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1、第三章第三章 电网的接地保护电网的接地保护本章重要知识点本章重要知识点1 1、中性点直接接地电网接地故障分析、中性点直接接地电网接地故障分析2 2、中性点直接接地电网接地故障时系统中零序电气量、中性点直接接地电网接地故障时系统中零序电气量分布特点分布特点3 3、零序分量的获取方法及零序电流保护原理、零序分量的获取方法及零序电流保护原理4 4、零序电流保护的整定计算方法、零序电流保护的整定计算方法5 5、非有效接地系统单相接地故障分析及故障后系统中、非有效接地系统单相接地故障分析及故障后系统中电气量分布特点电气量分布特点6 6、非有效接地系统的单相接地保护原理、非有效接地系统的单相接地保护原理第
2、一节第一节 中性点直接接地系统接地故障分析中性点直接接地系统接地故障分析单相接地短路故障几率很大（总故障单相接地短路故障几率很大（总故障80%80%以上）以上）大电流接地系统单相接地短路出现很大故障相与大电流接地系统单相接地短路出现很大故障相与零序短路电流，需设单独保护（相电流保护灵敏零序短路电流，需设单独保护（相电流保护灵敏度不够）度不够）以零序电流构成接地短路的保护具有显著优点：以零序电流构成接地短路的保护具有显著优点：正常运行时不存在零序电流正常运行时不存在零序电流发生接地短路时，将出现很大的零序电流发生接地短路时，将出现很大的零序电流接地短路的零序等效网络、零序电压分布及向量图接地短路
3、的零序等效网络、零序电压分布及向量图一、零序网络与零序电流电压的分布一、零序网络与零序电流电压的分布第一节第一节 中性点直接接地系统接地故障分析中性点直接接地系统接地故障分析第一节第一节 中性点直接接地系统接地故障分析中性点直接接地系统接地故障分析零序电压零序电压零序电流零序电流第一节第一节 中性点直接接地系统接地故障分析中性点直接接地系统接地故障分析(1)(1)故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低序电压越低(2)(2)零序电流的分布，主要取决于线路的零序阻抗和中性点零序电流的分布，主要取决于线路的零序阻抗和中性点接地变压器
4、的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关(3)(3)对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率的方向由线路流向母线的方向相反，零序功率的方向由线路流向母线(4)(4)保护安装处的零序电流、电压之间的相位差由其背侧的保护安装处的零序电流、电压之间的相位差由其背侧的零序阻抗角决定，与被保护线路的零序阻抗及故障点位置无零序阻抗角决定，与被保护线路的零序阻抗及故障点位置无关。关。(5)(5)系统运行方式变化时，如果线路和中性点接地的变压器系统运行方式变化时，如果线路和中性点接地的变压器数
5、目不变，则零序阻抗和零序等效网络不变。但因正、负序数目不变，则零序阻抗和零序等效网络不变。但因正、负序阻抗变化，将引起正、负、零序网络电压分配的改变，间接阻抗变化，将引起正、负、零序网络电压分配的改变，间接影响零序电流的大小。影响零序电流的大小。第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护一、零序电压和零序电流的获取一、零序电压和零序电流的获取1 1、外接、外接第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护2 2、自产、自产(软件计算软件计算)第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护目前，多数微机保护中采用自产零序电压，目前，
6、多数微机保护中采用自产零序电压，而零序电流两种方法都采用，并且通过比较而零序电流两种方法都采用，并且通过比较可以检测采样是否正常可以检测采样是否正常(1)(1)躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流现的最大零序电流 第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护二、零序电流速断保护二、零序电流速断保护(I(I段段)1 1、原理：反应于零序电流增大而瞬时动作的电流保护、原理：反应于零序电流增大而瞬时动作的电流保护2 2、整定动作值、整定动作值三相不同期合闸时，相当于出现纵向不对称故障，则必三相不同期合闸时，
7、相当于出现纵向不对称故障，则必然出现不对称序分量。然出现不对称序分量。(2)(2)躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流 第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护整定值应选取整定值应选取(1),(2)(1),(2)中较大者。中较大者。如按照条件如按照条件(2)(2)整定将使起动电流过大，因而保护范围缩小整定将使起动电流过大，因而保护范围缩小时，应使保护装置的动作时间大于断路器三相不同期合闸时，应使保护装置的动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间的时间(约约0 01s)1s)，则可以不考虑，则可以不考虑 (附
