零序保护设计

辽宁工业大学
电力系统继电保护课程设计（论文）题目：输电线路零序电流保护设计（1）
院（系）：电气工程学院
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：（签字）
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
学号080303116 学生姓名黄长清专业班级电气084
课程设
计（论
文）题目
输电线路零序电流保护设计（1）
课程设计（论文）任务系统接线图如图：
课程设计的内容及技术参数参见下表
设计技术参数工作量
,
3
/
115kV
E=
φ
2.1
=
I
rel
K,=
∏
rel
K1.1
=
I∏
rel
K,
系统中各元件及线路的负序阻抗
与正序阻抗相同,其他参数见图。

计算最大和最小零序电流，应
根据当Z1∑＜Z0∑时，则有)1.1(
.0
)1(
.0k
k
I
I〉；
反之，当Z1∑＞Z0∑时，则有
)1.1(
.0
)1(
.0k
k
I
I〈。

1．计算B母线、C母线、D母线处正
序（负序）及零序综合阻抗Z1∑、Z0∑。

2．计算B母线、C母线、D母线处发
生单相或两相接地短路时出现的最
大、最小零序电流。

3．整定保护1、2、3零序电流I段
的定值，并计算各自的最小保护范
围。

4．当 B母线上负荷变压器始终保持
两台中性点都接地运行时，整定保护
1、2零序Ⅱ定值，并校验灵敏度。

5．整定保护1零序Ⅲ段定值，假定
母线D零序过电流保护动作时限为
0.5s，确定保护1、2、3零序过电流
保护的动作时限，校验保护1零序Ⅲ
段的灵敏度。

5．绘制零序三段式电流保护的原理
接线图。

并分析动作过程。

6. 采用MATLAB建立系统模型进行仿
真分析。

Z T4=60
Z T3=60
Z T2=10
Ω
Z G2=20
Ω
Z T1=10
Ω
3
2
1
Z G1=20
Ω
Z1.CD=40
ΩZ
0.CD=80
Ω
Z1.BC=20
ΩZ
0.BC=40
Ω
Z0.AB=40
Ω
A
Z1.AB=20
Ω
D
C
B
摘要
零序电流保护是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，利用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。

针对题给的输电线路进行继电保护设计，采用三段式零序电流保护方法，确定出最大、最小运行方式下的等值电抗。

进行了接地短路的最大、最小短路电流的计算。

进行了保护1、2、3的电流速断保护整定计算，并计算各自的最小保护范围。

进行了保护2、3的限时电流速断保护定值计算，并校验了灵敏度。

进行了保护1、2、3的过电流保护定值计算，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作进后备，保护2、3作远后备的灵敏度。

绘制三段式电流保护原理接线图。

并分析了动作过程。

采用MATLAB建立系统模型进行了仿真分析。

关键词：零序电流；灵敏度；校验；
目录
第1章绪论 (3)
1.1 零序电流的概况及分段整定 (3)
1.2零序分量的特点 (4)
第二章输电线路零序电流保护整定计算 (4)
2.1 零序电流Ι段整定计算 (5)
2.1.1 保护1、2、3零序电流Ι段动作电流的整定 (8)
2.1.2 灵敏度校验 (9)
2.1.3 动作时间的整定 (12)
2.2 零序电流Ⅱ段整定计算 (12)
2.2.1保护1的Ⅱ段整定计算 (12)
2.2.2保护2的Ⅱ段整定计算 (13)
2.3保护1零序电流Ⅲ段整定计算 (13)
第三章零序保护原理图的绘制与动作过程分析 (14)
3.1零序保护原理接线图 (14)
3.2系统接线图 (14)
3.3各保护的动作过程分析 (15)
第四章总结 (16)
参考文献 (20)
第1章 绪论
1.1 零序电流的概况及分段整定
在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的继电保护装置提出了更高、更严格和要求。

