第5章輸電線路接地故障的零序保護

1、第五章第五章 輸電線路的零序保護輸電線路的零序保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護2教學要求： 掌握中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點及絕緣監(jiān)察裝置的原理及接線； 掌握中性點直接接地系統(tǒng)接地短路的特點； 掌握零序電流保護整定計算。 5.1 電網(wǎng)運行方式及其保護特點 5.2 大接地系統(tǒng)的接地故障保護 5.3 小接地系統(tǒng)的接地故障保護第五章第五章 輸電線路的輸電線路的零序保護零序保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護35.1 5.1 電網(wǎng)電網(wǎng)運行方式運行方式及其及其保護特點保護特點5.1.1 電網(wǎng)接地方式：中性點直接接地方式： 110KV及以上大接地大接地電流系統(tǒng)。中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地： 35KV及以下小接

2、地小接地電流系統(tǒng)。5.1.2 零序保護（接地保護）： 接地故障的特征：出現(xiàn)零序電流和零序電壓 優(yōu)點：接線簡單，靈敏度高，動作迅速，保護區(qū)穩(wěn)定瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護45.1.3 保護特點：大接地電流系統(tǒng)：單相接地構(gòu)成短路短路電流設計保護動作于跳閘相間保護靈敏性低，時限長零序電流保護小接地電流系統(tǒng)：單相接地不構(gòu)成短路電容電流設計保護動作于信號（線電壓對稱）5.1 5.1 電網(wǎng)運行方式及其保護特點電網(wǎng)運行方式及其保護特點瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護55.2 5.2 大接地系統(tǒng)大接地系統(tǒng)的接地故障保護的接地故障保護5.2.1 接地時的電流、電壓特征 )(310CBAUUUU)(310CBAIIII1.正

3、常運行或三相短路時 ：0)(310CBAUUUU0)(310CBAIIII2.兩相短路時（BC）0dAIUUdAdcdBIIdAdcdBUUU210)2121(31(31.0dAdAdAddBdAdUUUUUUU）0)0(31(31.0dBdBddBdAIIIIII）正常運行及相間短路時均沒有零序電流和零序電壓瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護63.單相接地（A相）：4.兩相短路接地時（BC）0dAI0dAU0cBIIBdBUUACBddBdAdUUUUUUU）31)(31(31.0dABAIIIII.031(31）接地故障時均有零序電流和零序電壓出現(xiàn)dAAIICdCUUdcdBIIUUdA0dcdBU

4、UAddBdAdUUUUU）31(310)(31(31.0dCdBBAIIIIII）5.2.1 接地時的電流、電壓特征 瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護75.2.2 單相接地時零序分量分布特點:圖5-1瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護85.2.2 單相接地時零序分量分布特點:圖5-1瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護9零序分量只在單相接地或兩相接地短路時出現(xiàn)。 1.零序電壓在故障點最高，離故障點越遠，越小。 2.零序電流的分布，取決于輸電線路和中性點接地變壓器的零序阻抗。 3.系統(tǒng)運行方式變化時，如果輸電線路和中性點接地變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡就不變。但正序阻抗和負序阻抗要隨著系統(tǒng)運行方式而變化，從而間

5、接影響零分量大小 4.零序電流的實際流向，為線路流向母線。 5.某一保護安裝地點處的零序電壓與零序電流之間的相位差取決于背后元件的阻抗角，而與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關。 5.2.2 單相接地時零序分量分布特點:圖5-1瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護101.零序電壓過濾器：圖5-2取得零序電壓的接線圖(a)用三個單相式電壓互感器(b)用三相五柱式電壓互感器(c)用接于發(fā)電機中性點的電 壓互感器(d)在集成電路保護裝置內(nèi)部 合成零序5.2.3 5.2.3 零序分量濾序器零序分量濾序器瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護112.2.零序電流過濾器零序電流過濾器圖5-3 零序電流過濾器圖5-4 零序電流互

6、感器*瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護121.構(gòu)成：階段式：零序段（零序電流瞬時速斷） 零序段（零序電流限時速斷） 零序段（零序過電流）2.原理圖：圖5-5區(qū)別：測量元件不接相電流，而接零序電流（零序電流濾過器）5.2.4 5.2.4 零序電流保護零序電流保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護13圖圖5-5 5-5 零序電流保護原理接線圖零序電流保護原理接線圖瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護14優(yōu)點：與反應相間短路的段比保護范圍長且穩(wěn)定。整定計算： （1）躲過被保護線路末端單相或兩相電流接地時的最大零序電流； （2）躲過QF三相不同時合閘時，流過保護的最大零序電流； （3）躲過單相重合閘時非全相振蕩的零序電流。 取其中

