《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》教案

1、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》教案,§1 緒論,§1-1 繼電保護(hù)的作用一、故障及不正常運行狀態(tài) ┌ Id↑ 危害 ┌ 故障元件 故 障 → │ U ↓ ---→ │ 非故障元件 (各種短路) └ f ? │ 用戶 └ 電力系統(tǒng) ┌過負(fù)荷

2、 不正常運行狀態(tài)→│過電壓 危害 ┌元件不能正常工作 │f↓ ---→ │長時間將損壞設(shè)備 └系統(tǒng)振蕩 └發(fā)展成故障二、繼電保護(hù)的任務(wù) ┌故障時：自動、快速、有選擇性地切除故障元件,保證非故障系統(tǒng)事故→│ 部分恢復(fù)正常運行。 └ 不正常運行時：自動、及時、有選擇地動作

3、于信號、 減負(fù)荷或跳閘,§1-2 繼保的基本原理和保護(hù)裝置的組成一、反應(yīng)系統(tǒng)正常運行與故障時電氣元件（設(shè)備）一端所測基本參數(shù)的變化而構(gòu)成的原理（單端測量原理，也稱階段式原理）,運行參數(shù)：I、U、Z∠φ 反應(yīng) I↑→過電流保護(hù) 反應(yīng) U↓→低電壓保護(hù) 反應(yīng) Z↓→低阻抗保護(hù)(距離保護(hù)),二、反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流相

4、位和功率方向的差別而構(gòu)成的原理（雙端測量原理，也稱差動式原理）,以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：保護(hù)處母線→被保護(hù)線路規(guī)定電壓正方向：母線高于中性點1、外部d1點短路時： 2、內(nèi)部d2點短路時： (包括正常運行時),利用以上差別，可構(gòu)成差動原理保護(hù)。 如：縱聯(lián)差動保護(hù)； 方向高頻保護(hù)； 相差高頻保護(hù) 光纖差動保護(hù)

5、等。三、保護(hù)裝置的組成部分 ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐ 輸入─→│測量│─→│邏輯│─→│執(zhí)行│─→ 輸出信號 └──┘ └──┘ └──┘ 信號 ↑ └ 整定值,§1-3 對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求一、選擇性：保護(hù)裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安

6、全運行。,d3點短路：6動作：有選擇性； 5動作：無選擇性 如果6拒動，5再動作：有選擇性(5作為6的遠(yuǎn)后備保護(hù)) d1點短路：1、2動作：有選擇性； 3、4動作：無選擇性后備保護(hù)（本元件主保護(hù)拒動時）： (1)由前一級保護(hù)作為后備叫遠(yuǎn)后備. (2)由本元件的另一套保護(hù)作為后備叫近后備.,二、速動性：故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障

7、。 (快速保護(hù):幾個工頻周期，微機(jī)保護(hù)：30ms以下)三、靈敏性：保護(hù)裝置對于其應(yīng)保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護(hù)不該動作情況與應(yīng)該動作情況所測電氣量相差越大→靈敏度↑） 一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量靈敏度四、可靠性：不拒動、不誤動。 （主保護(hù)對動作快速性要求相對較高； 后備保護(hù)對靈敏性要求相對較高）,§2 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù),§2-1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)

8、反映相間短路的電流保護(hù)一、過電流繼電器1、基本符號及特性參數(shù) 動作過程： IJ↑→Mdc↑→Mdc≈>Mth+Mm →舌片開始動作 ┌ Mdc↑↑┐動作過程中：δ↓→│ │→舌片加速動作( Mdc =K·(IJ /δ) 2 ) └ Mth ↑ ┘動作終止時出現(xiàn)剩余力矩： ΔM = Mdc-Mth （有利于接點可靠閉合）,（主要用于35KV及以

9、下線路）,動作電流Idz.J：能使繼電器剛好動作的最小電流值。返回過程： IJ↓≈< Idz.J時，由于剩余力矩ΔM 的存在，暫時還不能返回； IJ↓↓→Mdc↓→ Mdc≈< Mth-Mm →舌片開始返回 ┌ Mdc↓↓┐返回過程中：δ↑→│ │→舌片加速返回

10、 └ Mth ↓ ┘返回終止時出現(xiàn)剩余力矩：ΔM ’= Mth- Mdc （有利于接點可靠斷開）返回電流Ih.J：能使繼電器剛好返回的最大電流值。,過電流繼電器 表示符號： 繼電器的返回系數(shù)：繼電特性：無論起動或返回，繼電器J的動作都是明確干脆的， 不會停留在某個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。過量繼電器（

