零序电流

零序电流（共9篇）

篇1：零序电流

电力系统继电保护课程设计

指导教师评语

报告（30）

总成绩

修改（40）

平时（30）

专

业：

电气工程及其自动化

班

级：

电气

XXX

姓

名：

XXXX

学

号：

XXXXXXXXX

指导教师：

XXXX

XX大学自动化与电气工程学院

2012

年X

月

X日

设计原始资料

1.1

具体题目

系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T6

1台运行。参数为：

线路阻抗。

系统接线图

试对1、2进行零序保护的设计。

1.2

要完成的内容

⑴

请画出所有元件全运行时三序等值网络图，并标注参数；

⑵

分别求出1、2零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的定值，并校验灵敏度；

⑶

保护1、2零序Ⅰ、Ⅱ是否需要方向元件。

分析要设计的课题内容（保护方式的确定）

2.1

设计规程

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，110~220kV有效接地电力网线路，应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。

⑴

对于接地短路：

①

装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；

②

零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或两段零序电流保护作为后备保护。

⑵

对于相间短路：

①

单侧电源单回线路，应装设三相多段式电流或电压保护，如不能满足要求，则应装设距离保护；

②

双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2

本设计的保护配置

2.2.1

主保护配置

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110kV及以上电压等级的电网中。

2.2.2

后备保护配置

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。

在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护，选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式。

短路电流及残压计算

3.1

等效电路的建立

将本题中的系统简化成三序电压等值网络，即正序网络如图1所示；负序网络如图2所示；零序网络，图3所示。

图3.1

正序网络

图3.2

负序网络

图3.3

零序网络

3.2

保护短路点的选取

母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。

母线B处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护1和4的最大零序电流。

母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。

3.3

短路电流的计算

整理线路参数

⑴

B母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

==1.5443(kA)

两相接地短路时

==1.6192(kA)

⑵

A母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

两相接地短路时

⑶

C母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

两相接地短路时

保护的配合及整定计算

4.1

主保护的整定计算

4.1.1

动作值（如动作电流）

⑴

1零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流

⑵

1零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与3的Ⅰ段配合分支系数

⑶

2零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流

4.1.2

动作时间

保护1的Ⅰ段和2的Ⅰ段均为零序速断电流保护，故动作时间均为0s,保护1的Ⅱ段为限时零序电流速断，比Ⅰ段延迟一个△t,故保护1的Ⅱ段的动作时间为0.5s。

4.1.3

灵敏度校验

4.2

后备保护的整定计算

4.2.1

动作值（如动作电流）

⑴

保护1的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

⑵

保护2的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

4.2.2

动作时间

保护1的Ⅲ段保护与下段线路配合，动作时间比Ⅱ段的动作时间延迟△t，故动作时间为1s。

4.2.3

灵敏度校验

保护1的Ⅲ段保护,作为近后备保护

满足要求

作为远后备保护

满足要求

保护2的Ⅲ段保护,作为近后备保护

满足要求

综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护1有I段、II段和III段，而保护2只配置I段、III段保护，整个系统的安全稳定运行。

继电保护设备的选择

电流互感器TA是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。

⑴

种类和型式的选择。35kV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式配电装置。

⑵

一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压和应满足：

一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。

⑶

准确级和额定容量的选择。对测量精确度要求较大的大容量发电机、系统干线、发电企业上网电量等宜用0.2级；装于重要回路的互感器，准确级采用0.2~0.5级。根据以上分析，选LJBJ-110kV干式电流互感器。

二次展开原理图的绘制

6.1

保护测量电路

保护1交流测量回路如图6.1,直流测量回路如图6.2；保护2交流测量回路如图6.3，直流测回路如图6.4。

图6.1

保护1交流测量回路

图6.2

保护1直流测量回路

图6.3

保护2交流测量回路

图6.4

保护2直流测量回路

6.2

保护跳闸电路

保护1跳闸回路如图6.1，保护2跳闸回路如图6.2。

图6.5

保护1跳闸回路

图6.6

保护2跳闸回路

保护的评价（结论）

对零序电流保护的评价：零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。

零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。

参考文献

[1]

张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005:92-153.[2]

谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版社,1993:100-134.[3]

于永源,杨绮雯.电力系统分析（第三版）[M].北京:中国水利水电出版社,2007:13-34

篇2：零序电流

1整定范围

a.额定电流5A的为0.5～2A;

