第二章__電網(wǎng)電流保護-2

1、第四節(jié)第四節(jié) 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護路的零序電流及方向保護 電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，利用對稱分量法將電流和電壓分解成正序、負序和零序分量，短路計算的零序等效網(wǎng)如圖，零序電流看成在故障點出現(xiàn)一個零序電壓產(chǎn)生，經(jīng)變壓器接地的中性點構(gòu)成回路。零序電流方向為母線流向故障點為正，零序電壓的方向為線路高于大地的電壓為正，如圖“”所示。第四節(jié)第四節(jié) 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護路的零序電流及方向保護 故障點故障點的零序電壓的零序電壓最高最高，距故障點越遠處零序電壓越低。，距故障點越遠處零序電壓越低。 零序電流由

2、零序電流由 產(chǎn)生的，忽略回路電阻，產(chǎn)生的，忽略回路電阻， 和和 超前超前 ，計及回路電阻時計及回路電阻時, ,如取零序阻抗角為如取零序阻抗角為 ， 和和 將超將超前前 。 零序電流的分布零序電流的分布，決定于，決定于線路零序阻抗線路零序阻抗和和中性點接地變壓器中性點接地變壓器的零序阻抗的零序阻抗，與，與電源數(shù)目和位置無關(guān)電源數(shù)目和位置無關(guān)。如當(dāng)變壓器的中性點不接。如當(dāng)變壓器的中性點不接地時，則地時，則 =0=0。 對于發(fā)生故障的線路，兩端對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率的方向與正序功率的方向零序功率的方向與正序功率的方向相反相反，零序功率的方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。，零序功率的方向?qū)嶋H上

3、都是由線路流向母線的。 從任一保護從任一保護( (例如保護例如保護1)1)安裝處的零序電壓和電流之間的關(guān)系安裝處的零序電壓和電流之間的關(guān)系看，由于看，由于A A母線上的零序電壓實際是從該點到零序網(wǎng)母線上的零序電壓實際是從該點到零序網(wǎng)絡(luò)中性點之絡(luò)中性點之間零序阻抗上的電壓降，表示為間零序阻抗上的電壓降，表示為0dU0I0I 900dU800d0I0I 0dU1000I 零序分量的特點零序分量的特點 式中式中 變壓器變壓器 的零序阻抗。的零序阻抗。 該處零序電流與零序電壓之間的該處零序電流與零序電壓之間的相位差相位差由阻抗角決定，由阻抗角決定，與被與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關(guān)保護線路的

4、零序阻抗及故障點的位置無關(guān)。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)運行方式變化運行方式變化時，如果送電線路和中性點時，如果送電線路和中性點接地的變壓器數(shù)目不變，接地的變壓器數(shù)目不變，零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的的。此時，系統(tǒng)的正序阻抗和負序阻抗隨運行方式而變化。此時，系統(tǒng)的正序阻抗和負序阻抗隨運行方式而變化。正、負序阻抗的變化將引起正、負序阻抗的變化將引起 之間電壓分配的改之間電壓分配的改變，間接影響零序分量的大小。變，間接影響零序分量的大小。 用零序電流和零序電壓過濾器可實現(xiàn)接地短路的零序電用零序電流和零序電壓過濾器可實現(xiàn)接地短路的零序電流和方向保護。流和方向保護。0100)(

5、BAZIU01BZ1B021dddUUU、 中性點直接接地的電網(wǎng)（大電流接地系統(tǒng)）中發(fā)生中性點直接接地的電網(wǎng)（大電流接地系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路接地短路時，出現(xiàn)很大時，出現(xiàn)很大零序電流零序電流，正常運行時正常運行時不存在。不存在。一、零序電壓電流過濾器一、零序電壓電流過濾器零序電流過濾器零序電流過濾器整定原則：整定原則： 躲開下一條線路出口處單相或兩相接地短路時可能出現(xiàn)躲開下一條線路出口處單相或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流的最大零序電流3 3 ，可靠系數(shù)，可靠系數(shù) （取（取1.21.21.31.3）即）即 躲開斷路器三相觸頭不同期合閘所出現(xiàn)的最大零序電流躲開斷路器三相觸頭不同期合閘所出現(xiàn)的

