電力系統(tǒng)繼電保護原理課件

1、電力系統(tǒng)繼電保護原理第二章 電網(wǎng)的電流保護 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護 電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護 中性點接地電網(wǎng)接地短路的零序電流及方向保護 中性點非接地電網(wǎng)單相接地故障時零序電壓電流及方向保護 電力系統(tǒng)繼電保護原理1.單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護 電流繼電器 電流速斷保護 限時電流速斷保護定時限過電流保護 階段式電流保護裝置電流保護的接線方式 電力系統(tǒng)繼電保護原理 電力系統(tǒng)正常運行時，輸電線路上流過負荷電流，額定情況下，母線電壓為額定電壓。 當(dāng)輸電線路發(fā)生相間短路時，各電源至短路點之間的回路上流過短路電流，故障相母線電壓降低為殘余電壓。利用這一特征反應(yīng)故障的發(fā)生，可構(gòu)成電流電壓

2、保護。 電流保護就是在輸電線路中電流達到電流整定值時電流繼電器動作。常見的輸電線路相間短路電流保護有電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。 電力系統(tǒng)繼電保護原理電流繼電器 電流繼電器是電流保護的基本元件，反應(yīng)于電流的增大而動作。 使電流繼電器臨界動作的電流值稱為動作電流動作電流。在繼電保護動作使斷路器跳開切除了故障后，線路中的電流大小迅速減小，為了使繼電器能夠盡快復(fù)歸，以準(zhǔn)備應(yīng)對下一次故障，電流繼電器應(yīng)該在電流下降到一定值時復(fù)歸到正常狀態(tài)，亦即返回。在電流下降過程中，使電流繼電器臨界返回的電流值稱為返回電流返回電流。電流繼電器的返回電流小于動作電流，二者的比值稱為返回系數(shù)返回系數(shù):

3、 : 電流繼電器的返回系數(shù)一般取值為0.850.9。 oprereIIk&=電力系統(tǒng)繼電保護原理TAMI0V濾波整流比較Ug3ms/00/ 12ms輸出1 2 3 4UgU1U2 10mst(ms)t(ms)U3 t(ms)U4t(ms)集成電路型電流繼電器U電力系統(tǒng)繼電保護原理 在如圖2-1-a所示單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，變電所A、B、C都裝設(shè)有電流保護，在線路L1上任意一點發(fā)生的短路故障，A站保護1應(yīng)可靠起動，并跳開斷路器1QF，切除故障。同理，對于線路L2和L3上的短路故障，B、C站保護2、3應(yīng)分別起動并跳開2QF、3QF。 電力系統(tǒng)繼電保護原理 L 1 3 2 1QF 2QF 3

4、QF A B C IL.max.1 L1 IL.max.2 L2 L3 （a） k3 I(2)k.min I(3)k.max Iact.1.I I(3)k.B.max Iact.1.II Iact.2.I Lmin% Lmax% L Ik IOP （b） （c） t L t1.III t t2.III t t3.III t1.I t2.I t t1.III t2.III 圖 2-1 電流保護原理與特性示意圖 t1.II t2.II （d） k2 k1 電力系統(tǒng)繼電保護原理 當(dāng)系統(tǒng)中某一點發(fā)生三相短路時，穩(wěn)態(tài)短路電流為： 當(dāng)系統(tǒng)中某一點發(fā)生兩相短路時，穩(wěn)態(tài)短路電流為： 式中: E系統(tǒng)等效相電勢，

5、常采用平均電壓Uave； ； X=Xs+Xk從等效電源到短路點的阻抗，其中,Xs為等效 電源阻抗，Xk為短路阻抗。3skEE()kXXXI=23322skEE()kXXXI=電力系統(tǒng)繼電保護原理 不同的系統(tǒng)運行方式下，Xs取值不同。對應(yīng)于系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式，Xs分別取為最小系統(tǒng)阻抗Xs.min和最大系統(tǒng)阻抗Xs.max ，此時的短路電流分別為最大短路電流Ik.max和最小短路電流Ik.min 。常用的有最大三相短路電流I(3)k.max 、最小三相短路電流I(3)k.min和最小兩相短路電流I(2)k.min 。圖2-1-b所示兩條曲線分別表示在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路I(3k.