目前我国110KV 及以上电网都采用中性点直接接地的系统。

现有的接地保护如果不计高频保护在内，主要有零序电流保护和接地距离保护。

零序电流保护有结构简单灵敏度高的优点，但是其保护区域受运行方式的影响较大。

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。

零序电流一般分四段式，零序电流第Ⅰ、Ⅱ段为线路接地故障的主保护，而第Ⅲ、Ⅳ段为线路接地故障的后备保护。

在电力系统架空线路上零序电流一般用零序电流滤过器获得，对于电缆采用的是零序电流互感器（TAN ）获得零序电流。

（一）无时限零序电流保护（零序电流保护Ι段）的整定计算原则：
第一，躲过相邻的下一线路出口，即本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的
最大3倍零序电流max 03I ，即max 03I K I I rel I op =，3.1≥I rel
K ； 第二，躲过本线路三相断路器触头不同时合闸时出现的最大3倍零序电流ust I .03，
即ust I rel I op I K I .03=，2.1≥I rel
K ； 第三，对于采用单相重合闸的线路，还应躲过非全相运行又发生系统振荡时所出现
的最大3倍零序电流unc I .03，即unc I rel I op I K I .03=；
① 按第一或第二条整定的零序电流保护I 段称为灵敏I 段，按第三条整定的零序
电流保护I 段称为不灵敏I 段。

② 零序电流保护I 段的保护最小保护范围要求不小于本保护线长度的15%，其整
定的动作延时为0。

（二）带时限零序电流速断保护（零序电流保护Ⅱ段）的整定计算原则：
与相邻下一线路的零序电流保护第I 段配合，即min 2.01/b I op II rel II op K I K I =
式中，m in b K ——分支系数最小值，s t K II op II rel 0.1,3.11≥≥
灵敏度：5.1~3.1/31.0min 0≥=II op II sen I I K
（三）零序过电流保护（零序电流保护Ⅲ段）的整定计算原则：
与相邻线路的零序电流保护第Ⅱ段配合，即min 2.01/b II op III rel III op K I K I =
式中，t t t K II op III op III rel ∆+≥≥21,1.1； 灵敏度：5.1~3.1≥III sen K
1.2零序分量的特点 系统零序电流：I0的分布与中性点接地的多少及位置有关，而与电流之和，因而容易检测出接地故障电流，故可用零序电流保护装置来监察相对地第一次接地故障。

TT 接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中，常发现三相不平衡电流较大，当发生一相接地时，Id 回路阻抗包括相线阻抗Z1，PE 线阻抗ZPE ，负载侧接地电阻RA 和电源侧接地电阻RB ，接触阻抗Zf ，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf ，接地故障电流Id=220/ZS ，由于RA+RB ＞＞Z1+ZPE+Zf ，且RA+RB 数值一般均较大，很明显TT 系统的故障环路阻抗大，产生的单接故障电流Id ，远远小于不平衡电流，很难检测出故障电流，故不适用于TT 接地系统。

零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器（C.T ），或让三相导线一起穿过一零序C.T ，也可在中性线N 上安装一个零序C.T ，利用这些C.T 来检测三相的电流矢量和，即零序电流Io ，IA+IB ＋IC=IO ，当线路上所接的三相负荷完全平衡时（无接地故障，且不考虑线路、电器设备的泄漏电流），IO=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则IO=IN ，此时的零序电流为不平衡电流IN ；当某一相发生接地故障时，必然产生一个单相接地故障电流Id ，此时检测到的零序电流IO=IN+Id ，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。

