零序保护原理

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零序保护原理

零序电流与零序保护定义是什么呢？通过下面这篇简短的文章我们了解一下。

. x( X, N& n7 B什么是零序电流
+ v: o+ j6 @" s; x在正常的三相三线电路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+Ic=0。如果在三相三线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+Ic=I(漏电电流，即零序电流）。三项电流的向量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。
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, G$ {! a8 ?8 H( z8 Z( G% }- {如何检测零序电流
当存在零序电流时，电流互感器二次线圈中就有一个感应电流，此电流加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，若大于动作电流，则使灵敏继电器动作，作用于执行元件跳闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器。
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% D4 G- Y& G- v+ _$ G6 b! A7 d图1 零序电流互感器

/ u/ j8 t  R% {( _零序电流的危害
零序电流是由三相不平衡带来的，三相不平衡的危害非常多，下面列举两个三相不平衡的危害：
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* {# N7 {- \9 F1、增加变压器损耗
* F9 ?( I. O. h; x9 z假设变压器的三相损耗分别为：Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流，R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：

Qa+Qb+Qc≥3√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕
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: b; T6 M. H* F0 C由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。当存在零序电流时，三相负荷不平衡，增大变压器损耗。而当不平衡严重时，变压器损耗过大，会加速变压器的老化甚至烧毁。

2、增加高压线路的损耗
设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R，在最大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：
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ΔP2 = 2（0.75I）2R+（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）

# s  i% X9 o! y5 k# N6 k即高压线路上电能损耗增加12.5%。
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: `% h, d; m  @6 r0 K零序保护
在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电气量（比如零序电流）构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。

当人体触电或者其他漏电情况下：三根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。
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/ X  c" X# d. y$ z智能变电站零序保护试验测试
) M' m; |7 B3 t# l# X1 ?) hDT6000S支持专业的保护装置试验，支持零序保护、距离保护、差动保护等保护装置专项测试功能以及同期装置测试功能，通过DT6000S给保护装置施加采样值和断路器状态，并模拟各种短路故障，测试保护装置在设置的不同定值和各种短路故障状态下的动作状态和动作时间是否正确。
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图2 保护装置测试

110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。统计表明，在中性点直接接地电网中，接地故障占总故障次数的90%左右。中性点直接接地电网发生接地短路时，将出现零序电流和零序电压。利用这些特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流保护。

带方向和不带方向的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式。它主要由零序电流滤过器、电流继电器、零序方向继电器及与收发信机、重合闸配合的逻辑电路组成。

1、3I0和3U0的取得

对于传统的模拟式保护，3I0、3U0一般都是外接的，发展到了数字式保护时，变为可以由接入保护装置的三相电流和三相电压自产。

（1）3I0的取得

外接3I0是通过零序电流滤过器获得的。如图，将三相电流互感器极性相同的二次端子连接在一起，就组成了零序电流滤过器。流入继电器的电流为：3I0=Ia+Ib+Ic。

自产3I0是在软件中得到的，微机保护将输入的三相电流在软件中相加就可以得到3I0。现在很多微机保护上述两种方法都采用，且利用两种方法得到的3I0进行自检。

但是无论使用哪种方法取得3I0，当电流回路断线，都有可能造成保护误动作。

（2）3U0的取得

自产3U0也是在软件中将输入的三相电压相加，即：3U0=Ua+Ub+Uc。

外接3U0是从PT开口三角处取得。如图，三角形开口输出电压就是三相电压之和，也即3U0。由于平时没有零序电压，取外接零序电压时，回路接线错误与断线不易发现。所以微机保护均采用了自产3U0方式，尽量避免接入PT开口三角电压。

2、中性点直接接地系统的零序保护

（1）零序电流与零序电压

由故障分析可知（详见历史记录13），在零序网络中，只在故障点存在零序分量电源。故障点零序电压最高，离故障点越远零序电压越低，零序电流由故障点流向中性点。

正方向发生接地故障，保护安装在M侧，K点为接地故障点。序网图如下图所示，可得：

U0 = - I0ZM0

可见，零序电压与零序电流间的角度只和保护安装处“背后”一侧的零序阻抗角（一般取70°）有关。所以零序电压滞后零序电流110°。

反方向发生接地故障，根据零序序网图，同理可得：

U0 = I0( ZMN0+ ZMN0)

