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1、电力系统继电保护,广东工业大学华立学院,机电工程学部,第8讲,多媒体电子教案,二零一二年二-七月,主讲：周展怀,输电线路接地保护（续）,授课日期：2012.5.8/9,第十三周 周二/三 5-6/3-4节,5.15.2,中性点直接接地电网中单相接地故障的保护小接地电流系统单相接地故障的保护,第5章,输电线路接地保护,5.2小接地电流系统单相接地故障的保护,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,P105114,1、单相接地的特点,在中性点非直接接地电网中，发生单相接地时，一般只要求继电保护装置能无选择性地发出预告信号，不必跳闸。但对人身和设备的安全造成危险时，应有选择性地动作于断
2、路器跳闸。,假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。在正常运行时，三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即UN=0。忽略电源和线路压降，各相对地电压为各相电势。在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压90。,设在A相线路上发生金属性单相接地，则接地相对地电容C0被短路，中性点对地电位升至UN=-EA，线路各相对地电压、母线上零序电压分别为:,.,.,.,P106,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,1、单相接地的特点,故障点各相电流和故障点三倍零序电流分别为:,两非故障相在电压和作用下，出现超前相电压90的电容电
3、流和，非故障相电流为IB 、IC。,线路各相对地电压、母线上零序电压分别为:,.,.,2、单侧电源多条线路电网的单相接地零序电流分布,设线路II的A相接地短路，忽略负荷电流及电容电流在线路阻抗上的电压降，则电网A相对地电压均为零，各元件A相对地电容电流为零，B相、C相对地电压和电容电流升高 倍。各元件B相和C相对地电容电流通过大地、故障点、电源和本元件构成回路。,线路II上A相电流为零，B相和C相电流为本身的电容电流IB1和IC1，非故障线路始端反应的零序电流从母线指向线路，可表示为：,发电机端的零序电流为：,2、单侧电源多条线路电网的单相接地零序电流分布,非故障线路始端反应的零序电流从母线指
4、向线路，可表示为：,电机端的零序电流为：,故障线路II保护安装处流过的零序电流，仍以母线指向线路为假定正方向。 即：,根据以上分析，可得出如下结论（1）在中性点不接地电网中发生单相接地时，电网各处故障相对地电压（金属性故障）为零，非故障相对地电压升高至电网电压，电网中出现零序电压，其大小等于电网正常时的相电压。（2）非故障线路保护安装处，流过本线路的零序电容电流，其方向由母线指向非故障线路，超前零序电压90（3） 故障线路保护安装处，流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和，数值较大，其方向由故障线路指向母线，滞后零序电压90（4）故障线路的零序功率与非故障线路的零序功率方向相反。,（1）无选
5、择性绝缘监视装置,3、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式,（2）零序电流保护,（3）零序功率方向保护,利用中性点不接地电网正常运行时，无零序电压。 一旦发生单相接地时，电网出现零序分量电压的特点，构成绝缘监视装置，实现无选择性的接地保护。,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,有以下三种：,三相五柱式电压互感器,电压表,过电压继电器,零序电压滤过器,利用单相接地时，故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，区分故障元件和非故障元件，构成有选择性的零序电流保护。根据需要可发出预告信号或作用于故障线路的断路器跳闸。 这种保护一般用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆
6、引出的架空线上。,（1）无选择性绝缘监视装置,3、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式,（2）零序电流保护,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,保护装置的动作电流，应按躲过本线路的对地电容电流整定：,保护的灵敏度，应按在被保护线路上发生单相接地故障时，流过保护的最小零序电流校验，灵敏系数：,可靠系数，如瞬时动作，取45；如保护延时动作，可取1.52；,C0各线路每相对地电容总和的最小值；,电缆头 对地绝缘,经TA铁芯再接地,（2）零序电流保护,在实用计算中可用经验公式计算各条线路本身的零序电容电流：对电缆线路 ; 对架空线路,流过故障点的零序电流为：,采用零序电流互感器时,
7、采用零序电流滤过器时， 。显然，只有在出线较多时，才能满足保护的灵敏系数的 要求.,3、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,3、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式,（3）零序功率方向保护,在中性点不接地电网中，当出线较少情况下，非故障相零序电流与故障相零序电流差别可能不大，采用零序电流保护不能满足灵敏性要求，这时可采用零序功率方向保护。,零序功率方向继电器的最大灵敏角为90,采用正极性接入方式，接入3U0和3I0。,非故障线路保护安装处零序电流超前零序电压90,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,5.2小接地电流系
