第5章输电线路接地故障的零序保护

1、第五章第五章 输电线路的零序保护输电线路的零序保护泸州职业技术学院继电保护2教学要求： 掌握中性点非直接接地系统单相接地的特点及绝缘监察装置的原理及接线； 掌握中性点直接接地系统接地短路的特点； 掌握零序电流保护整定计算。 5.1 电网运行方式及其保护特点 5.2 大接地系统的接地故障保护 5.3 小接地系统的接地故障保护第五章第五章 输电线路的输电线路的零序保护零序保护泸州职业技术学院继电保护35.1 5.1 电网电网运行方式运行方式及其及其保护特点保护特点5.1.1 电网接地方式：中性点直接接地方式： 110KV及以上大接地大接地电流系统。中性点不接地或经消弧线圈接地： 35KV及以下小接

2、地小接地电流系统。5.1.2 零序保护（接地保护）： 接地故障的特征：出现零序电流和零序电压 优点：接线简单，灵敏度高，动作迅速，保护区稳定泸州职业技术学院继电保护45.1.3 保护特点：大接地电流系统：单相接地构成短路短路电流设计保护动作于跳闸相间保护灵敏性低，时限长零序电流保护小接地电流系统：单相接地不构成短路电容电流设计保护动作于信号（线电压对称）5.1 5.1 电网运行方式及其保护特点电网运行方式及其保护特点泸州职业技术学院继电保护55.2 5.2 大接地系统大接地系统的接地故障保护的接地故障保护5.2.1 接地时的电流、电压特征 )(310CBAUUUU)(310CBAIIII1.正

3、常运行或三相短路时 ：0)(310CBAUUUU0)(310CBAIIII2.两相短路时（BC）0dAIUUdAdcdBIIdAdcdBUUU210)2121(31(31.0dAdAdAddBdAdUUUUUUU）0)0(31(31.0dBdBddBdAIIIIII）正常运行及相间短路时均没有零序电流和零序电压泸州职业技术学院继电保护63.单相接地（A相）：4.两相短路接地时（BC）0dAI0dAU0cBIIBdBUUACBddBdAdUUUUUUU）31)(31(31.0dABAIIIII.031(31）接地故障时均有零序电流和零序电压出现dAAIICdCUUdcdBIIUUdA0dcdBU

4、UAddBdAdUUUUU）31(310)(31(31.0dCdBBAIIIIII）5.2.1 接地时的电流、电压特征 泸州职业技术学院继电保护75.2.2 单相接地时零序分量分布特点:图5-1泸州职业技术学院继电保护85.2.2 单相接地时零序分量分布特点:图5-1泸州职业技术学院继电保护9零序分量只在单相接地或两相接地短路时出现。 1.零序电压在故障点最高，离故障点越远，越小。 2.零序电流的分布，取决于输电线路和中性点接地变压器的零序阻抗。 3.系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就不变。但正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，从而间

5、接影响零分量大小 4.零序电流的实际流向，为线路流向母线。 5.某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。 5.2.2 单相接地时零序分量分布特点:图5-1泸州职业技术学院继电保护101.零序电压过滤器：图5-2取得零序电压的接线图(a)用三个单相式电压互感器(b)用三相五柱式电压互感器(c)用接于发电机中性点的电 压互感器(d)在集成电路保护装置内部 合成零序5.2.3 5.2.3 零序分量滤序器零序分量滤序器泸州职业技术学院继电保护112.2.零序电流过滤器零序电流过滤器图5-3 零序电流过滤器图5-4 零序电流互

6、感器*泸州职业技术学院继电保护121.构成：阶段式：零序段（零序电流瞬时速断） 零序段（零序电流限时速断） 零序段（零序过电流）2.原理图：图5-5区别：测量元件不接相电流，而接零序电流（零序电流滤过器）5.2.4 5.2.4 零序电流保护零序电流保护泸州职业技术学院继电保护13图图5-5 5-5 零序电流保护原理接线图零序电流保护原理接线图泸州职业技术学院继电保护14优点：与反应相间短路的段比保护范围长且稳定。整定计算： （1）躲过被保护线路末端单相或两相电流接地时的最大零序电流； （2）躲过QF三相不同时合闸时，流过保护的最大零序电流； （3）躲过单相重合闸时非全相振荡的零序电流。 取其中

