讲第四节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

1、2020年7月11日星期六,对称分量法,图4-1(a)、(b)、(c)表示三组对称的三相相量,幅值相等，但相序与正序相反，称为负序；,幅值相等，相序相差120度，称为正序；,幅值和相位均相同,称零序;,2020年7月11日星期六,(a),(b),2020年7月11日星期六,(d),(c),2020年7月11日星期六,在图4-1(d)中三组对称的相量合成得三个不对称相量。,写成数学表达式为：,（41）,2020年7月11日星期六,由于每一组是对称的，故有下列关系：,（42）,将式（42）代入（41）可得：,2020年7月11日星期六,上式说明三组对称相量合成得三个不对称相量。 其逆关系为：,（4

2、6）,或简写为：,2020年7月11日星期六,正序分量、负序分量和零序分量。,将式（46）的变换关系应用于基频电流（或电压）， 则有：,上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对 称的相量(即对称分量):,或写为：,2020年7月11日星期六,则,（48）,如图所示。零序电流必须以中性线为通路。,2020年7月11日星期六,2020年7月11日星期六,例：,请分解成对称相量。,2020年7月11日星期六,解：,2020年7月11日星期六,2020年7月11日星期六,单回线,故障发生在线路端部：,等效电路图,2020年7月11日星期六,故障发生在线路内部任意一点：,等效电路图,2020年7

3、月11日星期六,2同杆双回线路:,2020年7月11日星期六,等效电路如下：,2020年7月11日星期六,对如下电路,则有,2020年7月11日星期六,变压器的序阻抗,正序阻抗：,负序阻抗等于正序阻抗,零序参数和等值电路有关：,1.双绕组变压器,2020年7月11日星期六,4-4 序网络的构成,引例：作出如下系统的序网,2020年7月11日星期六,正序网：,负序网：,零序网：,2020年7月11日星期六,作图规则总结：,（1）电源只在正序网络中。,（2）中性点接地阻抗只在零序网络中作用。,（3）零序网络从故障点开始作。,第四节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护,当中性点直接接地

4、的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流。 我国110kV及以上的电力系统均为大电流接地系统。单相短路将产生很大的故障相电流和零序电流，必须装设接地短路的相应保护装置。 接地短路时必有零序电流，而在正常负荷状态下，零序电流没有或很小，因此采用反应零序电流的接地保护将能取得较高灵敏度，而且三相只要一个电流继电器，使接地保护装置非常简单。,110KV及以上电网中性点直接接地 35KV及以下电网 中性点不接地或非直接接地,线路,电力系统正常运行，三相对称，没有负序和零序分量；当发生不对称故障时，会伴随故障的发生而产生相应的负序或零序分量（都是故障分量），构成相应序分量的保护。,零序分量总是伴随不

5、对称接地故障的发生而产生，利用接地短路时将出现较大的零序分量特点，构成： 零序电流保护 零序方向电流保护,零序分量正方向规定： 零序电压：线路大地 ；零序电流：母线线路,一. 零序序网的构成,3.4 中性点直接接地电网中接地短路保护,电网中所有电源均为正序，因而零序网为无源网络,零序分量特点,零序电压：故障点 最高，离故障点越远， 越低，变压器中性点接地处 。,2. 零序电流 分布与变压器中性点接地的多少及位置有关。 大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关。,4. 保护安装外零序电压与电流的相伴关系：,LOREM IPSUM DOLOR LOREM,大接地电流系统中的多段式零序电

6、流保护 ： 零序电流速断（零序段）保护 ； 零序电流限时速断（零序段）保护 ； 定时限零序过电流（零序段）保护 ；,1零序电流的获取 1.零序电流滤过器,2. 零序电压、零序电流的获取,零序电流过滤器,正常运行和相间短路实际输出：,对正序、负序分量电流：,对零序分量电流：,1零序电流的获取 （1）零序电流过滤器 接于相间保护电流互感器的中性线上。 不平衡电流：,（2）零序电流互感器（电缆线路） 一次电流： 优点：无不平衡电流，接线简单,不输出正序、负序电压，只有零序电压3U0输出。,2. 零序电压的获取 （1） 零序电压过滤器,（2） 微机保护内直接利用程序实现加法器,2. 零序电压、零序电流

7、的获取,零序电压过滤器,正常运行和相间短路实际输出：,误差以及三相系统对地不完全平衡,对正序、负序分量电压：,对零序分量电压：,零序电压滤过器,2. 零序电压、零序电流的获取,三段式零序电流保护,构成 由 零序段（瞬时零序电流速断保护） 保护线路首端部分，瞬时动作 零序段（限时零序电流速断保护） 保护线路全长且延伸至下级， 一般带0.5S延时 零序段（零序过电流保护） 保护本级线路、下级甚至更远， 带较长时限动作 其中：、段作为主保护，段作为后备保护即本级的近后备保护相邻元件的远后备保护。,三. 三段式(四段式)零序电流保护,发生单相或两相接地短路时，可以求出零序电流随线路长度变化的关系，与相

8、间短路电流保护整定计算类似，确定相应的整定计算原则。,1零序电流速断保护（零序段） （1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地故障可能出现的最大零序电流 3 I0 . m a x ；,（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流 3 I0. unb,零序段整定值 应选取以上两者中的较大值； 如果按照原则（2）确定的整定值较大，使得保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序段带有小的延时（0.1s），以躲开三相不同期合闸的时间。,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,零序电流速断(零序I段)保护总结,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,注：如果保

