接地故障的特征与保护方式

电压相量图：
E A
U k0
U kC
E U k0 A
I 0 L1
U kB
E C
E B
3U 0
I 0L2
I 0 L 3
非故障线路的零序电流
I j C U 0 L1 0 L1 k 0 I j C U 0L2 k 0 0L2
L
I 动作时间： tⅡ t op1 op 2 t
当下级线路比较短或运行方式变化比较大，灵 敏系数不满足要求时，可采用下列措施加以解决: （1）使本线路的零序Ⅱ段与下一线路的零序Ⅱ 段相 配合，其动作电流、动作时限都与下一线路的零序Ⅱ 段配合； （2）保留原来0.5s时限的零序Ⅱ段，增设一个与下 一线路零序Ⅱ段配合的、动作时限为1s左右的零序 Ⅱ段，它们与瞬时零序电流速断及零序过电流保护 一起，构成四段式零序电流保护。 （3）从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。
一、中性点非直接接地系统单相接地的特点
线电压的特点：相间电压仍然对称，对用户没有影响， 一般情况可继续运行一段时间（1小时）
相电压的特点： 故障相电压降低，非故障相电压升高。单相金属性 接地时，故障相电压为零，非故障相电压升高为线电压 值。 要求：保护装置有选择地发出信号，必要时应动作于跳闸。 分析该情况下的特征：
2.4
接地故障的特征与保护方式
电力系统接地方式：
中性点直接接地、中性点不直接接地。 中性点直接接地称为大电流接地系统（110KV及以上 电网），中性点不直接接地称为小电流接地系统（ 35KV 及以下电网）。 接地故障的方式包括：单相接地、两相接地、三相接 地，后两种故障现象出现的几率小且具有相间短路的特征， 这里重点分析出现几率最高的单相接地故障所表现出的特征 及保护方式。
2、限时零序电流速断保护
工作原理与相间短路保护相似。 要求：要保护线路全长。 动作电流 灵敏度
I
II op1
K I
IⅡ op1
II I rel 20.cal
K sen
3I 0.cal .min
保护动作电流确定分析
K
△ △
3I 0
I
I op1 II I op 1
I I op 2
I 0I.cal
四、 零序电流保护
零序电流保护通常也采用阶段式保护。 从保护构成看，三段式零序电流保护与三段式 相间短路保护相类似。 1、零序电流速断保护 特点：为了保证保护动作的快速性和选择性 要求，保护只能保护线路的一部分。 动作条件： （1）按躲过被保护线路末端接地短路时，保护 安装处测量到的最大零序电流整定。
E C
E B
E A
I 0 L1
I 0 L1
I 0L2
I 0 L3
K
I 0L2
I 0 L3
0 U kA
E E U kB B A E E U kC C A
1 (U U U ) E U k0 kA kB kC A 3
接地点总零序电流为
3U j(C C C ) 3 jC U I k0 k0 0 L1 0L2 0 L3 0 k 0
故障线路的零序电流为
I 0 L3 j(C0 L1 C0 L 2 )U k 0 j(C0 C0 L3 )U k 0
△
△
t
t1
t2
t10
t3
t 30
t 20
t4
L
五、零序电流方向保护 零序功率方向继电器接于零序电压和零序 电流之上，动作于否决定于零序功率功率的方 向。 在正向保护区内发生接地短路时，要求零 序功率方向继电器应能正确动作，并工作在较 灵敏的状态下。
在双侧电源两侧变压器的中性点均接地 的电网中，当线路上发生接地短路时，故障 点的零序电流将分为两个支路分别流向两侧 的接地中性点，不装设方向元件将不能保证 保护动作的选择性。
I I op1

I K rel 3I 0. max
△
△
3I 0
I I op 1
3I 0. max
L
（2）按躲过断路器三相触头不同时合闸时，最大零序电流 整定 I I
I op1 K rel 3I 0.ust
若保护动作时间大于断路器三相合闸不同期时间，本 条件可不考虑。
保护整定值取上述两条件较大值。 灵敏度不满足要求措施： 保护可经小延时，使保护装置的动作时间大于断路器 触头不同时合闸的时间。 （3）按非全相运行且振荡条件整定 按此条件整定，通常整定值较高，可采用设置两个速 断保护，即灵敏Ⅰ段、不灵敏Ⅰ段 。
sen 70
灵敏角

sen (95 ~ 110 )
零序功率方向继电器接线
三段式零序电流方向保护原理接线
信号 信号
信号
1、全系统都出现零序电压、且零序 电压全系统相等。
单相 接地 故障 特点 2、非故障线路零序电流由本线路对 地电容形成。方向：母线指向线路 3、故障线路零序电流由全系统非故 障线路、元件对地电容形成。
方向：线路指向母线
4、故障相电压下降，非故障相电压升 高。
二、 不直接接地系统单相接地故障的保护方式
3、零序过电流保护 作用：作为近后备保护和远后备保护。
动作电流按最大不平衡电流整定，同时要求各保 护间进行配合。
I
III op1
K I
III rel 0.cal
零序电流保护Ⅲ段的灵敏系数，按保护范围末端 接地短路时流过本保护的最小零序电流来校验。作近 后备时，校验点取本线路末端，要求灵敏度≥1.3~1.5， 作下一线路的远后备时，校验点取相邻线路末端，要 求灵敏度≥1.25。
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三、 中性点直接接地系统单相接地的特点 电力系统发生单相接地时,可利用对称分量法将 电流分解为正序、负序和零序。 接地时等效网络：
△ △
1、单相接地时的特征：
1、故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电 压越低，变压器中性接地点的零序电压为零。 2、零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗 和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目 和位置无关。 3、运行方式变化，若输电线路和中性点接地的变压器 数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。 系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变 化，将间接影响零序分量的大小。 4、对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功 率方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向 母线的。
使用条件：电缆线路或经电缆出线的架空线路上，同一母 线上出线回路数越多越灵敏。 （有装设零序电流互感器的条件）
保护动作电流：I op 0 K rel 3U pC0 L1
可靠系数 速动保护：4~5；
线路自身对 地电容电流
延时保护1.5~2。
被保护线路接地时零序电流为：
3U p(C0 C0 L1 )
灵敏系数：
K sen 3U p(C0 C0 L1 ) K rel 3U pC0 L1 C0 C0 L1 K rel C0l1
母线上所有线路对 地电容之和
接地线路对地电容
结论：母线上出线回路数越多越灵敏。
3、零序功率保护
信 号
利用故障线路与非故障线路零序电 流方向不同的特征构成保护
1、绝缘监视装置
信号
通过母线电压互 感器开口三角形侧输 出电压（零序电压） 大小来判断有无接地 故障。
不具有选择性， 无法判断是母线上哪 一条出线接地。寻找 接地线路只能采用 “拉闸停电”方法结 合观察电压表指示来 判断。 特点：简单。适用于母线上出 现回路数少的情况。
2、零序电流保护 原 理：利用故障线路与非故障线路零序电流的数值不 同的特征构成保护。