7、的较大值作为保护装置的整定值 max. 0. 03IKIkdz 3. 3.零序电流速断（零序零序电流速断（零序段）保护段）保护泸州职业技术学院继电保护15整定计算 (1)动作电流 零序段的起动电流应与下一段线路的段保护相配合 当该保护与下一段线路保护有中性点接地变压器时，该保护的起动电流为： 式中：I0.d.js在下一段相邻线路保护零序段保护范围末端发生接地短路时，流过本保护装置的零序电流计算值。 dzkdzIKI2 . 01 . 0jsdkdzIKI. 01 . 0 4.4.零序电流限时速断（零序零序电流限时速断（零序段）保护段）保护泸州职业技术学院继电保护16图图5-6 5-6 有分支线路

8、时零序有分支线路时零序段动作特性分析段动作特性分析泸州职业技术学院继电保护17(2)动作时限： (3)灵敏度校验: 应按本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm1.3 的要求，即 式中:I0.min本线路末端接地短路时的最小零序电流。 灵敏系数不满足，可以与相邻的零序段配合。sttt5 . 05 . 0021dzlmIIK1 . 0min. 03 4. 4.零序电流限时速断（零序零序电流限时速断（零序段）保护段）保护泸州职业技术学院继电保护18(1)动作电流： 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。即： (2)灵敏系数校验：近后备保护时：按本线路末端发生接地故障

9、时的最小零序电流3I0.min来校验，要求Klm1.3远后备保护时:按相邻线路保护范围末端发生接地故障时，流过本保护的最小零序电流3I0.min来校验，要求Klm1.2dzlmIIK1 . 0min. 03max. 0bpkdzIKI 5.5.零序过电流零序过电流( (零序零序段段) )保护保护泸州职业技术学院继电保护19 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较小。(3)(3)动作时限：动作时限：阶梯形时限原则：图阶梯形时限原则：图5-75-7泸州职业技术学院继电保护20在双侧或多侧电源的网络中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地。由于零序电流的实际流向是由故障点流向各

10、个中性点接地的变压器，因此，在变压器接地数目较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。5.2.5 5.2.5 方向性零序电流保护方向性零序电流保护泸州职业技术学院继电保护21图图5-8 5-8 方向性零序电流保护方向性零序电流保护泸州职业技术学院继电保护22LG-12LG-12型的功率方向继电器的接线：图型的功率方向继电器的接线：图5-95-90.3IIj0.3UUj泸州职业技术学院继电保护23 三段式零序方向电流保护的原理接线图：图三段式零序方向电流保护的原理接线图：图5-105-10泸州职业技术学院继电保护241.采用专门的零序电流保护具有以下优点： （1）相间短路的过电流

11、保护是按照躲开最大负荷电流整定，继电器的启动电流一般为57A，而零序过电流保护则按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为24A。 （2）段灵敏度高，动作时限短。灵敏性高； （3）段保护范围大，速动性好； （4）段易满足受系统方式变化小。不反应系统振荡和过负荷 （5）不受系统振荡，短时过负荷影响。原理接线简单，可靠。 （6）单相故障机率高。2.零序电流保护的缺点是： （1）不适合短线路及运行方式变化大系统。 （2）自耦变压器使保护整定复杂化。 （3）单相重合闸非全相运行零序电流较大误动作。 5.2.6 5.2.6 对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价泸州职业技术学院继电保护255.3 5.3

12、 小小接地系统接地系统的接地故障保护的接地故障保护5.3.1 中性点不直接接地电网中单相接地故障的特点 1.单电源单线路系统的单相接地特点（A相） 图5-11 简单网络接线示意图图5-12 A相接地时的相量图泸州职业技术学院继电保护26（1）电压情况图5-111.1.单电源单线路系统的单相接地特点（单电源单线路系统的单相接地特点（A A相）相）泸州职业技术学院继电保护27（2）电流情况图5-111.1.单电源单线路系统的单相接地特点（单电源单线路系统的单相接地特点（A A相）相）泸州职业技术学院继电保护282.2.单电源多线路系统的单相接地特点（单电源多线路系统的单相接地特点（A A相）相）图

