第五章电网的接地保护

K rel 3I 0ust
——可靠系数，一般取1.1-1.2。 ——三相触头不同时合闸时，
K rel I 0ust
出现的最大零序电流。
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。
I 0oper
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 段保护。
三、限时零序电流速断保护
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
1、中性点方式： 2、供电可靠性： 3、绝缘水平： 中性点直接接地（大接地电流电网） 中性点非直接接地（小接地电流电网） 大：供电可靠性低 小：供电可靠性高 大：按相电压，设备造价低 小：按线电压，设备造价高
4、接地电流： 大：接地电流大，属故障状态，需跳闸 小：接地电流小，属不正常运行状态，不 跳闸只发信号
可靠系数，一般取1.25-1.3。
I 0max N处发生接地故障时，流过本保护的 最大零序电流
M
I0
N
3I M 0
1
I 0I.oper
0
3I 0.max
l
2、躲过断路器三相触头不同时合 闸时，流过保护的最大零序电流。 （为提高保护灵敏度可让保护带有0.1 秒延时,此条可不考虑)
I
I 0oper
基本要求
1、要了解电力系统中性点接地方式，掌握中性点直接接地电网 发生单相接地时电流、电压变化特点，特别是出现零序电流、 零序电压的特点及其变化规律。
2、掌握根据零序电流、电压的大小、方向、及分布变化规律， 来实现零序电流保护及零序方向保护的原理。
3、重点掌握用于中性点直接接地电网中三段式零序电流保护的 原理，整定计算原则及方法，并将它们与相间短路的三段式电 流保护相对照，找出它们之间的异同，以便加深理解和记忆。 4、掌握接地保护中应用的功率零序方向继电器（如整流型LG12）的特点，零序功率方向继电器的接线（指零序电流和零序 电压滤过器之间的连接）特点。
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
整定原则及公式
1、躲过被保护线路末端接地短 路故障时，流过本保护的最大零序 电流。
I
I 0oper
Krel 3I 0max
K rel
Uk0
反方向故障时零序网络和向量图
3.整流型和晶体管型零序功率方向继电 器的接线
* * *
sen 70
* * * TA * * * *
KW0
0
TV
* * *
*
3I 0
3U0
I k 3I0 Uk 3U0
零序功率方向继电器的动作方程：
| KUU k KI I k || KUU k KI I k |
1QF
t5
t05
t4
t04
t3
t03
t2
t1
第三节、零序方向电流保护
增设方向元件的必要性 正向故障时，保护安装点零序电
压与零序电流的相位关系 整流型零序功率方向继电器
1、必要性 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
按此条件整定，通常整定值较高，可采 用设置两个速断保护。
3、当被保护线路采用单相自 动重合闸时，保护还应躲过单相 重合闸过程中出现非全相运行又 伴随振荡时的零序电流。
I I
I 0oper
K rel 3I 0unc 非全相振荡时的零序电流。
K rel 可靠系数，一般取1.1-1.2。
* * *
I k 3I 0 Uk 3U0
静态型零序功率方向继电器
4、 整流型零序功率方向继电器
UR
5
R1
N2
U1
T
nTU g
7
Ig
(3I ) N1
0
Z br I g
Ug
nTU g
8
6
N 3 Z br I g
KP
U1
C1
U2
11
KP
12
U2
R2
C2
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。
（2）零序电流的分布，决定于线路wk.baidu.com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。
（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。
(3)从电网接线的全局考虑，改用接地距离保 护。
四、零序过电流保护
工作原理: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：1、在下一相邻线路上发生三相短路 时，本保护不动作。2、与下一相邻线路零序过电 流保护灵敏度配合
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
发生三相短路时，零 序电流滤过器输出的 最大不平衡电流。
最大不平衡电流计算
三、零序电流滤过器
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
.
.
.
.
I r I a I b I c 3I 0
.
.
.
.
.
三、零序电流滤过器
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
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。
U mn U A U B U C 3 U 0
.
.
.
.
.
四、零序电压互感器
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=Urn
第二节、中性点直接接地电网 的零序电流保护
中性点直接接地电网
2002年220kV电网输电线路故障统计表
故障类型 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 其他
R3 C3
R4
C4
动作方程
幅值比较 相位比较：