1.3 本文的设计内容
本文采用的是三段式电流保护。

中性点直接接地，系统发生接地短路时，将有以下特征：1：系统中出现零序电流，且零序电流的分布与接地点的位置和数目有关。

2：系统中出现零序电压，且故障点零序电压U 最高.而变压器中性点的零序电压为0，保护安装处母线A 、B 的零序电压取决于变压器零序阻抗的大小。

3：零序功率在故障点处最大，零序功率方向在故障线路上由线路指向母线，在非故障线路上却从母线指向线路。

4：在故障线路上，故障点零序电压和零序电流之间的相差角为o φ，若取决于线路和变压器的零序阻抗角ko φ，则o φ=0180-ko φ。

第二章 输电线路零序电流保护整定计算
2.1 零序电流Ι段整定计算
一、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗∑1Z 、∑0Z
（一）当1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 均投入运行时
G1
1A B 1BC 1CD T1G2T2Z Z Z Z Z Z Z
2.1 (a)正序或负序等值网络 T4
0A B 0BC 0CD
T1
T3T2Z Z Z Z Z Z Z 2.1(b)零序等值网络
图2.1 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 均投入运行时等值序网络图(a)(b)
B 母线： ()()Ω=+++=∑35//122111AB T G T G B Z Z Z Z Z Z
()()Ω=+=∑18//////40300210T T AB T T B Z Z Z Z Z Z
C 母线： Ω=+=∑∑55111BC B C Z Z Z Ω=+=∑∑58000BC B C Z Z Z
D 母线： Ω=+=∑∑95111CD C D Z Z Z Ω=+=∑∑138000CD C D Z Z Z
（二）当1G 、1T 、2G 、2T 、3T 投入运行时
正序（负序）：
G11A B 1BC 1CD T1G2T2
Z Z Z Z Z Z Z 2.2(a) 正序或负序等值网络
0A B 0BC 0CD T1
T3
T2Z Z Z Z Z Z
2.2(b) 零序等值网络
图2.2 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 投入运行时等值序网络图(a)(b)
B 母线： ()()Ω=+++=∑35//122111AB T G T G B Z Z Z Z Z Z
()Ω=+=∑71.25////30210T AB T T B Z Z Z Z Z
C 母线： Ω=+=∑∑55111BC B C Z Z Z Ω=+=∑∑71.65000BC B C Z Z Z
D 母线： Ω=+=∑∑95111CD C D Z Z Z Ω=+=∑∑71.145000CD C D Z Z Z
（三）当1G 、1T 、3T 、4T 投入运行时
正序（负序）：
G11A B 1BC 1CD T1Z Z Z Z Z 零序：
T4
0A B 0BC 0CD
T1T3Z Z Z Z Z Z 图2.3 1G 、1T 、3T 、4T 投入运行时等值序网络图
B 母线： Ω=++=∑501111AB T G B Z Z Z Z
()()Ω=+=∑75.18////4030010T T AB T B Z Z Z Z Z
C 母线： Ω=+=∑∑70111BC B C Z Z Z Ω=+=∑∑75.58000BC B C Z Z Z
D 母线： Ω=+=∑∑110111CD C D Z Z Z Ω=+=∑∑75.138000CD C D Z Z Z
（四）当1G 、1T 、3T 投入运行时
正序（负序）：
G1
1A B 1BC 1CD T1Z A B C D Z Z Z Z
零序： 0A B 0BC 0CD T1T3
Z Z Z Z Z 图2.4 1G 、1T 、3T 投入运行时等值序网络图
B 母线： Ω=++=∑501111AB T G B Z Z Z Z
()Ω=+=∑27.27//3010T AB T B Z Z Z Z
C 母线： Ω=+=∑∑70111BC B C Z Z Z Ω=+=∑∑27.67000BC B C Z Z Z
D 母线： Ω=+=∑∑110111CD C D Z Z Z Ω=+=∑∑27.147000CD C D Z Z Z
二、计算B 、C 、D 母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流
（一）当1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 均投入运行时
B 母线：KA Z Z E I B B s KB 935.0201)1.1(0=+=∑∑ KA Z Z E I B
B s KB 755.0201)1(0=+=∑∑
C 母线：KA Z Z E I C C s KC 388.0201)1.1(0=+=∑∑ KA Z Z E I C
C s KC 395.0201)1(0=+=∑∑
D 母线：KA Z Z
E I D D
s KD 179.0201)1.1(0=+=∑∑ KA Z Z E I D D s KD 202.0201)1(0=+=∑∑ （二）当1G 、1T 、2G 、2T 、3T 投入运行时
B 母线：(1.1)0100.7682s KB B B E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.6942s KB B B