11、保護(hù)）：反映電氣量上升而使保護(hù)動作 的繼電器(保護(hù))，Kh12、集成電路型過電流繼電器（晶體管型：略）,3ms延時：防止干擾信號引起的誤動(干擾持續(xù)時間一般<1ms)12ms展寬：使輸出動作信號展成連續(xù)高電平。,二、電流速斷保護(hù)（電流I段）電流速斷保護(hù)：瞬時動作的電流保護(hù)。1、整定計算原則(1) 短路特性分析： 三相短路時d(3),流過保護(hù)安裝處的短路電流：,Zd (?)↑ → Id↓,曲線max：系統(tǒng)最大運

12、行方式下發(fā)生三相短路情況。曲線min：系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路情況。（線路上某點兩相短路電流為該點三相短路電流的 倍）,(2) 動作電流整定原則：按躲開下條線路出口（始端）短路時流過本保護(hù)的 最大短路電流整定（以保證選擇性）： IIdz.1 > I(3)d.B.max IIdz.2 > I(3)d.c.max ?。篒Idz.1= KkI·I(3)d

13、.B.max IIdz.2= KkI·I(3)d.C.max（可靠系數(shù)：KkI = 1.2～1.3）,(3) 靈敏性校驗該保護(hù)不能保護(hù)本線路全長，故用保護(hù)范圍來衡量：?max：最大保護(hù)范圍.?min：最小保護(hù)范圍.校驗保護(hù)范圍：（?min/ L）·100% ? 15% ～ 20%,2、電流速斷保護(hù)的評價 優(yōu)點：動作迅速(主要優(yōu)點),簡單可靠。 缺點：不能保護(hù)本線路全長（主要缺點），

14、 直接受系統(tǒng)運行方式的影響， 受線路長度的影響。,三、限時電流速斷保護(hù)（電流II段） 限時電流速斷保護(hù)：以較小的動作時限切除本線路全線范圍內(nèi)的故障1、動作電流的整定：與下條線路的電流I段配合。 即：保護(hù)范圍延伸到下條線路，但不超出下條線路電流I段保護(hù)范圍的末端。 即：躲開下條線路電流I段保護(hù)范圍末端短路時（即流過下條線路的短路電流剛好為其電流I段整定值時），流過本保護(hù)的最大短路電流。 IIIdz

15、.1= KkII·IIdz.2 = KkII·KkI·I(3)d.C.max 可靠系數(shù)： KkII = 1.1～1.2（Id中非周期分量已 衰減，故比KkI稍?。?2、動作時限的配合 為保證本線路電流II段與下條線路電流I段的保護(hù)范圍重疊區(qū)內(nèi)短路時的動作選擇性，動作時限按下式配合： tII1=tI2+?t≈?t （?t: 0.35s～0.6s,一般取

16、0.5s）3、保護(hù)裝置靈敏性的校驗 對于過量保護(hù),靈敏系數(shù)：（電流保護(hù)的故障參數(shù)計算值：系統(tǒng)最小運行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時，流過本保護(hù)的最小短路電流）,對保護(hù)1的電流II段：Klm= 要求：Klm ? 1.3～1.5 若Klm不滿足要求，可繼續(xù)延伸保護(hù)范圍使得：IIIdz.1= KkII·IIIdz.2 (與下條線路的電流II段保護(hù)配合）同時進(jìn)一步提高時限：tII1

17、=tII2+?t≈2?t （保證重疊區(qū)內(nèi)故障的動作選擇性）四、定時限過流保護(hù)（電流III段，主要作為后備保護(hù)，對靈敏性要求高）1、動作電流的整定原則 按躲開流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流來整定：IIIIdz > Ifh.max,實際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時電動機(jī)的自啟動過程中，保護(hù)要能可靠地返回，則要求：IIIIh > Izq.max= Kzq·Ifh.max (電動機(jī)負(fù)荷自啟動系數(shù)Kzq

18、> 1) 又：IIIIh = Kh·IIIIdz （繼電器返回系數(shù)Kh <1）,（可靠系數(shù)KkIII取：1.15～1.25）2、按選擇性要求確定過流保護(hù)動作時限 為保證動作選擇性，動作時限按“階梯原則”整定:tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+?t,對定時限過流保護(hù)，當(dāng)故障越靠近電源端時，此時短路電流Id越大,但過流保護(hù)的動作時限反而越長 ——— 缺點∴ 定時限過流保

19、護(hù)一般作為后備保護(hù)，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護(hù)。3、定時限過流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(1) 作為本線路主保護(hù)或近后備時，按本線路末端短路流過本保護(hù)的最小短路電流來校驗： 要求 Klm ? 1.3～1.5,(2) 作為遠(yuǎn)后備時（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端 短路流過本保護(hù)的最小短路電流來校驗： 要求Klm

