第四章 电网的电流保护和方向第一节
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4、中性点经消弧线圈接地系统 接地故障特点 （1）接地点出现零序电压， 消弧线圈中电流抵消容性电流， 消除或减轻电弧的危害。 （2）接地点不再有容性电弧电 流或有很小的电容电流流过， 接地故障仍可能存在；接地相 电压降低，非接地相电压仍然 很高，不允许长期接地运行。
I L
I C0
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
忽略回路电阻(纯电感)
U k0
A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
I 0
jXT1.0
Uk0
考虑回路电阻
k 0 80
1000
U k0
k 0
I 0
I 0
I 0
I 0
I 0
I 0
I 0
I 0
.. .. ..
...
3I 0
3U 0
静态继电器采用的接线
实际上广泛应用的接线
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
灵敏性校验 1.零序电压的特点 越接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。 2.灵敏性校验 作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路 时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率 方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算 灵敏系数，并要求是 K lm 1.5 。
K0.br
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
动作时限
T2
6 5 4
T1
3
2
1
tPD
t6
t5
t4 t4(0)
t6(0)
t 5(0)
t3
t2
t1
l
在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。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
一、中性点接地方式及接地故障种类
常用按照单相接地短路时接地电流的大小分为：大电 流接地系统和小电流接地系统两类： 中性点直接接地 大电流接地方式 中性点经小电阻接地
小电流接地方式 中性点不接地
中性点经消弧线圈接地
大电流接地系统又称有效接地系统；小电流接地系统 又称非有效接地系统。
I 0
Uk0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
二、中性点有效接地系统的接地保护
1.零序电流瞬时速断(零序I段)保护
零序电流速断保护的整定原则 (1) 躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出 现的最大零序电流 3I 0. max，引入可靠系数 K rel (一般取为1.2~1.3) I K 3I
act rel 0. max
(2) 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序 电流 3I 0.ut I K 3I
act rel 0.ut
整定值应选取其中较大者(如果使零序I段带有0.1s的小 延时，可以不考虑(2))。 2.零序电流限时速断(零序Ⅱ段)保护 整定计算原则 零序Ⅱ段的起动电流和下一条线路的零序电流I段相配 合并高出一个 t 的时限。
零序电流的分布，主要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。
T1 A
1 2
B
T2
0 I 0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
零序分量参数的特点 (3) 故障线路零序功率方向实际上由线路流向母线。 (4) A母线上的零序电压与 零序电流的相位差
2
B
T2
A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
I 0
jXT1.0
Uk0
(1) 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。
Uk0
U A0
U B0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护 零序分量参数的特点 (2) 零序电流是由 U k 0产生的。 零序电流和电压的向量图
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
3、中性点不接地系统 接地故障特点 （1）由于中性点 N不接地， 没有短路电流通路； （2）故障相非故障相都流 过正常负荷电流； （3）接地相电压降低，但线电压仍然保持对称。 （4）接地相电压降低，非接地相电压升高至线电压，对 电气设备绝缘造成威胁。
保护对策：可以短时不予切除。 所作操作：查找并排除故障；或倒负荷。 对用户的供电可靠性高。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
2. 中性点经小电阻接地系统 接地故障的特点 中性点N和地之间的电阻r限 制了故障相电流的大小，也限制 了故障后过电压的水平。 接地后仍有数值较大的故障电 流产生。 保护对策：断路器须立即动作切除故障线路，同时也将 导致对用户的供电中断。 国外应用较多，国内正开始应用，属于中性点有效接 地系统。主要应用于大城市电缆供电网络规模很大、接地 时电容电流太大，难以补偿的系统。
.
I k 0. BC
.
I k 0. B 2
Ud U k. 0 0
.
当变压器 T2 切除或中 性点改为不接地运行时
K0.br 1
I k 0. AB
I k 0. BC
M
.2 I act
. .
