第2.3章 中性点直接接地系统零序及方向保护

T1
A
k
1 2
B
T2
X T1.0 A
Xk0
I0
X k0
U k0 I 0
B X T 2.0
U A0
4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：
U A 0 I 0 Z T 1 .0
I 0
U A0
100

k 0 80
二、零序电压、电流滤过器
2.零序电流 分布与变压器中性点接地的多少及位置有关。 大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的 零序阻抗有关。
T1
A
k
1 2
B
T2
X T1.0 A
Xk0
I0
X k0
U k0 I 0
B X T 2.0
3. 零序功率
短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小。 对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反， 从线路→母线。
3I
(1) 0
3
E 2Z 1 Z 0
3I
( 2, 0 ) 0
E Z 2 E 3 3 Z 2 Z0 Z 2 Z0 Z1 2Z0 Z1 Z 2 Z0
当 X 0 X1 当 X 0 X1
3I (01) 3I (02, 0 ) 3I (01) 3I (02, 0 )
T1
A
1
3I 0 min
T3
K
B
2
K
C T2
1.作为近后备时：应按被保护线路末端接地短路时， 流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen 1.5
K sen 3I 0B.min III I 01set
2.作为远后备时：应按相邻线路末端接地短路时，流 过保护的最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen 1.2
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
110kV电网 220kV电网 330kV电网 500kV电网
中性点直接接地电网
当系统中主变压器中性点直接接地时
X 0 / X1 3
中性点直接接地的电网又称大接地电流系统 110kV及以上电网-中性点直接接地 60kV及以下电网--中性点不接地或不直接接地
k1
T2
1 2 3
k2
4
T1
I 0 .k1
I 0.k1
k1点短路时
I 0 .k2
k2点短路时
I 0.k2
零序电流保护 + 零序功率方向继电器 = 方向性零序电流保护
零序功率方向继电器的接线方式
3U 0
* * KW0 φsen = 70° *
TV
3U 0
* * *
II 02 I 01
I I set1
I
II set2
l
灵敏性校验：
K sen
3 I 0 min II I set2
要求 Ksen≥1.5
若不满足要求
与相邻线Ⅱ段配合
用两个灵敏度不同的II段
改用接地距离保护
五、零序过电流保护(III段)
(1)躲下级线路出口三相短路时流过保护 装置的最大不平衡电流Iunb.max
I μA
Ir
I0
Ic
IC
I μA
I I I 1 [( I I ) ( I I ) ( I I )] I r a b c A μA B μB C μC nTA 1 ( I μA I μB I μC ) I unb nTA
2002年220kV电网输电线路故障统计表
故障类型 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路
其他
故障次数
17 1.14%
28 1.88%
91 6.12%
1319
32 2.16%
百分数
88.7%
正常运行
相间短路 无零序分量
系统振荡 单相接地 两相接地
一相断线
有零序分量
两相断线
包括零序电压、零序电流、零序功率。
I
式中
III set
K I
III rel unb.ma x
III (K rel 1.1 ~ 1.2)
( 3) I unb.max K npKst Ker I k.max
其中:
K n p 非周期分量系数，t=0s时，取1.5～2；t=0.5 s时取1
K st 同型系数，型号相同时取0.5、不相同时取1 Ker 电流互感器的10%误差，取0.1 I (3 ) x 线路末端三相短路时流过保护的最大短路电流 k.ma
主要内容
一、接地短路时零序电压、电流和功率的分布 二、零序电压、电流滤过器 三、零序电流速断保护(I段)
四、零序电流限时速断保护(II段)
五、零序过电流保护(III段)
六、方向性零序电流保护
七、对零序电流保护的评价
一、接地短路时零序电压、电 流和功率的分布
T1
A
k
1 2
B
T2
X T1.0 A
Xk0
I0
X k0
U k0 I 0
B X T 2.0
U A0
Uk 0
U B0
1.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远， U0越低，变压器中性点接地处U0 = 0。
T1
A
k
1 2
B
T2
X T1.0 A
Xk0
I0
X k0
U k0 I 0
B X T 2.0
灵敏I段：按条件1或2整定
不灵敏I段：按条件3整定
四、零序电流限时速断保护 (II段)
与相邻线路零序电流I段配合
T1 A
2
I k0.AB
T2
B
1
I k0.BC
k
C
3I 0
I k0.AB
II II I I set2 K rel I set1 / K 0 .b .min
t t t
I k0.BC
③运行方式 本侧与对侧的电源应是最大运行方式；背后的零 序阻抗小，对侧的零序阻抗大。
（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的 最大三倍零序电流3I0unb
I I I set K rel 3I 0unb
3I 0.unb的计算： ①两相先合：
EM EN EM EN Z 2 3 I 0.unb 3 3 Z 2 Z 0 Z 2 Z 0 Z 1 2 Z 0 Z 1 Z 2 Z 0
110
I r 3I 0

