华北电力大学课程电力系统继电保护—零序保护.pptx

1 1/58/58 主要针对中性点直接接地系统（大电流接主要针对中性点直接接地系统（大电流接地系统）。地系统）。特征和差异特征和差异：1 1）电力系统正常运行时，三相对称，没有负）电力系统正常运行时，三相对称，没有负 序和零序分量。序和零序分量。2 2）不对称故障不对称故障时，会产生负序或零序分量。时，会产生负序或零序分量。其中，零序分量其中，零序分量（特征）（特征）总是伴随着总是伴随着不对不对 称接地称接地故障的发生而产生，据此，可构成故障的发生而产生，据此，可构成 反映不对称接地故障的反映不对称接地故障的零序电流保护零序电流保护。2 2/58/582.3.1 2.3.1 零序分量的分布零序分量的分布故障附加网络故障附加网络3 3/58/58 由故障附加网络由故障附加网络(短路点是故障分量的短路点是故障分量的“源源”),),分解出零序分量之后分解出零序分量之后,零序电压的分布如下：零序电压的分布如下：4 4/58/58零序分量的特点：零序分量的特点：1 1）短路点的零序电压最高，接地点为）短路点的零序电压最高，接地点为0 0。2 2）零序电流由短路点经过所有的变压器接）零序电流由短路点经过所有的变压器接 地点形成回路。地点形成回路。3 3）零序电压与电流的相位关系（即零序功）零序电压与电流的相位关系（即零序功 率方向）如下图：率方向）如下图：5 5/58/58 内部接地时，零序功率方向：内部接地时，零序功率方向：6 6/58/58 分析上图，并归纳后，可以知道：分析上图，并归纳后，可以知道：1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时 M侧侧N侧侧 内部故障内部故障 外部故障外部故障 7 7/58/58 分析上图，并归纳后，可以知道：分析上图，并归纳后，可以知道：1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N侧外部接地时侧外部接地时 特殊相量特殊相量 可以应用于判断短路方向可以应用于判断短路方向 8 8/58/582.3.2 2.3.2 零序分量的获取零序分量的获取,计算或连接计算或连接9 9/58/582.3.2 2.3.2 零序分量的获取零序分量的获取,计算或连接计算或连接（开口三角）（开口三角）1010/58/582.3.2 2.3.2 零序分量的获取零序分量的获取,计算或连接计算或连接1111/58/58 二次回路还可以采用下面的方法来获取零二次回路还可以采用下面的方法来获取零序电压：序电压：1212/58/58零序电流分量的获取方法：零序电流分量的获取方法：1313/58/58零序电流滤过器的不平衡输出零序电流滤过器的不平衡输出单相二次、一次单相二次、一次I I关系：关系：三相二次、一次三相二次、一次I I关系：关系：1414/58/58零序电流滤过器的不平衡输出零序电流滤过器的不平衡输出单相二次、一次单相二次、一次I I关系：关系：三相二次、一次三相二次、一次I I关系：关系：1515/58/58 TA的误差曲线：的误差曲线：理想曲线理想曲线 实际曲线实际曲线(饱和曲线饱和曲线)希望：测量电流希望：测量电流误差误差 电流变化最小。电流变化最小。当然，接地阻抗不变为最好。当然，接地阻抗不变为最好。这是继电保护对一次系统提出的要求中，少数被这是继电保护对一次系统提出的要求中，少数被采纳的。采纳的。3232/58/58 如：一个变电站有如：一个变电站有2 2台变压器时，那么，平常只允台变压器时，那么，平常只允许一台接地，另一台不接地。许一台接地，另一台不接地。3333/58/58 如：一个变电站有如：一个变电站有2 2台变压器时，那么，平常只允台变压器时，那么，平常只允许一台接地，另一台不接地。许一台接地，另一台不接地。当接地的变压器检修当接地的变压器检修(或退出运行或退出运行)时，才将不接地时，才将不接地的变压器改为接地。的变压器改为接地。注：自耦变压器必须每台接地！注：自耦变压器必须每台接地！3434/58/58二、零序电流二、零序电流段保护段保护 与下一级线路的零序与下一级线路的零序段段电流定值进行配合电流定值进行配合（电流、时间两方面的配合）。（电流、时间两方面的配合）。注意：电流的另一种分流关系注意：电流的另一种分流关系(分支系数分支系数)！（下面介绍）（下面介绍）如果零序电流如果零序电流段的灵敏度不够，则与下一级段的灵敏度不够，则与下一级线路的零序线路的零序段段电流定值进行配合电流定值进行配合。