零序电流保护

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大接地电流系统：系统中主变压器中性点直接接地电网。在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流.110kV及以上电网中性点直接接地系统3~35kV及以下电网中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统)运行经验表明，在中性点直接接地系统中，d(1)几率占总故障率的70%~90%，所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。而在该系统中发生d(1)，系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量，故可利用零序分量构成接地短路的保护。接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点：正方向的规定零序电压的方向：线路高于大地的电压为正；零序电流的方向：由母线流向故障点为正。接地短路时的零序等效网络中性点接地电网特征1、正常运行或三相短路时，三相的电压和电流对称，流过中性点的电流为零，中性点电压也为零。001()031()03ABCABCUUUUIIII2、两相短路时（以BC相间短路说明），在故障点处1,20,dAAdBdCdAdAdBdCUUUUUIII001111()()0332211()(0)033ddAdBdCAAAddAdBdCdBdBUUUUUUUIIIIII则故障点处的零序电压和零序电流为3、单相接地短路时（以A为例），故障点的相电压、电流0,,,0dAdBBdCCdAAdBdCUUUUUIIII0011()()3311()33ddAdBdCBCddAdBdCdAUUUUUUIIIII则故障点处的零序电压和零序电流为4、两相接地短路（以BC两相接地为例），在故障点处,00,,dAAdBdCdAdBBdCCUUUUIIIII0011()3311()()33ddAdBdCAddAdBdCBCUUUUUIIIIII则故障点处的零序电压和零序电流为结论：中性点直接接地电网，正常运行及发生相间短路时，均没有零序电压和零序电流；发生接地短路时，将出现很大的零序电压和零序电流。出现零序电压和零序电流是接地故障有别于正常运行和相间短路故障的基本特征。零序分量的特点：1、零序电压故障点处的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处的零序电压为零。2、零序电流由故障点处零序电压产生，其大小与分布由接地变压器的分布与数目决定，而与电源的数目和位置无关。零序电流保护的灵敏度直接决定于系统中性点接地的数目和分布。所以要求变压器中性点不应任意改变其接地方式。3、零序电压和零序电流的相位零序或负序功率方向与正序功率方向相反，即正序功率方向为由母线指向故障点，而零序功率方向却由故障点指向母线。正方向短路时，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗（一般零序电流超前零序电压为95°-110°），与被保护线路的零序阻抗和故障点位置无关。4、零序功率在线路正方向故障时，零序功率由故障线路流向母线，为负值；在线路反方向故障时，零序功率由母线流向故障线路，为正值。2.3.1零序电压过滤器10221222111111111311AABBCCUUUUaaUaaUaaaaUUU11AAmmBmmBmmmCCUIZZZUZZZIZZZUI0001011111212222000000000000mmmUIIZZZUZZIZIZZZUII一、对称分量法03ABCUUUU0120201212201211111AAAABBBBCCCCUUUUUUUUUaaUaaUUUUU01111212121111mmmmZZZZZZZZZZZ架空输电线和电缆三相对称，Z1=Z2≠Z0二、零序电压过滤器的几种构成方式1、采用三个单相电压互感器，一次绕组接成星形，并将中性点直接接地；三个二次绕组相互串联，接成开口三角形，则从mn两端即可获得零序电压。2、采用三相五柱式三绕组电压互感器，一次绕组接成星形，并将中性点直接接地；二次绕组有两组线圈，一组接成星形，用于接测量仪表或继电器，另一组接成开口三角形，从开口处即可获得零序电压。3、对于发电机，当发电机的中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，从它的二次绕组中也能获得零序电压。UAUCUB加法器3U04、在集成电路保护和数字保护中，由电压形成回路取得三个相电压后，利用加法器将将三个相电压相加，也可以从保护装置内部取得零序电压。微机保护根据数据采集系统得到三相电压值再用软件进行矢量相加得到3U0值。在线路的保护中3U0主要用于接地故障时判别故障方向。实际上在正常运行和电网相间短路时，由于电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡，在开口三角形侧也可能有数值不大的电压输出。当系统中存在三次谐波分量时，由于一般三相中的三次谐波电压是同相位的，在零序电压过滤器的输出也有三次谐波的电压输出，对反应于零序电压而动作的保护装置，应考虑躲开其影响。三、零序电流过滤器1、原理03ABCIIII（1）采用三个单相电流互感器，接成完全星形接法，其继电器中得到的电流实际就是中线中流过的电流。实际应用中，并不需要专门的零序电流过滤器，而是将继电器接入相间短路保护用电流互感器的中线上就可以了。在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在不平衡电流。由于三个互感器铁芯的饱和程度不同，以及制造过程中的某些差别而引起的。1111()()()1()()1()JABCALABLBCLCABCLALBLCLALBLCbpIIIIIIIIIInIIIIIInIIIIn（2）零序电流互感器采用电缆引出的送电线路，将零序互感器套在电缆外面以获得3I0，从铁芯中穿过的电缆就是电流互感器的一次绕组，只有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，故称为零序电流互感器。