6、max和最小運行方式下兩相短路電流I(2)k.min關(guān)于短路點到保護安裝處距離L的曲線，即短路電流曲線。 電力系統(tǒng)繼電保護原理電流速斷保護電流速斷保護可作為快速切除被保護元件出口處的嚴(yán)重短路故障的保護，其動作不帶時限，僅有保護裝置的固有動作時間。以圖2-1-（a）中線路AB的保護1為例，為保證選擇性，在相鄰線路BC出口短路時，保護1瞬時電流速斷保護不應(yīng)起動，為此其動作電流應(yīng)躲過線路末端B點的最大短路電流，因此瞬時電流速斷保護的動作電流按躲過本線路末端短路時流過保護的最大短路電流來整定，即式中 瞬時電流速斷保護的動作電流； krel可靠系數(shù)，取1.21.3； I(3)k.B.max被保護線路末端

7、短路時，流過保護的最大短路電流。 max.1 .BkIrelIsetIKIIsetI1 .電力系統(tǒng)繼電保護原理電流速斷保護的保護范圍 從圖2-1-（b）可以看出，瞬時電流速斷不能保護線路全長，只能保護線路首端的一部分，最大運行方式發(fā)生三相短路時，保護區(qū)長度為Lmax；最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，保護區(qū)長度為Lmin，保護范圍因系統(tǒng)運行方式和故障形式而改變。電流速斷保護的靈敏度用保護范圍百分比來表示。一般要求最大保護范圍達線路全長的50，最小保護范圍達線路全長的1520。 保護1最小保護范圍可按下式計算：act 1132mins.maxAB. .IUL%xxI=電力系統(tǒng)繼電保護原理電流速斷保護

8、的單相原理接線電流速斷保護的單相原理接線如圖所示，電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器KM，其觸點閉合后，使操作電源經(jīng)信號繼電器KS接通斷路器的跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘。QF YR QF1 TA KA KM 圖 2-2 瞬時電流速斷保護單相原理接線圖 k KS 信號 電力系統(tǒng)繼電保護原理電流速斷保護中間繼電器的作用 中間繼電器的作用是： 電流繼電器KA的接點容量比較小，不能直接接通跳閘線圈YR，電流繼電器動作后起動中間繼電器KM，再由中間繼電器的觸點（容量大）去跳閘； 當(dāng)線路裝設(shè)有管型避雷器時，利用中間繼電器的固有動作時間（約0.1s），防止管型避雷器放電時引

9、起瞬時電流速斷保護誤動作。 瞬時電流速斷保護簡單可靠，動作迅速，但不能保護線路全長，且保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響，必須與限時電流速斷共同構(gòu)成線路的主保護。 電力系統(tǒng)繼電保護原理限時電流速斷保護限時電流速斷保護 限時電流速斷保護的保護范圍應(yīng)為線路的全長，其保護范圍必然要延伸到相鄰線路的一部分，并保證其保護范圍不超過相鄰線路的瞬時電流速斷保護，它的動作電流應(yīng)按躲過相鄰線路瞬時電流速斷的動作電流來整定。對圖2-1-（a）中保護1，應(yīng)為 式中 Iact.1.II保護1限時電流速斷的動作電流； Iact.2.I下一級線路瞬時電流速斷的動作電流； krel可靠系數(shù)，取1.11.2。 act 1relac

10、t 2. .II. .IIk I=電力系統(tǒng)繼電保護原理限時電流速斷保護動作時限 為保證選擇性，限時電流速斷應(yīng)有時限，其動作時限t1。II應(yīng)比相鄰線路瞬時電流速斷保護的動作時間t2.I（約0.1s）大一個t，即限時電流速斷保護裝置的單相原理接線圖如圖所示，其電流繼電器KA和時間繼電器KT按限時電流速斷保護整定。 tttIII=. 2. 1QF YR QF1 TA KA KT KT 圖 1-3 電流保護單相原理圖 k KS 信號 電力系統(tǒng)繼電保護原理限時電流速斷保護靈敏系數(shù) 在線路末端校驗保護1限時電流速斷保護在最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的靈敏系數(shù)：式中 Iact.1.II被校驗保護1的II段動

11、作電流， I(2)k.B.min在校驗點發(fā)生最小兩相短路時，流過被校驗保護的短路電流。如果靈敏度不能滿足要求時，可考慮與下線路的限時電流速斷保護相配合，其動作時限也必須比下一線路的限時電流速斷大一個t，以保證選擇性。 2ksenact 11 31 5().B.min. .IIIk. .I=電力系統(tǒng)繼電保護原理定時限過電流保護 電流保護的動作條件是流過保護的電流達到保護的動作值Iact，過電流保護應(yīng)保證流過正常運行時可能的最大負荷電流IL.max保護可靠不誤動。 過電流保護動作電流Iact通常按躲開最大負荷電流整定。正常運行時，保護應(yīng)可靠不誤動，在其保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，反應(yīng)于短路電流而動作

