接地保护

第二节 中性点非直接接地电网单相接地 的零序U0、I0及方向保护
中性点不接地电网中单相接地故障的特点 中性点经消弧线圈接地时单相接地的特点 绝缘监视
零序电流保护
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一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点
1．简单网络
在正常运行情况下
IA IB I C 0
.
.
.
I A I B I C U C
K rel III I 0oper 2 Kb
K b ~ 分支系数，其值为下一相邻线路 零序III 段保护区末端接地短路时， 下一相邻线路（故障线路）的零 序电流与流过本保护的零序电流 之比。
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灵敏度校验
近后备：选本线路末端接地短路流过本保护
的最小零序电流与保护动作电流之比,要求 灵敏系数不小于1.3-1.5;
' ' I OP Krel 3I 0.unc
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3. 躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流，即
' ' I OP K rel 3I unc
先合一相，相当断开两相，类似与单项接地的边界条件， 最严重的零序电流 ： E1 E2 E1 E2 3I unc 3 3 Z1 Z 2 Z 0 2Z1 Z 0 先合两相，相当于断开一相 ，类似与两相短路接地的 边界条件，最严重的零序电流 ：


相位比较：
90 arg
0
kU g Z br I g


900 Ug Ig

(900 ) arg arg k 700 Z br
900
选br 70 ，则 20 ，动作范围为： 20 arg
0 0 0
Ug Ig
第五章 输电线路接地保护
第一节 中性点直接接地电网中单相接地短路的 零序电流及方向保护
第二节 中性点非直接接地电网中单相接地的 零序电流及方向保护
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第一节 中性点直接接地电网中单相接地故障的保护 一、变压器中性点的接地方式
基本要求：
1.不出现危险的过电压; 2.不使零序网络有较大的变化;
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六、限时零序电流速断保护（零序Ⅱ段）
整定计算：
1、按与相邻线路的零序Ⅰ段配合整定。
I
II 0oper 1
K rel I I 0oper 2 Kb
Kb ~ 分支系数，其值为下一相邻线路 零序I 段保护区末端接地短路时，下一相 邻线路 故障线路 的零序电流与流过本保 护的零序电流之比。
IM 0
2、按躲过非全相运行时的零序电流整定 (按此原则整定又称不灵敏II段)
I
0oper1
K rel 3I 0unc
I 0unc ——本线路非全相运行时的最大零序电流。
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3、灵敏度校验
按被保护线路末端接地故障时流过保护的 最小3倍零序电流来校验，要求Ksen 1.3 ~ 1.5
UR
5
3接线方式
T
nTU g
7
R1
N2
U1
I g
) N1 (3I 0
6
Z br I g
Z br I g
U g
nT U g
8
N3
KP
U1
C1
U2
11
KP
12
U2
R2
C2
R3
C3
R4
C4
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动作方程

幅值比较：
U 1 k U g Zbr I g U 2 k U g Zbr I g U 1 U2

在下一相邻线路上发生三相短路时，本保护不动作。 与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合
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零序过电流保护动作电流整定
1、躲过相邻线路出口处发生三相短路时，流 过保护的最大不平衡电流。
I
0oper1
K rel I unbmax
K rel —可靠系数，取1.2-1.3 I unbmax ——相邻线路出口处发生三相
.
.
.
.
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1、简单网络 在A相接地时，各相对地的电压为：
U AD 0
U BD E B E A 3 E A e
. . . .
. . . . j1500
.
U CD E C E A 3 E A e j150
结论： 故障相电压为零， 非故障相对地电压升 3 高为原来 倍。
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M
I0 1
N I0 2
K
P
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I M0
I N0
I0
3I M 0
3I N 0
I 0I.oper.2
I 0I.oper.1
I 0II .oper.1
0
l
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I
0oper1
相邻线路零序Ⅰ段的动作电流;
Krel 可靠系数，取1.1； Kb 分支系数。Kb I N 0
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D
故障点D的零序电压为：U do
.
. . 1 . (U AD U BD U CD ) 3
E A
结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压Uφ 相等。 各相对地电容电流为 ：
IA 0 I B U BD jC 0 I C U CD jC 0
. . . . .
限时零序电流速断保护小结
工作原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较小 时限动作的保护 作用：与零序I段配合作为被保护线路接地故障的主 保护 保护区：本线路全长 整定计算原则与相间短路的限时电流速断保护类似
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七、定时限零序过电流保护（零序Ⅲ段）
原理:反映被保护线路零序电流升高而带有较长时限动 作的保护 作用：作为被保护线路接地故障的后备保护 保护区：本线路全长和下一相邻线路全长 出口方式：跳开本线路出口断路器 整定计算原则：
1TM M
N 2TM
I ko
Z MK 0
ZM 0
IM 0 U M0 I K0
K
Z NK 0
U K0
ZN0 IN 0 U M 0 N0
I M0
IM 0
1800 M 0
UM 0
UK0 UN0
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U M0
（5）在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引 起Ud1、Ud2 、Ud0之间电压分配的改变，因而间接地影响零序 分量的大小。
U mn U A U B U C 3 U 0 正常运行和电网相间短路时，理想输出Umn=0。实际上 有不平衡电压Uunb Uunb=Umn
.
.
.
.
.
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五、零序电流速断保护（零序I段）
QF
YC
1KS
2 KS
3KS
+
I
1KA
I
KC
2 KA
t
1KT
3KA
I
t
TA
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五、零序电流速断保护（零序I段）
t 4 t5 t6
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八、方向性零序电流保护
1、工作原理
在d1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足 t02<t03 。 同 理 ， 在 d2 点 发 生 接 地 故 障 时 ， 要 求 t02>t03，相互矛盾
必须加装功率方向元件。
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1. 工作原理 假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线 路方向为正。故障线路两侧零序电流的实际方向为负， 零序功率为负，非故障线路远离短路点侧的零序电流也 为负，近短路点侧零序电流的方向为正。这时须加装反 应零序功率而动作的继电器。 在d1点接地，只需满足 t02<t04 在d2点接地，只需满足
远后备：选下一相邻线路末端接地短路流过
本保护的最小零序电流与保护动作电流之比, 要求灵敏系数不小于1.2
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3.动作时限 为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 如下图所示。 只有在两个变压器间发生接地故障时，才能引起零序 电流，所以只有保护4、5、6才能采用零序保护，要求：
反应接地短路 I、II段主保护，III段 后备
III段按相邻线路相间 短路不动作考虑 I、II段同；III段时间 较短 校验点选择一样，短 路类型选择接地短路 （III段灵敏度较高） 接线简单，不受振荡 和过负荷影响
动作电流整定原则 动作时间 灵敏度
特点
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3.方向性零序电流三段保护的原理接线图
其有效值为
IB = IC =
t01>t03
即可保证选择性。
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零序方向电流保护
1.正向故障时，保护安装点零序电压与零序电流 的相位关系
M
1
K
2
N
3
4
P
U M 0 I M 0 ZM 0
零序电流超前零序电压


