1、繼電保護原理課件繼電保護原理課件第四節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護在中性點非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地時，由于接地電流很小，而且三相之間線電壓仍然保持對稱，對負(fù)荷供電沒有影響，因此，在一般情況下允許帶一個接地點繼續(xù)運行一段時間（1-2小時），不必立即跳閘。但是，在發(fā)生單相接地后，非接地的另外兩相對地電壓升高為3倍，為了防止擴大故障，保護應(yīng)及時發(fā)出信號，以便值班人員采取措施，及時解除故障。因此，在中性點非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地時，一般只要求繼電保護裝置能無選擇性地發(fā)出預(yù)告信號，不必跳閘。但對人身和設(shè)備的安全造成危險時，應(yīng)有選擇性地動作于斷路器跳閘。 第四節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)的接地

2、保護在中性點非直接接地電網(wǎng)第四節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護一、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點如圖5-13a所示為中性點不接地電網(wǎng)。為了分析方便，假定電網(wǎng)負(fù)荷為零，并忽略電源和線路上的電壓降，電網(wǎng)的各相對地電容C0相等。在正常運行時，中性點不接地電網(wǎng)中三相對地電壓是對稱的，中性點對地電壓為零，即UN=0。忽略電源和線路壓降，各相對地電壓為各相電勢。在三相對稱電壓作用下，產(chǎn)生三相電容電流也是對稱的，并超前對應(yīng)相電壓90，其向量圖如5-13b。由于三相對稱電壓和三相對稱容性電流之和都為零，所以電網(wǎng)正常運行時無零序電壓和零序電流。第四節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護一、中性點不接地電網(wǎng)單一

3、、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點設(shè)在A相線路上發(fā)生金屬性單相接地，則接地相對地電容C0被短路，中性點對地電位升至UN=-EA，線路各相對地電壓、母線上零序電壓分別為:一、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點設(shè)在A相線路上發(fā)生金屬中性點不接地系統(tǒng)單相接地短路電壓、電流的相量圖UAUBUCEBECEAU0U0U0IBICIB+ICIA=-（IB+IC）中性點不接地系統(tǒng)單相接地短路電壓、電流的相量圖UAUBUCE一、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點兩非故障相出現(xiàn)超前相電壓90的電容電流和，非故障相電流為IB 、IC。 接地點流回的接地電流： 故障線路始端的零序電流為零，即 對于單條線路，當(dāng)線路發(fā)

4、生單相接地時，流過故障線路的零序電流為零，所以零序電流保護不能反應(yīng)。用EPh表示相電勢的有效值，則IB、IC、IK的有效值為。一、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點兩非故障相出現(xiàn)超前相電單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布圖5-14（a）單側(cè)電源多線路電網(wǎng)的單相接地網(wǎng)絡(luò)電流分布IKC02IC2IB2IC3IB3III線路 IIC03ICGIBGCOGG單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布圖5-14（a）單1、非故障線路保護安裝處的各相電流及三倍零序電流對單側(cè)電源多線路電網(wǎng)，設(shè)線路WL3的A相接地短路，忽略負(fù)荷電流及電容電流在線路阻抗上的電壓降，則電網(wǎng)A相對地電壓均為零，各元件A相對

5、地電容電流為零，B相、C相對地電壓和電容電流升高 倍。各元件B相和C相對地電容電流通過大地、故障點、電源和本元件構(gòu)成回路。WL1上A相電流為零，B相和C相電流為本身的電容電流IB1和IC1，非故障線路始端反應(yīng)的零序電流從母線指向線路，可表示為：3IO1=IB1+IC1=-3CO1EA則非故障線路WL1上有效值為：3IO1= 3CO1Eph則非故障線路WL2上有效值為：3IO2= 3CO2Eph單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布1、非故障線路保護安裝處的各相電流及三倍零序電流對單側(cè)電源多3、故障線路保護處各相電流和三倍零序電流故障線路WL3上，流有它本身的電容電流 和 經(jīng)故障點要流回全電

6、網(wǎng)B相和C相對地電容電流的總和 即：其方向由線路指向母線，即故障線路始端A相電流IA3=-IK，IK的有效值為：IK=3C0EPh。2、發(fā)電機端的零序電流電源發(fā)電機G本身的B相和C相對地電容電流 和 。發(fā)電機端的零序電流為： 其有效值為： 單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布3、故障線路保護處各相電流和三倍零序電流2、發(fā)電機端的零序電3、故障線路保護處各相電流和三倍零序電流IK的有效值為：IK=3C0EPh。故障線路WL3始端的零序電流3I03為:其有效值為 ：3IO3=3Eph(C01+CO2+COG)= 3Eph(C0-CO3）單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布3、故障線路保