8、）附）纵向不对称故障分析纵向不对称故障分析第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护(3)(3)当线路上采用单相自动重合闸时，躲非全相运行期当线路上采用单相自动重合闸时，躲非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流整定间振荡所造成的最大零序电流整定 第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护其中其中单相断线时单相断线时两相断线时两相断线时b)b)设置不灵敏设置不灵敏段：段：按（按（3 3）整定）整定 若不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所若不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振
9、荡时所出现的最大零序电流出现的最大零序电流 ，则：，则：第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护a)a)设置灵敏设置灵敏段：段：按按(1),(2)(1),(2)条件整定，条件整定，非全相运行状态时退出运行（闭锁非全相运行状态时退出运行（闭锁灵敏一段灵敏一段）对零序电流对零序电流段保护的灵敏性要求同相间电流段保护的灵敏性要求同相间电流段段a.a.分支电路使故障线路中的零序短路电流增大分支电路使故障线路中的零序短路电流增大b.b.如果前一级如果前一级零序零序电流电流 IIII段保护仍按原方式段保护仍按原方式整定整定,则保护范围将大大缩短则保护范围将大大缩短c.c.考虑分支
10、系数以保证考虑分支系数以保证零序零序电流电流 IIII段保护足够的段保护足够的灵敏度灵敏度第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护三、零序电流三、零序电流IIII段保护段保护按单侧电源电流按单侧电源电流IIII段整定方式计算段整定方式计算,但需考虑但需考虑:分支分支电路的影响电路的影响1.1.有有 接线的变压器时，零序电流接线的变压器时，零序电流IIII段保护段保护的整定的整定2.2.实际整定实际整定第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护零序零序电流保护电流保护1 1IIII段与段与零序零序电流保护电流保护2 2 I I段的保护范围段的保护
11、范围配合配合(消除消除分支电路的影响分支电路的影响)整定整定:为相邻线路保护2零序I段保护区末端接地短路时，相邻线路的零序电流与流过本线路的零序电流之比第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护校验条件校验条件:线路末端发生接地短路时最小零序线路末端发生接地短路时最小零序电流校验电流校验 (即最即最不利情况下，动作最不灵敏不利情况下，动作最不灵敏)（2 2）零序电流保护）零序电流保护IIII段灵敏系数的校验段灵敏系数的校验第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护(1)(1)使使零零序序段段保保护护与与下下一一条条线线路路的的零零序序段段相相配配
12、合合，时限再抬高一级时限再抬高一级(2)(2)保保留留0.5s0.5s的的零零序序段段，再再增增加加一一个个按按第第(1)(1)项项原原则则整整定定的的保保护护。定定值值较较大大的的零零序序段段以以较较短短的的延延时时切切除除故故障障；较较长长延延时时的的零零序序段段在在各各种种运运行行方方式式下下线线路末端接地短路时具有足够的灵敏系数路末端接地短路时具有足够的灵敏系数(3)(3)改用接地距离保护改用接地距离保护3.3.不满足灵敏系数要求时不满足灵敏系数要求时,零序电流零序电流IIII段的整定段的整定第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护四、零序过电流（零序四、零序
13、过电流（零序IIIIII段）段）第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护一般情况下作为后备保护一般情况下作为后备保护中性点直接接地电网中的终端线路上作主保护中性点直接接地电网中的终端线路上作主保护1.1.整定整定(1)(1)躲开下一条线路出口处相间短路时所出现的最大躲开下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流不平衡电流末端零序电流末端零序电流IIIIII段段(一般为一般为 降压变压器高降压变压器高压侧压侧)保护保护:无需与低压侧保护配合无需与低压侧保护配合,保护瞬时动作保护瞬时动作跳闸跳闸(2)(2)实际整定实际整定:保护定值整定保护定值整定:检查灵敏系数配合
14、关系检查灵敏系数配合关系做相邻线路远后备时做相邻线路远后备时,需考虑零序分支的影响需考虑零序分支的影响保护动作时间整定保护动作时间整定第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护2.2.零序电流零序电流IIIIII段时限特性段时限特性第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护五、评价五、评价 在在中中性性点点直直接接接接地地的的电电网网中中，由由于于零零序序电电流流保保护护简简单单、经经济济、可靠，因而获得了广泛的应用。可靠，因而获得了广泛的应用。(1)(1)零序电流保护的灵敏度高，动作时限短，无电压死区。零序电流保护的灵敏度高，动作时限短，无电压
15、死区。(2)(2)零序电流保护受运行方式变化的影响较小。零序电流保护受运行方式变化的影响较小。(3)(3)零序保护不受三相对称的系统振荡，短时过负荷等的影响。零序保护不受三相对称的系统振荡，短时过负荷等的影响。(4)(4)在在110kV110kV及及以以上上的的高高压压系系统统中中，单单相相接接地地故故障障约约占占全全部部故故障障的的7070一一9090，且且其其它它的的故故障障也也往往往往是是由由单单相相接接地地发发展展起起来来的，因此采用专门的零序保护具有显著的优越性的，因此采用专门的零序保护具有显著的优越性第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护零序电流保护的缺