12、。其保護范圍不僅能覆蓋本線路的全長，而且也能覆蓋相鄰線路的全長。 以圖2-1-（a）所示單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)為例。線路L1的過電流保護動作值Iact.1.III應(yīng)躲過正常運行最大負荷電流ILmax ： act 1 . .IIIL.maxII電力系統(tǒng)繼電保護原理 當(dāng)相鄰元件三相短路故障切除后，負荷自起動時，保護1在最大自起動電流IMs.max下應(yīng)可靠地返回。所以，保護1的返回電流Ire應(yīng)滿足： 引入可靠系數(shù)kk，可選擇返回電流滿足： 動作電流與返回電流之間滿足關(guān)系： Ms.maxreIIMs.maxrerelIk I=act 1Ms.max1rel. .IIIrererekIIIkk=電力系統(tǒng)繼電

13、保護原理 所以，過電流保護的動作電流可整定為：krel可靠系數(shù)，一般采用1.151.25； kMs自起動系數(shù)，由負荷性質(zhì)決定，其數(shù)值大于或等于1； kre返回系數(shù)，一般采用0.85。這樣整定的過電流保護一般都很靈敏，當(dāng)線路L3上k3點短路時，短路電流由電源經(jīng)線路L1、L2至短路點。短路電流經(jīng)過的各線路的過電流保護可能都會起動。按選擇性的要求，此時應(yīng)由保護裝置3動作，使斷路器 3QF跳閘。故障切除后，短路電流消失，各保護裝置都返回。 過電流保護的動作電流整定Mact 11rels. .IIIreL.maxrerek kIIIkk=電力系統(tǒng)繼電保護原理過電流保護靈敏系數(shù)校驗過電流保護的靈敏度是用靈

14、敏系數(shù)來校驗的，靈敏系數(shù)就是在被保護元件靈敏度校驗點發(fā)生金屬性相間短路時，流過繼電保護的最小短路電流與動作電流之比，即式中 ksen靈敏系數(shù)； I(2)k.min靈敏度校驗點兩相短路時流過繼電器的最小短路電流； Iact保護的動作電流。過電流保護作為本線路后備保護時，靈敏度校驗點在本線路末端，此時，要求ksen1.5；作為相鄰線路遠后備保護時，靈敏度校驗點在相鄰元件末端，此時要求ksen1.2。過電流保護一般作為后備保護，可采用瞬時電流速斷和限時電流速斷作為線路的主保護。 2ksenact().minIkI=電力系統(tǒng)繼電保護原理過電流保護的動作時間整定 為保證過電流保護的選擇性，各保護裝置應(yīng)具

15、有不同的動作時間，即： t1 t2 t3 引入時間級差t，使 t1= t2+ t，t2= t3+ t 為了降低整個電網(wǎng)保護的動作時間，在滿足選擇性的前提下，t應(yīng)盡量小，可按下式確定： t= tDL+ te.(+)+te.(-)+ t 式中 tDL斷路器跳閘時間； te.(+)下一級保護裝置動作時間的正誤差； te.(-)本級保護裝置動作時間的負誤差； t時間裕度。根據(jù)斷路器和繼電器的型式不同，t在0.350.6s之間，一般取0.5s。 電力系統(tǒng)繼電保護原理階梯時限特性 圖2-1-（c）為定時限過電流保護裝置動作時間特性圖。圖中，從用戶到電源，各保護裝置的動作時間逐級增加，稱為階梯時限特性。這一

16、整定過電流保護的動作時間的方法稱為階梯原則。當(dāng)下一級相鄰元件不止一個時，過電流保護的動作時間應(yīng)比每一個相鄰元件保護的動作時限至少大一個t，這樣才能充分保證保護的選擇性。 電力系統(tǒng)繼電保護原理過電流保護階梯時限特性 圖2-1-（c）為定時限過電流保護裝置動作時間特性圖。圖中，從用戶到電源，各保護裝置的動作時間逐級增加，稱為階梯時限特性。這一整定過電流保護的動作時間的方法稱為階梯原則。當(dāng)下一級相鄰元件不止一個時，過電流保護的動作時間應(yīng)比每一個相鄰元件保護的動作時限至少大一個t，這樣才能充分保證保護的選擇性。 由于過電流保護的動作時間是按階梯原則進行整定的，在靠近電源處的過電流保護的動作時限可能較長