7、護處各相電流和三倍零序電流IK的有效值為：IK3、故障線路保護處各相電流和三倍零序電流在故障線路上的零序電流，其數(shù)值等于全電網(wǎng)非故障元件對地電容電流的總和，其方向由線路指向母線，恰好與非故障線路上的零序電流方向相反，滯后于零序電壓90。根據(jù)以上分析，可得出如下結(jié)論1.在中性點不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時，電網(wǎng)各處故障相對地電壓（金屬性故障）為零，非故障相對地電壓升高至電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)中出現(xiàn)零序電壓，其大小等于電網(wǎng)正常時的相電壓。(1)非故障線路保護安裝處，流過本線路的零序電容電流，其方向由母線指向非故障線路，超前零序電壓90(2) 故障線路保護安裝處，流過的是所有非故障元件的零序電容電流之和，數(shù)值

8、較大，其方向由故障線路指向母線，滯后零序電壓90(3)故障線路的零序功率與非故障線路的零序功率方向相反。單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地零序電流分布3、故障線路保護處各相電流和三倍零序電流在故障線路上的零序電二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護1、絕緣監(jiān)視裝置利用中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，電網(wǎng)出現(xiàn)零序分量電壓的特點，構(gòu)成絕緣監(jiān)視裝置，實現(xiàn)無選擇性的接地保護。為了找出故障線路，必須由值班人員順序短時斷開各條線路，并繼之以自動重合閘將斷開線路重新投入運行。當(dāng)斷開某一線路，零序電壓信號消失，說明該線路既是故障線路。二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護1、絕緣監(jiān)視裝置為了找出故障線二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保

9、護如圖所示，絕緣監(jiān)視裝置由一個過電壓繼電器接與三相五柱式電壓互感器二次側(cè)開口三角形繞組的輸出端。電壓互感器的二次側(cè)另一繞組接成星形，在它的引出線上接三只電壓表或一只電壓表加一個三相切換開關(guān)測量各相對地電壓。二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護如圖所示，絕緣監(jiān)視裝置由一個過二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護在正常運行時，電網(wǎng)三相電壓對稱，沒有零序分量電壓，所以三只電壓表讀數(shù)相等，過電壓繼電器不動作。當(dāng)電網(wǎng)母線上任一條線路發(fā)生金屬性單相接地短路時，接地相電壓變?yōu)榱悖撓嚯妷罕碜x數(shù)為零，而其它兩相對地電壓升高為原來的3倍，所以電壓表讀數(shù)升高。同時出現(xiàn)零序電壓，使過電壓繼電器動作，發(fā)出接地故障信號。值班人員通過

10、選線操作，找出故障線路，采取措施，轉(zhuǎn)移故障線路上的負(fù)荷，以便停電檢查。在電網(wǎng)正常運行時，由于電壓互感器本身有誤差以及高次諧波電壓存在，在TV開口三角形繞組輸出端有不平衡電壓輸出，因此，電壓繼電器的工作電壓要躲過這一不平衡電壓，一般取15V。二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護在正常運行時，電網(wǎng)三相電壓對稱二、中性點不接地電網(wǎng)的接地保護2、零序電流保護 利用單相接地時，故障線路零序電流大于非故障線路零序電流的特點，區(qū)分故障元件和非故障元件，構(gòu)成有選擇性的零序電流保護。根據(jù)需要可發(fā)出預(yù)告信號或作用于故障線路的斷路器跳閘。這種保護一般用在有條件安裝零序電流互感器的電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線上。二、中性點

11、不接地電網(wǎng)的接地保護2、零序電流保護 對于架空線路采用零序電流濾過器的接線方式保護裝置動作電流應(yīng)整定為: 可靠系數(shù)，如瞬時動作，取45；如保護延時動作，可取1.52； 正常負(fù)荷電流產(chǎn)生的不平衡電流；3I0其它線路接地時，本線路的三倍零序電流。對于電纜線路，可采用零序電流互感器接線方式，動作電流要按下式整定：靈敏系數(shù)按下式校驗： 式中 C0各線路每相對地電容總和的最小值； 3I0本線路單相接地時，流經(jīng)保護安裝處的三倍零序電流，它等于其它線路三倍零序電流之和，應(yīng)取最小值。或?qū)τ诩芸站€路采用零序電流濾過器的接線方式保護裝置動作電流應(yīng)整2、零序電流保護 在實用計算中可用經(jīng)驗公式計算各條線路本身的零序電

