大学课件 电力系统继电保护 第四节_中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护

2.4中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护中性点非直接接地电网——中性点不接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地等电网。2.4.1中性点不接地系统单相接地故障的特点如左图所示网络接线，A相发生单相接地短路时，其相量关系如下图所示。忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上产生的电压降，故障点处各相对地的电压为（以EA作为参考）150150033AkjBkBAAjCkCAAUUEEEeUEEEe在接地点A相对地电压为零，对地电容被短接，电容电流为零，而其它两相的对地电压升高倍。300BBkCCkIUjCIUjCkBCIII03CUIk在故障处非故障相中产生的电容电流流向故障点：从故障点A相接地点流过的电流是系统非故障相电容电流之和即：其有效值为，是正常运行时单相电容电流的三倍。0033CUI03BCIII现在分析一下当网络中有发电机G和多条线路存在时发生A相接地的特点：非故障的线路Ⅰ上，A相电流为零，B相和C相中有本身的电容电流，因此在线路始端所反应的零序电流为，其有效值为非故障相特点——非故障线路中的零序电流为线路本身的电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向线路。GGCUI003303GBGCGIII发电机G上，首先有其本身的B相和C相的对地电容电流，但由于它还是产生其它电容电流的电源，因此从A相中要流回从故障点流上来的全部电容电流，而在B相和C相流出的各线路上同名相的对地电容电流。由图可见，各线路的电容电流由于从A相流入后分别从B相和C相流出了，相加后互相抵消，而只剩下发电机本身的电容电流：有效值为发电机G的特点——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。()()()kBCBCBGCGIIIIIII00003)(3CUCCCUIGkAkII03()ABCBCBGCGIIIIIIII)(33000CCUI故障线路的特点——故障线路中的零序电流，其数值等于全系统非故障元件对地电容电流总和（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，恰好与非故障相上的相反。在故障的线路Ⅱ上：在B相和C相上，流有它本身的电容电流；而在接地点流回系统B相和C相对地电容电流总和，其值为：有效值为：从A相流出的电流可表示为：这样在线路Ⅱ始端所流过的零序电流则为：其有效值为：单相接地时的零序等效网络以及相量关系，如下图所示中性点不接地系统发生单相接地后零序分量分布的特点：（1）零序网络由同级电压网络中元件对地的等值电容构成通路，网络的零序阻抗很大；（2）在发生单相接地时，相当于在故障点产生了一个其值与故障相故障前相电压大小相等、方向相反的零序电压，从而全系统都将出现零序电压。（3）在非故障元件中流过的零序电流，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。（4）在故障元件中流过的零序电流，其数值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。2.4.2中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点消弧线圈——在中性点接入一个电感线圈，则当单相接地时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统中的电容电流相抵消，就可以减少流经故障点的电流，熄灭电弧，称之为消弧线圈，如下图所示：用三相系统表示消弧线圈接地电网中，单相接地时电流分布在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，应装设消弧线圈：对3~6kV电网—30A；10kV电网—20A；22~66kV电网—10A。1单相接地稳态特点kLCIIICILIALEIjLCILIkI在上图网络中，在电源的中性点接入了消弧线圈，当线路Ⅱ上A相接地时，从接地点流回的总电流是：——全系统的对地电容电流——消弧线圈的电流，设用L表示它的电感，则由于和的相位大约相差180°，因此，将因消弧线圈的补偿而减小。作出它的零序等效电路，如下图所示消弧线圈补偿方式完全补偿欠补偿过补偿CL31CLIICICLIILICå电源中性点对地有电压偏移将短时出现一零序分量电压正常运行时三相对地电容不完全相等断路器合闸三相触头不能同时闭合时产生的零序电压串联接于3L和间串联谐振的回路中产生很大的电压降落电源中性点对地电压严重升高实际上不能采用这种方式补偿后的接地点电流仍然是电容性的电容电流减小引起过电压一般不采用这种方式某个元件被切除或因发生故障而跳闸可能又出现和相等的情况补偿后的残余电流是感性的不可能发生过电压问题在实际中获得广泛应用CCLIIIPCILI大于的程度用过补偿度P来表示，其关系为：一般选择过补偿度P=5%~10%,而不大于10%结论——当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序电流之差，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线流向线路（实际上是电感性无功由线路流向母线），和非故障线路的方向一样。因此，在这种情况下，首先无法利用功率方向的差别来判别故障线路，其次由于过补偿度不大，因此，很难象中性点不接地电网那样，利用零序电流大小的不同来找出故障线路。2单相接地过渡过程特点发生单相接地故障相对地电压降低非故障相对地电压升高引起故障相放电电容电流——通过母线流向故障点；衰减得快；振荡频率高达数千赫，主要决定于电网线路参数，和故障点的位置以及过渡电阻。引起非故障相充电电容电流——通过电源、故障点成回路；由于整个流通回路的电感较大，因此衰减得慢，振荡频率较低。电力系统中发生单相接地后的暂态电容电流看成是以下两个电流之和，其分布和波特图如下所示：2.4.3零序电压保护在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和变电所母线上，都将出现数值较高的零序电压。在发电厂和变电所母线上，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，表明本级电压网络中出现了单相接地。网络单相接地的信号装置原理接线图这种方法给出的信号是没有选择性的，要想发现故障是在哪条线路上，还需由运行人员依次短时断开每条线路，并继之将断开线路投入。当断开某条线路时，零序电压信号消失，即表明故障是在该线路上。2.4.4零序电流和零序功率方向保护1零序电流保护零序电流保护——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地发出信号或动作于跳闸。应用——这种保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的线路上（如电缆线路或经电缆引出的架空线路）；当单相接地电流较大，足以克服零序电流过滤器中不平衡电流的影响时，保护装置也可以接于三个电流互感器构成的零序回路中。根据前面的分析，当某一线路上发生单相接地时，非故障线路上的零序电流为本身的电容电流，因此，为了保证动作选择性，保护装置的起动电流应大于本线路的电容电流，即起动电流的整定03CUKIrelset0033CUI00003)(3CKCCCUKCCUKrelrelsen灵敏系数的校验校验在本线路上发生单相接地故障时的灵敏系数，由于流经故障线路上的零序电流为全网络中非故障线路电容电流的总和，因此灵敏系数为：2零序功率方向保护零序功率方向保护——利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。中性点非直接接地电网中发生单相接地时，流过故障和非故障线路的电流变化仅为对地电容电流的变化，其值都较小，特别是当系统经消弧线圈过补偿方式工作时，利用工频分量的变化难于区分故障线路与非故障线路。对中性点非直接接地电网单相接地保护的研究仍然是个重要的课题。