E I kA Z Z ∑∑==+ C 母线：(1.1)0100.3562s KC C
C E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.3782s KC C C E I kA Z Z ∑∑==+
D 母线：(1.1)0100.1722s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.1982s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ （三）当1G 、1T 、3T 、4T 投入运行时
B 母线：(1.1)0100.7592s KB B B
E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.5592s KB B B E I kA Z Z ∑∑==+ C 母线：(1.1)0100.3542s KC C
C E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.3342s KC C C E I kA Z Z ∑∑==+
D 母线：(1.1)0100.1712s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.1852s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ （四）当1G 、1T 、3T 投入运行时
B 母线：(1.1)0100.9352s KB B B E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.5222s KB B B
E I kA Z Z ∑∑==+ C 母线：(1.1)0100.3252s KC C
C E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.3202s KC C C E I kA Z Z ∑∑==+
D 母线：(1.1)0100.1642s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ (1)0100.1812s KD D D
E I kA Z Z ∑∑==+ 2.1.1 保护1、2、3零序电流Ι段动作电流的整定
（一）保护1零序电流I 段
① 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 运行
∵ )1(0)1.1(0KB KB I I > 取两相接地短路 kA Z Z Z Z Z Z Z I I T T AB T T T T KB B 374.0430214
3)1.1(00=++⋅=
② 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 运行
∵ )1(0)1.1(0KB KB I I > 取两相接地短路 kA Z Z Z Z Z I I T AB T T T KB B 439.030213)1.1(00=++⋅= ∴最大运行方式为：1G 、1T 、2G 、2T 、3T 运行
保护1的I 段动作电流为：0.103 1.230.439 1.5804op rel B I K I kA I I
=⋅=⨯⨯=
（二）保护2零序电流I 段
① 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 运行
∵ )1(0)1.1(0KC KC I I < 取单相接地短路 kA I I KC C 395.0)1(00==
② 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 运行
∵ )1(0)1.1(0KC KC I I < 取单相接地短路 kA I I KC C 378.0)1(00==
∴最大运行方式为：1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 运行
保护2的I 段动作电流为：0.203 1.230.395 1.422op rel C I K I kA I I =⋅=⨯⨯=
（三）保护3零序电流I 段
① 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 运行
∵ )1(0)1.1(0KD KD I I < 取单相接地短路 kA I I KD D 202.0)1(00==
② 1G 、1T 、2G 、2T 、3T 运行
∵ )1(0)1.1(0KD KD I I < 取单相接地短路 kA I I KD D 198.0)1(00==
∴最大运行方式为：1G 、1T 、2G 、2T 、3T 、4T 运行
保护3的I 段动作电流为：0.303 1.230.2020.7272op rel D I K I kA I I =⋅=⨯⨯=
2.1.2 灵敏度校验
（一）保护1的最小保护范围计算
设AB
AK Z Z k 11=
（101<<k ）， 则,4040,40,20101011111k Z k Z k Z B K AK AK -===
①1G 、1T 、3T 、4T 运行
8
/)4070)(41()()(2030114300101111111111k k Z Z Z Z Z Z k Z Z Z Z T T B K AK T K AK T G K -+=++=+=++=∑∑ )
1(0)1.1(00111KB KB K K I I Z Z >∴>∑∑ 取单相接地短路
8
/)4070)(41()2030(23
