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第二节 小接地电流系统单相接地故障的保护一、中性点不接地系统单相接地的特点和保护方式（一）单相接地的特点图5—12(a)所示为一中性点不接地的简单系统。
为分析方便，假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的压降。
电网各相对地电容为0C ，这三个电容相当一对称负载，其中性点就是大地。
所以正常运行时，电源中性点对地电压等于零，即0=∙N U ，又因为忽略电源和线路上的压降，所以各相对地电压即为相电势。
各相电容0C 在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前相应电压 90。
其相量如图5—12(b)所示。
三相对地电压之和与三相电容电流之和都为零，所以电网正常运行时无零序电压和零序电流。
图 5-12 中性点不接地的简单系统（a ）系统图；（b ）正常运行时的相量图；(c)接地故障时的相量图当A 相线路发生一点接地时，接地相对地电容0C 被短接，A 相对地电压变为零。
此时中性点对地电压就是中性点对A 相的电压，即A N E U ∙∙-=。
线路各相对地电压和零序电压分别为A KC KB KA K j A AC KC j A A B KB KA E U U U U eE E E U e E E E U U ∙∙∙∙∙∙∙∙∙-∙∙∙∙∙-=++==-==-==)(31330015015000 （5-17）上式说明，A 相接地后B 相和C 相对地电压升高3倍，此时三相电压之和不为零，出现了零序电压。
其相量如图5—12(c)所示。
保护安装点各相电流和故障点三倍零序电流分别为)(3)()(00000KC KB C B A K KC KB C B A KCC KBB U UC j I I I I U U C j I I I U C j I U C j I ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙+=++=+-=+-===ωωωω （5—18）上式说明，两非故障相出现超前相电压90的电容电流，流向故障点的电流，即为零序电容电流。
电力系统接地保护电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施，而接地保护是电力系统中至关重要的一环。
接地保护的作用是确保电力系统在发生接地故障时能够及时切除故障，保障系统的安全运行。
本文将从接地保护的定义、原理、设备和应用方面进行探讨。
一、接地保护的定义接地保护是指在电力系统中，通过合理的逻辑和电气装置，使故障点瞬间切除电源，并保护其他不受故障影响的设备，防止电流继续流过发生故障的设备，从而起到保护电力系统和人身安全的作用。
二、接地保护的原理接地保护的原理是基于电力系统中的接地电流分布不均匀的特点。
在正常情况下，电力系统的接地电流主要分布在中性点上。
然而，一旦发生接地故障，故障电流会短路回到电源，导致中性点电位升高，使接地电流发生异常变化。
通过检测和判断接地电流的变化，可以及时切除故障点，从而实现接地保护的目的。
三、接地保护的设备常见的接地保护设备包括接地保护继电器、接地电流互感器和接地电压互感器等。
1. 接地保护继电器：接地保护继电器是判断接地故障和控制切除装置的核心设备。
它通过检测接地电流的变化来判断故障是否发生，并输出相应的信号控制切除装置的动作。
2. 接地电流互感器：接地电流互感器是将故障电流转化为检测信号的一种装置。
它通常由一个或多个线圈组成，可将高电流转换为低电流，方便继电器的检测和控制。
3. 接地电压互感器：接地电压互感器用于检测接地故障时的电位变化。
它可以将故障点引起的电压信号转换为继电器可以接受的低电压信号，以实现对接地保护的有效检测。
四、接地保护的应用接地保护广泛应用于电力系统的各个环节，包括发电厂、变电站、配电网以及各类电气设备中。
1. 发电厂：发电厂通常采用发电机接地保护来保护发电机及发电厂内其他设备。
发电机接地保护是发电厂最重要的保护之一，能够及时切除发电机的故障，确保其正常运行。
2. 变电站：变电站的设备众多，如变压器、断路器、电缆等，都需要接地保护。
通过合理的接地保护设计和设备的配备，可以保障变电站设备在故障发生时的安全切除。
接地保护与漏电保护
一、接地爱护
接地爱护是平安防护技术的主要措施之一。
消失故障时，比如电气设备绝缘被击穿后，电气设备不带电的金属外壳以及与之相连的机器、管道等金属部分可能呈现危急的对地电压、人体触准时便可能发生触电危急。
为保证人身平安、削减或避开触电事故的发生，将电器设备不带电的金属外壳与大地做电气联接，称为接地爱护。
采纳了接地爱护，可使接触电压和跨步电压远小于设备故障时的对地电压，因而大大减轻了触电危急。
