第五章电网的接地保护

基本要求1、要了解电力系统中性点接地方式，掌握中性点直接接地电网发生单相接地时电流、电压变化特点，特别是出现零序电流、零序电压的特点及其变化规律。2、掌握根据零序电流、电压的大小、方向、及分布变化规律，来实现零序电流保护及零序方向保护的原理。3、重点掌握用于中性点直接接地电网中三段式零序电流保护的原理，整定计算原则及方法，并将它们与相间短路的三段式电流保护相对照，找出它们之间的异同，以便加深理解和记忆。4、掌握接地保护中应用的功率零序方向继电器（如整流型LG-12）的特点，零序功率方向继电器的接线（指零序电流和零序电压滤过器之间的连接）特点。基本要求5、了解获得零序电流和零序电压的基本方法（如零序电流、电压滤过器的工作原理）。6、掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障时的特点，以及出现零序电压和零序电流，尤其是零序电流的性质及其分布的特点。7、掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地保护方式及其特点。8、了解中性点经消弧绕组接地电网的接地故障现象与中性点不接地电网的故障有何不同。9、了解中性点经消弧绕组接地电网中实现接地保护的困难性及其克服方法。第五章的内容第一节中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率第二节中性点直接接地电网的零序电流保护第三节中性点直接接地电网的零序方向电流保护第四节中性点非直接接地电网的接地保护第五节对电网接地保护的评价和应用一、概述1、中性点方式：2、供电可靠性：3、绝缘水平：4、接地电流：中性点直接接地（大接地电流电网）中性点非直接接地（小接地电流电网）大：供电可靠性低小：供电可靠性高大：按相电压，设备造价低小：按线电压，设备造价高大：接地电流大，属故障状态，需跳闸小：接地电流小，属不正常运行状态，不跳闸只发信号第一节、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率二、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。（2）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置，而与电源的数量和位置无关。（3）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。（4）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。（5）在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引起Ud1、Ud2、Ud0之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。二、变压器中性点的选择不使系统出现危险的过电压；不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。三、零序电流滤过器流入继电器中的电流为接地故障时流入继电器的电流为零序电流，即....cbarIIII.0....3IIIIIcbar在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在一个不平衡电流，即它是由于三个互感器铁心的饱和程度不同，以及制造过程中的某些差别而引起的。当发生相间短路时，铁芯饱和的程度最严重，此时不平衡电流达到最大值。三、零序电流滤过器unbrII对于采用电缆引出的送电线路，还广泛采用零序电流互感器接线以获得3I0，如右图所示。它和零序电流过滤器相比，主要是没有不平衡电流，同时接线也更简单。三、零序电流滤过器四、零序电压互感器零序电压的取得，通常采用三个单相电压互感器或三相五柱式电压互感器。发生接地故障时，从mn端子上得到的零序电压为：03.....UUUUUCBAmn正常运行和电网相间短路时，理想输出Umn=0。实际上有不平衡电压Uunb：Uunb=Urn四、零序电压互感器第二节、中性点直接接地电网的零序电流保护中性点直接接地电网2002年220kV电网输电线路故障统计表故障类型三相短路两相短路两相接地短路单相接地短路其他故障次数172891131932百分数1.14%1.88%6.12%88.7%2.16%三段式零序电流保护一、无时限零序电流速断保护二、限时零序电流速断保护三、零序过电流保护+ITAKA1IIttKT1KA2KA3KCKS1KS2KS3YCQF一、零序电流保护接线二、无时限零序电流速断保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而动作的保护作用：作为被保护线路接地故障的主保护保护区：线路始端一部分整定计算原则与相间短路的无时限电流速断保护类似1、躲过被保护线路末端接地短路故障时，流过本保护的最大零序电流。整定原则及公式max003IKIrelIopermax0IKrel可靠系数，一般取1.25-1.3。N处发生接地故障时，流过本保护的最大零序电流max.03IIoperI.0003MI1M0INl2、躲过断路器三相触头不同时合闸时，流过保护的最大零序电流。（为提高保护灵敏度可让保护带有0.1秒延时,此条可不考虑)ustrelustrelIoperIKIKI0003——可靠系数，一般取1.1-1.2。——三相触头不同时合闸时，出现的最大零序电流。若保护动作时间大于断路器三相合闸不同期时间，本条件可不考虑。保护整定值取上述两条件较大值。灵敏度不满足要求措施：保护可经小延时，使保护装置的动作时间大于断路器触头不同时合闸的时间。按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速断保护。3、当被保护线路采用单相自动重合闸时，保护还应躲过单相重合闸过程中出现非全相运行又伴随振荡时的零序电流。IoperreluncrelIoperIKIKI0003可靠系数，一般取1.1-1.2。非全相振荡时的零序电流。按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速断保护。即灵敏I段，不灵敏I段保护。三、限时零序电流速断保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较小时限动作的保护作用：与零序I段配合作为被保护线路接地故障的主保护保护区：本线路全长整定计算原则与相间短路的限时电流速断保护类似1、按与相邻线路的零序Ⅰ段配合整定。