.1 I act
l
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
灵敏性校验 零序Ⅱ段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时 的最小零序电流来校验，应满足 Ksen 1.3 ~ 1.5的要求。 不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决： (1) 使零序Ⅱ段与下一条线路的零序Ⅱ段相配合，时限 再抬高一级，取为l~1.2 s； (2) 保留0.5s的零序Ⅱ段，同时再增加一个按第(1)项原则 整定的保护； (3) 从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护(详见 第三章)。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
2、非有效接地系统发生单相接地故障后，除了出现零 序电压外，接地电流普遍较小或者根本没有，故障特征不 明显。 如中性点不接地的短线路（无分布电容，也无电容电 流）故障、消弧线圈完全补偿的中性点接地系统发生单相 接地故障等情况。此系统发生接地故障并不影响用户的正 常供电，对于系统的直接危害也较小。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
八、对零序电流保护的评价 与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点： (l)灵敏度高，动作时限短。
(2)受系统运行方式变化的影响小,灵敏度易于满足。
(3)零序保护不受系统不正常运行状态的影响。 (4) 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。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
整定计算原则 躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流
五、零序过电流(零序Ⅲ段)保护
. J Krel I unb. max I act
要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即
T2
6 5 4
T1
3
2
1
Ksen1 Ksen 2 Ksen 3 Ksen 4
实际上，接地故障点的状况也将直接影响接地 电流的大小和性质。 接地故障点可能是金属性接地，也可能是非金 属性接地。 一般非金属接地包括电弧接地，经树枝、杆塔 接地或者他们的组合接地；也包括高阻接地， 其特点是接地电流数值小，难以检测。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
二、针对不同接地故障的保护方法 1、中性点有效接地系统发生接地故障后，须快速检出 并切除发生接地故障的线路。 接地故障的显著特征：接地故障发生后出现零序电 压和零序电流。 保护：基于零序电流和零序电压的接地保护，灵敏性 和快速性好。 难点：中性点经小电阻接地的系统发生了高阻接地 故障后，因为接地回路阻抗大，接地电流小，保护构成困 难。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
对地电容电流的影响 容性电流在接地故障点 将以电弧的形式出现，电弧 高温会损坏设备，引起附件 建筑物燃烧，不稳定的电弧 燃烧还会引起弧光过电压， 造成非接地相绝缘击穿进而 发展成相间故障，导致断路 器动作跳闸，中断对用户的 供电。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
有分支电路时
T1 A
2
B
1
k
C
T2
引入零序电流的分支 系数K0.br 之后
I k 0. BC I k 0. B 2 I k 0. AB
.2 I act
Krel .1 I act K0,br
3I 0
I k 0. AB
零序过电流保护的整定计算，必须逐级配合，即本保护零序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。当两个保 K 护之间具有分支电路时 .2 rel I dz .1 I act 保护装置的灵敏系数，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。
七、方向性零序电流保护
B2
1
d1
2 3
d2
4
B1
I 0d1
I 0d1Fra Baidu bibliotek
Ud0
.
I 0d1
I 0d1
Ud0
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§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
950~1100， 超前于 3U 当保护范围内部故障时， 3I 0 0 这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。
3U 0
.. .
0
lm 95 ~ 110
. . .. . .
lm 110
..
A B C
..
lm 75 ~ 80
... . .
lm 70
GJ0
..
A B C
1100
3I 0
lm
GJ0
.. .. ..
3U 0
...
3I 0
3U 0
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
大电流接地和小电流接地方式划分的国际标准： 原理：接地点的零序综合电抗 大得越多，则接地电流越小。 比正序综合电抗
我国规定，当 时，属于小电流接地系统， 否则属于大电流接地系统，有的国家把这个比例定位 3.0。 中性点采用哪种接地方式，主要取决于供电可靠性和 限制过电压两个因素。我国规定110kV及以上电压等级的 系统采用中性点直接接地方式，35kV及以下的系统采用 中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可 采用小电阻接地方式。
第四章 电网接地故障的 电流、电压保护
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
接地故障是指导线与大地之间的不正常连接。 单相接地故障占高压线路总故障次数的70%以上，占 配电线路故障次数的80%以上。 绝大多数相间故障都是由单相接地故障发展而来的， 因此接地故障保护对电力线乃至整个电力系统的安全 运行至关重要。 接地故障与中性点接地方式密切相关，接地故障所表 现出来的故障特征和后果，危害完全不同，保护策略 也不相同。
保护的作用：在一般情况下都允许再继续运行1~2小时， 而不必立即跳闸，保护动作只给出报警信号，不需要立刻 跳闸。 故障选线：运行人员必须及时知道发生了接地故障， 是哪条线路发生的故障。
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
1、在电力系统中发生接地短路时零序分量的特点
T1 A
1
k (1)
零序分量参数的特点
( I )Z U A0 0 T 1.0
jXT1.0 A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
A母线上的零序电流与零序电压 之间的相位差只由 ZT 1.0 的阻抗角 决定，与被保护线路的零序阻抗 及故障点的位置无关。 (5) 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，则零序阻抗和零序等效网络就 U k 1 和 U k 2 的变化，间接影响 U k 0 。 是不变的。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
1. 中性点直接接地系统 接地故障特点： （1）接地故障发生时，接 地点与大地，中性点N，导线 形成短路通路，故障相将有大 短路电流流过。 （2）接地相电压降低，非 接地相电压几乎不变。 （3）接地相电流增大，非 接地相电流几乎不变 对用户的影响：这种接地方式 对用户供电的可靠性最低。 保护对策：断路器须立即 动作切除故障，不考虑过 电压问题。
I L
I C0
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
忽略回路电阻(纯电感)
U k0
A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
I 0
jXT1.0
Uk0
考虑回路电阻
k 0 80
1000
U k0
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I 0
I 0
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I 0
I 0
I 0
I 0
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...
