4讲-第四节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

2020年2月16日星期日对称分量法图4-1(a)、(b)、(c)表示三组对称的三相相量)1(aF)1(bF)1(cF)2(aF)2(bF)2(cF)0(aF)0(bF)0(cF幅值相等，但相序与正序相反，称为负序；幅值相等，相序相差120度，称为正序；幅值和相位均相同,称零序;2020年2月16日星期日Fb(1)Fc(1)Fa(1)正序Fb(2)Fa(2)Fc(2)负序(a)(b)2020年2月16日星期日(d)Fa(0)Fb(0)Fc(0)零序(c)FaFbFc2020年2月16日星期日在图4-1(d)中三组对称的相量合成得三个不对称相量。写成数学表达式为：)0()2()1()0()2()1()0()2()1(ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（4－1）2020年2月16日星期日由于每一组是对称的，故有下列关系：)0()0()0()2(2)2(240)2()2()2(120)2()1()1(120)1()1(2)1(240)1(0000acbaajcaajbaajcaajbFFFFaFeFFaFeFFaFeFFaFeF23210120jeaj232102402jeaj（4－2）将式（4－2）代入（4－1）可得：2020年2月16日星期日)0()2()1(2211111aaacbaFFFaaaaFFFSPFTF1上式说明三组对称相量合成得三个不对称相量。其逆关系为：cbaaaaFFFaaaaaFFF11113122)0()2()1(（4－6）或简写为：2020年2月16日星期日正序分量、负序分量和零序分量。将式（4－6）的变换关系应用于基频电流（或电压），则有：PSFTF1上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对称的相量(即对称分量):或写为：2020年2月16日星期日cbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(则)(31)0(cbaaIIII（4－8）如图所示。零序电流必须以中性线为通路。2020年2月16日星期日有零序无零序无零序2020年2月16日星期日abc例：请分解成对称相量。010Ia18010Ib0Ic2020年2月16日星期日cbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(0018010010313078.5024018010010313078.501201801001031021IIIaaa解：2020年2月16日星期日015078.515078.50022121IIIIIIabababaa09078.59078.50022211IIIIIIacacacaa2020年2月16日星期日1.单回线Z（0）故障发生在线路端部：Ⅰ等效电路图2020年2月16日星期日1l2lⅡ故障发生在线路内部任意一点：Zl10Zl20等效电路图2020年2月16日星期日2．同杆双回线路:)0()0()0()0()0()0()0()0(IzIzIzIzIzIzUmmmm)()()0()0()0()0(IIzIzzmm)0()0()0()0()0()0()0()0(IzIzIzIzIzIzUmmmm)()()0()0()0()0(IIzIzzmm)0(z)0(zmz2020年2月16日星期日等效电路如下：mz)()0(mzz)()0(mzz)0(I)0(I2020年2月16日星期日对如下电路mzl1l2则有Zlm1)()0(1mzzl)()0(2mzzl)()0(1mzzl)()0(2mzzlmzl22020年2月16日星期日㈢变压器的序阻抗正序阻抗：TTTjXRZ负序阻抗等于正序阻抗零序参数和等值电路有关：1.双绕组变压器①xx)0(mx2020年2月16日星期日4-4序网络的构成引例：作出如下系统的序网2020年2月16日星期日正序网：DCdx1Tx1Lx2Tx)1(fu负序网：dx1Tx1Lx2Tx)2(fu零序网：1Tx0Lx2Tx)0(fu2020年2月16日星期日作图规则总结：（1）电源只在正序网络中。（2）中性点接地阻抗只在零序网络中作用。（3）零序网络从故障点开始作。第四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•当中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流。•我国110kV及以上的电力系统均为大电流接地系统。单相短路将产生很大的故障相电流和零序电流，必须装设接地短路的相应保护装置。•接地短路时必有零序电流，而在正常负荷状态下，零序电流没有或很小，因此采用反应零序电流的接地保护将能取得较高灵敏度，而且三相只要一个电流继电器，使接地保护装置非常简单。110KV及以上电网－中性点直接接地35KV及以下电网－中性点不接地或非直接接地线路电力系统正常运行，三相对称，没有负序和零序分量；当发生不对称故障时，会伴随故障的发生而产生相应的负序或零序分量（都是故障分量），构成相应序分量的保护。零序分量总是伴随不对称接地故障的发生而产生，利用接地短路时将出现较大的零序分量特点，构成：零序电流保护零序方向电流保护零序分量正方向规定：零序电压：线路－大地；零序电流：母线－线路一.零序序网的构成3.4中性点直接接地电网中接地短路保护电网中所有电源均为正序，因而零序网为无源网络零序分量特点1.零序电压：故障点最高，离故障点越远，越低，变压器中性点接地处。k0Uk0U0Uk02.