第二章 電網(wǎng)的電流電壓保護

1、第二章 電網(wǎng)的電流電壓保護2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路電流電壓保護 2.1.1 電流繼電器 電網(wǎng)發(fā)生相間短路時，故障相電流突然增大，通過檢測電流的變化可以判定故障的發(fā)生，這是作為故障測量元件之一的電流繼電器的功能。電流繼電器有很多類型，如電磁型、晶體管型和集成電路型等，它們總有一個動作電流（）和一個返回電流（） 某種電流電壓繼電器的結(jié)構(gòu)如下所示： 動作電流（）：能使繼電器動作的最小電流值。 返回電流（）：能使繼電器返回原來位置的最大電流稱為繼電器的返回電流。 返回系數(shù) ：返回電流與動作電流的比值， 反映電氣量增長而動作的繼電器（如電流繼電器）的小于1，為增量繼電器 反映電氣量降低而動作的繼電

2、器（如低電壓繼電器）的大于1，為欠量繼電器2.1.2相間短路和系統(tǒng)運行方式 在假設(shè)電力系統(tǒng)各處正序阻抗和負序阻抗相等的情況下，兩相短路時故障相的相電流是三相短路時的倍。保護安裝處通常是指繼電保護裝置采集電流、電壓信號的位置，而不是裝置的實際存在處。 如圖2.1.2，兩相短路和三相短路時流過保護安裝處的故障相相電流分別是 （2.1.2-1） （2.1.2-2） 其中，是系統(tǒng)相電動勢；是等值系統(tǒng)的正序阻抗；是線路單位長度的正序阻抗,l是保護安裝處和短路點之間的距離；由式（2.1.2-1）和（2.1.2-2）可知，保護安裝處的故障相相電流大小受系統(tǒng)運行方式(ZS 的數(shù)值）和故障類型的影響。當保護安裝

3、處故障電流最大時稱為最大方式，而故障電流最小時稱為最小方式。 2.1.3階段式保護方案（一）保護范圍如圖2.1.3-1，l表示短路點k與保護安裝處的距離，I表示短路時保護安裝處的故障相電流。曲線是短路點k位置變化時保護安裝處故障相電流的變化情況。當電流保護的整定值Iop等于在一定方式下（系統(tǒng)阻抗一定和短路類型一定）k點短路時的故障電流，則從保護安裝處到k點之間任意一點短路時保護均能夠啟動，則電流保護在此方式下的保護范圍是lp?？梢?，保護范圍大小受運行方式和整定值的共同影響。整定值Iop不變的情況下，在最大方式下，保護范圍最大；在最小方式下，保護范圍最小。（二）階段式保護方案 線路的電流保護是常

4、見的階段式保護之一，通常配置段、段和段，又叫三段式保護，其方案如圖2.1.3-4所示： 段最大保護范圍總是為本線路長度的一部分，0秒延時動作于跳閘 或稱為瞬時跳閘。 段最大保護范圍不超過下一級相鄰線路段的保護范圍，動作時間比下一級相鄰線路段的動作時間增加Dt。與段構(gòu)成主保護。 段是后備保護，最小保護范圍被要求或被希望包含下一級相鄰線路的全部,動作時間比下一級相鄰線路段的動作時間增加Dt。 該方案目的是在最大方式下限制各段的保護范圍，使其滿足選擇性的要求，并在該前提下使保護的快速性盡可能提高。如果在最大方式下保護能夠滿足選擇性的要求，則在任何運行方式下保護都能夠滿足選擇性的要求。方案的實現(xiàn)手段是

5、在最大方式下，通過整定計算獲得各段保護的整定值。然后，在最小方式下校驗整定結(jié)果能否滿足靈敏性的要求，如果在最小方式下保護能夠滿足靈敏性的要求，則在任何運行方式下保護都能夠滿足靈敏性的要求。 2.1.4無時限電流速斷保護無時限電流速斷保護又稱為段電流保護或瞬時電流速斷保護（一）段的整定計算方法 如圖2.1.4-1所示曲線1和曲線2分別表示最大方式和最小方式下短路點 k 位置變化時保護安裝處故障電流的變化情況。直線3表示最大方式下線路末端短路時保護安裝處的故障相電流。直線4即是段的整定值，等于直線3乘以段的可靠系數(shù)， 其中， 是系統(tǒng)相電動勢；Zs是等值系統(tǒng)的正序阻抗；ZAB 是線路總的正序阻抗；是