不接地电网与大地没有电气联接，对地之间只有绝缘电阻和分布电容存在，又称对地绝缘电网或系统。
10KV高压系统多为这种运行方式。
低压系统通常采纳三相四线制，假如其中性点不接地即属不接地电网，又称中性点不接地系统。
二、接零爱护
不接地电网运用接地爱护措施是当绝缘良好、电网分布范围较小时，其绝缘电阻可限制触电电流，对触电有肯定防护作用，因此多用于线路较短，分布范围小。
环境正常、线路能常常保持绝缘良好的状况。
不接地电网的缺点是一相故障接地时，其它相对地电压上升为线电压因而增加触电的危急性；故障点难于发觉，不能很好地利用爱护装置；对高压窜入低压及绝缘损坏带来的危急需采纳特别的措施。
因此，在大部分场合，特殊是分布较广的低压系统，都采纳中性点直接接地的
运行方式，称为接地电网或中性点接地系统。
接地电网中的中性点接地，称为工作接地，即为了系统平安运行而采纳的接地。
接地的中性线即为零线。
所谓接零爱护，就是把设备不带电的金属外壳部分接于电源的零线，不存在危急电压；同时，漏电将造成单相短路，短路电流通常很大，足以促动爱护装置快速切断电源，消退触电危急。
第三节 中性点直接接地电网的接地保护我国110kV 及以上的电网采用中性点直接接地方式，这种电网发生接地故障时，通过短路点、大地和接地中性点构成短路回路，故障电流很大，故称为大电流接地电网。
由于系统正常运行情况下没有零序电流；而大电流接地电网中发生接地短路时将出现很大的零序电流，因此利用零序电流来构成大电流接地电网的接地保护，就具有显著的优点。
一．中性点直接接地电网接地短路时零序分量的特点图2—26（a ）所示网络发生接地短路时的零序等效网络如图2—26（b ）所示。
零序电流的方向仍然采用母线流向线路为正；零序电压的方向取线路高于大地的电压为正，如图2—26（b ）中的“↑”所示。
图2-26 接地短路时的零序等效网（a ）系统接线 （b ）零序网络 （c ）零序电压分布图 （d ）向量图（设0080=d ϕ）由零序等效网络可见，零序分量具有如下特点：（1）故障点的零序电压最高，距离故障点越远处的零序电压越低，中性点处为0。
零序电压的分布如图2—26（c ）所示。
（2）网络中的零序电流是由于故障点出现零序电压而产生的。
因此故障线路上的实际零序电流方向是由线路流向母线的，与保护规定的正方向相反。
实际零序电流落后零序电压的相位由零序阻抗角0d ϕ决定。
按照规定的正方向画出零序电流和电压的向量图如图2－26（d ）所示，0I '和0I '' 超前0d U 的角度为：00180d ϕ-。
（3）故障线路两端零序功率的方向实际上都是由线路流向母线的。
（4）任一保护安装处的零序电压只与流过的零序电流和被保护线路背后的阻抗有关，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。
以保护1所在的A 母线上的零序电压为例，0.100)(B A Z I U '-= ，0.1B Z 为变压器1B 的零序阻抗。
（5）零序分量受系统运行方式的影响小。
当电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的；但此时系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化。
2电流的电网保护2.1在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况？答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如图2-1所示。
当加入继电器的动作电量（图中的k I ）大于其设定的动作值（图中的op I ）时，继电器能够突然动作；继电器一旦动作以后，即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的re I ）以后它才突然返回。
无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。
为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动作和返回两个状态之间切换，出现“抖动“现象，后续的电路将无法正常工作。
126534op I kI reI 1E 0E2.2 请列举说明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路性、数字型继电器常分别采用那些技术？答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利落。
继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。
当电磁力矩减小到启动返回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。
