三段式零序电流保护

1、实习(实训报告实习(实训名称:电力系统继电保护课程设计 学 院:专 业、 班 级:指 导 教 师:报 告 人:学 号:时 间: 2017年 1月 5日 目 录1设计题目 .3 2分析设计要求 .4 2.1设计规定 .5 2.2本线路保护计 .6 2.3 系统等效电路图 .73三段式零序电流保护整定计算 .8 3.1 三段式零序电流保护中的原则 .9 3.2 M侧保护 1零序电流保护段整定 .103.3 N侧保护 1零序电流保护段整定 .114 零序电流保护评价 .12 4.1原理与内容 . .134.2零序电流保护的优缺点 .135 总结 .14 参考文献 .151设计题目如图 1所示为双电源

2、网络中,已知线路的阻抗 km X /4. 01=, km X /4. 10=,两 侧系统等值电源的参数:相电动势:kV E E N M 3115= 各电源阻抗:=521M M X X , =1021N N X X , =80M X , =150N X 。设计要求:决定线路 MN 两侧零序电流速断保护段的整定值及保护范围。 图 1 双电源网络2分析设计要求2.1 设计规定根据电力工程设计手册上的相关规定,电力系统的继电保护装置必须满足可靠性、 选择性、灵敏性和速动性的要求。对于 110kV 及以上电压等级有效接地电力网络 线路,应按照规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。(1对于接地短路:装

3、设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护;零序电流保 护不能满足要求时,可装设接地距离保护,并应色一段或两段零序电流保护作为 后备保护。(2对于相间短路:单侧电源单回线路,应装设三相多段式电流或电压保护,如 不能满足要求,则应设距离保护;双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。2.2 本线路保护设计在电力系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地丶构成短路通路,故障相 流过很大的短路电流。 110kV 及以上电网,为中性点直接接地系统; 335kV 及 以上电网,为中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统。中性点直接接地 电网,正常运行及发生相间短路时,均没有零序电压和电流;发生接地短路时将 出现很大的

4、零序电压和零序电流。出现零序电压和零序电流是接地故障有别于正 常运行和相间短路故障的基本特征。电力工程手册相关规定表明 110kV 及以上电网 , 在中性点直接接地系统中, 单 相短路接地故障几率占总故障率的 70%90%, 所以如何正确设置接地故障的保护 是该系统的中心问题之一。零序电流保护指利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置,叫零序电流保 护。零序电流保护中,中性点直接接地系统发生接地短路,将产生很大的零序电 流,根据零序电流分量构成保护,可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流 保护不反应三相和两相短路,在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生, 所以它有较好的灵敏度。但零序过

5、流保护受电力系统运行方式变换影响较大,灵 敏度因此降低,特别是短距离线路上以及复杂的环网中,由于速动段的保护范围 太小,甚至没有保护范围,致使零序电流保护各段的性能严重恶化,使保护动作 时间很长,灵敏度很低。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器,可以用来 实现短路接地保护。该系统网络是两端电源中性点直接接地 110kV 系统,因此发生单相短路接地故 障时,系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量,故可利用零序分量构 成接地短路的保护。2.3 系统等效电路图经过计算,该系统的正序、负序、零序的等效电路图分别如图 2、 3、 4所示。其 中各阻抗的计算结果如下: =24833M 0X =5X

6、 X M 2M 1 =4515330N X =10X 2N 1N X=84604. 1L X X 0L 0=24604. 0L X X 12L 1L X正序等值电路: k图 2 正序等值电路图负序等值电路:X 1M MX´2kX" 2k N X 2N图 3 负序等值电路图零序等值电路:0M 图 4 零序等值电路图3三段式零序电流保护整定计算3.1 三段式零序电流保护中的原则零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似,也分为三段式:零序电流段为 瞬时零序电流速断,只保护线路的一部分;零序电流段为限时零序电流速断, 可保护线路的全长,并与相邻线路零序电流速断保护相配合,带有 0.

7、5s 延时,它 与零序电流段共同构成本线路接地故障的主保护;零序电流段为零序过电流 保护,动作时限按阶梯原则整定,它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后 备保护。零序电流速断(零序段保护零序电流与线路的阻抗有关,可以作出 30I 随线路长度 L 变化的关系曲线, 然后进行整定,起原则类似于相间短路的三段 式电流保护。零序电流速断保护的动作电流的整定三个原则:(1为保护选择性,动作电流应大于本线路末端单相或两相接地短路时流过保护 安装处的可能出现的最大零序电流 3max . 0I , 即max 0rel 1 set 03·I =I K rel K -可靠系数,取 1.21.3. ma

