3、护按装处保护按装处A和及故障和及故障点处的零序电压点处的零序电压分别为：分别为：故障点的零序电流为：故障点的零序电流为：根据对称分量法根据对称分量法求解可得在求解可得在故障点处，各序电压和电流、故障点处，各序电压和电流、功率有下列关系：功率有下列关系：单相接地零序分量特点：单相接地零序分量特点：（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。（2）零序电流超前零序电压）零序电流超前零序电压90（3）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点本讲稿第五页，共三十页接地变压器的零序阻抗及变压
4、器接地中性点的数目和位置。（4）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。短路点零序功率最大。（5）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角，与被保护线路的阻抗大小和可故障点的位置没有关系。二、变压器中性点的选择二、变压器中性点的选择不使系统出现危险的过电压；不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。变压器中心点运行方式选择的五点原则：p102对变压器中性点运行方式的选择要满足下面两个条件：本讲稿第六页，共三十页第二节第二节 中性点直接接地电网的零序电流保护中性点直接接地电网的零序电流保护一、零序保护的构成一、零序保护的构成1、
5、零序电流滤过器的不平衡的电流 零序电流滤过器由三个TA构成，由于短路电流中含有很大的非周期分量，造成TA的铁芯严重饱和，由于三个TA饱和程度不同，造成励磁电流有很大差别，因而产生很大不平衡电流。零序电流滤过器的最大不平衡电流为：很显然，这个东西是有害的。这个值我们希望它越小越好，采用零序电流互感器TAN来获得零序电流的好处就是没有这个不平衡电流，且接线简单，是获得零序电流的首选方案。本讲稿第七页，共三十页2、零序电流保护接线、零序电流保护接线三段式零序电流保护的接线三段式零序电流保护的接线二、三段式零序电流保护的整定计算二、三段式零序电流保护的整定计算1、无时限零序电流速断保护（零序电流保护I
6、段）本讲稿第八页，共三十页躲过被保护线路末端接地短路时的最大零序电流躲过断路器三相触头不同时接通时所引起的最大零序电流当被保护线路采用单相自动重合闸，有GABCL0PLAB本讲稿第九页，共三十页 零序电流的段保护最小范围要求不小于本线路全长的15%20%，其整定的动作延时为0。2、带时限零序电流速断保护（零序电流保护II段）与相邻线路I段保护相配合（主方案）上述几个方案中，按最大值作为动作整定值。本讲稿第十页，共三十页被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流。与相邻线路II段保护相配合（辅助方案）只有采用主方案灵敏度系数不满足要求的情况下才考虑采用辅助方案，此时，装置中有两个定值和时限
7、不同的零序电流II段：一个定值大，能在正常运行或最大运行方式下以较短延时切除本线路接地短路，另一个定值较小，有较长时限，保证在系统最小运行方式下线路末端接地时有足够的灵敏性。整定的动作延时与电流保护II段的动作延时相同。3、零序过电流保护（零序电流保护III段）躲过相邻线路始端三相短路时流过保护的最大不平衡电本讲稿第十一页，共三十页流，即与相邻线路III段保护相配合，即躲过相同非全相运行时出现的最大三倍零序电流，即对于110KV及其以上的网络，还应躲过电路末端变压器另一侧短路时可能出现的最大不平衡电流，即本讲稿第十二页，共三十页第四节第四节 中性点非直接接地电网的接地保护中性点非直接接地电网的
