電網(wǎng)電流保護(hù)第6講

1、 工程背景工程背景u為了降低絕緣成本，限制過電壓，為了降低絕緣成本，限制過電壓，我國我國110kV及以上電及以上電壓等級電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)直接接地方式。壓等級電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)直接接地方式。u單相接地故障是最常見的故障類型，約占單相接地故障是最常見的故障類型，約占85%以上。以上。u在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）發(fā)生接在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）發(fā)生接地故障時，地故障時，電流保護(hù)也能起到保護(hù)作用，但其靈敏度往往電流保護(hù)也能起到保護(hù)作用，但其靈敏度往往不足。不足。u因此需尋找更為合適的保護(hù)方式。因此需尋找更為合適的保護(hù)方式。 （一）接地故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）接

2、地故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）出現(xiàn)較大出現(xiàn)較大零序分量零序分量 系統(tǒng)正常運(yùn)行時，電網(wǎng)中僅存在正序分量電流電壓和系統(tǒng)正常運(yùn)行時，電網(wǎng)中僅存在正序分量電流電壓和較小的負(fù)序分量（由于負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)不平衡引起）較小的負(fù)序分量（由于負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)不平衡引起） 顯然利用零序分量構(gòu)成接地故障保護(hù)具有更高的靈敏顯然利用零序分量構(gòu)成接地故障保護(hù)具有更高的靈敏度度 （一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）零序分量特點(diǎn)：零序分量特點(diǎn)：電網(wǎng)中所有電源均為正序，因而電網(wǎng)中所有電源均為正序，因而零序網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)。零序網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)。 （一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）零序電壓分布

3、特點(diǎn)：零序電壓分布特點(diǎn)：u 零序電源在故障點(diǎn)，零序分量的分布取決于故障點(diǎn)零序電源在故障點(diǎn)，零序分量的分布取決于故障點(diǎn)位置和變壓器接地中性點(diǎn)位置。位置和變壓器接地中性點(diǎn)位置。u 故障點(diǎn)的零序電壓最高，零序電壓從故障點(diǎn)的最大故障點(diǎn)的零序電壓最高，零序電壓從故障點(diǎn)的最大值沿零序網(wǎng)逐步降低，至中性點(diǎn)降為零。值沿零序網(wǎng)逐步降低，至中性點(diǎn)降為零。 零序電壓的正方向：零序電壓的正方向：規(guī)定線路高于大地的電規(guī)定線路高于大地的電壓為正壓為正 （一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)） 零序電流分布特點(diǎn)：零序電流分布特點(diǎn)：u 零序電流分布主要取決于輸電線路的零序阻抗和中零序電流分布主要取決于

4、輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。無關(guān)。u 零序電流是由零序電壓產(chǎn)生的，由故障點(diǎn)經(jīng)由線路零序電流是由零序電壓產(chǎn)生的，由故障點(diǎn)經(jīng)由線路流向大地。流向大地。 零序電流的正方向：零序電流的正方向：規(guī)定由母線流向線路為規(guī)定由母線流向線路為正正 （一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）零序功率和方向特點(diǎn)零序功率和方向特點(diǎn)電流電壓參考方向的選取同電流保護(hù)。電流電壓參考方向的選取同電流保護(hù)。u 正向故障：零序電壓滯后電流正向故障：零序電壓滯后電流u 反向故障：零序電壓超前電流反向故障：零序電壓超前電

5、流為系統(tǒng)零序阻抗角，通常為系統(tǒng)零序阻抗角，通常80 850180k0k 0k （一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）（一）故障特征（保護(hù)判據(jù)的基礎(chǔ)）零序功率和方向特點(diǎn)零序功率和方向特點(diǎn) （一）零序電壓的獲?。ㄒ唬┝阈螂妷旱墨@取數(shù)字式繼電器采集三相電壓，按零序電壓定義得到數(shù)字式繼電器采集三相電壓，按零序電壓定義得到 )()()()(30kukukukucba+=特點(diǎn)：特點(diǎn)：u無需專用的零序電壓通道無需專用的零序電壓通道u一般不存在極性錯誤問題一般不存在極性錯誤問題u要考慮不平衡輸出對保護(hù)的影響要考慮不平衡輸出對保護(hù)的影響 （一）零序電壓獲取方法（一）零序電壓獲取方法模擬式方法模擬式方法 （c c）接于

