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1、第五节第五节 中性点直接接地系统中接地短路的中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护零序电流及方向保护当系统中主变压器中性点直接接地时中性点直接接地的电网又称大接地电流系统110kV及以上电网-中性点直接接地60kV及以下电网-中性点不接地或不直接接地一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布1.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0=0。2.零序电流分布与中性点接地的多少及位置有关大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关3.零序功率短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小 对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反，从线路母线
2、 4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：二、零序电压、电流滤过器1.零序电压滤过器(a)用三个单相式电压互感器1.零序电压滤过器(b)用三相五柱式电压互感器1.零序电压滤过器(c)用接于发电机中性点的电压互感器(d)内部合成零序电压加法器2.零序电流滤过器2.零序电流滤过器优点：不平衡电流小 接线简单三、零序电流速断保护(I I段)（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的最大三倍零序电流3I0unb整定值应选其中较大者在按条件(2)整定，定值较大，保护范围较小时 在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段带有一个小的延时（约0.1
3、s），这样就无需考虑条件（2）（3）当线路上采用单相自动重合闸时F 按条件(1)、(2)整定，往往不能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流F 按能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流整定，保护范围缩小（3）当线路上采用单相自动重合闸时设置两个零序I段保护F 不灵敏I段：按条件3整定F 灵敏I段：按条件1或2整定四、零序电流限时速断保护(IIII段)与相邻线路零序电流I段配合 灵敏性校验：要求 Ksen1.5 与相邻线段配合 用两个灵敏度不同的II段 改用接地距离保护若不满足要求五、零序过电流保护(IIIIII段)躲下级线路出口三相短路时流过保护装置的最大
4、不平衡电流Iunb.max 式中与下级线路零序III段保护在灵敏度上配合灵敏性校验：F作为近后备时应按被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen1.5F作为远后备时应按下级线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen1.2动作时限零序过电流保护的时限特性相间保护零序保护六、方向性零序电流保护零序电流保护+零序功率方向继电器=方向性零序电流保护零序功率方向继电器的接线方式零序功率方向继电器的接线方式 没有死区 灵敏性的校验要求 Ksen1.5零序功率方向继电器的灵敏性七、对零序电流保护的评价1.零序过电流保护的灵敏度高2.受系统运行方式的影
5、响要小3.不受系统振荡和过负荷的影响4.方向性零序电流保护没有电压死区5.简单、可靠优点：1.对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能满足要求2.单相重合闸的过程中可能误动3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间缺点：第六节第六节 中性点非直接接地系统中单相接地中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护故障的保护 中性点非直接接地系统(小接地电流系统)中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经电阻接地在小接地电流系统中发生单相接地时，一般都允许再继续运行12个小时F 要求保护能选出接地线路并及时发出信号F 对人身和设备的安全有危
6、险时，应动作于跳闸一、中性点不接地电网中单相接地的特点A、B和C三相对地电压为 故障点的零序电压在非故障线路I上各相电流线路始端零序电流有效值 零序电流为线路 I 本身的电容电流 方向为从母线流向线路 当电网中线路很多时，上述结论可适用于每一条非故障线路 在非故障线路I上发电机出线端的零序电流有效值 零序电流为发电机本身的电容电流 方向为从母线流向发电机在故障线路II上各相电流线路始端零序电流有效值 故障线路的零序电流等于全系统非故障元件对地电容电流之总和 方向为从线路流向母线，恰好与非故障线路零序电流的方向相反 在故障线路II上特点：F在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总
7、和，方向从线路流向母线F发生单相接地时，全系统都会出现零序电压F在非故障线路上有零序电流，其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路5.中性点不接地电网中单相接地的保护中性点不接地电网中单相接地的保护（1）绝缘监视装置）绝缘监视装置 绝缘监视装置是利用单相接地时出现的零序电绝缘监视装置是利用单相接地时出现的零序电压，带延时动作于信号。压，带延时动作于信号。该保护只能监测出接地故该保护只能监测出接地故障，但不能判别出是哪条障，但不能判别出是哪条线路的接地。为了找出故线路的接地。为了找出故障线路，还需要由运行人障线路，还需要由运行人员依次短时断开各条线路，员依次短时断开各条线路，再以自动
8、重合闸纠正。当再以自动重合闸纠正。当断开某条线路时，零序电断开某条线路时，零序电压信号消失，即说明该线压信号消失，即说明该线路单相接地。路单相接地。5.中性点不接地电网中单相接地的保护中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护）零序电流保护 零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。为了保证动作的选择为了保证动作的选择性，零序电流保护的动作性，零序电流保护的动作电流电流Idz应大于本线路的电应大于本线路的电容电流，即容电流，即 5.中性点不接地电网中单相接地的保