b.额定电流1A的为0.1～0.4A，

2准确度

在基准条件下，电流元件的整定值误差为不大于±5%。当温度在正常工作的极限温度内变化时，由于温度变化而引起的变差(即过去的“附加误差”)不大于±5%，

3返回系数

电流元件的返回系数应不小于0.8。

4动作时间及返回时间

在2倍动作值下电流元件的动作时间应不大于25ms，返回时间应不大于50ms，对零序电流元件，除符合上面规定外，在1.1倍动作值下，其动作时间不大于50ms。

5对反应高次谐波动作电流值的要求

对于相电流元件而言，元件反应激励量中第2、3、5、7次谐波的动作电流值应大于反应基波的动作电流值。

篇3：零序电流互感器安装接线

为保证单相接地保护动作正确,《火力发电厂厂用电设计技术规定》对零序电流互感器的安装接线方式作了明确描述,但在实际执行中仍出现非标准的安装接线方式。

1 厂用6kV系统

小型发电厂厂用6kV系统多为不接地系统,在工程中,均能按《电力工程电缆设计规范》(GB 50217—2007)规定将其交流系统中三芯电缆的金属层在电缆线路两终端和接头等部位接地。但在配合零序电流互感器安装时,常误解了《火力发电厂厂用电设计技术规定》中关于“其金属外护层接地线应穿过零序电流互感器后接地”的条文,典型的错误接线如图1、图2所示。该规定的目的是使金属外护层中的接地电流不通过零序电流互感器。

图1中,零序电流互感器套装在电缆分开后的三相线芯上,电缆头的金属外护层接地线按规定穿过零序电流互感器,其作用适得其反。

图2中,电缆屏蔽接地线未在零序电流互感器内正确回穿,电缆另一端的屏蔽接地线在异地接地。一旦两地间有接地电流IE,就会出现电位差△U,电缆屏蔽接地线内也会有IE。由于电缆屏蔽接地线未在零序电流互感器内正确回穿,因此电流IE经零序电流互感器LLH传变至二次侧形成电流3I0=IE/n(n为变比),使得零序电流继电器LLJ误动。

电缆终端头穿过零序电流互感器后,电缆的金属屏蔽线与零序电流互感器的相对位置具有不确定性,典型接线有两种:零序电流互感器安装在电缆头上方,电缆金属外护层未穿过零序电流互感器铁芯窗口直接接地,如图3所示;零序电流互感器安装在电缆头下方,电缆金属外护层穿过零序电流互感器铁芯窗口后,电缆的屏蔽接地线在零序电流互感器内回穿后接地,如图4所示。

在这两种接线方式下,即使存在地电位差电流IE,但经零序电流互感器后的综合地电流为IE+(—IE)=0,流过零序电流互感器的电流3I0=0,故LLJ不会误动;只有在零序电流互感器和负载间单相接地时继电器LLJ才会动作。这两种接线方式是可行的,但在实际安装时,由于受安装环境、设备以及人员素质等因素的影响,常出现错误安装零序电流互感器的现象,以致单相接地保护误动或拒动。

零序电流互感器应装在开关柜底板上,并由可靠支架固定。为避免维护中误解,建议统一安装接线图(如图4所示)。固定电缆头时,固定处的电缆头和零序电流互感器应可靠绝缘,使电缆的金属外护层不至经固定点与大地相连。否则,如图5所示,假设本回路附近发生380V电缆单相接地故障(380V系统为直接接地系统),那么产生的很大的单相接地短路电流经分流后产生地电流IE,流经未短路的接地线。地电流IE=IE1+IE2,其中,IE1为接地线未回穿前的分流接地电流;IF2为接地线回穿后的接地线接地电流;经零序电流互感器的综合地电流为IE3=IE-IE2。当IE1大于继电器LLJ一次整定动作电流时,LLJ继电器会误动。综上分析知,回穿接地线时必须先绝缘再回穿接地。

2 厂用380V系统

厂用380V系统多为直接接地系统,通常采用TN-C系统,相比6kV不接地系统多了1个中性线相,其电缆外护层接地同6kV系统。在实际接线中,其零序电流互感器的典型安装形式有两种:中性线穿过零序电流互感器后接地,如图6所示;中性线未穿过零序电流互感器直接接地,如图7所示。

图6的接线形式有造成单相接地保护拒动或误动的可能:(1)若下一级配电发生单相短路,则该短路的性质是相线与中性线短路,此时短路电流通过中性线流回电源,根据基尔霍夫电流定律,零序电流互感器铁芯中不会产生磁通,二次侧绕组无信号输出,单相接地保护装置拒动。(2)TN-C系统中,中性线(N线)兼作保护线(PE线),一旦两地间有接地电流IE就出现电位差ΔU,PEN线就会有电流IE2,该电流经零序电流互感器LLH传变至二次侧,电流3I0=IE2/n(n为变比),使零序电流继电器LLJ误动,所以TN-C系统中的PEN线是不能穿过零序电流互感器的。图7这种接线方式理论上是可行的,但不建议采用。建议:380V低压零序电流互感器的安装位置同6kV高压系统;零序电流互感器套在原电缆金属外护层上;PEN线及电缆金属屏蔽层接地线再回穿零序电流互感器,如图8所示。这样高低压安装接线实现统一,方便运行维护管理。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京:中国电力出版社,2005

[2]DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定[S]

