零序电流保护

②一相先合—— 两相断线 串
3I 0 bt 3 E M －E N 2Z1 Z 0
取大者 原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此 时可考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。
(3) 当系统采用单相自动重合闸时 (哪相接地，哪相跳闸再自动
重合闸)，单相短路故障被切除后，系统处于非全相运行状态， 并伴有系统振荡，将出现很大的零序电流，保护可能误动作。 若按 （3） 整定，则动作电流过大，使保护范围缩小，不 能充分发挥零序Ⅰ段的作用。
3I
(1.1) 0
E Z 2 E 3 3 （并） Z 2 Z 0 Z 2 Z 0 Z1 2Z 0 Z1 Z 2 Z 0
当Z0∑>Z1∑
I0(1)>I0(1.1) 采用I0（1）
当Z0∑<Z1∑
当Z0∑=Z1∑
I0(1)<I0(1.1) 采用I0（1.1）
UA UB UC
加 法 器
3U0
实际上在正常运行和电网相间短 路时，由于电压互感器的误差以及三 相系统对地不完全平衡，在开口三角 形侧也可能有数值不大的电压输出。 当系统中存在三次谐波分量时，由于 一般三相中的三次谐波电压是同相位 的，在零序电压过滤器的输出也有三 次谐波的电压输出，对反应于零序电 压而动作的保护装置，应考虑躲开其 影响。
三、零序电流过滤器
1、原理
3I0 I A I B IC
（1）采用三个单相电流互感器 ，接成完全星形接法，其继电器 中得到的电流实际就是中线中流 过的电流。 实际应用中，并不需要专门 的零序电流过滤器，而是将继电 器接入相间短路保护用电流互感 器的中线上就可以了。
在正常运行和相间短路时 ，零序电流过滤器存在不 平衡电流。由于三个互感 器铁芯的饱和程度不同， 以及制造过程中的某些差 别而引起的。
1 I J I A I B IC ( I A I LA ) ( I B I LB ) ( I C I LC ) n1 1 ( I A I B I C ) ( I LA I LB I LC ) n1 1 ( I LA I LB I LC ) I bp n1
结论：中性点直接接地电网，正常运行及发生相间短路时， 均没有零序电压和零序电流；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。
零序分量的特点：
1、零序电压
故障点处的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越 低，变压器中性点接地处的零序电压为零。
（2）零序电流互感器
采用电缆引出的送电线路，将零 序互感器套在电缆外面以获得3I0，从 铁芯中穿过的电缆就是电流互感器的 一次绕组，只有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，故称为零序电流互感器。 优点：和零序电流过滤器相比，没有 不平衡电流，同时接线也更简单。
三段式零序电流保护 总的原则
架空输电线和电缆三相对称 ，Z1=Z2≠Z0
二、零序电压过滤器的几种构成方式
1、采用三个单相电压互感器，一次 绕组接成星形，并将中性点直接接 地；三个二次绕组相互串联，接成 开口三角形，则从mn 两端即可获得 零序电压。 2、采用三相五柱式三绕组电压互感 器，一次绕组接成星形，并将中性点 直接接地；二次绕组有两组线圈，一 组接成星形，用于接测量仪表或继电 器，另一组接成开口三角形，从开口 处即可获得零序电压。
4、两相接地短路（以BC两相接地为例），在故障点处
U dA U A , U dB U dC 0 I dA 0, I dB I B , I dC IC
则故障点处的零序电压和零序电流为
1 1 U d 0 (U dA U dB U dC ) U A 3 3 1 1 I d 0 ( I dA I dB I dC ) ( I B I C ) 3 3
2.3.3 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3I0随线路长度L变化的
关系曲线，然后进行整定，其整定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) 为保证选择性，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3I 0.max ，即
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，可保护本线路 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。
2、零序电流
由故障点处零序电压产生，其大小与分布由接地变压器的 分布与数目决定，而与电源的数目和位置无关。 零序电流保护的灵敏度直接决定于系统中性点接地的数目 和分布。所以要求变压器中性点不应任意改变其接地方式。
3、零序电压和零序电流的相位 零序或负序功率方向与正序功率方向相反，即正序功率方向 为由母线指向故障点，而零序功率方向却由故障点指向母线。 正方向短路时，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位
接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点：
正方向的规定
零序电压的方向： 线路高于大地的电 压为正； 零序电流的方向： 由母线流向故障点 为正。
接地短路时的零序等效网络
中性点接地电网特征