9、护中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护）零序电流保护 零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。灵敏性的校验按下式进行灵敏性的校验按下式进行式中式中 3I0-本线路单相本线路单相接地时，非故障线路对地接地时，非故障线路对地电容电流的总和，应取最电容电流的总和，应取最小值。要求小值。要求Klm2。5.中性点不接地电网中单相接地的保护中性点不接地电网中单相接地的保护（2）零序电流保护）零序电流保护 零序电流保护是利用故障线路的零序电流比非零序电流保护是利用故障
10、线路的零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。故障线路零序电流大的特点来实现选择性的保护。当全网络的电容电流越大当全网络的电容电流越大（线路越多）或被保护线（线路越多）或被保护线路的电容电流越小（线路路的电容电流越小（线路越短）时，零序电流保护越短）时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足的灵敏系数就越容易满足要求。要求。5.中性点不接地电网中单相接地的保护中性点不接地电网中单相接地的保护（3）零序功率方向保护）零序功率方向保护 零序功率方向保护是利用故障线路和非故障线零序功率方向保护是利用故障线路和非故障线路的保护安装处零序电流方向相反的特点构成。用路的保护安装处零序电流方向相
11、反的特点构成。用于零序电流保护不满足要求和接线复杂的网络中。于零序电流保护不满足要求和接线复杂的网络中。二、中性点经消弧线圈接地电网中单相二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地的特点和保护方式接地的特点和保护方式 图图4.2 单相接地时，电容电流分布图单相接地时，电容电流分布图 根据规定，在各级电压网络中，当根据规定，在各级电压网络中，当根据规定，在各级电压网络中，当根据规定，在各级电压网络中，当全系统的电容电流等于或超过下列全系统的电容电流等于或超过下列全系统的电容电流等于或超过下列全系统的电容电流等于或超过下列数值时，都应装设消弧线圈：对于数值时，都应装设消弧线圈：对于数值时，都应装设消弧
12、线圈：对于数值时，都应装设消弧线圈：对于3 36 6千伏网络千伏网络千伏网络千伏网络-30-30安；对于安；对于安；对于安；对于1010千伏千伏千伏千伏网络网络网络网络-20-20安；对于安；对于安；对于安；对于22226666千伏网千伏网千伏网千伏网络络络络-10-10安。安。安。安。在中性点接入消弧线圈以后，单相接地时，通过在中性点接入消弧线圈以后，单相接地时，通过接地点的总电流为电感电流与全系统总电容电流的向接地点的总电流为电感电流与全系统总电容电流的向量和。即量和。即 由于由于 和和 的相位相差的相位相差180，因此，因此 将因消弧线圈将因消弧线圈的补偿而减小。根据对电容电流补偿程度的
13、不同，可的补偿而减小。根据对电容电流补偿程度的不同，可以分为完全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式。以分为完全补偿、欠补偿和过补偿三种补偿方式。过补偿方式没有发生过电压的危险性。因而得到过补偿方式没有发生过电压的危险性。因而得到广泛的应用。广泛的应用。采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零的容性电流差不多。因此，前述的零
14、序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：要有下列几种：（1）利用绝缘监视装置。绝缘监视装置的原理接线）利用绝缘监视装置。绝缘监视装置的原理接线图和使用方法与中性点不接地系统的绝缘监视装置相图和使用方法与中性点不接地系统的绝缘监视装置相同。同。采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路与非故障
15、线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：要有下列几种：（2）利用破坏补偿的方法。在发生接地故障后，利）利用破坏补偿的方法。在发生接地故障后，利用出现用出现U。的特点，短时将消弧线圈切除，这样就可。的特点，短时将消弧线圈切除，这样就可以根据不接地系统所采用的方式实现有选择性的保护。以根据不接地系统所采用的方式实现有选择性的保护。待保护动作后，再将消弧线圈投入。
16、待保护动作后，再将消弧线圈投入。采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：要有下列几种：（3）短时投入有效电阻的方法。发生单相接
17、地时，）短时投入有效电阻的方法。发生单相接地时，在中性点与地之间投入一个有效电阻，使在接地点产在中性点与地之间投入一个有效电阻，使在接地点产生一有效分量电流，再利用余弦型功率方向继电器进生一有效分量电流，再利用余弦型功率方向继电器进行选择故障线路。经一定延时后，再把电阻切除。行选择故障线路。经一定延时后，再把电阻切除。采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路的容性电
18、流差不多。因此，前述的零序电流保护和零的容性电流差不多。因此，前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。序功率方向保护均不能采用。目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主目前，消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要有下列几种：要有下列几种：此外还有反映五次谐波电流的接地保护和反映此外还有反映五次谐波电流的接地保护和反映暂态零序电流首半波的接地保护暂态零序电流首半波的接地保护。到目前为止，中性点经消弧线圈接地系统的单到目前为止，中性点经消弧线圈接地系统的单相接地保护，还没有令人满意的保护方案，有待继电相接地保护，还没有令人满意的保护方案，有待继电保护工作者进一步研究解决。保护工作者进一步研究解决。