篇4：零序电流

摘要：阐述了零序电流生产的原理，分析了电缆头与零序电流互感器的相对位置关系，确定煤矿零流互感器的正确安装方法。

关键词：零序电流互感器高压电缆头安装方法

0引言

煤矿供电采用中性点不接地或经消弧线圈接地的接地系统，称为小电流接地系统。这种系统中性点对地绝缘，发生单相接地后形不成单相短路回路，而且三相设备正常工作，系统可以继续运行。但当发生单相接地后非故障相的相电压会升高到线电压，长期运行将造成非故障相绝缘极穿，进而发展成为相间短路事故。为了避免再有一相发生接地，从而形成两相接地短路，系统中应装设专门的单相接地保护，发出报警信号。零序电流互感器就是监测接地故障的装置之一。小电流接地系统中零序电流互感器的安装与直接接地系统中漏电保护器的安装是有区别的。在直接接地系统中，为防止人身触电事故，通常要装设漏电保护器，漏电保护器的监测元件也有零序线圈及其铁芯。漏电保护器的安装只要负荷回路电缆(电线)穿过零序线圈，即可起到漏电保护的作用。由于使用者受到漏电保护器安装方法的影响，造成在小电流接地系统中，零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系不正确，故障时，零序电流互感器无法正确反映零序电流，从而造成故障时零序报警保护装置的误报或不报。因此分析小电流接地系统中零序电流的产生原理，确定零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系，才能正确安装零序电流互感器。

1零序电流产生的原因

小电流接地系统正常运行时，中性点、三相对地都呈绝缘状态，相与地之存在三相对地分布电容C_A、C_B、C_C。三相相电压U_A、U_B、U_C是对称的，系统中各电缆三相对地电容电流平衡，因此，三相电容电流相量和为零，没有电流在地中流动。

小电流接地系统发生一相金属性或经过度阻抗接地时，就会出现漏电故障。图1是系统发生C相接地后的电路图。

接地后，C相与地同电位，没有了对地电容电流。I₁～I₆在供电系统中各条线路上的分布如图1所示。根据节点电流定律：

I_C+(I₁+I₂+∧+I₆=0

亦即I_C=-(I₁+I₂+∧+I₆)

故障线路的故障相的电容电流I_C，是系统所有电容电流的矢量和。实际I_C方向与图1中接地点I_C方所示向相反。

由图1知，系统中所有线路其余两相电容电流都涌向故障线路的故障点。接地故障使系统各电缆产生不平衡的电容电流，也就是零序电流。零序电流互感器就是用于监测接地时电容电流的变化，从而获得报警或跳闸信号的。

2零序电流互感器安装方法

零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系绝定了零序电流互感器是否能够监测到故障时系统产生的不平衡的电容电流。也就是零序电流互感器安装是否正确。因此首先要分析零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系。

2.1电缆头与接地线(或金属外皮)同时穿过零序电流互感器，如图2所示。

根据节点电流定律知：零序电流：I₀=I_C-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=0

故障线路故障相的电容电流与同一电缆另外两完好相以及地线(或金属外皮)所流过的电容电流之和大小相等，方向相反，相互抵消。电容电流矢量和为零。因此没有零序电流生产，零序电流互感器的铁心中不会感应出电动势，与之相连的电流继电器不动作。因此图2所示安装方法不正确。

2.2电缆动动力芯线穿过零序电流互感器，但电缆头及接地线不穿过，如图3所示。

I₀=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆)

零序电流正是地线(或金属外皮)上所流过的电容电流，零序电流可以使互感器的铁心中感应出电动势，与之相连的电流继电器动作。因此图3所示安装方法正确。

2.3电缆头与接地线同时穿过零序电流互感器，金属外皮(或地线)又返向穿过零序电流互感器接地，如图4所示。

I₀=I_C+I₃+∧+I₆-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆

地线(或金属外皮)上所流过的电容电流两次不同方向穿过零序电流互感器，自行抵消，零序电流与2.2同，可以使互感器的铁心中感应出电动势，与之相连的电流继电器动作。因此图4所示安装方法正确。

3零序电流互感器现场安装

零序电流互感器的安装根据不同的设备可以因地制宜，但必须符合上述正确的位置关系。但由于厂家或施工人员的对零序互感器的监测原理不清楚，导致零序电流互感器现场安装不正确。下面是几种常见的错误安装及改进方法。

3.1煤矿井下高压配电使用高压防爆配电开关，零序电流互感器在开关中的位置和电缆头与零序电流互感器的相对位置如图5所示。

生产厂家装零序电流互感器固定在开关内壁进线口前侧，电缆头无法穿过互感器，地线的接地螺丝在开关接线腔内，因此只能形成图5所示的接线方式，这种位置关系如2.1所述。零序互感器监测不到真正的零序电流，导致报警或选线错误。

该装置的改进方法：将零序互感器从固定支架处前置，在其后侧留出空间，在固定支架上钻孔，让地线绕过零序电流互感器。形成2.2所述的位置关系，改进后的安装方法如图6所示。

