电力系统继电保护第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

第二章电网的电流保护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为进行不对称短路计算,通常将A、B、C三相电压和电流都分解为他们的对称分量。故:.....0120.....20121.....0122211111AAAABBBBCCCCUUUUUUUUUaaUUUUUUaa1...0...221...222111111111311AABBCCUUUUaaUaaUUUUaaaa0120jae运算子1.中性点接地电网特征1)正常运行或三相短路时由于三相电压和电流是对称的。故:0310CBAUUUU0310CBAIIIIUAUBUC...2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分布2)两相短路时,设为K(2)BCkAAUU12kBkCAUUU0kAIkBkCII正常运行及相间短路时,均没有零序电压和零序电流.故故障点的零序电压和零序电流为:111103322koABCAAAUUUUUUU110033kokAkBkCkBkBIIIIIIUBUAUC在故障点k处:...3)单相接地短路，设为K(1)A(中性点接地系统)在接地故障点,故障相电压:kCCUUkBBUU0kAU0BCIIAkAII故障相电流:故在故障点的零序电压零序电流为:1133kokBkCBCUUUUU13OkAII出现零序电压和零序电流是接地故障区别于正常运行和相间短路故障的基本特征。4)两相接地短路，设为K(1,1)BC在故障点:0kBkCUUkAAUU0AIBkBII则:1133kokAAUUU1,113okBkCIIICkCIIkBkCII相间短路只有纵向不对称。接地短路既有横向不对称，也有纵向不对称。所谓横向不对称故障是指发生在系统某一点与地之间的故障。所谓纵向不对称故障发生在系统某两点之间的故障。3.零序网络纵上分析，在中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统，一般为110kV以上电网）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，而正常运行以及相间短路情况下它们是不存在的，因此可利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的特点。～T1T2ABC121k系统接线零序电压分布0kU0BU0AU零序等效网络0kUXT1.0ABX’k0X’’k0XT2.00I0I0I-0I-在故障点处，三相不平衡的程度最严重，零序电压最高可以认为在故障点处有一个零序电源由此产生零序电流两相接地短路，设为K(1,1)BC1133kokAAUUU利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量。零序电流可以看成在故障点出现一个零序电源而产生的，经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。0kU忽略电阻时向量图纯感性负荷电流滞后电压90O0kU0I0I0I0I考虑线路中的零序电阻时，零序电压与零序电流之间相位角为：0kU090k计及电阻时向量图0kU0I0I零序电流实际流向在电感中，电流滞后电压90o按规定正方向来看零序电流从线路流向母线0I0I0k4.特点零序分量的参数具有如下特点：零序电压：故障点的零序电压最高；0AU0BU变压器中性点接地处的零序电压为０。零序电压分布0kU0BU0AU变电所A母线变电所B母线故障点变电所A母线上零序电压为；变电所Ｂ母线上零序电压为；零序电流零序电流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动，并由大地构成回路。零序电流比正序、负序电流流动范围少。当忽略回路的电阻时，和超前。当计及电阻时，设零序阻抗角，则和超前为。0I0I090kU为080k0I0I0kU0180k忽略电阻时向量图纯感性负荷电流滞后电压90O0kU0I0I0I0I计及电阻时向量图考虑线路中的零序电阻时，零序电压与零序电流之间相位角为：0kU090k0k0I0kU0I0I0I阻抗主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关，当变压器T２中性点不接地时，则因为零序不构成回路。02I零序功率对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由线路流向母线。但故障点离保护安装处愈远，流过保护安装处的零序电流愈小。保护安装处在保护安装处，零序电压与零序电流之间的相位差取决于变压器的零序阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。0010ATUIZ系统运行方式在电力系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的，中性点接地的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，接地故障点的零序电流越大。1.零序电压过滤器.bU•用三个单相式电压互感器aUcUbUmnABC...........•用三相五柱式电压互感器ABCabcmn2.3.2零序电压过滤器、零序电流过滤器.....03mnabcUUUUU.aU.cU.mnU•在集成电路保护装置内部合成零序电压加法器aUbUcU03U•用接于发电机中性点的电压互感器~mn..在微机保护中分为自产零序和过滤器零序两种2.零序电流过滤器TA等效电路1I2II零序电流过滤器......ABC03I一次电流的一部分消耗在励磁上，并没有全部线性传变到二次侧将三个同型号同变比的单相电流互感器二次侧同极性端子连接在一起作为输出，即构成零序电流过滤器03rabcIIIII考虑励磁电流的影响后，211TAIIIn1rABCABCTAIIIIIIInI由于TA一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上流入零序电流继电器的电流（理论上）为：实际上流入零序电流继电器的电流为：每相电流互感器输出的电流为：称为零序电流过滤器的不平衡电流，当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流值最大，且包含有非周期分量，故不平衡电流也最大，以表示。