三段式零序電流保護(hù)

1、 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）名稱：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì) 院: 專業(yè)、班 指導(dǎo)教 級(jí); 師: 報(bào) 告 人： 學(xué)號(hào)： 時(shí)間：2017 年1月5日 實(shí)習(xí)主要內(nèi)容： 兩相接地短路零序電流整定計(jì)算及其相應(yīng) M則保護(hù)1的整定,線路N則零序電流 速斷保護(hù)I段的整定值及保護(hù)范圍。 主要收獲體會(huì)與存在的問題: 通過本次的實(shí)習(xí)過程，更加熟悉了整定計(jì)算的主要內(nèi)容和相應(yīng)的方法。 總體上問題 不是很大，只是在相應(yīng)零序電流的保護(hù)范圍的確定上出現(xiàn)了一點(diǎn)問題。 實(shí)踐過程中 難免會(huì)出現(xiàn)些許問題，但在不斷的探討和摸索中都能一一解決。 這一過程為今后的 學(xué)習(xí)，生活以及工作打下了一定的基礎(chǔ)。 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽字：

2、20年 月 日 備注： 目錄 1 設(shè)計(jì)題 3 2 分析設(shè)計(jì) 求 2.1 設(shè)計(jì)規(guī)定 5 2.2 本線路保護(hù) 計(jì) 6 2.3 圖 系 統(tǒng) 等 效 7 電 路 3 三段 式零序 電 流 保 護(hù) 整 定 計(jì) 算 才L 8 3.1 三段式 零序 電 流 保 護(hù) 中 的 原 則 9 3.2 M 側(cè) 保 護(hù) 1 零 序 電 流 保 護(hù) I 段 整 定 10 3.3 N 側(cè) 保 護(hù) 1 零 序 電 流 保 護(hù) I 段 整 定 4 零 序 電 流 保 護(hù) 評(píng) 價(jià) 12 4.1原理與內(nèi)容 .13 4.2零序電流保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn) .13 5 總 結(jié) 14 參考文 獻(xiàn) 15 1 設(shè)計(jì)題目 /km ， 如圖 1所示為雙電源

3、網(wǎng)絡(luò)中，已知線路的阻抗 X1 0.4 /km， X0 1.4 兩側(cè)系統(tǒng)等值電源的參數(shù)： 相電動(dòng)勢： 各電源阻抗： X1M X2M 5 , X1N X2N 10 , X0M 8 , X0N 15 設(shè)計(jì)要求：決定線路MN兩側(cè)零序電流速斷保護(hù)I段的整定值及保護(hù)范圍 圖 1 雙電源網(wǎng)絡(luò) 2 分析設(shè)計(jì)要求 2.1 設(shè)計(jì)規(guī)定 根據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)上的相關(guān)規(guī)定，電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置必須滿足可靠 性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。對(duì)于 110kV 及以上電壓等級(jí)有效接地電力 網(wǎng)絡(luò)線路，應(yīng)按照規(guī)定裝設(shè)反應(yīng)接地短路和相間短路的保護(hù)裝置。 （1）對(duì)于接地短路：裝設(shè)帶方向和不帶方向的階段式零序電流保護(hù)；零序電流保

4、護(hù)不能滿足要求時(shí)，可裝設(shè)接地距離保護(hù)，并應(yīng)色一段或兩段零序電流保護(hù)作為 后備保護(hù)。 （2）對(duì)于相間短路：單側(cè)電源單回線路，應(yīng)裝設(shè)三相多段式電流或電壓保護(hù)，如 不能滿足要求，則應(yīng)設(shè)距離保護(hù)；雙側(cè)電源線路宜裝設(shè)階段式距離保護(hù)。 2.2 本線路保護(hù)設(shè)計(jì) 在電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，通過變壓器接地丶構(gòu)成短路通路，故障相 流過很大的短路電流。110kV及以上電網(wǎng)，為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)；335kV及以 上電網(wǎng)，為中性點(diǎn)不接地或不直接接地（小接地電流系統(tǒng)）。中性點(diǎn)直接接地電 網(wǎng)，正常運(yùn)行及發(fā)生相間短路時(shí)，均沒有零序電壓和電流；發(fā)生接地短路時(shí)將出 現(xiàn)很大的零序電壓和零序電流。出現(xiàn)零序電壓和零序電流是接地故

5、障有別于正常 運(yùn)行和相間短路故障的基本特征。 電力工程手冊(cè)相關(guān)規(guī)定表明110kV及以上電網(wǎng)，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，單 相短路接地故障幾率占總故障率的 70%90%，所以如何正確設(shè)置接地故障的保護(hù) 是該系統(tǒng)的中心問題之一。 零序電流保護(hù)指利用接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)動(dòng)作的裝置，叫零序電流保 護(hù)。零序電流保護(hù)中，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電 流，根據(jù)零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過流 保護(hù)不反應(yīng)三相和兩相短路，在正常運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)也沒有零序分量產(chǎn)生， 所以它有較好的靈敏度。但零序過流保護(hù)受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變換影響較大，靈 敏度因此降低，特

