电网接地保护
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4 电网的接地保护
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护 4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护 4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
1
4 电网的接地保护
在电力系统中，中性点的工作方式有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接 地和中性点不接地三种。后面两种也称非直接接地。
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序电流速断（零序Ⅰ段）保护
在发生单相或两相接地短路时，也可以求出零序电流随线路长度变化的关系 曲线，进行保护的整定计算。零序电流速断保护的整定原则如下：
9
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
按上述条件（1）、（2）整定的零序Ⅰ段，往往不能躲开在非全相运行状态下又发 生系统振荡时，所出现的最大零序电流，
在零序过电流保护中，对继电器的启动电流，原则上是按照躲开在下一条线路出口处相间短路时所 出现的最大不半衡电流来整定，
I K I III
III
set
rel unb.m ax
本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ⅲ段的保护范围。如有分支电路，则
III
K III
rel III
I I set.2
13
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
零序功率方向继电器
整流型零序功率方向继电器，都是把最大灵敏角做成 sen =70°~ 85 °，即要求加入
继电器的 U r 超前 I r 70°~ 85 °时动作最灵敏。
越靠近故障点的零序电压越高，因 此零序方向元件没有电压死区。
当故障点距保护安装地点很远时， 由于保护安装处的零序电压较低， 零序电流较小，继电器反而可能不 起动。
15
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
对零序电流保护的评价
不足： 对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统 运行所提出的要求； 随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全 相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现较大 的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作； 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时（例如110kV 和220kV电网），则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生 零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化．并将增大第Ⅲ段 保护的动作时限。
门的零序电流过滤器，而是将继电器接入相间短路保护用电流互感器的中线上即可。
对于电缆线路，将互感器套在电缆外面，
从铁心中穿过的电缆就是电流互感器的
一次绕组，其一次电流是 Ia Ib Ic ，
正常时为零，发生单相接地时为
3
I0
，
在二次侧输出，其主要特点就是接线
简单。
7
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护 整定原则如下：
t2II 0.5s
11
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序过电流（零序III段）保护
零序III段的作用相当于相间短路的过电流保护，在一般情况下是作为后备保护使用的，但在中性点 直接接地电网中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。
在中性点直接接地系统中，发生单相接地短路时，将出现很大的故障相电流和零序 电流，故又称大电流接地系统。
在中性点非直接接地系统中，发生单相接地时，因不构成短路回路，在故障处流过 较小的故障电流，故又称为小电流接地系统。
2
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
当中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，在正常运行情况 下它们是不存在的，因此可以利用零序电流构成接地短路的保护。
对于零序电流仍然采用母线流向故障点为正方向，而对于零序电压，是以线路高于大地 的电压为正方向。
3
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
故障点的零序电压最高．系统中距离故障点越远处的零序电压越低；
零序电流是U k 0 产生的，当忽略回路的电阻时， 和 将超前 U k0 90 ，计及回路电
如果按条件（3）整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能 充分发挥零序I段的作用。
在装有综合重合闸的线路上，通常是设置两个零序Ⅰ段保护，一个是按条件1或2整 定（由于整定值较小，保护范围较大，因此，称为灵敏Ⅰ段），它的主要任务是对 全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围，而当单相重合闸起 动时，则将其自动闭锁，需待恢复全相运行时可能重新投入。
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在发生故障的线路Ⅱ上，在B相和C相上，与非故障的线路一样，流有它本身的电
容电流，在接地点要流回全系统B相和C相对地电容电流之总和，其值为
其有效值为
I k (I BⅠ I CⅠ) (I BⅡ I CⅡ) (I BG I CG )
序阻抗和零序等效网络就是不变的。但此时，系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运
行方式而变化，正、负序阻抗的变化将引起故障点各序分量电压之间电压分配的改
变，因而间接地影响零序分量的大小。
5
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
零序电压过滤器
为了取得零序电压，通常采用三个单相式电压互感器或三相五柱式电压互感器，其一 次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形：
故障点k的零序电压为 在非故障相中流向故障点的电容电流为
其有效值为 IB IC 3UC0 ，U为相电压的有效值。
此时，从接地点流回的电流为
Ik
IB
IC
，其有效值为
Ik 3UC0，即正常运行时三相对地电容电流的算术和。
18
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
阻时，例如取零序阻抗角为k0 80 。则 和 将超前U k0 100 。
零序电流的分布，决定于送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，例如在图4-1(a)中，当变压器T2的中性点不接地时，则
。
4
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运 行人员采取措施予以消除。 因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，而不必跳 闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。