3.2煤矿用高压开关柜的高压电缆经电缆沟从开关柜底板的下侧进入，厂家或施工单位将零序电流互器安装在开关柜底板的支架上或放置于开关柜底板上，施工人员为了方便，最后形成图7所示的安装方法。

图7所示零序电流互感器安装方法，同样监测不到真正的零序电流。

该装置的改进方法：加长地线，使其穿过零序电流互感器的铁心后接地。改进后的安装方法如图8所示。

4结语

篇5：零序电流

，

2额定电压为100V。

3在3倍动作电压下，其动断触点断开时间不大于10ms。

篇6：利用“分片区”计算零序电流

关键词：分片区,最大零序电流,最小零序电流

1 前言

在110kV电网继电保护整定计算中, 零序电流保护的整定计算最为复杂。因为运行方式的改变会影响到零序电流的大小, 而110kV电网的运行方式又较为复杂, 须进行大量运行方式的短路计算, 才能找到最大、最小零序电流。通过“分片区”的思想, 理解零序电流计算公式, 合理设置运行方式, 能够快速计算出最大、最小零序电流。

2 “分片区”与零序电流计算公式的关系

以一个简单网络为例, 分析“分片区”与零序电流计算公式的关系。该网络见图1, 网络图对应正序、零序阻抗图见图2。

当2M发生接地短路时, 设短路点的零序电流为I0, 流过1DL的零序电流为I01, 系统2提供的零序电流为I02, I01的分配系数为Km1, I02的分配系数为Km2。可以得到:

(1)

(2)

Km1+Km2=1 (3)

通过 (1) 、 (2) 、 (3) , 可以想到, 有两个人 (1DL和系统2) 在分一个片区 (I0) , 1DL分到的片区为I01, Km1为1DL分到片区的比率。

整定计算过程中, 求流过1DL的最大零序电流 (I01) , 就是找出在什么情况下, 1DL分到的片区最多;最小零序电流 (I01) , 就是找出在什么情况下, 1DL分到的片区最少。要1DL分到片区最多, 就必须将片区 (I0) 尽量做大, 分片区的比率 (Km1) 尽量最大;要1DL分到的片区最少, 就必须将片区 (I0) 尽量做小, 分片区的比率 (Km1) 尽量最小。什么情况下, 片区可以做大、做小;什么情况下, 分片区的比率变大、变小。下面设2M发生单相接地短路, 则

(4)

、 (5)

通过 (4) , 可以看到, I0要做大, 就必须将Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值做小, 所以在选择方式时, 要尽量选择这四个量尽量小的运行方式;I0要做小, 就必须将Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值做大, 所以在选择方式时, 要尽量选择这四个量尽量大的运行方式。

通过 (5) , 可以看到, Km1要变大, 就必须将Xt01的值做小, Xt02的值做大, 所以在选择方式时, 要尽量选择Xt01尽量小、Xt02尽量大的运行方式;Km1要变小, 就必须将Xt01的值做大, Xt02的值做小, 所以在选择方式时, 要尽量选择Xt01尽量大、Xt02尽量小的运行方式。

所以, 要求流过1DL最大零序电流有两个运行方式:方式1, Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值均最小的运行方式;方式2, Xt11、Xt12、Xt01的值最小, Xt02的值最大的运行方式。要求流过1DL最小零序电流也有两个运行方式:方式1, Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值均最大的运行方式;方式2, Xt11、Xt12、Xt01的值最大, Xt02的值最小的运行方式。

当2M发生两相接地短路, 得到的结论与单相接地短路一样。

3 实例分析

以某一电网为例, 网络图见图3。设甲变的#1主变容量为120MVA, #2主变的容量为180MVA, 正常方式下只投一台主变的高中压侧中性点;乙电站#1主变容量为20MVA, #2主变容量为25MVA, 正常方式下只投一台主变高压侧中性点;系统1、系统2均有大小两种运行方式等值阻抗。现求乙电站110kV母线故障, 什么方式下流过1DL的零序电流最大, 什么方式下流过1DL的零序电流最小。

根据计算经验, 可以粗略得出, 大方式的正序、零序等值阻抗分别小于小方式的正序、零序等值阻抗;容量大变压器的正序、零序阻抗分别小于容量小变压器的正序、零序阻抗, 两台主变并列运行的正序阻抗小于单台运行的正序阻抗。

现在结合上节所得的结论进行分片区分析。要让1DL得到片区最多, 则首先做大片区 (I0) , 即Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值做小, 其次是分片区的比率 (Km1) 要变大, 即Xt01的值做小, Xt02的值做大。下面进行列表分析, 见表1。

从表1可以看到, 求I01最大, 只有Xt02值变化有矛盾, 其余都是做小, 根据量值变化要求, 就可以找出两个计算方式, 快速找出最大值。

要让1DL得到片区最少, 则首先做小片区 (I0) , 即Xt11、Xt12、Xt01、Xt02的值做大, 其次是分片区的比率 (Km1) 要变小, 即Xt01的值做大, Xt02的值做小。同样用以上方法进行分析, I01要最小, 只有Xt02值变化有矛盾, 其余都是做大, 根据量值变化要求, 就可以找出两个计算方式, 快速找出最小值。

4 结束语

在110kV辐射型电网的零序过流保护的整定计算中, 借用“分片区”思想, 理解计算公式, 使用阻抗值变化, 就可以直观、快速地找出所需运行方式, 快速计算出最大、最小零序。可以快速准确进行电网保护定值计算, 提高工作效率。

参考文献

[1]崔家佩, 孟庆炎.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京:中国电力出版社, 1993.