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3U 0
静态继电器采用的接线
实际上广泛应用的接线
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
灵敏性校验 1.零序电压的特点 越接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。 2.灵敏性校验 作为相邻元件的后备保护时，即应采用相邻元件末端短路 时，在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率与功率 方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比来计算 灵敏系数，并要求是 K lm 1.5 。
K0.br
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
动作时限
T2
6 5 4
T1
3
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tPD
t6
t5
t4 t4(0)
t6(0)
t 5(0)
t3
t2
t1
l
在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。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
一、中性点接地方式及接地故障种类
常用按照单相接地短路时接地电流的大小分为：大电 流接地系统和小电流接地系统两类： 中性点直接接地 大电流接地方式 中性点经小电阻接地
小电流接地方式 中性点不接地
中性点经消弧线圈接地
大电流接地系统又称有效接地系统；小电流接地系统 又称非有效接地系统。
I 0
Uk0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
二、中性点有效接地系统的接地保护
1.零序电流瞬时速断(零序I段)保护
零序电流速断保护的整定原则 (1) 躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出 现的最大零序电流 3I 0. max，引入可靠系数 K rel (一般取为1.2~1.3) I K 3I
act rel 0. max
(2) 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序 电流 3I 0.ut I K 3I
act rel 0.ut
整定值应选取其中较大者(如果使零序I段带有0.1s的小 延时，可以不考虑(2))。 2.零序电流限时速断(零序Ⅱ段)保护 整定计算原则 零序Ⅱ段的起动电流和下一条线路的零序电流I段相配 合并高出一个 t 的时限。
零序电流的分布，主要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。
T1 A
1 2
B
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0 I 0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
零序分量参数的特点 (3) 故障线路零序功率方向实际上由线路流向母线。 (4) A母线上的零序电压与 零序电流的相位差
2
B
T2
A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
I 0
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Uk0
(1) 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。
Uk0
U A0
U B0
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护 零序分量参数的特点 (2) 零序电流是由 U k 0产生的。 零序电流和电压的向量图
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
3、中性点不接地系统 接地故障特点 （1）由于中性点 N不接地， 没有短路电流通路； （2）故障相非故障相都流 过正常负荷电流； （3）接地相电压降低，但线电压仍然保持对称。 （4）接地相电压降低，非接地相电压升高至线电压，对 电气设备绝缘造成威胁。
保护对策：可以短时不予切除。 所作操作：查找并排除故障；或倒负荷。 对用户的供电可靠性高。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
2. 中性点经小电阻接地系统 接地故障的特点 中性点N和地之间的电阻r限 制了故障相电流的大小，也限制 了故障后过电压的水平。 接地后仍有数值较大的故障电 流产生。 保护对策：断路器须立即动作切除故障线路，同时也将 导致对用户的供电中断。 国外应用较多，国内正开始应用，属于中性点有效接 地系统。主要应用于大城市电缆供电网络规模很大、接地 时电容电流太大，难以补偿的系统。
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I k 0. B 2
Ud U k. 0 0
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当变压器 T2 切除或中 性点改为不接地运行时
K0.br 1
I k 0. AB
I k 0. BC
M
.2 I act
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.1 I act
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§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
灵敏性校验 零序Ⅱ段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时 的最小零序电流来校验，应满足 Ksen 1.3 ~ 1.5的要求。 不满足灵敏系数的要求时，可以考虑用下列方式解决： (1) 使零序Ⅱ段与下一条线路的零序Ⅱ段相配合，时限 再抬高一级，取为l~1.2 s； (2) 保留0.5s的零序Ⅱ段，同时再增加一个按第(1)项原则 整定的保护； (3) 从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护(详见 第三章)。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
2、非有效接地系统发生单相接地故障后，除了出现零 序电压外，接地电流普遍较小或者根本没有，故障特征不 明显。 如中性点不接地的短线路（无分布电容，也无电容电 流）故障、消弧线圈完全补偿的中性点接地系统发生单相 接地故障等情况。此系统发生接地故障并不影响用户的正 常供电，对于系统的直接危害也较小。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
具有方向性的三段式零序电流保护的原理接线图