6、段可靠系數(shù)，取值1.21.3。 段的整定原則被描述為：躲過（使繼電保護不啟動）被保護線路末端三相短路時保護安裝處的相電流。規(guī)定段保護動作時間，所以段保護又稱為無時限電流速斷保護。 段的最小保護范圍是表示整定值的直線4與表示最小方式的曲線2的交點的橫坐標，最小保護范圍不小于 15%20%，否則認為其靈敏性校驗不滿足要求。 保護在最大運行方式下有最大的保護范圍，如果在最大運行方式下滿足選擇性要求，則在任何方式下都能夠滿足選擇性，也即是說應(yīng)該在最大運行方式下進行整定計算。保護在最小運行方式下有最小的保護范圍（最小的靈敏性或靈敏系數(shù)），如果在最小運行方式下滿足靈敏性要求，則在任何方式下都l能夠滿足靈敏

7、性，也即是說應(yīng)該在最小運行方式下進行靈敏性校驗。 圖2.1.4-1中，如果保護P1段的最大保護范圍等于或大于線路AB的全長，因為一般認為斷路器 QF2的阻抗為 0，則其最大保護范圍實際會到達線路 BC 的始端處。在處三相短路時，因為保護 P1段和保護P2段的動作時間都一樣，所以保護 P1段和保護P2段均會動作于各自控制的斷路器跳閘。顯然，此時保護 P1段動作使斷路器 QF1 跳閘，將導(dǎo)致停電范圍擴大，屬于非選擇性動作。綜上所述，段的最大保護范圍應(yīng)該小于被保護線路的全長，并保留一定的裕度（考慮短路計算和電流互感器等測量環(huán)節(jié)存在誤差，測量值可能增大而使保護范圍也增大，一般估計約為20%30%，因此

8、將段可靠系數(shù)設(shè)為1.21.3。 （二）二相不完全星形接線小接地電流系統(tǒng)中，電流互感器采用二相不完全星形接線向無時限電流速斷保護輸入A、C兩相電流，如圖2.1.4-2 當或時，無時限電流速斷保護會向斷路器輸出跳閘信號。跳閘信號輸出回路中起信號中繼作用的中間繼電器M會造成約0.1s的延時，這可以使保護躲開雷擊線路時，避雷器對地放電的瞬時短路而不誤動跳閘。（三）線路變壓器形式下段的整定如圖2.1.4-3，是線路變壓器組接線，此時線路的段的整定原則為：躲過變壓器與線路連接側(cè)的對側(cè)三相短路時保護安裝處的相電流。也即整定時選擇的短路點不是被保護線路的末端k2，而是變壓器的k1點。因為變壓器阻抗較大，保護的

9、整定值會較小，其保護范圍可能會超過線路全長，伸入變壓器內(nèi)部。當變壓器故障時線路段也可能動作跳閘切除線路。這是被允許的，因為對于線路變壓器組接線，變壓器故障時其必然停止運行，此時只向這一臺變壓器供電的線路跳閘與否其后果是一樣的。，其中，是變壓器的阻抗。（四）段的保護范圍作圖法如圖2.1.4-1，M和N點的橫坐標。不難發(fā)現(xiàn)，最大方式下保護范圍末端的短路電流等于保護的整定值。解析法保護范圍末端三相短路, 保護范圍末端兩相短路, 2.1.5限時電流速斷保護 限時電流速斷保護又稱為段電流保護。 （一）段的整定計算方法 如圖2.1.5-1所示，段的保護范圍l小于線路全長，必須增加段來保護剩余的部分。因為要

10、求在最小方式下段也能夠保護全部線路，所以其在最大方式下的保護范圍l1一定大于線路全長。為滿足選擇性要求，段的動作時限必須比相鄰下一級線路段的動作時限增加Dt。段的整定原則被描述為：躲過相鄰下一級線路段保護范圍末端三相短路時保護安裝處的相電流。 其整定值用下式計算， (2.1.5-1) 其中，是可靠系數(shù)，是考慮計算和測量短路電流存在誤差而留有裕度，一般取值為1.11.2；稱為分支系數(shù)，即相鄰下一級線路短路時流過相鄰下一級線路的電流與流過本線路的電流之比。規(guī)定段保護動作時間 (2.1.5-2) 其中通常為0.30.5s。上述方案也被描述為：按與相鄰下一級線路的段相配合整定。（二）助增與外汲如圖2.