17、，所以，過電流保護一般不能作為主保護，而是作為本線路的近后備保護和相鄰線路的遠后備保護。電力系統(tǒng)繼電保護原理定時限過電流保護裝置的單相原理接線圖 定時限過電流保護裝置的單相原理接線圖及其動作情況可參考圖2-2，其中，電流繼電器KA和時間繼電器KT按定時限過電流保護整定。 圖2-2定時限過電流保護裝置的單相原理接線圖QF YR QF1 TA KA KT KT 圖 1-3 電流保護單相原理圖 k KS 信號 電力系統(tǒng)繼電保護原理電流保護的接線方式 電流保護的接線方式是指電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式。或者說，就是如何把三相電流互感器二次電流Ia、Ib、Ic構(gòu)成三相繼電器電流Ika

18、、Ikb、Ikc。常用的相間短路接線方式有：三相完全星形接線;兩相不完全星形接線。電力系統(tǒng)繼電保護原理三相完全星形接線和兩相不完全星形接線QF TA 圖 2-24 三相星形接線方式原理圖接線圖 I1 I2 I3 aI& bI& cI& abcI I I & & & A B C QF TA 圖 2-25 兩相星形接線方式原理圖接線圖 I1 I3 aI& cI& acI I & & A B C 電力系統(tǒng)繼電保護原理兩種接線方式在各種故障時的性能分析比較 (1) 對中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路 這兩

19、種接線方式均能正確反應(yīng)這些故障，不同之處僅在于動作的繼電器數(shù)不一樣三相完全星形接線方式在各種兩相短路時，均有兩個繼電器動作，而兩相不完全星形接線方式在AB和BC相間短路時只有一個繼電器動作。電力系統(tǒng)繼電保護原理 (2) 對中性點非直接接地電網(wǎng)中的兩點接地短路 由于中性點非直接接地電網(wǎng)中，允許單相接地時繼續(xù)短時運行。因此，希望只切除一個故障點。 如果兩個接地點分別在串聯(lián)的兩條線路上，三相完全星形接線可以保證切除后面一條線路，停電范圍較小。兩相不完全星形接線則只能保證三分之二的機會切除后面一條線路。 在同一變電所引出的放射形線路上，發(fā)生兩點接地短路時，希望任意切除其中一條線路。當(dāng)保護1和2均采用三

20、相星形接線時，兩套保擴都會起動，如果保護l和保護2的時限相同，保護l和2可能同時動作切除兩條線路。如果采用兩相星形接線，即使保護l和保護2的時限相同，它也能保證有三分之二的機會只切除一條線路。電力系統(tǒng)繼電保護原理電力系統(tǒng)繼電保護原理 (3) 對Y，d接線變壓器后面的兩相短路 當(dāng)過電流保護安裝在變壓器的一次側(cè)，作為二次側(cè)線路故障的后備保護時，當(dāng)二次側(cè)發(fā)生兩相相間故障時，變壓器二次側(cè)有兩相流過大小相等方向相反的故障電流，在變壓器一次側(cè)則三相中都流過故障電流，其中一相中的故障電流較大，且正好等于另外兩相中的故障電流的2倍，當(dāng)二次側(cè)故障相別不同時，一次側(cè)故障電流較大的相別也不同，例如，對于Yd/11接

21、法的降壓變壓器，如果二次側(cè)為AB相間故障，則一次側(cè)B相的故障電流較大，這樣，如果保護是采用三相星形接線，則接于B相上的電流繼電器中流過的電流是其它兩相電流的2倍，靈敏系數(shù)增大一倍，這是十分有利的。如果保護采用的是兩相星形接線，由于B相上沒有裝設(shè)電流繼電器，因此靈敏系數(shù)只能由A相和C相的電流決定，在同樣的情況下，其數(shù)值要比采用三相星形接線時降低一半。為了克服這個缺點，可以在兩相星形接線的中線上再接入一個電流繼電器，其中流過的電流為，其大小等于電流，利用這個繼電器能夠提高靈敏系數(shù)。 電力系統(tǒng)繼電保護原理對Y，d接線變壓器后面的兩相短路YAI& CI& YBI& YCI&am

