继保-23零序电流保护

1、1 论继电保护装置选择性、快论继电保护装置选择性、快 速性、灵敏性要求之矛盾的探讨速性、灵敏性要求之矛盾的探讨 以电流保护为例以电流保护为例 小论文小论文 2 2 一、相间电流保护 二、接地电流保护 三、距离保护 四、纵联保护 五、自动重合闸 二、接地电流保护二、接地电流保护 卧室1 输电线路的继电保护 重点内容：重点内容： 3 3 第第4 4章章 电网接地故障的电流、电压保护电网接地故障的电流、电压保护 电网接地故障种类及保护策略电网接地故障种类及保护策略 大接地电流系统：大接地电流系统： 中性点直接接地中性点直接接地 中性点经小电阻接地中性点经小电阻接地 单相接地故障时有较大故障电流单相接

2、地故障时有较大故障电流 ，保护，保护 跳闸跳闸 小接地电流系统：小接地电流系统： 中性点不直接接地中性点不直接接地 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地 单相接地故障时有感应电容电流，保护发信号单相接地故障时有感应电容电流，保护发信号 4 4 提问：为什么要设置专门反应接地故障的提问：为什么要设置专门反应接地故障的 保护？保护？ （a a）三相星形接线方式；）三相星形接线方式； （b b）两相星形接线方式）两相星形接线方式 每相上均装有TA和KA、Y形接线 KA的触点并联（或） 一相上不装设TA和KA、Y形接线 KA的触点并联（或）（接A、C相） 5 5 特征和差异特征和差异： 1 1）电

3、力系统正常运行时，三相对称，没有负）电力系统正常运行时，三相对称，没有负 序和零序分量。序和零序分量。 2 2）不对称故障不对称故障时，会产生负序或零序分量。时，会产生负序或零序分量。 其中，零序分量总是伴随着其中，零序分量总是伴随着不对称接地不对称接地故故 障的发生而产生，据此，可构成反映不对障的发生而产生，据此，可构成反映不对 称接地故障的称接地故障的零序电流保护（差异）零序电流保护（差异）。 6 6 M U0 N U0 K U0 K U0 0M I N I0 0M Z N Z0 NNN IZU 000 N U0 零序分量正方向规定： 零序电压：零序电压：线路大地线路大地 ；零序电流：零序

4、电流：母线线路母线线路 4.2.1 4.2.1 零序分量的分布零序分量的分布 7 7 零序分量的特点：零序分量的特点： 1 1）电压：短路点）电压：短路点零序电压零序电压最高，接地点为最高，接地点为0 0。 2 2）电流：）电流：零序电流零序电流由短路点经过所有的变压由短路点经过所有的变压 器接地点形成回路。器接地点形成回路。 3 3）功率：）功率：零序功率零序功率方向：线路母线。方向：线路母线。 4 4）变化：线路、中性点不变，零序网不变；）变化：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。 5 5）阻抗：零序电压与电流的相位关系（即）阻抗：零序电

5、压与电流的相位关系（即 零序功率方向）如下图：零序功率方向）如下图： 8 8 内部接地时，零序功率方向：内部接地时，零序功率方向： M U0 N U0 K U0 K U0 0M I N I0 0M Z N Z0 N U0 NNN IZU 000 关关系系如如右右图图 侧侧零零序序相相位位N N U0 N I 0 0 的的角角度度为为 N Z 00 规定正方向规定正方向： 电压：电压：线路线路大地大地 电流：电流：母线母线线路线路 9 9 1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时 M U 0 M I0 N U 0 N I0 M U 0 M I0 N U 0 N I0

6、 0 0 1010 4.2.2 4.2.2 零序分量的获取零序分量的获取 CBA FFFF 0 3依依据据： A U a U 0 3U 0 U , ,计算或连接计算或连接 微机保护内直接利用程序实现加法器微机保护内直接利用程序实现加法器 零序电压过滤器零序电压过滤器 1111 零序电流分量的获取方法：零序电流分量的获取方法： 0 3I 0 3I 零序电流过滤器零序电流过滤器 零序电流互感器零序电流互感器(电缆线路电缆线路) 优点：无不平衡电流，接线简单优点：无不平衡电流，接线简单 接于相间保护TA中性线 1212 零序电流滤过器的不平衡输出零序电流滤过器的不平衡输出 2 I II n I TA

