第四章电网的电流保护和方向第二、三节

1、 4-2一、中性点有效接地系统发生接地故障时的一、中性点有效接地系统发生接地故障时的 零序电压、零序电流和零序功率零序电压、零序电流和零序功率k(1)0I 0I k(1)0kU0AU0BU零序分量参数的特点零序分量参数的特点 (1) 故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低。处的零序电压越低。 4-2 (2) 零序电流是由零序电流是由 产生的。产生的。0kU零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。性点接地变压器的零序阻抗，而与电

2、源的数目和位置无关。00 I0kU0I0I0I 0I 零序分量参数的特点零序分量参数的特点0kU0I 0I0I0I 1000零序电流和电压的向量图零序电流和电压的向量图0I 0I 忽略回路电阻忽略回路电阻 4-2 (3) 故障线路故障线路零序功率方向实际上由线路流向母线。零序功率方向实际上由线路流向母线。 零序分量参数的特点零序分量参数的特点 (4) A母线上的零序电压与母线上的零序电压与零序电流的相位差零序电流的相位差000)(ZIUAA母线上的母线上的零序电流与零序电压零序电流与零序电压之间的相位差之间的相位差只由只由 的阻抗角的阻抗角决定，决定，与被保护线路的零序阻抗与被保护线路的零序阻

3、抗及故障点的位置无关。及故障点的位置无关。0Z 可见，中性点电阻的接入会影响零序电流的大小和电可见，中性点电阻的接入会影响零序电流的大小和电压与电流的相位关系，但是总体上不影响零序电压的分布压与电流的相位关系，但是总体上不影响零序电压的分布规律。规律。10103TTjXrZjXZ或0I 0I 4-2二、零序电压过滤器二、零序电压过滤器 . . . . .mnABCaU.bU.cU.03UUUUUcbamnabcmn. . . .ABC.nm.三个单相式电三个单相式电压互感器压互感器三相五柱式三相五柱式接于发电机接于发电机中性点中性点对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开对反应于零序电压

4、而动作的保护装置，应该考虑躲开Uunb的影响。的影响。集成电路集成电路加法器加法器aU.bU.cU.U.30加法器不平衡电压不平衡电压Uunb： 正常运行和电网相间短路时正常运行和电网相间短路时0cbaunbUUUU 4-2二、零序电流过滤器二、零序电流过滤器 03IIIIIcbak电流互感器的电流互感器的等效电路等效电路)(112LTAIInIunbLCLBLATALCLBLAlCBATALCCLBBLAAlcbakIIIInIIInIIInIIIIIInIIII)(1)(1)(1)()()(1不平衡电流的影响不平衡电流的影响1.三个电流互感器并联三个电流互感器并联不平衡电流不平衡电流 4-

5、22.零序电流互感器零序电流互感器AI优点：没有不平衡电流，接线简单。优点：没有不平衡电流，接线简单。 0CBAIII电缆用于电缆引出的送电线路用于电缆引出的送电线路BICI正常运行或相间短路时一次电流正常运行或相间短路时一次电流发生接地短路时，一次侧出现零序电流发生接地短路时，一次侧出现零序电流03IIIICBA 4-2三、中性点有效接地系统的接地保护三、中性点有效接地系统的接地保护1. 零序电流瞬时速断零序电流瞬时速断(零序零序I段段)保护保护(2) 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流电流utI. 03零序电流速断保护的整定原则

6、零序电流速断保护的整定原则 (1) 躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流现的最大零序电流 ，引入可靠系数，引入可靠系数 (取为取为1.21.3) max. 03IrelKmax. 03IKIrelactutrelactIKI. 03整定值应选取其中较大者整定值应选取其中较大者( (如果使如果使零序零序I段带有段带有0.1s的的小小延时，可以不考虑延时，可以不考虑(2)(2)。 (3)当线路上采用单相自动重合闸时，按照能躲开非全相运行当线路上采用单相自动重合闸时，按照能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流

7、来整定。状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流来整定。 4-2 o按按(1)、(2)整定，一般不能躲开在非全相运行状态下又发生整定，一般不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流；按系统振荡时所出现的最大零序电流；按(3)整定，正常情况整定，正常情况下发生接地故障时保护范围要缩小下发生接地故障时保护范围要缩小(动作电流大动作电流大)。o 为解决这个矛盾，通常设置两个零序为解决这个矛盾，通常设置两个零序段，一个按段，一个按(1)或或(2)整定，称为灵敏整定，称为灵敏段，保护范围大。另一个按段，保护范围大。另一个按(3)整定，整定，称为不灵敏称为不灵敏段，保护范围较小。两者

8、有效配合。段，保护范围较小。两者有效配合。 零序零序段的起动电流和下一条线路的零序电流段的起动电流和下一条线路的零序电流I段相配段相配合并高出一个合并高出一个 的时限。的时限。t2.2.零序电流限时速断零序电流限时速断(零序零序段段)保护保护整定计算原则整定计算原则.1 .actI 4-2 有分支电路时有分支电路时 .ABkI. 0BCkI. 02. 0 TkI3I0l.ABkI. 0BCkI. 0M2 .actI 引入零序电流的分支引入零序电流的分支系数系数 之后之后br0K1 .02 .actbrrelactIKKI 当变压器当变压器B2切除或中切除或中性点改为不接地运行时性点改为不接地运

