第二章-電網(wǎng)電流保護(hù)-2

第四節(jié)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)

電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，利用對(duì)稱分量法將電流和電壓分解成正序、負(fù)序和零序分量，短路計(jì)算的零序等效網(wǎng)如圖，零序電流看成在故障點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)零序電壓產(chǎn)生，經(jīng)變壓器接地的中性點(diǎn)構(gòu)成回路。零序電流方向?yàn)槟妇€流向故障點(diǎn)為正，零序電壓的方向?yàn)榫€路高于大地的電壓為正，如圖“↑”所示。第四節(jié)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)

故障點(diǎn)的零序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處零序電壓越低。零序電流由產(chǎn)生的，忽略回路電阻，和超前，計(jì)及回路電阻時(shí),如取零序阻抗角為，和將超前。

零序電流的分布，決定于線路零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，與電源數(shù)目和位置無(wú)關(guān)。如當(dāng)變壓器的中性點(diǎn)不接地時(shí)，則=0。對(duì)于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率的方向與正序功率的方向相反，零序功率的方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。從任一保護(hù)(例如保護(hù)1)安裝處的零序電壓和電流之間的關(guān)系看，由于A母線上的零序電壓實(shí)際是從該點(diǎn)到零序網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)之間零序阻抗上的電壓降，表示為

零序分量的特點(diǎn)

式中――變壓器的零序阻抗。

該處零序電流與零序電壓之間的相位差由阻抗角決定，與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果送電線路和中性點(diǎn)接地的變壓器數(shù)目不變，零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。此時(shí)，系統(tǒng)的正序阻抗和負(fù)序阻抗隨運(yùn)行方式而變化。正、負(fù)序阻抗的變化將引起之間電壓分配的改變，間接影響零序分量的大小。

用零序電流和零序電壓過(guò)濾器可實(shí)現(xiàn)接地短路的零序電流和方向保護(hù)。

中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)（大電流接地系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時(shí)，出現(xiàn)很大零序電流，正常運(yùn)行時(shí)不存在。一、零序電壓電流過(guò)濾器零序電流過(guò)濾器整定原則：

⑴躲開(kāi)下一條線路出口處單相或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3，可靠系數(shù)（取1.2～1.3）即

⑵躲開(kāi)斷路器三相觸頭不同期合閘所出現(xiàn)的最大零序電流3，

如保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間大于斷路器三相不同期合閘時(shí)間，不考慮。

整定值選其中較大者。在有些情況下，按照條件(2)整定將使起動(dòng)電流過(guò)大，保護(hù)范圍縮小時(shí)，采用在手動(dòng)合閘及三相自動(dòng)重合閘時(shí)，使零序Ⅰ段帶一個(gè)小延時(shí)(約0.1s)躲過(guò)斷路器三相不同期合閘的時(shí)間，定值上無(wú)需考慮條件(2)。二、零序電流速斷(零序Ⅰ段)保護(hù)⑶當(dāng)線路上采用單相自動(dòng)重合閘時(shí)，按條件(1)(2)整定的零序Ⅰ段，往往不能躲開(kāi)在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流，如按這一條件整定，正常時(shí)發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)范圍又縮小，不能充分發(fā)揮零序I段的作用。為解決這個(gè)矛盾，設(shè)置兩個(gè)零序Ⅰ段保護(hù)：①按條件(1)或(2)整定(其定值較小，保護(hù)范圍較大，稱靈敏Ⅰ段)，任務(wù)是對(duì)全相運(yùn)行狀態(tài)下接地故障起保護(hù)作用，具有較大保護(hù)范圍，當(dāng)單相重合閘起動(dòng)時(shí)，將其自動(dòng)閉鎖，需待恢復(fù)全相運(yùn)行時(shí)才能重新投入。②按條件(3)整定(定值較大，稱不靈敏I段)，假設(shè)它的主要目的是為了在單相重合閘過(guò)程中，其它兩相又發(fā)生接地故障時(shí)，彌補(bǔ)失去靈敏Ⅰ段的缺陷，盡快將故障切除。不靈敏Ⅰ段也能反應(yīng)全相運(yùn)行狀態(tài)下接地故障，保護(hù)范圍較靈敏Ⅰ段小。

首先考慮和下一條線路的零序電流速斷相配合，并帶有高出一個(gè)的時(shí)限，以保證動(dòng)作的選擇性。三、零序電流限時(shí)速斷(零序Ⅱ段)保護(hù)