6、別是短距離線路上以及復(fù)雜的環(huán)網(wǎng)中，由于速動(dòng)段的保護(hù)范圍 太小，甚至沒有保護(hù)范圍，致使零序電流保護(hù)各段的性能嚴(yán)重惡化，使保護(hù)動(dòng)作 時(shí)間很長，靈敏度很低。在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器，可以用來 實(shí)現(xiàn)短路接地保護(hù)。 該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是兩端電源中性點(diǎn)直接接地 110kV 系統(tǒng)，因此發(fā)生單相短路接地故 障時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)零序分量，而正常運(yùn)行時(shí)無零序分量，故可利用零序分量構(gòu) 成接地短路的保護(hù)。 2.3 系統(tǒng)等效電路圖 經(jīng)過計(jì)算，該系統(tǒng)的正序、 負(fù)序、零序的等效電路圖分別如圖2、 3、 4 所示。其 中各阻抗的計(jì)算結(jié)果如下： 正序等值電路： 圖2 正序等值電路圖 負(fù)序等值電路： 圖3 負(fù)序等值電路圖 零

7、序等值電路： 圖 4 零序等值電路圖 3 三段式零序電流保護(hù)整定計(jì)算 3.1 三段式零序電流保護(hù)中的原則 零序電流保護(hù)與三段式相間短路保護(hù)基本相似，也分為三段式：零序電流I段 為瞬時(shí)零序電流速斷，只保護(hù)線路的一部分；零序電流u段為限時(shí)零序電流速斷， 可保護(hù)線路的全長，并與相鄰線路零序電流速斷保護(hù)相配合，帶有 0.5s 延時(shí)，它 與零序電流I段共同構(gòu)成本線路接地故障的主保護(hù)；零序電流川段為零序過電流 保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限按階梯原則整定，它作為本線路和相鄰線路的單相接地故障的后 備保護(hù)。零序電流速斷（零序I段）保護(hù)零序電流與線路的阻抗有關(guān)，可以作出 31。隨線路長度L變化的關(guān)系曲線，然后進(jìn)行整定，起原則

8、類似于相間短路的三段 式電流保護(hù)。零序電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流的整定三個(gè)原則： （1）為保護(hù)選擇性，動(dòng)作電流應(yīng)大于本線路末端單相或兩相接地短路時(shí)流過保護(hù) 安裝處的可能出現(xiàn)的最大零序電流 3|0.max,即 K；i-可靠系數(shù)，取1.21.3. 3|0.max- 線路末端的最大零序電流 求 3|0.max 故障點(diǎn)：本線路末端 故障類型：（假設(shè) X1 X2 ） 整定值按最大運(yùn)行方式下考慮，即系統(tǒng)零序等值阻抗最小。 單相接地短路最大零序電流： 單相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值： 圖 5 單相短路接地復(fù)合序網(wǎng)圖 兩相接地短路最大零序電流： 兩相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值： 圖 6

9、 兩相短路接地復(fù)合序網(wǎng)圖 兩者中取較大者： 3I0.bt （2）應(yīng)大于斷路器三相不同期合閘（非全相運(yùn)行）時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流 求 3I0.bt ： K；ei-可靠系數(shù)，取1.11.2。 兩相先合，一相斷線： 一相先合，兩相斷線： 兩者中取較大者： 原則所得定值一般較大，保護(hù)范圍縮小，靈敏度降低，此時(shí)可考慮使I段帶小 的延時(shí)（0.1S）躲開不同時(shí)合閘時(shí)間。 （3）當(dāng)系統(tǒng)采用單相自動(dòng)重合閘，單相短路故障被切除后，系統(tǒng)處于非全相運(yùn)行 狀態(tài)，并伴有系統(tǒng)振蕩，將出現(xiàn)很大的零序電流保護(hù)可能誤動(dòng)作。 若按（3）整定, 這動(dòng)過電流過大，使保護(hù)范圍縮小，不能發(fā)揮零序I段的作用。應(yīng)分別設(shè)靈敏I 段和不靈敏I段套保