11、1.5-1，其中的分支系數(shù)為助增情況，而。如圖2.1.5-2，其中的分支系數(shù)為外汲情況，而。在復(fù)雜電網(wǎng)中可能同時既存在助增情況，也存在外汲情況，分支系數(shù)的值可能為任意正數(shù)。 （三）有多個相鄰下一級設(shè)備的情況被保護線路存在多個相鄰下一級設(shè)備時， 首先按與各個相鄰下一級設(shè)備的段相配合整定，然后選擇數(shù)值較大者（因為是電流保護是增量保護，如此才能夠同時滿足與各個相鄰下一級設(shè)備段相配合的要求）。（四）段的靈敏性校驗段保護的靈敏性通過計算其最小靈敏系數(shù)來檢驗，規(guī)定其必須大于1.31.5， (2.1.5-3)其中， 是在最小方式下被保護線路末端兩相短路時流過保護安裝處的電流，如圖2.1.5-1， 。如果靈敏

12、系數(shù)檢驗不滿足要求，則應(yīng)該按與相鄰下一級線路的段相配合重新整定： (2.1.5-4)同時，其動作時間也改為 (2.1.5-5)然后按式（2.1.5-3）重新校驗靈敏系數(shù)。（五）二次接線段的接線圖與段保護接線的主要區(qū)別是用時間繼電器代替了原來的中間繼電器，在數(shù)字式繼電保護裝置中，它們是共用同一硬件的兩段程序，其跳閘邏輯出口為“或”關(guān)系。由常規(guī)繼電器實現(xiàn)的兩段保護各自有一套硬件，其跳閘出口部分電路并聯(lián)。2.1.6定時限過電流保護（一）主保護與后備保護主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可

13、分為近后備和遠后備兩種方式。電流段和段共同工作能夠快速切除全線短路故障，可以構(gòu)成35kV及以下線路的主保護，必須再設(shè)置后備保護。近后備保護是當主保護拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)的后備保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后備保護。遠后備保護是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備和線路的保護來實現(xiàn)的后備。除了斷路器失靈保護，近后備保護在斷路器拒動情況下不能夠起到后備作用。而斷路器失靈保護在本設(shè)備的所有保護都拒動時也不能夠起到后備作用。因為要根據(jù)其他保護發(fā)出的跳閘信號才能夠判斷斷路器是否拒動，所有保護都拒動時沒有跳閘信號發(fā)出，斷路器失靈保護不會啟動。遠后備保護可以預(yù)防相鄰下

14、一級設(shè)備的繼電保護和斷路器拒動。段保護既可以做為本線路的近后備，又可以做為相鄰下一級線路的遠后備，保護它們的全長。（二）段整定計算方法段應(yīng)該躲過保護安裝處流過的最大負荷電流，即，這是要求之一。滿足該條件的段會非常靈敏，在外部設(shè)備短路時往往會啟動，為了滿足選擇性要求，段的動作時間一般會被設(shè)置得較長。在外部設(shè)備短路的情況下，段啟動后在其動作時間內(nèi)故障常常已經(jīng)被切除，系統(tǒng)中正常的電動機會在電壓恢復(fù)后會進入自啟動狀態(tài)，保護安裝處將流過自啟動電流，此時段保護應(yīng)該可靠地返回而不要誤動，所以還要求其返回電流大于自啟動電流。如圖2.1.5-3，自啟動電流通常大于最大負荷電流，而電流保護的動作電流是大于返回電流

15、的，如果滿足后一要求，則前一要求自然滿足。 由，可令，其中，是可靠系數(shù)，一般取值大于或等于1.2?？芍?(2.1.6-1)式中，是電動機自啟動系數(shù)，由電網(wǎng)具體情況確定，一般取1.53；是繼電保護裝置的返回系數(shù)，取值為0.850.95。段整定原則可以描述為：躲過線路正常時流過的最大相電流。規(guī)定段保護動作時間： (2.1.6-2)被稱為階梯型動作時間配合關(guān)系。如果存在多個相鄰下一級設(shè)備，段的動作時間按與各個相鄰下一級設(shè)備的段動作時間配合后，選擇最大值整定。段保護也稱為定時限過電流保護。由式（2.1.6-2）可知，段做為后備保護，其動作時間比段和段的動作時間長，也比相鄰下一級設(shè)備的段、段和段的動作