6、最大零序電流3 3 ， 如保護裝置動作時間大于斷路器三相不同期合閘時間，如保護裝置動作時間大于斷路器三相不同期合閘時間，不考慮。不考慮。 整定值選其中較大者整定值選其中較大者。在有些情況下，按照條件。在有些情況下，按照條件(2)(2)整整定將使起動電流過大，保護范圍縮小時，采用在手動合閘及定將使起動電流過大，保護范圍縮小時，采用在手動合閘及三相自動重合閘時，使零序三相自動重合閘時，使零序段帶一個小延時段帶一個小延時( (約約0.1s)0.1s)躲過躲過斷路器三相不同期合閘的時間，定值上無需考慮條件斷路器三相不同期合閘的時間，定值上無需考慮條件(2)(2)。max0IkKmax03IKIkdzb

7、tI0btkdzIKI03二、零序電流速斷二、零序電流速斷( (零序零序段段) )保護保護當(dāng)線路上采用當(dāng)線路上采用單相自動重合閘單相自動重合閘時，按條件時，按條件(1)(2)(1)(2)整定的零整定的零序序段，往往不能躲開在非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生段，往往不能躲開在非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時系統(tǒng)振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流，如按這一條件整定，正常時發(fā)生接地所出現(xiàn)的最大零序電流，如按這一條件整定，正常時發(fā)生接地故障時，保護范圍又縮小，不能充分發(fā)揮零序故障時，保護范圍又縮小，不能充分發(fā)揮零序I I段的作用。段的作用。為解決這個矛盾，設(shè)置兩個零序為解決這個矛盾，設(shè)置兩個零序段保護：段保護： 按條件

8、按條件(1)(1)或或(2)(2)整定整定( (其定值較小，保護范圍較大，稱其定值較小，保護范圍較大，稱靈靈敏敏段段) )，任務(wù)任務(wù)是對全相運行狀態(tài)下接地故障起保護作用，具是對全相運行狀態(tài)下接地故障起保護作用，具有較大保護范圍，當(dāng)單相重合閘起動時，將其自動閉鎖，需待有較大保護范圍，當(dāng)單相重合閘起動時，將其自動閉鎖，需待恢復(fù)全相運行時才能重新投入。恢復(fù)全相運行時才能重新投入。 按條件按條件(3)(3)整定整定( (定值較大，稱定值較大，稱不靈敏不靈敏I I段段) )，假設(shè)它的主，假設(shè)它的主要要目的目的是為了在單相重合閘過程中，其它兩相又發(fā)生接地故障是為了在單相重合閘過程中，其它兩相又發(fā)生接地故障

9、時，彌補失去靈敏時，彌補失去靈敏段的缺陷，盡快將故障切除。不靈敏段的缺陷，盡快將故障切除。不靈敏段段也能反應(yīng)全相運行狀態(tài)下接地故障，保護范圍較靈敏也能反應(yīng)全相運行狀態(tài)下接地故障，保護范圍較靈敏段小。段小。2B 首先考慮和下一條首先考慮和下一條線路的零序電流速斷相線路的零序電流速斷相配合，并帶有高出一個配合，并帶有高出一個的時限，以保證動作的的時限，以保證動作的選擇性。選擇性。三、零序電流限時速斷三、零序電流限時速斷( (零序零序段段) )保護保護 當(dāng)兩個保護之間的變當(dāng)兩個保護之間的變電所母線上有中性點接地電所母線上有中性點接地的變壓器時，由于分支電的變壓器時，由于分支電路的影響將零序電流的分路

10、的影響將零序電流的分布變化，此時零序等效網(wǎng)布變化，此時零序等效網(wǎng)與零序電流變化曲線如與零序電流變化曲線如圖圖。 當(dāng)線路當(dāng)線路B-CB-C上接地短上接地短路時，流過保護路時，流過保護1 1和和2 2的零的零序電流分別為序電流分別為 和和 ，兩者之差就是，兩者之差就是從變壓器從變壓器 中性點流回的中性點流回的電流電流 。 與方向性電流保護有與方向性電流保護有助增電流的情況相同，引助增電流的情況相同，引入零序電流的分支系數(shù)入零序電流的分支系數(shù) 之后，則零序之后，則零序段的起動段的起動電流應(yīng)整定為電流應(yīng)整定為BCdI0ABdI02B20 BdIfzK0102 dzfzkdzIKKI 變壓器變壓器 切除