所以返回值一定小于动作值，继电器有一个小于1 的返回系数。
这样就获得了“继电特性”。
第二章电力系统基本知识一、单项选择题1、电力系统是由（A）组成的整体。
A. 发电厂、输配电线路、变配电所和用电单位B. 发电厂、输配电线路、变配电所C. 发电厂、输配电线路、变配电所和用电单位D. 发电厂、变配电所和用电单位2、发电厂与用电负荷中心相距较远，为了减少网络损耗，所以必须建设（B）、高压、超高压输电线路，将电能从发电厂远距离输送到负荷中心。
A. 降压变电所B. 升压变电所C. 中压变电所D. 低压变电所3、交流高压输电网一般指110KV、（D ）电网。
A. 10KVB. 20KVC. 35KVD. 220KV4、高压配电网一般指（C ）、110KV及以上电压等级的配电网。
A. 10KVB. 20KVC. 35KVD. 480V5、电力生产的特点是（A）、集中性、适用性、先行性。
A. 同时性B.广泛性C.统一性D. 不定性6、在负荷不变的情况下配电系统电压等级由10KV提高到20KV，功率损耗降低至原来的（D）。
A. 10％B. 15％C. 20％D. 25％7、对于电力系统来说。
峰谷差越（A），用电越趋于合理。
A. 小B. 大C. 稳定D.不变8、发电厂、电网经一次投资建成之后，它就可以随时运行，电能（A）时间、地点、空间、气温、风雨、场地的限制，与其他能源相比最清洁、无污染，对人类环境无害的能源。
A.不受或很少受B. 很受C. 非常受D.从来不受9、下列各项，一般情况下属于一类用电负荷的是（B）。
A. 农村照明用电B. 中断供电时将造成人身伤亡C. 市政照明用电D. 小企业动力用电10、一类负荷重的特别重要负荷，除由（B）独立电源供电外、还应增设应急电源，并不准将其他负荷接入应急供电系统。
A.一个B. 两个C. 三个D.四个11、（A）是电力网中线路连接点，是用以变换电压、交换功率和汇集分配电能的设施。
A. 变、配电所B. 发电厂C. 输电线路D. 配电线路12、按变电所在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电所的主要类型有枢纽变电所、区域变电所、地区变电所、（A）地下变电所和无人值班变电所等。
第2章电网的接地保护2.1 中性点直接接地电网接地短路的特点电力系统中性点的工作方式有：中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。
中性点的接地方式是综合考虑供电的可靠性、系统绝缘水平、系统过电压、继电保护的要求、对通信线路的干扰以及系统稳定运行的要求等因素确定的。
一般llOkV及以上电压等级的电网都采用中性点直接接地方式，3～35kV的电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。
当中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统）中发生短路时，将出现很大的零序电流，而在正常运行情况下它们是不存在的，因此利用零序电流来构成接地短路的保护就有显著的优点。
在电力系统中发生接地短路时，如图2-1 (a)所示，可以利用对称分量法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量，并利用复合序网来表示它们之间的关系。
短路计算的零序等效网络如图2-1 (b)所示，零序电流可以看成是在故障点出现一个零序电压U KO而产生的，它必须经过变压器接地的中性点构成回路。
对零序电流的方向，仍然采用母线流向故障点为正，而零序电压的方向，是线路高于大地的电压为正，如图2-1 (b)中的“↑”所示。
由上述等效网络可见，零序分量的参数具有如下特点。
(1)故障点的零序电压越高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低，零序电压的分布如图2-1 (c)所示，如在变电所A母线上零序电压为U AO，变电所B母线上零序电压为U BO等。
(2)由于零序电流是U KO产生的，当忽略回路的电阻时，按照规定的正方向画出零序电流和电压的相量图，如图2-1 (d)所示，İ/0和İ"0将超前Úk090°。
而计及回路电阻时，例如，取零序阻抗角为φKo=80°，如图2-1 (e)所示，İ/0和İ"0将超前Úk0100°。
零序电流的分布，主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关，如在图2-1 (a)中，当变压器T2的中性点不接地时，İ"0=0。
(3)对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。
