第四章 电网的电流保护和方向第二、三节资料

AB0kXj0kXj0.2TjX0.1TjX.Uk0§4-2中性点有效接地系统中的接地保护一、中性点有效接地系统发生接地故障时的零序电压、零序电流和零序功率A2B1T12TA2B1T12Tk(1)0I0IAB0kXj0kXj0.2TjX0.1TjX.Uk03r0I0Ik(1)0kU0AU0BU零序分量参数的特点(1)故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低。§4-2中性点有效接地系统中的接地保护(2)零序电流是由产生的。0kU零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。00I0kU0I0I0I0I零序分量参数的特点0kU0I0I0I0I1000零序电流和电压的向量图AB0kXj0kXj0.2TjX0.1TjX.Uk00I0I忽略回路电阻A2B1T12T§4-2中性点有效接地系统中的接地保护(3)故障线路零序功率方向实际上由线路流向母线。零序分量参数的特点(4)A母线上的零序电压与零序电流的相位差000)(ZIUAA母线上的零序电流与零序电压之间的相位差只由的阻抗角决定，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。0Z可见，中性点电阻的接入会影响零序电流的大小和电压与电流的相位关系，但是总体上不影响零序电压的分布规律。10103TTjXrZjXZ或AB0kXj0kXj0.2TjX0.1TjX.Uk00I0I§4-2中性点有效接地系统中的接地保护二、零序电压过滤器........mnABCaU.bU.cU.03UUUUUcbamnabcmn......ABC...nm..三个单相式电压互感器三相五柱式接于发电机中性点对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开Uunb的影响。集成电路加法器aU.bU.cU.U.30加法器不平衡电压Uunb：正常运行和电网相间短路时0cbaunbUUUU.I0.....§4-2中性点有效接地系统中的接地保护二、零序电流过滤器kAI.bI.BI.aI.cI.CI.kI.LCI.LBI.LAI.03IIIIIcbakkI.电流互感器的等效电路)(112LTAIInIunbLCLBLATALCLBLAlCBATALCCLBBLAAlcbakIIIInIIInIIInIIIIIInIIII)(1)(1)(1)]()()[(1不平衡电流的影响1.三个电流互感器并联2I.1I.LI.不平衡电流§4-2中性点有效接地系统中的接地保护2.零序电流互感器AI优点：没有不平衡电流，接线简单。0CBAIIII0ABCTA0电缆用于电缆引出的送电线路BICI正常运行或相间短路时一次电流发生接地短路时，一次侧出现零序电流03IIIICBA§4-2中性点有效接地系统中的接地保护三、中性点有效接地系统的接地保护1.零序电流瞬时速断(零序I段)保护(2)躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流utI.03零序电流速断保护的整定原则(1)躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，引入可靠系数(取为1.2~1.3)max.03IrelKmax.03IKIrelactutrelactIKI.03整定值应选取其中较大者(如果使零序I段带有0.1s的小延时，可以不考虑(2))。(3)当线路上采用单相自动重合闸时，按照能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流来整定。§4-2中性点有效接地系统中的接地保护按(1)、(2)整定，一般不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流；按(3)整定，正常情况下发生接地故障时保护范围要缩小(动作电流大)。为解决这个矛盾，通常设置两个零序Ⅰ段，一个按(1)或(2)整定，称为灵敏Ⅰ段，保护范围大。另一个按(3)整定，称为不灵敏Ⅰ段，保护范围较小。两者有效配合。零序Ⅱ段的起动电流和下一条线路的零序电流I段相配合并高出一个的时限。t2.零序电流限时速断(零序Ⅱ段)保护整定计算原则.1.actI§4-2中性点有效接地系统中的接地保护BAC11T2T2有分支电路时..U.ABkI.0BCkI.02.0TkI3I0l.ABkI.0BCkI.0M2.actI引入零序电流的分支系数之后br0K1.02.actbrrelactIKKI当变压器B2切除或中性点改为不接地运行时10brKABkTkBCkIII.02.0.0k0kU§4-2中性点有效接地系统中的接地保护(2)保留0.5s的零序Ⅱ段，同时再增加一个按第(1)项原则整定的保护；零序Ⅱ段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足的要求。5.1~3.1senK灵敏性校验不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决：(1)使零序Ⅱ段与下一条线路的零序Ⅱ段相配合，时限再抬高一级，取为0.7~1.2s；(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护(详见第三章)。3.零序过电流(零序Ⅲ段)保护整定计算原则躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流max..unbrelJactIKI要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即4321sensensensenKKKK零序过电流保护的整定计算，必须逐级配合，即本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ⅲ段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时1.02.actbrrelactIKKI保护装置的灵敏系数，作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流(应考虑分支电路使电流减小的影响)来校验。