第四章电网的电流保护和方向第一节介绍.ppt

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1、第四章第四章 电网接地故障的电网接地故障的 电流、电压保护电流、电压保护4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略接地故障是指导线与大地之间的不正常连接。接地故障是指导线与大地之间的不正常连接。单相接地故障占单相接地故障占高压线路总故障次数的高压线路总故障次数的70%以上，占以上，占配电线路故障次数的配电线路故障次数的80%以上。以上。绝大多数相间故障都是由单相接地故障发展而来的绝大多数相间故障都是由单相接地故障发展而来的，因此接地故障保护对电力线乃至整个电力系统的安全因此接地故障保护对电力线乃至整个电力系统的安全运行至关重要。运行至关重要。接地故障与中性点接地方式密切相关，

2、接地故障所表接地故障与中性点接地方式密切相关，接地故障所表现出来的故障特征和后果，危害完全不同，保护策略现出来的故障特征和后果，危害完全不同，保护策略也不相同。也不相同。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略一、中性点接地方式及接地故障种类一、中性点接地方式及接地故障种类 大电流接地系统又称有效接地系统；小电流接地系统大电流接地系统又称有效接地系统；小电流接地系统又称非有效接地系统。又称非有效接地系统。常用按照单相接地短路时接地电流的大小分为：常用按照单相接地短路时接地电流的大小分为：大电大电流接地系统和小电流接地系统流接地系统和小电流接地系统两类：两类：大电流接地方式大

3、电流接地方式中性点直接接地中性点直接接地中性点经小电阻接地中性点经小电阻接地小电流接地方式小电流接地方式中性点不接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略 大电流接地和小电流接地方式划分的国际标准大电流接地和小电流接地方式划分的国际标准：原理：接地点的零序综合电抗原理：接地点的零序综合电抗 比正序综合电抗比正序综合电抗 大得越多，则接地电流越小。大得越多，则接地电流越小。我国规定，当我国规定，当 时，属于小电流接地系统，时，属于小电流接地系统，否则属于大电流接地系统，有的国家把这个比例定位否则属于大电流接地系统，有的国家

4、把这个比例定位3.0。中性点采用哪种接地方式，主要取决于供电可靠性和中性点采用哪种接地方式，主要取决于供电可靠性和限制过电压两个因素。限制过电压两个因素。我国规定我国规定110kV及以上电压等级的及以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式，系统采用中性点直接接地方式，35kV及以下的系统采用及以下的系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可采用小电阻接地方式。采用小电阻接地方式。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略1.中性点直接接地系统中性点直接接地系统接地故障特点：接地故障特点：（1）接地故障发生时，接

5、接地故障发生时，接地点与大地，中性点地点与大地，中性点N，导线，导线形成短路通路，形成短路通路，故障相将有大故障相将有大短路电流流过。短路电流流过。（2）接地相电压降低，非接地相电压降低，非接地相电压几乎不变。接地相电压几乎不变。（3）接地相电流增大，非接地相电流增大，非接地相电流几乎不变接地相电流几乎不变对用户的影响：对用户的影响：这种接地方式这种接地方式对用户供电的可靠性最低。对用户供电的可靠性最低。保护对策：保护对策：断路器断路器须立即须立即动作切除故障，不考虑过动作切除故障，不考虑过电压问题。电压问题。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略2.中性点经小电阻接地系

6、统中性点经小电阻接地系统接地故障的特点接地故障的特点 中性点中性点N和地之间的电阻和地之间的电阻r限限制了故障相电流的大小，也限制制了故障相电流的大小，也限制了故障后过电压的水平。了故障后过电压的水平。接地后仍有数值较大的故障电接地后仍有数值较大的故障电流产生。流产生。保护对策：保护对策：断路器断路器须立即动作切除故障线路，须立即动作切除故障线路，同时也将同时也将导致对用户的供电中断。导致对用户的供电中断。国外应用较多，国内正开始应用，属于中性点有效接国外应用较多，国内正开始应用，属于中性点有效接地系统。主要应用于大城市电缆供电网络规模很大、接地地系统。主要应用于大城市电缆供电网络规模很大、接