整定计算及灵敏度校验流之比。与流过本保护的零序电路）的零序电流下一相邻线路（故障线时，段保护区末端接地短路零序相邻线路分支系数，其值为下一IKIKKIbIoperbrelIIoper~201003NIIoperI1..0003MIIIoperI1..00IIoperI2..00I0MI0NI0IM12NPKl相邻线路零序Ⅰ段的动作电流;brelKK可靠系数，取1.1；分支系数。10operI2、按躲过非全相运行时的零序电流整定(不灵敏II段按此原则整定)——本线路非全相运行时的最大零序电流。uncreloperIKI0103uncI03、灵敏度校验按被保护线路末端接地故障时流过保护的最小3倍零序电流来校验，要求5.1~3.1senK灵敏度0..min13calsenopIKIⅡ当下级线路比较短或运行方式变化比较大，灵敏系数不满足要求时，可采用下列措施加以解决:(1)使本线路的零序Ⅱ段与下一线路的零序Ⅱ段相配合，其动作电流、动作时限都与下一线路的零序Ⅱ段配合；(2)保留原来0.5s时限的零序Ⅱ段，增设一个与下一线路零序Ⅱ段配合的、动作时限为1s左右的零序Ⅱ段，它们与瞬时零序电流速断及零序过电流保护一起，构成四段式零序电流保护。(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。四、零序过电流保护工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较长时限动作的保护作用：作为被保护线路接地故障的后备保护保护区：本线路全长和下一相邻线路全长出口方式：跳开本线路出口断路器整定计算原则：1、在下一相邻线路上发生三相短路时，本保护不动作。2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合1、躲过相邻线路出口处发生三相短路时，流过保护的最大不平衡电流。零序过电流保护动作电流整定max10unbreloperIKImaxunbrelIK—可靠系数，取1.2-1.3——相邻线路出口处发生三相短路时，零序电流滤过器输出的最大不平衡电流。最大不平衡电流计算1.0,%10~1,5.0~21~取误差电流互感器不同型取同型取电流互感器同型系数，非周期分量影响系数取errstaperKKK2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合流之比。与流过本保护的零序电路）的零序电流下一相邻线路（故障线时，段保护区末端接地短路零序相邻线路分支系数，其值为下一IIIKIKKIbIIIoperbrelIIIoper~2010灵敏度校验近后备：选本线路末端接地短路流过本保护的最小零序电流与保护动作电流之比,要求灵敏系数不小于1.3-1.5;远后备：选下一相邻线路末端接地短路流过本保护的最小零序电流与保护动作电流之比,要求灵敏系数不小于1.2零序过电流保护的时限特性：2t1t5t05t4t04t03t3t5QFT1T24QF3QF2QF1QF第三节、零序方向电流保护增设方向元件的必要性正向故障时，保护安装点零序电压与零序电流的相位关系整流型零序功率方向继电器必须加装功率方向元件。1、必要性在d1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足t02t03同理，在d2点发生接地故障时，要求t02t03假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线路方向为正。故障线路两侧零序电流的实际方向为负，零序功率为负，非故障线路远离短路点侧的零序电流也为负，近短路点侧零序电流的方向为正。这时须加装反应零序功率而动作的继电器。在d2点接地，只需满足t01t03在d1点接地，只需满足t02t04即可保证选择性。2.工作原理正方向故障时的零序网络和向量图BU.03110BI03BI0QF1ABT1T2CQF2QF3QF41KBU00kUABCBI0反方向故障时零序网络和向量图BU.0370BI03QF1ABT1T2CQF2QF3QF42K0kUBU.0ABCBI.03.整流型和晶体管型零序功率方向继电器的接线0033kkIIUU0I303UTV******KW0********TA070sen||||kIkUkIkUIKUKIKUK零序功率方向继电器的动作方程：03UkIIK03IIk03UUk11070lmkUUK03IIk03UUk110sen静态型零序功率方向继电器0033kkIIUUTV0I30U3TA**************0KW0110sen4、整流型零序功率方向继电器gI)3(0IgbrIZgTUngUgTUngbrIZKPUR1U2U1U2U1N2N3N1R2R3R4RKP1C2C3C4CT56781112动作方程幅值比较相位比较：2121UUIZUnUIZUnUgbrgTgbrgT000000000160arg207070090arg)90(90arg90ggbrbrgggbrgTIUIUIZUn动作范围为：则选160arg20ggIU0702070sengUgI0205.方向性零序电流三段保护的原理接线图6、对零序电流保护和方向性零序保护的评价（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。（2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。（3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。（4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不会误动作。（5）接线简单可靠。三段式电流保护与三段式零序电流保护的异同三段电流三段零序作用反应相间短路I、II段主保护，III段后备反应接地短路I、II段主保护，III段后备动作电流整定原则I、II段类似，III段按负荷电流考虑III段按相邻线路相间短路不动作考虑动作时间I、II段同；III段时间较长I、II段同；III段时间较短灵敏度校验点选择一样，短路类型选择两相短路校验点选择一样，短路类型选择接地短路（III段灵敏度较高）特点接线较复杂，受振荡和过负荷影响接线简单，不受振荡和过负荷影响第四节中性点非直接接地电网的接地保护BEAE