20、 ? 1.2(3) 要求各保護(hù)之間Klm互相配合對同一故障點，越靠近故障點的保護(hù)，其Klm要求越大 Klm.1 IIIIdz.2 > IIIIdz.3 > … (單側(cè)電源輻射網(wǎng)，此條件自然滿足),五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評價(1) 電流I段：由動作電流的整定來保證動作選擇性，按躲開某點的短路電流整定，動作迅速（無時限），但不能保護(hù)本線路全長，作為主保護(hù)的一部分。(2) 電流II段：由動

21、作電流整定與時限配合來保證動作選擇性，動作電流按躲開某點的短路電流整定，能保護(hù)本線路全長，動作時限較小，作為主保護(hù)的另一部分（電流I段的補充）(3) 電流III段：由動作時限的配合來保證動作的選擇性，動作電流按躲開負(fù)荷電流整定，其值較小，靈敏度較高，然而動作時限較長，且越靠近電源短路，動作時限反而越長，一般作為后備保護(hù)，但是在電網(wǎng)終端可作為主保護(hù)。,六、電流保護(hù)的接線方式 LJ —(接線)— TA1、兩種常用的接線方式(1)

22、三相星形 (2) 兩相星形各相LJ出口采用“或”邏輯。繼電器動作電流 Idz.J=Idz/nTA 2、兩種接線方式的性能分析比較(1) 對中性點接地或不接地網(wǎng)中各種相間短路兩種接線方式 均能正確反映這些故障.,(2) 對中性點非直接接地網(wǎng)中的異地兩點接地短路 （不同線路上兩點接地）∵這種電網(wǎng)允許帶一個接地點繼續(xù)運行,① 串聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線能保證只切除后一接地點兩相星形接

23、線只能保證2/3的機(jī)會切除后一接地點,② 并聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線：若保護(hù)1，2時限相同，則兩接地點將同時被切除，擴(kuò)大了停電范圍。兩相星形接線：即使保護(hù)1，2時限相同（例如皆由I段動作，或皆由II段動作），也能保證有2/3的機(jī)會只切除任一條線路。,(3)作為Y/?接線變壓器后面短路的遠(yuǎn)后備保護(hù)的接線方式 Y/?-11接線T：正序： ?側(cè)超前Y側(cè)30° 負(fù)序： ?側(cè)落后Y側(cè)30

24、6; 現(xiàn)以Y/?-11接線的降壓變壓器為例：,假設(shè)低壓側(cè)（?側(cè)）發(fā)生AB兩相短路：,∴兩相星形的Klm比三相星形降低一半 提高兩相星形接線Klm的方法：在兩相星形的中線上再接一個繼電器3LJ. ∵兩相短路時有：,∴3LJ中的電流: ∴ I3LJ反映了IB ? Klm↑,3、兩種接線方式的應(yīng)用(1)三相星形：接線復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)，但可提高保護(hù)動作的可靠性與靈敏性，廣泛用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重元件以及110kV以上高壓線路

25、的保護(hù)中。(2)兩相星形：接線簡單、經(jīng)濟(jì)，廣泛用于各種電網(wǎng)中反映相間短路的110kV以下中、低壓線路的電流保護(hù)中。（電網(wǎng)中所有采用兩相星形接線的保護(hù)都應(yīng)裝在相同的兩相上，一般為A、C相）,七、三段式電流保護(hù)接線圖1、原理圖 以二次元件為 整體繪制。2、展開圖 以二次回路為 整體繪制。 交流回路 直流回路,,,§2-2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)一、方向性問題的提出（以雙側(cè)電源電網(wǎng)為例）,E1單獨

26、供電：由保護(hù)1、3、5起線路保護(hù)作用E2單獨供電：由保護(hù)6、4、2起線路保護(hù)作用E1、E2同時供電：（以B母線兩側(cè)保護(hù)2,3為例）假設(shè)：┌ 電流I段保護(hù)： IIdz.3>IIdz.2 └ 電流III段保護(hù)：tIII3>tIII2 d1點短路時（要求：2動作，3不動），雖然此時可能滿足選擇性（3不誤動）； 但若出現(xiàn)d2點短路，則：2誤動 → 非選擇性動作。,規(guī)定保護(hù)正方向：保護(hù)安裝處

27、母線 → 被保護(hù)線路分析可知： 被保護(hù)線路正方向短路時：保護(hù)不會出現(xiàn)誤動； 反方向短路時：由對側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護(hù)誤動作，此時的功率方向：線路 → 母線 為防止保護(hù)誤動,增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動保護(hù)上) ┌ 正方向（母線 → 線路）：GJ動作啟動保護(hù) 短路點位于│ └ 反方向（線路 → 母線）：GJ不動閉鎖保護(hù)

