第五章繼電保護(hù)原理-劉學(xué)軍第二版-接地保護(hù)

1、第五章 電網(wǎng)的接地保護(hù),不對(duì)稱短路分析方法：對(duì)稱分量法,不對(duì)稱的三相系統(tǒng),正負(fù)零序網(wǎng)分別對(duì)稱的三相系統(tǒng),故障分析方法復(fù)習(xí),1. 零序序網(wǎng)的構(gòu)成,零序電流流通回路：,UK0、線路、接地變壓器中性點(diǎn),一、零序電壓、電流和功率的分布特點(diǎn),（1）故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低。,（2）零序電流的分布，決定于線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗及變壓器接地中性點(diǎn)的數(shù)目和位置。,（3）故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流向母線的。由故障點(diǎn)往外流。,（4）某一保護(hù)安裝地點(diǎn)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。,（5）在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，正、負(fù)序

2、阻抗的變化，引起Ud1、Ud2 、Ud0之間電壓分配的改變，因而間接地影響零序分量的大小。,1零序電流濾過器,電流互感器采用三相星形接線，在 中性線上的電流就是 3I0，,在電子式和數(shù)字式保護(hù)中，也可通過將三相電流互感器的二次電流直接相加得到。,因此不需要裝設(shè)專門的電流互感器，而是直接接入 相間保護(hù)用的電流互感器的中性線上；,二、零序分量的獲得（教材P28）,三個(gè)電流互感器勵(lì)磁電流不相等(鐵心磁化曲線不一致以及制造過程中的差異引起)而產(chǎn)生。,相間短路由于TA一次側(cè)流過較大短路電流，TA傳變特 性變差，不平衡電流增大！,在正常運(yùn)行和相間短路時(shí)，零序電流過濾器存在一個(gè)不平衡電流，即,電流互感器套接

3、于三相電纜的外面，互感器的一次電流是ABC三相電流之和。只當(dāng)一次側(cè)有零序電流時(shí)，互感器的二次側(cè)才有相應(yīng)的零序電流輸出。,2. 零序電流互感器,- 電纜引出的線路,優(yōu)點(diǎn)：,不平衡電流小，接線簡單,3、零序電壓互感器,零序電壓的取得，通常采用三個(gè)單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器。,發(fā)生接地故障時(shí)，從mn端子上得到的零序電壓為：,不平衡電壓：,PT誤差、,三相不完全對(duì)稱、,三次諧波, 保護(hù)應(yīng)考慮躲開它的影響。,5.2 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)線路接地故障保護(hù),零序I段,零序段,零序段,三段式零序電流保護(hù),一、零序電流速斷保護(hù)（零序I段）,零序電流速斷保護(hù)工作原理與反應(yīng)相間短路故障的電流保護(hù)相似，零序電

4、流保護(hù)只反應(yīng)電流中的零序分量。,保護(hù)動(dòng)作電流計(jì)算說明圖：,整定時(shí)按最大運(yùn)行方式，即零序等值阻抗最小。,零序電流速斷保護(hù)起動(dòng)值的整定原則如下。,1.躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0max ,即,式中 單相接地短路時(shí)的零序電流和兩相接地短路時(shí)的零序電流最大值。,思考：如何計(jì)算零序電流？ a.選擇故障點(diǎn) b.考慮故障類型 c.考慮運(yùn)行方式 認(rèn)真復(fù)習(xí)電力系統(tǒng)分析中短路計(jì)算部分。 為什么取3倍零序電流？,2）應(yīng)躲開三相斷路器觸頭不同時(shí)合閘而出現(xiàn)的三倍零序電流條件整定,如果保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間大于斷路器三相不同期合閘的時(shí)間，則可以不考慮這一條件。,兩相先合，相當(dāng)于一相

