继电保护整定计算-大电流接地系统的线路零序电流保护

第四章大电流接地系统的线路零序电流保护第一节接地短路的特点与短路计算运行方式的选择零序电流保护作为线路接地故障的保护，不反映三相和两相短路故障。为了整定和计算，首先应掌握接地短路的特点和计算的运行方式的选择。1-1接地短路的特点接地短路相当于在短路点增加了一个额外阻抗后的三相短路。各序电流的分布，只决定于该序各支路的电抗与其他序网无关。例如零序电流分布，只按各支路的零序电抗成反比分配；但各序电流的绝对值受其他序网的影响。零序电流的分布只决定于零序纲情况，而正负序纲的电抗却要影响零序电流的大小。因此决定零序电流分配系数的时候，只研究零序纲的情况，而当决定零序电流绝对值大小的时候，必须同时考虑正，负，零序网络的变化。零序互感的影响当双回运行末端接地短路时、同方向,因为互感的影响是起助磁作用，使零序电抗增加，零序电流减小。而当其中一回线停电并两端接地，末端接地短路时，、方向相反。因为互感的影响是去磁作用，使零序电抗减小，零序电流增大。如图4-1（C）。(1)IO(1)IO(2)IO(1)IO(2)I上述分析同样适用于只有一侧有电气联系的平行线，也适用于两侧均无电气联系的平行线。“见图4-3”对于多回路的互感，上述分析原理仍然适用，但计算方法较复杂，只能用计算机进行计算。1-2计算的运行方式选择（1）变压器中性点接地点的数目和分布要满足过电压和零序综合电抗基本不变以及保护灵敏度满足要求。具体选择如下：①发电厂必须有一台变压器接地，也可按变压器的零序阻抗接近者组合分组，倒换接地，每一条母线最好有一台变压器接地。②单侧电源受电端一般不接地，可用于临时代替其他停用的变压器。对于多侧电源：a)二条线一台变压器者可接地。允许停变压器。停后同一电压等级的网络还应有接地点。b)二条线二台变压器者，可一台接地，一台倒换。c)三条线以上，一台变压器者，变压器接地，允许停变压器。d)三条线以上，二台变压器以上者，一台接地，其余倒换，或取组合方案。③降压变压器低压侧有小电源时，如小电源不足以使受电侧零序电流保护动作，变压器可不接地，而采用低周低压保护将小电源解列的措施(2)线路末端短路通过保护最大零序电流方式的选取：总的原则是选背后可能最小，对侧可能最大的方式。a)单电源辐射网络，取最大运行方式；b)多电源及环形网络，断开下一级相邻线路，开环，减少保护正方向对侧的接地点；c)双回线中的一回停用，如有互感时还应接地。如图4－2d)平行有互感的线路，取平行线停用并接地方式。e)由比较、决定用单相接地或两相接地故障类型。f)一端母线有联系的平行线，当有互感时（双回有互感线路在相继动作时，短路点在D点零序电流可能最大。如图4-4b），通过保护的最小零序电流的方式选取与上述相反。0Z0Z0Z1X0X（3）最大分支系数的选取：欲求某支路最大分支系数时，可把除本线以外的其他分支中较大的电源支路进行检修和故障（即同时停用两条线）进行试探。辐射网络分支系数与短路点的位置无关。①单回线对双回线，应取下级双回运行方式，短路点愈远愈大，最大为2。f2k②双回线对单回线，应取双回线为单回运行方式，通过保护的零序电流大,短路点选在单回线保护范围末端。如双回线间有互感时，还应将所停线路两端接地。如图4-1C。③辐射线对环网内的线，应取合环方式。此种方式分支系数大。短路点应选在下级保护段保护范围末端。也可近似选在环内被配合线末端。④单回线旁邻平行线有互感时，也应按图4-1的方式考虑。⑤一端母线有联系或两端母线有联系的平行线，当有互感时，求取一回对另一回的最大分支系数，短路点应选在单回线末端。如图4-4（a）,（b）。上述情况中，因分支系数是随短路点位置而变的，若求任一点的分支系数时，需用图解法，如图4-4（c），可见在P点的远大于在N母线处的0'fz033IkI'0'FZ033IKI第二节零序电流保护的定值计算在假定如下条件基础上的整定方法：1、按保护正方向计算，然后考虑是否带方向性。