第三章輸配電線路接地保護(hù)

第三章輸配電線路接地保護(hù)第一頁(yè)，共39頁(yè)。我國(guó)的電力系統(tǒng)根據(jù)中性點(diǎn)接地方式的不同，可分為大接地電流系統(tǒng)和小接地電流系統(tǒng)。大電流接地系統(tǒng)即中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（一般是110KV及以上的電網(wǎng)），在這種系統(tǒng)中如果發(fā)生了接地故障，設(shè)備中會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，所以這種系統(tǒng)中保護(hù)的任務(wù)是盡早的跳閘。小電流接地系統(tǒng)即中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（一般是66KV及以下的電網(wǎng)），在這種系統(tǒng)中如果發(fā)生了接地故障，流過(guò)設(shè)備的電流為電容電流，其值很小，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，所以這種系統(tǒng)中保護(hù)的任務(wù)只是發(fā)出信號(hào)。第二頁(yè)，共39頁(yè)。第一節(jié)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的故障分析在圖3-1（a）所示的中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，正常運(yùn)行時(shí)，由于三相的電流和電壓是對(duì)稱的，所以此時(shí)的零序電流和零序電壓都為零。第三頁(yè)，共39頁(yè)。當(dāng)線路MN發(fā)生接地短路時(shí)，其零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖3-1（b）所示。圖中的Z’T0、Z”T0為兩側(cè)變壓器的零序阻抗，Z’L0、Z”L0分別為故障點(diǎn)兩側(cè)的線路的零序阻抗。第四頁(yè)，共39頁(yè)。根據(jù)零序網(wǎng)絡(luò)可寫(xiě)出故障點(diǎn)處、母線M和母線N的零序電壓為：第五頁(yè)，共39頁(yè)。當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)處的零序電流為式中

Z1Σ、Z2Σ、Z0Σ——分別為正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)的綜合阻抗；

——電源等效電勢(shì)。當(dāng)U相發(fā)生接地時(shí)，電流、電壓相量如圖3-1（d）所示。第六頁(yè)，共39頁(yè)。分析后可得結(jié)論：（1）故障點(diǎn)的零序電壓最高，變壓器中性點(diǎn)的零序電壓最低，為零。從故障點(diǎn)到變壓器中性點(diǎn)零序電壓的分布，如圖3-1（c）所示。（2）零序電流由故障處產(chǎn)生，其大小與中性點(diǎn)接地變壓器的數(shù)目和分布有關(guān)，而與系統(tǒng)的運(yùn)行方式無(wú)直接關(guān)系。（3）零序電流實(shí)際的流動(dòng)方向是由故障點(diǎn)流向變壓器的中性點(diǎn)，-與的夾角取決于保護(hù)背后的零序阻抗角。所以零序功率的方向?yàn)椋壕€路指向母線。（4）零序電流和零序電壓的大小與故障點(diǎn)位置的關(guān)系為：故障點(diǎn)離保護(hù)安裝處越近，值就越大；故障點(diǎn)離保護(hù)安裝處越遠(yuǎn)，值就越小。所以零序方向元件動(dòng)作無(wú)死區(qū)。第七頁(yè)，共39頁(yè)。第二節(jié)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中線路的接地保護(hù)

一、階段式零序電流保護(hù)的構(gòu)成原理（一）瞬時(shí)零序電流速斷保護(hù)（零序I段）圖3-2零序I段動(dòng)作電流計(jì)算說(shuō)明圖第八頁(yè)，共39頁(yè)。1.躲過(guò)被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)的最大零序電流整定。第九頁(yè)，共39頁(yè)。2．躲過(guò)斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)的最大零序電流整定。Krel——可靠系數(shù)，取1.1～1.2；Iobt——三相觸頭不同期合閘時(shí)的最大零序電流。Iobt只在不同時(shí)合閘期間存在，持續(xù)時(shí)間很短。若保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間大于斷路器三相不同期時(shí)間，則不考慮此整定。第十頁(yè)，共39頁(yè)。3．當(dāng)被保護(hù)線路采用單相重合閘時(shí)，躲過(guò)單相重合閘過(guò)程中出現(xiàn)非全相振蕩時(shí)的零序電流整定。式中:Krel——可靠系數(shù)，取1.1～1.2;I0.unc——非全相振蕩時(shí)的零序電流。零序電流I段保護(hù)和相間電流I段保護(hù)比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)零序I段雖然也不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，但保護(hù)范圍比相間I段長(zhǎng)。(2)因?yàn)榱阈螂娏魇芟到y(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較小，所以保護(hù)范圍較穩(wěn)定。第十一頁(yè)，共39頁(yè)。（二）限時(shí)零序電流速斷保護(hù)（零序Ⅱ段）

