第五章电网的接地保护ppt课件.ppt

,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LG-12）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。,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。,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,一、概述,1、中性点方式：,2、供电可靠性：,3、绝缘水平：,4、接地电流：,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,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,第一节、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率,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，决定于线路的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。,（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,流入继电器中的电流为,接地故障时流入继电器的电流为零序电流，即,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,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。,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。,三、零序电流滤过器,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：,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,四、零序电压互感器,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,故障次数,17,28,91,1319,32,百分数,1.14%,1.88%,6.12%,88.7%,2.16%,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,二、无时限零序电流速断保护,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,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。,整定原则及公式,可靠系数，一般取1.25-1.3。,N处发生接地故障时，流过本保护的最大零序电流,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),可靠系数，一般取1.1-1.2。,三相触头不同时合闸时，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。,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。,可靠系数，一般取1.1-1.2。,非全相振荡时的零序电流。,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、按与相邻线路的零序段配合整定。,整定计算及灵敏度校验,相邻线路零序段的动作电流;,可靠系数，取1.1；,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),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,灵敏度,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)使本线路的零序段与下一线路的零序 段相配合，其动作电流、动作时限都与下一线路的零序段配合；,(2)保留原来0.5s时限的零序段，增设一个与下一线路零序段配合的、动作时限为1s左右的零序段，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。,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,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。,零序过电流保护动作电流整定,可靠系数，取1.2-1.3,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,2、与下一相邻线路零序过电流保护灵敏度配合,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：,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,必须加装功率方向元件。,1、必要性,在d1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足t02t03,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 t01t03 在d1点接地，只需满足 t02t04 即可保证选择性。,2.工作原理,正方向故障时的零序网络和向量图,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,零序功率方向继电器的动作方程：,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,动作方程,幅值比较,相位比较：,5.方向性零序电流三段保护的原理接线图,6、对零序电流保护和方向性零序保护的评价,（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。,（2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。,（3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。,（4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不会误动作。,（5）接线简单可靠。,三段式电流保护与三段式零序电流保护的异同,第四节 中性点非直接接地电网的接地保护,一、中性点不接地系统单相接地特点和保护方式,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点,1简单网络,在正常运行情况下,在A相接地时，各相对地的电压为：,结论：故障相电压为零，非故障相对地电压升高为原来 倍。,1、简单网络,故障点D的零序电压为：,结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压U相等。,各相对地电容电流为：,其有效值为IB=IC=EAc0=Uc0,1、简单网络,从接地点流回的电流ID为：,结论：从接地点流回的电流ID为正常运行时，三相对地电容电流的算术和。,1简单网络,2多条线路网络,当线路II A相接地时，在此接地电流ID为,（1）非故障线路I：,线路始端所反应的零序电流为,结论：零序电流的大小为线路本身对地电容电流，方向为由母线流向线路。,（2）故障线路：,线路始端所反应的零序电流为,有效值为：,结论：故障线路上零序电流的大小为全系统非故障元件对地电容电流之和，其方向为由线路流向母线。,综上所述，可得如下结论：,（1）单相接地时，全系统都将出现零序电压，而短路点的零序电压在数值上为相电压U；,（2）在非故障元件上有零序电流，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；,(3)在故障元件上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。,二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点,思考：如果电网中单相接地时接地电容电流的总和比较大，此时单相接地短路会过渡到相间短路，那么采取什么措施减少接地电容电流呢？,解决方法：在电源中性点加装一个电感线圈。减少流经故障点的电流，避免在接地点燃起电弧，把这个电感线圈称为消弧线圈。,当线路II上A相接地时,在接地点又增加了一个电感分量的电流 IL，因此，从中性点流回的总电流为,结论：ID将因消弧线圈的补偿而减少。,消弧线圈的补偿方式：,（1）完全补偿,就是使IL=IC。接地点的电流ID近似为零。,在实际上不能采用这种方式。,（2）欠补偿,就是使ILIC。补偿后的接地点电流是电容的。,这种方式一般也是不采用的。,（3）过补偿,就是ILIC，补偿后的残余电流是电感性的。,这种方式实际中获得了广泛的应用。,三、绝缘监视,在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号。,正常运行时：没有零序电压，三只电压表读数相等，KV不动。,当系统任一出线发生接地故障时：接地相对地电压为零，而其他两相对地电压升高。同时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV动作，给出接地信号。,三、绝缘监视,思考：如何判断接地相？,如何判断接地线路？,三、绝缘监视,四、零序电流保护,零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的保护装置。,零序电流保护的原理接线图如右图所示。,零序电流保护装置的起动电流必须大于本线路的零序电容电流，即,零序电流保护装置的灵敏度：,按被保护线路上发生接地故障时流经保护的最小零序电流来校验，灵敏系数为：,由上式可见，当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流越小时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。,五、零序功率方向保护,利用故障线路和非故障线路零序功率方向的不同，区分出故障线路，构成有选择性的零序方向保护。,零序功率方向保护的原理接线,单相接地故障的保护方式,1无选择性绝缘监视装置（利用接地故障时出现的零序电压而构成）2、零序电流保护（利用故障线路始端和非故障线路始端零序电流大小不同而构成）3、零序功率方向保护（利用故障线路始端和非故障线路始端零序功率方向不同而构成）,单相接地故障的特点,中性点经消弧线圈接地电网中，当采用过补偿方式时，流经故障线路和非故障线路保护安装处的电流，是电容性电流，其容性无功功率方向都是由母线流向线路。故无法利用功率方向来判别是故障线路还是非故障线路。当过补偿度不大时，也很难利用电流大小判别出故障线路。,经消弧线圈接地系统的接地保护,1反应稳态5次谐波分量的接地,2反应暂态零序电流的保护；,保护；,3注入信号法。,