10、護(hù)。 3.2 M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定 根據(jù)上述零序電流保護(hù)原則（1）對(duì)M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段進(jìn)行整定。 本線路末端N處： 單相接地短路最大零序電流： =3 竺 31199.9A 2 29 108 單相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值： 兩相接地短路最大零序電流： 兩相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值： 兩者中取較大者： 保護(hù)范圍校驗(yàn)：校驗(yàn)最小保護(hù)范圍時(shí)，取值與上述計(jì)算真好相反；即整定時(shí)，若 按單相計(jì)算，那么，校驗(yàn)時(shí)就要米用兩相接地考慮。反之亦然。 因此，該保護(hù)利用兩相接地短路整定值進(jìn)行保護(hù)范圍的校驗(yàn): 21.7 60 100% 36.2%15% （滿足保護(hù)范圍要求）

11、 保護(hù)延時(shí)的整定： I段帶小的延時(shí)（0.1S）躲開不同時(shí)合閘時(shí)間，避免保護(hù)誤動(dòng)。 3.3 N側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定 根據(jù)上述零序電流保護(hù)原則 （1）對(duì)M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段進(jìn)行整定 本線路末端M處： 單相接地短路最大零序電流： 單相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值: 兩相接地短路最大零序電流： 兩相接地短路M側(cè)保護(hù)1零序電流保護(hù)I段整定值: 兩者中取較大者: 保護(hù)范圍校驗(yàn): 14.2 60 100% 26.3%15% （滿足保護(hù)范圍要求） 保護(hù)延時(shí)的整定：I段帶小的延時(shí)（0.1S）躲開不同時(shí)合閘時(shí)間，避免保護(hù)誤動(dòng)。 4零序電流保護(hù)評(píng)價(jià) 4.1原理與內(nèi)容： 三相電流平衡時(shí)，沒有

12、零序電流，不平衡時(shí)產(chǎn)生零序電流，零序保護(hù)就是用零 序互感器采集零序電流，當(dāng)零序電流超過一定值（綜合保護(hù)中設(shè)定），綜和保護(hù) 接觸器吸合，斷開電路。 零序電流互感器內(nèi)穿過三根相線矢量。 正常情況下，三根線的向量和為零，零序電流互感器無零序電流。 當(dāng)人體觸電或者其他漏電情況下：三根線的向量和不為零，零序電流互感器有 零序電流，一旦達(dá)到設(shè)定值，則保護(hù)動(dòng)作跳閘。 零序一段： 躲過下一段線路出口處單相或者兩相接地短路時(shí)候出現(xiàn)的最大零序電流。 躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)候所出現(xiàn)的最大零序電流。 兩者比較取最大 零序保護(hù)零序二段： 與下一段線路的一段配合，即是躲過下段線路的第一段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)，

13、通過本保護(hù)裝置的最大零序電流。 零序二段的靈敏系數(shù)要大于1.5，不滿足的話要與下一段線路的二段配合，時(shí)限再 抬高一個(gè)等級(jí)。 零序保護(hù)零序三段： 與下一段線路的三段配合； 躲開下一段線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流。 兩者比較取最大。 零序三段的靈敏系數(shù)要大于 2（近后備）；靈敏系數(shù)要大于 1.5 （遠(yuǎn)后備） 接地距離保護(hù)與零序電流保護(hù)配合才能構(gòu)成完整的接地保護(hù) 。接地距離保護(hù) 的最大優(yōu)點(diǎn)是瞬時(shí)段的保護(hù)范圍固定 , 不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響。接地距離三段 保護(hù)難以反映高阻抗接地故障。零序電流保護(hù)則以保護(hù)高電阻故障為主要任務(wù)。 4.2 零序電流保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn) 零序電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)： 在中性點(diǎn)

14、直接接地的電網(wǎng)中，由于零序電流保護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，作為輔助 保護(hù)或后備保護(hù)獲得了廣泛的應(yīng)用。具有以下特點(diǎn)： （1） 敏性高 由于線路的零序阻抗較正序阻抗大，所以線路始端和末端接地短路時(shí)，零序電流 變化顯著，曲線較陡，因此零序電流I段和零序電流U段保護(hù)范圍較長。 零序過電流保護(hù)按躲過最大不平衡電流來整定， 繼電器的動(dòng)作電流一般為2A3A。 而相間短路的過電流保護(hù)要按最大負(fù)荷電流來整定，動(dòng)作電流值通常 5A7A。所 以，零序過電流保護(hù)靈敏性高。 零序電流保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響要小，保護(hù)范圍較穩(wěn)定。因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行 方式變化時(shí)，零序網(wǎng)絡(luò)不變或變化不大，所以零序電流的分布基本不變。 (2) 速動(dòng)性