[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京:中国电力出版社, 1995.

篇7：零序电流

复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网，在接地情况下，如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义。因此，对小电流接地系统单相接地故障的研究具有及其重大的意义。而利用故障参数法就是直接利用接地故障引起的电气量的变化特点来实现接地选线。根据所选定的检测量的不同，又有利用稳态故障信息和暂态故障信息之分。并对零序电流补偿法、零序电流群体比幅法、零序电流比相法、零序电流群体比幅比相法、零序电流有功分量法、残流增量法、零序导纳法、能量法、首半波法、基于小波变换的暂态零序电流选线法等方法的大致介绍及优缺点的分析，并对现有选线系统中所遇到的问题提出了解决办法。

一、基于零序电流比值变化的小电流接地选线方法的分析阐述

在中性点非直接接地系统中，若其中一条出线发生单相接地故障，全系统都会出现零序电压，在这个零序电压的作用下，系统中会出现零序电流。对于非故障线而言，零序电流就是该线路的零序电容电流，方向为母线流向电路；对于故障线路而言，在中性点不接地系统中（图1 中开关K断开） ，故障线路中的零序电流为非故障线路零序电流总和，方向为线路流向母线，由此可知道故障线路和非故障线路的零序电流方向是相反的。在中性点经消弧线圈接地的系统中（图1 中开关K 闭合） ，故障线路中的零序电流为非故障线零序电流与消弧线圈中的电感电流之和，方向为母线流向线路。

图1 单相接地故障系统的零序网络图

1. 理论情况的算法分析

（1）中性点不接地系统

①非故障线路之间的对地零序电流比值

非故障线路中的零序电流就是该线路的对地电容电流。若一个三条线路的系统中线路3的A 相接地。非故障线路Ⅰ、Ⅱ中的对地零序电流为：

，（1）

式中： U0 为系统出现的零序电压； C0 i为出线Ⅰ、Ⅱ的零序电容；ω为零序电流、电压的角频率。由此可见，在中性点不接地系统中两条线路的零序电流的比值为

（2）

由此可知线路1和线路2的零序电流比值应该是等于两条线路的电容的比值。且由于在故障的时候线路1的零序电流和线路2的零序电流都是由母线流向线路，所以线路1和线路2的零序电流的比值应该是一个正值。由此可以推出任何两条非故障线路的零序电流的比值应该是一个与两条线路电容比相等的正的数值。

②非故障线路和故障线路之间的零序电流比值

故障线路中，由于线路3是故障线路，零序电压在该线路中产生，零序电流由线路流向母线，与非故障线路的零序电流流向相反，数值等于非故障线路的对地零序电流之和。则非故障线路1和故障线路3的对地零序电流比值为：

（3）

由式子（3）可见，线路1和线路3的对地零序电流的比值是一个绝对值小于1的负数数值。所以可以知道非故障线路和故障线路的比值是一个绝对值小于1的负数，符号和数值上都区别于任何非故障线路的对地零序电流的比值。且由式子（3）比值可以根据绝对值和1的比较，绝对值大于1证明故障线路在分子，绝对值小于1说明故障线路在分子。

（2）中性点经消弧线圈接地系统

①非故障线路之间零序电流比值

非故障线路中零序电流和不接消弧线圈的时候一致，所以上述结论任然适应。即线路的零序电流比值等于两条非故障的线路的对地电容的比值。

②故障线路中零序电流和非故障线路的零序电流比值

此处任然拿三条线路的情况来推断：线路3的A相发生单相接地故障则可以知道

故障线路线路3的零序电流为：

（4）

则在故障的时候非故障线路1和故障线路3的零序电流的比值为：

（5）

由上面的式子可以知道，当过补偿的时候电感数值越大故障相和非故障相的零序电流比值越大，所以在变压器中性点经消弧线圈接地的时候非故障相和故障相的零序电流比值和补偿的电感数值大小有关，电感数值越大，比值越大，且由于在实际系统中，大多采用过补偿 方式，过补偿度为P：5%～8%，所以接地电流的方向与电感电流一致，故障的零序电流也与非故障线中的零序电流方向一致均为母线流向线路，比值是一个正值。非故障线路的零序电流和故障线路的零序电流比值会随着消弧线圈容量变化而变化。当故障线路在分子的时候，则比值会和消弧线圈的容量变化的趋势相反。若故障线路零序电流在分母，则比值变化情况真好相反，由此可根据比值变化情况确定故障线路是位于分子还是分母。

