中性点直接接地系统零序电流保护

第三章 中性点直接接地系统的零序电流保护一、零序电流保护及其在系统中的作用不对称短路的计算相当于在短路点增加了一个额外附加阻抗的三相短路如下:可见零序电流的大小与系统运行方式有关。

但零序电流在零序网罗中的分布只与零序网络的结构以及变压器中性点接地的数目和位置有关。

图3-31（ b ）为其短路计算的零序等效网络。

在零序等效网络中，零序电流看成是故障点F 出现一个零序电压U F0产生的，其方向取由母线流向故障点为正。

零序电压的方向采用线路高于大地的电压为正。

这样，A 母线的零序是电压表示为。

11)(oT o oA Z I U ∙∙-= （3-48）该处零序电压与零序电流之间的相位差是由Z 0T1的阻抗角决定的，与线路的零序阻抗无关，线路两端零序功率方向实际上都是由线路流向母线，与正序功率的方向相反利用零序分量构成线路接地短路的继电保护装置，由于工作原理与结构简单，不受负荷电流影响，保护范围比较稳定，正确动作率高达97%等优点，在我国大接地电流系统的不同电压等级电网的线路上，广泛装设带方向性和不带方向性的多段式零序电流保护，作为反应接地短路的基本保护。

二、中性点直接接地系统变压器中性点接地原则中性点直接接地系统发生接地短路时，线路上零序电流的大小和分布，主要决定于电网中线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗以及中性点接地变压器的数目和位置，对于变压器中性点接地的原则：（1）发电厂及变电站低压侧有电源的变压器，若变电站中只有单台变压器运行，其中性点应接地运行，以防止出现不接地系统的工频过电压。

（2）自耦变压器和有绝缘要求的其它变压器其中性点必须接地运行；（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。

当T接变压器低压侧有电源时，则应采取防止接地故障时产生工频过电压的措施，最好故障时将小电源解裂；（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再将其断开。

（5）从保护的整定运行出发，还应做如下考虑：变压器中性点接地运行方式的安排，应尽量保持同一厂（站）内零序阻抗基本不变，如：有两台及以上变压器时，一般只将一台变压器中性点接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中的一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地的变压器直接接地。

如图3-32所示的系统发生接地短路时，可以清楚看出零序电流的数值和分布与变压器中性点接地有很大关系。

只有变压器T1的中性点直接接地，当F 点发生单相接地短路时，由于变压器T2的中性点不接地，所以零序电流只流经T1而不流向T2。

T1的△侧绕组中虽然感应有零序电流，但它只在△侧绕组中环流而不能流向△侧的引出线。

在图3-32（b ）中，变压器T1、T2的中性点都直接接地。

所以在F 点发生单相接地时，零序电流经由T1、T2两条路径形成回路。

在图3-32（c ）中，变压器T1和T2的三个中性点都直接接地，当T2的低压侧F 点发生单相接地时，不仅T2低压侧线路有零序电流，而且T1与T2之间的线路上也有零序电流。

三、三段式零序电流保护的整定采用三相完全星形接线方式的相间电流保护，由于其动作电流较大，用来反应单相接地短路，灵敏性可能不满足要求。

为了反应接地短路，必须装设专用的接地保护。

1． 零序电流速断保护零序电流速断保护为了保证选择性，其保护范围不超过本线路末端，启动电流应按以下原则整定。

（1）躲过被保护线路末端接地短路时的最大零序电流3I 0max ，即m ax ''1.3o rel ost I K I ∙= （3-49）式中relK '——可靠系数，取1.2～1.3。

在接地短路中，应以常见的故障类型和故障方式为依据。

1）只考虑单一设备故障。

对两个或两个以上设备的重叠故障，可视为稀有故障，不作为整定保护的依据。

2）只考虑常见的，在同一点发生单相接地或两相短路接地简单故障，不考虑多点同时短路的复杂故障。

当网络的正序阻抗等于负序阻抗时，即Z 1=Z 2，则在同一地点发生单相接地或两相接地短路的短路电流分别为：011)1(233Z Z E I o +=； 011)1.1(233Z Z E I o +=如果Z 0>Z 1时，(1)(1.1)0033I I >，启动电流应采用单相接地短路时的零序电流(1)03I 来整定；而当Z 1> Z 0时，(1.1)(1)0033I I >，启动电流应采用两相接地短路时的零序电流来整定。

（2）躲过断路器三相触头不同时接通时所引起的最大零序电流。

1）断路器先接通一相，相当两相断线时，零序电流为∑∑∙∙+-=012102Z Z E E I （3-50）2）断路器先接通两相，相当一相断线时，零序电流为∑∑∙∙+-=012102Z Z E E I （3-51）上两式1E 、E 2——断线点两端系统的等值电势，考虑最严重情况，1E 与2E的相位差为 180°。

1Z ∑、0Z ∑——从断线点看进去网络正序、零序综合阻抗。

对于（3-50）、（3-51）两式，取其中的较大者进行整定计算。

（3）在装有综合重合闸的线路上，应躲过非全相状态下又发生振荡所出现的最大零序电流。

保护装置的灵敏性是以保护范围的长度来衡量。

零序电流速断保护的长度不小于被保护线路全长的（15～20）%。

如果按这一条件整定，在正常情况下发生接地故障时，其保护范围太小，不满足要求，通常可以设置两个零序I 段保护，一个按条件（1）、（2）整定的零序I 段（称灵敏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，在单相重合闸启动时，将其闭锁，另一个是按条件（3）整定的I 段（称不灵敏I 段）装设的目的是在单相重合闸过程中，又发生接地故障时起保护作用。