零序电流分布与变压器中性点接地的多少及位置有关。大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关。3.零序功率短路点最大，越靠近变压器中性点接地处越小。对于发生故障的线路，两端的方向与方向相反，从线路母线。0S0S0S1S4.保护安装外零序电压与电流的相伴关系：T1.00A0ZIULOREMIPSUMDOLORLOREM•大接地电流系统中的多段式零序电流保护：•零序电流速断（零序Ⅰ段）保护；•零序电流限时速断（零序Ⅱ段）保护；•定时限零序过电流（零序Ⅲ段）保护；1．零序电流的获取1.零序电流滤过器******QFaIbIcIABCTArI()a()b0IrI0IABCTAN电缆2.零序电压、零序电流的获取零序电流过滤器0kI正常运行和相间短路实际输出：ABCTA1()0kunbIIIIIn对正序、负序分量电流：03kII对零序分量电流：kabcIIIII01．零序电流的获取（1）零序电流过滤器接于相间保护电流互感器的中性线上。不平衡电流：03IIIIIcbarI0（2）零序电流互感器（电缆线路）一次电流：优点：无不平衡电流，接线简单)(/])()()([LCLBLAllLCCLBBLAAcbabpIIInnIIIIIIIIII1不输出正序、负序电压，只有零序电压3U0输出。cbaUUUU032.零序电压的获取（1）零序电压过滤器加法器UaUbUc3U0TVmnABC（2）微机保护内直接利用程序实现加法器cbaUUUU032.零序电压、零序电流的获取零序电压过滤器0mnU正常运行和相间短路实际输出：unbmnUU误差以及三相系统对地不完全平衡对正序、负序分量电压：03mnUU对零序分量电压：mnabcUUUU零序电压滤过器***ABCN***mn***mn******ABC()a()bAUaUBUCUbUcUAUBUCUaUbUcUabc2.零序电压、零序电流的获取•三段式零序电流保护构成由零序Ⅰ段（瞬时零序电流速断保护）保护线路首端部分，瞬时动作零序Ⅱ段（限时零序电流速断保护）保护线路全长且延伸至下级，一般带0.5S延时零序Ⅲ段（零序过电流保护）保护本级线路、下级甚至更远，带较长时限动作其中：Ⅰ、Ⅱ段作为主保护，Ⅲ段作为后备保护即本级的近后备保护相邻元件的远后备保护。三.三段式(四段式)零序电流保护发生单相或两相接地短路时，可以求出零序电流随线路长度变化的关系，与相间短路电流保护整定计算类似，确定相应的整定计算原则。1．零序电流速断保护（零序Ⅰ段）（1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地故障可能出现的最大零序电流3I0.max；maxrelsetIKI.03（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0.unbunbrelsetIKI.03零序Ⅰ段整定值应选取以上两者中的较大值；如果按照原则（2）确定的整定值较大，使得保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序Ⅰ段带有小的延时（0.1s），以躲开三相不同期合闸的时间。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零序电流速断(零序I段)保护总结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注：如果保护装置动作时间大于断路器三相触头不同期合闸的时间，则无需考虑第二个条件。取两者中较大者为整定值0.QF3I0.max3I0.max0.maxrelset3I3IKI)3.1~2.1(0.QF0.QFrelset3I3IKI)2.1~1.1(（3）当线路采用单相自动重合闸时，还应躲过非全相运行状态下，系统又发生振荡时所出现的最大零序电流按照原则（3）整定，其定值较高，正常情况下（全相运行）发生接地短路时，零序Ⅰ段保护灵敏性不足，通常设置两个零序Ⅰ段保护。灵敏Ⅰ段：按照原则（1）（2）整定，针对全相运行状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。不灵敏Ⅰ段：按照原则（3）整定，针对非全相运行状态下的接地短路起保护作用，全相运行也起到一定的保护作用。2.零序电流Ⅱ段保护零序Ⅱ段首先按照与下级线路零序Ⅰ段保护相配合，零序Ⅱ段的保护范围不超过下级线路零序Ⅰ段保护范围的末端。当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中性点接地的变压器时，需要考虑分支电路对零序电流分布的影响。零序电流限时速断(零序II段)保护起动电流：与下一段线路的零序I段保护相配合当该保护与下一段线路之间无中性点接地的变压器时当该保护与下一段线路之间有中性点接地的变压器时set.nextset.nextrelsetIIKI)2.1~1.1(bK.0set.nextset.nexto.brelsetI)2.1~1.1(IKKIⅠⅡⅡ2..01.setbrelsetIKKI零序Ⅱ段的动作电流：动作时限：灵敏度校验：本线路末端接地短路最小零序电流0.5(s)0.5tt0.next05.1~3.1set0.minsenI3IK灵敏性校验：若灵敏系数不满足:（1）与相邻线路零序Ⅱ段配合；（2）采用两个灵敏性不同的零序Ⅱ段保护，保留原有0.5sⅡ段，再增加一个与相邻线路零序Ⅱ段相配合的Ⅱ段保护；（3）改用接地距离保护。动作时限（与相邻线路零序Ⅰ段配合）：0.5s5.13min.0.ⅡsetksenIIK3.零序电流Ⅲ段保护（零序过电流保护）'''2..0''''''1.setbrelsetIKKI（1）躲