1、1/53,2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护,2/53,主要针对中性点直接接地系统(大电流接地) 特征和差异：1）电力系统正常运行时，三相对称，没有负 序和零序分量。2）不对称故障时，会产生负序或零序分量。 其中，零序分量总是伴随着不对称接地故 障的发生而产生，据此，可构成反映不对 称接地故障的零序电流保护（差异）。,3/53,分解出零序分量之后,零序电压的分布如下：,2.3.1 零序分量的分布,4/53,零序分量的特点： 1）短路点的零序电压最高，接地点为0。 2）零序电流由短路点经过所有的变压器接 地点形成回路。 3）零序功率方向：线路母线。 4）零序电压与电流的相位
2、关系（即零序功 率方向）如下图：,5/53,内部接地时，零序功率方向：,6/53,2.3.2 零序分量的获取,计算或连接,微机保护内直接利用程序实现加法器,零序电压过滤器,7/53,零序电流分量的获取方法：,零序电流过滤器,零序电流互感器,8/53,零序电流滤过器的不平衡输出,单相二次、一次I关系:,三相二次、一次I关系:,9/53,ZL 越小不平衡输出越小。因此，希望：负载ZL 越小越好。,继电保护要求： 将TA的误差限定在10%以内。 这是设计、选择TA的依据之一。,10/53,减小TA误差的主要方法：1）减小TA的负载ZL；2）增大变比（限定一次电流的最大值）；3）选择不易饱和的TA(体
3、积大、投资增加);4）增大电流二次电缆的线径。 等等,11/53,一、零序电流段保护 1）躲开线路末端的最大零序电流。 2）躲开断路器三相不同时合闸的 。 如果会误动，靠延时 100ms 躲开。 3）躲开非全相运行的负荷电流。 如果会误动，一般退出运行。,2.3.3 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。,12/53,按照“躲开线路末端的最大零序电流”考虑，可以得到零序电流段保护的整定方法：,注：经过分解或合成后，零序、负序分量 通常以3倍的形式出现。,13/53,二、零序电流段保护 与下一级线路的零序段电流定值进行配合（电流、时间两方面的配合）。保护范围不超过下级线路零序段
4、保护范围的末端 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。,14/53,15/53,得到零序段电流定值计算公式：,为了保证保护1的第段不误动,从公式和电流保护的概念可以得出：整定值必须取最大对应的分支系数取最小(分流最大)，保证不误动。,16/53,校验零序段时，考虑线路末端短路的最小零序电流，故没有分支系数的影响。,17/53,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
5、距离保护。,18/53,(1)躲过下一级线路出口相间短路所产生的最大不平衡电流。,三、零序电流段保护,工程中，通常取一次的零序电流为300800A，再换算成二次值，作为段定值。 （单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。,19/53,（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。,20/53,与电流保护相同，还需要验证近后备、远后备的灵敏度。 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”，所以，零序段的近后备容易满足。 还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时间的制定。,21/53,2.3.6 方
6、向性零序电流保护,通常为多个变压器中性点接地类似于“多电源”点。零序电流保护有可能发生误动，因此，需要方向元件。,回顾一下零序方向特征：,22/53,分析上图，并归纳后，可以知道： 1）内部接地时 2）N侧外部接地时,23/53,设计：零序电流超前零序电压的角度为 时，最灵敏。,24/53,出口发生接地短路时，零序电压最大，所以，没有出口死区的问题。 接线方式简单：继电保护规程确定：110kV及以上系统中，采用自产零序电压。,25/53,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
7、器）的工作原理,规定正方向： 电压：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。,26/53,零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。,27/53,（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。,28/53,1）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
8、平衡电流整定，一般为23A。 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，但零序电流保护与之相比，有其独特优点：,2.3.7 对零序电流保护的评价,29/53,2）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，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，
9、有显著优越性。,30/53,简要优点,1）灵敏度高几乎不受负荷电流影响。 2）受运行方式影响较小间接影响。 3）三相对称时，几乎没有影响。如振荡、 过负荷等。 4）出口短路无“死区”零序电压最大。 5）耐高阻接地的能力强。 6）一般情况下，第三段的延时短。,31/53,零序段延时与保护范围的示意图,32/53,各处零序段保护均正确动作的延时示意图,相间过流,零序过流,33/53,零序电流保护的不足：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有影响。3）采用自耦合变压器联系两个不同电压等级 的电网,
10、任一侧发生接地短路都将在另一 侧产生零序电流整定计算复杂化。 ,34/53,书本以外的问题： 1、为什么教材中只讨论零序保护，而不讨论 负序电流保护？ 零序反映接地短路。 负序反映不对称短路(包括接地)。,1）零序分量获取简单(任何时刻，信号相加)。,35/53,2）负序分量的获取要复杂一些，同时，在两 种状态转变的期间，会出现“不真实”的负 序分量。 即：必须用同一种状态的电气量进行分 解，才能得到真实的负序分量(下图)。 目前，微机保护中已经应用了负序分量 构成故障判别的保护功能。,36/53,负序分量的获取方法：设T为工频周期时，瞬时值的一种获取方法：,37/53,采用下式，或其它方法，都会在2种状态转换前后，出现不真实的负序分量。,38/53,2、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下短路点的短路电流最大？,一般情况下：,但不是绝对,39/53,对于架空输电线、电缆、变压器等静止元件 ，存在：,输电线有：,3、正序与负序阻抗的关系,40/53,不相等的正序、负序参数与电网的参数相结合之后，不相等的影响较小，所以，在分析和计算时，通常取： 。,顺便指出，由故障分析可以知道： 对于旋转元件(如发电机、电动机)，各序电流分别通过时，将引起不同的电磁过程，对应的正序、负序和零序阻抗互不相等。,