8、x . 03I -线路末端的最大零序电流求 max . 03I故障点:本线路末端故障类型:(假设 =21X X 整定值按最大运行方式下考虑,即系统零序等值阻抗最小。 单相接地短路最大零序电流:+=011max. 0233Z Z E I (单相接地短路 M 侧保护 1零序电流保护段整定值: max 0 rel 1 1 set 03·I =I K (U f101 图 5 单相短路接地复合序网图两相接地短路最大零序电流:+=+=01022020211, 1max. 02333Z Z E Z Z Z Z Z Z E I (两相接地短路 M 侧保护 1零序电流保护段整定值: max 0 rel

9、 1, 1 1 set 03·I =I K (U f101 图 6 两相短路接地复合序网图两者中取较大者:( (, 1, 1 101 10 10max set set set I I I =(2应大于断路器三相不同期合闸(非全相运行时出现的最大零序电流 3bt . 0Ibt . 0rel set 03·I I K = 求 bt . 0I 3: rel K -可靠系数,取 1.11.2。 两相先合,一相断线: +-=+-=0102202021bt . 02333Z Z E E Z Z Z Z Z ZZ Z E E I N M N M一相先合,两相断线:-+=01bt . 02

10、33Z Z E E I NM +-+-=01N 01N . 02E 3, 2E 3max 3Z Z E Z Z E I M M bt两者中取较大者:原则所得定值一般较大,保护范围缩小,灵敏度降低,此时可考虑使段带小 的延时(0.1S 躲开不同时合闸时间。(3当系统采用单相自动重合闸,单相短路故障被切除后,系统处于非全相运行 状态, 并伴有系统振荡, 将出现很大的零序电流保护可能误动作。 若按 (3 整定, 这动过电流过大,使保护范围缩小,不能发挥零序段的作用。应分别设灵敏 段和不灵敏段套保护。3.2 M侧保护 1零序电流保护 段整定根据上述零序电流保护原则(1对 M 侧保护 1零序电流保护段进

11、行整定。 =+=+=1088424X X 3Z L 0M 0M 0 =+=+=29245X X Z M 1M 1M 1 本线路末端 N 处:单相接地短路最大零序电流:(+=011max. 0233Z Z E I=A 9. 119910829233=+单相接地短路 M 侧保护 1零序电流保护段整定值:A 87. 15599. 11993. 13·I max 0rel (11 set 0=I K 两相接地短路最大零序电流:(+=+=01022020211. 1max. 02333Z Z E Z Z Z Z Z ZZ Z E I A 81310822933=+=两相接地短路 M 侧保护 1

12、零序电流保护段整定值:A 9. 10568133. 13·I max 0rel (1,11 set 0=I K 两者中取较大者:A 87. 1559max 1 101, 1 101 10 10=( ( (, set set set set I I I I保护范围校验:校验最小保护范围时,取值与上述计算真好相反;即整定时,若 按单相计算,那么,校验时就要采用两相接地考虑。反之亦然。 因此,该保护利用两相接地短路整定值进行保护范围的校验:A L I set 9. 10564. 12411152Z Z E 23min0Lmin Smax M 1110=+=+=I, ( KM L 7. 21

13、min = %15%2. 36%100607. 21= (满足保护范围要求 保护延时的整定:段带小的延时(0.1S 躲开不同时合闸时间,避免保护误动。s 1. 0t 1set 0=I3.3 N侧保护 1零序电流保护 段整定根据上述零序电流保护原则(1对 M 侧保护 1零序电流保护段进行整定。 =+=+=1298445X 3Z 0N 0N 0L X =+=+=342410X X Z 1L N 1N 1 本线路末端 M 处:单相接地短路最大零序电流:(A Z Z E I 1. 10111293423323301N 1max. 0=+=+=单相接地短路 M 侧保护 1零序电流保护段整定值:A 43.

14、 13141. 10113. 13·I max 0 rel 1 1 set 0=I K ( 两相接地短路最大零序电流:(A Z Z E I 1. 68212923433233011. 1max. 0=+=+=两相接地短路 M 侧保护 1零序电流保护段整定值: A 73. 8861. 6823. 13·I max 0rel (1,11 set 0=I K 两者中取较大者:A 43. 1314max 1 101, 1 101 10 10=( ( (, set set set set I I I I 保护范围校验:A L I set 73. 8864. 145111523Z Z

15、E 23min0Lmin Smax M 1110=+=+=I, ( KM L 2. 14min = %15%3. 26%100602. 14= (满足保护范围要求 保护延时的整定:段带小的延时(0.1S 躲开不同时合闸时间,避免保护误动。s 1. 0t 1set 0=I4零序电流保护评价4.1原理与内容 :三相电流平衡时,没有零序电流,不平衡时产生零序电流,零序保护就是用零序 互感器采集零序电流,当零序电流超过一定值(综合保护中设定,综和保护接 触器吸合,断开电路。零序电流互感器内穿过三根相线矢量。正常情况下,三根线的向量和为零,零序电流互感器无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下:三根线的

