零序电流保护.

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1、第三节 中性点直接接地电网中接地短路的 零序电流及方向保护 大接地电流系统：系统中主变压器中性点直接接地电网。 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. 110kV及以上电网 中性点直接接地系统 335kV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地 电流系统) 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。 接地故障时零序电流，零序电压及零序功

2、率的特点： 正方向的规定 零序电压的方向： 线路高于大地的电 压为正； 零序电流的方向： 由母线流向故障点 为正。 接地短路时的零序等效网络 中性点接地电网特征 1、正常运行或三相短路时，三相的电压和电流对称，流过中 性点的电流为零，中性点电压也为零。 2、两相短路时（以BC相间短路说明），在故障点处 则故障点处的零序电压和零序电流为 3、单相接地短路时（以A为例），故障点的相电压、电流 则故障点处的零序电压和零序电流为 4、两相接地短路（以BC两相接地为例），在故障点处 则故障点处的零序电压和零序电流为 结论：中性点直接接地电网，正常运行及发生相间短路时，均 没有零序电压和零序电流；发生接地

3、短路时，将出现很大的零 序电压和零序电流。 出现零序电压和零序电流是接地故障有别于正常运行和相间短 路故障的基本特征。 零序分量的特点： 1、零序电压 故障点处的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低 ，变压器中性点接地处的零序电压为零。 2、零序电流 由故障点处零序电压产生，其大小与分布由接地变压器的 分布与数目决定，而与电源的数目和位置无关。 零序电流保护的灵敏度直接决定于系统中性点接地的数目 和分布。所以要求变压器中性点不应任意改变其接地方式。 3、零序电压和零序电流的相位 零序或负序功率方向与正序功率方向相反，即正序功率方向 为由母线指向故障点，而零序功率方向却由故障点指向母线。 正

4、方向短路时，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（一般零序电流超前零序 电压为95-110），与被保护线路的零序阻抗和故障点位置无关 。 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。 2.3.1 零序电压过滤器 一、对对称分量法 架空输电线输电线 和电缆电缆 三相对对称 ，Z1=Z2Z0 二、零序电压过滤器的几种构成方式 1、采用三个单相电压互感器，一次 绕组接成星形，并将中性点直接接 地；三个二次绕组相互串联，接成 开口三角形，则从mn 两端即可获得 零序电压。 2、采用

5、三相五柱式三绕组电压互感 器，一次绕组接成星形，并将中性点 直接接地；二次绕组有两组线圈，一 组接成星形，用于接测量仪表或继电 器，另一组接成开口三角形，从开口 处即可获得零序电压。 3、对于发电机，当发电机的中性点经电 压互感器或消弧线圈接地时，从它的二次 绕组中也能获得零序电压。 4、在集成电路保护和数字保护中，由 电压形成回路取得三个相电压后，利 用加法器将将三个相电压相加，也可 以从保护装置内部取得零序电压。 微机保护根据数据采集系统得到 三相电压值再用软件进行矢量相加得 到3U0值。在线路的保护中3U0主要用 于接地故障时判别故障方向。 实际上在正常运行和电网相间短 路时，由于电压互

6、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。 当系统中存在三次谐波分量时，由于 一般三相中的三次谐波电压是同相位 的，在零序电压过滤器的输出也有三 次谐波的电压输出，对反应于零序电 压而动作的保护装置，应考虑躲开其 影响。 三、零序电流过滤器 1、原理 （1）采用三个单相电流互感器 ，接成完全星形接法，其继电器 中得到的电流实际就是中线中流 过的电流。 实际应用中，并不需要专门 的零序电流过滤器，而是将继电 器接入相间短路保护用电流互感 器的中线上就可以了。 在正常运行和相间短路时 ，零序电流过滤器存在不 平衡电流。由于三个互感 器铁芯的饱和程度不同，

7、以及制造过程中的某些差 别而引起的。 （2）零序电流互感器 采用电缆引出的送电线路，将零 序互感器套在电缆外面以获得3I0，从 铁芯中穿过的电缆就是电流互感器的 一次绕组，只有当一次侧有零序电流 时，在互感器的二次侧才有相应的3I0 输出，故称为零序电流互感器。 优点：和零序电流过滤器相比，没有 不平衡电流，同时接线也更简单。 三段式零序电流保护 总的原则 零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为 三段式：零序电流I 段为瞬时零序电流速断，只保护线路的 一部分；零序电流II段为限时零序电流速断，可保护本线路 全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带有0.5s延 时，它与零序电流I

8、段共同构成本线路接地故障的主保护； 零序电流III 段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定 ，它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后备保护。 2.3.3 零序电流速断（零序段）保护 零序电流与线路的阻抗有关，可以作出3I0随线路长度L变化的 关系曲线，然后进行整定，其整定原则类似于相间短路的三段 式电流保护。零序电流速断保护的动作电流的整定三个原则： (1) 为保证选择性，动作电流应大于本线路末端单相或两相接地 短路时流过保护安装处的可能出现的最大零序电流3I 0.max ，即 K k可靠系数，取1.21.3。 求3 I0max 故障点：本线路末端 故障类型： （假设X1X2） 整定值按

