继电保护课件PPT零序电流保护_图文

中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护

§3

电网接地故障的零序保护

§3-1 中性点接地方式及特点 ?直接接地 ? ?不接地 1、中性点接地方式 ? ? ? 非直接接地 ?经消弧线圈接地 ? ?经高阻接地 ? ? ?
2、单相接地故障时,不同中性点接地方式的特点

(1)中性点不接地系统 *无短路回路,无Id,只有经等效对地C形成的大容抗回路, 故障点只有较小的IC,允许系统继续运行1~2h,保护不需 跳闸,因此供电可靠性相对较高。 *故障相对地电压降低,但非故障相对地电压升高(若为金属 性接地故障,非故障相对地电压将由正常时的相电压升高 为线电压),因此对系统中设备的对地绝缘要求高。

(2)中性点直接接地系统
*有短路回路,有很大的Id,不允许系统继续运行,保护必须 立即切除故障,供电可靠性相对较低。

*由于中性点对地电压被钳制为0,则各相对地电压不会超过相 电压(或超过不多),因此系统中设备的对地绝缘要求不高。
3、不同中性点接地方式的应用特点

由于110kV以上系统,其设备费用将随着对地绝缘要求的提高 而大幅增加,因此我国规定110kV及以上系统采用中性点直 接接地系统(其供电可靠性可通过其他措施来保证,例如 采用双回线供电、环网供电等); 110kV以下系统采用中 性点非直接接地系统(不接地系统) 。
当中性点不接地系统中发生单相接地故障时,若故障点对地电 容电流IC大到一定程度,要求采取措施降低IC,则可在中性 点增设消弧线(或高阻)来降低IC 。

中性点直接接地电网(大接地电流系统): 变压器中性点直接接大地。
线

110kV及以上电网-中性点直接接地
66kV及以下电网 -中性点不接地或不直接接地 路

对于中性点直接接地电网,利用接地短路时出现很大零序 电流的特点,构成: (1)零序电流保护 (2)零序方向电流保护 正方向规定:零序电压:线路-大地 ;零序电流:母线-线路

一、接地短路时零序分量的特点
) (1( )1 零序电压
故障点最高,中性点最低

(2)零序电流
由故障零序附加电源Ud0 产生; 从故障点流向接地的 变压器中性点。

(3)零序功率 方向:线路→母线。 (4)零序阻抗角 ? ? ( ? I? ) Z 取决于ZB0 : U A0 0 B 1 .0

(5)运行方式变化
线路、中性点不变,零序网不变; 正负序阻抗变化间接影响零序(Ud1、 Ud2、Ud0 )

二、零序电压、零序电流的获取
1. 零序电压的获取
(1) 零序电压过滤器
A B C

? ?U ? ?U ? ?U ? 3U 0 a b c

Ua Ub 加法器

3U 0

TV
m n

Uc

? 。 电压互感器的二次侧开口三角输出零序电压 3 U 0
(2) 加法器 (3) 微机保护内直接利用程序 (4) 发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧

2.零序电流的获取
? ?I ? ?I ? ?I ? ? 3I ? (1)零序电流过滤器 I J a b c 0

接于相间保护电流互感器的中性线上。 不平衡电流:
? ?I ? ?I ? ?I ? I bp a b c ? ?I ? ) ? (I ? ?I ? ) ? (I ? ?I ? ) ]/ n ? [ (I A LA B LB C LC l ?? 1 ? ? ?I ? ) ( I LA ? I LB LC nl
? I 1
? I 2

? I L

原因:铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差别。 相间短路时不平衡电流达到最大值Ibp.max。 接地短路时3I0 相对很大。 I0
(2)零序电流互感器(电缆线路) ? ?I ? ?I ? ?I ? 一次电流: 3I
0 A B C

优点:无不平衡电流,接线简单

三、中性点直接接地系统的接地保护
中性点直接接地系统发生接地故障时产生很大的 零序电流,反应零序电流增大的保护成为零序保护。

零序电流保护可装设在上图中的断路器1和2处。 由于零序电流保护对单相接地故障具有较高的灵敏度。零序 电流保护是高压线路保护中必配备的保护之一。 高压线路保护(110kV及以上)配备的保护有: (1)零序(电流)保护;(2)距离保护;(3)高频保护

