输电线路的接地故障保护调试

一、概述

大接地电流系统：系统中主变压器中性点直接接地

110KV及以上电网 中性点直接接地系统

60KV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统)

对于中性点直接接地系统（ ），在此系统中，当发生接地故障时，通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流。

运行经验表明,在中性点直接接地系统中，d(1)几率占总故障率的70%∽90% .所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。而在该系统中发生d(1)，系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量。故可利用零序分量构成接地短路的保护。

运行接地方式的选择，需要综合考虑电网的绝缘水平、电压等级、通信干扰、单相接地短路电流、继电保护配置、电网过电压水平、系统结线、供电可靠性和稳定性等因素。

系统图如上图(a)所示，假定零序电流的参考方向为母线指向线路，零序电压的参考方向指向大地，零序网络如图(b)所示。

（1）零序电压

故障点Uk0最高，离故障点越远， Uk0 越低。变压器中性点接地处Uk0=0 ，如图(a)所示。

(2) 零序电流

其数值和分布与变压器中性点接地的多少和位置有关，而与电源的数目和位置无关。

（3）零序电压和零序电流的相位

在正方向短路下，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗（一般为70°~80°），而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关。

(4)零序功率

在线路正方向故障时，零序功率由故障线路流向母线，为负值；在线路 反方向故障时，零序功率由母线流向故障线路，为正值。

二、零序电流和零序电压的获取方法

1.零序电流和零序电压的获取方法

（1）微机保护自产：微机保护根据数据采集系统得到的三相电流值再用软件进行相加得到值。

（2）微机保护外接：如下图所示

外接与自产两种方式都采用，通过两种方式得到的值比较可以检测数据采集系统是否正常。

2. 零序电压的获取方法

(1) 从TV开口三角处获取

可由三个单相电压互感器或三相五柱式电压互感器的次级绕组接成开口三角，即首尾相连得到的电压就是3U0电压。

发电机中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，可以通过它们的二次侧也可取得零序电压。

(2) 自产3U0方式

微机保护根据数据采集系统得到的三相电压值再用软件进行矢量相加得到3U0值，在线路保护中3U0主要用于接地故障时判别故障方向。

三、零序电流保护

作为接地短路保护的后备保护，一般配置三段式或四段式零序电流保护。

（1）零序电流Ⅰ段为速动段保护；

（2）零序电流Ⅱ段为带时限零序电流速段保护；

（3）零序电流Ⅲ段为零序过电流保护。

1.零序电流速断保护（零序电流I段）

无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。

当在被保护线路MN上发生单相或两相接地短路时，故障点沿线路MN移动时，流过M处保护的最大零序电流变化曲线如图(b)所示，为保证保护的动作选择性，零序电流I段保护区不能超出本线路，其动作电流按下述原则整定：

（1）躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时流过本线路的最大零序电流，即：

（2）躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器三相触头不同时合上所出现的最大零序电流，即：

（3）躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流，即：

2.带时限零序电流速段保护（零序电流II段）

带时限零序电流速断保护动作电流的整定原则与相间短路的限时电流速断保护相同。整定时应注意将零序电流的分流因素考虑在内，对于上图中保护M处，按下述原则整定：

动作电流：躲过相邻线路Ⅰ段末端短路时流过本线路的最大零序电流。有：

式中
IM0.max ：保护PD2零序I段末端故障流过MN线路的最大零序电流；
：可靠系数，一般取1.1。

动作时限：比下一条线路零序电流I段的动作时限大一个时限级差Δt。

灵敏性：按被保护线路末端发生接地短路时的最小零序电流来校验，要求：

当灵敏系数不能满足要求时，可采取以下措施：

①与相邻线路零序II段配合整定。其动作时限应较相邻线路零序II段时限长一个时间级差Δt。

②改用接地距离保护

3.零序过电流保护（零序电流III段）

零序过电流保护在正常时应当不起动，故障切除后应当返回，为保证选择性，动作时间应当与相邻线路III段按照阶梯原则配合。

零序电流III段的动作电流应躲过下一线路始端（即本线路末端）三相短路时流过本保护的最大不平衡电流Iunb.max。即：

式中
：可靠系数，一般取1.2～1.3。
Iunb.max：最大不平衡电流按下式计算:

式中
Kaper：非周期分量系数， t＝0s时取1.5～2，t=0.5 s时取1；
Kss：TA同型系数。TA型号相同时取0.5、型号不同时取1；
Ker：TA误差，取0.1；
：本线路末端三相短路时流过本保护的最大短路电流。

灵敏度校验：

作本线路的近后备时，其灵敏度应按本线路末端接地短路时流过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于1.3～1.5。

作为相邻线路的远后备保护时，应按相邻线路末端接地短路时流过本保护的最小零序电流校验，要求灵敏系数大于1.2 。

动作时间：从零序网的最末级开始按阶梯原则向电源方向推算。

四、零序方向保护的原理和实现

图中k点发生接地故障时，对于保护2而言是反方向故障，如果t02<t03，则零序电流保护2先于零序电流保护3动作，无选择性切除故障，扩大事故范围。在这种多电源大接地电流系统中的零序电流保护，需加设零序方向元件构成零序方向电流保护，方能保证有选择地切除故障线路。

1.零序功率方向继电器

如上图所示：正方向接地短路故障时，零序电压滞后零序电流110°-95°。

如图所示：反方向接地短路故障时，零序电压超前零序电流110°-95° 。

零序功率方向继电器的内角，内角一般取=-80° ，最灵敏角φsen=-α，即80°，动作区如上图所示。

2.零序方向保护框图

下图为110kV线路零序方向保护逻辑框图