U 1 nT U g Z br I g U 2 nT U g Z br I g U1 U 2
故障次数
17 1.14%
28 1.88%
91
6.12%
1319 88.7%
32 2.16%
百分数
三段式零序电流保护
一、无时限零序电流速断保护
二、限时零序电流速断保护 三、零序过电流保护
一、零序电流保护接线
QF
YC
1KS
2 KS
3KS
+
I
1KA
I
KC
2 KA
t
1KT
3KA
I
t
TA
二、无时限零序电流速断保护
K
P
IM 0
IN0
I0
3I M 0
3I N 0
I
I 0.oper.1
I 0I.oper.2
I 0IIoper.1 .
0
l
I
0oper1
相邻线路零序Ⅰ段
的动作电流;
K rel 可靠系数，取1.1； Kb 分支系数。
2、按躲过非全相运行时的零序 电流整定(不灵敏II段按此原则整定)
K aper ~ 非周期分量影响系数取 2 1 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 %误差, 取0.1 10
2、与下一相邻线路零序过电流 保护灵敏度配合
I
III 0oper 1
K rel III I 0oper2 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。
正方向故障时的零序网络和向量图
T1 A QF1 A
K1 I0 B
I0B
B QF2
B QF3 C QF4
C
T2
3U 0. B
Uk0
U0B
3I 0 B
110
T1
A
QF1
B QF2 QF3
K2
C QF4
T2
A
I0.B
B C
3U 0. B
70
3I 0 B
U0.B
3U 0
110
I k 3I 0
lm 70
KI Ik
KUU k
U k 3 0 U
Uk 3U0
* * *
KW0 sen 1100
* * * * TA * * * 3I 0 *
3U0
TV
sen 110
I k 3I 0
I
0oper1
K rel 3I 0unc
I 0unc ——本线路非全相
运行时的最大零序 电流。
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
灵敏度
K sen
3I 0.cal .min IⅡ 1 op

必须加装功率方向元件。
2. 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d2点接地，只需满足 t01>t03 在d1点接地，只需满足 t02<t04 即可保证选择性。
基本要求
5、了解获得零序电流和零序电压的基本方法（如 零序电流、电压滤过器的工作原理）。 6、掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障 时的特点，以及出现零序电压和零序电流，尤其 是零序电流的性质及其分布的特点。 7、掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地 保护方式及其特点。 8、了解中性点经消弧绕组接地电网的接地故障现 象与中性点不接地电网的故障有何不同。 9、了解中性点经消弧绕组接地电网中实现接地保 护的困难性及其克服方法。
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。
整定计算及灵敏度校验
1、按与相邻线路的零序Ⅰ段配 合整定。
I
II 0oper 1
K rel I I 0oper2 Kb
K b ~ 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。
M
I0 1
N I0
2
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; 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
零序过电流保护的时限特性：
T1 5QF 4QF 3QF T2 2QF
（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。
（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。
二、变压器中性点的选择


不使系统出现危险的过电压； 不使零序网络有较大改变，以保证零 序保护有稳定的灵敏性。
三、零序电流滤过器
对于采用电缆引出的送 电线路，还广泛采用零序电 流互感器接线以获得3I0 ， 如右图所示。它和零序电流 过滤器相比，主要是没有不 平衡电流，同时接线也更简 单。
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：
第五章的内容
第一节 中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、
零序电流和零序功率 第二节中性点直接接地电网的零序电流保护 第三节 中性点直接接地电网的零序方向电流保护 第四节 中性点非直接接地电网的接地保护 第五节 对电网接地保护的评价和应用
第一节、接地故障时零序电流，零序电压及零序 功率 一、概述