三段式零序电流保护
(1)零序电流速断保护(零序Ⅰ段) (2)零序电流限时速断保护(零序Ⅱ段) (3)零序过电流保护(零序Ⅲ段) 零序电流保护的起动电 流整定类似反映线电流的 电流保护。 必须基于故障零序电流 的计算,根据不同地点接 地故障时零序电流大小的 不同来整定。

1.零序电流速断保护(零序Ⅰ段)
整定原则:
(1)起动电流整定值

躲开(大于)本线路末端发生单相或两相接地故障可能出现 的最大零序电流 3 I0 . m a x 。

? ? Kk ? ? 3I 0.max I dz

K ?k 是零序Ⅰ段可靠系数,一般取1.2~1.3。
(2) 动作时限,一般为:

? ?0 t0
所以,零序Ⅰ段的保护范围仍为本线路首端一部分。

零序Ⅰ段整定起动电流时需考虑的特殊情况
(3)躲开断路器三相触头不同期合闸的最大零序电流3 I0. b t

? ? K k ? 3 I 0.bt I dz
如果有:K k

其中,K k 是大于1的可靠系数。

? ? 3 I 0. max ? 3 I 0.bt ? K k ? ? K k ? 3 I 0.bt I dz

则整定定值取为最大者,即

按以上原则(即条件3)所得定值一般较大,会使保护范围 缩小,灵敏度降低。此时可考虑使零序Ⅰ段带一小的延时 (0.1s)躲开不同时合闸时间,这时可不考虑按这一条件来 整定,只按照条件1进行整定。

零序Ⅰ段整定起动电流时需考虑的特殊情况

(4)采用单相自动重合闸(例如220kV及以上线路)时,还应

躲过非全相运行期间系统 ,发生振荡所出现的最大零序电流 3 I0. f q。 如果 3 I 0. fq ? I dz ? , I dz ? 是按上述2个条件整定的起动电流 则设立两个零序Ⅰ段,分别为:
灵敏Ⅰ段: (动作值小,灵敏度高)按 ( 1 )( 3) 条 件整定,非全相运行时退出 不灵敏Ⅰ段: (动作值大,灵敏度低)按(4)整定, 非全相运行时不退出

①系统全相运行时:

灵敏I段起作用
(单相故障时保护首次动作由灵敏I段切除)。 ②系统非全相运行时(保护已首次动作跳开故障相QF): 灵敏I段退出(即被闭锁),不灵敏I段起作用 (若ZCH重合于永久故障上,保护由不灵敏I段再次切除;

若不灵敏I段动不了,则只能由带延时的II段或后备保护
切除) 2、保护范围: 零序电流I段也不能保护本线路全长, 但保护范围比相间短路电流I段大 3、动作时限:tI≈0s

二、零序电流限时速断保护(零序电流II段)
1、整定原则:与下条线路的零序电流I段配合。 动作电流整定:躲开下条线路零序电流I段保护范围末 端接地短路时(即流过下条线路的零序电流刚好为其零 序电流I段整定值时)流过本保护的最大零序电流。

IIIdz.1=KkII· 3Id0.AB.max=KkII· IIdz.2 /Kfz.min KkII:取1.1~1.2; 分支系数Kfz=3Id0.BC/3Id0.AB,Kfz.min:Kfz可能的最小值。 动作时限:tII1=tI2+Δt≈Δt≈0.5s

2、校验灵敏度:

要求:Klm?1.5

(3Id0.bm.min:本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流)

若Klm不满足要求,采用以下方式解决: (1)本线路零序电流II段与下条线路的零序电流II段相配合:

IIIdz.1=KkII· IIIdz.2 /Kfz.min ; tII1=tII2+Δt≈2Δt≈1.0s
(2)保留0.5s的零序II段,并增加按(1)整定的零序电流II段

(3)改用接地距离保护

当被整定保护与被配合保护间有接地变压器时,考虑K 0 f z。

K 0. fz ?

