输电线路接地短路分析及相应的保护Word文档下载推荐.doc
《输电线路接地短路分析及相应的保护Word文档下载推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《输电线路接地短路分析及相应的保护Word文档下载推荐.doc（77页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
目录 III
第一章引言 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2发展现状及存在的问题 1
1.3研究的主要问题 2
1.4研究理论和方法 2
第二章大接地电流系统接地短路分析及相应的保护 4
2.1短路分析 4
2.1.1单相接地短路 4
2.1.2两相接地短路 7
2.2相应保护 10
2.2.1零序电流保护 10
2.2.2高频保护 15
2.2.3接地距离保护 22
2.2.4其他保护 28
第三章小接地电流系统接地短路分析及相应的保护 31
3.1短路分析 31
3.1.1中性点不接地的短路分析 32
3.1.2中性点经电阻或经消弧线圈接地故障分析 36
3.2中性点不接地系统单相接地短路的保护 39
3.2.1无选择性绝缘监视装置 39
3.2.2零序电流保护 40
3.2.3零序功率方向保护 42
3.3单相保护故障选线原理 42
3.3.1接地故障暂态过程选线 42
3.3.2利用五次谐波分量选线 44
第四章课件制作 45
第五章结束语 47
致谢 49
参考文献（References） 50
附录 51
A1.1译文PSCAD电力系统的电脑辅助设计（P341-P352） 51
A1.2原文PSCADPowerSystemsComputerAidedDesign（P341-P352） 62
IV
第一章引言
1.1选题的背景和意义
电力系统的一次设备发生短路故障时会产生很严重的后果。
例如：
流过短路电流的元件将被损坏或缩短使用寿命；
大量电力用户的正常工作将遭到破坏或产生废品；
还会破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起振荡，甚至使系统瓦解。
输电线路属于一次设备，且据统计接地短路占我国电网输电线路故障的80%以上，所以研究输电线路的接地短路具有重大的意义。
我国电力系统110kV及上为大接地电流系统，110kV以下为小电流接地电流系统。
输电线路接地短路特别是单相接地短路，是电网最常见的故障类型，大、小接地电流系统在发生接地故障时电气量特点不同，保护原理也不同。
本课题要求对系统的接地故障进行全面细致地分析，得出电气量变化特点，配置相应的保护。
1.2发展现状及存在的问题
接地短路故障是指导线与大地之间的不正常连接，包括单相接地故障和两相接地故障。
据统计，单相接地故障占高压线路总故障次数的70%以上，占配电线路总故障次数的80%以上，而且绝大多数相间故障都是由单相接地短路故障发展而来的。
因此接地故障保护对于电力线乃至整个电力系统安全运行至关重要。
接地短路故障与中性点接地方式密切相关，相同的条件但不同的中性点接地方式，当接地故障发生后所表现出的故障特征和后果、危险完全不同，因而保护策略也不同。
中性点采用哪种接地方式主要取决于供电可靠性（是否允许带一相接地时继续运行）和限制过过电流两个因素。
我国规定110kV及其以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式（又称大接地电流系统）。
中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地等系统，统称为中性点非直接接地系统（又称小接地电流系统），一般适用在110kV以下的电压等级的电网中。
通过综合研究与分析发现，在大接地电流系统发生接地短路后，必须快速检出并切除发生了接地故障的线路，因此合适的继电保护是不可缺少的。
接地故障发生后出现零序电压和零序电流，这是接地故障显著的特征，可以采用零序电流保护和高频保护来快速切除故障、恢复供电。
对于大接地电流系统的零序电流保护,如果输电线路是单侧电源网络，在发生接地短路时采用三段式零序电流保护相互配合的方式来快速切除故障。
其中第I、II段作为线路的主保护，第III段作为本线路主保护的后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。
如果输电线路是双侧或多侧电源网络，在发生接地短路时采用方向性零序电流保护来快速切除故障。
