电网接地故障的电流保护

7.
零序电流速断（零序Ⅰ段）保护
整定原则：
1) 躲开相邻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 0max ，引入可靠系 数 Krel 1.2 ~ 1.3
Krel 3I 0max I act
在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行方式和 接地故障类型。即应考虑系统正序阻抗Z1为最小，保护安装侧变 压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中性点接地数目最 小或都不接地的情况。
Baidu Nhomakorabea
一次电流中的一部分 消耗在绕组励磁上
1 I I 考虑励磁电流 I L 的影响后， I 2 1 L n


1 I I I I I I I J A B C LA LB LC n


1 I I I I I I I J A B C LA LB LC n
A B C
I0
LH 0 电缆
零序电流互感器接线示意图
穿心式零序电流互感器
对于采用电缆引出的送电线路，还 广泛地采用了零序电流互感器的接 线以获得3I0，此电流互感器就套 在电缆的外面，从其铁芯中穿过的 电缆就是其一次绕组，这个互感器 的一次电流就是 I A I B IC ，只当 一次侧有零序电流时，在互感器的 二次侧才有相应的3I0输出，故称 它为零序电流互感器。采用零序电 流互感器的优点，和零序电流过滤 器相比，主要的是没有不平衡电流， 同时接线也更简单。
1 B I C 0 I 0 I A I 3
. UA . UC
. UB
UA
.
2) 两相短路时,设为K
(2)
BC
dA U A 在故障点处: U dA 0 I
1 U dB U dC U A 2
UC UB
.
.
dB I dC I
4.
特点
零序分量的参数具有如下特点：
零序电压：
故障点的零序电压最高，变电所A ，变电所Ｂ 母线上零序电压为 U A0 母线上零序电压为 U B0
零序电压分布
Ud0 U B0
U A0
变电所A母线 故障点
变电所B母线
变压器中性点接地处的零序电压为０。
Ud0
纯感性负荷电流 滞后电压90O 考虑线路中的零序电阻 时，零序电压 U d 0 与零 序电流之间相位角为：
B1 ～ A
A
1 系统接线 B ’’
L0
d
1
2 B
B2
C
XT10 X’T10
X’L0
X
XT20
I0
I0 U d0
若母线A还 接有中性点 接地的变压 器，则零序 阻抗变小， 流过A侧零 序电流增大。
T2中性点接地：
T2中性点不接地：
0 0 = 3I 3I
0 0 = 3 I 3I
.
. . . . . . .
. .
•用三相五柱式电压互感器
. b U
.
.
ABC
ABC
m . Ua
•用接于发电机中性点的电 压互感器
U mn U a U b U c 3U 0
. U U . . b . c n
Ua
Uc
.
U mn
.
a
b c m
n
~ .
.
m
n
•在集成电路保护装置内部 合成零序电压 Ua 加 Ub 3U 0 法 Uc 器

系统运行方式
在电力系统运行方式变化时，只要送电线路 和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻 抗和零序等效网络就是不变的，中性点接地 的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小， 接地故障点的零序电流越大。
5. 零序电压过滤器、零序电流过滤器
1.零序电压过滤器 •用三个单相式电压互感器
在微机保护中分为自产 零序和过滤器零序两种
X’’L0+XT20 X’L0+XT10+X’’L0+XT20 X’L0+XT10
3I0 3I 0
.
X’L0+XT10+X’’L0+XT20
0 =0 3I
至于是单相接地短路时的3I0（1）大，还是两相接地短路时的3I0（1，1）大，
X 1 和 X 0 ，若 X 1 > X 0 ，则3I0（1，1）> 3I0（1） 若 X < X 0 ，则3I0（1）> 3I0（1，1）。因为在X 1 = X 的条件下： 1 2 E (1) 3I 0 3 2Z1 Z0
2.零序电流过滤器
A
..
B
. .
C
..
3I 0
I1
I2
I
零序电流过滤器 将三个同型号同变比的 单相电流互感器二次侧 同极性端子连接在一起 作为输出，即构成零序 电流过滤器
TA等效电路 一次电流的一部分消耗在励磁上， 并没有全部线性传变到二次侧
I I I 3I I J a b c 0
2) 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电 流 3I 0.ut ，引入可靠系数 K rel 1.2 ~ 1.3
Krel 3I 0ut I act
3I0.ut的计算，一相先合与两相断线情况类同， 两相先合与一相断线情况类同。
①两相先合：
E E E Z 2 E M N M N 3I 0.unb 3 3 Z 2 Z 0 Z 2 Z 0 Z1 2Z 0 Z1 Z 2 Z 0
Ud0
d 0
I0 I 0 I0 按规定正I 0 实际流向 方向来看 零序电流 忽略电阻时向量图 从线路流 在电感中，电流滞后电压90o 向母线
零序电流
d 0 90
I0 I0
I0
计及电阻时向量图
I0
零序电流 零序电流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动，并由大 地构成回路。零序电流比正序、负序电流流动范围少。
可比较
3I
(1,1) 0
当 当
X 0 X 1
E Z 2 E 3 3 Z 2 Z 0 Z 2 Z 0 Z 2 Z 1 0 Z1 Z 2 Z 0
3I
3I
X 0 X 1
(1) 0
3I
(1) 0
3I
(1,1) 0
(1,1) 0
零序电流
d 0 90
I0 I0
I0
计及电阻时向量图
I0
利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量。 零序电流可以看成在故障点出现一个零序电源 U d 0 而产生的， 经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障 线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。
正常运行及相间短路时,均没有 零序电压和零序电流.
3) 单相接地短路，设为K(1)A(中性点接地系统) 在接地故障点, 故障相电压:
故障相电流:
UdA 0 UdB UB UdC UC
I A I dA
I B IC 0
故在故障点 的零序电压 零序电流为:
1 1 U do U dB U dC U B U C 3 3
I A I LA


