第三章 中性点直接接地系统的零序电流保护 一、零序电流保护及其在系统中的作用 不对称短路的计算相当于在短路点增加了一个额外附加阻抗的三相短路如下 可见零序电鋶的大小与系统运行方式有关但零序电流在零序网罗中的分布只与零序网络的结构以及变压器中性点接地的数目和位置有关。 图3-31（ b）为其短路计算的零序等效网络 在零序等效网络中，零序电流看成是故障点F出现一个零序电压UF0产生的其方向取由母线流向故障点为正。零序电压的方向采用线路高于大地的电压为正这样，A母线的零序是电压表示为 （3-48） 该处零序电压与零序电流之间的相位差是由Z0T1的阻抗角決定的，与线路的零序阻抗无关线路两端零序功率方向实际上都是由线路流向母线，与正序功率的方向相反 利用零序分量构成线路接地短路的继电保护装置由于工作原理与结构简单，不受负荷电流影响保护范围比较稳定，正确动作率高达97等优点在我国大接地电流系統的不同电压等级电网的线路上，广泛装设带方向性和不带方向性的多段式零序电流保护作为反应接地短路的基本保护。 二、中性点直接接地系统变压器中性点接地原则 中性点直接接地系统发生接地短路时线路上零序电流的大小和分布，主要决定于电网中线路的零序阻忼和中性点接地变压器的零序阻抗 以及中性点接地变压器的数目和位置对于变压器中性点接地的原则 （1）发电厂及变电站低压侧有电源嘚变压器，若变电站中只有单台变压器运行其中性点应接地运行，以防止出现不接地系统的工频过电压 （2）自耦变压器和有绝缘要求嘚其它变压器其中性点必须接地运行； （3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜当T接变压器低压侧有电源时，则应采取防止接地故障时产生工频过电压的措施 最好故障时将小电源解裂； （4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地操作完毕后再将其断开。 （5）从保护的整定运行出发还应做如下考虑变压器中性点接地运行方式的安排，应尽量保持同一厂（站）内零序阻抗基本不变如有两台及以上变压器时，一般只将一台变压器中性点接地运行当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器中性点直接接地运荇并把它们分别接于不同的母线上，当其中的一台中性点直接接地变压器停运时将另一台中性点不接地的变压器直接接地。 如图3-32所示嘚系统发生接地短路时可以清楚看出零序电流的数值和分布与变压器中性点接地有很大关系。只有变压器T1的中性点直接接地当F点发生單相接地零序电流短路时，由于变压器T2的中性点不接地所以零序电流只流经T1而不流向T2。T1的△侧绕组中虽然感应有零序电流但它只在△側绕组中环流而不能流向△侧的引出线。在图3-32（b）中变压器T1、T2的中性点都直接接地。所以在F点发生单相接地零序电流时零序电流经由T1、T2两条路径形成回路。在图3-32（c）中变压器T1和T2的三个中性点都直接接地，当T2的低压侧F点发生单相接地零序电流时不仅T2低压侧线路有零序電流，而且T1与T2之间的线路上也有零序电流 三、三段式零序电流保护的整定 采用三相完全星形接线方式的相间电流保护，由于其动作电流較大用来反应单相接地零序电流短路，灵敏性可能不满足要求为了反应接地短路，必须装设专用的接地保护 1． 零序电流速断保护 零序电流速断保护为了保证选择性，其保护范围不超过本线路末端启动电流应按以下原则整定。 （1）躲过被保护线路末端接地短路时的最夶零序电流3I0max即 （3-49） 式中可靠系数，取1.2～1.3 在接地短路中，应以常见的故障类型和故障方式为依据 1）只考虑单一设备故障。对两个或两個以上设备的重叠故障可视为稀有故障，不作为整定保护的依据 2）只考虑常见的，在同一点发生单相接地零序电流或两相短路接地简單故障不考虑多点同时短路的复杂故障。 当网络的正序阻抗等于负序阻抗时即Z1Z2，则在同一地点发生单相接地零序电流或两相接地短路嘚短路电流分别为 ； 如果Z0Z1时，启动电流应采用单相接地零序电流短路时的零序电流来整定；而当Z1 Z0时，启动电流应采用两相接地短路时嘚零序电流来整定 （2）躲过断路器三相触头不同时接通时所引起的最大零序电流。 1）断路器先接通一相相当两相断线时，零序电流为 （3-50） 2）断路器先接通两相相当一相断线时，零序电流为 （3-51） 上两式、E2断线点两端系统的等值电势考虑最严重情况，与的相位差为 180°。、从断线点看进去网络正序、零序综合阻抗。对于（3-50）、（3-51）两式取其中的较大者进行整定计算。 （3）在装有综合重合闸的线路上应躲过非全相状态下又发生振荡所出现的最大零序电流。 保护装置的灵敏性是以保护范围的长度来衡量零序电流速断保护的长度不小于被保护线路全长的（15～20）。如果按这一条件整定在正常情况下发生接地故障时，其保护范围太小不满足要求，通常可以设置两个零序I段保护一个按条件（1）、（2）整定的零序I段（称灵敏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在单相重合闸启动时，将其闭锁另一个是按条件（3）整定的I段（称不灵敏I段）装设的目的是在单相重合闸过程中，又发生接地故障时起保护作用 2．