17
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
中性点不接地电网中单相接地故障的特点 在A相接地以后，各相对地的电压为
set.1
Kb.min
保护装置的灵敏系数，当作为相邻
元件的后备保护时，应按照相邻元
件末端接地短路时，流过本保护的
最小零序电流（应考虑分支电路使
电流减小的影响）来校验。
同一线路上的零序过电流保护与相 间短路的过电流保护相比，将具有 较小的时限。
12
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
方向零序电流保护的基本原理 在双侧或多侧电源的网络中， 电源处变压器的中性点一般 至少有一台要接地。 由于零序电流的实际流向是 由故障点流向各个中性点接 地的变压器，因此在变压器 接地数比较多的复杂网络中， 就需要考虑零序电流保护动 作的方向性问题。
另一个是按条件（3）整定（由于它的定值较大．因此称为不灵敏Ⅰ段），装设它的 主要目的，是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失 去灵敏Ⅰ段的缺陷，尽快地将故障切除。
不灵敏I段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏Ⅰ段为小。
10
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
16
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
在中性点非直接接地电网中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三 相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下 部允许再继续运行1～2小时，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地
运行的主要优点。但是在单相接地以后．其他两相的对地电压要升高 3 倍。
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在发电机G上，只剩下发电机本身的电容电流
其有效值为
3 I 0G I BG I CG
3I0G 3UC0G
零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向是由母线流向发电机，
这个特点与非故障线路是一样的。
20
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
而当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在非故障的线路I上，在线路始端所反应的零序电流为
其有效值为
Hale Waihona Puke Baidu
3 I 0 I B I C
3I 0 3UC0
零序电流为线路I本身的电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向线路。
19
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
3 I 0Ⅱ I AⅡ I BⅡ I CⅡ (I BⅠ I CⅠ I BG I CG )
其有效值为
3I0Ⅱ 3U(C0 C0Ⅱ)
22
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
可见，由故障线路流向母线的零序电流，其数值等于全系统非故障元件对地电容电 流之总和（但不包括故障线路本身），其电容性无功功率的方向为由线路流向母线， 恰好与非故障线路上的相反。
23
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
单相接地时的零序等效网络
规定方向
实际方向【大小见式（4-20）】
总结以上分析的结果，可以得出如下结论： 在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。 在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流．电容性无功功率 的实际方向为由母线流向线路。 在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大， 电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。
零序电流保护与相间电流保护一样，广泛采用三段式电流保护。 通常零序Ⅰ段为无时限电流速断保护，只保护线路的一部分，零序Ⅱ段
带时限零序电流速断保护，一般带有0.5s的延时，可以保护线路全长， 并与相邻线路保护相配合。 零序Ⅲ段为零序过电流保 护，作为本级线路和相邻 线路接地保护的后备保护。
8
U mn U a U b U c 3U 0
6
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
零序电流过滤器
对于架空线路，为取得零序电流，通常采用三个单相电流互感器，结成完全星形接线，
继电器中的电流为
3I0 Ia Ic Ib
可见，继电器中流过的电流实际就是中线中的电流，因此，在实际应用中并不需要专
Ik 3U(C0Ⅰ C0Ⅱ C0G ) 3UC0
21
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
此电流要从A相流回去，因此，从A相流出的电流可表示为 I
线路Ⅱ始端所流过的零序电流则为，并将I AⅡ
I
k
代入
AⅡ
I
k
，这样在
对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向 实际上都是由线路流向母线的。
从任一保护（如保护1）安装处的零序电压与电流之间的关系看，由于A母线上的零
序电压
U
A0
实际上是从该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降，可表示为：
U
A0
(
I
' 0
)
ZT
1.0
在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零
为此，必须校验方向元件在这种情 况下的灵敏系数，要求Ksen＞1.5。
14
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
对零序电流保护的评价
优点： 零序过电流保护的灵敏度高，总的故障切除时间更短。 而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多。因此零序I 段的保护范围较大，也较稳定，零序Ⅱ段的灵敏系数也易于满足 要求。 当系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡、短时过负 荷等，零序保护不受它们的影响。 在110kV及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部 故障的70％～90％，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起 来的，因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护 4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护 4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
1
4 电网的接地保护
在电力系统中，中性点的工作方式有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接 地和中性点不接地三种。后面两种也称非直接接地。