在220kV及以上这样的高压系统中,为了缩小故障的损害程度，满足并列运行稳定性的要求，常常要求出口线路两侧瞬时的切除线路上任何一点故障,以前讨论的各种保护除纵联差动保护外，都不能满足这一要求，而纵联差动保护的实现又受到技术经济条件的限制，只能用在长度不超过10kM的线路上，因此，为了快速切除高压远距离输电线上的故障，必须采用高频保护。
不同于大接地电流系统，小接地电流系统发生单相接地短路时，除出现零序电压外，接地电流普遍较小或者根本没有，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许再继续进行1～2h。
在此期间，其他两相的对地电压要升为倍，为了防止故障进一步扩大造成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除。
这也是小接地电流系统接地运行的主要优点。
因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而不必跳闸；
但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。
能完成这种任务的保护装置被称作“接地选线装置”。
这也是促使小接地电流系统单相接地选线技术的研究和发展。
研究表明在中性点非直接接地的电网中发生单相接地故障时，通常采用零序电压保护零和序电流保护来实现故障的快速切除。
在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和变压所的母线上，都将出现数值较高的零序电压。
利用这一特点，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，表明本级电压网络中出现了单相接地。
零序电流保护利用故障线路零序电流较非故障线路零序电流大的特点来实现有选择性的发生信号或动作于跳闸。
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；
当单相接地电流较大，足以克服零序电流过滤器中的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。
可以预计，通过不断研究和创新，电力系统可以更安全可靠地输送电能。
即使发生接地短路，保护也可以更迅速而有选择地切除故障。
1.3研究的主要问题
研究输电线路接地短路的主要问题有：
（1）接地短路的分析；
（2）研究保护的基本原理及输电线路保护的配置
电力系统输电线路分为不同的电压等级，在不同电压等级的输电线路的相同位置或相同电压等级输电线路不同位置发生接地短路时，他们就有可能需要配置不同的保护。
而且要想能够准确的为输电线路配置相应保护，我们就必须掌握保护的基本原理。
因此，保护的基本原理及输电线路保护配置的研究是非常有必要的。
（3）小电流接地系统单相接地短路时如何选出故障线路
小电流接地系统发生单相接地时，线路不会跳闸，从而保证了对用户尤其是重要用户的正常供电，提高了电网的供电可靠性。
但当系统发生单相接地时，消弧线圈及非故障相出现过电压。
长期的过电压会损坏设备的绝缘，可能导致系统发生更严重的事故。
如：
多相故障等。
所以在实际运行中，当小电流接地系统发生单相接地后，应尽快选出故障线路进行处理。
所以研究小电流接地系统单相接地短路时如何选出故障线路是对系统有着十分重要的意义。
1.4研究理论和方法
本设计在了解电力系统故障分析及继电保护的基础知识基础上，研究输电线路接地故障时电气量的特点和相应保护。
（1）大接地电流系统接地短路分析1）单相接地故障分析；
2）两相接地故障分析。
（2）大接地电流系统电网的相应保护1）零序保护；
2）其他保护。
（3）以单相接地短路为例研究小接地电流系统接地故障时电气量特点及相应保护1）中性点不接
地时单相接地故障分析及相应保护；
2）中性点经消弧线圈接地时单相接地故障分析及相应保护；
3）小电流接地系统单相接地故障选线。
通过上述分析研究，得出不同电压等级接地保护配置方案。
第二章大接地电流系统接地短路分析及相应的保护
大接地电流系统是指电力系统中的主变压器中性点直接接地的系统。
在此系统中，零序电抗与正序电抗的比值小于等于3.当发生单相接地短路故障时，通过变压器的接地点构成单相接地短路电流的通路。
使故障相流过很多的短路电流，入地电流有可能大于500A。
这种系统被广泛用在110kV及以上的电压等级的电网中。
2.1短路分析
为了使分析简单明了，可以先假设短路点的弧光电阻、接地电阻都为零，即短路时纯金属性的。
同时在发生短路时，图2-1中标注、、的引出线的阻抗为零。
本节主要对单相接地短路和两相接地短路的短路点各相电流、电压，各序电流、电压及功率进行了分析。