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
八、对零序电流保护的评价 与相间短路电流保护相比，零序电流保护的优点： (l)灵敏度高，动作时限短。
(2)受系统运行方式变化的影响小,灵敏度易于满足。
(3)零序保护不受系统不正常运行状态的影响。 (4) 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。
§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
整定计算原则 躲开下一条线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流
五、零序过电流(零序Ⅲ段)保护
. J Krel I unb. max I act
要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，即
T2
6 5 4
T1
3
2
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Ksen1 Ksen 2 Ksen 3 Ksen 4
实际上，接地故障点的状况也将直接影响接地 电流的大小和性质。 接地故障点可能是金属性接地，也可能是非金 属性接地。 一般非金属接地包括电弧接地，经树枝、杆塔 接地或者他们的组合接地；也包括高阻接地， 其特点是接地电流数值小，难以检测。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
二、针对不同接地故障的保护方法 1、中性点有效接地系统发生接地故障后，须快速检出 并切除发生接地故障的线路。 接地故障的显著特征：接地故障发生后出现零序电 压和零序电流。 保护：基于零序电流和零序电压的接地保护，灵敏性 和快速性好。 难点：中性点经小电阻接地的系统发生了高阻接地 故障后，因为接地回路阻抗大，接地电流小，保护构成困 难。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
对地电容电流的影响 容性电流在接地故障点 将以电弧的形式出现，电弧 高温会损坏设备，引起附件 建筑物燃烧，不稳定的电弧 燃烧还会引起弧光过电压， 造成非接地相绝缘击穿进而 发展成相间故障，导致断路 器动作跳闸，中断对用户的 供电。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
有分支电路时
T1 A
2
B
1
k
C
T2
引入零序电流的分支 系数K0.br 之后
I k 0. BC I k 0. B 2 I k 0. AB
.2 I act
Krel .1 I act K0,br
3I 0
I k 0. AB
零序过电流保护的整定计算，必须逐级配合，即本保护零序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。当两个保 K 护之间具有分支电路时 .2 rel I dz .1 I act 保护装置的灵敏系数，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。
七、方向性零序电流保护
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I 0d1Fra Baidu bibliotek
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§2-3 中性点直接接地电网中接地短路 的零序电流及方向保护
950~1100， 超前于 3U 当保护范围内部故障时， 3I 0 0 这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。
3U 0
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lm 95 ~ 110
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lm 110
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lm 75 ~ 80
... . .
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A B C
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...
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§4-1 电网接地故障种类及保护策略
大电流接地和小电流接地方式划分的国际标准： 原理：接地点的零序综合电抗 大得越多，则接地电流越小。 比正序综合电抗
我国规定，当 时，属于小电流接地系统， 否则属于大电流接地系统，有的国家把这个比例定位 3.0。 中性点采用哪种接地方式，主要取决于供电可靠性和 限制过电压两个因素。我国规定110kV及以上电压等级的 系统采用中性点直接接地方式，35kV及以下的系统采用 中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可 采用小电阻接地方式。
第四章 电网接地故障的 电流、电压保护
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
接地故障是指导线与大地之间的不正常连接。 单相接地故障占高压线路总故障次数的70%以上，占 配电线路故障次数的80%以上。 绝大多数相间故障都是由单相接地故障发展而来的， 因此接地故障保护对电力线乃至整个电力系统的安全 运行至关重要。 接地故障与中性点接地方式密切相关，接地故障所表 现出来的故障特征和后果，危害完全不同，保护策略 也不相同。
保护的作用：在一般情况下都允许再继续运行1~2小时， 而不必立即跳闸，保护动作只给出报警信号，不需要立刻 跳闸。 故障选线：运行人员必须及时知道发生了接地故障， 是哪条线路发生的故障。
§ 4-2 中性点有效接地系统中的接地保护
1、在电力系统中发生接地短路时零序分量的特点
T1 A
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零序分量参数的特点
( I )Z U A0 0 T 1.0
jXT1.0 A jX k0
B jXk0
. I0
jXT2.0
A母线上的零序电流与零序电压 之间的相位差只由 ZT 1.0 的阻抗角 决定，与被保护线路的零序阻抗 及故障点的位置无关。 (5) 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，则零序阻抗和零序等效网络就 U k 1 和 U k 2 的变化，间接影响 U k 0 。 是不变的。
§4-1 电网接地故障种类及保护策略
1. 中性点直接接地系统 接地故障特点： （1）接地故障发生时，接 地点与大地，中性点N，导线 形成短路通路，故障相将有大 短路电流流过。 （2）接地相电压降低，非 接地相电压几乎不变。 （3）接地相电流增大，非 接地相电流几乎不变 对用户的影响：这种接地方式 对用户供电的可靠性最低。 保护对策：断路器须立即 动作切除故障，不考虑过 电压问题。