11、或中性點不接地運行時，支路從零切除或中性點不接地運行時，支路從零序等效網(wǎng)絡(luò)中斷開，序等效網(wǎng)絡(luò)中斷開， 。 零序零序段的靈敏系數(shù)，按本線路末端接地短路時段的靈敏系數(shù)，按本線路末端接地短路時的最小零序電流校驗，并應(yīng)滿足的最小零序電流校驗，并應(yīng)滿足 。當(dāng)下一條。當(dāng)下一條線路比較短或運行方式變化較大，不能滿足靈敏系數(shù)線路比較短或運行方式變化較大，不能滿足靈敏系數(shù)要求，考慮：要求，考慮： 使零序使零序段保護與下一條線路的零序段保護與下一條線路的零序段相配合，段相配合，時限再抬高一級，取為時限再抬高一級，取為1 11.2s1.2s；（犧牲速動性，保證；（犧牲速動性，保證靈敏性）靈敏性） 保留保留0.5s0

12、.5s的零序的零序段段, ,再增加一個再增加一個1 11.2s1.2s的零序的零序段；（結(jié)構(gòu)復(fù)雜）段；（結(jié)構(gòu)復(fù)雜） 采用接地距離保護采用接地距離保護。2BfzK05 . 1lmK 作用：作用：相當(dāng)于相間短路的過電流保護，一般作為相當(dāng)于相間短路的過電流保護，一般作為后備保護，在中性點直接接地電網(wǎng)中的終端線路上，后備保護，在中性點直接接地電網(wǎng)中的終端線路上，可作為主保護使用?？勺鳛橹鞅Ｗo使用。 在零序過電流保護中，起動電流原則上按照躲開在零序過電流保護中，起動電流原則上按照躲開在下一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡在下一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電流電流 來整定，引入可靠系數(shù)

13、來整定，引入可靠系數(shù) ，即為，即為 maxbpIkKmax/bpkJdzIKI四、零序過電流(零序段)保護式中：式中： 可靠系數(shù)，一般取為可靠系數(shù)，一般取為1.11.11.21.2； 相鄰線路的零序相鄰線路的零序段保護范圍末端發(fā)生接地短路段保護范圍末端發(fā)生接地短路時，故障線路中零序電流與流過本保護裝置中零序電流之比。時，故障線路中零序電流與流過本保護裝置中零序電流之比。 靈敏系數(shù)：靈敏系數(shù)：作為相鄰元件的后備保護時，按照相鄰元件作為相鄰元件的后備保護時，按照相鄰元件末端接地短路時，流過本保護的最小零序電流（應(yīng)考慮分支末端接地短路時，流過本保護的最小零序電流（應(yīng)考慮分支電路的影響）來校驗。電路的

14、影響）來校驗。 fzK0/10/2dzfzkdzIKKIkK 實際上必須按逐級配合原則考慮，即本保護零序?qū)嶋H上必須按逐級配合原則考慮，即本保護零序段的保段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序護范圍，不能超出相鄰線路上零序段的保護范圍。當(dāng)兩個保段的保護范圍。當(dāng)兩個保護之間具有分支電路時，保護裝置的起動電流應(yīng)整定為護之間具有分支電路時，保護裝置的起動電流應(yīng)整定為 在雙側(cè)或多側(cè)電源在雙側(cè)或多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器中性點一般至少有一臺中性點一般至少有一臺接地，由于零序電流實接地，由于零序電流實際流向是由故障點流向際流向是由故障點流向各個中性點接地的變壓各個中性點接地的變壓器，因此

15、要考慮零序電器，因此要考慮零序電流保護動作方向性問題。流保護動作方向性問題。2d20dI1d10dI 2d五、方向性零序電流保護五、方向性零序電流保護 兩側(cè)電源處的變壓器中性點均直接接地，當(dāng)兩側(cè)電源處的變壓器中性點均直接接地，當(dāng) 點短路時，點短路時，零序等效網(wǎng)絡(luò)和零序電流分布如圖，按選擇性要求，應(yīng)由保護零序等效網(wǎng)絡(luò)和零序電流分布如圖，按選擇性要求，應(yīng)由保護1 1和和2 2動作切除故障，但是零序電流動作切除故障，但是零序電流 流過保護流過保護3 3 時，就可能引時，就可能引起它的誤動作；同樣當(dāng)起它的誤動作；同樣當(dāng) 點短路時，零序電流點短路時，零序電流 又可能使保又可能使保護護2 2誤動作。誤動作