9、最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗最小。 (串) 当Z0Z1 I0(1)I0(1.1) 采用I0（1） 当Z0Z1 I0(1)I0(1.1) 采用I0（1.1） 当Z0=Z1 I0(1)=I0(1.1) 任取 （并） 单相接地: 两相接地: (2) 应大于断路器三相不同期合闸(非全相运行)时出现的最大零 序电流3I0.bt K k可靠系数，取1.11.2。 求 3I0bt ： 两相先合 一相断线 并 一相先合 两相断线 串 取大者 原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此 时可考虑使段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。 (3) 当系统采用单相自动重合闸时 (哪相接

10、地，哪相跳闸再自动 重合闸)，单相短路故障被切除后，系统处于非全相运行状态， 并伴有系统振荡，将出现很大的零序电流，保护可能误动作。 若按 （3） 整定，则动作电流过大，使保护范围缩小，不能 充分发挥零序段的作用。 此时，应设置灵敏度不同的两套零序电流速断保护： 灵敏的段： 动作电流 仍按上述原则整定，因动作值小， 保护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地 故障进行保护。当单相自动重合闸启动时(即开始切除单相接地 故障时)将其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。 不灵敏的段：其整定原则为 因动作值大，保护范围小，所以不灵敏。主要任务是专为非全 相运行状态下(如单相自动重合闸过程

11、中)，其他两相又发生了 单相接地故障时的保护，以便尽快地将故障切除。当然，它也 能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围比灵敏的 段要小。 2、灵敏性： 要求与段电流保护相同 （15%20%） 2.3.4 零序电流限时速断（零序段）保护 一、整定计算原则 1、动作电流：与相邻线路零序电流段配合。 KK1.1-1.2 灵敏性校验： 动作时限：零序电流段应比下一条线路零序电流段的动作 时限大一个时限级差 若不满足要求： 与相邻线段配合或接地距离保护 此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段保护。即保留0.5s的零序电 流保护，以便快速切除正常运行方式和最大运行方式下线

12、路 上所发生的接地故障；同时再增加一个与下级线路零序电流 段保护相配合的段保护，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。这样与零 序电流速断保护和零序过电流保护共同组成四段式零序电流 保护。 (2) 从电网接线的全局考虑，可改用接地距离保护。 2.3.5 零序过电流（零序段）保护 整定计算： 、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。 、与下一线路零序段相配合就是本保护零序段的保护范 围，不能超出相邻线路上零序段的保护范围。 取、中最大者。 作用： 用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元件（线路、母线或 变压器）接地故障的后备保护。 在本线路零

13、序电流保护、段拒动和相邻的保护或开关拒动 时靠它来最终切除故障。 在中性点接地电网中的终端线路上也可作为主保护。 灵敏性：近后备和远后备时均校验 动作时限： 从零序网的最末级（受电端变压器）开始按阶梯原则向电源方 向推算 变压器低压侧的任何故障都不会在高压侧引起零序电流，因此 与保护3、2、1的配合不需考虑。因此在同一线路上的零序过 流保护与相间短路的过流保护相比，具有较小的动作时限，这 也是它的一个优点。 2.3.8 对零序电流保护的评价 在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济 、可靠，作为辅助保护或后备保护获得了广泛的应用。具有以 下特点： 1. 灵敏性高 A、由于线路的零序

14、阻抗较正序阻抗大，所以线路始端和末端接 地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序电流I段和 零序电流II 段保护范围较长。 B、零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定，继电器的动 作电流一般为2A3A。而相间短路的过电流保护要按最大负荷 电流来整定，动作电流值通常5A7A。所以，零序过电流保护 灵敏性高。 C、零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小，保护范围 较稳定。因为系统运行方式变化时，零序网络不变或变化不大 ，所以零序电流的分布基本不变。 2. 速动性好 A、零序过电流保护的动作时限比相间短路过电流保护的动作 时限要短。 尤其是对于两侧电源的线路，当线路内部靠近任一侧发生接地

15、短路时，本侧零序电流保护一段动作跳闸后，对侧零序电流将 增大，可使对侧零序电流保护一段也相继动作跳闸，因而使总 的故障切除时间更加缩短。 3. 不受过负荷和系统振荡的影响 当系统中发生某些不正常运行状态，如系统振荡、短时过负荷 时，三相仍然是对称的，不产生零序电流，因此零序电流保护 不受其影响，而相间短路电流保护可能受其影响而误动作，所 以需要采取必要的措施予以防止。 4. 方向零序电流保护在保护安装处接地时无电压死区 零序电流保护较之其他保护实现简单、可靠，在110kV及以上 的高压和超高压电网中，单相接地故障约占全部故障的70% 90%，而且其他的故障也都是由单相故障发展起来的，所以零 序

16、电流保护就为绝大多数的故障提供了保护，具有显著的优越 性，因此在中性点直接接地的高压和超高压系统中获得普遍应 用。 零序电流保护的缺点是： (1) 受变压器中性点接地数目和分布的影响显著。对于运行方 式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系 统运行所提出的要求。 (2) 在单相自动重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态， 再考虑到系统两侧的发电机发生摇摆，可能会出现较大的零 序电流，可能影响零序电流保护的正确工作。 (3) 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网(如110kV 和220kV电网)时，则在任一电网中发生接地短路时都会在另 一电网中产生零序电流，这使得零序电流保护的整定配合复 杂化，并增大了零序三段保护的动作时限。 第四节 中性点非直接接地电网中单相接地故 障的零序电压、电流及方向保护 所谓中性点非直接接地系统（小电流接地系统），是指中性点