22、p; BI&AI&aI& bI& cI& 圖 對 Y，d 接線變壓器后面的兩相 AB 短路 k（AB） 電力系統(tǒng)繼電保護原理電流向量圖 圖 電流向量圖 BI&AI&1CI& 1AI& 1BI& 2CI& 2AI& 2BI& 2YCI& 1YCI& 2YAI& 1YAI& 2YBI& 1YBI&YAI& YCI& YBI&電力系統(tǒng)繼電保護原理繼電器電流構(gòu)成ITA 接線方式 IA.K IB.K IC.K 接線系數(shù) 備注 完全

23、星型接線 IA IB IC 1 能反應(yīng)各種相間短路和單相接地短路 不完全星型接線 IA 無TA IC 1 簡單、經(jīng)濟，反應(yīng)Y/變壓器二次側(cè)相間短路時，靈敏度下降為二分之一 電力系統(tǒng)繼電保護原理階段式電流保護裝置階段式電流保護裝置為了迅速、可靠地切除線路的故障，可采用三段式電流保護。通常，瞬時電流速斷保護為I段，限時電流速斷保護為II段，定時限過電流保護為III段，I、II段共同構(gòu)成主保護，III段作為后備保護。對于電網(wǎng)的末端線路也可只用兩段（I+III或II+III），或只裝帶0.5s時限的過電流保護。圖2-1說明了三段式電流保護各段動作電流、保護范圍及動作時限的配合情況。由圖可見，正常情況下

24、，在被保護線路的首端發(fā)生故障時，保護I段瞬時動作，在被保護線路末端故障時，保護II段帶0.5s延時切除故障，III段作為后備，裝設(shè)三段式電流保護的線路，可以在0.5s內(nèi)切除故障，實現(xiàn)全線速動，并能夠?qū)崿F(xiàn)近、遠后備。電力系統(tǒng)繼電保護原理 L 1 3 2 1 Q F 2 Q F 3 Q F A B C IL .m ax.1 L1 IL .m ax .2 L2 L3 （ a） k3 I(2 )k .m in I(3 )k .m ax Iact.1.I I(3 )k .B .m ax Iact.1.II Iact.2.I Lm in% Lm ax% L Ik IO P （ b） （ c） t L t1

25、 .III t t2.III t t3.III t1 .I t2.I t t1 .III t2 .III 圖 2 -1 電 流 保 護 原 理 與 特 性 示 意 圖 t1 .II t2.II （ d） k2 k1 電力系統(tǒng)繼電保護原理2 2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護 2.12.1方向性電流保護的工作原理在雙側(cè)電源線路或環(huán)網(wǎng)線路中，線路兩端都裝設(shè)有斷路器和繼電保護裝置。以圖2-4所示雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)為例，當(dāng)k1發(fā)生短路時，要求保護1、2動作斷開斷路器1QF、2QF；在k2點發(fā)生短路時，要求保護3、4動作斷開斷路器3QF、4QF。對過電流保護，當(dāng)k1點短路

26、時，按選擇性的要求，作為后備，應(yīng)該是保護2動作而不是保護3，必須有t3t2；而當(dāng)k2點短路時，則要求保護3先于保護2動作，必須有t2t3。顯然，這是互相矛盾的。可見，這種情況下，僅憑時限保證選擇性的定時限的要求，必須增加方向元件，使保護具有方向性，才能保證選擇性。對速斷保護的分析，也會有類似的結(jié)論。給電流保護加裝方向元件（以后的分析可知，僅部分保護需方向元件），以保證選擇性，就構(gòu)成了方向性電流保護。 電力系統(tǒng)繼電保護原理 1 2 3 5 1QF 2QF 3QF 5QF 6QF k1 k2 圖 2-4 雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)中過電流保護選擇性 k1 4 k3 6 4QF 8QF 7QF A B C D

27、 K1點短路時：保護1、2動作，跳開1QF、 2QF，必須有t3t2，防止保護3 誤動K2點短路時：保護3、4動作，跳開3QF、4QF ，必須有t2t3，防止保護2 誤動，必須有t5t4，防止保護5誤動K3點短路時：保護5、6動作，跳開5QF、 6QF，必須有t4t5，防止保護4 誤動這是相互矛盾的，不能同時滿足，必須有新的措施：方向性電力系統(tǒng)繼電保護原理電力系統(tǒng)繼電保護原理 1 2 3 1QF 2QF 3QF k1 k2 圖 2-3 方向繼電器工作原理分析 k1 4QF U& k1I& k2I& 1E& 2E& k1U&k1I&k1U&

