大學(xué)課件電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第四節(jié)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)

1、2.4 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)障的保護(hù)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地、中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地等電網(wǎng)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地等電網(wǎng)。2.4.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的特點(diǎn)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的特點(diǎn)如左圖所示網(wǎng)絡(luò)接線，如左圖所示網(wǎng)絡(luò)接線，a相發(fā)生單相相發(fā)生單相接地短路時(shí)，其相量關(guān)系如下圖所示。接地短路時(shí)，其相量關(guān)系如下圖所示。忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗上產(chǎn)生的電壓降，故障點(diǎn)處各相對(duì)地上產(chǎn)生的電壓降，故障點(diǎn)處各相對(duì)地的電壓為（以的

2、電壓為（以ea作為參考）作為參考）150150033akjbkbaajckcaauueee eueee e在接地點(diǎn)在接地點(diǎn)a相對(duì)地電壓為零，對(duì)地電容被短接，電相對(duì)地電壓為零，對(duì)地電容被短接，電容電流為零，而其它兩相的對(duì)地電壓升高容電流為零，而其它兩相的對(duì)地電壓升高 倍。倍。300bbkcckiuj ciuj ckbciii03cuik在故障處非故障相中產(chǎn)生的電容電流流向故障點(diǎn)：在故障處非故障相中產(chǎn)生的電容電流流向故障點(diǎn)：從故障點(diǎn)從故障點(diǎn)a相接地點(diǎn)流過(guò)的電流是系統(tǒng)非故障相電容電流相接地點(diǎn)流過(guò)的電流是系統(tǒng)非故障相電容電流之和即之和即：其有效值為其有效值為 ，是正常運(yùn)行時(shí)單相電容電，是正常運(yùn)行時(shí)單相

3、電容電流的三倍。流的三倍。0033cui03bciii現(xiàn)在分析一下當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有發(fā)電機(jī)現(xiàn)在分析一下當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有發(fā)電機(jī)g和多條線路存在時(shí)發(fā)生和多條線路存在時(shí)發(fā)生a相接地的相接地的特點(diǎn)：特點(diǎn)：非故障的線路非故障的線路上，上，a相電流為零，相電流為零，b相和相和c相中有本身的電容相中有本身的電容電流，因此在線路始端所反應(yīng)的零序電流為電流，因此在線路始端所反應(yīng)的零序電流為 ，其有效值為其有效值為非故障相特點(diǎn)非故障相特點(diǎn)非故障線路中的零序電流為線路本身的電非故障線路中的零序電流為線路本身的電容電流，電容性無(wú)功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向線路。容電流，電容性無(wú)功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向線路。ggcui003303gbg

4、cgiii發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)g上，首先有上，首先有其本身的其本身的b相和相和c相相的對(duì)地電容電流，但的對(duì)地電容電流，但由于它還是產(chǎn)生其它由于它還是產(chǎn)生其它電容電流的電源，因電容電流的電源，因此從此從a相中要流回從相中要流回從故障點(diǎn)流上來(lái)的全部故障點(diǎn)流上來(lái)的全部電容電流，而在電容電流，而在b相相和和c相流出的各線路相流出的各線路上同名相的對(duì)地電容上同名相的對(duì)地電容電流。電流。由圖可見(jiàn)，各線路的電容電流由于從由圖可見(jiàn)，各線路的電容電流由于從a相流入后分別從相流入后分別從b相和相和c相流出了，相流出了，相加后互相抵消，而只剩下發(fā)電機(jī)本身的電容電流：相加后互相抵消，而只剩下發(fā)電機(jī)本身的電容電流： 有效值為有

5、效值為發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)g的特點(diǎn)的特點(diǎn)零序電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其電容性零序電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其電容性無(wú)功功率的方向是由母線流向發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的方向是由母線流向發(fā)電機(jī)。()()()kbcbcbgcgiiiiiii00003)(3cucccuigkakii 03()abcbcbgcgiiiiiiii)(33000ccui故障線路的特點(diǎn)故障線路的特點(diǎn)故障故障線路中的零序電流，其數(shù)線路中的零序電流，其數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件值等于全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流總和（但不對(duì)地電容電流總和（但不包括故障線路本身）其電包括故障線路本身）其電容性無(wú)功功率的方向?yàn)橛扇菪詿o(wú)功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，