6、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓互感器( (d d) )）保護(hù)裝置內(nèi)部合成零序電壓圖239 取得零序電壓的接線圖（a a）用三個單相式電壓互感器n nm m( (b b) )用三相五柱式互感器m mn nm mn n03UB BC CA AaUbUcUA AB BC Ca b c加法器aUbUcU （一）零序電壓獲取方法（一）零序電壓獲取方法零序電壓互感器的不平衡輸出零序電壓互感器的不平衡輸出 ：電壓互感器的誤差以及：電壓互感器的誤差以及三相系統(tǒng)對地不完全平衡三相系統(tǒng)對地不完全平衡三次諧波問題：三次諧波問題：三次諧波電壓同相位，若系統(tǒng)中存在三次三次諧波電壓同相位，若系統(tǒng)中存在三次諧波分量，則零序電壓互感器的

7、輸出端也有三次諧波電壓諧波分量，則零序電壓互感器的輸出端也有三次諧波電壓輸出。輸出。 unbU （二）零序電流的獲取（二）零序電流的獲取數(shù)字式繼電器采集三相電流，按零序電流定義得到數(shù)字式繼電器采集三相電流，按零序電流定義得到 )()()()(30kikikikicba+=特點(diǎn)：特點(diǎn)：u無需專用的零序電流通道無需專用的零序電流通道u一般不存在極性錯誤問題一般不存在極性錯誤問題u要考慮不平衡輸出對保護(hù)的影響要考慮不平衡輸出對保護(hù)的影響 （二）零序電流獲取方法（二）零序電流獲取方法模擬式方法之一模擬式方法之一零序電流過濾器零序電流過濾器: 不需要采用專門的一組電流互感器，而是接入相間保護(hù)用不需要采用

8、專門的一組電流互感器，而是接入相間保護(hù)用的電流互感器的中性線上的電流互感器的中性線上 圖240 零序電流過濾器圖241 電流互感器的等效電路(a)(b)等效電路TA.0I原理接線aIbIcICIBIAI.rI.AI.BI.CI1I2I.I（二）零序電流獲取方法（二）零序電流獲取方法模擬式方法之一模擬式方法之一 圖240 零序電流過濾器圖241 電流互感器的等效電路(a)(b)等效電路TA.0I原理接線aIbIcICIBIAI.rI.AI.BI.CI1I2I.I（二）零序電流獲取方法（二）零序電流獲取方法模擬式方法之一模擬式方法之一 （二）零序電流獲取方法（二）零序電流獲取方法模擬式方法之二模擬

9、式方法之二零序電流互感器：用于電纜引出的輸電線路，套在零序電流互感器：用于電纜引出的輸電線路，套在 三相電纜的外面。三相電纜的外面。 互感器的一次電流就是互感器的一次電流就是 A A B B C C電電纜纜圖242 零序電流互感器接線示意圖TAN03I優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：沒有不平衡電流，接線沒有不平衡電流，接線簡單簡單abc+III （三）零序電流電壓接線應(yīng)注意的問題（三）零序電流電壓接線應(yīng)注意的問題u 接線極性問題，對方向元件影響很大接線極性問題，對方向元件影響很大u 不平衡輸出問題，在整定中予以考慮不平衡輸出問題，在整定中予以考慮 在中性點(diǎn)直接接地的高壓電網(wǎng)中，零序保護(hù)作為在中性點(diǎn)直接接地的高壓電