TA
* * * * * *
*
*
3I 0
sen 70
U r 3U 0
I r 3 I 0 , U r 3U 0
零序功率方向继电器的接线方式
U r 3U 0
* * KW0
φsen = -110°
*
TV
(2)与下级线路零序III段保护在灵敏度上配合
I
III set2
K I
III III rel set1
/ K 0 .b
灵敏性校验：
K sen
3 I 0 min III I set
作为近后备时 应按被保护线路末端接地短路时，流过保护的 最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen≥1.5 作为远后备时 应按下级线路末端接地短路时，流过保护的最 小三倍零序电流来校验，要求 Ksen≥1.2
(b) 用三相五柱式电压互感器
A
B
C
a
b
c
m
U mn
n
1.零序电压滤过器
Ua U
* * m n
b
Uc
加 法 器
3U 0
(c) 用接于发电机中性点 的电压互感器
(d) 内部合成零序电压
2.零序电流滤过器
IA
I0
* * * * * *
Ia
Ib
IB
I μB
②一相先合：
EM－EN 3 I 0 .unb 3 2 Z 1 Z 0
（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的 最大三倍零序电流3I0unb
I I I set K rel 3I 0unb
整定值应选其中较大者
在按条件(2)整定，使零序I段 带有一个小的延时（约0.1s），这样就无需考虑 条件（2）。
* * *
TA
* * * * * *
*
*
3I 0
3U 0
sen 110 I r 3I 0
I r 3 I 0 , U r 3U 0
三段式零序功率方向电流保护的原理接线
零序功率方向继电器的灵敏性
没有死区
灵敏性的校验
K sen
(3U 0 3 I 0 ) min S0.op
（3）当线路上采用单相自动重合闸时
按条件(1)、(2)整定，往往不能躲开非全相运行 状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流。 按能躲开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整定，保护范围缩小。
矛盾！！！
（3）当线路上采用单相自动重合闸时，按能 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整定。 设置两个零序I段保护
1.零序电压滤过器
A B C * * * * * *
Ua
m
Ub
Uc
n
U mn U a U b U c 3U 0
(a) 用三个单相式电压互感器
1.零序电压滤过器
*
*
*
* a
* b
* c
* m
*
* n
U mn U a U b U c 3U 0
三、零序电流速断保护(I段)
（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三 倍零序电流3I0max
A
1 2
B
3I 0
I
I
I set
I set
K 3I 0 max
I rel
I ( K rel 1.2 ~ 1.3)
3I0max l
3I 0 max 的计算：
①故障点：本线路末端 ②故障类型： （假设 X1 X2 ）
要求 Ksen≥1.5
七、对零序电流保护的评价
优点： 1.零序过电流保护的灵敏度高；
2.受系统运行方式的影响要小；
3.不受系统振荡和过负荷的影响；
4.方向性零序电流保护没有电压死区； 5.简单、可靠。
缺点：
1.对短线路或运行方式变化很大时，保护 往往不能满足要求；
2.单相重合闸的过程中可能误动； 3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等 级的电网时，将使保护的整定配合复杂 化，且将增大第III段保护的动作时间。
K sen 3I 0C.min III I 01set
动作时限
T2
6 5 4
T1
3
2
1
t
相间保护
t6
t5
t4
零序保护
t 06
t 05
t3
t 04
t2 t1
零序过电流保护的时限特性
l
在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、方向性零序电流保护