7、 12 1 1 I I L Z 2 Z 1 Z Z 单相二次、一次单相二次、一次I I关系关系: : cba TA cba TA cba III n III n IIII 11 3 0 三相二次、一次三相二次、一次I I关系关系: : unb I 1313 TA TA的误差曲线：的误差曲线： 2 I 二二次次侧侧 1 I 一一次次侧侧 理想曲线理想曲线 实际曲线实际曲线 ( (饱和曲线饱和曲线) ) 10%误误差差 1.max I 1414 Z ZL L 越小越小不平衡输出越小。不平衡输出越小。 因此，希望：负载因此，希望：负载Z ZL L 越小越好。越小越好。 继电保护要求：继电保护要求：

8、将将TATA的误差限定在的误差限定在10%10%以内。以内。 这是设计、选择这是设计、选择TATA的依据之一。的依据之一。 1515 减小减小TATA误差的主要方法：误差的主要方法： 1 1）减小）减小TATA的负载的负载Z ZL L； 2 2）增大变比（限定一次电流的最大值）；）增大变比（限定一次电流的最大值）； 3 3）选择不易饱和的）选择不易饱和的TA(TA(体积大、投资增加体积大、投资增加);); 4 4）增大电流二次电缆的线径。）增大电流二次电缆的线径。 等等等等 1616 一、零序电流一、零序电流段保护段保护 1 1）躲开线路末端的最大零序电流。）躲开线路末端的最大零序电流。 2

9、2）躲开断路器三相不同时合闸的）躲开断路器三相不同时合闸的 。 如果会误动，靠延时如果会误动，靠延时 100ms 100ms 躲开。躲开。 3 3）躲开非全相运行的负荷电流。）躲开非全相运行的负荷电流。 如果会误动，一般退出运行。如果会误动，一般退出运行。 4.2.3 4.2.3 零序电流保护的整定零序电流保护的整定 原则、方法与单电源的电流保护相类似。原则、方法与单电源的电流保护相类似。 0.unb I 1717 （1 1）按照）按照“躲开线路末端的最大零序电流躲开线路末端的最大零序电流” 零序电流零序电流段保护的整定方法：段保护的整定方法： max. I rel I set0. IKI 0

10、 3 流流。线线路路末末端端的的最最大大零零序序电电 ；可可靠靠系系数数，取取其其中中， max. I rel I 1.31.2K 0 3 注：经过分解或合成后，零序、负序分量注：经过分解或合成后，零序、负序分量 通常以通常以3 3倍的形式出现。倍的形式出现。 1818 其中，躲开线路末端的最大零序电流应当其中，躲开线路末端的最大零序电流应当 考虑：单相和两相接地。考虑：单相和两相接地。 01 0 021 0 2ZZ E ZZZ E I0K （1 1）单相接地的零序电流）单相接地的零序电流 0K I 0 Z 2 Z 1 Z 21 ZZ工工程程中中，取取 1919 01 0 2ZZ E I0K整

11、理得：整理得： （2 2）两相接地的零序电流）两相接地的零序电流 0K I 0 Z 2 Z 1 Z K0K I ZZ Z I 1 02 2 021 0 Z/ZZ E I1K 2020 01 0 11 0 2ZZ E I ),( K 取单相、两相接地的最大短路电流：取单相、两相接地的最大短路电流： 时，计算时，计算）（ 01 ZZb 时，计算时，计算）（ 01 ZZa 01 0 1 0 2ZZ E I )( K 2121 注意：注意：上式求出的是短路点的零序电流，上式求出的是短路点的零序电流， 应当换算为保护安装处的零序电流。应当换算为保护安装处的零序电流。 K I 0 M Z0 N Z0 保护