X B10 ? X AB 0 ? X B 20 X B 20

X B10 ? X AB 0 ? 1? X B 20

三、零序过电流保护(零序电流III段)
1、整定原则:躲开下条线路出口处相间短路时所测的最大 不平衡电流:

IIIIdz=KkIII· 3I0.bp.max 实际整定:应考虑满足各级线路灵敏系数按逐级配合 的原则,即本保护零序电流III段的保护范围不超出下条 线路零序电流III段的保护范围,即本线路零序电流III 段与下条线路的零序电流III段配合: IIIIdz.1=KkIII· IIIIdz.2/Kfz.min (KkIII=1.1~1.2) 动作时限按“阶梯原则”配合. (保证各级线路保护的动作选择性)

由于零序电流不会穿越Y/?接线的变压器T,因此安装在

受端T上的零序电流III段保护可以瞬动,即零序电流III段
是以受端T为时限配合起点(相间短路电流III段是以整个电 网终端负荷支路为时限配合起点)。

∵ 零序网范围 < 正序网范围
∴ 零序电流III段动作时限 < 相间短路电流III段动作时限

2、校验灵敏度: 近后备: 要求:Klm ?1.5

远后备:

要求:Klm ?1.2

3Id0.bm.min:本线路末端接地短路时,流过本保护的最小零序电流。

3Id0.xm.min:下条线路末端接地短路时,流过本保护的最小零序电流。

3、对于220kV及以上的高压线路,当对后备保护的动作速度 要求较高时,本线路零序电流III段可采用与下条线路的零序

电流II段配合(在灵敏度满足要求的前提下):
IIIIdz.1=KkIII· IIIdz.2/Kfz.min ;tIII1=tII2+Δt≈2Δt≈1.0s 同时可增设与下条线路零序电流III段配合的零序电流IV段: IIVdz.1=KkIV· IIIIdz.2/Kfz.min ;tIV1=tIII2+Δt

四、方向性零序电流保护

分析: d1短路,保护3可能误动; d2短路,保护2可能误动。
措施:系统中有多个变压器中性点接地。 在可能误动的元件上装功率方向元件GJ0。 正方向:线路-母线; 反方向:母线-线路。

保护正方向接地短路时:

超前

:-(180? -Φd0)

则GJ0的最灵敏角应为:Φlm=-(180? -Φd0)
例如Φd0=70? ,则Φlm取为-110?

保护越靠近接地短路点,3U0越大, 则零序电流保护的GJ0不存在死区。

GJ0灵敏性校验:
(1)出口短路时 GJ0无电压死区 (2)远处故障时,可能不动,须校验灵敏性。

K lm

S min ? ? 1 .5 S dz

若保护越远离接地短路点,3U0↓、3I0↓, 则对于长线路,零序电流保护的GJ0需校验Klm: 近后备:Klm= 远后备:Klm= 要求:Klm ? 2 要求:Klm ? 1.5

(Sdz.0:GJ0的启动功率)

三段式零序电流保护原理接线:

3I 0

?

五、零序电流保护的评价和应用
相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地,但 零序电流保护有其优点。

优点:
1.零序过电流保护整定值小;灵敏度高,动作速度快
相间短路:按负荷电流整定,一般为5~7A;

零序电流保护:按躲开不平衡电流整定一般为2~3A。
故障相电流= 3 I 0
?

· 线路内部接地故障时,一侧零序I段动后,另一侧零序电流增加,
零序 I 段相继动作。

2.受运行方式变化的影响小
X0=2~3.5X1,因此零序电流变化曲线较陡,保护范围大且较稳定, 易满足灵敏系数的要求。

3.不受系统的对称性振荡和三相过负荷影响 4.单相接地故障发生的概率多

缺点:
1. 受线路长度变化的影响。 2. 受单相重合闸的影响大。 3. 对自耦合变压器联系的两个不同等级的电压网络,整定计算 复杂化。

§4-3

中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、

电流及方向保护 一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点 以线路II上A相金属性接地故障为例(忽略线路上阻抗压降)

1、零序电压:

? ?0 U AD ? ?E ? ?E ? U BD B A ? ?E ? ?E ? U
CD C

A

? ?E ? ?E ? ?0 又:E A B C ? ?U ? ?U ? ?U ? 则: 3U
0 AD BD

CD

? ?E ? ?E ? ?E ? ? ?3E ? ?E B A C A A

2、零序电流: 各元件对地电容电流:
?' ? I ? ?I ? ?I ? ? j?C (U? ? U? ? U? ) ? j?C 3U? 3I 0I AI BI CI I AD BD CD I 0 ?' ? j?C 3U? 3I 0II II 0 ?' ? j?C 3U ? 3I
0T T 0