15、好 零序過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限比相間短路過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限要短。 尤其是對(duì)于兩側(cè)電源的線路，當(dāng)線路內(nèi)部靠近任一側(cè)發(fā)生接地短路時(shí)，本側(cè)零序 電流保護(hù)一段動(dòng)作跳閘后，對(duì)側(cè)零序電流將增大，可使對(duì)側(cè)零序電流保護(hù)也相繼 動(dòng)作跳閘，因而使總的故障切除時(shí)間更加縮短。 (3) 不受過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩的影響 當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生某些不正常運(yùn)行狀態(tài)，如系統(tǒng)振蕩、短時(shí)過負(fù)荷，三相仍然是對(duì)稱 的，不產(chǎn)生零序電流，因此零序電流保護(hù)不受其影響，而相間短路電流保護(hù)可能 受其影響而誤動(dòng)作，所以需要采取必要的措施以防止。 (4) 方向零序電流保護(hù)在保護(hù)安裝處接地時(shí)無電壓死區(qū) 零序電流保護(hù)較之其他保護(hù)實(shí)現(xiàn)簡單、可靠，在 110kV 及以上

16、的高壓和超高壓電 網(wǎng)中，單相接地故障約占全部故障的70%- 90%而且其他的故障也都是由單相故 障發(fā)展起來的，所以零序電流保護(hù)就為絕大多數(shù)的故障提供了保護(hù)，具有顯著的 優(yōu)越性，因此在中性點(diǎn)直接接地的高壓和超高壓系統(tǒng)中獲得普遍應(yīng)用。 零序電流保護(hù)的缺點(diǎn)： (1) 受變壓器中性點(diǎn)接地?cái)?shù)目和分布的影響顯著。對(duì)于運(yùn)行方式變化或接地點(diǎn)變化 很大的電網(wǎng)，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求。 (2) 在單相自動(dòng)重合閘動(dòng)作的過程中將出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)，在考慮到系統(tǒng)兩側(cè)的 發(fā)電機(jī)發(fā)生搖擺，可能會(huì)出現(xiàn)較大的零序電流，可能影響零序電流保護(hù)的正確工 作。 當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng) (如110kV和

17、220kV電網(wǎng))是， 則在任一電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)都會(huì)在另一電網(wǎng)中產(chǎn)生零序電流，這使得零序電 流保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，兵增大了零序三段式保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。 注意問題： (1) 當(dāng)電流回路斷線時(shí) ,可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。這是一般較靈敏的保 護(hù)的共同弱點(diǎn) ,需要在運(yùn)行中注意防止。就斷線機(jī)率而言 , 它比距離保護(hù)電壓回路 斷線的機(jī)率要小得多。如果確有必要 , 還可以利用相鄰電流互感器零序電流閉鎖的 方法防止這種誤動(dòng)作。 當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí) , 也要出現(xiàn)零序電流 ,例如變壓器三相參數(shù)不同所 引起的不對(duì)稱運(yùn)行 , 單相重合閘過程中的兩相運(yùn)行 , 三相重合閘和手動(dòng)合閘時(shí)的三 相斷路器不同期 , 母線倒

18、閘操作時(shí)斷路器與隔離開關(guān)并聯(lián)過程或斷路器正常環(huán)并 運(yùn)行情況下 , 由于隔離開關(guān)或斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)零序環(huán)流 ,以及空 投變壓器時(shí)產(chǎn)生的不平衡勵(lì)磁涌流 , 特別是在空投變壓器所在母線有中性點(diǎn)接地 變壓器在運(yùn)行中的情況下 , 可能出現(xiàn)較長時(shí)間的不平衡勵(lì)磁涌流和直流分量等等 , 都可能使零序電流保護(hù)啟動(dòng)。 地理位置靠近的平行線路 ,當(dāng)其中一條線路故障時(shí) , 可能引起另一條線路出現(xiàn)感 應(yīng)零序電流 ,造成反方向側(cè)零序方向繼電器誤動(dòng)作。如確有此可能時(shí) ,可以改用負(fù) 序方向繼電器 , 來防止上述方向繼電器誤判斷。 由于零序方向繼電器交流回路平時(shí)沒有零序電流和零序電壓 , 回路斷線不易被 發(fā)現(xiàn); 當(dāng)繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側(cè)時(shí) , 也不易用較直觀的模擬方 法檢查其方向的正確性 , 因此較容易因交流回路有問題而使得在電網(wǎng)故障時(shí)造成 保護(hù)拒絕動(dòng)作和誤動(dòng)作。 5 總結(jié) 在電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，通過變壓器接地丶構(gòu)成短路通路，故障相 流過很大的短路電流。 在繼電保護(hù)中應(yīng)該滿足四性：即選擇性，速動(dòng)性，靈敏性，和可靠性。 零序電流保護(hù)指利用接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)動(dòng)作的裝置，叫零序電流保 護(hù)。零序電流保護(hù)中，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電 流，根據(jù)零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過流 保護(hù)