7、地时电容电流太大，难以补偿的系统。时电容电流太大，难以补偿的系统。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略3、中性点不接地系统、中性点不接地系统接地故障特点接地故障特点（2）故障相非故障相都流）故障相非故障相都流过正常负荷电流；过正常负荷电流；（1）由于中性点）由于中性点 N不接地，不接地，没有短路电流通路；没有短路电流通路；（3）接地相电压降低，但线电压仍然保持对称。）接地相电压降低，但线电压仍然保持对称。保护对策：保护对策：可以短时不予切除。可以短时不予切除。所作操作：所作操作：查找并排除故障；或倒负荷。查找并排除故障；或倒负荷。（4）接地相电压降低，非接地相电压升高至

8、线电压，对）接地相电压降低，非接地相电压升高至线电压，对电气设备绝缘造成威胁。电气设备绝缘造成威胁。对用户的供电可靠性高。对用户的供电可靠性高。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略对地电容电流的影响对地电容电流的影响 容性电流在容性电流在接地故障点接地故障点将以电弧的形式出现将以电弧的形式出现，电弧，电弧高温会损坏设备，引起附件高温会损坏设备，引起附件建筑物燃烧，不稳定的电弧建筑物燃烧，不稳定的电弧燃烧还会引起弧光过电压，燃烧还会引起弧光过电压，造成非接地相绝缘击穿进而造成非接地相绝缘击穿进而发展成相间故障，导致断路发展成相间故障，导致断路器动作跳闸，中断对用户的器动作

9、跳闸，中断对用户的供电。供电。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略4、中性点经消弧线圈接地系统、中性点经消弧线圈接地系统接地故障特点接地故障特点（1）接地点出现零序电压，）接地点出现零序电压，消弧线圈中电流抵消容性电流，消弧线圈中电流抵消容性电流，消除或减轻电弧的危害。消除或减轻电弧的危害。（2）接地点）接地点不再有容性电弧电不再有容性电弧电流流或有很小的电容电流流过，或有很小的电容电流流过，接地故障仍可能存在；接地故障仍可能存在；接地相接地相电压降低，非接地相电压仍然电压降低，非接地相电压仍然很高很高，不允许长期接地运行不允许长期接地运行。4-1 电网接地故障种类及保

10、护策略电网接地故障种类及保护策略实际上，实际上，接地故障点的状况接地故障点的状况也将直接影响接地也将直接影响接地电流的大小和性质。电流的大小和性质。接地故障点可能是金属性接地，也可能是非金接地故障点可能是金属性接地，也可能是非金属性接地。属性接地。一般一般非金属接地非金属接地包括电弧接地，经树枝、杆塔包括电弧接地，经树枝、杆塔接地或者他们的组合接地；也包括高阻接地，接地或者他们的组合接地；也包括高阻接地，其特点是接地电流数值小，难以检测。其特点是接地电流数值小，难以检测。4-1 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略二、针对不同接地故障的保护方法二、针对不同接地故障的保护方法 1

11、、中性点、中性点有效接地系统有效接地系统发生接地故障后，须发生接地故障后，须快速检出快速检出并切除并切除发生接地故障的线路。发生接地故障的线路。接地故障的显著接地故障的显著特征特征：接地故障发生后出现零序电接地故障发生后出现零序电压和零序电流。压和零序电流。难点：难点：中性点经小电阻接地的系统发生了高阻接地中性点经小电阻接地的系统发生了高阻接地故障后，因为接地回路阻抗大，接地电流小，保护构成困故障后，因为接地回路阻抗大，接地电流小，保护构成困难。难。保护：保护：基于零序电流和零序电压的接地保护基于零序电流和零序电压的接地保护，灵敏性，灵敏性和快速性好。和快速性好。4-1 电网接地故障种类及保护

