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1、 主讲人：肖仕武主讲人：肖仕武电力工程系四方研究所电力工程系四方研究所Office: 教五B309North China Electric Power University第二章之第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护 线路中性点直接接地电网（大接地电流系统）： 变压器中性点直接接大地。110110kVkV及以上电网中性点直接接地及以上电网中性点直接接地6666kVkV及以下电网及以下电网 中性点不接地或不直接接地中性点不接地或不直接接地对于中性点直接接地电网，利用接地短路时出现很大零序对于中性点直接接地电网，利用接地短路时出现很大零序电流的特点，构成：电流的特点，构成： （
2、1 1）零序电流保护）零序电流保护 （2 2）零序方向电流保护）零序方向电流保护 正方向规定：零序电压：零序电压：线路大地线路大地 ；零序电流：零序电流：母线线路母线线路一、接地短路时零序分量的特点一、接地短路时零序分量的特点（1）（1 1）零序电压零序电压 故障点最高，中性点最低故障点最高，中性点最低（2 2）零序电流零序电流 由故障零序附加电源由故障零序附加电源Ud0 产生产生; ; 从故障点流向接地的从故障点流向接地的 变压器中性点。变压器中性点。（3 3）零序功率零序功率 方向：线路方向：线路母线。母线。（4 4）零序阻抗角零序阻抗角 取决于取决于ZB0 ：（5 5）运行方式变化运行方
3、式变化 线路、中性点不变，零序网不变；线路、中性点不变，零序网不变； 正负序阻抗变化间接影响零序正负序阻抗变化间接影响零序（Ud1、 Ud2、Ud0 ）电电压压互互感感器器的的二二次次侧侧开开口口三三角角输输出出零零序序电电压压 。二、零序电压、零序电流的获取二、零序电压、零序电流的获取 1. 零序电压的获取零序电压的获取 （1） 零序电压过滤器零序电压过滤器（2） 加法器加法器（3） 微机保护内直接利用程序微机保护内直接利用程序（4） 发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧加法器U aU bU c3U 0mnABC2 2零序电流的获取零序电流的获取（1
4、1）零序电流过滤器零序电流过滤器 接于相间保护电流互感器的中性线上。接于相间保护电流互感器的中性线上。 不平衡电流：不平衡电流： 原因：铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差别。原因：铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差别。 相间短路时不平衡电流达到最大值相间短路时不平衡电流达到最大值Ibp.max。 接地短路时接地短路时3I0 相对很大。相对很大。I0 （2）零序电流互感器（电缆线路）零序电流互感器（电缆线路） 一次电流：一次电流： 优点：无不平衡电流，接线简单优点：无不平衡电流，接线简单三、中性点直接接地系统的接地保护三、中性点直接接地系统的接地保护 中性点直接接地系统发生接地故障时产生很大
5、的零序电流，反应零序电流增大的保护成为零序保护。零序电流保护可装设在上图中的断路器1和2处。 由于零序电流保护对单相接地故障具有较高的灵敏度。零序电流保护是高压线路保护中必配备的保护之一。 高压线路保护（110kV及以上）配备的保护有： （1）零序（电流）保护；（2）距离保护；（3）高频保护三段式零序电流保护三段式零序电流保护（1）零序电流速断保护（零序段）（2）零序电流限时速断保护（零序段）（3）零序过电流保护（零序段） 零序电流保护的起动电流整定类似反映线电流的电流保护。 必须基于故障零序电流的计算，根据不同地点接地故障时零序电流大小的不同来整定。1 1零序电流速断保护（零序零序电流速断保
6、护（零序段）段） 整定原则：整定原则： （1 1）起动电流整定值起动电流整定值 躲躲开开（大大于于）本本线线路路末末端端发发生生单单相相或或两两相相接接地地故故障障可可能能出出现现的最大零序电流的最大零序电流 3 I0 . m a x 。 是零序段可靠系数，一般取1.21.3。 （2 2） 动作时限，一般为： 所以，零序段的保护范围仍为本线路首端一部分。 零序零序段整定起动电流时需考虑的特殊情况段整定起动电流时需考虑的特殊情况（3）躲开断路器三相触头不同期合闸的最大零序电流躲开断路器三相触头不同期合闸的最大零序电流3 I0. b t其中， 是大于1的可靠系数。如果有：则整定定值取为最大者，即