5、斷線。 一相先合，相當(dāng)于兩相斷線。,（3）對(duì)采用單相自動(dòng)重合閘的線路，單相短路被切除后(只切除故障相)，系統(tǒng)處于非全相運(yùn)行，如果此時(shí)伴隨系統(tǒng)振蕩，則將有很大的零序電流 。,保護(hù)的動(dòng)作值應(yīng)躲開該電流的影響，即：,按非全相且振蕩條件整定定值可能過高，靈敏度可能不滿足要求。,措施：,通常設(shè)置兩個(gè)速斷保護(hù)。,（1）靈敏段 按條件1）和 2）整定；定值較小， 保護(hù)范圍較大。對(duì)全相運(yùn)行下的接地故障起作用。,重合閘啟動(dòng)時(shí)，將其自動(dòng)閉鎖;待再次全相運(yùn)行時(shí)才投入。,單相ZCH,（2）不靈敏段 按條件3）整定。,裝設(shè)它的主要目的，是為了在單相重合閘過程 中，其他兩相又發(fā)生接地故障時(shí)，用以彌補(bǔ)失去 靈敏段的缺陷，盡

6、快地將故障切除！,當(dāng)線路采用單相自動(dòng)重合閘時(shí),躲過非全相運(yùn)行狀態(tài) 下,系統(tǒng)又發(fā)生振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流。,不靈敏段：針對(duì)非全相運(yùn)行狀態(tài)下的接地短路起保護(hù)作用,對(duì)全相運(yùn)行也起到一定的保護(hù)作用。,不靈敏 I 段:,定值較高,靈敏段：針對(duì)全相運(yùn)行狀態(tài)下的接地短路起保護(hù)作用，非全相運(yùn)行時(shí)退出。,靈敏 I 段:,定值較小,(2)限時(shí)零序電流速斷保護(hù),a.與相鄰線路零序電流段配合,靈敏性校驗(yàn):,限時(shí)零序電流速斷保護(hù)其基本原理與相間短路保護(hù)相似。,當(dāng)相鄰兩個(gè)保護(hù)之間的變電站母線上接有中性點(diǎn)接地的變壓器時(shí)，需要考慮分支電路對(duì)零序電流分布的影響。為什么？,b. 兩個(gè)保護(hù)間的變電所母線上有中性點(diǎn)接地的變壓器時(shí)

7、,零序段的動(dòng)作電流：,動(dòng)作時(shí)限（與相鄰線路零序段配合）：,0.5 s,靈敏性校驗(yàn)：,（本線末、接地、最小短路電流）,若靈敏系數(shù)不滿足:,3）改用接地距離保護(hù)。,2）采用兩個(gè)靈敏性不同的零序段保護(hù),保留原有0.5s 段，保證在正常、最大方式下快速切除故障；,1）與相鄰線路零序段配合；,再增加一個(gè)與相鄰線路零序段相配合的段保護(hù)， 保證在各種方式下切除故障。,1）躲過下級(jí)線路相間短路時(shí)最大不平衡電流,(3)零序過電流保護(hù),動(dòng)作電流整定條件：,作用：相當(dāng)于相間短路的過電流保護(hù)，一般作為后備保護(hù)，在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的終端線路上，可作為主保護(hù)使用。,（2）與下級(jí)零序過電流保護(hù)的靈敏度相配合，以保證動(dòng)作

8、的選擇性。,即本級(jí)零序過電流的保護(hù)范圍不能超過相鄰線路零序過電流保護(hù)的范圍。,K0b.min,零序電流分支系數(shù),在相鄰線路的零序III段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)， 故障線路中零序電流與流過本保護(hù)中零序電流之比。,3. 靈敏度校驗(yàn),作為本條線路近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端發(fā)生接地故障時(shí)的最小零序電流來校驗(yàn)，要求,作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，按相鄰線路保護(hù)范圍末端發(fā)生接地故障時(shí)，流過本保護(hù)的最小零序電流3I0min來校驗(yàn)，要求,動(dòng)作時(shí)限：為保證動(dòng)作的選擇性，按照階梯型配合的原則來確定。,13的三段無需配合，無零序電流產(chǎn)生；,46的三段有配合，變壓器T1的零序過流可實(shí)現(xiàn)速動(dòng)；,同一線路上的零序三段比相間