16、。 根據(jù)零序分量的特點，零序功率方向繼電器顯然根據(jù)零序分量的特點，零序功率方向繼電器顯然應(yīng)該采用最大靈敏角應(yīng)該采用最大靈敏角 ，當(dāng)按規(guī)定極，當(dāng)按規(guī)定極性對應(yīng)加入性對應(yīng)加入3 3 和和 時，繼電器正好工作在最靈敏的時，繼電器正好工作在最靈敏的條件下，其接線如圖。條件下，其接線如圖。 11095lm0U03I 由于越靠近故障點的零序電壓越高，因此零序方由于越靠近故障點的零序電壓越高，因此零序方向元件沒有電壓死區(qū)。相反，當(dāng)故障點距保護安裝向元件沒有電壓死區(qū)。相反，當(dāng)故障點距保護安裝地點很遠時，由于保護安裝處的零序電壓較低，零地點很遠時，由于保護安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，繼電器反而可能不動作

17、。序電流較小，繼電器反而可能不動作。 靈敏系數(shù)校驗，當(dāng)作為相鄰元件的后備保護時，靈敏系數(shù)校驗，當(dāng)作為相鄰元件的后備保護時，即應(yīng)采用相鄰元件末端短路時，在本保護安裝處的即應(yīng)采用相鄰元件末端短路時，在本保護安裝處的最小零序電流，電壓或功率與功率方向繼電器的最最小零序電流，電壓或功率與功率方向繼電器的最小起動電流，電壓或起動功率之比來計算靈敏系數(shù)，小起動電流，電壓或起動功率之比來計算靈敏系數(shù)，并要求并要求 。5 . 1lmK優(yōu)點：優(yōu)點： 靈敏度高靈敏度高相間過電流保護按相間過電流保護按最大負荷電流最大負荷電流整定，零序整定，零序過電流保護按過電流保護按不平衡電流不平衡電流整定；單相短路，整定；單相短

18、路，故障相電流等故障相電流等于零序電流于零序電流 動作時限較相間保護短動作時限較相間保護短 受運行方式影響小受運行方式影響小 零序阻抗較正序阻抗大零序阻抗較正序阻抗大電流曲線陡，零序電流曲線陡，零序段保護范段保護范圍大，圍大，段靈敏度容易滿足段靈敏度容易滿足 不受系統(tǒng)振蕩，短時過負荷等的影響不受系統(tǒng)振蕩，短時過負荷等的影響 單相接地故障占全部故障單相接地故障占全部故障50%-90%50%-90%，其它故障往往由單相，其它故障往往由單相接地發(fā)展起來的，因此，零序保護具有顯著的優(yōu)越性。接地發(fā)展起來的，因此，零序保護具有顯著的優(yōu)越性。六、對零序電流保護的評價六、對零序電流保護的評價缺點：缺點： 對于

19、短線路或運行方式變化很大時，不能滿足運行對于短線路或運行方式變化很大時，不能滿足運行要求要求 重合閘動作過程中將出現(xiàn)非全相運行狀態(tài)，又發(fā)生重合閘動作過程中將出現(xiàn)非全相運行狀態(tài)，又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時，出現(xiàn)較大的零序電流，影響正確工作，系統(tǒng)振蕩時，出現(xiàn)較大的零序電流，影響正確工作，從整定上考慮從整定上考慮 采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級時，任一網(wǎng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級時，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序絡(luò)的接地短路將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序保護的整定配合復(fù)雜化，并將增大第保護的整定配合復(fù)雜化，并將增大第段保護的動作段保護的動作限限一、中性點不接地電網(wǎng)中單一、

20、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點相接地故障的特點 正常運行情況下，三相對地有相同的電容 ，在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓 的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零。0C90 小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，由于故障點電流很小，三相之間線電壓保持對稱，對負荷供電沒有影響，允許繼續(xù)運行1-2小時，而不必立即跳閘。但為了防止故障進一步擴大，應(yīng)及時發(fā)出信號，以便采取措施予以消除。 第五節(jié)第五節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護地故障的零序電壓、電流及方向保護 故障點故障點 的零序電壓為的零序電壓為 非故障相非故障相流向故障點的電容電

