電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章第三四節(jié)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章第三四節(jié)第一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一接地故障——導(dǎo)線與大地之間的不正常連接，包括單相接地故障和兩相接地故障電網(wǎng)接地故障種類及保護(hù)策略第二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一接地故障與中性點(diǎn)接地方式密切相關(guān)，相同的故障條件但不同的中性點(diǎn)接地方式，接地故障說(shuō)表現(xiàn)出的故障特征和后果、危害完全不同，因此保護(hù)策略也不相同。第三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一按單相接地短路時(shí)接地電流的大小分為：大電流接系統(tǒng)

——中性點(diǎn)直接接地；中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；小電流接地系統(tǒng)

——中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地；第四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一110kV及以上電網(wǎng):中性點(diǎn)直接接地方式35kV及以下電網(wǎng):中性點(diǎn)不接地或不直接接地第五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一大電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級(jí)中，部分或所有變壓器的中性點(diǎn)直接接地。優(yōu)點(diǎn)：絕緣要求低，絕緣的投資相對(duì)于小電流接地系統(tǒng)要低。缺點(diǎn)：發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，會(huì)損壞設(shè)備等。（主要用在110kV及以上的電壓等級(jí)中）第六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一小電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級(jí)中，所有變壓器的中性點(diǎn)均不接地。發(fā)生單相接地時(shí)，幾乎沒(méi)有短路電流，不會(huì)燒壞設(shè)備，所以,還可以運(yùn)行1～2小時(shí)——供電可靠性高,但是，非故障相電壓升高為1.732倍，故,絕緣要求高。隨著電壓等級(jí)的提高，絕緣的投資會(huì)急劇增加。主要用在10～66kV的配電系統(tǒng)。第七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一對(duì)于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，利用接地短路時(shí)出現(xiàn)很大零序電流的特點(diǎn)，構(gòu)成：（1）零序電流保護(hù)（2）零序方向電流保護(hù)對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)，特征不明顯只報(bào)警不跳閘第八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.3.1接地短路時(shí)零序電壓、電流和功率的分布對(duì)于中性點(diǎn)有效接地電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，將出現(xiàn)很大零序電流，正常狀態(tài)該電流不存在。第九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一當(dāng)前世界上的交流電力系統(tǒng)一般都是ABC三相的，而電力系統(tǒng)的正序，負(fù)序，零序分量便是根據(jù)ABC三相的順序來(lái)定的。

正序：A相領(lǐng)先B相120度，B相領(lǐng)先C相120度，C相領(lǐng)先A相120度。

負(fù)序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。

零序：ABC三相相位相同，哪一相也不領(lǐng)先，也不落后。第十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、零序分量的特點(diǎn)零序網(wǎng)絡(luò)：與線路、接地變壓器的數(shù)目和位置相關(guān)，和發(fā)電機(jī)沒(méi)有關(guān)系。

第十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.零序電壓：故障點(diǎn)零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，變壓器中性點(diǎn)接地處為零。第十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.零序電流分布：與變壓器中性點(diǎn)接地的多少和位置有關(guān)；大?。号c線路及中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗有關(guān)。方向：從故障點(diǎn)流向接地的變壓器中性點(diǎn)。第十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一零序電流:

在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0如果在三相四線中接入一個(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：Ia+Ib+Ic=I(漏電電流）這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件掉閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。第十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一產(chǎn)生零序電流的兩個(gè)條件:

1、無(wú)論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；

2、零序電流有通路。以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無(wú)源泉；缺少第二個(gè)，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問(wèn)題。第十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.零序功率分布：短路點(diǎn)零序功率最大；方向：對(duì)于發(fā)生故障的線路，兩端的零序功率方向?yàn)榫€路→母線。第十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.零序電壓與電流的相位關(guān)系正方向故障：第十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一不輸出正序、負(fù)序電壓，只有零序電壓3U0輸出。二.

零序電壓、零序電流的獲取

1.零序電壓的獲取

（1）零序電壓過(guò)濾器

加法器UaUbUc3U0mnABC（2）微機(jī)保護(hù)內(nèi)直接利用程序?qū)崿F(xiàn)加法器第十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2．零序電流的獲?。?）零序電流過(guò)濾器

接于相間保護(hù)電流互感器的中性線上。不平衡電流：I0（2）零序電流互感器（電纜線路）

一次電流：優(yōu)點(diǎn)：無(wú)不平衡電流，接線簡(jiǎn)單第二十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的接地保護(hù)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)產(chǎn)生很大的零序電流，反應(yīng)零序電流增大的保護(hù)成為零序保護(hù)。零序電流保護(hù)可裝設(shè)在上圖中的斷路器1和2處。由于零序電流保護(hù)對(duì)單相接地故障具有較高的靈敏度。零序電流保護(hù)是高壓線路保護(hù)中必配備的保護(hù)之一。高壓線路保護(hù)（110kV及以上）配備的保護(hù)有：

