中性点直接接地系统的接地保护方法

在大接地电流系统发生接地短路故障时，系统中将出现零序电流、零序电压，因此，其可以利用零序电流实现大接地电流系统的接地保护。中性点直接接地系统发生接地短路故障时会产生很大的零序电流，反映零序电流增大而构成的保护称为零序电流保护。零序电流保护与相间短路的电流保护相同，也可以构成阶段式保护，通常为三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断（零序Ⅰ段）、零序电流限时速断（零序Ⅱ段）、零序过电流（零序Ⅲ段）组成。这三段保护在保护范围、动作值、动作时间方面的配合与三段式电流保护类似。图2−1−5所示为三段式零序电流保护原理接线图，其采用零序电流过滤器取得零序电流。零序Ⅰ段由电流继电器KA1、中间继电器KM 和信号继电器KS1 组成；零序Ⅱ段由电流继电器KA2、时间继电器KT1 和信号继电器KS2 组成；零序Ⅲ段由电流继电器KA3、时间继电器KT2 和信号继电器KS3 组成。零序Ⅰ段保护瞬时动作，保护范围为线路首端的一部分；零序Ⅱ段保护经一个时限级差动作，保护线路全长；零序Ⅲ段保护作为本线路及下一线路的后备保护，保护本线路及下一线路的全长。

图2−1−5　三段式零序电流保护原理接线图

1.零序电流速断保护（零序电流Ⅰ段保护）

为了保证选择性，零序电流速断保护的工作原理与相间短路的无时限电流速断保护类似，其整定原则如下：

（1）其动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0.max ，即

式中 Krel ——可靠系数，取1.2～1.3。

在计算最大零序电流时，要考虑最大的运行方式和接地短路故障类型。

（2）躲过由于断路器三相触头不同期合闸所出现的最大零序电流，即

式中 Krel ——可靠系数，取1.1～1.2；

3I0.unbmax —— 由于断路器三相触头不同期合闸所出现的最大零序电流。

保护的整定值取（1）、（2）中较大者。若按照整定原则（2）整定使动作电流较大，灵敏度不满足要求时，则可在零序电流速断保护的接线中装一个小延时的中间继电器，使保护装置的动作时间大于断路器三相触头不同时合闸的时间，则可不考虑整定原则（2）。

（3）在220 kV 及以上电压等级的电网中，当采用单相或综合重合闸时，会出现非全相运行状态，若此时系统又发生振荡，则将产生很大的零序电流，按整定原则（1）、（2）来整定的零序Ⅰ段保护可能误动作。如果使零序Ⅰ段保护的动作电流按躲开非全相运行系统振荡的零序电流来整定，则整定值高，正常情况下发生接地短路故障时保护范围缩小，不能充分发挥零序Ⅰ段保护的作用。

为了解决这个问题，通常设置两个零序Ⅰ段保护。一个按整定原则（1）、（2）整定，由于其整定值较小，保护范围较大，被称为灵敏Ⅰ段，针对全相运行状态下的接地短路起保护作用，在非全相运行时退出。在单相重合闸时，将其自动闭锁，并自动投入另一个零序Ⅰ段保护。另一个零序Ⅰ段保护，按躲开非全相振荡的零序电流整定，其整定值较大，灵敏系数较小，被称为不灵敏Ⅰ段，在单相重合闸过程中其他两相又发生接地短路故障时，用于弥补失去灵敏Ⅰ段的缺陷，尽快地将故障清除。当然，不灵敏Ⅰ段也能反映全相运行下的接地短路故障，只是其保护范围较灵敏Ⅰ段小。

灵敏Ⅰ段的灵敏系数按保护范围的长度来校验，要求最小保护范围不小于线路全长的15%。

2.零序电流限时速断保护（零序电流Ⅱ段保护）

零序电流Ⅰ段保护

零序电流Ⅰ段保护能瞬时动作，但不能保护线路全长，为了以较短时限切除全线的接地短路故障，还应装设零序电流限时速断保护（零序电流 Ⅱ段保护）。它的工作原理与相间短路的限时电流速断保护一样，其动作电流与下一线路零序电流Ⅰ段保护配合，按躲过下一线路零序电流Ⅰ段保护区末端接地短路故障时，通过本保护装置的最大零序电流整定，保护范围不超过下一线路零序电流Ⅰ段保护范围的末端，即(https://www.xing528.com)