如果出现母线故障，则任意两条线路零序电流比值与消弧线圈电抗值无关，在消弧线圈容量变化过程中维持不变，由此可以判断是母线故障。

由以上分析可知，随着消弧线圈容量的调节变化趋势的不同，可以区别出故障线路和非故障线路。结合上面的中性点不接地情况，在中性点不接地的时候根据不同线路零序电流比值的符号和绝对值大小可以判断哪条线路故障，在中性点经消弧线圈接地的时候可以根据消弧线圈变化趋势判断是那条线路故障，由此提出基于零序电流比值变化的小电流接地选线方法。

二、结语

本章提出了适用于在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中发生单相接地故障时检出故障线路的方法——零序电流比值法。它可以满足接地故障选线的可靠性和灵敏度的要求。零序电流比值法具有以下主要特点：（1）在中性点不接地系统中，非故障线路之间的零序电流比值是一个正数，故障线路和非故障线路之间的零序电流比值是一个负数，若比值大于1则故障线路在分子，若比值的绝对值小于1则故障线路在分子；（2）中性点经消弧线圈接地的系统中，非故障线路之间的比值和中性点不接地时候一致，故障线路和非故障线路之间的比值和消弧线圈的接入容量有关。若故障线路在分母则消弧线圈接入容量越大则，两线路的比值越小，若故障线路在分子，则消弧线圈接入的容量越大，比值越大；

参考文献：

[1] 肖白，束洪春，高峰，等，小电流接地系统单相故障选线方法综述[J].继电器，2001，29（4）：16-20.

[2] 牟龙华.零序电流有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术，1999，23（9）：60-62.

[3] 曾祥君，尹项根，于水源.等.基于注入变频信号法的经消弧线圈接地系统控制与保护新方法[J].中国电机工程学报，2000，20（1）：29-32.

篇8：零序电流

关键词：变压器,套管,零序电流保护,端子箱,自产

0 引言

目前,我国高压电网运行的220 k V主变压器均配置零序过流保护和间隙过流保护[1]。其中,零序过流有两段,第Ⅰ段带方向(简称零序方向电流保护),电流取自变压器开关电流互感器(以下简称开关CT)自产3I0;第Ⅱ段不带方向(以下简称零序电流保护),电流取自中性点套管电流互感器(以下简称中性点CT)。间隙过流保护取自中性点间隙电流互感器。取自中性点套管CT和取自中性点间隙电流互感器的接线先接到主变端子箱,然后由主变端子箱引到主变保护装置。当这两个CT回路接线错误时,例如在端子箱内接线交叉,当外部线路故障时,因为110 k V线路零序过流保护Ⅱ段动作时间较长,间隙过流保护整定动作时间较短(一般整定0.5 s),就可能造成间隙过流误动跳闸。

2009年6月,某220 k V变电站的1条110 k V线路零序Ⅱ段保护范围内发生接地故障时,该站#1主变间隙过流动作跳闸。事故后检查,正是两组CT在主变端子箱内接线交叉,即把主变220 k V侧零序电流错误引到保护装置中性点间隙过流的端子上,主变220 k V侧零序电流2.896 A大于中性点间隙过流保护电流定值2.5 A,经0.5 s定值延时,在110 k V故障线路保护动作出口前抢先动作(该线路零序Ⅱ段保护动作时间为0.6 s),跳主变三侧开关。

1 事故后的思考

本次事故的直接原因是施工人员把取自中性点套管CT和取自中性点间隙电流互感器的引线在主变端子箱接错。但是,这两组CT正常运行时均没有电流,无法用带负荷检查的方法检查电流回路接线的正确性,也是接线错误不能被及时发现的一个原因。

目前解决此类问题的方法是加强人员责任心,认真核查接线的正确性。效果显然不能令人满意。能否采取一个技术手段解决次问题呢?思考后,认为用本侧开关(或套管)CT的自产零序电流,代替中性点CT零序电流,可以彻底避免此类事故。

用本侧开关CT的自产零序电流,代替中性点CT的零序电流,要考虑三个方面的问题:外部故障时灵敏度是否相同;内部故障时,中性点CT零序电流保护的作用;开关CT断线问题。

2 分析

2.1 外部故障分析

由图1,根据基尔霍夫电流定律,流进变压器中性点N点的电流总等于流出N点的电流,即当变压器发生外部接地故障时,开关CT的自产3I0=IA+IB+IC总是等于变压器中性点CT流过的电流3IT0,即外部故障时灵敏度相同。

2.2 内部故障分析

假设变压器空载运行时高压套管出口发生A相接地故障,见图2。已知系统的正序、负序和零序电抗分别为XS1,XS2和XS0,且XS1=XS2;变压器的正序、负序和零序电抗分别为XT1,XT2和XT0。其等值序网连接图见图3[2]。