（1）零序（電流）保護(hù)；（2）距離保護(hù)；（3）高頻保護(hù)第二十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一三段式零序電流保護(hù)（1）零序電流速斷保護(hù)（零序Ⅰ段）（2）零序電流限時(shí)速斷保護(hù)（零序Ⅱ段）（3）零序過(guò)電流保護(hù)（零序Ⅲ段）零序電流保護(hù)的起動(dòng)電流整定類似反映線電流的電流保護(hù)。必須基于故障零序電流的計(jì)算，根據(jù)不同地點(diǎn)接地故障時(shí)零序電流大小的不同來(lái)整定。第二十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一（一）零序電流瞬時(shí)速斷（零序I段）保護(hù)（1）躲過(guò)下一線路出口接地短路的最大三倍零序電流3I0.max

第二十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一的計(jì)算：①故障點(diǎn)：本線路末端②故障類型：（假設(shè)）當(dāng)當(dāng)③運(yùn)行方式本側(cè)與對(duì)側(cè)的電源應(yīng)是最大運(yùn)行方式；背后的零序阻抗小，對(duì)側(cè)的零序阻抗大。第二十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一（2）躲斷路器三相觸頭不同時(shí)合閘而出現(xiàn)的最大三倍零序電流

3I0.unb

的計(jì)算：①兩相先合：②一相先合：取兩者較大者

（一）零序電流瞬時(shí)速斷（零序I段）保護(hù)第二十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一

整定值應(yīng)選?。?）和（2）中較大者。原則（2）所得定值一般較大，保護(hù)范圍縮小，靈敏度降低，此時(shí)可考慮使Ⅰ段帶一小的延時(shí)（0.1s）躲開(kāi)不同時(shí)合閘時(shí)間。靈敏性：要求最小保護(hù)范圍≥（15%～20%）l（一）零序電流瞬時(shí)速斷（零序I段）保護(hù)（3）當(dāng)線路上采用單相自動(dòng)重合閘時(shí)，按躲開(kāi)非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流來(lái)整定；按（1）（2）整定的零序I段，往往不能躲開(kāi)非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流；而按（3）整定，正常情況下發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)范圍要縮小，不能充分發(fā)揮零序I段的作用。第二十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一設(shè)置兩個(gè)零序I段：靈敏I段：按（1）或（2）整定，定值較小，保護(hù)范圍較大；主要對(duì)全相運(yùn)行狀態(tài)下的接地故障起保護(hù)作用；當(dāng)單相自動(dòng)重合閘起動(dòng)時(shí)將其自動(dòng)閉鎖。不靈敏I段：按（3）整定，定值較大，保護(hù)范圍較小；主要在單相重合閘過(guò)程中，其他兩相又發(fā)生接地故障時(shí)盡快切除故障；第二十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一與相鄰線路零序電流I段配合

（二）零序電流限時(shí)速斷（零序II段）保護(hù)第二十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一靈敏性校驗(yàn)：要求

Ksen≥1.3~1.5

改與相鄰線Ⅱ段配合用兩個(gè)靈敏度不同的II段改用接地距離保護(hù)若不滿足要求按本線路末端發(fā)生接地故障時(shí)最小零序電流校驗(yàn)第二十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一躲下級(jí)線路出口三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的最大不平衡電流Iunb.max

式中與下級(jí)線路零序III段保護(hù)在靈敏度上配合（三）零序過(guò)電流（零序III段）保護(hù)第三十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一靈敏性校驗(yàn)：1.作為近后備時(shí)：應(yīng)按被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小三倍零序電流來(lái)校驗(yàn)，要求2.作為遠(yuǎn)后備時(shí)：應(yīng)按相鄰線路末端接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小三倍零序電流來(lái)校驗(yàn)，要求第三十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一動(dòng)作時(shí)間：按階梯時(shí)限原則來(lái)選擇零序過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限特性在同一線路上的零序過(guò)電流保護(hù)與相間短路的過(guò)電流保護(hù)相比，將具有較小的時(shí)限，這是零序過(guò)電流保護(hù)的一大優(yōu)點(diǎn)。第三十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一零序電流保護(hù)+零序功率方向繼電器=方向性零序電流保護(hù)k1點(diǎn)短路時(shí)k2點(diǎn)短路時(shí)4、方向性零序電流保護(hù)K1短路：3誤動(dòng)K2短路：2誤動(dòng)第三十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.零序功率方向繼電器的接線：整流型和晶體管型零序功率方向繼電器四、方向性零序電流保護(hù)第三十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.零序過(guò)電流保護(hù)的靈敏度高2.受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響要小3.不受系統(tǒng)振蕩和過(guò)負(fù)荷的影響4.方向性零序電流保護(hù)沒(méi)有電壓死區(qū)5.簡(jiǎn)單、可靠?jī)?yōu)點(diǎn)：5、對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)第三十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.對(duì)短線路或運(yùn)行方式變化很大時(shí)，保護(hù)往往不能滿足要求2.單相重合閘的過(guò)程中可能誤動(dòng)3.當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)時(shí)，將使保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，且將增大第III段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間缺點(diǎn)：5、對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)第三十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一35kV電網(wǎng)10kV電網(wǎng)