2．零序电流限时速断保护零序电流限时速断保护的动作范围应包括线路的全长，启动电流按以下原则整定。

（1）启动电流应与下一线路零序电流速断保护配合，即躲过下一线路零序I 段保护范围末端接地短路时，通过本保护的最大零序电流。

'2''''1ost obrel ost I K K I = （3-52） 相邻线路有多条出线时，上式的2ostI '应选择其中的最大者。

rel K ''为可靠系灵敏，取1.1；K ob 为最小分支系数，其值等于下一线路零序I 段保护范围末端接地短路时，流经故障线路与本线路的零序电流之比的最小值。

动作时限为0.5秒。

用被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流进行灵敏度校验，灵敏系灵敏5.1~3.1≥sen K 。

若灵敏度校验不合格，改用下面两种方法整定。

（2）与下一段线路零序电流限时速断保护相配合进行整定，即， ''2''''1ost obrel ost I K K I = （3-53） 时限再抬高一级，取1～1.2秒。

（3）保留灵敏度校验不满足要求，时限为0.5秒的零序Ⅱ段。

一人定值较大，能在正常运行方式或最大运行方式下，以较短的延时切除本线路的接地短路，另一个则具有较长的延时，保护各种运行方式下线路末端接地短路时，具有足够的灵敏系数。

3、零序过电流保护零序过电流保护主要作为本线路零序I 段和零序Ⅱ段的近后备和相邻线路、母线、变压器接地短路的远后备保护。

在终端线路上可以作为主保护使用。

启动电流以下面原则进行整定。

（1）躲过相邻线路出口处三相短路时所出现的最大不平衡电流，max '''∙=ub rel ost I K I （3-54）（2）启动电流按逐渐配合的原则整定，即本线路零序过电流保护的保护范围不能超出相邻线路上零序过电流的保护范围。

逐级配合的原则是保证电网保护有选择性动作的重要原则，不遵守这条原则就难免出现保护越级跳闸。

例如：假定图3-33中三段式零序电流保护A 没有按上述原则严格地与相邻线三段式零序电流保护B 相配合。

尽管保护B 的第二段对线路B 末端故障有足够灵敏度，保护A 的第三段在动作时间上大于保护B 的第二段动作时间，但是保护A 第三段在灵敏度上与保护B 的二、三段不配合，其动作特性如图3-33所示，出现相互交错的情况，如图中打叉部分。

此时，虽然在线路B 上发生的金属性接地故障，仍可以由保护B 的第一段或第二段动作，有选择地切除故障，但在下述许多情况下，如果保护B 第二段不能可靠动作，则可以导致保护A 越级跳闸。

1）在线路B 末端发生经大过渡电阻的接地故障（如对树放电，对竹子放电等）时，保护B 第二段不一定能动作，但第三段可以动作。

然而保护A 第三段因为其动作特性与保护B 第三段重迭，也可能同时动作，后果是造成线路A 不必要地被切断。

2）线路B的始端断路器因故断开一相，但负荷较轻，其两相运行零序电流较小，不足以起动保护B第三段。

这本来完全可以由运行人员手动处理，或依靠断路器非全相保护动作，跳开三相断路器，但由于保护A第三段的灵敏度与保护B第三段不配合，它反而可能动作而越级跳开A断路器。

3）在线路C发生金属性接地故障而其断路器因故拒绝动作时，本来可以靠保护B作为后备，跳开B断路器，但由于保护A与保护B动作特性重迭，因而可能导致断路器A 越级跳闸。

上述配合原则，不仅适用于第一次故障的情况，还应该同样适用于重合闸过程中又发生故障（单相重合过程中健全相又故障）和重合于永久性故障的情况。

当零序电流保护作近后备时，校验接地短路点在被保护线路的末端，要求灵敏系数≥K；而作为远后备时，校验接地短路点在相邻线路的末端，要求灵敏系数3.1~5.1senK≥。

1.2sen按上述原则整定的零序过电流保护，起动电流一般较小，因此，当本电压级电网内发生接地短路时，凡零序电流流过的各个保护都能起动，为了保证各保护之间动作的选择性，它们的动作时限应按阶梯原则来选择，与相同故障电流保护时限特性一样，所不同的时是接地故障零序电流保护的动作时限不须从离电源最远处的保护开始逐级增大，而相间故障的电流保护的动作时限则必须从离电源最远处的保护开始逐级增大，如图3-34所示（其中时间阶梯特性1代表零序电流保护的时限特性，2代表相同短路电流保护的时限特性）。

这是因为变压器T1的△侧以后无零序电流流通之故。

四、零序电流滤过器线路零序电流保护的零序电流，除了单台Y ，d 变压顺单回出线的变电所，可以取自变压器中性点电流互感器之外，一般都取自线路三相电流互感器组成的零序电流滤过器。

微机保护用的0I ，一般由软件构成03A B C I I I I =++ 。

一般变压器的零序电流保护，可以自变压器中性点电流互感器取得零序电流。

但对自耦变压器，由于不是所有接地故障都能在变压器中性点产生具有一定方向、并且幅值足够的零序电流，所以它的零序电流保护，一般不是从变压器中性点取得零序电流，而是从变压器出口零序电流滤过器取得零序电流。