12、安装处的零序电流保护安装处的零序电流 为：为： M I 0 M I 0 K NM N M I ZZ Z I 0 00 0 0 KM IC 00 2222 其中，其中， max.Kmax.Mrelmax.rel I set. ICKIKI 0000 侧侧零零序序电电流流分分配配系系数数。 M ZZ Z C NM N M 00 0 0 01 0 01 0 0 00 22ZZ E , ZZ E maxI2 ZZ1 max.K MN ） 为最小；为最小；为最大，为最大，） 整定时，取：整定时，取： 2323 校验最小保护范围时，取值与上述计算正校验最小保护范围时，取值与上述计算正 好相反！好相反！ 即

13、：整定时，若按单相短路计算，那么，即：整定时，若按单相短路计算，那么， 校验时，就要采用两相接地考虑。反之亦然。校验时，就要采用两相接地考虑。反之亦然。 01 0 01 0 0 22ZZ E , ZZ E maxI max.K 由由于于 所以，正序阻抗（对应系统运行方式）的所以，正序阻抗（对应系统运行方式）的 影响是间接的。影响是间接的。 2424 （2 2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大 零序电流零序电流 3 I0. unb (不同期合闸不同期合闸断线故障断线故障) 0. 3 setrelunb IKI 零序零序段整定值段整定值 应选取以上

14、两者中的应选取以上两者中的较大值较大值； 如果按照原则（如果按照原则（2 2）确定的整定值较大，使得保）确定的整定值较大，使得保 护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序段段 带有小的延时带有小的延时（0.1s0.1s），以躲开三相不同期合闸的），以躲开三相不同期合闸的 时间。时间。( (利用延时不再考虑条件（利用延时不再考虑条件（2 2）) ) （1 1）按照）按照“躲开线路末端的最大零序电流躲开线路末端的最大零序电流” 2525 （3 3）当线路采用单相自动重合闸时，还应躲过）当线路采用单相自动重合闸时，还应躲过 非全相运行状态下，系统又发生振荡时非

15、全相运行状态下，系统又发生振荡时 所出现的最大零序电流所出现的最大零序电流 按照原则（按照原则（3 3）整定，其定值较高，正常情况下）整定，其定值较高，正常情况下 （全相运行）发生接地短路时，零序（全相运行）发生接地短路时，零序段保护灵敏段保护灵敏 性不足，通常设置两个零序性不足，通常设置两个零序段保护。段保护。 灵敏灵敏段段：按照原则（：按照原则（1 1）（）（2 2）整定，）整定，针对全相针对全相运行运行 状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。 不灵敏不灵敏段段：按照原则（：按照原则（3 3）整定，）整定，针对非全相针对非全相运行运行

16、状态下的接地短路起保护作用，全相运行也起到一定状态下的接地短路起保护作用，全相运行也起到一定 的保护作用。的保护作用。 2626 全相运行：全相运行： 灵敏灵敏段段 1.1.按照最大零序短路电流整定按照最大零序短路电流整定(t=0)(t=0)。 单相接地单相接地 vs.vs.两相接地两相接地 2.2.按照非同期合闸零序电流整定按照非同期合闸零序电流整定(t=0.1s) (t=0.1s) 。 两相断线两相断线 vs.vs.单相断线单相断线 非全相运行非全相运行: : 不灵敏不灵敏段段： 闭锁灵敏闭锁灵敏I I段，段， 按非全相运行下发生振荡时的最大零序电流整定按非全相运行下发生振荡时的最大零序电

17、流整定 零序电流零序电流I I段归纳：段归纳： 2727 如：一个变电站有如：一个变电站有2 2台变压器，那么台变压器，那么, ,平常平常 只允许一台接地，另一台不接地。当接地的只允许一台接地，另一台不接地。当接地的 变压器检修变压器检修( (退出运行退出运行) )时，才将不接地的变时，才将不接地的变 压器改为接地。压器改为接地。尽量满足上述的要求。尽量满足上述的要求。 这是继电保护对一次系统提出的要求。这是继电保护对一次系统提出的要求。 为了让零序电流的保护范围比较稳定，通为了让零序电流的保护范围比较稳定，通 常要求：常要求：每个变电站的接地阻抗尽可能变化每个变电站的接地阻抗尽可能变化 小。