第十二頁(yè)，共39頁(yè)。1．動(dòng)作電流整定原則:

零序II段的動(dòng)作電流應(yīng)與相鄰線路的零序Ⅰ段相配合。即躲過(guò)相鄰線路（即BC線路）的零序Ⅰ段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)，流過(guò)本保護(hù)的最大零序電流的計(jì)算值整定。式中

——可靠系數(shù)，取1.1～1.2。

——最小分支系數(shù)，等于相鄰線路I段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)，流經(jīng)故障線路與被保護(hù)線路的零序電流之比的最小值。即第十三頁(yè)，共39頁(yè)。2．動(dòng)作時(shí)限的整定原則:比下一線路I段多出一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δt=0.5秒。即

+Δt

3．校驗(yàn)靈敏度按本線路末端接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小零序電流3校驗(yàn)。為合格。

第十四頁(yè)，共39頁(yè)。當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，可采取下列措施：（1）動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限與下一段線路零序Ⅱ段相配合。

+Δt=

（2）保留的零序Ⅱ段，再增加一個(gè)按（1）整定的靈敏Ⅱ段（3）改用接地距離保護(hù)。第十五頁(yè)，共39頁(yè)。（三）零序過(guò)電流保護(hù)（零序Ⅲ段）1．動(dòng)作電流整定原則:

(1)按躲過(guò)最大不平衡電流整定。Krel——可靠系數(shù)，取1.2～1.3——相鄰線路出口處發(fā)生三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大不平衡電流。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般零序過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流為2～4A（二次值）。第十六頁(yè)，共39頁(yè)。（2）各零序Ⅲ段保護(hù)之間在靈敏度上要相互配合。

即本保護(hù)零序Ⅲ段的保護(hù)范圍，不能超出相鄰線路上零序Ⅲ段的保護(hù)范圍。

——可靠系數(shù)（即配合系數(shù)），取1.1～1.2；——分支系數(shù)；——相鄰線路零序Ⅲ段保護(hù)的動(dòng)作電流。第十七頁(yè)，共39頁(yè)。2.動(dòng)作時(shí)限的整定原則:

為保證動(dòng)作的選擇性，各零序過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)按階梯原則整定。但因?yàn)榱阈螂娏髦辉诠收宵c(diǎn)與變壓器接地中性點(diǎn)之間流動(dòng)，所以只需在同一接地電網(wǎng)中按階梯形原則整定。

可見(jiàn)：零序過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限總小于相間過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。第十八頁(yè)，共39頁(yè)。保護(hù)的校驗(yàn)。

為合格

第十九頁(yè)，共39頁(yè)。（四）三段式零序電流保護(hù)的接線

(1)階段式零序電流保護(hù)的原理接線圖

第二十頁(yè)，共39頁(yè)。(2)邏輯框圖：

3I0跳閘第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。(3)程序框圖：

第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。二、零序方向電流保護(hù)

1.工作原理:與相間短路保護(hù)的功率方向元件相似，零序功率方向元件是通過(guò)比較接入方向元件的零序電壓30和零序電流30之間的相位差來(lái)判斷零序功率方向的。

第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。(1)當(dāng)K1點(diǎn)發(fā)生接地短路時(shí)，

流過(guò)保護(hù)2的零序電流為

I〞01

保護(hù)安裝B點(diǎn)處的零序電壓為)

接入保護(hù)2零序功率方向繼電器的零序電壓和零序電流之間的相位差取決于保護(hù)安裝處背后的變壓器T2和線路BC的零序阻抗角φo

(約為70°～85°)

。所以，零序電流超前零序電壓的相角約為95°~110°。

第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。(2)K2點(diǎn)發(fā)生接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)2的零序電流