式中　K rel——可靠系数，取1.1～1.2；

——相邻线路保护2 的零序电流Ⅰ段保护的动作电流。

当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中性点接地的变压器时，需要考虑分支电路对零序电流分布的影响。

与相间短路的限时电流速断保护相同，零序电流Ⅱ段保护的动作时限比下一线路零序电流Ⅰ段保护的动作时限大一个时限级差 Δt ，一般取0.5 s。

零序电流Ⅱ段保护的灵敏系数，按本线路末端接地短路时流过本保护的最小零序电流来校验，要求K sen ≥ 1.5。当下一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）使本线路的零序电流Ⅱ段保护与下一线路的零序电流Ⅱ段保护配合，其动作电流、动作时限都与下一线路的零序电流Ⅱ段保护配合：动作电流为动作时限为1 s。

（2）采用两个灵敏度不同的零序电流Ⅱ段保护，保留原来0.5 s 时限的零序电流Ⅱ段保护，保证在正常、最大方式下快速切除故障；增设一个与下一线路零序电流Ⅱ段保护配合的、动作时限为1 s 左右的零序电流Ⅱ段保护，它们与零序电流Ⅰ段及Ⅲ段保护一起，构成四段式零序电流保护，保证在各种方式下切除故障。

（3）从电网接线的全局考虑，改用接地距离保护。

3.零序过电流保护（零序电流Ⅲ段保护）

零序过电流保护与相间短路的定时限过电流保护类似，用作本线路接地短路的近后备保护和下一线路接地短路的远后备保护。但在中性点直接接地电网的终端线路上，也可以作为主保护。零序过电流保护在正常运行及下一线路相间短路时不应动作，而此时零序电流互感器有不平衡电流输出并流过本保护，所以其动作电流应按躲过下一线路出口处相间短路所出现的最大不平衡电流来整定，即

式中 K rel——可靠系数，取1.2～1.3；

Iunb.max ——最大不平衡电流，相邻线路出口处发生三相短路时，零序电流互感器所输出的最大不平衡电流。

零序电流Ⅲ段保护的灵敏系数，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。当其作为本线路近后备保护时，应按本线路末端发生接地短路时流过保护的最小零序电流来校验，校验点取本线路末端，要求K sen ≥ 1.3 ～1.5；当其作为相邻线路的远后备保护时，应按相邻元件末端发生接地短路时流过保护的最小零序电流来校验，校验点取下一线路末端，要求K sen ≥ 1.2。

线路零序电流保护调试及整组传动

按上述原则整定的零序电流Ⅲ段保护，其动作电流的数值都很小，当电网发生接地短路故障时，同一电压等级内各零序电流Ⅲ段保护都有可能起动。为了保证动作的选择性，各零序电流Ⅲ段保护动作时限也应按阶梯原则进行配合。但是，考虑到零序电流只在接地故障点与变压器接地中性点之间的一部分电网中流通，所以只在这一部分线路的零序保护上进行时限的配合即可。例如，在图2−1−6所示的电网中，零序电流Ⅲ段保护3可以是无延时的，不必考虑与变压器T2 后面的保护4 配合，即可取 03 0st = 。因为在变压器T2 的△侧（低压侧）发生接地短路故障时，不可能在Y侧产生零序电流，所以没有零序电流流过保护。但保护1、2、3 的动作时限应符合阶梯原则，即 t02= t03+Δ t ， t01= t02+Δ t 。其时限特性如图2−1−6所示。

图2−1−6　零序电流Ⅲ段保护与相间过电流保护的时限特性的比较

但是，相间短路的过电流保护则不同。由于相间故障不论发生在变压器的△侧还是在Y侧，故障电流均要从电源一直流至故障点，所以整个电网过电流保护的动作时限应从离电源最远处的保护开始，逐级按阶梯原则进行配合。为了便于比较，图2−1−6 给出了相间短路过电流保护的时限特性。保护3 的时限t3，要与变压器T2 后的保护4 配合；保护4 的时限还要与下一元件的保护时限配合。比较接地保护的时限特性曲线和相间过电流保护的时限特性曲线可知：虽然它们在配合上均遵循阶梯原则，但零序电流Ⅲ段保护需要配合的范围小，其动作时限要比相间短路过电流保护短。同一线路上的零序电流Ⅲ段保护的时限小于相间短路过电流保护的动作时限，这是装设零序电流Ⅲ段保护的又一优点。