3535/58/58反映了：分流关系反映了：分流关系3636/58/58得到零序得到零序段段电流定值计算公式：电流定值计算公式：为了保证保护为了保证保护1 1的第的第段不误动段不误动,从公式和从公式和电流保护的概念可以得出：电流保护的概念可以得出：整定值必须取最大整定值必须取最大对应的对应的分支系数取分支系数取最小最小(分流最大分流最大)，保证不误动。，保证不误动。3737/58/58 校验零序校验零序段时，考虑线路末端短路的最小零序段时，考虑线路末端短路的最小零序电流，故没有分支系数的影响，但存在分配系数的电流，故没有分支系数的影响，但存在分配系数的影响。影响。灵敏度要求：灵敏度要求：3838/58/58 分配系数与分支系数的关系：分配系数与分支系数的关系：M侧电流分配系数：侧电流分配系数：保护处保护处电流分支系数：电流分支系数：3939/58/58 躲过下一级线路出口相间短路所产生的最大不躲过下一级线路出口相间短路所产生的最大不平衡电流。平衡电流。三、零序电流三、零序电流段保护段保护 目前的工程中，通常取一次的零序电流为目前的工程中，通常取一次的零序电流为300300800800A（保证高阻接地时的灵敏度），再换算成二（保证高阻接地时的灵敏度），再换算成二次值，作为次值，作为段定值段定值。（单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。（单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。(三相互感器为同型号三相互感器为同型号 时，下图说明时，下图说明)4040/58/58 TA的误差曲线：的误差曲线：理想曲线理想曲线某相出现最大某相出现最大误差（误差（10%）希望：测量电流希望：测量电流 误差误差10%其他相至少出现其他相至少出现的误差（的误差（5%）4141/58/58 与电流保护相同，还需要验证近后备、远与电流保护相同，还需要验证近后备、远后备的灵敏度。后备的灵敏度。在在段灵敏度满足要求后，由于通常存在段灵敏度满足要求后，由于通常存在“段电流定值段电流定值段电流定值段电流定值”，所以，所以，零序零序段的近后备容易满足。段的近后备容易满足。还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时间的制定。间的制定。4242/58/58 在在110kV110kV及以上系统中，导线对树木、竹及以上系统中，导线对树木、竹子等放电时，接地电阻（称为过渡电阻）可子等放电时，接地电阻（称为过渡电阻）可能达到能达到100100300300，此时，主要靠零序，此时，主要靠零序III段来切除短路。段来切除短路。国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面考虑：考虑：110kV110kV 75 75 220kV 220kV100100 500kV 500kV300300实质是反映：实质是反映：4343/58/582.3.6 2.3.6 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 通常为多接地点通常为多接地点类似于类似于“多电源多电源”点。点。因此，需要方向元件。因此，需要方向元件。回顾一下零序方向特征：回顾一下零序方向特征：4444/58/58 分析上图，并归纳后，可以知道：分析上图，并归纳后，可以知道：1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时 4545/58/58于是，于是，设计：设计：零序电流超前零序电压的角度零序电流超前零序电压的角度 为为 时，最灵敏。时，最灵敏。4646/58/58零序方向元件的幅值比较动作方程为：零序方向元件的幅值比较动作方程为：4747/58/58 出口发生接地短路时，零序电压最大，所以，没出口发生接地短路时，零序电压最大，所以，没有出口死区的问题。有出口死区的问题。接线方式简单：接线方式简单：。继电保护规程继电保护规程确定：确定：110kV110kV及以上系统中，采及以上系统中，采用自产零序电压。用自产零序电压。但是但是,的极性经常被接错的极性经常被接错,导致不正确动作。导致不正确动作。虽然想了很多办法，仍然难以彻底解决。主要原虽然想了很多办法，仍然难以彻底解决。主要原因是：正常运行时，无因是：正常运行时，无 。正常三相有电压正常三相有电压,便于确认极性。便于确认极性。4848/58/582.3.7 2.3.7 对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价 1 1）灵敏度高）灵敏度高几乎不受负荷电流影响。几乎不受负荷电流影响。2 2）受运行方式影响较小）受运行方式影响较小间接影响。间接影响。3 3）三相对称时，几乎没有影响。