1、 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护3-1 3-1 中性点接地方式及特点中性点接地方式及特点 1、中性点接地方式 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12h，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。经高阻接地经消弧线圈接地不接地非直接接地直接接地3 3 电网接地故障的零序保护电网接地故障的零序保护(2)中性点直接
2、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
3、性点增设消弧线（或高阻）来降低IC。线路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。110kV110kV及以上电网中性点直接接地及以上电网中性点直接接地66kV66kV及以下电网及以下电网 中性点不接地或不直接接地中性点不接地或不直接接地对于中性点直接接地电网，利用接地短路时出现很大零序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：电流的特点，构成：（1 1）零序电流保护）零序电流保护 （2 2）零序方向电流保护）零序方向电流保护 正方向规定：零序电压：零序电压：线路大地线路大地 ；零序电流：零序电流：母线线路母线线路一、接地短路时零序分量的特点一、接地
4、短路时零序分量的特点（1）（1 1）零序电压零序电压 故障点最高，中性点最低故障点最高，中性点最低（2 2）零序电流零序电流 由故障零序附加电源由故障零序附加电源Ud0 产生产生;从故障点流向接地的从故障点流向接地的 变压器中性点。变压器中性点。（3 3）零序功率零序功率 方向：线路方向：线路母线。母线。（4 4）零序阻抗角零序阻抗角 取决于取决于ZB0 ：（5 5）运行方式变化运行方式变化 线路、中性点不变，零序网不变；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正负序阻抗变化间接影响零序（Ud1、Ud2、Ud0）0.100)(BAZIU电压互感器的二次侧开口三角输出零序电压电压
5、互感器的二次侧开口三角输出零序电压 。二、零序电压、零序电流的获取二、零序电压、零序电流的获取 1.零序电压的获取零序电压的获取 （1）零序电压过滤器零序电压过滤器cbaUUUU03（2）加法器加法器（3）微机保护内直接利用程序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发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧加法器U aU bU c3U 0mnABCTV03U2 2零序电流的获取零序电流的获取（1 1）零序电流过滤器零序电流过滤器 接于相间保护电流互感器的中性线上。接于相间保护电流互感器的中性线上。不平衡电流：不平衡电流：原因：铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差别。原因
6、：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相间短路时不平衡电流达到最大值Ibp.max。接地短路时接地短路时3I0 相对很大。相对很大。03IIIIIcbaJI0（2）零序电流互感器（电缆线路）零序电流互感器（电缆线路）一次电流：一次电流：优点：无不平衡电流，接线简单优点：无不平衡电流，接线简单)(/)()()(LCLBLAllLCCLBBLAAcbabpIIInnIIIIIIIIII1LI1I2ICBAIIII03三、中性点直接接地系统的接地保护三、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
7、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三段式零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序段）（2）零序电流限时速断保护（零序段）（3）零序过电流保护（零序段）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 1零序电流速断保护（零序零序电流速断保护（零序段）段）整定原则：整定原则：（1 1）起动电流
8、整定值起动电流整定值 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的最大零序电流 3 I0.m a x。是零序段可靠系数，一般取1.21.3。（2 2）动作时限，一般为：所以，零序段的保护范围仍为本线路首端一部分。max.03IKIkdz00 tkK 零序零序段整定起动电流时需考虑的特殊情况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躲开断路器三相触头不同期合闸的最大零序电流3 I0.b tbtkdzIKI.03其中，是大于1的可靠系数。kK如果有：max.0.033IKIKkbtk
9、则整定定值取为最大者，即btkdzIKI.03 按以上原则（即条件按以上原则（即条件3 3）所得定值一般较大，会使保护范围）所得定值一般较大，会使保护范围缩小，灵敏度降低。此时可考虑使零序缩小，灵敏度降低。此时可考虑使零序段带一小的延时段带一小的延时（0.1s0.1s）躲开不同时合闸时间，这时可不考虑按这一条件来整）躲开不同时合闸时间，这时可不考虑按这一条件来整定，只按照条件定，只按照条件1 1进行整定。进行整定。（4 4）采用单相自动重合闸（例如采用单相自动重合闸（例如220kV220kV及以上线路）时，还应及以上线路）时，还应躲过非全相运行期间系统躲过非全相运行期间系统 ，发生振荡所出现的
10、最大零序电流，发生振荡所出现的最大零序电流 3 I0.f q。零序零序段整定起动电流时需考虑的特殊情况段整定起动电流时需考虑的特殊情况dzIdzfqII.03 则设立两个零序则设立两个零序段，分别为：段，分别为：，是按上述是按上述2 2个条件整定的起动电流个条件整定的起动电流灵敏灵敏段：段：（动作值小，灵敏度高）按按（1 1）（）（3 3）条条件整定件整定,非全相运行时退出非全相运行时退出不灵敏不灵敏段：段：（动作值大，灵敏度低）按按（4 4）整定整定,非全相运行时不退出非全相运行时不退出如果 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）。系统非全相运行时（保护已首
11、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：tI0s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.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2/Kfz.min KkII：取
12、1.11.2；分支系数Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。动作时限：tII1tI2+tt0.5s 2、校验灵敏度：要求：Klm1.5（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.1KkIIIIIdz.2/Kfz.min；tII1tII2+t2t1.0s(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，考虑当被整定保护与被配合保护间有接地变压器时，