8、统单相接地故障的保护,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,在零序电压作用下，消弧绕组有一电感电流IL经接地点流回消弧绕组。,当22KV66KV电网单相接地时，故障点的零序电容电流总和若大于10A，10KV电网大于20A，3KV6KV电网大于30A，则其电源中性点应采取经消弧绕组（带铁芯的电感绕组）接地方式。,1、中性点经消弧线圈接地系统的接地的特点,（1）完全补偿：使IK=IL-IC=0的补偿方式。这种补偿方式，正是满足串联谐振的条件 。使电源中性点对地电压升高，这是不允许的。因此，实际上不采用完全补偿方式。（2）欠补偿：使ILIC的补偿方式，补偿后接地点的电流仍然是
9、容性的，当系统运行方式改变时，例如某些线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，系统零序电容电流会减小。致使可能得到完全补偿。所以欠补偿方式一般也不采用。（3）过补偿：是使ILIC的补偿方式。采用这种补偿方式后，接地点残余电流是感性的，这时即使系统运行方式发生改变，也不会产生串联谐振。因此这种补偿方式得到了广泛的应用。,中性点经消弧线圈接地电网的 三种补偿方式,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,（1）反应稳态5次谐波分量的接地保护,2、中性点经消弧线圈接地系统的接地保护方式,由上述分析可知，在中性点经消弧线圈接地电网中，一般采用过补偿方式运行，当线路发生单相接地时，无法采用
10、零序功率方向保护来选择故障线路，而且由于残余电流不大，采用零序电流保护也很难满足灵敏性要求。因此在这类电网中，实现接地保护很困难，需要采用其它原理构成保护方式。,（2）反应暂态零序电流的保护,（a）反应零序电流首半波的保护,（b）反应小波变换的保护,（3）注入信号法,由于变压器铁芯工作在近于饱和点，在变压器高压侧会产生高次谐波。 可利用5次谐波电流构成有选择性的保护；同样，也可利用5次谐波功率方向构成有选择性的保护。,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,2、中性点经消弧线圈接地系统的接地保护方式,（1）反应稳态5次谐波分量的接地保护,（2）反应暂态零序电流的保护,在发
11、生单相接地时，故障电压和电流的暂态持续时间短，但含有丰富的故障信息，利用暂态分量的特点可以构成接地保护。,（a）反应零序电流首半波的保护,故障线路暂态零序电流第一个周期的首半波比非故障线路的保护安装处暂态零序电流大得多，且方向相反，故可利用这些特点构成有选择性接地保护。,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,2、中性点经消弧线圈接地系统的接地保护方式,（3）注入信号法,（二）反应暂态过程的接地保护,根据理论分析和实验结果可以得出中性点经消弧绕组单相接地的暂态过程与中性点不接地系统单相接地的暂态过程相同。根据单相接地暂态过程的特点，可以构成反应暂态过程的接地保护，一般反应
12、暂态过程的接地保护方式有如下两种：（1）反应暂态电流幅值接地保护。（2）反应暂态零序分量首半波方向的接地保护，这种保护是应用反应暂态零序电流和零序电压首半波方向原理构成。,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,5.2小接地电流系统单相接地故障的保护,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,5.2.3 中性点经电阻接地系统单相接地的特点和保护方式,流过线路III首端的零序电流为：,12z3,dq5-6,5.2.1 中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式,5.2小接地电流系统单相接地故障的保护,5.2.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的特点和保护方式,5
13、.2.3 中性点经电阻接地系统单相接地的特点和保护方式,5.2.4 KA2003小电流接地电网单相接地故障选线装置,1、硬件框图,补充题5-1：如图所示网络已知电源等值电抗 ；线路正序电抗，零序电抗 ；变压器T1额定参数：31.5MVA,，110/6.6kV,UK=10.5%，其它参数如图所示，试确定AB线路的零序电流保护第I段、第II段、第III段的动作电流、灵敏系数和动作时限。,补充题5-1的网络,两相接地短路复合序网图,例题5-1：如图所示网络已知电源等值电抗 ；线路正序电抗，零序电抗 ；变压器T1额定参数：31.5MVA,，110/6.6kV,UK=10.5%，其它参数如图所示，试确定
14、AB线路的零序电流保护第I段、第II段、第III段的动作电流、灵敏系数和动作时限。,例题5-1的网络,解：1、计算零序短路电流。线路AB：线路BC：变压器T1：,两相接地短路复合序网图,所以，故应按单相接地短路整定计算，按两相接地短路效验灵敏系数,两相接地：,单相 接地：,B母线的最大三相短路电流为,C母线短路时的零序电流为,两相 接地：,解：1、计算零序短路电流。线路AB：线路BC：变压器T1：,例题5-1,所以，故应按单相接地短路整定计算，按两相接地短路效验灵敏系数,两相接地短路复合序网图,例题5-1,B母线的最大三相短路电流为,C母线短路时的零序电流为,、 各段保护的整定计算及灵敏系数校验1）零序I段,单相接地短路时保护区的长度为：,两相接地短路时保护区的长度为：,例题5-1,（2）零序II段,动作时限,(3)零序III段,因为是110线路，可以考虑非全相运行情况，按躲开线路末端最大不平衡电流整定,远后备保护：,动作时限：,近后备保护：,解题完毕,