為I‘02

保護(hù)安裝處母線B點(diǎn)的零序電壓為

..可見(jiàn)，當(dāng)ZT1。0和ZAB．o的綜合阻抗角為70～85度時(shí)，接人繼電器的零序電壓超前零序電流的相角亦為70°~85°。通過(guò)上述分析可得，在保護(hù)的正方向(K1點(diǎn))和反方向(K2點(diǎn))發(fā)生接地短路時(shí)，零序電壓和零序電流的相角差是不同的，零序功率方向繼電器可依此判斷零序功率的方向。第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。2．接線方式

零序功率方向繼電器的最大靈敏角應(yīng)為φs=-（95°~110°）

··繼電器的最大靈敏角一般為

70°~85°

∴第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。在微機(jī)型的零序保護(hù)裝置中，由于可以用軟件實(shí)現(xiàn)、的取值，因此輸入裝置的參數(shù)直接是、。由于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)離母線越近，母線的零序電壓越高，因此，零序方向元件沒(méi)有電壓死區(qū)。第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。（三）三段式零序方向電流保護(hù)

三段式零序方向電流保護(hù)的原理接線：第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。三、對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)零序電流保護(hù)與三相完全星形接線的相間電流保護(hù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)靈敏度高。(2)延時(shí)小。(3)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生如振蕩、過(guò)負(fù)荷等不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，零序保護(hù)不受影響。(4)零序電流保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較小。

第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。零序電流保護(hù)存在如下一些缺點(diǎn)：

(1)對(duì)于短線路或運(yùn)行方式變化很大的網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求。(2)在重合閘動(dòng)作的過(guò)程中將出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)，可能出現(xiàn)較大的零序電流，影響零序電流保護(hù)的正確工作。(3)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)(例如110kV和220kV電網(wǎng))，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，這將使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大零序Ⅲ段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限。第三十頁(yè)，共39頁(yè)。第三節(jié)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)的故障分析

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地短路時(shí)，保護(hù)不必

立即動(dòng)作于斷路器跳閘，可以繼續(xù)運(yùn)行1～2個(gè)小時(shí)。

一、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的特點(diǎn)

第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。當(dāng)U相發(fā)生接地故障時(shí)，U相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，其?duì)地電容被短接，而其他兩相的對(duì)地電壓升高倍，對(duì)地電容電流也相應(yīng)地增大倍。

各項(xiàng)對(duì)地電壓為

故障點(diǎn)的零序電壓為

第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。在非故障線路I上，U相對(duì)地電容電流為零，V相和W相中流有本身的電容電流，因此，在線路始端所反應(yīng)的零序電流為線路I本身的電容電流，電容性無(wú)功功率的方向由母線指向線路。在發(fā)電機(jī)G上,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指向發(fā)電機(jī)，這個(gè)特點(diǎn)與非故障線路是一樣的。故障線路Ⅱ的V相和W相與非故障線路I一樣，流有其本身的電容電流和，而在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)V相和W相的對(duì)地電容電流，因此從U相流出的電流可表示為=-，這樣在線路Ⅱ始端所流過(guò)的零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流的總和；其電容性無(wú)功功率的方向由線路指向母線，與非故障線路相反。第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。單相接地時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)及向量圖第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。分析結(jié)論：(1)發(fā)生單相接地時(shí)，電網(wǎng)各處故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高至電網(wǎng)的線電壓；零序電壓大小等于電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的相電壓。(2)非故障線路上零序電流的大小等于其本身的對(duì)地電容電流，方向由母線指向線路。(3)故障線路上零序電流的大小等于全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流的總和，方向?yàn)橛删€路指向母線。第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。第四節(jié)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中線路的接地保護(hù)一、零序電壓保護(hù)；在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，任一點(diǎn)發(fā)生接地短路時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)零序電壓。根據(jù)這一特點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)選擇性接地保護(hù)，稱為絕緣監(jiān)視裝置。其原理接線如圖：第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。二、零序電流保護(hù)在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地短路時(shí)，故障線路的零序電流大于非故障線路的零序電流，利用這一特點(diǎn)可構(gòu)成零序電流保護(hù)。尤其在出線較多的電網(wǎng)中，故障線路的零序電流比非故障線路的零序電流大得多，保護(hù)動(dòng)作更靈敏。零序電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于本線路的電容電流，即保護(hù)裝置的靈敏度的校驗(yàn)，按在被保護(hù)線路上發(fā)生單相接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小零序電流來(lái)進(jìn)行.