28、 增設(shè)GJ后,雙側(cè)電源網(wǎng)可以按單側(cè)電源網(wǎng)的三段電流保護(hù)進(jìn)行配合 。,二、GJ的工作原理 保護(hù)1上裝設(shè)GJ 假設(shè)GJ接線方式為： 加入GJ的電壓： ——相電壓（以相應(yīng)相母線高于中性點N為正極性） 電流 ——相電流（以母線流向線路為正極性）。則：d1點三相短路時： d2點三相短路時：設(shè)計一個直線動作邊界： 當(dāng)正方向短路時位于動作區(qū)，GJ動作 當(dāng)反方向短路

29、時位于非動作區(qū)，GJ閉鎖 （注：若GJ的接線方式或短路類型變化，則正向短路時 與 的相位差將變化，因此GJ的動作邊界應(yīng)可調(diào)整）,1、相位比較式GJ相位比較器： 兩輸入量： 動作條件： （銳角型） 或 （鈍角型）相位比較式GJ： 兩輸入量：（其中 —— GJ的內(nèi)角） 動作條件：,其功率表示形式為： 調(diào)? → 調(diào)GJ的動作邊界

30、當(dāng) 超前 的角度： 時： 垂直于動作邊界，位于動作范圍的正中央，GJ動作最為靈敏可靠，此時的 稱為GJ的最靈敏角 ， 可見 2、幅值比較式GJ幅值比較器：兩輸入量：動作條件：,幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：若?。?則：① 當(dāng)相位比較器位于動作區(qū)，即： 即幅值比較器也位于動作區(qū)② 當(dāng)相位比較器位于非動作區(qū)，

31、即： 即幅值比較器也位于非動作區(qū)∴當(dāng)滿足： 時（ 為任意相量），幅值比較器與銳角型相位比較器具有相同的動作特性。（幅值比較器與鈍角型相位比較器的互換關(guān)系為： ),幅值比較式GJ：兩輸入量： 則兩比較量： 其特性與相位比較式GJ完全相同。 三、集成電路型GJ 1、相位比較式原理分析：相位比較 → 時間比較 當(dāng)

32、 時： 的持續(xù)時間>5ms。（當(dāng)夾角為鈍角時，相應(yīng)持續(xù)時間<5ms）,2、集成電路型GJ 具體構(gòu)成:3、GJ的動作特性 理想GJ動作條件: －90º0實際GJ: 起動電壓Udz.J.min：電壓回路形成方波電壓U3所需最小電壓。 起動電流Idz.J.min：電流回路形成方波電壓U4所需最小電流。,當(dāng)線路正向出口附近故障使：

33、 UJ < Udz.J.min時， GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū) （由于故障時電流IJ較大，不存在電流死區(qū)）。 GJ的“潛動”問題： 在只加電壓UJ或只電流加IJ時，GJ就能動作。 （零點飄移造成，是不利因素） 集成電路GJ采用“同為正”及“同為負(fù)”的持續(xù)時間皆大于5ms的“與”門輸出來消除“潛動”，但同時也就增大了死區(qū)。四、相間短路GJ的接線方式 要求：(1)正方向任何相間故障: GJ動

34、作 反方向任何相間故障: GJ不動 (2)加入GJ的UJ、IJ應(yīng)盡量大, 且使正向故障的ΦJ →Φlm,90º接線方式: 線路正方向各種相間短路時,90º接線方式的工作情況分析：1、正方向三相短路∵三相完全對稱∴以GJA為例分析(GJB、GJC相同): （Φd：線路阻抗角）當(dāng)

35、Zd → 0時，UJ → 0 < Udz.J.min ，GJ拒動，存在死區(qū)。為使GJ動作靈敏，應(yīng)盡量使Φlm→ -(90º-Φd), 即:?→(90º-Φd),2、正方向兩相短路以BC兩相短路為例分析：A相為非故障相，Ifh方向不定，故GJA動作情況不定（但由于IA＝Ifh很小，A相電流元件LJA不起動，則不需考慮GJA）分析故障相方向元件GJB、GJC的情況：,(1) d(2)點位于保護(hù)安

36、裝處附近（Zd<<ZS，Zd≈0）,(2) d(2)點遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處（Zd>>ZS）,同理可分析AB、CA兩相短路的情況 3、結(jié)論：① 在線路正方向各種相間故障情況下,故障相GJ的ΦJ是在以-(90º-Φd)為中心左右偏離不超過30º的范圍內(nèi)。（反方向各種相間故障時,故障相GJ的ΦJ是在以180º-(90º-Φd)=90º+Φd為中心左右偏離不超過