I M0
I M0
1800 M 0
M 0
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U M0
2.整流型零序功率方向继电器 LG-12 整流型零序功率方向继电器 1原理接线 2动作方程及动作特性
选择原则：
1.多电源系统，每个电源至少有一台变压器接地； 2.双母线的变电所，每组母线至少有一台接地； 3.两台并联运行至少一台接地且零序阻抗相等； 4.两台以上并联，正常按一台接地； 5.低压侧无电源系统，中性点可不接地运行。
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二、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率 的特点
（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压 越低。
I r I unb
它是由于三个互感器铁心的饱和程度不同，以及制造 过程中的某些差别而引起的。当发生相间短路时，铁芯饱 和的程度最严重，此时不平衡电流达到最大值。
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四、零序电压互感器
零序电压的取得，通常采用三个单相电压互感器或 三相五柱式电压互感器。 发生接地故障时，从mn端子上得到的零序电压为：
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（2）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接 地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置，而与 电源的数量和位置无关。
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（3）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反， 是由线路流向母线的。
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（4）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间 的相位差取决于背后元件的阻抗角。
短路时，零序电流滤过器输出的 最大不平衡电流。
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最大不平衡电流计算
K aper ~ 非周期分量影响系数取1 2 K st ~ 电流互感器同型系数，同型取0.5, 不同型取1 K err ~ 电流互感器10%误差, 取0.1
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2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合
I
III 0oper 1
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三、零序电流滤过器
为取得零序电流，可以采用三个电流互感器按下图的方 式连接，三相电流互感器二次侧此时流入继电器中的电流为
Ir Ia Ib Ic
接地故障时流入继电器 的电流为零序电流，即
.
.
.
.
Ir Ia Ib Ic 3 I0
.
.
.
.
.
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在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在一个 不平衡电流，即
零序电流速断保护起动值的整定原则如下。
1 、躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短 路时可能出现的最大零序电流3I0max ,即
' ' I OP K rel 3I 0. max
I 0.max —单相接地短路时的零序电流和两相接地短路时的 零序电流最大值。
2 、采用单相重合时，躲开重合过程的非全相且伴 随震荡时的零序
●
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九、对零序电流保护和方向性零序保护的评价
（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。 （2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。 （3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。 （4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不 会误动作。 （5）接线简单可靠。
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IC
I g 3I0 U g 3 U 0



3I0
TA
I a
Ib
Ic
Z loa
3U 0
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三段式电流保护与三段式零序电流保护的异同
保护类型 三段电流 三段零序
作用
反应相间短路 I、II段主保护，III段 后备
I、II段类似，III段按 负荷电流考虑 I、II段同；III段时间 较长 校验点选择一样，短 路类型选择两相短路 接线较复杂，受振荡 和过负荷影响
3I unc
Z2 Z0 E1 E2 E1 E2 3 3 Z2 Z0 Z2 Z0 Z1 2Z 0 Z1 Z2 Z0
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无时限零序电流速断保护
工作原理:反映被保护线路零序电流升高
而动作的保护
作用：作为被保护线路接地故障的主保护
保护区：线路始端一部分
整定计算原则：与相间短路的无时限电流 速断保护类似


1600
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20 arg
Ug Ig


160
200
U g

2 70 0
sen 70
I g
0
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接地短路功率方向继电器的接线方式 反极性接法：继电 器电压线圈的*端 和零序电压滤过器 的非*端相连。 与相间短路的功率 继电器接法相反。
IA IB