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1、第五章 电网的接地保护,不对称短路分析方法：对称分量法,不对称的三相系统,正负零序网分别对称的三相系统,故障分析方法复习,1. 零序序网的构成,零序电流流通回路：,UK0、线路、接地变压器中性点,一、零序电压、电流和功率的分布特点,（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。,（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。由故障点往外流。,（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
2、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。,1零序电流滤过器,电流互感器采用三相星形接线，在 中性线上的电流就是 3I0，,在电子式和数字式保护中，也可通过将三相电流互感器的二次电流直接相加得到。,因此不需要装设专门的电流互感器，而是直接接入 相间保护用的电流互感器的中性线上；,二、零序分量的获得（教材P28）,三个电流互感器励磁电流不相等(铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差异引起)而产生。,相间短路由于TA一次侧流过较大短路电流，TA传变特 性变差，不平衡电流增大！,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,电流互感器套接
3、于三相电缆的外面，互感器的一次电流是ABC三相电流之和。只当一次侧有零序电流时，互感器的二次侧才有相应的零序电流输出。,2. 零序电流互感器,- 电缆引出的线路,优点：,不平衡电流小，接线简单,3、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：,不平衡电压：,PT误差、,三相不完全对称、,三次谐波, 保护应考虑躲开它的影响。,5.2 中性点直接接地系统线路接地故障保护,零序I段,零序段,零序段,三段式零序电流保护,一、零序电流速断保护（零序I段）,零序电流速断保护工作原理与反应相间短路故障的电流保护相似，零序电
4、流保护只反应电流中的零序分量。,保护动作电流计算说明图：,整定时按最大运行方式，即零序等值阻抗最小。,零序电流速断保护起动值的整定原则如下。,1.躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0max ,即,式中 单相接地短路时的零序电流和两相接地短路时的零序电流最大值。,思考：如何计算零序电流？ a.选择故障点 b.考虑故障类型 c.考虑运行方式 认真复习电力系统分析中短路计算部分。 为什么取3倍零序电流？,2）应躲开三相断路器触头不同时合闸而出现的三倍零序电流条件整定,如果保护装置的动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，则可以不考虑这一条件。,两相先合，相当于一相
5、断线。 一相先合，相当于两相断线。,（3）对采用单相自动重合闸的线路，单相短路被切除后(只切除故障相)，系统处于非全相运行，如果此时伴随系统振荡，则将有很大的零序电流 。,保护的动作值应躲开该电流的影响，即：,按非全相且振荡条件整定定值可能过高，灵敏度可能不满足要求。,措施：,通常设置两个速断保护。,（1）灵敏段 按条件1）和 2）整定；定值较小， 保护范围较大。对全相运行下的接地故障起作用。,重合闸启动时，将其自动闭锁;待再次全相运行时才投入。,单相ZCH,（2）不灵敏段 按条件3）整定。,装设它的主要目的，是为了在单相重合闸过程 中，其他两相又发生接地故障时，用以弥补失去 灵敏段的缺陷，尽
6、快地将故障切除！,当线路采用单相自动重合闸时,躲过非全相运行状态 下,系统又发生振荡时所出现的最大零序电流。,不灵敏段：针对非全相运行状态下的接地短路起保护作用,对全相运行也起到一定的保护作用。,不灵敏 I 段:,定值较高,灵敏段：针对全相运行状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。,灵敏 I 段:,定值较小,(2)限时零序电流速断保护,a.与相邻线路零序电流段配合,灵敏性校验:,限时零序电流速断保护其基本原理与相间短路保护相似。,当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中性点接地的变压器时，需要考虑分支电路对零序电流分布的影响。为什么？,b. 两个保护间的变电所母线上有中性点接地的变压器时
7、,零序段的动作电流：,动作时限（与相邻线路零序段配合）：,0.5 s,灵敏性校验：,（本线末、接地、最小短路电流）,若灵敏系数不满足:,3）改用接地距离保护。,2）采用两个灵敏性不同的零序段保护,保留原有0.5s 段，保证在正常、最大方式下快速切除故障；,1）与相邻线路零序段配合；,再增加一个与相邻线路零序段相配合的段保护， 保证在各种方式下切除故障。,1）躲过下级线路相间短路时最大不平衡电流,(3)零序过电流保护,动作电流整定条件：,作用：相当于相间短路的过电流保护，一般作为后备保护，在中性点直接接地电网中的终端线路上，可作为主保护使用。,（2）与下级零序过电流保护的灵敏度相配合，以保证动作