16、時間長。越靠近電源的設(shè)備的段保護，其動作時間越長。（三）段靈敏性校驗段保護的靈敏性通過計算其最小近后備和遠后備靈敏系數(shù)來檢驗， (2.1.6-3) 規(guī)定最小近后備靈敏系數(shù)必須大于1.31.5，是在最小方式下被保護線路末端兩相短路時流過保護安裝處的電流，此時。規(guī)定最小遠后備靈敏系數(shù)必須大于1.2，是在最小方式下相鄰下一級設(shè)備末端兩相短路時流過本線路保護安裝處的電流，此時。（四）二次接線 段、段和段的接線圖相同，在數(shù)字式繼電保護裝置中，它們是共用同一硬件的軟件程序，其跳閘邏輯出口為“或”關(guān)系。由常規(guī)繼電器實現(xiàn)的各段保護各自有一套硬件，其跳閘出口部分電路并聯(lián)。2.1.7電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護（一）運

17、行方式變化對保護的影響電流保護受運行方式變化的影響很大，如圖2.1.7-1，運行方式不同，保護范圍也不同。 當最大和最小運行方式差異較大時，無時限電流速斷的保護范圍可能很小，甚至出現(xiàn)保護范圍為零的情況，如圖2.1.7-2所示。限時電流速斷保護的靈敏系數(shù)也可能在某些運行方式下不滿足要求。雖然定時限過電流保護的靈敏度一般較高，但同樣也要受運行方式的影響。另外受選擇性要求的制約，其動作的快速性被降低，動作時間一般較長?？梢?，無時限電流速斷、限時電流速斷和定時限過電流保護的保護范圍和靈敏度對不同運行方式而言是不穩(wěn)定的，其可靠性也就不高。（二）電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護為了在不延長保護動作時間的前提下，增加

18、保護范圍，提高靈敏性，同時不會失去選擇性，可以采用電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護。其原理是為無時限電流速斷保護增加一個電壓閉鎖環(huán)節(jié)，規(guī)定保護安裝處電壓低于整定值是動作于跳閘的必要條件，在此基礎(chǔ)上就可以減小無時限電流速斷保護的整定值，從而在保證選擇性的前提下提高靈敏性。整定原則是：使保護在主要運行方式（一般不是最大方式）下，電壓繼電器和電流繼電器都有相同且較大的保護范圍（通常是設(shè)備阻抗的75%）。式中，是等值系統(tǒng)在主要運行方式下的阻抗，是保護范圍與線路全長的百分比。當保護安裝處3個線電壓中的任一個數(shù)值小于時，電壓元件將啟動。 如圖2.1.7-3所示，電壓、電流聯(lián)鎖保護中電流繼電器的最小保護范圍l2比無時

19、限電流速斷保護的最小保護范圍l1大得多，在最大方式下保護范圍可能達到全長。在k1處發(fā)生三相短路時，電流繼電器會啟動，但保護安裝處殘壓大于電壓繼電器的整定值，電壓繼電器不會啟動，能夠保證此情況下電壓、電流聯(lián)鎖保護不會誤動。校驗電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護的靈敏度要求最小保護范圍不小于線路全長的15%，校驗電流繼電器的方法與無時限電流速斷保護相同，還應(yīng)該校驗此時保護安裝處故障相的電壓是否小于電壓整定值。2.1.8反時限過電流保護帶時限的保護按動作時間特性分為定時限和反時限兩種。定時限過流保護的動作時間是固定不變的，與短路電流大小無關(guān)；而反時限過流保護的動作時間與短路電流大小成反比，故稱為反時限特性，如圖