18、小。 2828 二、零序电流二、零序电流段保护段保护 与下一级线路的零序与下一级线路的零序段段电流定值进行电流定值进行 配合（电流、时间两方面的配合）。保护范配合（电流、时间两方面的配合）。保护范 围不超过下级线路零序围不超过下级线路零序段保护范围的末端段保护范围的末端 注意：电流的分流关系（分支系数）！注意：电流的分流关系（分支系数）！ 当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中 性点接地的变压器时，需要考虑分支电路对性点接地的变压器时，需要考虑分支电路对 零序电流分布的影响。零序电流分布的影响。 2929 M I0 m I 0 M PM P m I ZZ

19、Z I 0 00 0 0 M Z0 P Z0 M b I K 1 0 0 3030 得到零序得到零序段段电流定值计算公式：电流定值计算公式： I .set b II rel II .set I K K I 2 0 1 为了保证保护为了保证保护1 1的第的第段不误动段不误动, ,从公式和从公式和 电流保护的概念可以得出：整定值必须取最电流保护的概念可以得出：整定值必须取最 大大对应的对应的分支系数取最小分支系数取最小( (分流最大分流最大) )， 保证不误动。保证不误动。 M b m I K I 0 0 0 1 由由 3131 51 1 0 . I I K II .set .II sen 末末端

20、端最最小小 校验零序校验零序段时，考虑线路末端短路的最段时，考虑线路末端短路的最 小零序小零序电流，故没有分支系数的影响。电流，故没有分支系数的影响。 m I 0 3232 灵敏性校验灵敏性校验： 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）采用两个灵敏性不同的零序）采用两个灵敏性不同的零序段保护，段保护， 保留原有保留原有0.5s0.5s段，再增加一个与相邻段，再增加一个与相邻 线路零序线路零序段相配合的段相配合的段保护；段保护； ( (灵敏度低灵敏度低/ /快，灵敏度高快，灵敏度高/ /慢慢) ) （3 3）改用接地距离保护。

21、）改用接地距离保护。 51 1 0 . I I K II .set .II sen 末末端端最最小小 3333 (1) (1)躲过下一级线路出口相间短路所产生躲过下一级线路出口相间短路所产生 的最大不平衡电流。的最大不平衡电流。 三、零序电流三、零序电流段保护段保护 cba TA unb III set III n II 1 工程中，通常取一次的零序电流为工程中，通常取一次的零序电流为300300 800A800A，再换算成二次值，作为，再换算成二次值，作为段定值段定值。 （单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。（单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。 3434 （2 2）逐级配合）逐级配合: : 本

22、保护零序本保护零序段的保护范段的保护范 围，不能超出相邻线路零序围，不能超出相邻线路零序段的保护段的保护 范围。整定计算中，当相邻两个范围。整定计算中，当相邻两个 保护之保护之 间有分支电路时，同样要考虑分支系数。间有分支电路时，同样要考虑分支系数。 2 . . 0 1 .set b rel set I K K I 3535 与电流保护相同，还需要验证近后备、远与电流保护相同，还需要验证近后备、远 后备的灵敏度。后备的灵敏度。 在在段灵敏度满足要求后，由于通常存在段灵敏度满足要求后，由于通常存在 “段电流定值段电流定值段电流定值段电流定值”，所以，所以， 零序零序段的近后备容易满足。段的近后备

23、容易满足。 还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时 间的制定。间的制定。 (3)灵敏性校验灵敏性校验： 3636 零序零序段延时与保护范围的示意图段延时与保护范围的示意图 (4)(4)动作时限动作时限：阶梯型配合阶梯型配合( (选择性选择性) ) 3737 各处零序各处零序段保护均正确动作的延时示意图段保护均正确动作的延时示意图 相间过流相间过流 零序过流零序过流 3838 (5)三段式零序电流保护接线三段式零序电流保护接线 3939 在在110kV110kV及以上系统中，导线对树木、竹及以上系统中，导线对树木、竹 子等放电时，接地电阻（称为过渡电阻）可子等放

24、电时，接地电阻（称为过渡电阻）可 能达到能达到100100300300，此时，主要靠零序三，此时，主要靠零序三 段切除短路。段切除短路。 国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面 考虑：考虑：110kV75110kV75 220kV100 220kV100 500kV300 500kV300 kA1I K 实质是反映：实质是反映： 4040 4.2.4 4.2.4 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 通常为多个变压器中性点接地通常为多个变压器中性点接地类似于类似于 “多电源多电源”点。零序电流保护有可能发生点。零序电流保护有可能发生 误动，因此，需要方向元件。