如振荡、）三相对称时，几乎没有影响。如振荡、过负荷等。过负荷等。4 4）出口短路无）出口短路无“死区死区”零序电压最大。零序电压最大。5 5）耐高阻接地的能力强。）耐高阻接地的能力强。6 6）一般情况下，第）一般情况下，第III段的延时短。段的延时短。4949/58/58零序零序段延时与保护范围的示意图段延时与保护范围的示意图5050/58/58各处零序各处零序段保护均正确动作的延时示意图段保护均正确动作的延时示意图相间过流相间过流零序过流零序过流5151/58/58零序电流保护的不足：零序电流保护的不足：1 1）对于运行方式变化很大或接地点变化很大的）对于运行方式变化很大或接地点变化很大的 电网，难以满足系统运行的要求。电网，难以满足系统运行的要求。2 2）单相重合闸过程中，系统又发生振荡，可能）单相重合闸过程中，系统又发生振荡，可能 出现较大零序电流的情况出现较大零序电流的情况有有影响。影响。3 3）采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的）采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的 电网时，任一侧发生接地短路都将在另一侧电网时，任一侧发生接地短路都将在另一侧 产生零序电流产生零序电流 整定计算复杂化。整定计算复杂化。5252/58/58书本以外的问题：书本以外的问题：1 1、为什么教材中只讨论零序保护，而不讨论负序、为什么教材中只讨论零序保护，而不讨论负序 电流保护？电流保护？零序零序反映接地短路。反映接地短路。负序负序反映不对称短路。反映不对称短路。（反映更全面，包括接地）。（反映更全面，包括接地）。1 1）零序分量获取简单）零序分量获取简单(任何时刻，信号相加即可任何时刻，信号相加即可)。5353/58/582 2）负序分量的获取要复杂一些，同时，在两种状）负序分量的获取要复杂一些，同时，在两种状 态转变的期间，会出现态转变的期间，会出现“不真实不真实”的负序分量。的负序分量。即：必须用同一种状态的电气量进行分解，即：必须用同一种状态的电气量进行分解，才能得到真实的负序分量才能得到真实的负序分量(下图下图)。目前，微机保护中已经应用了负序分量构成目前，微机保护中已经应用了负序分量构成 故障判别的保护功能。故障判别的保护功能。5454/58/58设设T为工频周期时，则瞬时值的一种获取方法为：为工频周期时，则瞬时值的一种获取方法为：负序分量的获取方法：负序分量的获取方法：5555/58/58 采用下式，或其它方法，都会在采用下式，或其它方法，都会在2 2种状态转换前种状态转换前后，出现不真实的负序分量。后，出现不真实的负序分量。5656/58/58 采用下式，或其它方法，都会在采用下式，或其它方法，都会在2 2种状态转换前种状态转换前后，出现不真实的负序分量。后，出现不真实的负序分量。5757/58/58 采用下式，或其它方法，都会在采用下式，或其它方法，都会在2 2种状态转换前种状态转换前后，出现不真实的负序分量。后，出现不真实的负序分量。5858/58/582 2、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下 短路点的短路电流最大？短路点的短路电流最大？5959/58/582 2、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下 短路点的短路电流最大？短路点的短路电流最大？一般情况下：一般情况下：但不是绝对的但不是绝对的6060/58/58 对于对于架空输电线、电缆、变压器等静止元架空输电线、电缆、变压器等静止元件件，存在：，存在：输电线有输电线有：3 3、正序与负序阻抗的关系、正序与负序阻抗的关系6161/58/58 不相等的正序、负序参数与电网的参数相结不相等的正序、负序参数与电网的参数相结合之后，不相等的影响较小，所以，在分析和合之后，不相等的影响较小，所以，在分析和计算时，通常取：计算时，通常取：。顺便指出，由顺便指出，由故障分析故障分析可以知道：可以知道：对于旋转元件对于旋转元件(如发电机、电动机如发电机、电动机)，各序电，各序电流分别通过时，将引起不同的电磁过程，对应流分别通过时，将引起不同的电磁过程，对应的正序、负序和零序阻抗互不相等。的正序、负序和零序阻抗互不相等。6262/58/58序网图中，接地点均看作序网图中，接地点均看作“零电位零电位”。4 4、跨步电压与序网图的关系、跨步电压与序网图的关系 实际上，序网图中的实际上，序网图中的“地电位地电位”差别已经在零序差别已经在零序网中考虑了。网中考虑了。二者矛盾！？二者矛盾！？存在跨存在跨步电压步电压