(4)从任一保护（如保护1）安装处的零序电压与电流之间的关系看，由于A母线上的零序电压ÚA0实际上是从该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降，因此可表示为ÚA0 = -İ/0X T1.0 (2-1) 式中：X T1.0—变压器T1的零序阻抗。
该处零序电流与零序电压之间的相位差也将由X T1.0的阻抗角决定，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。
(5)在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。
但此时系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化，正、负序阻抗的变化将引起U K1、U K2、U K3之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。
2.2中性点直接接地电网的零序电流保护用零序电压和零序电流过滤器即可实现中性点直接接地电网接地短路的零序电流和方向保护。
现分别讨论如下。
2.2.1 零序电压过滤器为了取得零序电压，通常采用如图2-2 (a)所示的三个单相式电压互感器或图2-2 (b)所示的三相五柱式电压互感器，其一次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形，这样从m、n 端子上得到的输出电压为Úmn=Úa + Úb + Úc = 3Úo (2-2)而对正序或负序分量的电压，因三相相加后等于零，没有输出。
因此，这种接线实际上就是零序电压过滤器。
此外，当发电机的中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，如图2-2 (c)所示，从它的二次绕组中也能取得零序电压。
利用集成电路，由电压形成回路取得三个相电压后，利用加法器将三个相电压相加，如图2-2 (d)所示，也可合成零序电压。
实际上在电网正常运行和相间短路时，由于电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡，在开口三角形侧也可能有数值不大的电压输出，此电压称为不平衡电压（以U unb表示）。
此外，当系统中存在三次谐波分量时，一般三相中的三次谐波电压是同相位的，因此，在零序电压过滤器的输出端也有三次谐波的电压输出。
对反应于零序电压而动作的保护装置，应考虑躲开它们的影响。
2.2.2零序电流过滤器为了取得零序电流，通常采用三相电流互感器，按图2-3所示的方式连接，此时流入继电器回路中的电流为İr =İa + İb + İc= 3İ0 (2-3)而对正序或负序分量的电流，因三相相加后等于零，因此就没有输出。
这种过滤器的接线实际上就是三相星形接线方式中，在中线上所流过的电流，因此在实际的使用中，零序电流过滤器并不需要专门的电流互感器，而是接入相间保护用电流互感器的中线上就可以了。
零序电流过滤器也会产生不平衡电流，图2.4所示为一个电流互感器的等效回路，考虑励磁电流I的影响后，二次电流和一次电流的关系为İ2 =（İ1 - İL）/n TA (2-4)因此流入继电器的电流为在正常运行和不接地的相间短路时，三个电流互感器一次侧电流的相量和必然为零，因此流入继电器中的电流为İr =（İLA + İLB+İLC）/n TA =İunb (2-6) 此I unb称为零序电流互感器的不平衡电流。
它是由三个互感器励磁电流不相等而产生的，而励磁电流的不等，则是由于铁芯的磁化曲线不完全相同以及制造过程中的某些差别而引起的,当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流值最大并且包含有非周期分量，因此不平衡电流也达到最大值，以İunb。
max表示。
当发生接地短路时，在过滤器输出端有3İ0的电流输出，此时İunb 相对于3İ0一般很小，因而可以忽略，零序保护即可反应于这个电流而动作。
此外，对于采用电缆引出的送电线路，还广泛的采用了零序电流互感器的接线以获得3İ0，如图2-5所示，此电流互感器就套在电缆的外面，从其铁芯中穿过的电缆就是电流互感器的一次绕组，因此这个互感器的一次电流就是İA+İB+İC，只有当一次侧出现零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的3İ0输出，故称它为零序电流互感器。
零序电流互感器和零序电流过滤器相比，其优点主要是没有不平衡电流，同时接线简单。
2.2.3零序电流速断（零序I段）保护在发生单相或两相接地短路时，也可以求出零序电流3İ0如随线路长度变化的曲线，然后相似于相间短路电流保护的原则，进行保护的整定计算。
零序电流速断保护的整定原则如下。
