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1、大连理工大学网络教育学院第 1 页 共 8 页电力系统继电保护辅导资料四主 题：课件第二章第 4 节小电流接地系统的零序电流保护学习时间：2013 年 4 月 22 日4 月 28 日内 容：我们这周主要学习课件第二章电网的电流保护第 4 节，小电流接地系统的零序电流保护的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对电网的电流保护相关知识的理解。一、学习要求1重点掌握中性点不接地电网单相接地故障的特点、中性点不接地系统的接地保护、中性点经消弧线 圈接地系统的特点、中性点经消弧线圈接地系统的接地保护。2掌握三段式电流保护的整定计算（即相互间的配合），功率方向继电器的工作原理，零序方向保护。二、主
2、要内容（一）中性点不接地电网单相接地故障的特点小电流接地系统：在中性点非直接接地的系统中，发生单相接地时，因为构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的电流，故称为小电流接地系统。中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点 经电阻接地，都是小 电流接地系统，故又称中性点非直接接地系统。小电流接地系统发生单相接地时，由于故障点电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此在一般情况下都允许再继续运大连理工大学网络教育学院第 2 页 共 8 页行 1 至 2 小时。在此期间，其他两相的对地电压升高 倍， 为防止故障进一步扩3大造成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，
3、以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除。图 1 中性点不接地电网单相接地故障简单网络图 2 单相接地时的零序等值网络中性点不接地电网单相接地短路时零序分量分布的特点：(1)零序网络 由同级电压网络中元件对地的等值电容构成通路；(2)全系统都将出 现 零序电压；(3)在非故障元件中流过的零序电流其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的方向由母线线路；(4)在故障元件中流过的零序电流其数值为全系统非故障元件的对地电容电大连理工大学网络教育学院第 3 页 共 8 页流之总和，电容性无功功率的方向由线路母线。（二）中性点不接地系统的接地保护根据中性点不接地系统单相接地的特点以及电网的具
4、体情况，对中性点不接地系统的单相接地保护可以采用以下几种方式：1. 零序电压保护（单相接地绝缘监视装置）利用单相接地时出现的零序电压的特点，可以构成无选择性的绝缘监视装置。在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形处会有不平衡电压输出。所以，过电压继电 器的动作电压应躲过这一不平衡电压，一般整定为 15V。2. 零序电流保护利用故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，可以构成有选择性的零序电流保护，并根据需要动作于信号或跳闸。根据网络的具体结构和对电容电流的补偿情况，有时可以使用，有时难以使用。对于架空线路，采用零序电流过滤器的接线方式，即将继电器接在完
5、全星形接线的中线上。对于电缆线路，采用零序电流互感器的接线方式。保护的灵敏系数按被保护线路发生单相接地短路时，流过保护的最小零序电流来校验。由于流经故障 线路的零序电流为全网络中非故障线路的电容电流之和，所以当网络出线越多 时，越容易 满足灵敏系数的要求。3. 零序方向保护利用故障线路与非故障线路零序电流方向不同的特点，可以构成有选择性大连理工大学网络教育学院第 4 页 共 8 页的零序功率方向保护，动作于信号或跳闸。当网 络出线较少时，非故障 线路零序电流与故障线路零序电流差别可能不大，采用零序电流保护灵敏度很难满足要求，则可采用零序方向保护。因为中性点不接地电网发生单相接地时，非故障线路零
6、序电流超前零序电压 90，故障 线 路零序电流滞后零序电压 90，所以，采用零序方向继电器可以明显区分故障线路与非故障线路。当网络发生单相接地故障时，故障线路的零序电流由线路流向母线，其相位滞后于零序电压 90，落入继电器动作区的最大灵敏线上，所以方向元件动作，使保护灵敏地动作。而非故障 线路的零序电流则落入非动作区，方向元件不动作，则保护不动作。所以该保护 的动作是有选择性的。（三）中性点经消弧线圈接地系统的特点根据人为对电容电流补偿程度的不同，可分为完全补偿、欠补偿和过补偿三种方式。1. 完全补偿完全补偿即全系统的对地电容电流等于消弧线圈的电流。接地点的电流近似为零。从消除故障点电弧，避免