25、误动，因此，需要方向元件。 回顾一下零序方向特征：回顾一下零序方向特征： 4141 分析上图，并归纳后，可以知道：分析上图，并归纳后，可以知道： 1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时 M U 0 M I0 N U 0 N I0 M U 0 M I0 N U 0 N I0 0 0 4242 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 方向性零序电流保护的方向性零序电流保护的 动作条件必须同时满足：动作条件必须同时满足： （1 1）零序电流保护的动作条件；）零序电流保护的动作条件； （2 2）零序功率为正方向，即由线路指向母线。）零序功率为正方向，即由线路指向母线。 零

26、序功率方向元件（继电器）的工作原理零序功率方向元件（继电器）的工作原理 rrrI UPcos 0 是电压相量超前电流相量的角度 110 3 3 arg 0 0 I U I U r r r 110 0 U3 0 I3 70 0 d 4343 设计：设计：零序电流超前零序电压的角度为零序电流超前零序电压的角度为 时，最灵敏。时，最灵敏。 0K 180 11095180 0K 0 0 I U arg 即即 K0 K0 0 3U 0 3U 0 3I 0 3I ）（一般为（一般为 线路的零序阻抗角线路的零序阻抗角 00 K0 8570 4444 零序功率方向元件接入零序电压和零序电流，反应零序功率方向元

27、件接入零序电压和零序电流，反应 于零序功率方向而动作，动作方程：于零序功率方向而动作，动作方程： 00 0 33cos() 0 rsen UI 正向故障 反向故障 0 0 r U arg I . Id0 U0 d -Id0 . . 70110 110 kr sen ， 零序方向继电器的最大灵敏角。 4545 （1 1）保护安装出口处发生接地故障时，零序功率方向元）保护安装出口处发生接地故障时，零序功率方向元 件无电压死区；件无电压死区； （2 2）故障点距保护安装点较远时，零序功率方向元件可）故障点距保护安装点较远时，零序功率方向元件可 能不动，须校验灵敏性。能不动，须校验灵敏性。 4646

28、1 1）零序过电流保护（零序）零序过电流保护（零序段）整定值小，灵敏段）整定值小，灵敏 性高，动作时限较短性高，动作时限较短 相间短路过电流保护相间短路过电流保护： 按躲过最大负荷电流整定，一般为按躲过最大负荷电流整定，一般为5 57A7A； 零序过电流保护：零序过电流保护： 按躲过不平衡电流整定，一般为按躲过不平衡电流整定，一般为2 23A3A。 灵敏性高，动作时限短灵敏性高，动作时限短 相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但零序电流相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但零序电流 保护与之相比，有其独特优点：保护与之相比，有其独特优点： 03 I 4.2.5 4.2.5 对零序电

29、流保护的评价对零序电流保护的评价 4747 2 2）零序电流保护受系统运行方式变化影响较小）零序电流保护受系统运行方式变化影响较小 线路零序阻抗比正序阻抗大，线路零序阻抗比正序阻抗大，X X0 02 23.5X3.5X1 1，因此线路，因此线路 始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线变化较陡，始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线变化较陡， 零序零序段保护范围大且较稳定，零序段保护范围大且较稳定，零序段的灵敏性也容段的灵敏性也容 易满足要求。易满足要求。 3 3）零序电流保护不受系统非正常运行状态影响）零序电流保护不受系统非正常运行状态影响 如：系统振荡，过负荷等如：系统振荡，过负荷等 4 4）方向性零序电流保护没有电压死区问题）方向性零序电流保护没有电压死区问题 在在110kV110kV及以上高压和超高压电网中，单相接地故障占及以上高压和超高压电网中，单相接地故障占 全部故障的全部故障的70709090，零序电流保护为绝大多数的故，零序电流保护为绝大多数的故 障提供了保护，有显著优越性。障提供了保护，有显著优越性。 03 I 4848 简要优点简要优点 1 1）灵敏度高）灵敏度高几乎不受负荷电流影响。几乎不受负荷电流影