16、点是：零序电流保护的缺点是：(1)(1)受受中中性性点点的的接接地地数数目目与与分分布布的的影影响响很很大大；对对于于短短线线路路或或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足运行的要求运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足运行的要求(2)(2)在在重重合合闸闸动动作作的的非非全全相相运运行行状状态态可可能能出出现现较较大大的的零零序序电电流，因而影响零序电流保护的正确工作流，因而影响零序电流保护的正确工作(3)(3)当当采采用用自自耦耦变变压压器器联联系系两两个个不不同同电电压压等等级级的的网网络络时时，则则任任一一网网络络的的接接地地短短路路都都将将在在另另一一网网络络中中产产生生零零序序
17、电电流流，使使零零序序保保护护的的整整定定配配合合复复杂杂化化，并并将将增增大大第第段段保保护护的的动动作作时限。时限。第二节第二节 直接接地系统的零序电流保护直接接地系统的零序电流保护在双侧或多侧均有接地中性点的网络中，需要考虑零序电在双侧或多侧均有接地中性点的网络中，需要考虑零序电流保护动作的方向性流保护动作的方向性与方向性相间电流保护类似，只在必需时使用方向元件，与方向性相间电流保护类似，只在必需时使用方向元件，如：如：(1)(1)零序电流速断保护定值不能保证选择性零序电流速断保护定值不能保证选择性 (2)(2)零序过电流保护动作时限不能保证选择性零序过电流保护动作时限不能保证选择性第三
18、节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护第三节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护一、零序功率方向继电器一、零序功率方向继电器第三节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护为适应此要求，这种零序功率方向继电器的接线应将电流为适应此要求，这种零序功率方向继电器的接线应将电流线圈与电流互感器之间线圈与电流互感器之间同极性同极性相连，而将电压线圈与电压相连，而将电压线圈与电压互感器之间互感器之间异极性异极性相连。相连。二、零序功率方向继电器接线方式二、零序功率方向继电器接线方式根据零序分量的特点，零序功率方向继电器接线应采用根据零序分量的特点，零序功率方向继电器接线应采用最大灵敏角
19、最大灵敏角:这种接线简单清晰，易于理解。在静态功率方向继电器的这种接线简单清晰，易于理解。在静态功率方向继电器的技术条件中，就按此规定其最大灵敏角技术条件中，就按此规定其最大灵敏角以前广泛使用的整流型和晶体管型零序功率方向继电器以前广泛使用的整流型和晶体管型零序功率方向继电器,最大灵敏角为最大灵敏角为:第三节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护第三节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区有电压死区 当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的当故障点距保护安装地点很远时，由于保
20、护安装处的零序电压较低，零序电流较小，必须校验方向元件在零序电压较低，零序电流较小，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数这种情况下的灵敏系数作为相邻元件的后备保护时，应采用相邻元件末端短作为相邻元件的后备保护时，应采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序功率与功率方向继路时，在本保护安装处的最小零序功率与功率方向继电器的最小起动功率之比来计算灵敏系数，并要求电器的最小起动功率之比来计算灵敏系数，并要求 第三节第三节 方向性零序电流保护方向性零序电流保护第四节第四节 中性点非有效接地电网中性点非有效接地电网 的接地保护的接地保护1.1.中性点不接地电网单相接地短路时零序分量中性点不接地
21、电网单相接地短路时零序分量的特点的特点在正常运行情况下三相对称，对地有相同的在正常运行情况下三相对称，对地有相同的电容电容C C0 0，且对地电容电流之和为零，且对地电容电流之和为零A A相接地时相接地时U UADAD=0=0，其余两相电压升高，其余两相电压升高 倍，倍，对地电容电流之和不为零，且出现零序电压对地电容电流之和不为零，且出现零序电压一、中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的一、中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的特点和接地保护特点和接地保护第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护电压相量为电压相量为电流相量为（不考虑负荷电流的电容电流）电
22、流相量为（不考虑负荷电流的电容电流）第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的特点中性点不接地电网单相接地短路时零序分量的特点第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护中性点不接地电网单相接地短路零序分量的特点：中性点不接地电网单相接地短路零序分量的特点：单相接地时，全系统都将出现零序电压，在数值上为单相接地时，全系统都将出现零序电压，在数值上为故障前相电压故障前相电压U 非故障线路零序电流为本身的对地电容电流，方向由非故障线路零序电流为本身的对地电容电流，方向由母线流向线路母线流向线路