I a
I b
I B
I LB
I0
I r
I c
I C
I LC
1 I I bp I LA I LB LC n
当零序电流为零时 零序电流过滤器依 然有输出
称为零序电流过滤器的不平衡电流， 当发生相间短路时，电流互感器一次侧流 过的电流值最大，且包含有非周期分量， Ibpmax 故不平衡电流也最大，以 表示。
1 1 U do U dA U A 3 3
U B0
两相接地短路，设为d(1,1)BC
Ud0
纯感性负荷电流 滞后电压90O 考虑线路中的零序电阻 时，零序电压 U d 0 与零 序电流之间相位角为：
Ud0
d 0
I0 I 0 I0 按规定正I 0 实际流向 方向来看 零序电流 忽略电阻时向量图 从线路流 在电感中，电流滞后电压90o 向母线
为进行不对称短路计算,通常将A、B 、C三 相电压和电流都分解为他们的对称分量。 故:
. . . . 1 1 U U U U 0 A 1 A 2 A A . . . . 2 U U U U 1 a 0 B 1 B 2 B B . . . . U C U 0C U 1C U 2C 1 a
第四章
：电网接地故障的电流、电压 保护
变压器中性点接地方式
大电流接地系统
小电流接地系统
35kV及以下电网：中性点不接地或不直接接地 小接地电流系统
110kV及以上电网：中性点直接接地 大接地电流系统
零序阻抗满足： 我国：
X0 4~5 X 1 X 0 3 X 1
有些国家：
中性点直接接地系统中发生接地故障几率达 80～90%，零序保护有较好效果。
IO 1 I dA 3
相间短路只有纵向不对称，接地短路既有横向不对称，也有纵 向不对称。
4) 两相接地短路，设为K(1,1)BC 在故障点:
UdB UdC 0
IA 0
U do Io
1,1
U dA U A IC I dC
I dB I dC
I B I dB
则:
1 1 U dA U A 3 3 1 I dB I dC 3
故故障点的 零序电压和 零序电流为:
1 1 1 1 U do U A U B U C U A U A U A 0 3 3 2 2
1 1 I do I dA I dB I dC 0 IdB IdB 0 3 3
1 U. 0 . a U1 . U 2 a2
1 U. A . 2 a U B . U C a
ae
j1200
运算子
1 1 U 0 . 2 U 1 a 1 . U 2 1 a
和 I 超前 U 为90 ，当计及 当忽略回路的电阻时， I 0 0 d0 和 I 超前U 电阻时，设零序阻抗角 d 0 80 ，则 I 0 0 d0 为 180 d 0 。
阻抗主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要决定于送电 线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的 0因 数目和位置无关，当变压器T２中性点不接地时，则 I 2 为零序不构成回路。
.
1 a a2
1
. 1 1 U A . 1 U B 1 a . 3 U C 1 a 2
1. 中性点接地电网特征
1) 正常运行或三相短路时
由于三相电压和电流是对称的. 故:
1 B U C 0 U 0 U A U 3
横向不对称发生在系统 某一点与地之间。 纵向不对称发生在系统 某两点之间。
出现零序电压和零序电流是接地故障区别于 正常运行和相间短路故障的基本特征.
3. 零序网络

纵上分析，在中性点直接接地的电网（又称大接地 电流系统，一般为110kV以上电网）中发生接地短 路时，将出现很大的零序电压和电流，而正常运行 以及相间短路情况下它们是不存在的，因此可利用 零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著 的特点。
零序功率
对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正 序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由线路 流向母线。
保护安装处
I Z 在保护安装处 U A0 0 T 10 ，零序电压与零 序电流之间的相位差取决于变压器的零序阻抗角，而 与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。
但故障点离保护安装处愈远，流过保护安装处 的零序电流愈小。
T1
A 1
XT1.0
d
1
B 2 BX
T2
C
～
系统接线
X’
d0
A
X’’d0
T2.0
零序等效 网络
- I0
I0
I0 U d 0 - I0
在故障点 处，三相 不平衡的 程度最严 重，零序 电压最高 可以认为 在故障点 处有一个 零序电源 由此产生 零序电流
Ud0
零序电压分布
U A0