16、向量和不为零,零序电流互感器有零 序电流,一旦达到设定值,则保护动作跳闸。零序一段:躲过下一段线路出口处单相或者两相接地短路时候出现的最大零序电流。 躲开断路器三相触头不同期合闸时候所出现的最大零序电流。两者比较取最大零序保护零序二段:与下一段线路的一段配合,即是躲过下段线路的第一段保护范围末端接地短路时, 通过本保护装置的最大零序电流。零序二段的灵敏系数要大于 1.5, 不满足的话要与下一段线路的二段配合, 时限再 抬高一个等级。零序保护零序三段:与下一段线路的三段配合;躲开下一段线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。两者比较取最大。零序三段的灵敏系数要大于 2(近后备;灵敏系数要大于

17、 1.5(远后备接地距离保护与零序电流保护配合才能构成完整的接地保护 。接地距离保护的最 大优点是瞬时段的保护范围固定 , 不受系统运行方式变化影响。接地距离三段保护 难以反映高阻抗接地故障。零序电流保护则以保护高电阻故障为主要任务。4.2零序电流保护的优缺点零序电流保护的优点:在中性点直接接地的电网中,由于零序电流保护简单、经济、可靠,作为辅助 保护或后备保护获得了广泛的应用。具有以下特点:(1敏性高由于线路的零序阻抗较正序阻抗大,所以线路始端和末端接地短路时,零序电流 变化显著,曲线较陡,因此零序电流段和零序电流段保护范围较长。零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定, 继电器的动作电流一

18、般为 2A 3A 。 而相间短路的过电流保护要按最大负荷电流来整定, 动作电流值通常 5A 7A 。 所 以,零序过电流保护灵敏性高。零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小,保护范围较稳定。因为系统运行 方式变化时,零序网络不变或变化不大,所以零序电流的分布基本不变。(2速动性好零序过电流保护的动作时限比相间短路过电流保护的动作时限要短。尤其是对于两侧电源的线路,当线路内部靠近任一侧发生接地短路时,本侧零序 电流保护一段动作跳闸后,对侧零序电流将增大,可使对侧零序电流保护也相继 动作跳闸,因而使总的故障切除时间更加缩短。(3不受过负荷和系统振荡的影响当系统中发生某些不正常运行状态,如系统振荡

19、、短时过负荷,三相仍然是对称 的,不产生零序电流,因此零序电流保护不受其影响,而相间短路电流保护可能 受其影响而误动作,所以需要采取必要的措施以防止。(4方向零序电流保护在保护安装处接地时无电压死区零序电流保护较之其他保护实现简单、可靠,在 110kV 及以上的高压和超高压电 网中, 单相接地故障约占全部故障的 70%90%, 而且其他的故障也都是由单相故 障发展起来的,所以零序电流保护就为绝大多数的故障提供了保护,具有显著的 优越性,因此在中性点直接接地的高压和超高压系统中获得普遍应用。零序电流保护的缺点:(1受变压器中性点接地数目和分布的影响显著。对于运行方式变化或接地点变化 很大的电网,

20、保护往往不能满足系统运行所提出的要求。(2在单相自动重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态,在考虑到系统两侧的 发电机发生摇摆,可能会出现较大的零序电流,可能影响零序电流保护的正确工 作。(3当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网 (如 110kV 和 220kV 电网 是, 则在任一电网中发生接地短路时都会在另一电网中产生零序电流,这使得零序电 流保护的整定配合复杂化,兵增大了零序三段式保护的动作时限。注意问题:(1当电流回路断线时 , 可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的 共同弱点 , 需要在运行中注意防止。就断线机率而言 , 它比距离保护电压回路断线的 机率要小得多。如果确有必

21、要 , 还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防 止这种误动作。当电力系统出现不对称运行时 , 也要出现零序电流 , 例如变压器三相参数不同所引 起的不对称运行 , 单相重合闸过程中的两相运行 , 三相重合闸和手动合闸时的三相 断路器不同期 , 母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行 情况下 , 由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流 , 以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流 , 特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器 在运行中的情况下 , 可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等 , 都可能 使零序电流保护启动。地理位置靠近的平行线路 , 当其中一条线路故障时 , 可能引起另一条线路出现感应 零序电流 , 造成反方向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时 , 可以改用负序方 向继电器 , 来防止上述方向继电器误判断。由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压 , 回路断线不易被发现 ; 当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时 , 也不易用较直观的模拟方法检查 其方向的正确性 , 因此较容易因交流回路有问题而使得在电网故障时造成保护拒绝 动作和误动作。5 总结在电力系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地丶构成短路通路,故障相流 过很大的短路电流。在继电保护中应该满足四性:即选择性,速动性,灵敏