⑴躲开下一条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I0.max，可靠系数 K/re1，（一般取为1.2～1.3），即为I/op = 3K/re1I0.max（2-7）(2)躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流3I0.bt，引入可靠系数 K/re1，即为I/op = 3K/re13I0.bt（2-8）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。
整定只应该选择其中的较大者。
但在有些情况下，如按照条件(2)整定将使启动电流过大，因而保护范围缩小时，也可以采用在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段带有一个小的延时（约0.1s）,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。
当线路上采用单相自动重合闸时，按上述条件(1)、(2)整定的零序I段，往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流，而如果按这一条件整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥零序I段的作用。
因此，为了解决这个矛盾，通常可设置两个零序I段保护，一个是按条件(l)或(2)整定（由于其定值己较小，保护范围较大，因此称为灵敏I段）．其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，而当单相重合闸启动时，则将其自动闭锁，需待恢复全相运行时才能重新投入。
另一个是按躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流来整定（由于它的定值较大，因此称为不灵敏I段），装设它的主要目的是为了在单相重合闸过程中，其他两相又发生接地故障时，用于弥补失去灵敏I段的缺陷，尽快地将故障切除。
当然，不灵敏I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I段小。
2.2.4零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护零序Ⅱ段的工作原理与相间短路限时电流速断保护一样，其启动电流首先考虑和下一条线路的零序电流速断保护相配合，并带有高出一个△t的时限，以保证动作的选择性。
但是，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时，如图2-6 (a)所示，则由于这一分支电路的影响，将使零序电流的分布发生变化，此时的零序等效网络如图2-6 (b)所示，零序电流的变化曲线如图2-6 (c)所示。
当线路BC上发生接地短路时，通过保护l和2的零序电流分别为İ" KO.BC和İ"KO.AB，两者之差就是从变压器T2中性点流回的电流İKO.T2。
这种情况与图2-1所示的有助增电流的情况相同，引入零序电流的分支系数K Ob之后，零序Ⅱ段的启动电流应整定为I"op.1 = 3K"re1I/op.2/K Ob（2一9）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K Ob=1。
零序Ⅱ段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效验，并应满足K sen≥1.5的要求。
当由于下一条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，可以考虑用其他方式解决。
如：①使零序Ⅱ段保护与下一条线路的零序Ⅱ段相配合，时限再高出一个△t，取为1.2s；②保留0.5s的零序Ⅱ段，同时再增加一个按(1)整定的保护，这样保护装置中，就有两个定值和时限均不相同的零序Ⅱ段，一个定值较大，能在正常运行方式和最大运行方式下以较短的时限延时切除本线路上所发生的接地故障，另一个则有较长的时限，它能保证在各种运行方式下线路末端接地短路时，保护装置具有足够的灵敏系数。
2.2.5零序过电流（零序Ⅲ段）保护零序Ⅲ段的作用相当于相间短路的过电流保护，一般情况下作为后备保护使用，在中性点直接接地电网中的终端线路上，它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，可按照躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流I unp.max来整定，引入可靠系数K re1，即为I op.1 = K re1I unp.max ( 2-10)同时，还需考虑各保护之间在灵敏系数上要相互配合。
因此实际上对零序过电流保护的计算，必须按逐级配合的原则来考虑。