13、5-13 单相接地故障时三相系统的电容电流分布图泸州职业技术学院继电保护29 图5-13 对于故障线路，在B相和C相上与非故障线路一样，不仅有它本身的电容电流IB和IC，而且在接地点要流回全系统B相和C相对地电容电流总和，其值为： 有效值为： 在线路始端所流过的零序电流就为： 有效值为：2.2.单电源多线路系统的单相接地特点（单电源多线路系统的单相接地特点（A A相）相）泸州职业技术学院30图5-14 单相接地故障时的零序等效网络(a)等效网络；(b)相量图泸州职业技术学院继电保护31接地相电压降低为0 非接地相电压升高为线电压（ 倍） 中性点对地电压升高相电压（方向与故障相电压相反） 全系统

14、都将出现零序电压处处相等。在非故障线路上，零序电流等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。33.3.小结小结泸州职业技术学院继电保护32当系统出现零序电压时，消弧线圈中有一感应电流IL流过，流过接地点的电流变成电感电流和电容电流的相量和，即(1)完全补偿(IL=IC) 由于 ，实质上构成了串联谐振条件，如果三相对地电容不相等，则在正常情况下系统中由于中性点电压偏移或者在断路器三相不同期合闸而出现零序电压U0时，会在串联谐振回路中产生很大电流及异常高电压，造成系统破坏，

15、因此，一般不采用完全补偿方式。5.3.2 5.3.2 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点继电保护33图5-15泸州职业技术学院继电保护34(2)欠补偿(IL0，仍是一种容性状态，当系统运行方式变化(例如，切除部分线路)时，随着C0的减少，系统又可能陷入上述完全补偿的状态，这也不宜采用。(3)过补偿(ILIC） 实际上，常用的是过补偿方式，即此时接地电流将呈感性，这种方式不会导致串联谐振情况的发生。5.3.2 5.3.2 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点泸州职业技术学院继电保护351.绝

16、缘监察装置（1）构成原理 利用零序电压的出现构成的无选择性动作的保护（2）接线：图5-16电压互感器TV：YO/Y/低压侧的FU：保护二次绕组；电压继电器KV：作用于信号，光字牌、音响，不用信号继电器接地：广泛采用B相公用接地（保护接地和工作接地）；中性点经击穿保险接地（防止二次侧中性点偏移出现的异常高电压）5.3.3 5.3.3 中性点不接地电网的保护方中性点不接地电网的保护方式式泸州职业技术学院继电保护36QS及辅助触点：退出TV；保证中性点接地电压监视：实际工程中采用一只电压表，一只转换开关5个位置 “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 “切开”位置：V中无电压开口三角形上不设FU：正常时开口三角形上无电流；若设FU后可能造成熔断不能及时发现。（2）绝缘监察装置接线：图5-16继电保护3711ANBNCNAB图5-16泸州职业技术学院继电保护38正常运行时： 三相电压对称，开口三角形输出零序电压为0，KV不动作单相接地时： 三相电压不对称，开口三角形输出零序电压，KV动作发信号。根据电压特点找故障相，再逐一跳闸找故障线（4）特点 接线简单经济，但动作无选择性，用于出线回路数少（广泛用于母线，发电机出口）（3）绝缘监察装置工作过程：图5-16泸州职业技术学院继电保护39（1）构成原理： 利用故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点构成的有选择性动作的保护。（2）接线： 图5-17*2.2.零序电流保护零序电流保护泸州职业技术学院继电保护40动作电流：零序电容电流的计算：对架空线路 对电缆线路灵敏系数校验：（4）特点：出线越多，C越大， 越灵敏（至少4条出线）0033CUKIKIkkdz35030lUIxex3503530lUIxex1.253)