城市軌道交通交流供電系統(tǒng)的保護方式2城市軌道交通交流供電系統(tǒng)的保護方式2城市軌道交通供電系統(tǒng)鄭州鐵路職業(yè)技術學院URBANRAILTRANSITPOWERSUPPLYSYSTEM主講人：劉峻峰城市軌道交通交流供電系統(tǒng)接地保護概述01零序保護的概念02content目錄目錄中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護03城市軌道交通交流供電系統(tǒng)接地保護概述城市軌道交通交流供電系統(tǒng)接地保護概述0

1一、城市軌道交通交流供電系統(tǒng)接地保護概述概念1.為了保證電力系統(tǒng)的安全運行，電力系統(tǒng)的中性點（變壓器的中性點）往往需要通過不同方式與大地相連，即所謂的中性點接地。當電力系統(tǒng)中的電壓不同時，對電網的要求也不同，因此，中性點的接地方式也不同。目前，我國110kV及以上電壓等級的電網，采用中性點直接接地方式；3~35kV電壓等級的電網，采用中性點不接地或中性點經消弧線圈接地方式。采用中性點直接接地方式的電網發(fā)生單相接地故障時，電網將通過短路點和中性接地點構成短路回路，因而故障電流很大，故通常稱直接接地方式為大接地電流方式。采用中性點經消弧線圈接地和中性點不接地方式的電網，發(fā)生單相接地時，由于其短路回路的電抗值較大，或根本不能構成短路回路，因而故障電流很小，故通常稱這兩種接地方式為小接地電流方式。一、城市軌道交通交流供電系統(tǒng)接地保護概述概念1.小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，不但故障電流很小，而且電網上的線電壓仍然保持對稱關系，因此電網可以短時繼續(xù)運行1~2h；運行經驗證明，在大接地電流系統(tǒng)中，大部分故障是接地短路故障，包括單相接地故障和兩相接地故障，尤其以單相接地故障最多，約占短路故障的60%~70%。這些短路故障雖然也可以采用電網相間短路的保護方式，但由于采用這些保護方式時，保護裝置的動作電流較大，因而保護裝置的靈敏度較低，常常不能滿足靈敏系數(shù)的要求；而且這些保護裝置用作保護接地故障時，還需要采用復雜的三相完全星形接線等。因此，目前在大接地電流系統(tǒng)中，廣泛采用零序電流保護。但由于小接地電流系統(tǒng)中，非故障相的對地電壓要升高為原電壓的倍，這對設備的絕緣不利，同時為了防止故障擴大，應及時發(fā)出接地故障信號，以便值班人員采取措施予以消除。零序保護的概念零序保護的概念0

2二、零序保護的概念對于任意一組不對稱的三相電流或電壓，都可以按照一定的方法分解成三組對稱的電流，即正序、負序和零序電流或電壓，后者稱為前者的對稱分量，且每一組對稱分量的大小相等。當前，所有的交流電力系統(tǒng)一般都包括A、B、C三相，而電力系統(tǒng)的正序、負序、零序分量也是根據(jù)A、B、C三相的順序來定的。其中，正序、負序和零序分量的示意圖如圖所示?？梢钥闯?，三個正序分量對應的大小相同，相位差是120°，且按照順時針方向排列；三個負序分量對應的大小也相同，相位差也是120°，順序按照逆時針方向排列；三個零序分量對應的大小相同，相位差也是相同。正序、負序和零序的電流相量圖二、零序保護的概念根據(jù)正序、負序、零序的特點可知，正序分量和負序分量可以相互平衡，合成后為零，不會流向中性點，但零序分量是三個大小相等、方向相同的量，不能相互平衡抵消的。因此，中性點直接接地的電網發(fā)生接地故障時會出現(xiàn)很大的零序電流。利用這一特點，在中性點直接接地電網中，零序電流保護得到了廣泛的應用。中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護0