7、出现弧光过电压的角度来说，这种补偿方式是最好的。但从另一方面来说，则存在严重缺点，因 为完全 补偿时，正是引起串联谐振的条件，如果正常运行时三相 对地电容不完全相等，则在消弧线圈开路的情况下电源中性点对地之间就会产生一个偏移电压即零序电压。此外，在断路器三相触头不同时闭合或断开时，也将短时出现一个数值更大的零序分量电压。零序分量 电压将在串联谐振回路中产生很大的电流，此电流在大连理工大学网络教育学院第 5 页 共 8 页消弧线圈上又会产生很大的电压降，从而使电源中性点对地电压严重升高。这是不允许的，因此在实际上是不能采用完全补偿方式的。2. 欠补偿欠补偿就是使消弧线圈的电流小于全系统的对地电容
8、电流的补偿方式，补偿后的接地点电流仍然是电容性的。采用这种方式时，仍然不能避免完全补偿时问题的发生。因为当系统运行方式变化时，例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸，则电 容电流就将减小，这时很可能又出现完全 补偿的情况，从而又引起 过电压。因此欠补偿方式一般也是不采用的。3. 过补偿过补偿就是使消弧线圈的电流大于全系统的对地电容电流的补偿方式，补偿后流过故障点的电流是感性的。采用这种补偿方式不可能发生串联谐振的过电压问题，因此， 这种方式在实际中得到了广泛的应 用。在过补偿情况下，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与的相位关系和非故障线路容性电流与的相位关系相同，在数值上较小
9、。因此，在这种情况下，无法利用零序功率方向的差别来判别故障线路，也不能利用零序电流的大小来找出故障线路(因灵敏度很难满足要求)，即零序电流保护和零序方向保护已不适用。（四）中性点经消弧线圈接地系统的接地保护在中性点经消弧线圈接地的电网中，一般采用过补偿运行方式。所以零序电流保护和零序方向保护已不再适用。目前在中性点经消弧线圈接地的电网中，单相接地保护主要采用以下几种方式：(1) 采用绝缘监视装置，在单相接地时发出信号，然后由运行人员依次短时大连理工大学网络教育学院第 6 页 共 8 页断开每条线路进行查找。(2) 当补偿后的残余电流较大，能满足选择性和灵敏性的要求时，仍可采用零序电流保护。(3
10、) 采用反应接地电流有功分量的保护。此方法是在消弧线圈两端并联接入一个电阻，此电阻正常时由断路器断开，只在发生接地故障时短时接入，使接地点产生一个有功分量的电流，然后利用功率方向继电器反应于这个电流而动作，有选择性地发出信号。在保 护动作后，再把 电阻自动 切除。(4) 采用 暂时 破坏补偿的方法。即在发生故障瞬间，短时地断开消弧线圈，或者切换它的一部分，使故障 线路与非故障线路的零序电流有较大的差别，以便利用正弦型方向继电器实现有选择性的保护。但这种保护方式从降低过电压及消弧观点来看是不利的。(5) 采用反应高次谐波分量的接地保护。在 谐波电流中数值最大的是 5 次谐波分量，它是由于电源电动
11、势 中存在高次谐波分量以及负荷的非线性所产生的，因此随着运行方式而变化，在 经消弧线圈接地的电网中，由于消弧线圈对 5 次谐波分量呈现的阻抗较基波分量时增大 5 倍，而线路的容抗则减小 5 倍，因此，消弧线圈已远远不能补偿 5 次谐波的电容电流，则此时与不经消弧线圈接地电网相似，使 5 次谐波电流在电 网中的分配规律与基波电流在中性点不接地电网中的分配规律几乎一致。因此，当发生单相接地故障时，故障 线路上 5 次谐波的零序电流基本上等于非故障线路 5 次谐波电容电流之和，而非故障线路上 5 次谐波的零序电流就是本身的 5 次谐波电容电流，两者的相位相反，在出线较 多的情况下，数 值也相差很大，
12、因此，利用这些差别，便可实现高次谐波分量有 选择性的接地保护。大连理工大学网络教育学院第 7 页 共 8 页三、习题（一）选择题1中性点经装设消弧线圈后，若单相接地故障的电感电流大于电容电流，此时的补偿方式为（ ）。A全补偿 方式 B欠补偿方式 C过补偿方式 答案：C2. 在中性点非直接接地系统中，为了提高供电的可靠性，电流保护的接线方式应采用( )。A三相三 继电 器的完全星形接 线B两相两继电器的不完全星形接 线C0接线方式答案：B3. 在中性点非直接接地电网中的串联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，三相完全星接线电流保 护只切除远离电源故障点的几率为( )。A100% B2/3 C1/
13、3答案：A（二）填空题1. 小接地电流系统单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升至_。答案：线电压2. 中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的_电流补偿接地故障时的_电流，使接地故障 电流减少。大连理工大学网络教育学院第 8 页 共 8 页答案：感性 容性3消弧线圈的作用就是用电感电流来补偿流经接地点的电容电流。根据人为对电容电流补偿程度的不同，可分为_、 _和_三种方式。答案：完全补偿 欠补偿 过补偿（三）判断题1在我国，3KV-35KV 的 电网主要采用中性点非直接接地方式。 （ ）答案：2中性点不接地的网络中存在零序电流。 （ ）答案：3在中性点经消弧线圈接地的电网中，一般采用 过补偿运行方式，所以零序电流保护和零序方向保护已不再适用。 （ ）答案：4在中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，流过故障线路始端的零序电流滞后零序电压 90。答案：