37、30º的范圍內(nèi)）,② 對三相短路存在死區(qū)（保護(hù)安裝處正向出口附近），但對各種兩相短路不存在死區(qū)（UJ中包含非故障相電壓，其值較大）。,③ 若線路阻抗角為Φd，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使： Φlm → -(90º-Φd) 即：?→(90º-Φd) ④ 功率方向元件GJ與電流元件LJ應(yīng)采用按相啟動原則(即相應(yīng)相的GJ與相應(yīng)相的LJ相“與”后作為該相出口，然后各相出口再相“或”輸出）。⑤ 只需采用兩個方向

38、元件（一般接于A，C相）即可反映各種相間短路的正、反方向。⑥ 三相短路的死區(qū)，對于動作速度要求不高的線路可由前級線路的保護(hù)作為遠(yuǎn)后備來切除；對動作速度要求高的線路可利用記憶作用來消除死區(qū)（由于故障前的電壓UJ[0]與故障后的電壓UJ同相，故可用UJ[0]代替UJ與電流IJ比相，而UJ[0]的值較大，無死區(qū)）,4、方向性電流保護(hù)原理接線圖,五、多電源網(wǎng)中電流保護(hù)整定的特點1、電流I段的特殊整定方法由電流I段保護(hù)整定原則：IIdz

39、.1>I(3)d1.max；IIdz.2>I(3)d2.max若取：IIdz.1=IIdz.2= KkI·Max{I(3)d1.max，I(3)d2.max}則d1點及d2點短路，保護(hù)1、2皆不會動作。即保護(hù)的反方向短路皆不誤動，故保護(hù)1、2皆不需裝設(shè)GJ。 但這樣整定后，原整定值較小的保護(hù)由于其整定值提高→保護(hù)范圍↓（靈敏度↓），所以必須在最小保護(hù)范圍滿足要求的前提下，才可采用這種整定方法。,2、分

40、支電路對電流II段整定的影響分支系數(shù)：(1)助增電流的影響 保護(hù)2的電流I段的保護(hù)范圍末端M短路（即IBC=IIdz.2時），流過保護(hù)1的電流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz ∴ IIIdz.1=KkII·IAB=KkII·IIdz.2/KfzKfz的求?。?(2)外汲電流的影響 IIIdz.1=KkII·IAB= KkII·IIdz.2/Kfz (

41、3) 根據(jù)實際可能的多種運行方式，在電流II段整定時Kfz應(yīng)按可能的最小值考慮。 六、方向元件GJ的裝設(shè)原則 ∵GJ存在死區(qū)，∴一般只在必須裝GJ的保護(hù)上裝設(shè)GJ。 GJ裝設(shè)原則：(1)所有負(fù)荷支路（對側(cè)無電源的支路）上不裝設(shè)GJ。,(2)電流I段：在保護(hù)反方向短路時，若流過保護(hù)的短路電流大于保護(hù)整定值，則該保護(hù)上必須裝GJ。 在雙端電源的某線路兩端的保護(hù)中，整定值較小的保護(hù)上必須裝GJ，整定值較大的保護(hù)上可

42、不裝GJ。例如IIdz.1>IIdz.2，則IIdz.1>I(3)d2.max,則保護(hù)1反方向短路不會誤動。 若電流I段采用特殊整定方法（線路兩端保護(hù)整定值相同），則兩端保護(hù)皆可不裝GJ。(3)電流II段：在該保護(hù)反方向線路的電流I段保護(hù)范圍末端以外發(fā)生短路時，若流過該保護(hù)的短路電流大于保護(hù)整定值，則該保護(hù)上必須裝GJ。,在雙端電源的某線路兩端的保護(hù)中，整定值較小的保護(hù)上必須裝GJ，整定值較大的保護(hù)上可不裝G

43、J。例如IIIdz.1>IIIdz.2,則有IIIdz.1>IIdz.3,即保護(hù)1電流II段反方向保護(hù)范圍不超過保護(hù)3電流I段保護(hù)范圍，即保護(hù)1反方向保護(hù)范圍內(nèi)短路將由保護(hù)3的電流I段動作，而保護(hù)1的電流II段不會誤動）。 (4)電流III段：在某一母線各側(cè)有源支路的保護(hù)中，動作時限唯一最長的保護(hù)上可不裝GJ，其余的必須裝GJ（考慮到誤差，一般要求比其他保護(hù)動作時限長?t以上）。 例如保護(hù)1動作時限唯一最長，

44、則其反方向短路時皆由其他保護(hù)先動作跳閘，而保護(hù)1不會誤動。,§3-1 中性點接地方式及特點 1、中性點接地方式 2、單相接地故障時，不同中性點接地方式的特點 (1)中性點不接地系統(tǒng) *無短路回路，無Id，只有經(jīng)等效對地C形成的大容抗回路，故障點只有較小的IC，允許系統(tǒng)繼續(xù)運行1~2h，保護(hù)不需跳閘，因此供電可靠性相對較高。 *故障相對地電壓降低，但非故障相對地電壓升高（若為金屬性接地故障，非故障相對地電壓將