其中:Kf0为零序分支系数;IT0=IK0-IS0=IK0-Kf0IK0=(1-Kf0)IK0=(1-Kf0)IKA/3。

以RCS-978变压器保护为例,变压器A相差动电流ICD=IKA-IK0=2IKA/3。

变压器差动保护定值要保证在最小方式下差动保护区内变压器引线上两相金属性短路有灵敏度[3],一般整定为0.4倍的变压器额定电流,即0.4In。差动保护灵敏度KCDLM为

变压器中性点电流3IT0=(1-Kf0)IKA,定值与相邻线路零序最后一段相配合,一般整定330 A。变压器中性点电流保护灵敏度KT0LM为

式(1)除以式(2),化简得:

由式(3)可见,当变压器额定电流In≤550 A时,无论XS0、XT0取任何值,始终满足KCDLM/KT0LM≥1,即差动保护比中性点零序电流保护更灵敏。

对于河南电网220 k V系统中最大容量的240MVA的变压器,变压器额定电流In=630 A,此时令式(3)KCDLM/KT0LM=1,解得XS0=6.87XT0,即只要XS0≤6.87XT0,则有KCDLM/KT0LM≥1。

表1和表2分别给出了河南电网220 k V系统常用变压器容量与KCDLM/KT0LM的关系及目前运行的240 MVA变压器的零序电抗和系统零序电抗。

从表2可见,所有系统零序电抗(标幺值)均小于6.87倍的变压器零序电抗(标幺值),即满足KCDLM/KT0LM>1。

可以证明,变压器重载或中、低压侧带电源时,式(1)、式(2)和式(3)仍然成立。

结论:内故故障时,差动保护完全可以取代中性点零序电流保护的功能。

2.3 CT断线分析

选用本侧开关CT的自产零序电流替代中性点CT的零序电流要考虑开关CT断线问题。

CT断线后,保护装置根据用户定值,选择立即闭锁或不闭锁差动保护,同时,延时10 s报该侧CT异常告警信号。

据文献[1],除母线保护外,其他保护装置检测出CT断线后,允许保护动作跳闸。其思想是CT断线会产生高电压(如果负荷电流很大),危及人身和设备安全。如果用户选择允许跳闸,则目前的保护装置不需要任何改动,即可直接用本侧开关CT的自产零序电流代替中性点CT的零序电流。

目前,河南电网均选择CT断线后立即闭锁差动保护,其思想是基于目前的变压器均配置两套主备一体化的微机变压器保护,即双重化配置。一套保护使用一个二次绕组,不考虑两个二次绕组同时断线。当一个二次绕组断线时,立即闭锁本套差动保护(另一套保护仍在正常运行),同时告警,让值班人员根据当时负荷情况,选择减负荷处理或断开断路器处理。此种情况下,如果CT断线要闭锁零序保护,需要保护装置厂家修改软件,这是很容易做到的事情。

3 后备保护配置的意义和目的

通常意义上的后备保护是主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护。对后备保护的两点基本要求是:1)硬件——主保护硬件损坏时,后备保护能保持正常工作;2)软件——主保护原理上存在缺陷或灵敏度不足。

对于过去老一代的变压器保护,通常只配置一整套变压器保护。差动保护使用一个二次绕组,后备保护使用另一个二次绕组,差动保护和后备保护在硬件上相互独立。变压器主保护和后备保护取用不同的CT是必须的。

对目前广泛应用的主备一体化的微机变压器保护,后备保护显然不能满足上述两点基本要求。目前的保护装置,在保护原理上,主保护灵敏度高于后备保护;在硬件结构上,差动保护、后备保护共同使用一个二次绕组提供电流,共同使用一个微机芯片进行运算,一损俱损。显然,后备保护不能作主保护的后备;因此,变压器的后备保护实质是外部故障的后备保护。变压器内部故障由双重化配置的主保护或本体保护切除故障。故障线路的主保护拒动应由故障线路的后备保护切除故障,只有当相邻母线保护或故障线路的后备拒动,才由变压器后备保护切除故障。

4 结语

用本侧开关CT的自产零序电流代替中性点CT的零序电流,在变压器外部故障时,灵敏度不变;在变压器内部故障时,差动保护可以完全取代中性点零序电流保护的功能;变压器的后备保护实质上是外部故障的后备保护。因此,对于允许CT断线跳闸的用户,可以直接用本侧开关CT的自产零序电流代替中性点套管CT的零序电流;对于不允许CT断线跳闸的用户,只需要保护装置厂家对保护软件稍加修改即可。如此,彻底杜绝了中性点套管CT接线错误造成的事故。

参考文献

[1]GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].GB/T14285-2006 technical code for relaying protectionand security automatic equipment[S].

[2]崔家佩,孟庆炎,等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京:水利电力出版社,1993.CUI Jia-pei,MENG Qing-yan,et al.Setting of powersystem relay protection and security stability device[M].Beijing:Hydraulic and Electric Power Press,1993.