9、行时10brKABkTkBCkIII. 02. 0. 0k0kU 4-2(2) 保留保留0.5s的零序的零序段，同时再增加一个按第段，同时再增加一个按第(1)项原则项原则整定的保护；整定的保护；v零序零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足的最小零序电流来校验，并应满足 的要求。的要求。5 . 13 . 1senK灵敏性校验灵敏性校验v不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决：不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决： (1) 使零序使零序段与下一条线路的零序段与下一条线路的零序段相配合，时限段相配合，时限再

10、抬高一级，取为再抬高一级，取为0.71.2 s；(3) 从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护(详见详见第三章第三章)。3. 3. 零序过电流零序过电流(零序零序段段)保护保护 整定计算原则整定计算原则躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流 max.unbrelJactIKI 要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即 4321sensensensenKKKK零序过电流保护的整定计算，必须逐级配合，零序过电流保护的整定计算，必须逐级配合，即本保护零序即本保护

11、零序段段的保护范围，不能超出相邻线路上零序的保护范围，不能超出相邻线路上零序段的保护范围。段的保护范围。当两个保当两个保护之间具有分支电路时护之间具有分支电路时1 .02 .actbrrelactIKKI 保护装置的灵敏系数，作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻保护装置的灵敏系数，作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流(应考虑分支电应考虑分支电路使电流减小的影响路使电流减小的影响)来校验。来校验。 4-2 4-2 动作时限动作时限 tPDlt12t3t4t5t6tt4(0)t5(0)t6(0)在同一线路上的零

12、序过电流保护与相间短路的过电流保在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限。护相比，将具有较小的时限。 4-24. 4. 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 10kI10kI 10kI10kI k12k03U 4-2 当保护范围内部故障时，当保护范围内部故障时， 超前于超前于 9501100，这，这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。 03I03U110003I03U0GJ0 110lm. . . . . .03I03UABC11095max.sen静态继电器采用的接线静态继电器采用的接线 GJ0. . .

13、 . . .03I03UABC 70lm8075max.sen实际上广泛应用的接线实际上广泛应用的接线 max.sen 4-2 灵敏性校验灵敏性校验1.零序电压的特点零序电压的特点 越接近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没越接近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。当故障点距保护安装地点很远时，由于保护有电压死区。当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不起动。不起动。 作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路时，在本

14、保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算灵敏系数，并要求是灵敏系数，并要求是 。 2senK2.灵敏性校验灵敏性校验 4-2 具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图 4-24. 4. 对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价 ( (l)l)灵敏度高，动作时限短。灵敏度高，动作时限短。与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点：与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点：(2)(2)受系统运行方式变化

15、的影响小受系统运行方式变化的影响小, ,灵敏度易于满足。灵敏度易于满足。 (3) (3)零序保护不受系统不正常运行状态的影响。零序保护不受系统不正常运行状态的影响。 (4)(4) 在在110kV及以上的高压和超高压系统中，及以上的高压和超高压系统中，单相接地故单相接地故障约占全部故障的障约占全部故障的7090，而且其它的故障也往往是而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的，由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护就具因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。有显著的优越性。 4-2 零序电流保护的缺点：零序电流保护的缺点： (1)(1) 对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不

16、能满足系对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求；统运行所提出的要求； (2)(2) 随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆。则可能出现较大全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆。则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行； (3)(3) 当采用自耦变压

17、器联系两个不同电压等级的网络时当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时(例如例如110kV和和220kV电网电网)，则任，则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第段保护的段保护的动作时限。动作时限。 在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济、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，因而获得了广泛的应用。可靠，因而获得了广泛的应用。 4-3 一、高阻接地故障一、高阻接地故障 高阻接地故障是指电力线路通过非金属性导电介质高阻

18、接地故障是指电力线路通过非金属性导电介质所发生的接地故障，这些介质呈现高电阻特征，导致接所发生的接地故障，这些介质呈现高电阻特征，导致接地故障电流很小，而且故障呈现电弧性，间歇性，瞬时地故障电流很小，而且故障呈现电弧性，间歇性，瞬时性特点，普通的零序电流保护难以检测。性特点，普通的零序电流保护难以检测。 高阻接地故障可以发生在各个电压等级的架空线路和高阻接地故障可以发生在各个电压等级的架空线路和电缆线路中，电缆线路中，在在220kV500kV的高压线路上发生单相接地的高压线路上发生单相接地故障时，故障时，往往会有较大的过渡电阻存在，当导线对其下面往往会有较大的过渡电阻存在，当导线对其下面的树木

19、等放电时，接地的树木等放电时，接地过渡电阻可能达到过渡电阻可能达到100300欧欧。 在在635kV中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，中中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，中性点经小电阻接地的配电系统中也有性点经小电阻接地的配电系统中也有高阻接地故障现象高阻接地故障现象。4-3 经小电阻接地系统中发生接地故障时，中性点电阻经小电阻接地系统中发生接地故障时，中性点电阻可限制接地电流，使接地故障电流变小。可限制接地电流，使接地故障电流变小。 这两种情况的共同特点都是使接地电流变小。这两种情况的共同特点都是使接地电流变小。 国际上普遍认可的高阻接地故障特指在中性点有效接国际上普遍认可的高阻接地故障特指在中性点有效接地的配电系统中，单相对地经非金属性导电介质短路，故地的配电系统中，单相对地经非金属性导电介质短路，故障电流低于过电流保护定值，使保护无法动作。障电流低于过电流保护定值，使保护无法动作。12.5kV高阻接地故障电流典型值高阻接地故障电流典型值4-3 尽管接地电流很小，但仍是故障。对于中性点有效尽管接地电流很小，但仍是故障。对于中性点有效接地系统此故障必须尽快清除；对于中性点非有效