23、故障线路零序电流为为全系统非故障元件对地电容电故障线路零序电流为为全系统非故障元件对地电容电流之和，方向由线路流向母线流之和，方向由线路流向母线接地点零序电流为为全系统对地电容电流之和接地点零序电流为为全系统对地电容电流之和第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护2.2.中性点不接地电网的接地保护中性点不接地电网的接地保护（1 1）绝缘监视装置）绝缘监视装置利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号无选择性，须手动选择故障线路无选择性，须手动选择故障线路（2 2）零序电流保护）零序电流保护故障线路零序电流较非故障线路
24、大故障线路零序电流较非故障线路大可有选择性发出信号或动作于跳闸可有选择性发出信号或动作于跳闸第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护整定：整定：零序电流保护装置的起动电流必须大于本线路的零序电零序电流保护装置的起动电流必须大于本线路的零序电容电流容电流 I0op=Krel3U C0单相接地短路时流过保护的单相接地短路时流过保护的零零 序电流为序电流为 I0.min=3U (C C0)求得灵敏系数求得灵敏系数 Ksen=I0.min/I0op=(C C0)/KkC0当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流越小
25、时，灵敏系数就越容易满足要求越小时，灵敏系数就越容易满足要求第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护（3）零序功率方向保护）零序功率方向保护利用接地后故障线路、非故障线路零序电流方向相利用接地后故障线路、非故障线路零序电流方向相反的特点有选择性发出信号或动作于跳闸反的特点有选择性发出信号或动作于跳闸用于零序电流保护用于零序电流保护灵敏系数不满足要求的情况：灵敏系数不满足要求的情况：出线较少，各线路零序电流与系统总的零序电流出线较少，各线路零序电流与系统总的零序电流接近：接近：I0.i I0.出线较多，但线路长度相差悬殊，长线路零序电出线较多，但线路长度相差悬
26、殊，长线路零序电流与系统总的零序电流接近：流与系统总的零序电流接近：I0.i.max I0.第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护中性点不接地电网单相接地短路中性点不接地电网单相接地短路I0.较大时易于燃起较大时易于燃起电弧，产生弧光过电压，破坏绝缘，导致相间故障电弧，产生弧光过电压，破坏绝缘，导致相间故障要求要求经消弧线圈接地，以感性电流补偿容性电流经消弧线圈接地，以感性电流补偿容性电流设置消弧线圈的条件：设置消弧线圈的条件：36kV，I0.30A 10kV、35kV，I0.10A以消弧线圈感性电流补偿以消弧线圈感性电流补偿:I0.=IL+IC 为防止全
27、补偿（为防止全补偿（IL=IC ）出现）出现L、C 串联谐振出现串联谐振出现的过电压，实际使用过补偿，补偿系数的过电压，实际使用过补偿，补偿系数 K=（IL IC）/IC =5%10%二、中性点经消弧线圈接地电网单相接地短路时零二、中性点经消弧线圈接地电网单相接地短路时零序分量的特点和保护方式序分量的特点和保护方式第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护中性点中性点经消弧线圈接地经消弧线圈接地电网单相接地短路时零序分量的电网单相接地短路时零序分量的特点特点:第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护中性点中性点经消弧线圈接地
28、经消弧线圈接地电网单相接地短路零序分量电网单相接地短路零序分量的特点：的特点：单相接地时，全系统都将出现零序电压，在数值单相接地时，全系统都将出现零序电压，在数值上为故障前相电压上为故障前相电压U 非故障线路零序电流为本身的对地电容电流，方非故障线路零序电流为本身的对地电容电流，方向由母线流向线路向由母线流向线路故障线路零序电流为为接地点残余电流与故障线故障线路零序电流为为接地点残余电流与故障线路对地电容电流之和，方向由母线流向线路路对地电容电流之和，方向由母线流向线路接地点残余零序电流与电感补偿电流同方向接地点残余零序电流与电感补偿电流同方向第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地
29、电网 的接地保护的接地保护2.2.中性点经消弧线圈接地电网的接地保护（有待研究）中性点经消弧线圈接地电网的接地保护（有待研究）（1 1）绝缘监视装置）绝缘监视装置利用接地后出现的零序电压，利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号带延时动作于信号无选择性，须手动选择故障线路无选择性，须手动选择故障线路第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护（2 2）五次谐波零序电流方向保护）五次谐波零序电流方向保护对于基波分量，对于基波分量，L=1/L=1/C0C0对于五次谐波分量，对于五次谐波分量，5 5 L 1/(5L 1/(5 C0)C0)，即：，即：五次谐五次谐波电容电流基本未被五次谐波电感电流补偿，分布规波电容电流基本未被五次谐波电感电流补偿，分布规律与不接地系统基波分量分布规律相同律与不接地系统基波分量分布规律相同可以五次谐波零序电流方向保护有选择性发出信号或可以五次谐波零序电流方向保护有选择性发出信号或动作于跳闸动作于跳闸第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网 的接地保护的接地保护