12、策略电网接地故障种类及保护策略 2、非有效接地系统发生单相接地故障后，除了、非有效接地系统发生单相接地故障后，除了出现零出现零序电压序电压外，外，接地电流接地电流普遍普遍较小较小或者或者根本没有根本没有，故障特征不，故障特征不明显。明显。保护的作用：保护的作用：在一般情况下都允许再继续运行在一般情况下都允许再继续运行12小时，小时，而不必立即跳闸，而不必立即跳闸，保护动作只给出报警信号，不需要立刻保护动作只给出报警信号，不需要立刻跳闸。跳闸。如中性点不接地的短线路（无分布电容，也无电容电如中性点不接地的短线路（无分布电容，也无电容电流）故障、消弧线圈完全补偿的中性点接地系统发生单相流）故障、消

13、弧线圈完全补偿的中性点接地系统发生单相接地故障等情况。此系统发生接地故障并不影响用户的正接地故障等情况。此系统发生接地故障并不影响用户的正常供电，对于系统的直接危害也较小。常供电，对于系统的直接危害也较小。故障选线：故障选线：运行人员必须及时知道发生了接地故障，运行人员必须及时知道发生了接地故障，是哪条线路发生的故障。是哪条线路发生的故障。4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护 1 1、在电力系统中发生接地短路时零序分量的特点、在电力系统中发生接地短路时零序分量的特点 零序分量参数的特点零序分量参数的特点

14、 (1)故障点的故障点的零序电压最高，零序电压最高，系统中距离故障系统中距离故障点越远处的零序点越远处的零序电压越低。电压越低。k(1).Uk0 4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护 (2)零序电流是由零序电流是由 产生的。产生的。零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中零序电流的分布，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。性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。零序分量参数的特点零序分量参数的特点1000零序电流和电压的向量图零序电流和

15、电压的向量图忽略回路电阻忽略回路电阻(纯电感纯电感)考虑回考虑回路电阻路电阻.Uk0 4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护 (3)故障故障线路线路零序功率方向实际上由线路流向母线。零序功率方向实际上由线路流向母线。零序分量参数的特点零序分量参数的特点 (4)A母母线线上上的的零零序序电电压压与零序电流的相位差与零序电流的相位差A母线上的母线上的零序电流与零序电压零序电流与零序电压之间的相位差之间的相位差只由只由 的阻抗角的阻抗角决定，决定，与被保护线路的零序阻抗与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。

16、及故障点的位置无关。(5)在在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。是不变的。和和 的变化，间接影响的变化，间接影响 。.Uk0 4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护1.1.零序电流瞬时速断零序电流瞬时速断(零序零序I段段)保护保护 零序电流速断保护的整定原则零序电流速断保护的整定原则(1)躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出躲开下一条线路

17、出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流现的最大零序电流 ，引入可靠系数，引入可靠系数 (一般取为一般取为1.21.3)(2)躲躲开开断断路路器器三三相相触触头头不不同同期期合合闸闸时时所所出出现现的的最最大大零零序序电流电流整定值应选取其中较大者整定值应选取其中较大者(如果使零序如果使零序I段带有段带有0.10.1s s的小的小延时，可以不考虑延时，可以不考虑(2)(2)。零序零序段的起动电流和下一条线路的零序电流段的起动电流和下一条线路的零序电流I段段相配相配合并高出一个合并高出一个 的时限。的时限。2.2.零序电流限时速断零序电流限时速断(零序零序段段)保护保护整定计算原则整定计

18、算原则二、中性点有效接地系统的接地保护二、中性点有效接地系统的接地保护.4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护有分支电路时有分支电路时 3I0l.M引引入入零零序序电电流流的的分分支支系数系数 之后之后当当变变压压器器T2切切除除或或中中性点改为不接地运行时性点改为不接地运行时k 4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保护保护保护保护(2)保保留留0.5s的的零零序序段段，同同时时再再增增加加一一个个按按第第(1)项项原原则整定的保

19、护；则整定的保护；v零序零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，应满足的最小零序电流来校验，应满足 的要求。的要求。灵敏性校验灵敏性校验v不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决：不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决：(1)使零序使零序段与下一条线路的零序段与下一条线路的零序段相配合，时限段相配合，时限再抬高一级，取为再抬高一级，取为l1.2 s；(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护(详见详见第三章第三章)。五、零序过电流五、零序过电流(零序零序段段)保护保护 整定计