8、的选择性。,即本级零序过电流的保护范围不能超过相邻线路零序过电流保护的范围。,K0b.min,零序电流分支系数,在相邻线路的零序III段保护范围末端接地短路时， 故障线路中零序电流与流过本保护中零序电流之比。,3. 灵敏度校验,作为本条线路近后备保护时，按本线路末端发生接地故障时的最小零序电流来校验，要求,作为相邻线路的远后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时，流过本保护的最小零序电流3I0min来校验，要求,动作时限：为保证动作的选择性，按照阶梯型配合的原则来确定。,13的三段无需配合，无零序电流产生；,46的三段有配合，变压器T1的零序过流可实现速动；,同一线路上的零序三段比相间
9、三段动作速度快。,优点：,只有在两个变压器间发生接地故障时，才能引起零序电流，所以只有保护4、5、6才能采用零序保护，要求：,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点 1、单条线路 正常运行情况下，三相对地有相同的电容 ，在相电压的作用下，每相都有一超前于相电压 的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。,小电流接地系统中发生单相接地时，由于故障点电流很小，三相之间线电压保持对称，对负荷供电没有影响，允许继续运行1-2小时，而不必立即跳闸。但为了防止故障进一步扩大，应及时发出信号，以便采取措施予以消除。,第三节 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护,假设相发生单相接地，
10、各相对地的电压为,结论： 故障相电压为零，非故障相对地电压升高为原来 倍。,故障点D的零序电压为：,各相对地电容电流为 ：,结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压U相等。,从接地点流回的电流ID为 ：,结论： 从接地点流回的电流ID为正常运行时，三相对地电容电流的算术和。,2.多条线路网络,当线路II A相接地时，在此接地电流ID为,零序电流为线路本身的电容电流，电容性无功功率方向由母线流向线路。,在非故障线路上，A相电流为零，B和C相中流有本身的电容电流。因此线路始端所反映的零序电流为,有效值为,（1）非故障元件,在发电机上，首先有它本身的B相和C相对地电容电流 和 ，但由于它是产生其它电
11、容电流的电源。 因此，从A相中要流回从故障点流上来的全部电容电流，而在B相和C相中又要分别流出各线路上同名相的对地电容电流，此时从发电机出现端所反映的零序电流仍为三相电流之和。,由图可见，各线路电容电流从A相流人后又分别从B相和C相流出，互相抵消，只剩下发电机本身的电容电流，故 即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向是由母线流向发电机，此特点与非故障线路一样。,在发生故障的线路，B相和C相上与非故障线路一样，没有它本身的电容电流 和 ，不同之处是在接地点要流回全系统B和C相对地电容电流之总和，为,（2）故障线路：,有效值 式中 为全系统每相对地电容的总和。此电流要从A相流回去
12、，因此，从A相流出的电流可表示为 ，这样在线路始端所流过的零序电流则为,其有效值为 可见由故障线路流向母线的零序电流，数值等于全系统非故障元件对地电容电流之总和，其电容性无功功率的方向为由线路流向母线，与非故障上相反。,结论： 发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。 在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。 障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，数值较大，电容性无功功率实际方向：线路流向母线。,1、绝缘监视,在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号。,二、
13、中性点不接地电网中单相接地保护,正常运行时：没有零序电压，三只电压表读数相等，KV不动。,当系统任一出线发生接地故障时：接地相对地电压为零，而其他两相对地电压升高。同时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV动作，给出接地信号。,2、零序电流保护,零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的保护装置。,零序电流保护的原理接线图如右图所示。,零序电流保护装置的起动电流必须大于本线路的零序电容电流，即,零序电流保护装置的灵敏度：,按被保护线路上发生接地故障时流经保护的最小零序电流来校验，灵敏系数为：,由上式可见，当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流越小时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。,