/115211101)1(011k k k Z Z E I K K s KB -+++⨯=
+=
∑∑ KA
I I k k k Z Z Z Z Z Z Z I I OP K T T AB T T T B K KB k 5084.1375.6870203
/1158471.001114
301430)
1(00111==++-⋅-=
+++⋅
=I
得，%15%7.331>=k 满足灵敏度要求 ②1G 、1T 、3T 运行
11
/)40100)(41()()(203011300101
111111111k k Z Z Z Z Z k Z Z Z Z T B K AK T K AK T G K -+=++=+=++=∑∑
)
1(0)1.1(00111KB KB K K I I Z Z >∴>∑∑ 取单相接地短路
11/)40100)(41()2030(23
/115211101)1(011k k k Z Z E I K K s KB -+++⨯=
+=
∑∑ 11103(1)
100103
11100.1104115/3
113 1.5084K B T K KB
T AB T K op Z Z k I I
Z Z Z I I kA
I
+-=⋅
=
++==
得，%15%37.401>=k 满足灵敏度要求
∴根据①、②，最小运行方式为：1G 、1T 、3T 、4T 运行 保护1的I 段最小可以保护线路AB 全长的33.7% （二）保护2的最小保护范围计算
设BC
BK Z Z k 22=
（102<<k ）， 则202140,2022k Z k Z BK BK ==
①1G 、1T 、3T 、4T 运行
2
0430102111110475.18)()(20502222k Z Z Z Z Z Z k Z Z Z Z Z BK T T AB T K BK AB T G K +=++=+=+++=∑∑ )
1(0)1.1(00122KC KC K K I I Z Z >∴>∑∑ 取单相接地短路 2
201)1(004075.18)2050(23
/1152222k k Z Z E I I K K s KC K +++⨯=
+=
=∑∑ 200.23 1.422K op I I kA I
== 得，%15%66.262>=k 满足灵敏度要求
②1G 、1T 、3T 运行
2
03010211114027.27)(20502222k Z Z Z Z Z k Z Z Z Z BK T AB T K AK T G K +=++=+=++=∑∑ )
1(0)1.1(00122KC KC K K I I Z Z >∴>∑∑ 取单相接地短路 2
201)1(004027.27)2050(23
/1152222K K Z Z E I I K K s KC K +++⨯=
+=
=∑∑ 200.23 1.422K op I I kA I
== 得，%15%161>=k 满足灵敏度要求
∴根据①、②，最小运行方式为：1G 、1T 、3T 运行 保护2的I 段最小可以保护线路BC 全长的16%
（三）保护3的最小保护范围计算
设CD
CK Z Z k 33=
（103<<k ）， 则303180,4033k Z k Z CK CK ==
①1G 、1T 、3T 、4T 运行
3
004301031111110875.58)()(40703333k Z Z Z Z Z Z Z k Z Z Z Z Z Z CK BC T T AB T K CK BC AB T G K +=+++=+=++++=∑∑ 若3301k K Z Z ∑∑> ,则)
1(0)1.1(0KD KD I I >取单相接地短路
3
301)1(008075.58)4070(23
/1152333k k Z Z E I I K K s KD K +++⨯=
+=
=∑∑ 300.330.7272K op I I kA I
== 得，%15%97.463>=k 满足灵敏度要求
此时，Ω=Ω=∑∑326.96,788.883301K K Z Z ，与3301K K Z Z ∑∑>矛盾
所以，3301K K Z Z ∑∑<，)1(0)1.1(0KD KD I I <，取两相接地短路
)
8075.58(240703
/11523301)1.1(0033
3k k Z Z E I I K K s KD K +⨯++=
+=
=∑∑ 300.330.7272K op I I kA I
== 得，%15%20.433>=k 满足灵敏度要求
②1G 、1T 、3T 运行
3
00301031111118027.67)(40703333k Z Z Z Z Z Z k Z Z Z Z Z Z CK BC T AB T K CK BC AB T G K +=+++=+=++++=∑∑
若3301k K Z Z ∑∑> ,则)1(0)1.1(0KD KD I I >取单相接地短路
3
301)1(008027.67)4070(23
/1152333k k Z Z E I I K K s KD K +++⨯=
+=
=∑∑ 300.330.7272K op I I kA I
== 得，%15%65.413
>=k 满足灵敏度要求 此时，Ω=Ω=∑∑59.100,66.863301K K Z Z ，与3301K K Z Z ∑∑>矛盾
所以，3301K K Z Z ∑∑<，)
1(0)1.1(0KD KD I I <，取两相接地短路
)
8027.67(240703
/11523301)1.1(0033
3k k Z Z E I I K K s KD K +⨯++=
+=
=∑∑ 300.330.7272K op I I kA I