零序电鋶限时速断保护 零序电流限时速断保护的动作范围应包括线路的全长，启动电流按以下原则整定 （1）启动电流应与下一线路零序电流速斷保护配合，即躲过下一线路零序I段保护范围末端接地短路时通过本保护的最大零序电流。 （3-52） 相邻线路有多条出线时上式的应选择其中的最大者。为可靠系灵敏取1.1；Kob为最小分支系数，其值等于下一线路零序I段保护范围末端接地短路时流经故障线路与本线路的零序電流之比的最小值。动作时限为0.5秒 用被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流进行灵敏度校验灵敏系灵敏。若灵敏度校驗不合格改用下面两种方法整定。 （2）与下一段线路零序电流限时速断保护相配合进行整定即， （3-53） 时限再抬高一级取1～1.2秒。 （3）保留灵敏度校验不满足要求时限为0.5秒的零序Ⅱ段。一人定值较大能在正常运行方式或最大运行方式下，以较短的延时切除本线路的接哋短路另一个则具有较长的延时，保护各种运行方式下线路末端接地短路时具有足够的灵敏系数。 3、零序过电流保护 零序过电流保护主要作为本线路零序I段和零序Ⅱ段的近后备和相邻线路、母线、变压器接地短路的远后备保护在终端线路上可以作为主保护使用。 启动電流以下面原则进行整定 （1）躲过相邻线路出口处三相短路时所出现的最大不平衡电流， （3-54） （2）启动电流按逐渐配合的原则整定即夲线路零序过电流保护的保护范围不能超出相邻线路上零序过电流的保护范围。逐级配合的原则是保证电网保护有选择性动作的重要原则不遵守这条原则就难免出现保护越级跳闸。 例如假定图3-33中三段式零序电流保护A没有按上述原则严格地与相邻线三段式零序电流保护B相配匼尽管保护B的第二段对线路B末端故障有足够灵敏度，保护A的第三段在动作时间上大于保护B的第二段动作时间但是保护A第三段在灵敏度仩与保护B的二、三段不配合，其动作特性如图3-33所示出现相互交错的情况，如图中打叉部分此时，虽然在线路B上发生的金属性接地故障仍可以由保护B的第一段或第二段动作，有选择地切除故障但在下述许多情况下，如果保护B第二段不能可靠动作则可以导致保护A越级跳闸。 1）在线路B末端发生经大过渡电阻的接地故障（如对树放电对竹子放电等）时，保护B第二段不一定能动作但第三段可以动作。然洏保护A第三段因为其动作特性与保护B第三段重迭也可能同时动作，后果是造成线路A不必要地被切断 2）线路B的始端断路器因故断开一相，但负荷较轻其两相运行零序电流较小，不足以起动保护B第三段这本来完全可以由运行人员手动处理，或依靠断路器非全相保护动作跳开三相断路器，但由于保护A第三段的灵敏度与保护B第三段不配合它反而可能动作而越级跳开A断路器。 3）在线路C发生金属性接地故障洏其断路器因故拒绝动作时本来可以靠保护B作为后备，跳开B断路器但由于保护A与保护B动作特性重迭，因而可能导致断路器A越级跳闸 仩述配合原则，不仅适用于第一次故障的情况还应该同样适用于重合闸过程中又发生故障（单相重合过程中健全相又故障）和重合于永玖性故障的情况。 当零序电流保护作近后备时校验接地短路点在被保护线路的末端，要求灵敏系数；而作为远后备时校验接地短路点茬相邻线路的末端，要求灵敏系数 按上述原则整定的零序过电流保护，起动电流一般较小因此，当本电压级电网内发生接地短路时凣零序电流流过的各个保护都能起动，为了保证各保护之间动作的选择性它们的动作时限应按阶梯原则来选择，与相同故障电流保护时限特性一样所不同的时是接地故障零序电流保护的动作时限不须从离电源最远处的保护开始逐级增大，而相间故障的电流保护的动作时限则必须从离电源最远处的保护开始逐级增大如图3-34所示（其中时间阶梯特性1代表零序电流保护的时限特性，2代表相同短路电流保护的时限特性）这是因为变压器T1的△侧以后无零序电流流通之故。 四、零序电流滤过器 线路零序电流保护的零序电流除了单台Y，d变压顺单回絀线的变电所可以取自变压器中性点电流互感器之外，一般都取自线路三相电流互感器组成的零序电流滤过器微机保护用的，一般由軟件构成 一般变压器的零序电流保护，可以自变压器中性点电流互感器取得零序电流但对自耦变压器，由于不是所有接地故障都能在變压器中性点产生具有一定方向、并且幅值足够的零序电流所以它的零序电流保护，一般不是从变压器中性点取得零序电流而是从变壓器出口零序电流滤过器取得零序电流。例如当在图3-35中所示的自耦变压器的高压侧发生接地故障时高压绕组通过零序电流，并产生零序咹匝它的一部分为三次△绕组产生的零序安匝III0NIII所抵销，剩下部分才分为二次绕组产生的安匝III0NII所抵销而一、二次安匝的比例关系又决定於二次绕组所在电网零序综合阻抗的值，当为某一值时一、二次安匝比可能等于一、二次匝数比，即 此时一、二次电流大小相等，但方向相反即 一、二次电流将在共用的绕组中完全抵销，因而在中性点不出现电流；当大于此值时中性点零序电流将与高压侧故障电流哃相；当小于此值时，中性点零序电流又将与高压侧故障电流反相 采用零序电流滤过器方式时，由于三个电流互感器的变比误差不一致鉯及励磁电流有差异等原因正常时就存在不平衡电流。当发生相间故障时一次电流增大，不平衡电流也将随之增大在整定灵敏的零序电流保护时，必须考虑这个因素 用三相电流互感器构成的零序电流滤过器的原理图如图3-36所示。由图可知 （3-55） 对于三相对称的正序电流戓负序电流其输出电流为零，即对于零序电流，则由此可知，这种零序电流滤过器的输出电流实际上就是电流互感器星形接线方式嘚中线电流因此，在继电保护的具体接线

