2.3_中性点直接接地电网的零序电流及方向保护

什么时候最大
整定原则(3)
当线路采用单相重合闸时，系统会出现短时间的 非全相运行，如果同时发生系统振荡，这时的最 大零序电流会超过原则(1)和(2)中计算的最大零 序电流，按躲开该电流整定会导致零序电流保护 范围进一步缩小
解决方法：设置两个零序Ⅰ段保护 灵敏Ⅰ段：按原则(1)整定，用于全相运行
不灵敏Ⅰ段：按原则(3)整定，用于非全相运行
n
.
U U U 3U U mn a b c 0
Uc
Ua
Ub
用三个单相式电压互感器
1. 零序电压滤过器 1．零序电压滤过器
A B C
U U U 3U U mn a b c 0
a b c m n
用三相五柱式电压互感器
1. 零序电压过滤器 1．零序电压滤过器
2.3.5 零序过电流（零序Ⅲ段） 保护
整定原则（1）
1. 按躲开下一条线路出口处相间短路时
所出现的最大不平衡电流来整定
I
II set .0
K I
III I rel unb.max
I umb.max K st KTA I k .max K st 同型系数，同型，取0.5；不同型，取1 K TA 电流互感器的最大误差， 10%
2.3.5 零序过电流（零序Ⅲ段）保护
2.3.7 方向性零序电流保护
2.3.8 对零序电流保护的评价
2.3.1 中性点直接接地电网接地 短路时零序分量的特征
1. 零序电压的特征
T1 A 1
k
2
B
T2
XT 1.0
A
(a)
B
Xk 0
'' I0
Xk0 I 0
XT 2.0
U k0
(b)
2
B
T2
XT 1.0
A
(a)
B
Xk 0 XT 2.0
Xk0 I 0
I 0"
U k0
(b)

对发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序 功率的方向相反，零序功率方向实际上都是由线 路流向母线
2.3.2 零序电压、电流滤过器
1. 零序电压滤过器 1．零序电压滤过器
A B C
m
. .
2.3.4 零序电流限时速断（零序 Ⅱ段）保护
整定原则
与下一条线路的零序电流速断保护配合
T1
A
பைடு நூலகம்
2
B
1
K
C


I ko. A B
.
T2
I ko.B C

I ko.T 2
.
.
(a)
I
U K0
.
II set 0.2

K
II rel
Kbra.0.min
I
I set 0.1
(b)
I ko. A B
I set .2
不受系统振荡和过负荷的影响； 方向性零序电流保护没有电压死区。
2. 缺点
对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能 满足要求；
单相重合闸的过程中可能误动； 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网 时，将使零序保护的整定配合复杂化，且将增大 零序Ⅲ段保护的动作时限。
内容提要和要求
关键概念：大接地电流系统、零序电压过滤器、 零序电流过滤器、不平衡电压、不平衡电流、零 序电流速断、灵敏零序Ⅰ段、不灵敏零序Ⅰ段、 零序电流限时速断、零序电流分支系数、零序过 电流保护 中性点直接接地系统接地短路时零序分量的特征 三段式零序电流保护的原理、整定原则和灵敏度 校验方法 零序功率方向元件的灵敏度校验方法 零序电流保护的优缺点
110kV及以上电压等级电网——中性点直接接地 （又称为大接地电流系统）
66kV及以下电压等级电网——中性点不接地或不 直接接地（又称为小接地电流系统）
2.3 中性点直接接地电网的零序电流及方向保护
2.3.1 中性点直接接地电网接地短路的特征 2.3.2 零序电压、电流过滤器 2.3.3 零序电流速断（零序Ⅰ段）保护 2.3.4 零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护
近后备校验：按被保护线路末端接地短路时，流 过保护的最小零序电流来校验，要求不小于1.5 远后备校验：按相邻元件末端接地短路时，流过 保护的最小零序电流来校验，要求不小于1.2
• 注意：当存在分支电路时，需要考虑分支系数，请问 此时的分支系数取最大还是最小？
零序过电流保护的时限配合
T2
6
5
4
T1
3
K 3I 0 max
I rel
I I act
K
1.2 ~ 1.3
最大零序电流的计算
整定原则(2)
躲开断路器三相触头不同时合闸时所出现的最大零 I I 序电流 I set K .0 rel 3I 0uns 如果保护动作时间大于断路器三相不同时合闸时间， 则可以不考虑本条件
• 在手动合闸以及三相自动重合闸时，可使零序Ⅰ段带小 延时(约0.1s)
I 0''
100
(b)
o
k 0
I0
I0