當(dāng)兩個(gè)保護(hù)之間的變電所母線上有中性點(diǎn)接地的變壓器時(shí)，由于分支電路的影響將零序電流的分布變化，此時(shí)零序等效網(wǎng)與零序電流變化曲線如圖。

當(dāng)線路B-C上接地短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)1和2的零序電流分別為和，兩者之差就是從變壓器中性點(diǎn)流回的電流。

與方向性電流保護(hù)有助增電流的情況相同，引入零序電流的分支系數(shù)之后，則零序Ⅱ段的起動(dòng)電流應(yīng)整定為

變壓器切除或中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)，支路從零序等效網(wǎng)絡(luò)中斷開(kāi)，＝１。

零序Ⅱ段的靈敏系數(shù)，按本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流校驗(yàn)，并應(yīng)滿足。當(dāng)下一條線路比較短或運(yùn)行方式變化較大，不能滿足靈敏系數(shù)要求，考慮：

①使零序Ⅱ段保護(hù)與下一條線路的零序Ⅱ段相配合，時(shí)限再抬高一級(jí)，取為1—1.2s；（犧牲速動(dòng)性，保證靈敏性）②保留0.5s的零序Ⅱ段,再增加一個(gè)1—1.2s的零序Ⅱ段；（結(jié)構(gòu)復(fù)雜）③采用接地距離保護(hù)。

作用：相當(dāng)于相間短路的過(guò)電流保護(hù)，一般作為后備保護(hù)，在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的終端線路上，可作為主保護(hù)使用。

在零序過(guò)電流保護(hù)中，起動(dòng)電流原則上按照躲開(kāi)在下一條線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流來(lái)整定，引入可靠系數(shù)，即為

四、零序過(guò)電流(零序Ⅲ段)保護(hù)式中：—可靠系數(shù)，一般取為1.1～1.2；

—相鄰線路的零序Ⅲ段保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí)，故障線路中零序電流與流過(guò)本保護(hù)裝置中零序電流之比。靈敏系數(shù)：作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，按照相鄰元件末端接地短路時(shí)，流過(guò)本保護(hù)的最小零序電流（應(yīng)考慮分支電路的影響）來(lái)校驗(yàn)。

實(shí)際上必須按逐級(jí)配合原則考慮，即本保護(hù)零序Ⅲ段的保護(hù)范圍，不能超出相鄰線路上零序Ⅲ段的保護(hù)范圍。當(dāng)兩個(gè)保護(hù)之間具有分支電路時(shí)，保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)整定為

在雙側(cè)或多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器中性點(diǎn)一般至少有一臺(tái)接地，由于零序電流實(shí)際流向是由故障點(diǎn)流向各個(gè)中性點(diǎn)接地的變壓器，因此要考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作方向性問(wèn)題。五、方向性零序電流保護(hù)

兩側(cè)電源處的變壓器中性點(diǎn)均直接接地，當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，零序等效網(wǎng)絡(luò)和零序電流分布如圖，按選擇性要求，應(yīng)由保護(hù)1和2動(dòng)作切除故障，但是零序電流流過(guò)保護(hù)3時(shí)，就可能引起它的誤動(dòng)作；同樣當(dāng)點(diǎn)短路時(shí)，零序電流又可能使保護(hù)2誤動(dòng)作。

根據(jù)零序分量的特點(diǎn)，零序功率方向繼電器顯然應(yīng)該采用最大靈敏角，當(dāng)按規(guī)定極性對(duì)應(yīng)加入3和時(shí)，繼電器正好工作在最靈敏的條件下，其接線如圖。

由于越靠近故障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序方向元件沒(méi)有電壓死區(qū)。相反，當(dāng)故障點(diǎn)距保護(hù)安裝地點(diǎn)很遠(yuǎn)時(shí)，由于保護(hù)安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，繼電器反而可能不動(dòng)作。

靈敏系數(shù)校驗(yàn)，當(dāng)作為相鄰元件的后備保護(hù)時(shí)，即應(yīng)采用相鄰元件末端短路時(shí)，在本保護(hù)安裝處的最小零序電流，電壓或功率與功率方向繼電器的最小起動(dòng)電流，電壓或起動(dòng)功率之比來(lái)計(jì)算靈敏系數(shù)，并要求。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高—相間過(guò)電流保護(hù)按最大負(fù)荷電流整定，零序過(guò)電流保護(hù)按不平衡電流整定；單相短路，故障相電流等于零序電流動(dòng)作時(shí)限較相間保護(hù)短受運(yùn)行方式影響小零序阻抗較正序阻抗大—電流曲線陡，零序Ⅰ段保護(hù)范圍大，Ⅱ段靈敏度容易滿足不受系統(tǒng)振蕩，短時(shí)過(guò)負(fù)荷等的影響單相接地故障占全部故障50%-90%，其它故障往往由單相接地發(fā)展起來(lái)的，因此，零序保護(hù)具有顯著的優(yōu)越性。六、對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)缺點(diǎn)：

