1、电力系统继电保护,华中科技大学文华学院机电学部 2009,电气工程及其自动化专业课程,3.3 接地短路的电流电压保护,3.3.1 大接地电流系统中的多段式零序电流保护,大接地电流系统(中性点直接接地系统)中发生接地短路时,全系统都将出现零序电压和零序电流。,1.接地故障时，各零序分量的特点,故障点的零序电压最高,系统中距离故障点越远处的零序电压越低；,零序电流的分布,主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗,而与电源的数目和位置无关,对于发生故障的线路,两端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。,零序电流与零序电压之间的相位差取决于背后元件的阻抗角,而与被保护
2、线路的零序阻抗及故障点的位置无关,系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化 ，因而间接的影响零序分量的大小。,2.零序分量获取的方法,零序电流的获取方法,零序电流过滤器 零序电流互感器,零序电压的获取方法,为取得零序电流，可以采用三个电流互感器按图(a)的方式连接，三相电流互感器二次侧此时流入继电器中的电流为:,对正序或负序分量的电流，因三相相加后等于零，因此接地故障时流入继电器的电流为零序电流，即,零序电流过滤器 (Filters for Zero Sequence Current),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,零序电流过滤器 (Filters for
3、Zero Sequence Current),对于采用电缆引出的送电线路，还广泛采用零序电流互感器接线以获得3I0 ，如右图所示。它和零序电流过滤器相比，主要是没有不平衡电流，同时接线也更简单。,零序电流互感器,零序电压获取的方法,获取3U0零序电压的方法一般有以下四种： 将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组来获取 将三相五柱式电压互感器的二次绕组接成开口三角形绕组来获取 将电源中性点的电压互感器或消弧线圈接地，再在副方绕组中获取零序电压 利用加法器来获取零序电压,对正序、负序分量电压：,对零序分量电压：,零序电压过滤器 (Filters for Zero Sequence Vol
4、tage),躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流,躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流,零序电流速断(零序I段)保护 Zone 1 Protection of Zero Sequence Current,对于采用单相重合闸的线路，还应躲开非全相运行又发生振荡时出现的最大零序电流,灵敏I段：按原则1、2整定，取其中较大者为整定值 不灵敏I段：按原则3确定整定值；用于采用单相自动重合闸的线路。,零序电流速断(零序I段)保护 Zone 1 Protection of Zero Sequence Current,1、起动电流 与下一段线路的零序I段保护相配合,躲
5、开线路末端母线上变压器另一侧母线接地短路时流过本线路的最大零序电流,零序电流带时限速断(零序II段)保护 Zone 2 Protection of Zero Sequence Current,本线路末端接地短路最小零序电流,2、动作时限零序段的动作时限与相邻线路零序段相配合，动作时限一般取0.5秒。,3、灵敏度校验零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，即,在一般情况下是作为后备保护使用的,但在中性点直接接地电网中的终端线路上,它也可以作为主保护使用。,定时限零序过电流(零序III段)保护 Zone 3 Protection of Zero Sequence Curr
6、ent,起动电流：与下一段线路的零序II段保护相配合,若上述配合有困难，则为了零序电流保护III段之间在动作值上相互配合，应满足以下关系整定：,本线路末端三相短路时最大短路电流,电流互感器同型系数（0.5或1）,非周期分量系数（12）,电流互感器误差（0.1）,躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流 。,定时限零序过电流(零序III段)保护,动作时限：按阶梯原则来选择,可见：零序过电流保护与相间短路的过电流相比，具有较小的动作时限。,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。,灵敏度校验,下一线路末端发生接地故障时流过本保护的最
7、小零序电流,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3I0.min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,本线路末端发生接地故障时流过本保护的最小零序电流,3.3.2 方向性零序电流保护(Zero Sequence Current Directional Protection),同理，在D2点发生接地故障时，要求 t02t03,必须加装功率方向元件。,1、工作原理,在k1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足 t02t03,假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线路方向为正。