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序电流速断（零序Ⅰ段）保护
在发生单相或两相接地短路时，也可以求出零序电流随线路长度变化的关系 曲线，进行保护的整定计算。零序电流速断保护的整定原则如下：
9
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
按上述条件（1）、（2）整定的零序Ⅰ段，往往不能躲开在非全相运行状态下又发 生系统振荡时，所出现的最大零序电流，
在零序过电流保护中，对继电器的启动电流，原则上是按照躲开在下一条线路出口处相间短路时所 出现的最大不半衡电流来整定，
I K I III
III
set
rel unb.m ax
本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ⅲ段的保护范围。如有分支电路，则
III
K III
rel III
I I set.2
13
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
零序功率方向继电器
整流型零序功率方向继电器，都是把最大灵敏角做成 sen =70°~ 85 °，即要求加入
继电器的 U r 超前 I r 70°~ 85 °时动作最灵敏。
越靠近故障点的零序电压越高，因 此零序方向元件没有电压死区。
当故障点距保护安装地点很远时， 由于保护安装处的零序电压较低， 零序电流较小，继电器反而可能不 起动。
15
4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
对零序电流保护的评价
不足： 对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统 运行所提出的要求； 随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全 相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现较大 的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作； 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时（例如110kV 和220kV电网），则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生 零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化．并将增大第Ⅲ段 保护的动作时限。
门的零序电流过滤器，而是将继电器接入相间短路保护用电流互感器的中线上即可。
对于电缆线路，将互感器套在电缆外面，
从铁心中穿过的电缆就是电流互感器的
一次绕组，其一次电流是 Ia Ib Ic ，
正常时为零，发生单相接地时为
3
I0
，
在二次侧输出，其主要特点就是接线
简单。
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4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护 整定原则如下：
t2II 0.5s
11
4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
零序过电流（零序III段）保护
零序III段的作用相当于相间短路的过电流保护，在一般情况下是作为后备保护使用的，但在中性点 直接接地电网中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。
在中性点直接接地系统中，发生单相接地短路时，将出现很大的故障相电流和零序 电流，故又称大电流接地系统。
在中性点非直接接地系统中，发生单相接地时，因不构成短路回路，在故障处流过 较小的故障电流，故又称为小电流接地系统。
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4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
当中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，在正常运行情况 下它们是不存在的，因此可以利用零序电流构成接地短路的保护。
对于零序电流仍然采用母线流向故障点为正方向，而对于零序电压，是以线路高于大地 的电压为正方向。
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4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
故障点的零序电压最高．系统中距离故障点越远处的零序电压越低；
零序电流是U k 0 产生的，当忽略回路的电阻时， 和 将超前 U k0 90 ，计及回路电
如果按条件（3）整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能 充分发挥零序I段的作用。
在装有综合重合闸的线路上，通常是设置两个零序Ⅰ段保护，一个是按条件1或2整 定（由于整定值较小，保护范围较大，因此，称为灵敏Ⅰ段），它的主要任务是对 全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围，而当单相重合闸起 动时，则将其自动闭锁，需待恢复全相运行时可能重新投入。
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在发生故障的线路Ⅱ上，在B相和C相上，与非故障的线路一样，流有它本身的电
容电流，在接地点要流回全系统B相和C相对地电容电流之总和，其值为
其有效值为
I k (I BⅠ I CⅠ) (I BⅡ I CⅡ) (I BG I CG )
序阻抗和零序等效网络就是不变的。但此时，系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运
行方式而变化，正、负序阻抗的变化将引起故障点各序分量电压之间电压分配的改
变，因而间接地影响零序分量的大小。
5
4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
零序电压过滤器
为了取得零序电压，通常采用三个单相式电压互感器或三相五柱式电压互感器，其一 次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形：
故障点k的零序电压为 在非故障相中流向故障点的电容电流为
其有效值为 IB IC 3UC0 ，U为相电压的有效值。
此时，从接地点流回的电流为
Ik
IB
IC
，其有效值为
Ik 3UC0，即正常运行时三相对地电容电流的算术和。
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4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
阻时，例如取零序阻抗角为k0 80 。则 和 将超前U k0 100 。
零序电流的分布，决定于送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，例如在图4-1(a)中，当变压器T2的中性点不接地时，则
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4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运 行人员采取措施予以消除。 因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，而不必跳 闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。
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4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