2、线路采用三相重合闸的方式。3、时限选择按与下级配合段有级差。4、灵敏度按本线路末端接地短路流过保护的最小零序电流样验，要求主保护段km≥1.25~1.5。作相邻线路后备要求：km≥1.2。2-1零序一段此段为速动段按满足下列条件整定：(1)按躲开线路末端接地短路最大零序电流整定式中：——取1.2~1.3——线路末端接地短路流过保护的最大零序电流DZK0.ZD.3IIKKK0.ZD3I(2)按躲开开关三相不同时合闸的零序电流整定，当使用快速开关时，此电流出现时间很短，一般不考虑。式中：——取1.3——开关三相不同时合闸的零序电流。DZK0.3IIKKK03I2-2零序二段作为主保护，在本线路末端短路的灵敏度要求km≥1.25~1.5。装有四段式保护中第三段的整定与此相似。(1)按与相邻一段或二段配合整定。式中:——取1.1~1.5——计算可能方式下的最大值——下级保护一段（或二段）的整定值。当按下级一段整定灵敏度较低时，可改与下级二段整定。DZ(1)KFZDZ(2)..IKKIKKFZKDZ(2)I(2)按不伸出线路末端变压器差动范围整定。当变压器高中压侧均为接地系统时，按下式整定。（4-4）式中：——线路对端母线上变压器另一侧接地短路时流过本保护的最大零序电流。——取1.3~1.5。当变压器为带负荷调压时。应取较大的系数。DZK0.3IIK03IKK(3)当本段整定时限等于或低于本线相间保护某段的时限时，则应按躲开相应相间保护段末端的相间短路的不平衡电流整定。当在下级相邻线路某段保护范围末端相间短路时，应是相邻的相间保护动作，但因不平衡电流，使本线路某段零序保护动作（当动作时限比相间保护段小时）造成越级。这个电流一般不会太大；(4)当使用此段作为重合闸后加速或手动合闸加速时，如末端变压器为接地运行，应躲开合闸时变压器励磁涌流中的零序电流。2-3零序三段作为后备保护,在下级线路末端要求km≥1.2此段的整定方法也适用于四段式保护中第四段的整定。(1)按与相邻二段或三段保护配合整定。整定同（4-3）式。当零序二段有较高灵敏度时，为了提高后备性，可按与相邻三段或四段配合整定，可保护的更远些，后备作用更强。(2)当下级相邻变压器高、中侧均为接地系统时，按与该变压器另一侧零序保护一段或二段配合整定。式中:——下级相邻变压器另一侧零序保护的整定值。——线路对变压器另一侧零序保护的最大分支系数。——取1.1~1.5。DZKFZDYDZB.IKKIIDZBIFZKKK(3)当本段整定时限等于或低于本线相间保护某段时限时，则应躲开相路末端相应相间短路的不平衡电流。(4)当下一级变压器为不接地运行时，按躲变压器外部相间短路的最大不平衡电流整定。(5)如使用此段作重合闸后加速或手动合闸加速时，应躲开变压器励磁涌流。2—4零序保护的整定配合问题(1)单回线与双回线配合或辐射线与环网内线路配合以及平行线有互感的保护间的配合。当双回线无横差保护时保护整定配合点不在下级线路末端，因平行非故障线的汲出电流减少，其分支系数将比线路末端短路为小，可用曲线法按下级I段末端短路配合，以避免用最大分支系数整定，这对灵敏度有利，但较复杂。可先按双回线末端整定，如果使本级和上级保护定值增大，按单回运行时校验灵敏度不够时，再用曲线法按下级线I段实际末端短路整定。(2)当双回线有横差保护时应与横差保护配合整定，即与下级相邻双回线末端短路配合整定。这样当横差保护停用时，应改为单回线运行方式。(3)有些情况下，三段式保护效果不够好，例如零序二段无灵敏度，需零序三段，可改为四段式保护。需用四段式的保护的情况参考以下条件：（a）双回线路保护相继动作时，另一回线不应误动；（b）下级相邻为短线路或为双回线（相当于线路缩短），使上级II段范围缩短，灵敏度不够；（c）要求对下级相邻线路有后备性等；(4)对于小电流侧零序保护，在一定条件下，大电流侧先跳后，可能因相继动作后使电流减小而复归，必要时可采用瞬时测量接线。