20、算原则整定计算原则躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流 要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即 零零序序过过电电流流保保护护的的整整定定计计算算，必必须须逐逐级级配配合合，即即本本保保护护零零序序段段的的保保护护范范围围，不不能能超超出出相相邻邻线线路路上上零零序序段段的的保保护护范范围围。当当两两个个保保护之间具有分支电路时护之间具有分支电路时保护装置的灵敏系数，作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻保护装置的灵敏系数，作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最

21、小零序电流元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流(应考虑分支电应考虑分支电路使电流减小的影响路使电流减小的影响)来校验。来校验。2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护的零序电流及方向保护的零序电流及方向保护的零序电流及方向保护2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护动作时限动作时限 tPDlt12t3t4t5t6tt4(0)t

22、5(0)t6(0)在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限。护相比，将具有较小的时限。2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护七、方向性零序电流保护七、方向性零序电流保护 2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零

23、序电流及方向保护 当保护范围内部故障时，当保护范围内部故障时，超前于超前于 9501100，这，这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。11000静态继电器采用的接线静态继电器采用的接线 实际上广泛应用的接线实际上广泛应用的接线 2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护灵敏性校验灵敏性校验1.零序电压的特点零序电压的特点 越接近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没越接近故障点的

24、零序电压越高，因此零序方向元件没有电压死区。当故障点距保护安装地点很远时，由于保护有电压死区。当故障点距保护安装地点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能安装处的零序电压较低，零序电流较小，继电器反而可能不起动。不起动。2.灵敏性校验灵敏性校验作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算灵敏系数，并要求是灵敏系数，

25、并要求是 。2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图 2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护八、对零序电流保护的评价八、对零序电流保护的评价(l)l)灵敏度高，动作时限短。灵敏度高，动作时限

26、短。与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点：与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点：(2)(2)受系统运行方式变化的影响小受系统运行方式变化的影响小,灵敏度易于满足。灵敏度易于满足。(3)(3)零序保护不受系统不正常运行状态的影响。零序保护不受系统不正常运行状态的影响。(4)(4)在在110KV及以上的高压和超高压系统中，及以上的高压和超高压系统中，单相接地单相接地故障约占全部故障的故障约占全部故障的7090，而且其它的故障也往，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的，往是由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。就具有显著的优越性。

27、2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流保护的缺点：零序电流保护的缺点：(1)(1)对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求；统运行所提出的要求；(2)(2)随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆。则可能出现较大全相运行状态，再考虑

28、系统两侧的电机发生摇摆。则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；(3)(3)当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时(例如例如110KV和和220KV电网电网)，则任一网络的接地短路都将在另一网络中，则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第段

29、保护的动作时限。段保护的动作时限。在在中中性性点点直直接接接接地地的的电电网网中中，由由于于零零序序电电流流保保护护简简单单、经经济济、可靠，因而获得了广泛的应用。可靠，因而获得了广泛的应用。4-2 中性点有效接地系统中的接地中性点有效接地系统中的接地保保护护一、零序电压过滤器一、零序电压过滤器 三个单相式电三个单相式电压互感器压互感器三相五柱式三相五柱式接于发电机接于发电机中性点中性点对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开Ubp的影响。的影响。集成电路集成电路加法器加法器加法器不平衡电压不平衡电压Ubp：正常运行和电网相间短路时正常运行和

30、电网相间短路时2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护二、零序电流过滤器二、零序电流过滤器 电流互感器的电流互感器的等效电路等效电路不平衡电流的影响不平衡电流的影响1.三个电流互感器并联三个电流互感器并联不平衡电流不平衡电流2-3 中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路中性点直接接地电网中接地短路 的的的的零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护零序电流及方向保护2.零序电流

31、互感器零序电流互感器优点：没有不平衡电流，接线简单。优点：没有不平衡电流，接线简单。电缆用于电缆引出的送电线路用于电缆引出的送电线路正常运行或相间短路时一次电流正常运行或相间短路时一次电流发生接地短路时，一次侧出现零序电流发生接地短路时，一次侧出现零序电流人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。