== 得，%15%68.343
>=k 满足灵敏度要求
∴根据①、②，最小运行方式为：1G 、1T 、3T 运行 保护3的I 段最小可以保护线路CD 全长的34.68%
2.1.3 动作时间的整定
保护1、2、3的动作时间：s t t t I
op I op I op 0321===
2.2 零序电流Ⅱ段整定计算
2.2.1保护1的Ⅱ段整定计算
保护1的Ⅱ段与保护2的I 段配合
1min I
2.0II 1.0/b op II rel op k I K I ⋅=，保护1的分支系数5.230
75
001min ===
AB BC b I I k II
0.1 1.11.422/2.50.626op I kA =⨯=
灵敏度校验：最小运行方式为1G 、1T 、3T 、4T 运行
流过保护1的最小零序电流 34
(1)
0min 01034
0.2096T T KB T AB T T Z Z I I kA Z Z Z Z =⋅
=++
3.1005.1626.02096
.0331
.0min 01<=⨯==
II
op II sen I I K 不满足灵敏度要求 所以，保护1的Ⅱ段与保护2的Ⅱ段配合
1min II
2.0II 1.0/b op II rel op k I K I ⋅=，保护2的分支系数12min =b k II I 0.20.3min2/ 1.10.7272/10.80II op rel op b I K I k kA =⋅=⨯=
II
0.1 1.10.80/2.50.352op I kA =⨯=
3.179.1352.02096
.0331
.0min 01>=⨯==
II
op II
sen I I K 满足灵敏度要求 所以保护1的Ⅱ段动作电流：II
0.10.352op I kA =
保护1的Ⅱ段动作时间：s t t t t t t I
op II op II op 0.15.05.00321=++=∆+∆+=∆+=
2.2.2保护2的Ⅱ段整定计算
保护2的Ⅱ段与保护3的I 段配合
II I 0.20.3min2/ 1.10.7272/10.80II op rel op b I K I k kA =⋅=⨯=
灵敏度校验：最小运行方式为1G 、1T 、3T 运行
流过保护2的最小零序电流 (1)0min 00.320KC I I kA ==
3.12.180.0320
.0332
.0min 02<=⨯==
II
op II sen I I K 不满足灵敏度要求 所以，保护2的Ⅱ段与保护3的Ⅱ段配合
2.3保护1零序电流Ⅲ段整定计算
保护1的Ⅲ段与保护2的Ⅱ段配合
III II
0.10.2min1/ 1.10.80/2.50.352III op rel op b I K I k kA =⋅=⨯=
灵敏度校验：最小运行方式为1G 、1T 、3T 、4T 运行
作为近后备：3.179.1352.02096
.0331
.0min 01>=⨯==
III
op B III sen I I K 满足灵敏度要求 作为远后备：2.173.2352.0320.0331
.0min 01>=⨯==
III
op C III
sen I I K 满足灵敏度要求 已知母线D 零序过电流保护动作时限为0.5s 所以保护1的Ⅲ段零序电流保护的动作时间：
s t t t t t t II op II op III op 5.15.05.05.0321=++=∆+∆+=∆+=
第三章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析
3.1 零序保护原理接线图
图3.1 零序保护原理图
3.2 系统接线图
图3.2 系统接线图
Z T4=60
Z T3=60Z T2=10
Ω
Z G2=20
Z T1=10
3 2 1 Z G1=20Ω
Z 1.CD =40
Ω Z 0.CD =80Ω
Z 1.BC =20Ω Z 0.BC =40Ω Z 0.AB =40
Ω A
Z 1.AB =20 D
C
B P
N M
3.3 各保护的动作过程分析
以线路AC为例，如图3.2所示
已知各保护的保护范围：
1QF：I段AM，Ⅱ段AP，Ⅲ段C母线以后
2QF：I段BN，Ⅱ段、Ⅲ段C母线以后
3QF： C母线以后
①故障发生在AM间时,由1QF的I段切除故障
动作的继电器：1QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA
2QF、3QF：不动作
②故障发生在MB间时,由1QF的Ⅱ段切除故障
动作的继电器：1QF： 2KA、1KT、2KS、3KA
2QF、3QF：不动作
③故障发生在BP间时,由2QF的I段切除故障
动作的继电器：1QF：2KA、3KA
2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA
3QF：不动作
④故障发生在PN间时,由2QF的I段切除故障
动作的继电器：2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA
1QF、3QF：不动作
⑤故障发生在NC间时,由2QF的Ⅱ段切除故障
动作的继电器：2QF：2KA、1KT、2KS、3KA
1QF、3QF：不动作
第四章 总结
本次课题的设计过程中，在计算保护3的I 段最小保护范围的时候遇到困难，因为根据得到的30318075.58,407033k Z k Z K K +=+=∑∑无法判断选择两相接地短路还是单相接地短路，通过请教指导老师，先假设3301K K Z Z ∑∑>，再假设3301K K Z Z ∑∑<，取满足要求的一个，最终得出正确结论。