13、考虑K 0 f z。200102020010.01BABBBBABBfzXXXXXXXK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：IIIIdzKkIII3I0.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.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2）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
14、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
15、度满足要求的前提下）：IIIIdz.1KkIIIIIIdz.2/Kfz.min；tIII1tII2+t2t1.0s 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.1KkIVIIIIdz.2/Kfz.min；tIV1tIII2+t 四、方向性零序电流保护四、方向性零序电流保护分析：分析：d1短路，保护短路，保护3可能误动；可能误动；d2短路，保护短路，保护2可能误动。可能误动。措施：系统中有多个变压器中性点接地。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在可能误动的元件上装功率方向元件GJ0。正方向：正方向：线路母线；线路母线；反方向：反方向：母
16、线线路。母线线路。保护正方向接地短路时：超前 ：(180-d0)则GJ0的最灵敏角应为：lm=(180-d0)例如d0=70，则lm取为110 保护越靠近接地短路点，3U0越大，则零序电流保护的零序电流保护的GJGJ0 0不存在死区。不存在死区。GJ0灵敏性校验：灵敏性校验：（1 1）出口短路时出口短路时 GJ0无电压死区无电压死区（2 2）远处故障时，可能不动，须校验灵敏性。远处故障时，可能不动，须校验灵敏性。5.1mindzlmSSK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 要求：Klm 2 远后备：Klm 要求：Klm 1.5
17、 （Sdz.0：GJ0的启动功率）三段式零序电流保护原理接线：三段式零序电流保护原理接线：五、零序电流保护的评价和应用五、零序电流保护的评价和应用优点：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57A；零序电流保护：按躲开不平衡电流整定一般为23A。故障相电流 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受运行方式变化的影响小 X023.5X1，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
18、响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单相接地故障发生的概率多 相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但，但零序电流保护有其优点。零序电流保护有其优点。03I03I缺点：缺点：1.1.受线路长度变化的影响。受线路长度变化的影响。2.2.受单相重合闸的影响大。受单相重合闸的影响大。3.3.对自耦合变压器联系的两个不同等级的电压网络对自耦合变压器联系的两个不同等级的电压网络,整定计算整定计算 复杂化。复杂化。4-3 4-3 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、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
19、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：ACCDABBDADEEUEEUU 0AACABCDBDADCBAEEEEEUUUUEEE3300则：又：2、零序电流：各元件对地电容电流：各元件出口处所 测零序电流：*非故障元件：*故障元件：（C：系统所有元件对地电容的总和）003)(3UCjUUUCjIIIIICDBDADICIBIAII0033UCjIIIII0033UCjITT000333UCjIIIII000333UCjIITTT000003)(3)()33(3UCCjUCCjIIIIITITIII3、结论：
20、(1)系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 (2)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（：90）(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。方向：元件 母线（：90）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：UJUbp Udz.J 装置延时动作于发信号。*此装置可确定故障相别，（UA0，UBUC 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
21、，且出线少的变电所）32、零序电流保护（有选择性保护）系统正常及相间短路时：3I00 其他线路单相接地时：3I0Cb3EX (小)本线路单相接地时：3I0(CCb)3EX (大)保护整定动作电流：IdzKKCb3EX 灵敏系数：(出线越少CKlm)3、零序功率方向保护（有选择性保护）系统正常及相间短路：3U00 3I00 GJ0不动 单相接地时的非故障元件：90GJ0不动 单相接地时的故障元件：90 GJ0动作 保护中只有方向元件GJ0，无电流启动元件LJKlm bKbXbKXblmCKCCECKECCK)(33)(min.min.0033IU超前0033IU超前三、中性点经消弧线圈接地电网中
22、单相接地故障的特点 1、零序电压：同中性点不接地电网 系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压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：)13(3000.0LCUjLjUUCjIIILCdAEU330三种补偿方式：完全补偿：3C=1/(L)IC.=IL Id0.0 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。欠补偿：3C1/(L)IC.IL 当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）C 3C=1/(L)谐振过电压，不宜采用。过补偿：
23、3C1/(L)IC.IL （广泛采用）过补偿度 p=(ILIC.)/IC.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 元件即 ：90*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 方向：母线 元件，即 ：90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。0033IU超前0033IU超前 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。