瞬时测量的缺点是它不能在故障全过程中满足配合条件，在某种情况下可能造成越级动作，因此小电流侧如有几级保护时，最好同时使用瞬时测量，而且按配合条件整定。第三节零序方向元件灵敏度的计算短路点的U0最高，近保护处的短路点方向元件没有死区，其死区是在后备保护段，即在比较远的短路点处。一般都是几段电流公用一个方向元件，因此方向元件的灵敏度应比最灵敏的电流元件灵敏度要高。方向元件应按被保护线路最末端短路校验，要求km≥1.2。有时零序最后一段电流元件的后备灵敏度不足，方向元件灵敏度可按最后一段电流保护范围末端处短路校验，要求km≥1.5。当方向元件灵敏度不满足要求时，应降低方向元件的动作功率，以提高灵敏度，或是采取比较灵敏的方向元件。第四节采用单相重合闸的零序保护在用单相重合闸的线路上发生接地故障过程中，有接地短路、复故障（线路一侧开关断开一相）和非全相（线路两侧均断开一相）三种状态。前两种状态将由零序保护切断，第三种状态是单相重合闸中必然出现的状态，此时已不存在故障，应防止保护发生误动作。在非全相状态下，将产生正、负、零序分量，在非全相中零序电流是沿同一方向流的，称为纵向不对称状态，与接地短路不同，接地短路称为横向不对称。零序电流的大小，决定于线路中原来的负荷电流或是决定于线路两侧等值电势的摆开角。当线路中负荷电流不大时，零序电流一般不大，但在系统负荷重、动态稳定问题较为突出时，零序电流将达到很大的数值，甚至大于线路末端接地短路的电流。在断口处的零序电流与母线上零序电压，其相位关系与区外接地短路情况相似，因而零序方向元件一端方向指向线路，另一端指向母线，即一端可以动作，另一端不能动作。但若方向元件的电压取至线路PT，两端的方向元件可能都指向母线或线路，可能都能动作，也可能都不能动作。当线路上负荷电流不大时，零序电流和电压的数值也很小，零序方向元件的灵敏度可能不足，不会动作。在接地短路、复故障和非全相中，零序电流的分支系数一般是相同的，但是在有互感的双回线上，非全相过程中双回线之间的系数将有所增大。图4-5为采用三相重合闸的双回线，保护1对保护4的最大分支系数即图4-5(b)中接地故障线路中总零序电流在另一回线分配的分配系数,可表示为：'0MON'''FZ0OM0ONIXXKIXXX4-2非全相中防止零序保护误动的措施非全相中在重合闸未重合之前，当线路中零序电流较大时，能使某段零序保护误动跳三相开关，造成重合闸不成功。防治这种误动的办法常用的有三种：(1)利用重合闸装置实现闭锁。将保护接于不同端子:M端子----启动重合闸并闭锁保护的端子，将可能误动的保护接于此端子。此方法只能用于故障线路的保护，相邻非故障线路重合闸不启动，不能闭锁;N端子------启动重合闸，保护不闭锁。即按躲非全相零序电流整定，可躲开非全相.此方法可用于故障线路和非故障线路上。(2)用动作时限来躲非全相过程。即按躲单相重合周期来整定时间。可用于故障线路和非故障线路上。当非全相零序电流较大时，用电流值躲开非全相的办法只适用于零序I段，零序保护可设灵敏I段和不灵敏I段，零序II段躲非全相后灵敏度不足时，要用时间来躲非全相。因此单相重合闸周期的长短对保护动作时间有决定性的影响。因为是按阶梯配合原则，所以不但影响故障线路保护的整定时间。也影响了上级相邻线路保护的整定时间。4-3使用单相重合闸的零序保护整定1．零序I段接于重合闸N端子的保护:①按躲线路末端接地短路最大零序电流整定，见（4-1）式；②按躲开本线路非全相的最大零序电流整定。如果按上述条件选取的定值太大，影响了保护范围，可增加一个一段保护。该段只按短路条件整定，但因不能躲非全相，故将其接于重合闸的M端，称M端子的零序I段为躲非全相I段或不灵敏I段。(3)对线路变压器组要考虑励磁涌流。2．零序二段接于重合闸的M端子(1)按与下级相邻线路接于N端子的零序一段或二段配合整定。见（4-3）式。(2)按与相邻变压器差动保护范围配合整定。见（4-4）式。(3)如使用此段作为重合闸后加速或手动合闸后加速时，应考虑变压