接地故障与保护

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。
ϕ sen = 70
灵敏角
o
ϕ sen = −(95o ~ 110 o )
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
Baidu Nhomakorabea
电压相量图：
& EA
& U k0
& U kC
& & U k 0 = −E A
& I 0L1
& U kB
& EC
& EB
& 3U 0
& I 0L2
& I 0 L 3Σ
非故障线路的零序电流
& & I 0 L1 = jωC 0 L1U k 0 & & I 0 L 2 = jωC 0 L 2U k 0
接地点总零序电流为
& & & I k 0 = −3U k 0 jω (C 0 L1 + C 0 L 2 + C 0 L 3 ) = −3 jωC 0 ΣU k 0
故障线路的零序电流为
& & & I 0 L 3Σ = − jω (C 0 L1 + C 0 L 2 )U k 0 = − jω (C 0 Σ − C 0 L 3 )U k 0
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
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。
灵敏系数：
K sen = 3U p ω (C 0 Σ − C 0 L1 ) K rel 3U p ωC 0 L1 C 0 Σ − C 0 L1 = K rel C 0l1
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。
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。
I I op1
=
I K rel 3I 0. max
△
△
3I 0
I I op1
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 op 1 = K rel 3 I 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 。
& EC
& EB
& EA
& I 0 L1
& I 0 L1
& I 0L 3
& I 0L 2
K
& I 0L 2
& I 0 L3
& U kA = 0
& & & U kB = E B − E A & & & U kC = E C − E A
1 & & & & & U k 0 = (U kA + U kB + U kC ) = − E A 3
△
△
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。
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
II rel
I 20.cal
K sen =
3I 0.cal .min IⅡ1 op
保护动作电流确定分析
K
△ △
3I 0
I
I op1
I I op 2
II I op1
I 0I.cal
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 p ωC 0 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 ω (C 0Σ − C 0 L1 )
L
I 动作时间： tⅡ 1 = top 2 + ∆t op
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。
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。
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：