9、三段動(dòng)作速度快。,優(yōu)點(diǎn)：,只有在兩個(gè)變壓器間發(fā)生接地故障時(shí)，才能引起零序電流，所以只有保護(hù)4、5、6才能采用零序保護(hù)，要求：,一、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn)1、單條線路 正常運(yùn)行情況下，三相對(duì)地有相同的電容 ，在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓 的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零。,小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)電流很小，三相之間線電壓保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒有影響，允許繼續(xù)運(yùn)行1-2小時(shí)，而不必立即跳閘。但為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便采取措施予以消除。,第三節(jié) 中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護(hù),假設(shè)相發(fā)生單相接地，各

10、相對(duì)地的電壓為,結(jié)論： 故障相電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高為原來 倍。,故障點(diǎn)D的零序電壓為：,各相對(duì)地電容電流為 ：,結(jié)論：故障點(diǎn)的零序電壓大小Ud0與相電壓U相等。,從接地點(diǎn)流回的電流ID為 ：,結(jié)論： 從接地點(diǎn)流回的電流ID為正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)地電容電流的算術(shù)和。,2.多條線路網(wǎng)絡(luò),當(dāng)線路II A相接地時(shí)，在此接地電流ID為,零序電流為線路本身的電容電流，電容性無功功率方向由母線流向線路。,在非故障線路上，A相電流為零，B和C相中流有本身的電容電流。因此線路始端所反映的零序電流為,有效值為,（1）非故障元件,在發(fā)電機(jī)上，首先有它本身的B相和C相對(duì)地電容電流 和 ，但由于它是產(chǎn)生其它電容

11、電流的電源。 因此，從A相中要流回從故障點(diǎn)流上來的全部電容電流，而在B相和C相中又要分別流出各線路上同名相的對(duì)地電容電流，此時(shí)從發(fā)電機(jī)出現(xiàn)端所反映的零序電流仍為三相電流之和。,由圖可見，各線路電容電流從A相流人后又分別從B相和C相流出，互相抵消，只剩下發(fā)電機(jī)本身的電容電流，故 即零序電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其電容性無功功率的方向是由母線流向發(fā)電機(jī)，此特點(diǎn)與非故障線路一樣。,在發(fā)生故障的線路，B相和C相上與非故障線路一樣，沒有它本身的電容電流 和 ，不同之處是在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)B和C相對(duì)地電容電流之總和，為,（2）故障線路：,有效值 式中 為全系統(tǒng)每相對(duì)地電容的總和。此電流要從A相流回去，

12、因此，從A相流出的電流可表示為 ，這樣在線路始端所流過的零序電流則為,其有效值為 可見由故障線路流向母線的零序電流，數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和，其電容性無功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，與非故障上相反。,結(jié)論： 發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。 在非故障的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流，電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路。 障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之和，數(shù)值較大，電容性無功功率實(shí)際方向：線路流向母線。,1、絕緣監(jiān)視,在發(fā)電廠和變電所的母線上，一般裝設(shè)網(wǎng)絡(luò)單相接地的監(jiān)視裝置，它利用接地后出現(xiàn)的零序電壓，帶延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。,二、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地保護(hù),正常運(yùn)行時(shí)：沒有零序電壓，三只電壓表讀數(shù)相等，KV不動(dòng)。,當(dāng)系統(tǒng)任一出線發(fā)生接地故障時(shí)：接地相對(duì)地電壓為零，而其他兩相對(duì)地電壓升高。同時(shí)在開口三角處出現(xiàn)零序電壓，過電壓繼電器KV動(dòng)作，給出接地信號(hào)。,2、零序電流保護(hù),零序電流保護(hù)是利用故