10、網(wǎng)中，零序保護(hù)作為輔助保護(hù)輔助保護(hù)和后備保護(hù)。和后備保護(hù)。 零序電流保護(hù)同電流保護(hù)類似，不能嚴(yán)格區(qū)分區(qū)內(nèi)末端和零序電流保護(hù)同電流保護(hù)類似，不能嚴(yán)格區(qū)分區(qū)內(nèi)末端和下一級線路出口故障，從選擇性和速動性的要求出發(fā)，下一級線路出口故障，從選擇性和速動性的要求出發(fā)，其其整定配合也采用階段式配合方法，一般也按三段設(shè)置。整定配合也采用階段式配合方法，一般也按三段設(shè)置。 （一）零序（一）零序I段的整定段的整定其作用相當(dāng)于電流速斷，保護(hù)范圍不應(yīng)超出本線路。其作用相當(dāng)于電流速斷，保護(hù)范圍不應(yīng)超出本線路。針對可能出現(xiàn)零序電流的各種情況，整定原則通常針對可能出現(xiàn)零序電流的各種情況，整定原則通?？紤]以下兩種情況：考慮以

11、下兩種情況：（1）躲開下級線路出口處單相或兩相接地短路時）躲開下級線路出口處單相或兩相接地短路時最大零序電流。最大零序電流。（實(shí)際整定時不僅要考慮運(yùn)行方式的（實(shí)際整定時不僅要考慮運(yùn)行方式的變化，還要考慮故障類型的變化）變化，還要考慮故障類型的變化）（2）躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的最）躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的最大零序電流大零序電流 0.max3IIsetrelIKI03setrelunbIKI （一）零序（一）零序I段的整定段的整定作用相當(dāng)于電流速斷，保護(hù)范圍不應(yīng)超出本線路。作用相當(dāng)于電流速斷，保護(hù)范圍不應(yīng)超出本線路。一般取一般取整定值應(yīng)選擇兩者中較大的一個。整定值應(yīng)選擇兩

12、者中較大的一個。如果保護(hù)動作時間大于斷路器不同期合閘時間，或零序如果保護(hù)動作時間大于斷路器不同期合閘時間，或零序I段段經(jīng)小延時（約經(jīng)小延時（約0.1s）動作，則可以不考慮條件）動作，則可以不考慮條件2。 1.2 1.3IrelK （一）零序（一）零序I段的整定段的整定 非全相運(yùn)行問題：非全相運(yùn)行問題：對于高壓線路通常采用分相操作的斷對于高壓線路通常采用分相操作的斷路器，單相接地故障時，跳開單相，此時系統(tǒng)會出現(xiàn)短時路器，單相接地故障時，跳開單相，此時系統(tǒng)會出現(xiàn)短時的非全相運(yùn)行情況。的非全相運(yùn)行情況。 非全相運(yùn)行相當(dāng)于縱向斷線故障，對保護(hù)而言屬不正常非全相運(yùn)行相當(dāng)于縱向斷線故障，對保護(hù)而言屬不正常

13、運(yùn)行狀態(tài)，所以運(yùn)行狀態(tài)，所以 （3）當(dāng)線路上采用單相自動重合閘時，按能躲開在非全）當(dāng)線路上采用單相自動重合閘時，按能躲開在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)震蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流整相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)震蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流整定。定。 但按此條件整定，定值較高，靈敏度往往不足。但按此條件整定，定值較高，靈敏度往往不足。 （一）零序（一）零序I段的整定段的整定 解決方案：設(shè)置靈敏解決方案：設(shè)置靈敏I段和不靈敏段和不靈敏I段兩段保護(hù)，其配段兩段保護(hù)，其配合關(guān)系如下：合關(guān)系如下： 靈敏靈敏I段（低定值段（低定值I段）：按條件段）：按條件1或條件或條件2整定，全相整定，全相運(yùn)行時投入，對全相運(yùn)行狀態(tài)下