12、容電流：對電纜線路 ; 對架空線路流過故障點的零序電流為： 采用零序電流互感器時 采用零序電流濾過器時， 。顯然，只有在出線較多時，才能滿足保護的靈敏系數(shù)的 要求.在中性點不接地電網(wǎng)中，由于單相接地零序電流很小，所以對零序電流互感器和接地繼電器要求都很高，在機電型保護中，采用LJ型電纜式零序電流互感器與DD-11型接地電流繼電器配合使用，一次啟動電流可達(dá)5A以下。2、零序電流保護 在實用計算中可用經(jīng)驗公式計算各條線路本身的3、零序功率方向保護在中性點不接地電網(wǎng)中，當(dāng)出線較少情況下，非故障相零序電流與故障相零序電流差別可能不大，采用零序電流保護不能滿足靈敏性要求，這時可采用零序功率方向保護。零序

13、功率方向繼電器的最大靈敏角為90，采用正極性接入方式，接入3U0和3I0，功率方向元件采用正弦型功率方向繼電器KWD，動作方程為： 3、零序功率方向保護在中性點不接地電網(wǎng)中，當(dāng)出線較少情況下，圖5-16 小接地電流電網(wǎng)零序功率方向保護的工作原理接線及向量圖 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，故障線路的3I0滯后3U090 即 繼電器此時動作最靈敏，對于非故障線路，其3I0超前3U090，即 ，繼電器不動作，即實現(xiàn)了有選擇性的電流保護。 圖5-16 小接地電流電網(wǎng)零序功率方向保護的工作原理接線及向三、中性點經(jīng)消弧繞組接地電網(wǎng)的單相接地保護中性點不接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地時，流過故障點的電流為全電網(wǎng)零序電流

14、的總和。若這個電流數(shù)值很大，就會在接地點燃起電弧，引起間歇性弧光過電壓，造成非故障相絕緣破壞，從而發(fā)展為相間故障或多點接地故障，擴大事故。因此，當(dāng)22KV66KV電網(wǎng)單相接地時，故障點的零序電容電流總和若大于10A，10KV電網(wǎng)大于20A，3KV6KV電網(wǎng)大于30A，則其電源中性點應(yīng)采取經(jīng)消弧繞組（帶鐵芯的電感繞組）接地方式。三、中性點經(jīng)消弧繞組接地電網(wǎng)的單相接地保護中性點不接地電網(wǎng)中在零序電壓作用下，消弧繞組有一電感電流IL經(jīng)接地點流回消弧繞組。設(shè)消弧繞組的電感值為L，則電感電流為： 通過接地點的電容電流IK=IL-IC，IK為： 選擇電感L的大小，可使單相接地時流經(jīng)故障點的電容電流減小到零

15、，因此稱該電感為消弧繞組。由于接地電流很小，所以中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)也屬于小接地電流系統(tǒng)。三、中性點經(jīng)消弧繞組接地電網(wǎng)的單相接地保護在零序電壓作用下，消弧繞組有一電感電流IL經(jīng)接地點流回消弧繞中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的 三種補償方式根據(jù)消弧繞組對電容電流補償程度的不同，可以分為：（1）完全補償：使IK=IL-IC=0的補償方式。這種補償方式，正是滿足串聯(lián)諧振的條件 。使電源中性點對地電壓升高，這是不允許的。因此，實際上不采用完全補償方式。 （2）欠補償：使ILIC的補償方式，補償后接地點的電流仍然是容性的，當(dāng)系統(tǒng)運行方式改變時，例如某些線路因檢修被迫切除或因短路跳閘時，系統(tǒng)零序電容電流會減

16、小。致使可能得到完全補償。所以欠補償方式一般也不采用。（3）過補償：是使ILIC的補償方式。采用這種補償方式后，接地點殘余電流是感性的，這時即使系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變，也不會產(chǎn)生串聯(lián)諧振。因此這種補償方式得到了廣泛的應(yīng)用。中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的 三種補償方式根據(jù)消弧繞組對電容電四、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的接地保護由上述分析可知，在中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中，一般采用過補償方式運行，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時，無法采用零序功率方向保護來選擇故障線路，而且由于殘余電流不大，采用零序電流保護也很難滿足靈敏性要求。因此在這類電網(wǎng)中，實現(xiàn)接地保護很困難，需要采用其它原理構(gòu)成保護方式。 （一）反應(yīng)穩(wěn)態(tài)過程的