maxunbI.1unbrABCTAIIIIIn当零序电流为零时零序电流过滤器依然有输出！在正常运行和一切不伴随有接地的相间短路时，三个电流互感器一次侧电流的向量和必然为零，因此，流入零序电流继电器中的电流即为：3I0TANABC电缆零序电流互感器接线示意图对于采用电缆引出的送电线路，还广泛地采用了零序电流互感器的接线以获得3I0，此电流互感器就套在电缆的外面，从其铁芯中穿过的电缆就是其一次绕组，这个互感器的一次电流就是只当一次侧有零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的3I0输出，故称它为零序电流互感器。ABCIII采用零序电流互感器的优点，和零序电流过滤器相比，主要的是没有不平衡电流，同时接线也更简单。2.3.3零序电流速断（零序Ⅰ段）保护整定原则：（有两个）max03I1.2~1.3relK1)躲开相邻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，引入可靠系数0max3setrelIKI在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行方式和接地故障类型。即应考虑系统正序阻抗Z1为最小，保护安装侧变压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中性点接地数目最小或都不接地的情况。～T1T2ABC121k系统接线零序等效网络0kUXT10ABX’k0X’’k0XT2.00I0I03I=03IX’’k0+XT2.0X’k0+XT1.0+X’’k0+XT2.003I=03IX’k0+XT1.0+X’’k0+XT2.0X’k0+XT10T2中性点接地：若母线A还接有中性点接地的变压器，则零序阻抗变小，流过A侧零序电流增大。.0033IIT2中性点不接地：030I至于是单相接地短路时的3I0（1）大，还是两相接地短路时的3I0（1，1）大，可比较和，若，则3I0（1，1）3I0（1）若，则3I0（1）3I0（1，1）。因为在=的条件下：1X0X1X0X1X0X1X2X单相接地短路的零序电流为：3I0（1）=3E2+1X0X两相接地短路的零序电流为：3I0（1,1）=3E+21X0X0I=E1X+2X+0X单相接地E故障点的等效零序电势1X2X0X故障点的等效正序、负序、零序阻抗2)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，引入可靠系数0.3unbI1.2~1.3relK03setrelunbIKI3I0.unb的计算，一相先合与两相断线情况类同，两相先合与一相断线情况类同。具体可参见电力系统分析之短路计算若保护装置动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，则可不考虑这一条件，若考虑则整定值应选取其中较大者。0max0max3,3setrelrelunbIKIKI3)当线路上采用单相自动重合闸时，要求最小保护范围不少于线路全长的15%，按上述（１）（２）整定的零序Ⅰ段往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时，所出现的最大零序电流，而若按这一条件整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥零序Ⅰ段的作用。其中一个按条件１或２整定（定值小，保护范围大，称为灵敏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，而当单相自动重合闸时，重合期间将自动闭锁，待恢复全相运行时才能重新投入；为了解决这个矛盾，通常设置两个零序Ⅰ段另一个是按照条件（３）整定（定值大，称为不灵敏Ⅰ段），主要作用是在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏Ⅰ段的缺陷。2.3.4零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护2)当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，也将产生助增电流，引入零序电流的分支系数，则零序Ⅱ段的起动电流应整定为：0bK保护范围不超出相邻下一条线路零序Ⅰ段的保护范围1)零序Ⅱ段整定其起动电流首先考虑和下一条线路的零序Ⅰ段相配合，并带有一个△t的时限，以保证动作的选择性。.2.1setrelsetIKI时限为△t21ttt1.1~1.2relK.2.10.relsetsetbKIIK(b)零序等效网络3I0MABT1T212(a)网络接线图kC（c）零序电流变化曲线l.0kU.0.kABI.0.kBCI.0.2kTIT1T212.0.kABI.0.kBCI.1setI.2setI当线路B－C上发生接地短路时，流过保护1和2的零序电流分别为和，两者之差就是从变压器中性点流回的电流.0.kABI.0.kBCI.0.2kTI当变压器切除或中性点改为不接地运行时，则该支路即从零序等效网络中断开，此时。0.1bK...0.0.0.2kBCkABkTIII3）零序Ⅱ段灵敏系数：.21.5sensetKI本线路末端接地短路时最小零序电流零序Ⅱ段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足Ksen≥1.5的要求。2.3.5零序过电流（零序Ⅲ段）保护作为接地保护的后备1)在零序过电流保护中，起动电流的整定原则上按照躲开相邻下一条线路出口处相间短路时零序互感器出现的最大不平衡电流来整定，引入可靠系数，则:maxunbIrelK.2maxsetrelunbIKI（２～４Ａ）二次侧零序过电流保护动作电流二次侧动作电流2)同时要求各保护之间在