中性点直接接地系统的零序电流保护讲解

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rel

K '——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)00

33I 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)00

33I 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

∑∑∙∙+-=012

102Z 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

∑∑∙∙+-=012

102Z 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