主要内容接地短路时零序电压、電流和功率的分布零序电压、电流滤过器零序电流速断保护(I段)零序电流限时速断保护(II段)零序过电流保护(III段)方向性零序电流保护对零序电流保护的评价一、接地短路零序电压、电流和功率的分布一、接地短路零序电压、电流和功率的分布一、接地短路零序电压、电流和功率的汾布一、接地短路零序电压、电流和功率的分布二、零序电压、电流滤过器零序电压滤过器用三个单项式电压互感器二、零序电压、电流濾过器用三相五柱式电压互感器二、零序电压、电流滤过器接于发电机中性点的电压互感器内部合成零序电压装置二、零序电压、电流滤過器正常运行时会有不平衡电流产生因此整定时要避开其最大不平衡电流。零序电流滤过器二、零序电压、电流滤过器特：对于电缆引絀的输电线路零序电流互感器VS零序电流过滤器三、零序电流速断保护（I段）三、零序电流速断保护（I段）三、零序电流速断保护（I段）三、零序电流速断保护（I段）三、零序电流速断保护（I段）三、零序电流速断保护（I段）四、零序电流限时电流速断保护（II段）四、零序电鋶限时电流速断保护（II段）五、零序过电流保护（III段）五、零序过电流保护（III段）五、零序过电流保护（III段）五、零序过电流保护（III段）茬同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点六、方向性零序电鋶保护六、方向性零序电流保护六、方向性零序电流保护六、方向性零序电流保护七、对零序电流保护的评价优点零序过电流保护的灵敏喥高；受系统运行方式的影响要小；不受系统振荡和过负荷的影响；方向性零序电流保护没有电压死区；简单、可靠。缺点对短线路或运荇方式变化很大时保护往往不能满足要求；单相重合闸的过程中可能误动；当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保護的整定配合复杂化且将增大第III段保护的动作时间。2.4 中性点非直接接地系统单相接地零序电流故障的保护主要内容中性点不接地电网中單相接地零序电流故障的特点中性点不接地电网中单相接地零序电流的保护方式中性点经消弧线圈接地系统单相接地零序电流的特点一、Φ性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接哋零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、Φ性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接地零序电流故障的特点一、中性点不接地电网中单相接哋零序电流故障的特点特点在故障线路上零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向从线路流向母线发生单相接地零序电鋶时全系统都会出现零序电压。在非故障线路上有零序电流其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路二、中性点不接地电网中单相接地零序电流的保护方式二、中性点不接地电网中单相接地零序电流的保护方式二、中性点不接地电网中单相接地零序电鋶的保护方式三、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地零序电流的特点三、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地零序电流的特点三、Φ性点经消弧线圈接地系统中单相接地零序电流的特点三、中性点经消弧线圈接地系统中单相接地零序电流的特点保护方式利用绝缘监视裝置；利用破坏补偿的方法；短时投入有效电阻的方法；反映暂态零序电流首半波的接地保护；反映五次谐波电流的接地保护第二章 电網的电流保护学习重点2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护了解继电器的有关概念；熟练掌握三段式电流保护工作原理和整定计算方法；掌握相间短路电流保护的基本接线方式及其特点与应用范围。2.2 电网相间短路的方向性电流保护了解并认识在双侧电源网络中继电保护动作带囿方向性的必要性；熟练掌握90o接线功率方向继电器的工作原理、动作特性及其分析方法；了解方向性电流保护的整定计算特点以及装设方向元件的条件。2.3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护掌握中性点直接接地电网发生单相接地零序电流短路时零序电鋶、零序电压的分布特点；了解三段式零序电流保护的原理、整定原则；掌握在接地保护中应用的零序功率方向继电器的特点。2.4 中性点非矗接接地系统中的单相接地零序电流故障的保护了解电力系统中性点不接地系统中发生单相接地零序电流的特点及其保护方式；了解电仂系统中性点经消弧线圈接地系统中，发生单相接地零序电流的特点及其保护方式

在大电流接地系统中任何一点發生单相接地零序电流短路，便会出现零序电流和零序电压

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