45、由正常時的相電壓升高為線電壓），因此對系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求高。,§3 電網(wǎng)接地故障的零序保護(hù),(2)中性點直接接地系統(tǒng) *有短路回路，有很大的Id，不允許系統(tǒng)繼續(xù)運行，保護(hù)必須立即切除故障，供電可靠性相對較低。 *由于中性點對地電壓被鉗制為0，則各相對地電壓不會超過相電壓(或超過不多)，因此系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求不高。3、不同中性點接地方式的應(yīng)用特點由于110kV以上系統(tǒng)，其設(shè)備費用將隨著對地絕緣要求的提高而大

46、幅增加，因此我國規(guī)定110kV及以上系統(tǒng)采用中性點直接接地系統(tǒng)（其供電可靠性可通過其他措施來保證，例如采用雙回線供電、環(huán)網(wǎng)供電等）； 110kV以下系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)） 。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，若故障點對地電容電流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，則可在中性點增設(shè)消弧線（或高阻）來降低IC 。,§3-2 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù) 一、電網(wǎng)中發(fā)生接地短路

47、時零序分量的特點 規(guī)定正方向：零序電流：母線→線路； 零序電壓：線路高于大地）(1)故障點零序電壓最高， 距故障點越遠(yuǎn)，零序電壓越低；零序電流分布取決于零序網(wǎng)。(2) 某點零序電壓U0取決于該點至接地中性點的零序阻抗， 零序電流I0超前零序電壓U0：(180º-Φd0)， 零序功率實際方向：線路?母線（與正序相反）。(3)零序分

48、量受系統(tǒng)運行方式變化的影響小（零序網(wǎng)基本不變）,二、零序過濾器 1、零序電壓過濾器:系統(tǒng)正常及相間短路時：2、零序電流過濾器系統(tǒng)正常及相間短路時：,三、零序電流速斷保護(hù)（零序電流I段）1、動作電流整定原則：(1) 躲開下條線路出口 處(即本線末端)接地短路時, 本保護(hù)所測的最大零序電流： IIdz＝KkI·3Id0.bm.max （KkI：取1.2～1.3）(2) 躲開QF三相觸頭不

49、同期合閘時出現(xiàn)的最大零序電流： IIdz＝KkI·3I0.btq 若保護(hù)動作時限t>tQF，可不考慮此條件(例如在手動合閘或自動重合閘時，使保護(hù)帶0.1s的小延時),(3) 當(dāng)線路具有單相重合閘ZCH時（例如220kV及以上線路），躲開非全相運行狀態(tài)下系統(tǒng)又發(fā)生振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流： IIdz＝KkI·3I0.fqx （其值較大→Klm↓） 對具有單

50、相ZCH的線路可設(shè)置兩個零序電流I段： * 靈敏I段：按條件(1)或(2)整定 （動作值小，靈敏度高） * 不靈敏I段：按條件(3)整定 （動作值大，靈敏度低）,①系統(tǒng)全相運行時： 靈敏I段起作用 （單相故障時保護(hù)首次動作由靈敏I段切除）。 ②系統(tǒng)非全相運行時（保護(hù)已首次動作跳開故障相QF）： 靈敏I段退出（即被閉鎖），不靈敏I段起作用 （若ZCH

51、重合于永久故障上，保護(hù)由不靈敏I段再次切除；若不靈敏I段動不了，則只能由帶延時的II段或后備保護(hù)切除）2、保護(hù)范圍： 零序電流I段也不能保護(hù)本線路全長， 但保護(hù)范圍比相間短路電流I段大3、動作時限：tI≈0s,四、零序電流限時速斷保護(hù)（零序電流II段）1、整定原則：與下條線路的零序電流I段配合。 動作電流整定：躲開下條線路零序電流I段保護(hù)范圍末端接地短路時（即流過下條線路的零序電流剛好為其零序電流I段整定值時）流過本保

52、護(hù)的最大零序電流。,IIIdz.1＝KkII·3Id0.AB.max＝KkII·IIdz.2 /Kfz.min KkII：取1.1～1.2； 分支系數(shù)Kfz＝3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。動作時限：tII1＝tI2+Δt≈Δt≈0.5s,2、校驗靈敏度： 要求：Klm?1.5 （3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時所出現(xiàn)的最小零序電