6、恰好與非線路流向母線，恰好與非故障相上的相反。故障相上的相反。在故障的線路在故障的線路上：在上：在b相和相和c相上，流有它本身的相上，流有它本身的 電容電流；而在接地點(diǎn)流回電容電流；而在接地點(diǎn)流回系統(tǒng)系統(tǒng)b相和相和c相對(duì)地電容電流總和，其值為：相對(duì)地電容電流總和，其值為：有效值為：有效值為：從從a相流出的電流可表示為：相流出的電流可表示為：這樣在線路這樣在線路始端所流過(guò)的零序電流則為：始端所流過(guò)的零序電流則為：其有效值為：其有效值為：?jiǎn)蜗嘟拥貢r(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)以及相量關(guān)系，如下圖所示單相接地時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)以及相量關(guān)系，如下圖所示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序分量分布的特點(diǎn)：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

7、發(fā)生單相接地后零序分量分布的特點(diǎn)：（1）零序網(wǎng)絡(luò)由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對(duì)地的等值電容構(gòu)成通路，網(wǎng)絡(luò)）零序網(wǎng)絡(luò)由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對(duì)地的等值電容構(gòu)成通路，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大；的零序阻抗很大；（2）在發(fā)生單相接地時(shí)，相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)其值與故障相故）在發(fā)生單相接地時(shí)，相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)其值與故障相故障前相電壓大小相等、方向相反的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零障前相電壓大小相等、方向相反的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。序電壓。（3）在非故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電）在非故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流

8、向線路。流；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路。（4）在故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地）在故障元件中流過(guò)的零序電流，其數(shù)值為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之和；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。電容電流之和；電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線。2.4.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn)消弧線圈消弧線圈在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，則當(dāng)單相接地時(shí)，在接地在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，則當(dāng)單相接地時(shí)，在接地點(diǎn)就有一個(gè)電感分量的電流通過(guò)，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵點(diǎn)就有一個(gè)電感分量的電流通過(guò)，此電流和原系

9、統(tǒng)中的電容電流相抵消，就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，熄滅電弧，稱之為消弧線圈，如消，就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，熄滅電弧，稱之為消弧線圈，如下圖所示：下圖所示：用三相系統(tǒng)表示消弧線圈接地電網(wǎng)用三相系統(tǒng)表示消弧線圈接地電網(wǎng)中，單相接地時(shí)電流分布中，單相接地時(shí)電流分布在各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，在各級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流當(dāng)全系統(tǒng)的電容電流超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈：對(duì)裝設(shè)消弧線圈：對(duì)36kv電網(wǎng)電網(wǎng)30a；10kv電網(wǎng)電網(wǎng)20a；2266kv電網(wǎng)電網(wǎng)10a。1 單相接地穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)單相接地穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)klciiicilialeij lciliki在上圖網(wǎng)絡(luò)中，在電源的中性點(diǎn)接入了消弧線

10、圈，當(dāng)線路在上圖網(wǎng)絡(luò)中，在電源的中性點(diǎn)接入了消弧線圈，當(dāng)線路上上a相相接地時(shí)，從接地點(diǎn)流回的總電流是接地時(shí)，從接地點(diǎn)流回的總電流是：全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流消弧線圈的電流，設(shè)用消弧線圈的電流，設(shè)用l表示它的電感，則表示它的電感，則由于由于 和和 的相位大約相差的相位大約相差180，因此，因此， 將因消弧線將因消弧線圈的補(bǔ)償而減小。作出它的零序等效電路，如下圖所示圈的補(bǔ)償而減小。作出它的零序等效電路，如下圖所示消弧線圈補(bǔ)償方消弧線圈補(bǔ)償方式式完全補(bǔ)償完全補(bǔ)償欠補(bǔ)償欠補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償cl31cliicicliilic電源中性點(diǎn)對(duì)地電源中性點(diǎn)對(duì)地有電壓偏移有電壓偏移將短時(shí)出現(xiàn)一零序?qū)?/p>