21T12T3456§4-2中性点有效接地系统中的接地保护§4-2中性点有效接地系统中的接地保护动作时限21T12BT3456tPDlt12t3t4t5t6tt4(0)t5(0)t6(0)在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限。§4-2中性点有效接地系统中的接地保护4.方向性零序电流保护21T12T34.Uk010kI10kI.Uk010kI10kIk12k03U§4-2中性点有效接地系统中的接地保护当保护范围内部故障时，超前于950~1100，这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。03I03U110003I03U0GJ0110lm....................03I03UABC110~95max.sen静态继电器采用的接线GJ0..................03I03UABC70lm80~75max.sen实际上广泛应用的接线max.sen§4-2中性点有效接地系统中的接地保护灵敏性校验1.零序电压的特点越接近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不起动。作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算灵敏系数，并要求是。2senK2.灵敏性校验§4-2中性点有效接地系统中的接地保护具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图§4-2中性点有效接地系统中的接地保护4.对零序电流保护的评价(l)灵敏度高，动作时限短。与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点：(2)受系统运行方式变化的影响小,灵敏度易于满足。(3)零序保护不受系统不正常运行状态的影响。(4)在110kV及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70％~90％，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。§4-2中性点有效接地系统中的接地保护零序电流保护的缺点：(1)对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求；(2)随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆。则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；(3)当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时(例如110kV和220kV电网)，则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第Ⅲ段保护的动作时限。在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠，因而获得了广泛的应用。§4-3中性点经小电阻接地系统中的高阻接地检测故障一、高阻接地故障高阻接地故障是指电力线路通过非金属性导电介质所发生的接地故障，这些介质呈现高电阻特征，导致接地故障电流很小，而且故障呈现电弧性，间歇性，瞬时性特点，普通的零序电流保护难以检测。高阻接地故障可以发生在各个电压等级的架空线路和电缆线路中，在220kV~500kV的高压线路上发生单相接地故障时，往往会有较大的过渡电阻存在，当导线对其下面的树木等放电时，接地过渡电阻可能达到100~300欧。在6~35kV中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，中性点经小电阻接地的配电系统中也有高阻接地故障现象。§4-3中性点经小电阻接地系统中的高阻接地检测故障经小电阻接地系统中发生接地故障时，中性点电阻可限制接地电流，使接地故障电流变小。这两种情况的共同特点都是使接地电流变小。国际上普遍认可的高阻接地故障特指在中性点有效接地的配电系统中，单相对地经非金属性导电介质短路，故障电流低于过电流保护定值，使保护无法动作。12.5kV高阻接地故障电流典型值介质介质电流（A）电流（A）干燥的沥青/混凝土/沙地0潮湿沙地15干燥草皮20干燥草地25潮湿草皮潮湿草地钢筋混凝土405075§4-3中性点经小电阻接地系统中的高阻接地检测故障尽管接地电流很小，但仍是故障。对于中性点有效接地系统此故障必须尽快清除；对于中性点非有效接地系统，保护必须给出接地告警信号。2)基于三次谐波电流或者三次谐波电流对系统电压相位所构成的保护：因为过渡电阻、电弧等的非线性会引入三次谐波，检测三次电流谐波的幅值及相位关系可以构成接地保护。目前，针对高阻接地故障的保护主要有以下三种。1)零序反时限过电流保护：通过降低保护动作定值而检测微弱的零序电流，保护的选择性和可靠性通过长动作时间保证。3)利用采样值突变量的保护：该保护检测高阻故障引起的高频扰动，依据是高阻故障电弧会产生高频分量。§4-3中性点经小电阻接地系统中的高阻接地检测故障二、零序反时限过电流为提供故障检测的灵敏度，继电器的起动电流按照躲开正常运行时出现的不平衡电流整定：unbrerelactkIKKI=.选择较长的动作时限，常采用甚反时限特性。unbactkIIIKt15.13=.动作方程为