I0 I0
( I )Z U A0 0 T 10
零序电流超前零序电压900~ 1800 保护安装处零序电流与零序电压之间的相位差与 被保护线路的零序阻抗及故障点位置无关，请问 与什么有关？
4. 零序功率的特征
T1 A 1
k
.
I 0 k1
I 0 k1
. ''
U K0
.
(c)
方向性零序电流保护=零序电流保护
+零序功率方向元件
零序功率方向继电器的接线方式
A B C
A B C
sen 110
3I0
GJ 0

sen 70
GJ 0
3U 0
3I 0
3U 0
零序功率方向继电器的灵敏度校验
零序方向元件没有电压死区：越靠近故障点的零 序电压越高
整定原则（2）
2. 与下一条线路的零序Ⅲ段保护配合，保证本
线路零序Ⅲ段的保护范围不超过下一条线路 上零序Ⅲ段的保护范围，请问此分支系数取 最大值还是最小值？
I
III set 0.2
K III I set 0.1 Kbra.0
III rel
灵敏度校验
T1
A

3I 0.min

T2
.
B
C

.
零序电流的大小主要决定于线路零序阻抗和中性点接地 变压器的零序阻抗，间接地受运行方式变化的影响
3. 零序电流和零序电压的相位关系
T1 A 1
k
2
B
T2
U k0
90o
A
(a)
B
Xk 0 XT 2.0
XT 1.0
Xk0 I 0
I0
I0
U k0
I0
I0
U k0
U k0 U A0 U B0
故障点的零序电压最高，距离故障点越远处的零序电压 越低，变压器中性点接地处零序电压为零
(c)
2. 零序电流的特征
T1 A 1
k
2
B
T2
XT 1.0
A
(a)
B
Xk 0
'' I0
Xk0 I 0
XT 2.0
U k0

(b)

零序电流的分布与变压器中性点接地的多少和位置有关， 而与电源的数目和位置无关
2
1


相间保护 零序保护
t
t6 t6(0)
t5 t5(0) t4(0)
t4
t3
t2
t1
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，具有较小的时限
2.3.7 方向性零序电流保护
接地点较多时存在的问题
1

T2
K1
2
3
K2

T1
I 0k1
.'
I 0 k1
. ''
(a)

U K0
(b) . '
U a U b
加 法 器
3U 0
m n
U c
保护装置内部合 成零序电压
用接于发电机中 性点的互感器
2. 零序电流过滤器
. .
IA IJ
.
Ia
Ib
.
IB
.
I B
Ic
.
.
.
I A
.
IC
.
I C
(a)
(b)
I I I I r a b c
I ) (I I ) (I I )] / n [( I A A B B C C TA I I ) / n (I I I )/n (I A B C TA A B C TA
I unb
2. 零序电流过滤器
零序电流互感器
A B C
优点
3I 0
没有不平衡电流
接线简单
TAN
电缆
2.3.3 零序电流速断（零序Ⅰ段） 保护
整定原则(1)
躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可 能出现的最大零序电流
3I 0
I
3I 0.max
L
I set .0 I rel
.
I ko.B C
.
M
I set .1
(c)
灵敏度校验
按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校 验，要求灵敏度不小于1.5 当下一条线路比较短或运行方式变化比较大时， 灵敏度可能不满足要求，考虑以下解决方法：
① 与下一条线路的零序Ⅱ段配合，时限再抬高一级 ② 设置两个灵敏度不同的零序Ⅱ段。不灵敏Ⅱ段与下 一条线路的零序Ⅰ段配合，能以较短延时切除正常 运行和最大运行方式下的接地短路；灵敏Ⅱ段与下 一条线路的零序Ⅱ段配合，能保证在各种运行方式 下线路末端接地短路时保护具有足够的灵敏度 ③ 改用接地距离保护
电力系统继电保护原理
主讲教师：范春菊
什么是电流保护
电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态 （增大）而动作的
针对相间故障
• 2.1 单侧电源网络相间短路电流保护 • 2.2 电网相间短路的方向性电流保护
针对接地故障
• 2.3 中性点直接接地电网接地短路的电流保护 • 2.4 中性点非直接接地电网单相接地的电流保护
KS I
KT II
KS II
KS III
KT III
KW0
I 0I
I 0II
I 0III
TAa
TAc
2.3.8 对零序电流保护的评价
1. 优点
零序过电流保护的灵敏度高、动作时限短；
与阶段式电流保护相比，受系统运行方式的影响 较小； 与电流Ⅰ段相比，零序Ⅰ段的保护范围较大，也 较稳定；
与电流Ⅱ段相比，零序Ⅱ段的灵敏度容易满足要 求；
当故障点距保护安装处很远时，由于输入保护的 零序电流和零序电压都较小，零序方向元件可能 不动作，因此需要校验灵敏度。
灵敏度校验条件：作远后备时能保证方向性，即 按相邻元件末端短路时输入本保护的最小零序电 流、零序电压或零序功率来校验，要求不小于 1.5
三段式零序电流保护原理图
KCO QF
=1
3U 0