11、短時(shí)出現(xiàn)一零序分量電壓分量電壓正常運(yùn)行時(shí)三相正常運(yùn)行時(shí)三相對(duì)地電容不完全對(duì)地電容不完全相等相等斷路器合閘三相斷路器合閘三相觸頭不能同觸頭不能同時(shí)閉合時(shí)時(shí)閉合時(shí)產(chǎn)生的零序電壓串聯(lián)產(chǎn)生的零序電壓串聯(lián)接于接于3l和和 間間串聯(lián)諧振的回路中產(chǎn)生很串聯(lián)諧振的回路中產(chǎn)生很大的電壓降落大的電壓降落電源中性點(diǎn)對(duì)地電電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓嚴(yán)重升高壓嚴(yán)重升高實(shí)際上不能采用這種方式實(shí)際上不能采用這種方式補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電流仍然是電容性的流仍然是電容性的電容電流減小電容電流減小引起過(guò)電引起過(guò)電壓壓一般不采用一般不采用這種方式這種方式某個(gè)元件被切除或某個(gè)元件被切除或因發(fā)生故障而跳閘因發(fā)生故障而跳閘可能又出現(xiàn)可

12、能又出現(xiàn) 和和 相等的情況相等的情況補(bǔ)償后的殘余電流是感補(bǔ)償后的殘余電流是感性的性的不可能發(fā)生過(guò)電壓?jiǎn)栴}不可能發(fā)生過(guò)電壓?jiǎn)栴}在實(shí)際中獲得廣泛應(yīng)用在實(shí)際中獲得廣泛應(yīng)用ccliiipcili 大于大于 的程度用過(guò)補(bǔ)償度的程度用過(guò)補(bǔ)償度p來(lái)表示，來(lái)表示，其關(guān)系為：其關(guān)系為：一般選擇過(guò)補(bǔ)償度一般選擇過(guò)補(bǔ)償度p=5%10%,而不大于而不大于10%結(jié)論結(jié)論當(dāng)采用過(guò)補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路的零序電當(dāng)采用過(guò)補(bǔ)償方式時(shí)，流經(jīng)故障線路的零序電流是流過(guò)消弧線圈的零序電流與非故障元件零序電流之流是流過(guò)消弧線圈的零序電流與非故障元件零序電流之差，而電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向仍然是由母線流向線差，而電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向

13、仍然是由母線流向線路（實(shí)際上是電感性無(wú)功由線路流向母線），和非故障路（實(shí)際上是電感性無(wú)功由線路流向母線），和非故障線路的方向一樣。因此，在這種情況下，首先無(wú)法利用線路的方向一樣。因此，在這種情況下，首先無(wú)法利用功率方向的差別來(lái)判別故障線路，其次由于過(guò)補(bǔ)償度不功率方向的差別來(lái)判別故障線路，其次由于過(guò)補(bǔ)償度不大，因此，很難象中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)那樣，利用零序電大，因此，很難象中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)那樣，利用零序電流大小的不同來(lái)找出故障線路。流大小的不同來(lái)找出故障線路。2 單相接地過(guò)渡過(guò)程特點(diǎn)單相接地過(guò)渡過(guò)程特點(diǎn)發(fā)生單相接發(fā)生單相接地地故障相對(duì)地電故障相對(duì)地電壓降低壓降低非故障相對(duì)地非故障相對(duì)地電壓升高電壓升

14、高引起故障相放電電容電流引起故障相放電電容電流通過(guò)母線流向通過(guò)母線流向故障點(diǎn)；衰減得快；振蕩頻率高達(dá)數(shù)千赫，故障點(diǎn)；衰減得快；振蕩頻率高達(dá)數(shù)千赫，主要決定于電網(wǎng)線路參數(shù)，和故障點(diǎn)的位置主要決定于電網(wǎng)線路參數(shù)，和故障點(diǎn)的位置以及過(guò)渡電阻以及過(guò)渡電阻。引起非故障相充電電容電流引起非故障相充電電容電流通過(guò)電源、通過(guò)電源、故障點(diǎn)成回路；由于整個(gè)流通回路的電感故障點(diǎn)成回路；由于整個(gè)流通回路的電感較大，因此衰減得慢，振蕩頻率較低。較大，因此衰減得慢，振蕩頻率較低。電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地后的暫態(tài)電容電流看成是以下兩個(gè)電流之和，其電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地后的暫態(tài)電容電流看成是以下兩個(gè)電流之和，其分布和波特圖如下