8、接地保护 在中性点非直接接地电网中，发生单相接地时，一般只要求继电保护装置能无选择性地发出预告信号，不必跳闸。但对人身和设备的安全造成危险时，应有选择性地动作于断路器跳闸。一、中性点不接地电网单相接地故障的特点和接地保护一、中性点不接地电网单相接地故障的特点和接地保护1、中性点不接地系统的正常情况和单项接地情况正常情况 假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。在正常运行时，三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即UN=0。忽略电源和线路压降，各相对地电压为各相电势。在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压90。单项接地情况本讲稿第
9、十三页，共三十页 设在A相线路上发生金属性单相接地，则接地相对地电容C0被短路，中性点对地电位升至UN=-EA，线路各相对地电压、母线上零序电压分别为:UAUBUCEBECEAU0U0U0IBICIB+ICIA=-（IB+IC）本讲稿第十四页，共三十页对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路的零对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路的零序电流为零，所以零序电流保护不能反应。序电流为零，所以零序电流保护不能反应。IKC02IC2IB2IC3IB3III线线路路IIC03ICGIBGCOGG单侧电源多线路电网的单相接地网络电流分布本讲稿第十五页，共三十页 在故障线路上的零序电流，
10、其数值等于全电网非故障元件对地电容电流的总和，其方向由线路指向母线，恰好与非故障线路上的零序电流方向相反，滞后于零序电压90。本讲稿第十六页，共三十页根据以上分析，可得出如下结论：在中性点不接地电网中发生单相接地时，电网各处故障相对地电压（金属性故障）为零，非故障相对地电压升高至电网电压，电网中出现零序电压，其大小等于电网正常时的相电压。非故障线路保护安装处，流过本线路的零序电容电流，其方向由母线指向非故障线路，超前零序电压90。故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和，数值较大，其方向由故障线路指向母线，滞后零序电压90。故障线路的零序功率与非故障线路的零序功率方向相反。
11、2、中性点不接地电网的接地保护绝缘监视装置 利用中性点不接地电网发生单相接地时，电网出现零本讲稿第十七页，共三十页序分量电压的特点，构成绝缘监视装置，实现无选择性的接地保护。零序电流保护零序电流保护利用单相接地时，故障线路零序电流大于非故障线路零序电利用单相接地时，故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，区分故障元件和非故障元件，构成有选流的特点，区分故障元件和非故障元件，构成有选本讲稿第十八页，共三十页择性的零序电流保护。根据需要可发出预告信号或作用于故障择性的零序电流保护。根据需要可发出预告信号或作用于故障线路的断路器跳闸。线路的断路器跳闸。这种保护一般用在有条件安装零序电流互感器这
12、种保护一般用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线上。的电缆线路或经电缆引出的架空线上。对于架空线路采用零序电流滤过器方式获得零序电流的情况对于架空线路采用零序电流滤过器方式获得零序电流的情况可靠系数，如瞬时动作，取可靠系数，如瞬时动作，取45；如保护延时动作，可；如保护延时动作，可取取1.52；正常负荷电流产生的不平衡电流；正常负荷电流产生的不平衡电流；3I0其它线路接地时，本线路的三倍零序电流。其它线路接地时，本线路的三倍零序电流。对于电缆线路，可采用零序电流互感器接线方式，动作电流对于电缆线路，可采用零序电流互感器接线方式，动作电流要按下式整定：要按下式整定：本讲稿第十
13、九页，共三十页灵敏系数按下式校验：灵敏系数按下式校验：零序电流滤过器：零序电流滤过器：零序电流互感器：零序电流互感器：式中式中：C0min各线路每相对地电容总和的最小值；各线路每相对地电容总和的最小值；3I0min本线路单相接地时，流经保护安装处的三倍零本线路单相接地时，流经保护安装处的三倍零序电流，它等于其它线路三倍零序电流之和，应取最小值。序电流，它等于其它线路三倍零序电流之和，应取最小值。在实用计算中可用经验公式计算各条线路本身的零序电容在实用计算中可用经验公式计算各条线路本身的零序电容电流：电流：对电缆线路对电缆线路:本讲稿第二十页，共三十页对架空线路对架空线路:流过故障点的零序电流为