28、amp;k2I&k1I&方向繼電器電力系統(tǒng)繼電保護原理對方向繼電器的要求 應(yīng)有明確的方向性:發(fā)生正方向故障時,可靠動作,發(fā)生反方向故障時,可靠不動作; 發(fā)生正方向故障時,繼電器動作有足夠的靈敏度.電力系統(tǒng)繼電保護原理最大靈敏角 如果正方向故障時,輸入繼電器的電壓為 ,電流為 ,相位差為 ,有:kU&kI&kkU&kI&k電力系統(tǒng)繼電保護原理 為了繼電器動作最靈敏,則設(shè)計最大靈敏角 ,則方向繼電器的動作區(qū)sen.maxk=kU&kI&sen.maxk=電力系統(tǒng)繼電保護原理方向繼電器動作方程009090sen.maxjkkU earg

29、I&009090ksen.maxsen.maxkUargI&kU&kI&sen.max1kU&2kU&電力系統(tǒng)繼電保護原理動作條件 方向繼電器的動作條件為:0kkksen.maxU I cos() 如果選擇一個繼電器內(nèi)角=-sen.max,那么,動作條件就是: 0kkkU I cos()電力系統(tǒng)繼電保護原理動作方程009090kkUargI&kU&kI&sen.max=1kI&2kI&電力系統(tǒng)繼電保護原理相間短路功率方向繼電器接線方式 在保護出口三相短路時,方向繼電器會有死區(qū),因此,通常采用900接線方式:

30、BCU&CAU&ABU&AI&BI&CI&kU&kI&電力系統(tǒng)繼電保護原理3 中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時零序電流及方向保護 在中性點直接接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，將出現(xiàn)較大的零序電流,在正常運行時,理想條件下,系統(tǒng)中不含有零序電壓電流。采用三相完全星形接線的過電流保護雖然可以反應(yīng)故障，但靈敏度往往不能滿足要求，時限也較長。因此，在中性點直接接地電網(wǎng)中,都裝有利用有零序電壓電流構(gòu)成的接地短路保護。 電力系統(tǒng)繼電保護原理中性點直接接地電網(wǎng)單相接地短路時電流和電壓的特點 在如圖2-51-（a）所示中性點直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)中

31、任何一點K發(fā)生單相接地短路（以A相為例）時，將產(chǎn)生零序電壓和零序電流:000AkBCkAIIIIU=&0033kkAkBkCABCUUUUIIII=&0033AkkAIIIUU= &電力系統(tǒng)繼電保護原理kCU& kAkUU&=03 0AU& 0KU& 0BU& 0AU& kI& 0KU& 0BU& 0I & 0I & XT1.0 Xwl.0 Xwl.0 XT2.0 1 2 k1 T1 A B T2 A B 圖 2-51 中性點直接接地系統(tǒng)中的單相接地短路 （c） （b） （a） kB

32、U&AkIII&=03 0 零序電壓、電流的相位關(guān)系 電力系統(tǒng)繼電保護原理零序電壓電流向量圖0kU&0I&0k00180k0I&0I&0I&電力系統(tǒng)繼電保護原理零序電流的分布 零序電流可以看成是在接地故障點的每一相中疊加的一個零序電壓作用于零序阻抗Z0產(chǎn)生的。假定零序電流的參考正方向是從接地故障點經(jīng)大地流向變壓器接地中性點，再經(jīng)變壓器返回線路，零序電壓的電位是線路高于大地，如果忽略，則零序電流超前于零序電壓900，考慮回路電阻時，零序電流超前于零序電壓的角度大于900 零序電流的分布，取決于變壓器中性點是否接地及中性點接地變壓器數(shù)目，零序

33、電流按與零序阻抗成反比的關(guān)系在變壓器接地中性點之間的零序網(wǎng)絡(luò)中分布。零序電壓在故障點最高，其值為U0，在變壓器的接地中性點，零序電壓為零。 電力系統(tǒng)繼電保護原理零序電壓過濾器、零序電流過濾器 零序電壓過濾器：三個單相電壓互感器三相五柱式電壓互感器接于發(fā)電機中性點的合成零序電壓 零序電流過濾器：零序電流過濾器零序電流互感器 電力系統(tǒng)繼電保護原理中性點直接接地電網(wǎng)的接地保護中性點直接接地電網(wǎng)的接地保護 三段式零序電流保護是常用的中性點直接接地電網(wǎng)接地故障主保護。典型的配置是以瞬時零序電流速斷保護作為I段，限時零序電流速斷保護作為II段，定時限零序過電流保護作為III段，根據(jù)具體需要，有時是四段保護