可见，反方向故障时，零序电压超前零序电流70°，超前的角度是保护安装处正方向等值零序阻抗角。

由此可见，正、反方向接地故障时，零序电压与零序电流间的角度关系正好相反，相差180°。可以用以区分正反方向接地故障。零序功率方向继电器也就是基于这个原理，构成了零序方向电流保护。

如相量图所示，将I0固定在0°，那么当U0为-110°时，零序功率方向继电器将工作在最灵敏的区域，这个角度也称之为最大灵敏角。在最大灵敏角两边扩展不大于90°的范围内，都为反应正反向接地故障的零序功率继电器的动作区。

（2）零序电流保护

零序电流保护通常采用三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断（I段）、限时零序速断（II段）、零序过电流（III段）组成。

I.零序电流速断

零序I段的整定遵循如下原则：

（a）I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相短路接地时，可能出现的最大零序电流。

（b）躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。

（c）对于220kV以上电压等级的线路，当采用单重和综重是，会出现非全相运行状态，可能产生较大零序电流。如果I段定值设的较低，单重时容易误动作，如果设的较高，则缩小了保护范围。

为此，通常设置两个零序I段保护定值。其中较大的称为“不灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障，按（a）（b）整定；较小的称为“灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障。正常运行时，投入“灵敏I段”定值，在线路第一次故障瞬时动作后，如果单相重合闸，则将其自动闭锁，并自动投入“不灵敏I段”定值，按躲开非全相震荡的零序电流运行，用来保护非全相运行状态下的接地故障。

II.限时零序电流速断

零序II段能保护本线路全长，以较短实现切除接地故障。其动作电流与下一段线路的零序I段配合，比其打一个时限级差0.5s。

III.零序过电流

零序III段保护可作为相邻元件故障的后备保护，其一次电流定值不超过300A，应按照躲过最大不平衡电流来整定。

3、中性点不接地系统的零序保护

（1）零序电流与零序电压

在中性点不接地电网中，用集中电容表示电网三相对地电容，并设负荷电流为零，个相对低等值集中电容相等。正常运行时，电源和负载都是对称的，故无零序电压和零序电流。

当电网中发生了单相接地故障时，三相电压不对称，出现零序电压。当A相接地时，根据故障分析的知识，可知BC两相对地电压升高了√3倍，零序电压3U0是正常A相电压的3倍，方向相反。

下面分析零序电流，由于Ua=0，那么各条线路A相对地电容电流Ia(c)=0，B、C相的电容电流Ib(c)、Ic(c)则经大地、故障点、故障线路、电源构成回路，所以出现了零序电流。由图可见，各线路的电容电流从A相流入后，又分别从B相C相流出。

由此可得出一下结论，并以此为依据构成中性点不接地电网的零序保护：

非故障线路零序电容电流，数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，零序电流超前零序电压90°。

故障线路始端的零序电流，数值等于整个电网非故障元件的零序电流之和，方向由线路流向母线，零序电流之后零序电压90°。

（2）中性点不接地电网的单相接地保护

中性点不接地电网发生单相接地，由于故障点电流很小，三相电压任然对称，对符合供电影响小，因此一般情况下允许继续运行1~2小时。要求保护装置发信号，而不必跳闸。

A、绝缘监测装置

利用单相接地时出现零序电压的特点来构成的，过电压继电器接在开口处，来反映系统的零序电压，并接通信号回路。正常运行时无零序电压，发生单相接地时，开口三角有零序电压输出，使继电器动作并发信号。

绝缘检测装置接与发电厂或变电所母线上，可以知道系统发生了接地故障和故障相别，但无法知道接地故障发生在哪条线路上，因此是无选择性的。

B、零序方向电流保护

发生单相接地时，故障线路的零序电流是所有非故障元件的零序电流之和，所以故障线路零序电流比非故障线路大，利用这个特点可以构成零序电流保护。

利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点，可以构成有选择性的零序方向电流保护。发生接地故障时，故障线路的零序电流滞后于零序电压90°。若使零序方向继电器最大灵敏角为90°，则此时保护装置灵敏动作。非故障线路的零序电流超前零序电压90°，落在非动作区，保护不会动作。

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xixihahaheihei

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V-zhong

虽然看不懂，还是要支持