8、故障线路两侧零序电流的实际方向为负，零序功率为负，非故障线路远离短路点侧的零序电流也为负，近短路点侧零序电流的方向为正。这时须加装反应零序功率而动作的继电器。在K2点接地，只需满足t01t03 在K1点接地，只需满足t02t04 即可保证选择性。,1、工作原理,3.3.2 方向性零序电流保护,流经接地故障线路两侧的零序功率为负功率，功率继电器应该动作。,保护范围内部发生故障时，零序电流超前于零序电压95-110左右，此时继电器应该能正确动作，且工作在最灵敏状态，即功率方向继电器的最灵敏角在-105左右。但目前广泛应用的零序功率方向测量元件的最灵敏度角制成70 -85 ，故加入到零序功率方向测量
9、元件的Ur=-3U0，Ir=3I0,3.3.2 方向性零序电流保护,对零序电流保护的评价(Assessment of Zero Sequence Current Protection),优点,零序电流保护（一般为2-3A）比相间短路的电流保护(一般为5-7A)有较高的灵敏度 零序电流保护受系统运行方式变化的影响要相对较小 当系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡，短时过负荷等，不会误动 动作时限比相间短路的保护相对要小 零序方向元件无死区,对零序电流保护的评价(Assessment of Zero Sequence Current Protection),缺点 不能反映相间短路,3.2.
10、3 小接地电流系统中单相接地 故障的零序电压、电流及方向保护,中性点不接地电网中单相接地故障的特点,中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点(Characteristics of Single Phase Earth Fault in the Neutral Unearthed System),1、简单网络,在正常运行情况下,在A相接地时，各相对地的电压为：,1、简单网络,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点,结论：故障相电压为零，非为故障相对地电压升高原来 倍。,故障点k的零序电压为：,结论：故障点的零序电压大小Uk0与相电压U相等。,各相对地电
11、容电流为 ：,其有效值为IB= IC= EAc0= Uc0,1、简单网络,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点,从接地点流回的电流Ik为 ：,结论：从接地点流回的电流Ik为正常运行时，三相对地电容电流的算术和。,1、简单网络,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点,综上所述，可得如下结论：,（1）单相接地时，全系统都将出现零序电压和零序电流；,（2）在非故障线上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，方向为由母线流向线路且超前零序电压3Uo90；,(3)在故障线上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，方向为由线路流向母线，且滞后零序电压3Uo90；,一、中性点不接地电网中单相接
12、地故障的特点,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、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,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。,1、绝缘监视,二、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,思考：,如何判断接地线路？,1、绝缘监视,二、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,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
13、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Iop必须大于本线路的零序电容电流，即,二、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,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。,二、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,利用故障线路与非故障线路零序功率方向相反的特点。,二、中性点不接地电网中单相接地故障的保护方式,3、零序功率方向保护,思考题(Questions
14、)：,1、在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性？ 2、采用方向电流保护时，什么情况下会出现死区？ 3、不同的输电线路阻抗角是不同的，为什么功率方向继电器内角采用30或45，就能保证在不同阻抗角下使继电器工作在较灵敏状态？ 4、按90接线的功率方向继电器在三相短路和两相短路时，会不会有死区？为什么？,思考题(Questions)：,5、什么是功率方向继电器的内角？当=40时，最灵敏角lm等于多少？ 6、功率方向继电器能单独用作保护吗？为什么? 7、电网方向过电流保护动作时限的配合及方向元件的装设应遵守什么原则？ 8、相间方向电流保护中，功率方向继电器一般使用的内角为多少度？采用90接线方式有什么优点？ 9、中性点直接接地电网中，接地短路的特点及保护方式是什么？,10、在大接地电流系统中，发生接地短路时，零序分量与正序分量的主要区别有哪些？ 11、零序功率方向元件有没有死区？为什么？ 12、试比较零序功率方向电流保护与相间短路的方向电流保护的优缺点。 13、在小接地系统中，如何从绝缘监察装置的仪表指示中判断接地相？又用什么办法可以判断接地线路？,思考题：,