21、流為流向故障點的電容電流為CBIII030033CUI0DAU1503jAABDBeEEEU1503jAACDCeEEEU假設(shè)相發(fā)生假設(shè)相發(fā)生單相接地單相接地，各相對地的電壓為，各相對地的電壓為dADCDBDAdEUUUU)(31000CjUICjUIDCCDBB03CUIICBCBDIII03CUID零序電流零序電流為線路為線路本身的本身的電容電流，電容性無功功率電容電流，電容性無功功率方向由母線流向線路。方向由母線流向線路。在在非故障線路非故障線路上，上，A A相電流為零，相電流為零，B B和和C C相中流有本身的電容相中流有本身的電容電流。因此線路始端電流。因此線路始端所反映的零序電流為

22、所反映的零序電流為03CUID11013CBIII010133CUI有效值為有效值為 在發(fā)電機上在發(fā)電機上，首先有它本身的，首先有它本身的B B相和相和C C相對地電容電流相對地電容電流 和和 ，但由于它是產(chǎn)生其它電容電流的電源。，但由于它是產(chǎn)生其它電容電流的電源。 因此，從因此，從A A相中要流回從故障點流上來的全部電容電流，而相中要流回從故障點流上來的全部電容電流，而在在B B相和相和C C相中又要分別流出各線路上同名相的對地電容電流，相中又要分別流出各線路上同名相的對地電容電流，此時從發(fā)電機出現(xiàn)端所反映的零序電流仍為三相電流之和。此時從發(fā)電機出現(xiàn)端所反映的零序電流仍為三相電流之和。 由圖

23、由圖2626可見，各線路電容電流從可見，各線路電容電流從A A相流人后又分別從相流人后又分別從B B相和相和C C相流出，互相抵消，只剩下發(fā)電機本身的電容電流，故相流出，互相抵消，只剩下發(fā)電機本身的電容電流，故 即零序電流為發(fā)電機本身的電容電流，其電容性無功功率即零序電流為發(fā)電機本身的電容電流，其電容性無功功率的方向是由母線流向發(fā)電機，此特點與非故障線路一樣。的方向是由母線流向發(fā)電機，此特點與非故障線路一樣。 在發(fā)生故障的線路在發(fā)生故障的線路，B B相和相和C C相上與非故障線路一樣，沒相上與非故障線路一樣，沒有它本身的電容電流有它本身的電容電流 和和 ，不同之處是在接地點要流回，不同之處是在

24、接地點要流回全系統(tǒng)全系統(tǒng)B B和和C C相對地電容電流之總和，為相對地電容電流之總和，為 BfICfICfBffIII03ffCUI0033BICI)()()(11CfBfCBCBDIIIIIII 有效值有效值 式中式中 為全系統(tǒng)每相對地電容的總和。此電流為全系統(tǒng)每相對地電容的總和。此電流要從要從A A相流回去，因此，從相流回去，因此，從A A相流出的電流可表示相流出的電流可表示為為 ，這樣在線路，這樣在線路始端所流過的零序電流始端所流過的零序電流則為則為 其有效值為其有效值為 可見由故障線路流向母線的零序電流，數(shù)值等可見由故障線路流向母線的零序電流，數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和

25、，其電容于全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之總和，其電容性無功功率的方向為由線路流向母線，與非故障上性無功功率的方向為由線路流向母線，與非故障上相反。相反。000013)(3CUCCCUIfD0CDAII)(3110CfBfCBCBAIIIIIIII)(33000CCUI 單相接地時零序等效網(wǎng)絡(luò)如單相接地時零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖圖，接地點有一零，接地點有一零序電壓序電壓 ，零序電壓回路通過各個元件的對地電，零序電壓回路通過各個元件的對地電容構(gòu)成，由于送電線路的零序阻抗遠小于電容的阻容構(gòu)成，由于送電線路的零序阻抗遠小于電容的阻抗，可忽略。抗，可忽略。 在中性點不接地電網(wǎng)中的零序電流，是各元件的在中性點不接地電網(wǎng)中的零序電流，是各元件的對地電容電流，向量關(guān)系如對地電容電流，向量關(guān)系如圖圖（表示線路（表示線路本身的本身的零序電容電流），與直接接地電網(wǎng)完全不同。零序電容電流），與直接接地電網(wǎng)完全不同。0dU結(jié)論：結(jié)論： 發(fā)生單相