各元件出口处所

测零序电流: * 非故障元件: ? ? 3I ?' ? j?C 3U ? 3I 0I 0I I 0
? ? 3I ?' ? j?C 3U ? 3I 0T 0T T 0

* 故障元件:
? ? ?(3I ?' ?3I ?' ) ? ? j?(C ? C )3U ? ? ? j?(C ? C )3U ? 3I 0 II 0I 0T I T 0 ? II 0

(CΣ:系统所有元件对地电容的总和)

3、结论:
? ? ?3E ? (1)系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 3U 0 A

(2)流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 ? 超前3I ? :-90? 方向:母线 ? 元件( 3U )
0 0

(3)流过故障元件的零序电流等于全系统所有非故障元件对地 电容电流的总和。
? 超前3I ? :90? 方向:元件 ? 母线( 3U ) 0 0

二、中性点不接地电网中单相接地的保护 1、绝缘监视装置

(1)系统正常及相间短路时:
UJ=Ubp<Udz.J 装置不动作。

(2)单相接地故障时(设A相接地):
全系统出现3U0=3EX (EX:相电压) UJ=3EX/nTV > Udz.J 装置延时动作于发信号。 * 此装置可确定故障相别, (UA=0,UB=UC= 3 EX ) * 但无法确定故障线路,无选择性。

需由运行人员手动依次短时拉开各线路QF加以判断(或
按接地检查按钮,短时跳开QF,再由重合闸重合),若接地 信号短时消失,则接地故障点位于本线路上。 (适用于要求不高,且出线少的变电所)

2、零序电流保护(有选择性保护)
系统正常及相间短路时:3I0≈0 其他线路单相接地时:3I0=ωCb· 3EX ∴ 保护整定动作电流:Idz=KK· ωCb· 3EX (小)

本线路单相接地时:3I0=ω(CΣ-Cb)· 3EX (大)

? (C ? . min? Cb) ? 3EX (C ? . min? Cb) 灵敏系数: Klm ? ? K K ?Cb ? 3EX K K Cb (出线越少→CΣ↓→Klm↓)
3、零序功率方向保护(有选择性保护)

系统正常及相间短路:3U0≈0 3I0≈0 GJ0不动 ? 超前3I ? :-90°GJ 不动 单相接地时的非故障元件:3U 0 0 0 ? 超前3I ? :90° GJ0动作 单相接地时的故障元件: 3U 0 0
保护中只有方向元件GJ0,无电流启动元件LJ→Klm↑

三、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点

1、零序电压:同中性点不接地电网 ? ? ?3E ? 系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 3U 0 A 2、零序电流: 消弧线圈L的作用:降低单相接地时故障点的接地电流。 故障点总电流:
? U ? ? ? ? ? (3?C ? 1 ) I d 0.? ? I C .? ? I L ? j?C? 3U 0 ? 0 ? jU 0 ? j?L ?L

三种补偿方式:

①完全补偿:3ωCΣ=1/(ωL) → IC.Σ=IL → Id0.Σ=0
但是在系统正常运行时,若线路三相对地电容不对称或断 路器三相触头不同时闭合将出现一个零序分量电压源串在回

路中→串联谐振→很大的谐振电流
→中性点过电压。 故不能采用完全补偿。 ②欠补偿:3ωCΣ>1/(ωL) → IC.Σ>IL 当系统运行方式变化时(例如某元件退出或被切除) →CΣ↓ → 3ωCΣ=1/(ωL) → 谐振过电压,不宜采用。 ③过补偿:3ωCΣ<1/(ωL)→IC.Σ<IL (广泛采用) 过补偿度 p=(IL–IC.Σ)/IC.Σ 一般选择 p = 5%~10%

过补偿系统中发生单相接地故障时:
* 流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 方向:母线 ? 元件 ? 超前3I ? :-90? 即 3U
0 0

* 流过故障元件的零序 电流等于全系统所有 非故障元件对地电容 电流的总和与消弧线圈上流过的电感电流的相量和。

即其值 = 本身对地电容电流+总电容电流的p倍 ? 超前3I ? :-90? 方向:母线 ? 元件,即 3U
0 0

可见:故障元件的零序电流其值与非故障元件的相近,方向 与非故障元件的一致。

可见,利用零序电流和零序方向无法区分故障元件和非故障

元件,故不能采用零序电流和零序功率方向构成有选择性的接
地保护。


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