三段式零序电流保护

实习（实训）报告

实习（实训）名称：电力系统继电保护课程设计学院：

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时间： 2017年1月5日

目录

1设计题目 (3)

2 分析设计要求 (4)

2.1设计规定 (5)

2.2本线路保护计 (6)

2.3 系统等效电路图 (7)

3 三段式零序电流保护整定计算 (8)

3.1 三段式零序电流保护中的原则 (9)

3.2 M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定 (10)

3.3 N侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定 (11)

4 零序电流保护评价 (12)

4.1原理与内容 (13)

4.2零序电流保护的优缺点 (13)

5 总结 (14)

参考文献 (15)

1 设计题目

如图1所示为双电源网络中，已知线路的阻抗km X /4.01Ω=，km X /4.10Ω=，两侧系统等值电源的参数： 相电动势：

kV

E E N M 3115

==

各电源阻抗：

Ω==521M M X X ,Ω==1021N N X X ,Ω=80M X ,Ω=150N X 。

设计要求：决定线路MN 两侧零序电流速断保护Ⅰ段的整定值及保护范围。

图1 双电源网络

2 分析设计要求

2.1 设计规定

根据电力工程设计手册上的相关规定，电力系统的继电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。对于110kV及以上电压等级有效接地电力网络线路，应按照规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。

（1）对于接地短路：装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应色一段或两段零序电流保护作为后备保护。

（2）对于相间短路：单侧电源单回线路，应装设三相多段式电流或电压保护，如不能满足要求，则应设距离保护；双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2 本线路保护设计

在电力系统中，当发生接地故障时，通过变压器接地丶构成短路通路，故障相流过很大的短路电流。110kV及以上电网，为中性点直接接地系统；3～35kV及以上电网，为中性点不接地或不直接接地（小接地电流系统）。中性点直接接地电网，正常运行及发生相间短路时，均没有零序电压和电流；发生接地短路时将出现很大的零序电压和零序电流。出现零序电压和零序电流是接地故障有别于正常运行和相间短路故障的基本特征。

电力工程手册相关规定表明110kV及以上电网，在中性点直接接地系统中，单相短路接地故障几率占总故障率的70%～90%，所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。

零序电流保护指利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。零序电流保护中，中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，根据零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器，可以用来实现短路接地保护。

该系统网络是两端电源中性点直接接地110kV系统，因此发生单相短路接地故障时，系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量，故可利用零序分量构成接地短路的保护。

2.3 系统等效电路图

经过计算，该系统的正序、负序、零序的等效电路图分别如图2、3、4所示。其中各阻抗的计算结果如下： Ω=⨯=24833M 0X Ω==5X X M 2M 1 Ω=⨯=4515330N X Ω==10X 2N 1N X

Ω=⨯==84604.1L X X 0L 0

Ω=⨯===24604.0L X X 12L 1L X

正序等值电路：

k

图2 正序等值电路图

负序等值电路：

X 1ＭM

X´2k

X"2k N X 2Ｎ

图3 负序等值电路图

零序等值电路：

0M

图4 零序等值电路图

3 三段式零序电流保护整定计算

3.1 三段式零序电流保护中的原则

零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为三段式：零序电流Ⅰ段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流Ⅱ段为限时零序电流速断，可保护线路的全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带有0.5s 延时，它与零序电流Ⅰ段共同构成本线路接地故障的主保护；零序电流Ⅲ段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后备保护。零序电流速断（零序Ⅰ段）保护零序电流与线路的阻抗有关，可以作出30I 随线路长度L 变化的关系曲线，然后进行整定，起原则类似于相间短路的三段式电流保护。零序电流速断保护的动作电流的整定三个原则：

（1）为保护选择性，动作电流应大于本线路末端单相或两相接地短路时流过保护安装处的可能出现的最大零序电流3max .0I ,即 max 0Ⅰ

rel Ⅰ1 set 03·

I ⋅=I K

Ⅰrel

K ---可靠系数，取1.2～1.3. max .03I ---线路末端的最大零序电流 求max .03I

故障点：本线路末端

故障类型：（假设∑∑=21X X ）

整定值按最大运行方式下考虑，即系统零序等值阻抗最小。 单相接地短路最大零序电流：

∑∑Φ+⨯=011max

.0233Z Z E I ）

（

单相接地短路M 侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值： max 0Ⅰrel 1Ⅰ1 set 03·

I ⋅=I K ）（

U f101

图5 单相短路接地复合序网图