1、正常运行或三相短路时，三相的电压和电流对称，流过中 性点的电流为零，中性点电压也为零。
1 U 0 (U A U B U C ) 0 3 1 I0 ( I A I B IC ) 0 3
3、对于发电机，当发电机的中性点经电 压互感器或消弧线圈接地时，从它的二 次绕组中也能获得零序电压。 4、在集成电路保护和数字保护中，由 电压形成回路取得三个相电压后，利 用加法器将将三个相电压相加，也可 以从保护装置内部取得零序电压。 微机保护根据数据采集系统得到 三相电压值再用软件进行矢量相加得 到3U0值。在线路的保护中3U0主要用 于接地故障时判别故障方向。
2 Z 0 Z1 2 Z m 1 Z Z Z 1 1 Z1 m 1 1 Z m 1 1 Z2 Z1 Z m
U 0 Z1 2Z m 0 0 I 0 Z0 0 0 I 0 I 0 Z 0 I U 0 Z Z 0 1 1 m 1 1 1 U 0 0 0 Z I 0 Z1 Z m 2 2 I2 2
3、单相接地短路时（以A为例），故障点的相电压、电流
U dA 0, U dB U B , U dC U C I dA I A , I dB I dC 0
则故障点处的零序电压和零序电流为
1 1 U d 0 (U dA U dB U dC ) (U B U C ) 3 3 1 1 I d 0 ( I dA I dB I dC ) I dA 3 3
此时，应设置灵敏度不同的两套零序电流速断保护：
① 灵敏的Ⅰ段： 动作电流 仍按上述原则整定，因动作值小， 保护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地 故障进行保护。当单相自动重合闸启动时(即开始切除单相接地 故障时)将其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。
② 不灵敏的Ⅰ段：其整定原则为2.3.4 零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护
第三节 中性点直接接地电网中接地短路的 零序电流及方向保护
大接地电流系统：系统中主变压器中性点直接接地电网。 在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路, 使故障相流过很大的短路电流. 110kV及以上电网 中性点直接接地系统 3~35kV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地 电流系统) 运行经验表明，在中性点直接接地系统中，d(1)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。而在该系统中发生d(1)，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。
I0(1)=I0(1.1) 任取
(2) 应大于断路器三相不同期合闸(非全相运行)时出现的最大零 序电流3I0.bt
I dz ' Kk ' 3I0.bt
K k’——可靠系数，取1.1～1.2。 求 3I0bt ： ①两相先合——— 一相断线 并

3I 0 bt 3
Z 2 E M －E N E M －E N 3 Z Z Z 2 Z 0 Z1 2Z 0 Z1 2 0 Z 2 Z 0
I dz Kk 3I 0.max
' '
K k’——可靠系数，取1.2～1.3。
求3 I0max ①故障点：本线路末端 ②故障类型： （假设X1∑＝X2∑） ③整定值按最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗最小。 单相接地:
3I
(1) 0
3
E 2Z1 Z 0
(串 )
两相接地:
I dz ' Kk ' 3I0.bt
因动作值大，保护范围小，所以不灵敏。主要任务是专为非全 相运行状态下(如单相自动重合闸过程中)，其他两相又发生了 单相接地故障时的保护，以便尽快地将故障切除。当然，它也 能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围比灵敏的 Ⅰ段要小。
2、灵敏性： 要求与Ⅰ段电流保护相同 ≥（15%～20%）
关系，取决于母线背后元件的零序阻抗（一般零序电流超前零序
电压为95°-110°），与被保护线路的零序阻抗和故障点位置无 关。
4、零序功率 在线路正方向故障时，零序功率由故障线路流向母线，为负值； 在线路反方向故障时，零序功率由母线流向故障线路，为正值。
2.3.1 零序电压过滤器
一、对称分量法
U A U 0 A U1 A U 2 A 1 1 1 U 0 2 U U U U B 0B 1B 2 B 1 a a U1 U U U U 1 a a 2 U 2 1C 2C C 0C U 0 1 1 1 2 U1 1 a a U 1 a a 2 2
1
U A 1 1 1 U A 1 2 U 1 a a U B B 3 U 1 a 2 a U C C
3U0 U A UB UC
U A Z1 Z m Z m I A I U Z Z Z B m 1 m B U Z Z Z I C m m m C
2、两相短路时（以BC相间短路说明），在故障点处
1 U dA U A , U dB U dC U dA 2 I dA 0 , I dB I dC
则故障点处的零序电压和零序电流为
1 1 1 1 U d 0 (U dA U dB U dC ) (U A U A U A ) 0 3 3 2 2 1 1 I d 0 ( I dA I dB I dC ) (0 I dB I dB ) 0 3 3