對(duì)于短線路或運(yùn)行方式變化很大時(shí)，不能滿足運(yùn)行要求重合閘動(dòng)作過(guò)程中將出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)，又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)，出現(xiàn)較大的零序電流，影響正確工作，從整定上考慮采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)時(shí)，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序保護(hù)的整定配合復(fù)雜化，并將增大第Ⅲ段保護(hù)的動(dòng)作限一、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn)

正常運(yùn)行情況下，三相對(duì)地有相同的電容，在相電壓的作用下，每相都有一超前于相電壓的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零。

小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，由于故障點(diǎn)電流很小，三相之間線電壓保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒(méi)有影響，允許繼續(xù)運(yùn)行1-2小時(shí)，而不必立即跳閘。但為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便采取措施予以消除。第五節(jié)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護(hù)

故障點(diǎn)的零序電壓為

非故障相流向故障點(diǎn)的電容電流為假設(shè)Ａ相發(fā)生單相接地，各相對(duì)地的電壓為零序電流為線路Ⅰ本身的電容電流，電容性無(wú)功功率方向由母線流向線路。在非故障線路Ⅰ上，A相電流為零，B和C相中流有本身的電容電流。因此線路始端所反映的零序電流為有效值為

在發(fā)電機(jī)上，首先有它本身的B相和C相對(duì)地電容電流和，但由于它是產(chǎn)生其它電容電流的電源。

因此，從A相中要流回從故障點(diǎn)流上來(lái)的全部電容電流，而在B相和C相中又要分別流出各線路上同名相的對(duì)地電容電流，此時(shí)從發(fā)電機(jī)出現(xiàn)端所反映的零序電流仍為三相電流之和。

由圖26可見(jiàn)，各線路電容電流從A相流人后又分別從B相和C相流出，互相抵消，只剩下發(fā)電機(jī)本身的電容電流，故

即零序電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其電容性無(wú)功功率的方向是由母線流向發(fā)電機(jī)，此特點(diǎn)與非故障線路一樣。

在發(fā)生故障的線路Ⅱ，B相和C相上與非故障線路一樣，沒(méi)有它本身的電容電流和，不同之處是在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)B和C相對(duì)地電容電流之總和，為

有效值

式中為全系統(tǒng)每相對(duì)地電容的總和。此電流要從A相流回去，因此，從A相流出的電流可表示為，這樣在線路Ⅱ始端所流過(guò)的零序電流則為

其有效值為

可見(jiàn)由故障線路流向母線的零序電流，數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和，其電容性無(wú)功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，與非故障上相反。

單相接地時(shí)零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖，接地點(diǎn)有一零序電壓，零序電壓回路通過(guò)各個(gè)元件的對(duì)地電容構(gòu)成，由于送電線路的零序阻抗遠(yuǎn)小于電容的阻抗，可忽略。

在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的零序電流，是各元件的對(duì)地電容電流，向量關(guān)系如圖（表示線路Ⅱ本身的零序電容電流），與直接接地電網(wǎng)完全不同。結(jié)論：①發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓。②在非故障的元件上有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流，電容性無(wú)功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路。③障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之和，數(shù)值較大，電容性無(wú)功功率實(shí)際方向：線路流向母線。二、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地保護(hù)

①絕緣監(jiān)視裝置

在發(fā)電廠和變電所的母線上，一般裝設(shè)網(wǎng)絡(luò)單相接地的監(jiān)視裝置，如圖所示。②零序電流保護(hù)

依據(jù)：故障線路零序電流較非故障線路為大，實(shí)現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。

這種保護(hù)一般使用在有條件安裝零序電流互感器的線路上（如電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路）；當(dāng)單相接地電流較大，足以克服零序電流過(guò)濾器中不平衡電流的影響時(shí)，保護(hù)裝置也可接于三個(gè)電流互感器構(gòu)成的零序回路中。

③零序功率方向保護(hù)

依據(jù)：故障線路與非故障線路零序功率方向不同，實(shí)現(xiàn)有選擇性的保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。

該方式適用于零序電流不能