14、的接地故障起保護(hù)作用；運(yùn)行時投入，對全相運(yùn)行狀態(tài)下的接地故障起保護(hù)作用；非全相運(yùn)行時退出或閉鎖。非全相運(yùn)行時退出或閉鎖。 不靈敏不靈敏I段（高定值段（高定值I段）：按條件段）：按條件3整定，全程投入，整定，全程投入，主要用于在單相重合閘過程中，其他兩相又發(fā)生接地故障主要用于在單相重合閘過程中，其他兩相又發(fā)生接地故障時的保護(hù)。時的保護(hù)。 靈敏度校驗(yàn)：不小于靈敏度校驗(yàn)：不小于30% （二）零序（二）零序II段的整定段的整定零序零序II段的作用相當(dāng)于限時電流速斷段的作用相當(dāng)于限時電流速斷整定原則整定原則u 首先首先與下一級線路的零序與下一級線路的零序I段保護(hù)范圍的末端配合，段保護(hù)范圍的末端配合，并高

15、出一個動作時限的級差并高出一個動作時限的級差u 整定應(yīng)考慮分支線路的影響，選取整定應(yīng)考慮分支線路的影響，選取最小的零序分支最小的零序分支系數(shù)整定。系數(shù)整定。 t210.relsetsetbKIIK （二）零序（二）零序II段的整定段的整定零序網(wǎng)絡(luò)的分支，取決于接地變壓器的運(yùn)行方式零序網(wǎng)絡(luò)的分支，取決于接地變壓器的運(yùn)行方式 （二）零序（二）零序II段的整定段的整定最小的零序分支系數(shù)的確定。最小的零序分支系數(shù)的確定。對于零序網(wǎng)絡(luò)，分支線路情況取決于接地變壓器的對于零序網(wǎng)絡(luò)，分支線路情況取決于接地變壓器的運(yùn)行情況。一般而言，變壓器按運(yùn)行情況。一般而言，變壓器按N-1方式考慮；線路按方式考慮；線路按N

16、-2方式考慮。方式考慮。確定整定值時，用最小分支系數(shù)；確定整定值時，用最小分支系數(shù)； 校驗(yàn)靈敏度時，用最大分支系數(shù)。校驗(yàn)靈敏度時，用最大分支系數(shù)。分支系數(shù)的計算占保護(hù)定值計算中很大的工作量。分支系數(shù)的計算占保護(hù)定值計算中很大的工作量。 （二）零序（二）零序II段的整定段的整定 靈敏度校驗(yàn)：靈敏度校驗(yàn)： 按本線路末端接地短路時的最小零序電流來校驗(yàn)。按本線路末端接地短路時的最小零序電流來校驗(yàn)。 要求要求 1.5IIsenK （三）零序（三）零序III段的整定段的整定零序零序III段作用相當(dāng)于過電流保護(hù)。在一般情況下作段作用相當(dāng)于過電流保護(hù)。在一般情況下作為后備保護(hù)，但在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的終端線路

17、（零序?yàn)楹髠浔Ｗo(hù)，但在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的終端線路（零序網(wǎng)在其后開路）可以作為主保護(hù)。網(wǎng)在其后開路）可以作為主保護(hù)。 整定原則整定原則原則一：原則一：躲開下級線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的躲開下級線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大零序不平衡電流最大零序不平衡電流 0.max3IIIIIIsetrelunbIKI （三）零序（三）零序III段的整定段的整定 整定原則整定原則 原則二：原則二：考慮各保護(hù)間靈敏度的配合，考慮各保護(hù)間靈敏度的配合， 按按逐級配合的逐級配合的原則原則考慮，即本級線路的零序考慮，即本級線路的零序III段不能超出相鄰線路的零段不能超出相鄰線路的零序序III段的保護(hù)范圍。當(dāng)考慮分支電路時，段的保護(hù)范圍。當(dāng)考慮分支電路時， 按下式整定：按下式整定：.2.10. .minIIIIIIIIIrelsetsetbKIIK （三）零序（三）零序III段的整定段的整定靈敏度校驗(yàn)：靈敏度校驗(yàn)：通常作為遠(yuǎn)后備校驗(yàn)，即按相鄰元件通常作為遠(yuǎn)后備校驗(yàn)，即按相鄰元件末端發(fā)生接地短路時，流過本線路的最小零序電流（末端發(fā)生接地短路時，流過本線路的最小零序電流（考慮考慮分支系數(shù)為最大的情況分支系數(shù)為最大的