9、护装置动作时间大于断路器三相触头不同期合闸的时间，则无需考虑第二个条件。,取两者中较大者为整定值,（3）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，系统又发生振荡时所出现的最大零序电流,按照原则（3）整定，其定值较高，正常情况下（全相运行）发生接地短路时，零序段保护灵敏性不足，通常设置两个零序段保护。,灵敏段：按照原则（1）（2）整定，针对全相运行状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。 不灵敏段：按照原则（3）整定，针对非全相运行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。,2. 零序电流段保护,零序段首先按照与下级线路零序段保护相配合，零序段的保护范围不超过下

10、级线路零序段保护范围的末端。,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零序电流分布的影响。,零序电流限时速断(零序II段)保护,起动电流：与下一段线路的零序I段保护相配合,当该保护与下一段线路之间无中性点接地的变压器时,当该保护与下一段线路之间有中性点接地的变压器时,零序段的动作电流：,动作时限：,灵敏度校验：,本线路末端接地短路最小零序电流,灵敏性校验： 若灵敏系数不满足: （1）与相邻线路零序段配合； （2）采用两个灵敏性不同的零序段保护，保留原有0.5s段，再增加一个与相邻线路零序段相配合的段保护； （3）改用接地距离保护。,动作时限（与相邻线路零序段

11、配合）：0.5s,3. 零序电流段保护（零序过电流保护）,（1） 躲开线路末端（下级线路出口处）相间短路时所出现的最大不平衡电流,（2）逐级配合: 本保护零序段的保护范围，不能超出相邻线路零序段的保护范围。整定计算中，当相邻两个 保护之间有分支电路时，同样要考虑分支系数。,必须按逐级配合的原则来考虑 ，本保护零序III段的保护范围,不能超出相邻线路上零序III段的保护范围。,本线路末端三相短路时最大短路电流,电流互感器同型系数,非周期分量系数（12）,动作时限：为保证动作的选择性，按照阶梯型配合的原则来确定。,可见：零序过电流保护与相间短路的过电流相比，具有较小的动作时限。,灵敏性校验：按近后

12、备和远后备分别校验。,作本线路的近后备保护,作下一线路的远后备保护,本线路末端发生接地故障时的最小零序电流,下一线路末端发生接地故障时流过保护的最小零序电流,四、方向性零序电流保护,在多侧电源供电系统中，若有多个变压器中性点接地，零序电流保护有可能发生误动，需要考虑方向性问题。,方向性零序电流保护,问题的提出,k1点短路,k2点短路,选择性,矛盾，需要加功率方向元件,当零序功率方向由线路到母线时动作,方向性零序电流保护,方向性零序电流保护的 动作条件必须同时满足： （1）零序电流保护的动作条件； （2）零序功率为正方向，即由线路指向母线。,零序功率方向元件（继电器）的工作原理,规定正方向： 电

13、压：线路大地 电流：母线线路,是电压相量超前电流相量的角度,所以： P00时表示零序功率为线路 母线 P00时表示零序功率为母线 线路。,零序功率方向元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：, 零序方向继电器的最大灵敏角。,（1）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； （2）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。,五、对零序电流保护的评价,1）零序过电流保护（零序段）整定值小，灵敏性高，动作时限较短 相间短路过电流保护： 按躲过最大负荷电流整定，一般为57A； 零序过电流保护： 按躲过不平衡电流整定，一般为23A。 灵敏性

14、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，但零序电流保护与之相比，有其独特优点：,2）零序电流保护受系统运行方式变化的影响较小 线路零序阻抗比正序阻抗大，X023.5X1，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，零序段保护范围大且较稳定，零序段的灵敏性也容易满足要求。 3）零序电流保护不受系统非正常运行状态的影响 如：系统振荡，过负荷等 4）方向性零序电流保护没有电压死区问题 在110KV及以上高压和超高压电网中，单相接地故障占全部故障的7090，零序电流保护为绝大多数的故障提供了保护，有显著优越性。,零序电流保护的不足： 1）对于运行方式变化很大或接地点变化

15、很大的电网，不能满足系统运行的要求。 2）单相重合闸过程中，系统又发生振荡，可能出现较大零序电流的情况，影响零序电流保护的正确工作。 3）当采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的电网,任一侧发生接地短路都将在另一侧产生零序电流，使得零序电流保护的整定计算复杂化。,对零序电流保护的评价,优点,零序电流保护（一般为2-3A）比相间短路的电流保护(一般为5-7A)有较高的灵敏度,零序电流保护受系统运行方式变化的影响要相对较小,当系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡，短时过负荷等，不会误动,动作时限比相间短路的保护相对要小,零序方向元件无死区,缺点,不能反映相间短路,LOREM IPSUM D

16、OLOR LOREM,方向性零序电流保护 。在变压器接地数目比较多的复杂环形网络中，为了简化整定计算及保护之间相互的配合，并保证保护的选择性，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。 在零序电流保护上增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来闭锁可能误动作的保护，才能保证动作的选择性。,LOREM IPSUM DOLOR LOREM,多段式方向零序电流保护的构成仅在零序电流保护第、各段中分别增加一个零序功率方向测量元件，并与零序电流测量元件构成与门，共同判别是否在保护线路正方向发生了接地短路。,例：如图所示网络中，已知：（1）电源等值电抗X1s= X2s=5， X0=8 ；（2）线路AB、BC的电抗x1=0.4 /km, x0=1.4 /km; （3）变压器T1额定参31.5MVA,110/6.6kV,Uk=10.5%,其他参数如图所示。 试对线路AB的保护进行零序保护三段整定计算（动作电流、灵敏度校验以及动作时限）。,解：,、计算短路电流,（）线路各参数,线路AB:,线路BC:,变压器T1:,（2）短路电流的