中性点不接地电网中单相接地故障的特点 在A相接地以后，各相对地的电压为
set.1
Kb.min
保护装置的灵敏系数，当作为相邻
元件的后备保护时，应按照相邻元
件末端接地短路时，流过本保护的
最小零序电流（应考虑分支电路使
电流减小的影响）来校验。
同一线路上的零序过电流保护与相 间短路的过电流保护相比，将具有 较小的时限。
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4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
方向零序电流保护的基本原理 在双侧或多侧电源的网络中， 电源处变压器的中性点一般 至少有一台要接地。 由于零序电流的实际流向是 由故障点流向各个中性点接 地的变压器，因此在变压器 接地数比较多的复杂网络中， 就需要考虑零序电流保护动 作的方向性问题。
另一个是按条件（3）整定（由于它的定值较大．因此称为不灵敏Ⅰ段），装设它的 主要目的，是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失 去灵敏Ⅰ段的缺陷，尽快地将故障切除。
不灵敏I段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏Ⅰ段为小。
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4.2 中性点直接接地电网零序电流保护
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4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
在中性点非直接接地电网中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三 相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下 部允许再继续运行1～2小时，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地
运行的主要优点。但是在单相接地以后．其他两相的对地电压要升高 3 倍。
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在发电机G上，只剩下发电机本身的电容电流
其有效值为
3 I 0G I BG I CG
3I0G 3UC0G
零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向是由母线流向发电机，
这个特点与非故障线路是一样的。
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4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
而当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
在非故障的线路I上，在线路始端所反应的零序电流为
其有效值为
Hale Waihona Puke Baidu
3 I 0 I B I C
3I 0 3UC0
零序电流为线路I本身的电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向线路。
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4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
3 I 0Ⅱ I AⅡ I BⅡ I CⅡ (I BⅠ I CⅠ I BG I CG )
其有效值为
3I0Ⅱ 3U(C0 C0Ⅱ)
22
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
可见，由故障线路流向母线的零序电流，其数值等于全系统非故障元件对地电容电 流之总和（但不包括故障线路本身），其电容性无功功率的方向为由线路流向母线， 恰好与非故障线路上的相反。
23
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
单相接地时的零序等效网络
规定方向
实际方向【大小见式（4-20）】
总结以上分析的结果，可以得出如下结论： 在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。 在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流．电容性无功功率 的实际方向为由母线流向线路。 在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大， 电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。
零序电流保护与相间电流保护一样，广泛采用三段式电流保护。 通常零序Ⅰ段为无时限电流速断保护，只保护线路的一部分，零序Ⅱ段
带时限零序电流速断保护，一般带有0.5s的延时，可以保护线路全长， 并与相邻线路保护相配合。 零序Ⅲ段为零序过电流保 护，作为本级线路和相邻 线路接地保护的后备保护。
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U mn U a U b U c 3U 0
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4.1 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流、 电压和功率的特点
零序电流过滤器
对于架空线路，为取得零序电流，通常采用三个单相电流互感器，结成完全星形接线，
继电器中的电流为
3I0 Ia Ic Ib
可见，继电器中流过的电流实际就是中线中的电流，因此，在实际应用中并不需要专
Ik 3U(C0Ⅰ C0Ⅱ C0G ) 3UC0
21
4.4 中性点非直接接地电网的接地保护
当网络中有发电机（G）和多条线路存在时
此电流要从A相流回去，因此，从A相流出的电流可表示为 I
线路Ⅱ始端所流过的零序电流则为，并将I AⅡ
I
k
代入
AⅡ
I
k
，这样在
对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向 实际上都是由线路流向母线的。
从任一保护（如保护1）安装处的零序电压与电流之间的关系看，由于A母线上的零
序电压
U
A0
实际上是从该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降，可表示为：
U
A0
(
I
' 0
)
ZT
1.0
在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零
为此，必须校验方向元件在这种情 况下的灵敏系数，要求Ksen＞1.5。
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4.3 中性点直接接地电网方向零序电流保护
对零序电流保护的评价
优点： 零序过电流保护的灵敏度高，总的故障切除时间更短。 而零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多。因此零序I 段的保护范围较大，也较稳定，零序Ⅱ段的灵敏系数也易于满足 要求。 当系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡、短时过负 荷等，零序保护不受它们的影响。 在110kV及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部 故障的70％～90％，而且其它的故障也往往是由单相接地发展起 来的，因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。