53、流） 若Klm不滿足要求，采用以下方式解決： (1)本線路零序電流II段與下條線路的零序電流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)整定的零序電流II段(3)改用接地距離保護(hù),五、零序過電流保護(hù)（零序電流III段）1、整定原則：躲開下條線路出口處相間短路時所測的最大不平衡電流：

54、 IIIIdz＝KkIII·3I0.bp.max 實際整定：應(yīng)考慮滿足各級線路靈敏系數(shù)按逐級配合的原則，即本保護(hù)零序電流III段的保護(hù)范圍不超出下條線路零序電流III段的保護(hù)范圍，即本線路零序電流III段與下條線路的零序電流III段配合： IIIIdz.1＝KkIII·IIIIdz.2/Kfz.min （KkIII＝1.1～1.2） 動作時限按“階梯原則”配合. （保

55、證各級線路保護(hù)的動作選擇性）,由于零序電流不會穿越Y(jié)/?接線的變壓器T，因此安裝在受端T上的零序電流III段保護(hù)可以瞬動，即零序電流III段是以受端T為時限配合起點（相間短路電流III段是以整個電網(wǎng)終端負(fù)荷支路為時限配合起點）?！?零序網(wǎng)范圍 < 正序網(wǎng)范圍 ∴ 零序電流III段動作時限 < 相間短路電流III段動作時限2、校驗靈敏度： 近后備：Klm= 要求：Klm ?1.5

56、,遠(yuǎn)后備：Klm= 要求：Klm ?1.2 3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時，流過本保護(hù)的最小零序電流。 3Id0.xm.min：下條線路末端接地短路時，流過本保護(hù)的最小零序電流。3、對于220kV及以上的高壓線路，當(dāng)對后備保護(hù)的動作速度要求較高時，本線路零序電流III段可采用與下條線路的零序電流II段配合（在靈敏度滿足要求的前提下）： IIIIdz.1＝KkIII·

57、IIIdz.2/Kfz.min ；tIII1＝tII2+Δt≈2Δt≈1.0s 同時可增設(shè)與下條線路零序電流III段配合的零序電流IV段： IIVdz.1＝KkIV·IIIIdz.2/Kfz.min ；tIV1＝tIII2+Δt,六、方向性零序電流保護(hù)1、多臺變壓器中性點接地的復(fù)雜網(wǎng)中零序保護(hù)的方向問題 d1短路：若 IIdz.2 > IIdz.3 ,保護(hù)3的I段會誤動 若 t

58、III2 > tIII3， 保護(hù)3的III段會誤動 d2短路：若 IIdz.3 > IIdz.2 ,保護(hù)2的I段會誤動 若 tIII3 > tIII2， 保護(hù)2的III段會誤動 為防止誤動，在可能誤動的保護(hù)上增設(shè)零序功率方向元件GJ0 （規(guī)定保護(hù)正方向：安裝處母線→被保護(hù)線路） 通常加入GJ0的 以高于大地為正極性； 以母線→線路

59、為正極性。,保護(hù)正方向接地短路時： 超前 ：－(180º-Φd0) 則GJ0的最靈敏角應(yīng)為：Φlm=－(180º-Φd0) 例如Φd0=70º，則Φlm取為－110º （LG-11整流型GJ0：其Φlm只能設(shè)為銳角，此時取Φlm=Φd0，為確保正方向接地短路時正確動作，只需將加入GJ0的 或 任意一個反極性接入即可） 保護(hù)越靠近接地短路點，3U0

60、越大， 則零序電流保護(hù)的GJ0不存在死區(qū)。,若保護(hù)越遠(yuǎn)離接地短路點，3U0↓、3I0↓， 則對于長線路，零序電流保護(hù)的GJ0需校驗Klm： 近后備：Klm＝ 要求：Klm ? 2 遠(yuǎn)后備：Klm＝ 要求：Klm ? 1.5 （Sdz.0：GJ0的啟動功率） 2、三段式方向性 零序電流保護(hù)的 原理接線：,七、對零序電流保護(hù)的評價1、優(yōu)點：

61、 (1) 相間短路的電流III段：IIIIdz > Ifh.max (大) 零序電流III段： IIIIdz > Ibp.max (小) 故：零序電流III段Klm↑ 零序網(wǎng) < 正序網(wǎng) → 零序電流III段的t III↓ (2) 零序電流I段及零序電流II段受系統(tǒng)運行方式影響小，較穩(wěn)定，且保護(hù)范圍↑，Klm↑ （3Id0曲線陡；曲線max與曲線min相差小）

62、 (3) 零序電流保護(hù)不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響,2、尚有不足： (1) 對短線路或運行方式變化很大的情況，往往不能滿足系統(tǒng)運行要求。 (2) 由于單相重合閘的使用將出現(xiàn)非全相運行，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)電機(jī)發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)較大零序電流，影響零序電流保護(hù)的正確工作。 (3) 當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級網(wǎng)絡(luò)時，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序電流保護(hù)的整定配合復(fù)雜化。,§3-3 中性