34、。在基本工作原理上，三段式零序電流保護與電流保護基本相同。 電力系統(tǒng)繼電保護原理瞬時零序電流速斷保護瞬時零序電流速斷保護整定原則： 應(yīng)躲過下一級線路出口處發(fā)生接地短路時流過保護安裝處的最大三倍零序電流 ：應(yīng)躲過斷路器三相觸頭不同期合閘的最大三倍零序電流：如按2）整定時 動作電流過大，可在手動合閘和重合閘過程中，使零序I段具有0.1s的時限，以躲過三相觸頭不同期合閘的時間。應(yīng)躲過單相自動重合閘過程中，系統(tǒng)非全相運行且出現(xiàn)振蕩時的最大三倍零序電流因此，有時設(shè)置兩個零序I段。03actrel.maxIkI=03actrel.utIkI =電力系統(tǒng)繼電保護原理限時零序電流速斷保護 限時零序電流速斷保護

35、的動作電流應(yīng)躲過下一級相鄰元件的瞬時零序電流速斷保護范圍末端發(fā)生接地短路時流過保護安裝處的三倍零序電流3I0： 在本線路末端校驗靈敏度時，要求ks1.5，若不能滿足，可考慮與相臨線路零序II段配合。 3IB.min為本線路末端發(fā)生接地短路時流過保護安裝處的最小三倍零序電流.03actrelIkI=3B.minsenactIkI=電力系統(tǒng)繼電保護原理0KU& 0I & 1 2 k1 T1 A B C 圖 2-56 有分支線路時,零序電流 II 段整定 T2 0I & 0I& 0I & 0I& 0I & 電力系統(tǒng)繼電保護原理零序過電流保護 零

36、序過電流保護動作電流應(yīng)躲過下一條線路出口處相間短路時零序電流濾過器輸出的最大不平衡電流Iub.max： 時限的整定仍按階梯原則，但配合關(guān)系始于變壓器的接地保護，而不是網(wǎng)絡(luò)的末端。零序三段作本線路后備時，靈敏系數(shù)要求ks2，作相鄰線路后備時，靈敏系數(shù)要求ks1.5。 其中3Imin為校驗點接地故障時,流過保護安裝處的最小3倍零序電流.act.IIIrelut.maxIk I=3minsenactIkI=電力系統(tǒng)繼電保護原理零序電流保護原理接線圖 零序電流保護原理接線圖 QF YT QF1 1KA KM 2KA 1KT 3KA 2KT TA0 1KS 2KS 3KS 信號 信號 信號 電力系統(tǒng)繼電

37、保護原理方向性零序電流保護 在線路兩端都有中性點接地運行的變壓器的網(wǎng)絡(luò)中，零序電流保護也有方向性問題，必須使保護具有方向性，才能保證保護的良好選擇性。 電力系統(tǒng)繼電保護原理 1 2 T1 T2 0KU& k2 圖 2-60 方向性零序電流保護原理分析 0I& 0I & k1 3 4 0U& 0kU&0007085k=0095110sen= 03I&03I&電力系統(tǒng)繼電保護原理零序功率元件的最大靈敏角 為了保證線路內(nèi)部接地故障時,零序電流保護能夠正確動作,選擇零序功率元件的最大靈敏角sen=-950-1100(零序阻抗角為700850時).

38、 動作方程(sen= -1100): 如果把輸入繼電器的零序電壓取反方向則動作方程(sen= 700):000020200UargI &000020160UargI&電力系統(tǒng)繼電保護原理評價評價三相星形接線相間短路電流保護 ，也可反映d（1），作比較優(yōu)點：（1） 零序電流保護更靈敏 、受運行方式影響較小，段保護范圍長且穩(wěn)定，段靈敏性易于滿足 段躲不平衡電流，定值低更靈敏且時間較短 （2） KPDo出口無死區(qū)，接線簡單、經(jīng)濟、可靠。 （3） 系統(tǒng)振蕩、短時過負荷等情況下（三相對稱）Io不受影響缺點： 不能反映相間短路故障，受重合閘影響。電力系統(tǒng)繼電保護原理中性點不接地電網(wǎng)單相接地