20、2.1.8-1所示。反時限過電流保護的動作電流整定值與定時限過流保護相同，用下式計算反時限過電流保護的動作時間式中，k1和k2是需要設(shè)置的反時限特性參數(shù)，是由保護裝置自動計算的動作時間。由圖2.1.8-1可知，反時限過電流保護在快速性上常常優(yōu)于定時限過流保護，只是在動作時間的配合上比定時限過流保護復(fù)雜。2.1.9電流電壓保護的性能和應(yīng)用（一）選擇性無時限電流速斷保護是依靠動作電流整定值獲得選擇性的，過電流保護主要依靠動作時間獲得選擇性，限時電流速斷保護的選擇性依靠電流和動作時間共同實現(xiàn)的。（二）快速性無時限電流速斷保護和電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護沒有人為的延時，主要保護裝置固有的動作時間，約0.0

21、60.1s，其動作快速。限時電流速斷保護的動作時間一般為0.5s。定時限過電流保護動作時間一般較長，特別是靠近電源的保護，有時長達數(shù)秒。（三）靈敏性電流保護的保護范圍和靈敏系數(shù)受運行方式變化的影響，有時不能夠滿足要求。對無時限電流速斷保護，當被保護線路阻抗與等值系統(tǒng)阻抗相比很小時（如短線路），其保護范圍可能很小，甚至為零。對限時電流速斷保護，當相鄰下一級線路阻抗很小時，其靈敏系數(shù)可能不滿足要求。過電流保護靈敏系數(shù)一般較大，但對于長距離重負荷線路，其靈敏系數(shù)也可能達不到要求。當相鄰下一級設(shè)備阻抗很大時，做為其遠后備的過電流保護靈敏系數(shù)往往不夠。（四）可靠性電流電壓保護的原理、結(jié)構(gòu)和接線比較簡單，

22、整定計算方便，具有較高的可靠性。三段式電流保護廣泛用于35kV及以下電網(wǎng)，在更高電壓等級電網(wǎng)中很少采用，一般是做為輔助保護。（五）應(yīng)用 在實際應(yīng)用中，保存在繼電器中的整定值應(yīng)該是按電壓互感器變比和電流互感器變比折算的二次值，即和。2.1.10 電流保護的接線方式及應(yīng)用（一）電流保護的接線方式電流保護的接線方式是指保護中測量元件電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。對于相間短路的電流保護，基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式、兩相兩繼電器的不完全星形接線方式、兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。完全星形接線是將三個電流互感器與三個電流繼電器分別按相連接在一起，互感器和繼電器均

23、接成星形，在中線上流回的電流為，正常時此電流約為零，在發(fā)生故障時則為3倍零序電流。不完全星形接線，用裝設(shè)在A、C相上的兩個電流互感器與兩個電流繼電器分別按相連接在一起，它和完全星形接線的主要區(qū)別在于B相上不裝設(shè)電流互感器和相應(yīng)的繼電器，因此，它不能反映B相中所流過的電流。中線上流回的電流是。由于這種接線方式，是兩繼電器節(jié)點并聯(lián)后去啟動時間繼電器，所以它能反映各種類型的相間短路，但在沒有裝電流互感器的一相（如B相）發(fā)生單相接地短路時，保護裝置不會動作，因此，多用于中性點非直接接地系統(tǒng)，構(gòu)成相間短路保護。（二）兩種接線方式的應(yīng)用三相星形接線需要三個電流互感器、三個電流繼電器和四根二次電纜，相對來講

24、是復(fù)雜和不經(jīng)濟的。一般廣泛應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等大型重要的電氣設(shè)備的保護中，它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。此外，它也可以用在中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，因此，廣泛用于中性點非直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路的保護，但它不能安全反映單相接地短路，當下一設(shè)備為Y/接線的降壓變壓器時，為了提高低壓側(cè)兩相短路時保護的靈敏度，可在中線上加接一電流繼電器。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護2.2.1方向電流保護的工作原理電流保護常用于單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡(luò)，而為了提高供電可靠性，電網(wǎng)常常采用雙側(cè)電源或環(huán)網(wǎng)接線。如圖2.2.1所示，在k處發(fā)生故障時，保護