63、點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護(hù)一、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 以線路II上A相金屬性接地故障為例(忽略線路上阻抗壓降) 1、零序電壓：,2、零序電流： 各元件對地電容電流：各元件出口處所 測零序電流：* 非故障元件： * 故障元件：（CΣ：系統(tǒng)所有元件對地電容的總和）,3、結(jié)論：(1)系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓 (2)流過非故障元件的零

64、序電流等于其本身對地電容電流。 方向：母線 ? 元件（ ：－90º） (3)流過故障元件的零序電流等于全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流的總和。 方向：元件 ? 母線（ ：90º）二、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地的保護(hù) 1、絕緣監(jiān)視裝置 (1)系統(tǒng)正常及相間短路時： UJ＝Ubp<Udz.J 裝置不動作。,(2)單相接地故障時（設(shè)A相

65、接地）： 全系統(tǒng)出現(xiàn)3U0＝3EX （EX：相電壓） UJ＝3EX/nTV > Udz.J 裝置延時動作于發(fā)信號。 * 此裝置可確定故障相別， （UA＝0，UB＝UC＝ EX ）* 但無法確定故障線路，無選擇性。 需由運行人員手動依次短時拉開各線路QF加以判斷（或按接地檢查按鈕，短時跳開QF，再由重合閘重合），若接地信號短時消失，則接地故障點位于本線路上。（適用于要求不高，且出線少

66、的變電所）,2、零序電流保護(hù)（有選擇性保護(hù)） 系統(tǒng)正常及相間短路時：3I0≈0 其他線路單相接地時：3I0＝ωCb·3EX (小) 本線路單相接地時：3I0＝ω(CΣ－Cb)·3EX (大) ∴ 保護(hù)整定動作電流：Idz＝KK·ωCb·3EX 靈敏系數(shù)： (出線越少→CΣ↓→Klm↓)3、

67、零序功率方向保護(hù)（有選擇性保護(hù)） 系統(tǒng)正常及相間短路：3U0≈0 3I0≈0 GJ0不動 單相接地時的非故障元件： ：－90°GJ0不動 單相接地時的故障元件： ：90° GJ0動作 保護(hù)中只有方向元件GJ0，無電流啟動元件LJ→Klm↑,三、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 1、零序電壓：同中性點不接地電網(wǎng)

68、 系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓2、零序電流： 消弧線圈L的作用：降低單相接地時故障點的接地電流。 故障點總電流：,三種補償方式： ①完全補償：3ωCΣ=1/(ωL) → IC.Σ=IL → Id0.Σ＝0 但是在系統(tǒng)正常運行時，若線路三相對地電容不對稱或斷路器三相觸頭不同時閉合將出現(xiàn)一個零序分量電壓源串在回路中→串聯(lián)諧振→很大的諧振電流 →中性點過電壓。 故不能采用完全補償。

69、②欠補償：3ωCΣ>1/(ωL) → IC.Σ>IL 當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化時（例如某元件退出或被切除）→CΣ↓ → 3ωCΣ=1/(ωL) → 諧振過電壓，不宜采用。 ③過補償：3ωCΣ<1/(ωL)→IC.Σ<IL （廣泛采用） 過補償度 p=(IL–IC.Σ)/IC.Σ 一般選擇 p = 5%～10%,過補償系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時： * 流過非故障元件的零序電流等于其本身對地電容電流。

70、 方向：母線 ? 元件即 ：－90º * 流過故障元件的零序 電流等于全系統(tǒng)所有 非故障元件對地電容 電流的總和與消弧線圈上流過的電感電流的相量和。 即其值 = 本身對地電容電流+總電容電流的p倍 方向：母線 ? 元件，即 ：－90º可見：故障元件的零序電流其值與非故障元件的相近，方向與非故障元件的一致。,可見，利用零序電流和零序方向無法區(qū)分故障元件和非故障元件

71、，故不能采用零序電流和零序功率方向構(gòu)成有選擇性的接地保護(hù)。3、保護(hù)方式 (1)絕緣監(jiān)視裝置（反映零序電壓構(gòu)成，無選擇性） (2)反映高次諧波的接地保護(hù) 對于基波ω：電感電流IL起過補償作用 但對于高次諧波（k次）： 3kωCΣ增加k倍→IC.Σ增加k倍 1/(kωL)縮小k倍→IL縮小k倍 故：IC.Σ>>IL ,相當(dāng)于L不起作用（同中性點不接地電網(wǎng)）。 因此，可構(gòu)成反映高