39、故障的零序電壓電流及方向保護 電力系統(tǒng)中性點接地方式可分為直接接地和不直接接地兩大類。35kV及以下電網(wǎng)中性點的接地方式有：不接地方式，經(jīng)消弧線圈接地方式，經(jīng)高阻、中阻和小電阻接地方式等。我國66kV及以下的電網(wǎng)的中性點接地方式，在單相接地時的電容電流不大于安全電流（如：35kV系統(tǒng)為10A，10kV為20A）時，采用不接地方式，否則通常采用經(jīng)消弧線圈接地方式。 由于故障點電流較小,一般允許繼續(xù)運行12小時,并由保護給出信號(或者跳閘),以便轉(zhuǎn)移負荷,安排檢修.電力系統(tǒng)繼電保護原理AE&C B A C0.1 C0.2 EI& WL1 WL2 中性點不接地電網(wǎng)的單相接地短路 CE

40、& AE& kBU&kCU&AkEU&330= EI& BE& A 相單相接地時電壓電流相位關(guān)系 2EI& 11 . 03EII&= 2 . 03I&2 1 電力系統(tǒng)繼電保護原理中性點不接地電網(wǎng)單相接地短路特點 在如圖所示中性點不接地系統(tǒng)中，連接有n條線路，當(dāng)任何一點k發(fā)生單相接地短路（以線路2的A相故障為例）時，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓 ，系統(tǒng)中各點電位發(fā)生偏移，但各點間電勢差不變。各相對地電壓橫向不對稱，但相間電壓仍保持對稱。忽略線路阻抗的影響，把線路對地電容看作集中參數(shù)，則故障點各相對地電壓為： 故障點零序電壓為：

41、 0U&00.150.150.033k Ajk BBAAjk CCAAUUEEE eUEEE e=&0.33k Ak Bk CAUUUUE= &電力系統(tǒng)繼電保護原理各線路非故障相對地電容電流 各線路非故障相對地電容電流為： 二者之和為： 非故障線路保護安裝處零序電流為： 故障點電流（方向如圖所示）為 :0150. 1.01013jk Bk BAIUj CE ej C=&0150. 1.01013jk Ck CAIUj CE ej C=&1. 1. 10100133Ek Bk CAIIIE j CU j C= =&.00033Enk Bnk CnA

42、nnIIIE j CU j C= =&01011 . 033CjUIIE &=000033CjUCjUIIiEiE&=000033CjUCjUIIiEiE&電力系統(tǒng)繼電保護原理在理想情況下， ， 由系統(tǒng)運行方式?jīng)Q定，所以故障點電流值與故障點位置無關(guān)。故障線路保護安裝處零序電流： 由此，可有結(jié)論： 當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障時，整個電壓系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓零序電壓；非故障線路零序電流為本身對地電容電流之和，相位超前零序電壓900；故障線路零序電流為所有非故障元件對地電容電流之和，相位滯后零序電壓900。非故障線路的零序功率方向與故障線路相反，在同一電壓等

43、級元件較多時，故障線路的零序電流也會遠大于其它元件。 故障線路保護安裝處零序電流 AEU&=00C)(33020022 . 0CCjUIIIEE= &電力系統(tǒng)繼電保護原理中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護 利用以上結(jié)論，可以構(gòu)成中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護：絕緣監(jiān)視裝置零序電流保護零序功率方向保護其它原理的保護電力系統(tǒng)繼電保護原理絕緣監(jiān)視裝置絕緣監(jiān)視裝置 在中性點不接地系統(tǒng)中任一點發(fā)生單相接地故障時，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓。母線上三相五柱式電壓互感器開口三角形側(cè)輸出零序電壓，過電壓繼電器反應(yīng)此零序電壓，動作于信號，同時，星形側(cè)三只用于測量各相對地電壓的

44、電壓表的指示也會不平衡，值班人員根據(jù)信號和電壓表指示的變化，只能知道電網(wǎng)發(fā)生了單相接地故障及故障的相別，必須用依次斷開線路的方法判斷發(fā)生故障的線路，并切除故障線路。 電力系統(tǒng)繼電保護原理零序電流保護零序電流保護 以圖2.1中線路WL2的零序電流保護2為例，保護2的動作電流應(yīng)躲過單相接地時本線路電容電流之和，即： 式中 krel可靠系數(shù)，瞬時動作時，取45，有一定延時，取2。 保護的靈敏度按被保護線路發(fā)生接地故障時，流過該保護的最小零序電流進行校驗： 顯然，只有在出線較多時才能保證靈敏度。22023act.relErelIkIkU j C=5 . 125. 13020202 .min. 2 . 0=CkCCIIkrelops電力系統(tǒng)繼電保護原理 零序功率方向保護零序功率方向保護 從上文的分析可以得出，故障線路保護安裝處通過的零序電流落后于零序電壓900，非故障線路的零序電流超前于零序電壓900。利用非故障線路與故障線路零序功率方向相