还遇到了其它一些小问题，都在老师的帮助下得到了解决，完成了本次课程设计。

多段式零序电流保护是简单而有效的接地保护方式，其优点是： (1)结构与工作原理简单，正确动作率高于其他复杂保护。

(2)整套保护中间环节少，特别是对于近处故障，可以实现快速动作，有利于减少发展性故障。

(3)在电网零序网络基本保持稳定的条件下，保护范围比较稳定。

(4)保护反应于零序电流的绝对值，受故障过渡电阻的影响较小。

(5)保护定值不受负荷电流的影响，也基本不受其他中性点不接地电网短路故障的影响，所以保护延时段灵敏度允许整定较高。

相邻保护逐级配合的原则是要求相邻保护在灵敏度和动作时间上均能相互配合，在上、下两级保护的动作特性之间，不允许出现任何交错点，并应留有一定裕度。

实践证明，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，否则就难免会出现保护越级跳闸，造成电网事故扩大的严重后果。

第4章 MATLAB建模仿真分析
4.1 MATLAB中电力系统继电保护仿真介绍
在电力系统元件库对话框中包含了10类库元件，分别是电源元件（Electrical Sources）、线路元件（Elements）、电力电子元件（Power Electronics）、电机元件（Machines）、连接器元件（Connectors）、电路测量仪器（Measurements）、附加元件（Extras）、演示教程（Demos）、电力图形用户接口（Powergui）、电力系统元件库模型（Powelib_models）。

点力系统一般由发电机、变压器、电力线路和电力负荷构成。

电力系统的数学模型一般是由电力系统元件的数学模型组合构成。

MATLAB为电力系统的建模提供了简洁的工具，通过电力系统的电路图绘制，可以自动生成数学模型。

电路图模型的主要特点是具有良好的人机界面，便于进行简单的操作，省去了利用程序建立电力系统模型的反覆步骤。

利用这种方式构成的数学模型相对于控制系统中的微分方程模型、状态方程模型、传递函数模型有着更直观和实用的优点。

另外，在电路图模型建立以后，在MATLAB软件中，提供了power2sys函数作为短路模型的结构分析函数，可以利用power2sys函数将电力系统的电路图模型向状态方程模型和传递函数模型进行转换。

我们选用的是电源原件中的交流电源，线路原件中的断路器原件和变压器元件，其电路图如图4.1所示。

图4.1继电保护电路图
仿真的运行：在仿真框图菜单项Simulink的下拉菜单中选择Start项，系统进开始仿真。

在输出仪表上可以看到输出曲线，同时Start项就变为Stop，在任何时候单击它，仿真就会停止。

4.2仿真参数设置
在电路图菜单选项中，选择仿真（Simulation）菜单，激活仿真参数（Simulation Parameters）命令，即可弹出仿真参数对话框，根据相应选项对其进行设置：
开始时间（Start time）：0
停止时间（Stop time）：0.4
求解程序类型（Type）选项：可变步长（Variable），Ode45(Domand-Price)
最大步长（Max step size）选项：自动（Auto）
最小步长（Min step size）选项：自动（Auto）
初始步长（Initial step size）选项：自动（Auto）
相对容差（Relative tolerance）选项：1e-3
绝对容差（Absolute tolerance）选项：1e-6
4.3仿真结果及分析
合理设置示波器参数后，激活仿真按钮，得到仿真结果如图4.2所示。

示波器输出的电压波形为两个交流电压源的叠加，横轴为时间轴，纵轴为电压幅值。

从仿真结果可见，在交流电路中，两个交流电压源共同作用的结果等效于一个线性电压源。

图4.2 故障点发生三相短路的各相电流波形图
基于计算机技术的电力系统继电保护数字仿真可以辅助继电保护系统的分析和设计，将MATLAB仿真技术应用于电力系统继电保护研究中具有十分重要的现实意义。

针对电力系统继电保护技术的核心内容，构建了继电保护系统的MATLAB 仿真模型。

除所介绍的电力系统故障仿真、零序电流保护仿真和变压器纵差保护仿真外，模型还可以对空载合闸励磁涌流仿真、单侧电源相间短路的电流保护仿真和微机保护
算法仿真等进行实际仿真运行，实践表明将MATLAB 应用于电力系统继电保护数字仿真中是有效的和可行的。

两相接地短路电流分析:将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A相和B相选中，并选择故障相接地选项；在万用表元件中选择A相、B相和C相的电流作为测量电气量，激活仿真按钮，各相电流波形如图4.3所示。

图4.3 故障点发生两相接地短路的各相电流波形
单相接地短路电流分析：将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A相故障，并选择故障相接地选项；在万用表元件中选择A相、B相和C相的电流作为测量电气量，激活仿真按钮，各相电流波形如图4.4所示。

图4.4 故障点发生单相接地短路的各相电流波形
参考文献
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重庆：重庆大学出版社，1991
[9] 陆敏政.电力系统练习题集.北京：水利电力出版社，1990
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