25、P2和P3的安裝處都會流過短路電流I。對于P3，短路電流是從線路流向母線B，而對于P2，短路電流是從母線B流向線路。按規(guī)定，保護安裝處短路電流從母線流向線路，其功率方向為正；保護安裝處短路電流從線路流向母線，其功率方向為負。此時，電流保護P3的功率方向為負，電流保護P2的功率方向為正。如果P3采用2.1節(jié)中的電流保護，對其動作電流和時間進行整定時不會考慮到如下情況：在k處發(fā)生故障時流過保護P3安裝處的電流大小，以及保護P3在動作時間上與保護P2相配合。如此P3將存在失去選擇性的可能，發(fā)生反方向誤動。為解決上述問題，在電流保護的基礎(chǔ)上增加功率方向判別環(huán)節(jié)，規(guī)定功率方向為正是電流保護動作于跳閘的必

26、要條件，從而構(gòu)成方向電流保護。裝設(shè)方向電流保護的P3，在k處發(fā)生故障時，即便電流元件可能啟動，因為功率方向元件的閉鎖作用，也不會反方向誤動。因為增加了功率方向元件，方向電流保護在動作電流和時間的整定上都不需要考慮和反方向的保護相配合，圖2.2.1 中的方向電流保護的整定計算可以分別采用圖2.2.1中b和圖2.2.1 中c的形式進行。并不是說圖2.2.1中的電網(wǎng)一定不能夠采用電流保護，只是必須還要考慮到與反方向的保護相配合，如此會使問題變得復(fù)雜，也不一定能夠完滿解決，所以在雙側(cè)電源或環(huán)網(wǎng)接線的電網(wǎng)中通常都采用帶方向的保護。2.2.2功率方向繼電器（一）工作原理電流是在保護安裝處的電流，是母線電壓

27、，是電流滯后于電壓的相角。進入功率方向元件的短路功率時，功率方向元件啟動，實際上就是判斷相角的取值。為了增大短路功率的值，使功率方向元件最靈敏，為其設(shè)置了內(nèi)角，以使最大，因此功率方向元件的動作方程是即將電壓向量旋轉(zhuǎn)后，計算其與電流向量的相位關(guān)系，當為銳角時判斷為正方向。不難理解，為保證判斷正確，的取值是有限制的。將稱為最大靈敏角，它是的一個取值。（二）90°接線功率方向繼電器的接線方式是指如何選擇輸入其中的和，必須保證在各種短路類型下能夠正確判斷短路功率方向，并使和的值盡可能大，接近于最大靈敏角，盡可能減小或消除“電壓死區(qū)”，以提高靈敏性和可靠性。采用表2.2.2所示的電流電壓組合做

28、為和，在功率因數(shù)為1且三相對稱時，和的相角為900，所以這種接線形式被稱為900接線 。表2.2.2 900接線方式電流電壓的組合繼電器相別ABC采用900接線形式時，必須滿足。為獲得最大靈敏角，應(yīng)該采用，其中是被保護設(shè)備的阻抗角。功率方向元件的內(nèi)角一般選擇300或450。（三）按相啟動方向電流保護的啟動接線如圖2.2.2。（四）90°接線的評價適當選擇內(nèi)角，能夠在線路發(fā)生各種相間短路時正確判斷功率方向。兩相短路時均無電壓死區(qū)。對三相短路的電壓死區(qū)有一定改善，采用電壓記憶回路，一般可消除三相短路電壓死區(qū)。非故障相的功率方向元件在兩相短路或單相短路時可能誤動，所以應(yīng)該采用按相啟動接線。

29、2.3大接地電流系統(tǒng)的零序保護2.3.1零序電壓、電流和功率（一）零序分量的特點電力系統(tǒng)按中性點接地方式分為大接地電流系統(tǒng)，又稱為直接接地電網(wǎng)，和小接地電流系統(tǒng)。直接接地的中性點通常選擇的是變壓器的中性點。如圖2.3.1所示的直接接地系統(tǒng)，忽略電阻的影響，并假設(shè)正序電抗和負序電抗相等，在短路處和保護安裝處正序功率和負序功率、零序功率（電壓與電流向量的內(nèi)積）的符號總是相反的，即零序功率的正方向是線路指向母線。不難發(fā)現(xiàn)，在短路處零序電壓的幅值最大，大接地電流系統(tǒng)中直接接地的中性點零序電壓為零，接地短路時保護安裝處的零序電壓不會為零，所以保護安裝處的零序功率繼電器不存在“電壓死區(qū)”。系統(tǒng)中直接接地的