7、的較大值作為保護裝置的整定值 max. 0. 03IKIkdz 3. 3.零序電流速斷（零序零序電流速斷（零序段）保護段）保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護15整定計算 (1)動作電流 零序段的起動電流應與下一段線路的段保護相配合 當該保護與下一段線路保護有中性點接地變壓器時，該保護的起動電流為： 式中：I0.d.js在下一段相鄰線路保護零序段保護范圍末端發(fā)生接地短路時，流過本保護裝置的零序電流計算值。 dzkdzIKI2 . 01 . 0jsdkdzIKI. 01 . 0 4.4.零序電流限時速斷（零序零序電流限時速斷（零序段）保護段）保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護16圖圖5-6 5-6 有分支線路

8、時零序有分支線路時零序段動作特性分析段動作特性分析瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護17(2)動作時限： (3)靈敏度校驗: 應按本線路末端接地短路時的最小零序電流來校驗，并滿足Klm1.3 的要求，即 式中:I0.min本線路末端接地短路時的最小零序電流。 靈敏系數(shù)不滿足，可以與相鄰的零序段配合。sttt5 . 05 . 0021dzlmIIK1 . 0min. 03 4. 4.零序電流限時速斷（零序零序電流限時速斷（零序段）保護段）保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護18(1)動作電流： 躲開在下一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流。即： (2)靈敏系數(shù)校驗：近后備保護時：按本線路末端發(fā)生接地故障

9、時的最小零序電流3I0.min來校驗，要求Klm1.3遠后備保護時:按相鄰線路保護范圍末端發(fā)生接地故障時，流過本保護的最小零序電流3I0.min來校驗，要求Klm1.2dzlmIIK1 . 0min. 03max. 0bpkdzIKI 5.5.零序過電流零序過電流( (零序零序段段) )保護保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護19 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較小。(3)(3)動作時限：動作時限：階梯形時限原則：圖階梯形時限原則：圖5-75-7瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護20在雙側(cè)或多側(cè)電源的網(wǎng)絡中，電源處變壓器的中性點一般至少有一臺要接地。由于零序電流的實際流向是由故障點流向各

10、個中性點接地的變壓器，因此，在變壓器接地數(shù)目較多的復雜網(wǎng)絡中，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問題。5.2.5 5.2.5 方向性零序電流保護方向性零序電流保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護21圖圖5-8 5-8 方向性零序電流保護方向性零序電流保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護22LG-12LG-12型的功率方向繼電器的接線：圖型的功率方向繼電器的接線：圖5-95-90.3IIj0.3UUj瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護23 三段式零序方向電流保護的原理接線圖：圖三段式零序方向電流保護的原理接線圖：圖5-105-10瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護241.采用專門的零序電流保護具有以下優(yōu)點： （1）相間短路的過電流

11、保護是按照躲開最大負荷電流整定，繼電器的啟動電流一般為57A，而零序過電流保護則按照躲開不平衡電流的原則整定，其值一般為24A。 （2）段靈敏度高，動作時限短。靈敏性高； （3）段保護范圍大，速動性好； （4）段易滿足受系統(tǒng)方式變化小。不反應系統(tǒng)振蕩和過負荷 （5）不受系統(tǒng)振蕩，短時過負荷影響。原理接線簡單，可靠。 （6）單相故障機率高。2.零序電流保護的缺點是： （1）不適合短線路及運行方式變化大系統(tǒng)。 （2）自耦變壓器使保護整定復雜化。 （3）單相重合閘非全相運行零序電流較大誤動作。 5.2.6 5.2.6 對零序電流保護的評價對零序電流保護的評價瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護255.3 5.3

12、 小小接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)的接地故障保護的接地故障保護5.3.1 中性點不直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 1.單電源單線路系統(tǒng)的單相接地特點（A相） 圖5-11 簡單網(wǎng)絡接線示意圖圖5-12 A相接地時的相量圖瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護26（1）電壓情況圖5-111.1.單電源單線路系統(tǒng)的單相接地特點（單電源單線路系統(tǒng)的單相接地特點（A A相）相）瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護27（2）電流情況圖5-111.1.單電源單線路系統(tǒng)的單相接地特點（單電源單線路系統(tǒng)的單相接地特點（A A相）相）瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護282.2.單電源多線路系統(tǒng)的單相接地特點（單電源多線路系統(tǒng)的單相接地特點（A A相）相）圖