2.1.1单相接地短路
单相接地短路是电力系统最常见的故障类型。
单相接地短路时系统的接线图如图2-1所示，
图2-1单相接地短路时系统接线图
假定a相发生金属性接地短路，用符号表示。
短路计算以相量表示的边界条件为：
（2-1）
转换为对称分量关系：
（2-2）
根据故障点处的边界条件：
三个序电流相等，三个序电压之和等于零，于是，可以将三个序网络串联组成一个复合序网，如图2-2所示。
图2-2单相接地短路时复合序网图
由复合网络可求出故障点处的各序电流和电压：
（2-3）
式中，，下同。
短路点的各序功率为：
（S=1,2,0）（2-4）
根据对称分量的合成公式，可得各相电流、电压为：
（2-5）
（2-6）
另外，由式（2-6）可得：
由此说明，两个非故障相电压的幅值比M、相位差均与的比值有关。
A相接地时，短路点的电压、电流相量图如图2-3所示，
（a）（b）
图2-3单相接地短路点的电压电流相量图
（a）压相量图；
（b）电流相量图
该图是根据电路为纯电感的情况绘制的。
其中，图2-3（a）对应的是大于的情况，的相位差小于；
小于，则的相位差大于。
当电路不是纯电感时，电流之间的相量关系仍然如图2-3（b）所示，区别仅仅是和之间的角度不等于，此时，由图2-2可得，于是，和之间的角度取决于的阻抗角。
从以上的分析计算可知，单相接地短路有以下一些基本特点：
（1）短路处出现了零序分量。
（2）短路点故障相中的各序电流大小相等、方向相同，故障相中的电流，而两个非故障相中的电流均等于零。
（3）短路点正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗而发生三相短路时的电流相等。
（4）短路点故障相的等于零，而两个非故障相电压的幅值总相等。
（5）两个非故障相电压间的相位差为，它的大小取决于的比值。
假定和的阻抗角相等，当的比值在范围内变化时，的变化范围为，对应比值为的情况，对应比值于接近零的情况。
2.1.2两相接地短路
两相接地短路的系统接线如图2-4所示。
图2-4两相接地短路时的系统接线图
假定bc两相接地短路，用符号表示。
短路以处相量表示边界条件为：
（2-7）
（2-8）
由式（2-8）可知，短路点的各序电压相等，而各序电流之和等于零。
于是，将图2-4所对应的三个序网络按上述条件可组成如图2-5所示的复合序网络。
图2-5两相接地短路复合序网图
由复合序网可求得各序的电气量如下：
（2-9）
（2-10）
（s=1,2,0）（2-11）
各序分量求出来以后，根据对称分量合成方法可求出短路处的各相电气量。
（2-12）
当、的阻抗角相等，或为纯电抗时，而两故障相电流为：
（2-13）
将代入式（2-13），并对其两端取绝对值，经整理后得：
（2-14）
两相接地短路时，流入地中的电流为：
（2-15）
故障点处的各相电压为：
（2-16）
两相接地短路时，短路处的电流、电压相量图如图2-6所示。
（a）（b）
图2-6两相接地短路点电压电流相量图
（b）电流相量图
相量图是按电路为纯电感的情况画出的。
其中，图2-6（b）对应的是的情况，的相位差小于；
若，则的相位差大于。
当电路不是纯电感时，电压之间的相量关系仍然如图2-6（a）所示，区别仅仅是图2-6（b）中。
此时，由图2-5可得，于是，并联后阻抗角来决定。
由以上分析可知，两相接地短路有以下几个基本特点：
（1）短路处出现了零序分量。
（2）两故障相电流的幅值总相等。
（3）两故障相电流之间的夹角随的不同而不同。
当由0变到时，由变到，即。
（4）流入地中的电流等于两故障相对立之和，大小由式（2-15）确定。
（5）短路处的正序电流与在原正序网络上添加一个附加阻抗后而发生三相短路时的短路电流相等。
2.2相应保护
接地故障发生后出现零序电压和零序电流，这是接地故障显著的特征，可以采用零序电流保护和高频保护来快速切除故障、恢复供电。
2.2.1零序电流保护
一．三段式零序电流保护
1.零序电流I段（速断）保护
（a）
（b）
（c）
图2-7接地短路时的零序等效网络
（a）统接地图；
（b）网络图；
（c）序电电流变化曲线
在发生单相或两相接地短路时，可以求出零序电流随线路长度变化的关系曲线如图2-7（c）所示，然后根据电流保护的原则进行保护的整定计算。
零序电流速断保护的整定原则如下:
（1）躲开下级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，引入可靠系数（一般取为1.2~1.3），即
（2-17）
（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流，引入可靠系数即