15、所示：分布和波特圖如下所示：2.4.3 零序電壓保護(hù)零序電壓保護(hù) 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，只要本級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，只要本級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地故障，則在同一電壓等級(jí)的所有發(fā)電廠和變電所母線上，都將出現(xiàn)數(shù)故障，則在同一電壓等級(jí)的所有發(fā)電廠和變電所母線上，都將出現(xiàn)數(shù)值較高的零序電壓。值較高的零序電壓。 在發(fā)電廠和變電所母線上，一般裝設(shè)網(wǎng)絡(luò)單相接地的在發(fā)電廠和變電所母線上，一般裝設(shè)網(wǎng)絡(luò)單相接地的監(jiān)視裝置監(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)，表明本級(jí)電壓網(wǎng)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)，表明本級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了單相接地。絡(luò)中出現(xiàn)了單相

16、接地。網(wǎng)絡(luò)單相接地的信號(hào)裝置原理接線圖網(wǎng)絡(luò)單相接地的信號(hào)裝置原理接線圖這種方法給出的信號(hào)是沒(méi)有這種方法給出的信號(hào)是沒(méi)有選擇性的，要想發(fā)現(xiàn)故障是選擇性的，要想發(fā)現(xiàn)故障是在哪條線路上，還需由運(yùn)行在哪條線路上，還需由運(yùn)行人員依次短時(shí)斷開(kāi)每條線路，人員依次短時(shí)斷開(kāi)每條線路，并繼之將斷開(kāi)線路投入。當(dāng)并繼之將斷開(kāi)線路投入。當(dāng)斷開(kāi)某條線路時(shí)，零序電壓斷開(kāi)某條線路時(shí)，零序電壓信號(hào)消失，即表明故障是在信號(hào)消失，即表明故障是在該線路上。該線路上。2.4.4 零序電流和零序功率方向保護(hù)零序電流和零序功率方向保護(hù)1 零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)利用故障線路零序電流較非故障線路為大的特點(diǎn)來(lái)實(shí)利用故障

17、線路零序電流較非故障線路為大的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號(hào)或動(dòng)作于跳閘?，F(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。應(yīng)用應(yīng)用這種這種 保護(hù)一般使用在有條件安裝零序電流互感器的線路上（如保護(hù)一般使用在有條件安裝零序電流互感器的線路上（如電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路）；當(dāng)單相接地電流較大，足以克服電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路）；當(dāng)單相接地電流較大，足以克服零序電流過(guò)濾器中不平衡電流的影響時(shí)，保護(hù)裝置也可以接于三個(gè)電流零序電流過(guò)濾器中不平衡電流的影響時(shí)，保護(hù)裝置也可以接于三個(gè)電流互感器構(gòu)成的零序回路中?；ジ衅鳂?gòu)成的零序回路中。根據(jù)前面的分析，當(dāng)某一線路上發(fā)生單相接地時(shí)，非故障線路上的零根據(jù)前面的分析，當(dāng)某

18、一線路上發(fā)生單相接地時(shí)，非故障線路上的零序電流為本身的電容電流，因此，為了保證動(dòng)作選擇性，保護(hù)裝置的序電流為本身的電容電流，因此，為了保證動(dòng)作選擇性，保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)大于本線路的電容電流起動(dòng)電流應(yīng)大于本線路的電容電流 ，即，即起動(dòng)電流的整定起動(dòng)電流的整定03cukirelset0033cui00003)(3ckcccukccukrelrelsen靈敏系數(shù)的校驗(yàn)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)校驗(yàn)在本線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)的靈敏系數(shù)，由校驗(yàn)在本線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)的靈敏系數(shù)，由于流經(jīng)故障線路上的零序電流為全網(wǎng)絡(luò)中非故障線路于流經(jīng)故障線路上的零序電流為全網(wǎng)絡(luò)中非故障線路電容電流的總和，因此靈敏系數(shù)為：電容電流的總和，因此靈敏系數(shù)為：2 零序功率方向保護(hù)零序功率方向保護(hù)零序功率方向保護(hù)零序功率方向保護(hù)利用故障線路與非故障線路零序利用故障線路與非故障線路零序功率方向不同的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇性的保護(hù)，動(dòng)作