7、按以上原则（即条件按以上原则（即条件3 3）所得定值一般较大，会使保护范围）所得定值一般较大，会使保护范围缩小，灵敏度降低。此时可考虑使零序缩小，灵敏度降低。此时可考虑使零序段带一小的延时段带一小的延时（0.10.1s s）躲开不同时合闸时间，这时可不考虑按这一条件来整躲开不同时合闸时间，这时可不考虑按这一条件来整定，只按照条件定，只按照条件1 1进行整定。进行整定。 （4 4）采用单相自动重合闸时，还应躲过非全相运行期间系统采用单相自动重合闸时，还应躲过非全相运行期间系统 发生振荡所出现的最大零序电流发生振荡所出现的最大零序电流 3 I0. f q。 零序零序段整定起动电流时需考虑的特殊情况
8、段整定起动电流时需考虑的特殊情况 则设立两个零序则设立两个零序段，分别为：段，分别为：， 是按上述是按上述2 2个条件整定的起动电流个条件整定的起动电流灵敏灵敏段：段：按按（1 1）（）（3 3）条件整定条件整定, ,非全相运行时退出非全相运行时退出不灵敏不灵敏段：段：按按（4 4）整定整定, ,非全相运行时不退出非全相运行时不退出如果2 2. 零序电流限时速断保护（零序零序电流限时速断保护（零序段）段）整定原则：（1）起动电流整定值与相邻下一线路的零序电流与相邻下一线路的零序电流段配合。段配合。当被整定保护与被配合保护间有接地变压器时，考虑当被整定保护与被配合保护间有接地变压器时，考虑K 0
9、 f z。其中， 是最小零序电 流分支系数。零序电流限时速断保护（零序零序电流限时速断保护（零序段）的整定原则段）的整定原则（2）动作时限（3）灵敏度校验若灵敏系数不满足若灵敏系数不满足: : （1 1）与相邻线路零序）与相邻线路零序段配合；段配合； （2 2）保留原有）保留原有段，再增加与相邻线路零序段，再增加与相邻线路零序段段 相配合的相配合的段；段； （3 3）改用接地距离保护。）改用接地距离保护。3. 零序电流限时速断保护（零序零序电流限时速断保护（零序段）段）（1） 躲开线路末端相间短路时所出现的最大不平衡电流。躲开线路末端相间短路时所出现的最大不平衡电流。 （2）逐级配合逐级配合:
10、 本保护零序三段的保护范围不能超出相邻本保护零序三段的保护范围不能超出相邻 线路上零序三段的保护范围。线路上零序三段的保护范围。 校验：校验：按远后备和近后备分别校验。按远后备和近后备分别校验。动作时间动作时间：阶梯原则，从零序网的最末级开始阶梯原则，从零序网的最末级开始 按阶梯原则向电源方向推算。按阶梯原则向电源方向推算。 四、方向性零序电流保护四、方向性零序电流保护分析：分析： d1短路，保护短路，保护3可能误动；可能误动； d2短路，保护短路，保护2可能误动。可能误动。措施：系统中有多个变压器中性点接地。措施：系统中有多个变压器中性点接地。 在可能误动的元件上装功率方向元件在可能误动的元
11、件上装功率方向元件GJ0。 正方向：正方向：线路母线；线路母线； 反方向：反方向：母线线路。母线线路。功率方向继电器功率方向继电器GJGJ0 0 ： 输入：输入： 向量图：向量图：正方向短路：正方向短路：保护背后零序阻抗之和保护背后零序阻抗之和GJ0灵敏性校验：灵敏性校验：（1 1）出口短路时出口短路时 GJ0无电压死区无电压死区（2 2）远处故障时，可能不动，须校验灵敏性。远处故障时，可能不动，须校验灵敏性。三段式零序电流保护原理接线：三段式零序电流保护原理接线：五、零序电流保护的评价和应用五、零序电流保护的评价和应用优点：优点：1零序过电流保护整定值小；灵敏度高，动作速度快零序过电流保护整
12、定值小；灵敏度高，动作速度快 相间短路：按负荷电流整定，一般为57A； 零序电流保护：按躲开不平衡电流整定一般为23A。 故障相电流 线路内部接地故障时，一侧零序I段动后，另一侧零序电流增加， 零序 I 段相继动作。 2受运行方式变化的影响小受运行方式变化的影响小 X023.5X1，因此零序电流变化曲线较陡，保护范围大且较稳定， 易满足灵敏系数的要求。 3不受系统的对称性振荡和三相过负荷影响不受系统的对称性振荡和三相过负荷影响4单相接地故障发生的概率多单相接地故障发生的概率多 相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但，但零序电流保护有其优点。零序电流保护有其优点。 缺点：缺点：1. 1. 受线路长度和运行方式变化的影响。受线路长度和运行方式变化的影响。2. 2. 受单相重合闸的影响大。受单相重合闸的影响大。3. 3. 对自耦合变压器联系的两个不同等级的电压网络对自耦合变压器联系的两个不同等级的电压网络, ,整定计算整定计算 复杂化。复杂化。作业： 2-41复习题：60（做）、65、70、75、77、89、99、104、105