6kV電網(wǎng)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)(小接地電流系統(tǒng))中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)第三十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中的高阻接地故障檢測(cè)一、高阻接地故障1、定義——電力線路通過(guò)非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)所發(fā)生的接地故障，這些介質(zhì)包括道路、土壤、樹(shù)枝或水泥建筑物。2、特點(diǎn)——非金屬導(dǎo)電介質(zhì)呈現(xiàn)高電阻特征，導(dǎo)致接地故障電流很小，而且故障呈現(xiàn)電弧性、間歇性、瞬時(shí)性特點(diǎn)，普通零序電流保護(hù)難以檢測(cè)。第三十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一針對(duì)高阻接地故障的保護(hù)1）零序反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)2）基于三次諧波電流或者三次諧波電流對(duì)系統(tǒng)電壓相位所構(gòu)成的保護(hù)3）利用采樣值突變量的保護(hù)第三十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一零序反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)為正常運(yùn)行情況下出現(xiàn)的不平衡電流整定值：動(dòng)作方程：為時(shí)間整定系數(shù)為流入繼電器的電流為繼電器的起動(dòng)電流第四十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四節(jié)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的接地保護(hù)在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，一般都允許再繼續(xù)運(yùn)行1～2個(gè)小時(shí)。要求保護(hù)能選出接地線路并及時(shí)發(fā)出信號(hào)，一般情況不需要跳閘。對(duì)人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于跳閘。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生兩相接地時(shí)，相間電流保護(hù)動(dòng)作切除故障線路。第四十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一多線路電容電流分布:第四十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一多線路電容電流分布:假設(shè)：忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路上的電壓降。全系統(tǒng)UA=0,A相對(duì)地電容電流為零，UB-D=UC-D=非故障線路I:，母線→線路故障線路II:線路→母線CBAC0fC01C0Ⅱ線路I線路II第四十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一A相接地時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)及向量圖XT0C0fIDC0ⅠC0Ⅱl1l2I0fI0fUd0IDI0f多線路單相接地的零序等值電路第四十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一結(jié)論：3.在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和，方向?yàn)閺木€路流向母線。1.發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)零序電壓；2.在非故障線路上有零序電流，其數(shù)值等于該線路本身的電容電流，方向?yàn)閺哪妇€流向線路。第四十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地保護(hù)（1）零序電壓保護(hù)（絕緣監(jiān)視裝置）絕緣監(jiān)視裝置是利用單相接地時(shí)出現(xiàn)的零序電壓，帶延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。該保護(hù)只能監(jiān)測(cè)出接地故障，但不能判別出是哪條線路的接地。為了找出故障線路，還需要由運(yùn)行人員依次短時(shí)斷開(kāi)各條線路，再以自動(dòng)重合閘糾正。當(dāng)斷開(kāi)某條線路時(shí)，零序電壓信號(hào)消失，即說(shuō)明該線路單相接地。第四十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一（2）零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)是利用故障線路的零序電流比非故障線路零序電流大的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性的保護(hù)。為了保證動(dòng)作的選擇性，零序電流保護(hù)的動(dòng)作電流Iset應(yīng)大于本線路的電容電流，即三、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地保護(hù)第四十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一（3）零序功率方向保護(hù)零序功率方向保護(hù)是利用故障線路和非故障線路的保護(hù)安裝處零序電流方向相反的特點(diǎn)構(gòu)成。用于零序電流保護(hù)不滿足要求和接線復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中。三、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地保護(hù)第五十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第五節(jié)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的接地保護(hù)第五十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障的特點(diǎn)單相接地時(shí)，電容電流分布圖第五十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一在中性點(diǎn)接入消弧線圈以后，單相接地時(shí)，通過(guò)接地點(diǎn)的總電流為電感電流與全系統(tǒng)總電容電流的向量和。即由于和的相位相差180°，因此將因消弧線圈的補(bǔ)償而減小。根據(jù)對(duì)電容電流補(bǔ)償程度的不同，可以分為完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。過(guò)補(bǔ)償方式?jīng)]有發(fā)生過(guò)電壓的危險(xiǎn)性。因而得到廣泛的應(yīng)用。第五十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一完全補(bǔ)償產(chǎn)生諧振過(guò)電壓，造成中性點(diǎn)電壓升高欠補(bǔ)償運(yùn)行方式變化（某元件檢修或切除時(shí)），仍可能引起諧振過(guò)電壓