13、5-13 單相接地故障時三相系統(tǒng)的電容電流分布圖瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護29 圖5-13 對于故障線路，在B相和C相上與非故障線路一樣，不僅有它本身的電容電流IB和IC，而且在接地點要流回全系統(tǒng)B相和C相對地電容電流總和，其值為： 有效值為： 在線路始端所流過的零序電流就為： 有效值為：2.2.單電源多線路系統(tǒng)的單相接地特點（單電源多線路系統(tǒng)的單相接地特點（A A相）相）瀘州職業(yè)技術(shù)學院30圖5-14 單相接地故障時的零序等效網(wǎng)絡(a)等效網(wǎng)絡；(b)相量圖瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護31接地相電壓降低為0 非接地相電壓升高為線電壓（ 倍） 中性點對地電壓升高相電壓（方向與故障相電壓相反） 全系統(tǒng)

14、都將出現(xiàn)零序電壓處處相等。在非故障線路上，零序電流等于本身的對地電容電流，電容性無功功率的實際方向為由母線流向線路。在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。33.3.小結(jié)小結(jié)瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護32當系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓時，消弧線圈中有一感應電流IL流過，流過接地點的電流變成電感電流和電容電流的相量和，即(1)完全補償(IL=IC) 由于 ，實質(zhì)上構(gòu)成了串聯(lián)諧振條件，如果三相對地電容不相等，則在正常情況下系統(tǒng)中由于中性點電壓偏移或者在斷路器三相不同期合閘而出現(xiàn)零序電壓U0時，會在串聯(lián)諧振回路中產(chǎn)生很大電流及異常高電壓，造成系統(tǒng)破壞，

15、因此，一般不采用完全補償方式。5.3.2 5.3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點繼電保護33圖5-15瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護34(2)欠補償(IL0，仍是一種容性狀態(tài)，當系統(tǒng)運行方式變化(例如，切除部分線路)時，隨著C0的減少，系統(tǒng)又可能陷入上述完全補償?shù)臓顟B(tài)，這也不宜采用。(3)過補償(ILIC） 實際上，常用的是過補償方式，即此時接地電流將呈感性，這種方式不會導致串聯(lián)諧振情況的發(fā)生。5.3.2 5.3.2 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護351.絕

16、緣監(jiān)察裝置（1）構(gòu)成原理 利用零序電壓的出現(xiàn)構(gòu)成的無選擇性動作的保護（2）接線：圖5-16電壓互感器TV：YO/Y/低壓側(cè)的FU：保護二次繞組；電壓繼電器KV：作用于信號，光字牌、音響，不用信號繼電器接地：廣泛采用B相公用接地（保護接地和工作接地）；中性點經(jīng)擊穿保險接地（防止二次側(cè)中性點偏移出現(xiàn)的異常高電壓）5.3.3 5.3.3 中性點不接地電網(wǎng)的保護方中性點不接地電網(wǎng)的保護方式式瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護36QS及輔助觸點：退出TV；保證中性點接地電壓監(jiān)視：實際工程中采用一只電壓表，一只轉(zhuǎn)換開關5個位置 “AN”位置：1-2，9-10通 “BN”位置：5-6，9-12通 “CN”位置：1-4

17、，9-12通 “AB”位置：5-8，11-12通 “切開”位置：V中無電壓開口三角形上不設FU：正常時開口三角形上無電流；若設FU后可能造成熔斷不能及時發(fā)現(xiàn)。（2）絕緣監(jiān)察裝置接線：圖5-16繼電保護3711ANBNCNAB圖5-16瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護38正常運行時： 三相電壓對稱，開口三角形輸出零序電壓為0，KV不動作單相接地時： 三相電壓不對稱，開口三角形輸出零序電壓，KV動作發(fā)信號。根據(jù)電壓特點找故障相，再逐一跳閘找故障線（4）特點 接線簡單經(jīng)濟，但動作無選擇性，用于出線回路數(shù)少（廣泛用于母線，發(fā)電機出口）（3）絕緣監(jiān)察裝置工作過程：圖5-16瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護39（1）構(gòu)成原理： 利用故障線路零序電流大于非故障線路零序電流的特點構(gòu)成的有選擇性動作的保護。（2）接線： 圖5-17*2.2.零序電流保護零序電流保護瀘州職業(yè)技術(shù)學院繼電保護40動作電流：零序電容電流的計算：對架空線路 對電纜線路靈敏系數(shù)校驗：（4）特點：出線越多，C越大， 越靈敏（至少4條出線）0033CUKIKIkkdz35030lUIxex3503530lUIxex1.253)