14、：流过故障点的零序电流为：电网额定相间电压，电网额定相间电压，KV;电缆线路、架空线路的长度，电缆线路、架空线路的长度，km;采用零序电流互感器时采用零序电流互感器时:采用零序电流滤过器时，采用零序电流滤过器时，。显然，只有在。显然，只有在出线较多时，才能满足保护的灵敏系数的出线较多时，才能满足保护的灵敏系数的要求。要求。零序功率方向保护零序功率方向保护在中性点不接地电网中，在中性点不接地电网中，当出线较少情况下当出线较少情况下，非故障相零序，非故障相零序电流与故障相零序电流差别可能不大，采用零序电流保护不能满足电流与故障相零序电流差别可能不大，采用零序电流保护不能满足灵敏性要求，这时可采用零
15、序功率方向保护。灵敏性要求，这时可采用零序功率方向保护。本讲稿第二十一页，共三十页零序功率方向继电器的最大灵敏角为零序功率方向继电器的最大灵敏角为90，采用正极性接入方，采用正极性接入方式，接入式，接入3U0和和3I0，功率方向元件采用正弦型功率方向继电器，功率方向元件采用正弦型功率方向继电器KWD，动作方程为：，动作方程为：本讲稿第二十二页，共三十页二、中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护二、中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护当22KV66KV电网单相接地时，故障点的零序电容电流总和若大于10A，10KV电网大于20A，3KV6KV电网大于30A，则其电源中性点应采取经消弧绕组（带铁芯
16、的电感绕组）接地方式。1、中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护的基本理论问题。、中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护的基本理论问题。本讲稿第二十三页，共三十页在零序电压作用下，消弧绕组有一电感电流在零序电压作用下，消弧绕组有一电感电流IL经接地点流回经接地点流回消弧绕组。设消弧绕组的电感值为消弧绕组。设消弧绕组的电感值为L，则电感电流为：，则电感电流为：通过接地点的电容电流通过接地点的电容电流IK=IL-IC，由前述分析综合可得，由前述分析综合可得IK为：为：显然，恰当选择电感显然，恰当选择电感L的大小，可使单相接地时流经故的大小，可使单相接地时流经故障点的电容电流减小到零，因此称该电感为
17、障点的电容电流减小到零，因此称该电感为消弧绕组消弧绕组。由于。由于接地电流很小，所以中性点经消弧线圈接地系统也属于小接地接地电流很小，所以中性点经消弧线圈接地系统也属于小接地电流系统。电流系统。完全补偿：使完全补偿：使IK=IL-IC=0的补偿方式。这种补偿方式，的补偿方式。这种补偿方式，正是满足串联谐振的条件正是满足串联谐振的条件。使电源中性点对地电压升高，这是不允。使电源中性点对地电压升高，这是不允许的。因此，实际上不采用完全补偿方式。许的。因此，实际上不采用完全补偿方式。本讲稿第二十四页，共三十页欠补偿：使ILIC的补偿方式，补偿后接地点的电流仍然是容性的，当系统运行方式改变时，例如某些
18、线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，系统零序电容电流会减小。致使可能得到完全补偿。所以欠补偿方式一般也不采用。过补偿：是使ILIC的补偿方式。采用这种补偿方式后，接地点残余电流是感性的，这时即使系统运行方式发生改变，也不会产生串联谐振。因此这种补偿方式得到了广泛的应用。由上述分析可知，在中性点经消弧线圈接地电网中，一般采用过补偿方式运行，当线路发生单相接地时，无法采用零序功率方向保护来选择故障线路，而且由于残余电流不大，采用零序电流保护也很难满足灵敏性要求。因此在这类电网中，实现接地保护很困难，需要采用其它原理构成保护方式。本讲稿第二十五页，共三十页一些中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护：采