（2-18）
如果保护装置的动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，则可以不考虑这一条件。
整定值应选取以上两者中较大者，但在有些情况下，如按照条件
（2）整定将使启动电流过大而是保护范围缩小时，也可以可以采用在手动合闸以及三相自动合闸时，使零序段保护带有一个小的延时（约0.1s），以躲开断路器三相不同期合闸的时间，这样在定值上就无需考虑条件
（2）了。
（3）当线路采用单向自动重合闸时，按能躲开在非全相运行状态下发生系统振荡时，所出现的最大零序电流整定。
若按条件（3）整定，其定值较高，正常情况下发生接地故障时，保护范围又要缩小，不能充分发挥零序段保护的作用。
因此，为了解决矛盾，通常是设置两个零序段保护：
一个是按条件
（1）或
（2）整定（由于其定值较小，保护范围较大，因此称为灵敏段），它的主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围。
令一个零序段保护按条件（3）整定（称为不灵敏段），用于单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障时的保护。
当然，不灵敏段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏段为小。
2.零序电流II段保护
图2-8有分支电路时，零序II段保护动作特性分析
（a）网络接线图；
（b）序等效图；
（c）序电流变化曲线
零序II段保护的工作原理是它的启动电流首先考虑与下级线路的零序电流速断保护范围的末端M点配合，并带有高出一个的时限，以保证动作的选择性。
当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器[如图2-8（a）所示]时，则由于这一分支电路的影响，将使零序电流的分布变化，此时的零序等效网络如图2-8（b）所示，零序电流的变化曲线如图2-8（c）所示。
单线路B-C上发生接地短路时，流过变化1,2的零序电流分别为和，两者之差就是从变压器T2中性点流回的电流。
显然可见，引入零序电流的分支系数以后，则零序II段的启动电流应整定为
（2-19）
当变压器T2切除或中性点改为不接地运行时，则该支路即从零序等效网络中断开，此时。
零序II段保护的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来检验，并满足的要求。
当由于下级线路比较短或运行方式变化比较大，而不能满足对灵敏系数的要求时，除考虑与下级线路的零序II段配合外，还可以考虑用以下方式解决：
（1）用两个灵敏度不同的零序II段保护。
保留0.5s的零序II段保护，快速切除正常运行方式和最大运行方式在线路上所发生的接地故障；
同时在增加一个与下级线路零序II段保护配合的II段保护，它能保证在各种运行方式下线路上发生短路时，保护装置具有足够的灵敏系数。
（2）从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。
3、零序电流III段保护
零序III段保护在一般情况下是作为后备保护使用的，但在中性点直接接地系统中的中端线路上，他也可以作为主保护使用。
在零序过电流保护中，对继电器的启动电流，原则上是躲开下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定，引入可靠系数，即为
（2-20）
同时，还必须要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，满足的要求。
当满足灵敏系数配合的要求时，实际上对零序过电流保护的整定计算，必须按逐级配合的原则来考虑，具体说，就是本保护零序III段的保护范围，不能超出相邻线路的零序III段保护的保护范围。
当两个保护之间有分支电路时，2-8的分析，保护装置的启动电流应整定为
（2-21）
式中——可靠系数，一般取为1.1~1.2；
——在相邻线路的零序III段保护范围末端发生接地短路时，故障线路中零序
电流与流过本保护装置中零序电流之比。
保护装置的灵敏系数，当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来校验。
运行经验表明，在220~500kV的输电线路上发生单相接地故障时，往往会有较大的过渡电阻存在，当导线对位于其下面的树木等放电时，接地过渡电阻可能达到100~300Ω。
此时通过保护装置的联零序电流很小，上述零序电流保护均难以动作。
为了在这
升级会员 