优点：和零序电流过滤器相比，没有不平衡电流，同时接线也更简单。三段式零序电流保护总的原则零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为三段式：零序电流I段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流II段为限时零序电流速断，可保护本线路全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带有0.5s延时，它与零序电流I段共同构成本线路接地故障的主保护；零序电流III段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后备保护。2.3.3零序电流速断（零序Ⅰ段）保护零序电流与线路的阻抗有关，可以作出3I0随线路长度L变化的关系曲线，然后进行整定，其整定原则类似于相间短路的三段式电流保护。零序电流速断保护的动作电流的整定三个原则：(1)为保证选择性，动作电流应大于本线路末端单相或两相接地短路时流过保护安装处的可能出现的最大零序电流3I0.max，即Kk’——可靠系数，取1.2～1.3。''0.max3dzkIKI01)1(0233ZZEI0102202021)1.1(02333ZZEZZZZZZZZEI求3I0max①故障点：本线路末端②故障类型：（假设X1∑＝X2∑）③整定值按最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗最小。(串)当Z0∑Z1∑I0(1)I0(1.1)采用I0（1）当Z0∑Z1∑I0(1)I0(1.1)采用I0（1.1）当Z0∑=Z1∑I0(1)=I0(1.1)任取（并）单相接地:两相接地:(2)应大于断路器三相不同期合闸(非全相运行)时出现的最大零序电流3I0.btKk’——可靠系数，取1.1～1.2。''0.3dzkbtIKI01NM02202021NMbt02EE3EE33ZZZZZZZZZZI－－01NMbt02EE33ZZI－求3I0bt：①两相先合———一相断线并②一相先合——两相断线串取大者原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。(3)当系统采用单相自动重合闸时(哪相接地，哪相跳闸再自动重合闸)，单相短路故障被切除后，系统处于非全相运行状态，并伴有系统振荡，将出现很大的零序电流，保护可能误动作。若按（3）整定，则动作电流过大，使保护范围缩小，不能充分发挥零序Ⅰ段的作用。此时，应设置灵敏度不同的两套零序电流速断保护：①灵敏的Ⅰ段：动作电流仍按上述原则整定，因动作值小，保护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地故障进行保护。当单相自动重合闸启动时(即开始切除单相接地故障时)将其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。②不灵敏的Ⅰ段：其整定原则为因动作值大，保护范围小，所以不灵敏。主要任务是专为非全相运行状态下(如单相自动重合闸过程中)，其他两相又发生了单相接地故障时的保护，以便尽快地将故障切除。当然，它也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围比灵敏的Ⅰ段要小。''0.3dzkbtIKI2、灵敏性：要求与Ⅰ段电流保护相同≥（15%～20%）2.3.4零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护一、整定计算原则1、动作电流：与相邻线路零序电流Ⅰ段配合。min22010/fIdzIIKIIdzKIKI02015.0ttttIII0min031.5lmIIdzIKIKKⅡ＝1.1-1.2灵敏性校验：动作时限：零序电流Ⅱ段应比下一条线路零序电流Ⅰ段的动作时限大一个时限级差若不满足要求：与相邻线Ⅱ段配合或接地距离保护此外还可以考虑用以下方式解决：(1)用两个灵敏度不同的零序Ⅱ段保护。即保留0.5s的零序电流保护，以便快速切除正常运行方式和最大运行方式下线路上所发生的接地故障；同时再增加一个与下级线路零序电流Ⅱ段保护相配合的Ⅱ段保护，它能保证在各种运行方式下线路上发生短路时，保护装置具有足够的灵敏系数。这样与零序电流速断保护和零序过电流保护共同组成四段式零序电流保护。(2)从电网接线的全局考虑，可改用接地距离保护。2.3.5零序过电流（零序Ⅲ段）保护整定计算：①、躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。②、与下一线路零序Ⅲ段相配合就是本保护零序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。取①、②中最大者。max.bpIIIKIIIdz0I.KI''''''02010min/dzkdzfzIKIK作用：用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元件（线路、母线或变压器）接地故障的后备保护。在本线路零序电流保护Ⅰ、Ⅱ段拒动和相邻的保护或开关拒动时靠它来最终切除故障。在中性点接地电网中的终端线路上也可作为主保护。灵敏性：近后备和远后备时均校验动作时限：从零序网的最末级（受电端变压器）开始按阶梯原则向电源方向推算变压器低压侧的任何故障都不会在高压侧引起零序电流，因此与保护3、2、1的配合不需考虑。因此在同一线路上的零序过流保护与相间短路的过流保护相比，具有较小的动作时限，这也是它的一个优点。2.3.8对零序电流保护的评价在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠，作为辅助保护或后备保护获得了广泛的应用。具有以下特点：1.灵敏性高A、由于线路的零序阻抗较正序阻抗大，所以线路始端和末端接地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序电流I段和零序电流II段保护范围较长。B、零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定，继电器的动作电流一般为2A