30、中性點的位置和數(shù)目對零序電流有很大的影響，為了使零序電流保護的性能穩(wěn)定，應(yīng)該盡量保持不變。系統(tǒng)運行方式也會影響零序電流。（二）測量零序電壓獲取零序電壓的原理。電壓互感器的一次側(cè)繞組接成星形并將中性點接地，二次側(cè)繞組接成開口三角形，開口處電壓等于。非直接接地的中性點電壓等于。數(shù)字式繼電保護可以用三相電壓計算得到零序電壓。正常運行時，理論上不存在零序電壓。但由于實際三相系統(tǒng)不平衡或電壓互感器存在誤差，二次側(cè)會出現(xiàn)一定大小的零序電壓，稱其為不平衡電壓。當系統(tǒng)中存在三次諧波時，上述方法也會測得零序電壓。（三）測量零序電流獲取零序電流的原理。電流互感器的二次側(cè)繞組接成星形，中性線上的電流等于。電纜線路可

31、采用零序電流互感器，其二次側(cè)繞組上的電流等于。數(shù)字式繼電保護可以用三相電流計算得到零序電流。正常運行時，理論上不存在零序電流。但由于實際三相系統(tǒng)不平衡或電流互感器存在誤差，二次側(cè)會出現(xiàn)一定大小的零序電流，稱其為不平衡電流。當系統(tǒng)中存在三次諧波時，上述方法也會測得零序電流。發(fā)生三相短路時，一次側(cè)電流最大且含有非周期分量，引起三相電流互感器的鐵心磁化特性差異最大，此時不平衡電流也最大。2.3.2 無時限零序電流速斷保護（一）整定方法1躲開被保護線路末端單相或兩相接地短路時保護安裝處最大零序電流的3倍，即。 （2.3.2-1）躲開被保護線路斷路器三相不同時合閘（按斷線計算）時保護安裝處最大零序電流的

32、3倍，即。 （2.3.2-2）選擇其中數(shù)值最大者，動作時間。可靠系數(shù)取1.21.3。（二）整定方法2式（2.3.2-2）的值可能較大，影響靈敏性，造成保護范圍過小。為此僅按式（2.3.2-1）整定，將動作時間改為，以躲過斷路器三相不同時合閘的影響。（三）單相重合閘的影響采用單相重合閘時，應(yīng)該設(shè)置靈敏段和不靈敏段，以躲開非全相運行時又發(fā)生系統(tǒng)振蕩出現(xiàn)的零序電流。靈敏段按方法1或2整定，只在全相運行時工作，當單相重合閘啟動時（非全相運行狀態(tài)）靈敏段被閉鎖而不工作，恢復(fù)全相運行后繼續(xù)工作。不靈敏段按躲開非全相運行時又發(fā)生系統(tǒng)振蕩出現(xiàn)的3倍零序電流（通常由系統(tǒng)分析軟件計算）整定，其工作在全相運行和非全

33、相運行時，保護范圍比靈敏段小。（四）保護范圍校驗零序段的最小保護范圍不小于被保護線路全長的15%20%。2.3.3 帶時限零序電流速斷保護（一）整定原則被保護線路存在多個相鄰下一級設(shè)備時，首先按與各個相鄰下一級線路的段相配合整定，然后選擇數(shù)值較大者。 （2.3.3-1）是相鄰下一級線路段保護范圍末端（通常也可選擇線路末端）短路時流過相鄰下一級線路的零序電流與流過本線路的零序電流之比的最小值，取1.1。（二）動作時間 （2.3.3-2） （三）靈敏系數(shù) （2.3.3-3）應(yīng)該不小于1.31.5，是被保護線路末端接地短路時保護安裝處的最小零序電流。（四）靈敏系數(shù)不合格時的修正如果靈敏系數(shù)校驗不合格，按與相鄰下一級線路的零序段相配合整定 （2.3.3-4）再重新按式（2.3.3-3）校驗靈敏系數(shù)。動作時間改為 （2.3.3-5）前一個靈敏系數(shù)校驗不合格的零序段可以保留，與后一個零序段共同使用。2.3.4 零序過電流保護（一）整定原則按躲過相鄰線路出口處三相短路時保護安裝處的最大不平衡電流整定，短