19、用绝缘监视装置（大量应用）；采用绝缘监视装置（大量应用）；零序电流保护。若中性点经消弧绕组接地电网，发生单相接地零序电流保护。若中性点经消弧绕组接地电网，发生单相接地时，补偿后故障点的残余电流较大，能满足选择性和灵敏性要求时，补偿后故障点的残余电流较大，能满足选择性和灵敏性要求时，可以采用零序电流保护（几乎无应用）；时，可以采用零序电流保护（几乎无应用）；反应接地电流有功分量的保护（理论上有不可靠性，实践反应接地电流有功分量的保护（理论上有不可靠性，实践中容易误动作，所以也几乎无应用）；中容易误动作，所以也几乎无应用）；反应高次谐波分量的保护（反应高次谐波分量的保护（5次谐波电容电流分量不能被
20、次谐波电容电流分量不能被消弧线圈补偿。出线较多的情况下，故障线路上消弧线圈补偿。出线较多的情况下，故障线路上5次谐波电次谐波电容电流与非故障线路上该分量区分明显。所以，反应高次谐容电流与非故障线路上该分量区分明显。所以，反应高次谐波分量的保护有一定程度的应用）。波分量的保护有一定程度的应用）。本讲稿第二十六页，共三十页第五节第五节 对电网接地保护的评价和应用对电网接地保护的评价和应用一、对大接地电流电网保护的评价及应用一、对大接地电流电网保护的评价及应用 在大接地电流系统中，采用三相完全星形接线的相间电流保护来保护接地短路时，与采用专门的零序电流保护来保护接地短路相比较，后者有较突出的优点。1
21、、灵敏性高 相间短路的过流保护动作电流按躲过最大负荷电流来整定，电流继电器动作值一般57A，而零序过流保护，按躲过最大不平衡电流来整定，一般0.51A。由于发生单相接地短路时，故障相的电流与三倍零序电流3I0相等，因此，零序过流保护的灵敏性高。对于电流速断保护，因线路的阻抗X0=3.5X1，所以在线路始末端接地短路的零序电流的差别比相间短路电流差别要大很多，从而零序电流速断的保护区要大于相间短路电流速断的保护区。2、延时时间短3、受系统运行方式变化的影响小本讲稿第二十七页，共三十页4、当系统发生振荡、短时过负荷等不正常运行情况时，零序电流保护一般不会误动作5、可以和相间短路保护合用一组电流互感
22、6、结构与工作原理都较为简单 在大接地电流系统中，零序保护获得广泛应用，因为在110KV及以上电压系统中，单相接地故障占全部故障80%90%，而其它类型的故障也都是由单相接地引起的，所以采用专门的零序电流保护是十分必要的。但是零序电流保护也存在一些缺点，主要表现如下：1、对于短路线路或运行方式变化大的电网，零序保护往往不能满足系统运行所提出的要求，如保护范围稳定或由于运行方式的改变需重新整定零序保护。2）随着单相重合闸广泛的应用，在综合重合闸动作过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇本讲稿第二十八页，共三十页摆，则可能出现很大的零序电流，因此影响零序电流保护正确工作。这时必须增
23、大保护动作值或在重合闸动作过程中使之短时退出运行。等全相运行后再投入。由于零序电流保护具有以上优点，故在各级电压的大接地电流系统中得到广泛应用。二、对小接地电流电网的评价二、对小接地电流电网的评价1、绝缘监视装置是一种无选择性的信号装置，它的优点是简单、经济，但在寻找接地故障过程中，不仅要短时中断对用户的供电，而且操作工作量大。这种装置广泛安装在发电厂和变电所母线上，用以监视本网络中的单相接地故障。2、当中性点不接地系统中出线线路数较多，全系统对地电容电流较大时，可采用零序电流保护实现有选择性的接地保护，当灵敏系数不够时，可利用接地故障时故障线路与非故障线路电容电流方向不同的特点来实现零序功率方向保护。本讲稿第二十九页，共三十页3、零序功率方向元件无死区（当然是对单相接地而言）。TV二次电压回路断线时，不会误动作。4、接线简单可靠本讲稿第三十页，共三十页