17、接地保護（1）采用絕緣監(jiān)視裝置。（2）零序電流保護。若中性點經(jīng)消弧繞組接地電網(wǎng)，發(fā)生單相接地時，補償后故障點的殘余電流較大，能滿足選擇性和靈敏性要求時，可以采用零序電流保護。（3）反應(yīng)接地電流有功分量的保護。（4）反應(yīng)高次諧波分量的保護。四、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的接地保護由上述分析可知，在中性四、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的接地保護（二）反應(yīng)暫態(tài)過程的接地保護根據(jù)理論分析和實驗結(jié)果可以得出中性點經(jīng)消弧繞組單相接地的暫態(tài)過程與中性點不接地系統(tǒng)單相接地的暫態(tài)過程相同。根據(jù)單相接地暫態(tài)過程的特點，可以構(gòu)成反應(yīng)暫態(tài)過程的接地保護，一般反應(yīng)暫態(tài)過程的接地保護方式有如下兩種：（1）反應(yīng)暫態(tài)電流幅值接地保

18、護。（2）反應(yīng)暫態(tài)零序分量首半波方向的接地保護，這種保護是應(yīng)用反應(yīng)暫態(tài)零序電流和零序電壓首半波方向原理構(gòu)成。但這些保護實際使用并不理想，目前還沒有完善的接地保護裝置應(yīng)用于中性點經(jīng)消弧線圈繞組的基地網(wǎng)上，有待進一步解決。四、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的接地保護（二）反應(yīng)暫態(tài)過程的接第五節(jié) 對電網(wǎng)接地保護的評價和應(yīng)用一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用在大接地電流系統(tǒng)中，采用三相完全星形接線的相間電流保護來保護接地短路時，與采用專門的零序電流保護來保護接地短路相比較，后者有較突出的優(yōu)點。 1）靈敏性高。相間短路的過流保護動作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，電流繼電器動作值一般57A，而零序過流保護，按

19、躲過最大不平衡電流來整定，一般0.51A。由于發(fā)生單相接地短路時，故障相的電流與三倍零序電流3I0相等，因此，零序過流保護的靈敏性高。對于電流速斷保護，因線路的阻抗X0=3.5X1，所以在線路始末端接地短路的零序電流的差別比相間短路電流差別要大很多，從而零序電流速斷的保護區(qū)要大于相間短路電流速斷的保護區(qū)。第五節(jié) 對電網(wǎng)接地保護的評價和應(yīng)用一、對大接地電流電網(wǎng)保護一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用2）延時時間短。對同一線路，因零序過電流保護的動作時限不必考慮與Yd接線變壓器后的保護的配合，所以，一般零序過電流保護動作時限要比相間短路過電流保護時限小。3）無時限電流速斷和限時電流速斷保護的保護范

20、圍受系統(tǒng)運行方式變化影響很大，而零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化影響很小，因為系統(tǒng)運行方式改變時，零序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變動比正序網(wǎng)絡(luò)小，一方面是線路零序阻抗遠(yuǎn)比正序、負(fù)序阻抗大，另一方面通過對變壓器中性點接地方式的靈活及合理確定，更是保證零序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定的重要因素。4）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩、短時過負(fù)荷等不正常運行情況時，零序電流保護不會誤動作，而相間短路電流保護可能誤動作，故必須采取措施予以防止。一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用2）延時時間短。一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用5）采用零序電流保護后，相間短路電流保護可采取兩相星形接線方式，并可和零序電流保護合用一組電流互感器，這樣即可節(jié)省設(shè)備投資，又能

21、滿足技術(shù)上要求，而且接線也簡單。6）結(jié)構(gòu)與工作原理簡單。零序電流保護以單一的電流量作為動作量，而且每段只需一個繼電器便可以對三相中的任一相接地故障做出反應(yīng)，因而使用繼電器數(shù)量少，回路簡單，試驗維護方便，容易保證整定實驗質(zhì)量和保持保護裝置經(jīng)常處于良好狀態(tài)，所以其動作準(zhǔn)確率高于其他復(fù)雜保護。在大電流接地系統(tǒng)中，零序電流保護得到廣泛應(yīng)用，因為在110kv及以上電壓系統(tǒng)中，單相接地故障占全部故障80-90%，而其他類型的故障也都是由單相接地引起的，所以采用專門的零序電流保護是十分必要的。一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用5）采用零序電流保護后一、對大接地電流電網(wǎng)保護的評價及應(yīng)用但是零序電流保護也存在一些缺點，如下：1）對于短線路或運行方式變化很大的電網(wǎng)，零序保護往往不能滿足系統(tǒng)運行所提出的要求，如保護范圍穩(wěn)定或由于運行方式的改變需要重新整定零序保護。2）隨著單相重合閘廣泛應(yīng)用，在綜合重合閘動作過程中將出現(xiàn)非全相運行狀態(tài)，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)的電機發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)很大的零序電流，因此影響零