3三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時零序分量的特點1.系統(tǒng)接線及其對應的零序網絡圖以如圖所示的計算零序電流分量的網絡為例，在發(fā)生接地短路時，零序電流可看成是由接地短路點出現(xiàn)的零序電壓產生的，且由接地短路點流向變壓器接地的中性點。由于零序電流必須通過變壓器接地的中性點來構成回路，所以零序電流的大小與系統(tǒng)中變壓器中性點的接地數(shù)目、位置有關。零序電壓分布示意圖三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時零序分量的特點1.系統(tǒng)中的零序電壓和零序電流的特點如下：①零序電壓：故障點的零序電壓最高，距離故障點越遠則零序電壓越低，在變壓器中性點的接地處，零序電壓等于零。零序電壓的分布圖如圖所示。②零序電流：零序電流的大小和分布，取決于線路的零序阻抗和中性點接地的變壓器的零序阻抗以及變壓器接地中性點的數(shù)目和位置，與電源的數(shù)量和位置無關。三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護零序電流的測量2.為了實現(xiàn)對于零序電流的測量，常用的設備是零序電流濾過器和零序電流互感器。下面以零序電流濾過器為例，零序電流濾過器是利用分別接在三相上的三個完全相同的電流互感器構成的，其接線圖如圖所示。電流互感器的二次側同極性端接成星形，即并聯(lián)連接，反映零序電流的電流繼電器的線圈接在中性線上，則繼電器上流過的電流是三相電流相量之和。零序電流濾過器的原理示意圖三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護零序電流保護3.

在單側電源情況下的中性點直接接地系統(tǒng)中，輸電線路常采用三段式零序電流保護，其原理與三段式電流保護相似，即包括零序電流速斷保護、限時零序電流保護和零序過電流保護。三段式零序電流保護的原理接線圖和動作時間特性也與三段式電流保護相似，不同之處在于三相的電流互感器二次側線圈接成零序電流濾過器的形式。零序電流Ⅰ段和Ⅱ段作為本線路的主保護零序電流Ⅲ段作為本線路和相鄰線路的后備保護。三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護零序電流Ⅰ段也被稱為無時限零序電流速斷保護，其動作電流的整定計算和相間短路無時限電流速斷保護類似，不同的是零序電流速斷保護只反應接地短路時流過的零序電流。（1）零序電流I段保護三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護如圖所示的大接地電流電網，在輸電線路上發(fā)生接地短路時，作出接地短路點沿著被保護線路移動時流經保護1的最大零序電流的變化曲線。為了保證選擇性，保護1的零序電流第Ⅰ段保護的保護范圍不超過本級線路的末端，因此，它的動作電流的整定原則是：躲過被保護線路末端接地短路時的最大零序電流，即：（1）零序電流I段保護三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護無時限零序電流速斷保護原理圖（1）零序電流I段保護三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護（2）零序電流Ⅱ段保護零序電流Ⅱ段也被稱為略帶時限的零序電流速斷保護，帶時限的零序電流速斷保護的作用以及動作值的整定計算原則也與相間電流保護第Ⅱ段整定計算原則也相同。零序電流第Ⅱ段的動作電流應與相鄰線路的第Ⅰ段保護相配合，即要躲過下段線路零序Ⅰ段保護范圍末端接地短路時，流經本保護裝置的最大零序電流。以下圖所示的電網為例，保護1的零序第Ⅱ段動作電流為：三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護帶時限零序電流速斷保護原理圖（2）零序電流Ⅱ段保護三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護（3）零序電流Ⅲ段保護零序電流Ⅲ段保護也被稱為零序過電流保護，其主要作為本線路零序第Ⅰ段和第Ⅱ段保護的近后備保護和相鄰線路的、母線、變壓器接地短路的遠后備保護。在中性點直接接地電網中的終端線路上，也可以作為接地短路的主保護。它的動作電流整定計算應遵循以下原則：①躲過相鄰線路始端三相短路時，流過保護的最大不平衡電流；②與相鄰線路零序第Ⅲ段保護進行靈敏性配合，以保證動作的選擇性，即本級線路的零序第三段的保護范圍不能超過相鄰線路的第Ⅲ段的保護范圍。三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護（4）時限特性與動作邏輯1時限特性按照上述原則整定的零序過電流保護，其啟動電流一般都很小，因此，在本電壓級電網發(fā)生接地短路時，同一電壓級內零序保護都可能會啟動，這時為了保證各保護之間的選擇性，其動作時限應按照階梯原則整定。三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護如圖所示的電網接線中，安裝在受電端變壓器T2低壓側發(fā)生接地故障時，因變壓器是Dy聯(lián)結方式，所以高壓側無零序電流，因此零序過流保護3可以瞬時動作，不需要和保護2配合。零序過電流保護的動作時限應從保護3開始逐級加大一個時間級差，即零序過電流保護的網路接線圖與時限特性1時限特性三、中性點直接接地系統(tǒng)的接地保護2動作邏輯階段式零序電流保護的動作邏輯圖如圖所示可以看出，由電流互感器測出的零序電流被保護1處的零序電流保護的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護同時檢測到。其中，零序電流保護的第Ⅰ段保護是無時限的零序電流速斷保護，零序電流保護的第Ⅱ段保護是帶時限的零序電流速斷保護，第Ⅲ