篇9：零序电流

在传统的10kV配电线路中，以架空线路、单电源、辐射形电网为主，电容电流较小，采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式在技术上已能够满足当时供电可靠性的要求。当发生单相短路时，供电线路能继续运行2个小时，提高了供电的可靠性。随着城市的发展，10多年来各地电网加速进行城网改造，大部分配网将逐步以电缆线路取代架空线路，电网结构也将由单电源、辐射形供电发展为多电源环形供电，并逐步实现配网自动化，以提高供电可靠性。随着城市配网结构的变化，中性点不接地或经消弧线圈接地的方式在某些方面已不能满足电网运行的要求，东莞电网从20世纪90年代就开始部分采用小电阻接地。

1 小电阻接地下的零序保护原理

小电阻接地方式及其零序电流可以简要的用等效网络示意如下。小电阻接地方式的接地电阻为RN，当发生单相接地故障时的零序网络图与向量图如图1所示。

图1 小电阻接地零序网络及向量图

故障线路始端所反映的零序电流3I0f,比中性点不接地系统增加了1个有功电流分量-IRN,其方向与零序电压相反,使3I0f滞后U0的角度大于90°。因此中性点经小电阻接地后,对单相故障而言,故障电流增大,并有零序电流产生,因而保护配置可增加零序保护并作用于跳闸。

2 小电阻接地系统的现场应用

2.1 小电阻接地系统的继电保护概述

图1所示为中性点经电阻接地系统的零序等效网络及向量图。从图中可以看出，当电网发生单相接地故障时，由于人为地增加了一个与电网接地电容电流相位相差90度的有功电流，流过故障点的接地电流就等于电容电流和有功电流的向量和。应该说，根据零序电流或电阻性电流的大小和方向也是很容易区分故障支路和非故障支路的。由于單相接地时故障电流大，必须切除故障线路，故其保护配置可为：限时(瞬时)电流速断保护、低电压闭锁过流保护和两段式零序保护，所有保护均作用于跳闸。对于架空输电线路，应配置一二次(或多次)自动重合闸，使得瞬时性故障后可尽快恢复供电。同时在永久性故障时，加速继电保护动作于跳闸。对于电缆输电线路，考虑到它的故障必是永久性故障(或永久性故障所占故障比例很大)，故不必设置自动重合闸。另外，为保证可靠地切除故障线路，保护一次设备的安全，考虑到故障线路的保护或开关存在拒动的可能，所以应在中性点接地电阻回路中加装TA，接入零序后备保护或称接地电阻零序保护，加适当延时后，作用于跳开变压器低压侧开关。

2.2零序保护实际应用

2.2.1 零序电流保护的配置和整定

单电源小电阻接地保护可以采用比较简单的零序电流保护。零序功率方向保护可以利用故障线路和非故障线路零序功率方向不同的特点来实现有选择性的保护，这种方式适用于零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络中，但是零序TA极性一般不好确定，现场曾经出现过越级的动作行为。

⑴ 馈线保护

一般建议出线接地保护配置为零序限时速断保护和零序过流保护。其整定原则如下：

1) 限时速断按躲开被保护线路末端发生单相或两相接地短路故障时出现的最大零序电流3I max来整定。

2) 零序过流作为本线及相邻线路的后备保护，其动作电流按躲开线路最大负荷时，在零序电流过滤器中产生的最大不平衡电流I max来整定，灵敏度按末端接地时的最小零序电流来校验，对本线而言，灵敏度不小于2，其动作时间应与零序速断保护的动作时限及相邻线零序保护动作时间相配合。

⑵ 接地变保护

对于接地电阻零序电流保护的动作值，按躲开最大不平衡负荷时，流过接地电阻的电流来整定，其动作时间应与其所带馈线最长的零序过流时间相配合。在取以上动作电流时，均认为由于TA匝数及变比误差所产生的不平衡电流小于由于负荷等其它原因所引起的不平衡电流，否则应取二者中较大者作为稳定数据。电容器的零序保护的配置和整定可参考馈线。对于小电阻接地系统，单相接地时，过渡电阻可能比较大，故障电流发生变化，使保护元件的灵敏度降低，建议增加灵敏接地报警功能。

2.2.2 零序CT安装工艺要点

根据继电保护技术规程要求，经过小电阻接地的变电站的10kV出线需要装设一段或两段零序电流保护。对于大部分只有两相电流互感器的出线，零序电流保护的零序电流采集是通过在一次电缆上套个零序电流互感器来产生零序电流的，在施工过程中，安装工艺不到位，导致接法不正确时，会造成保护拒动，引起上一级保护越级动作。

图2电缆屏蔽线的正确穿法

正确的接法是，如果电缆的屏蔽线已经通过了零序电流互感器一次时，需要人为的把屏蔽电缆再次穿回零序电流互感器一次，再接地，如图2所示。如果一次电缆屏蔽线没有穿过零序电流互感器，就不需要再穿回了。在很多变电站的真实现场，我们还发现有一次电缆刚好在零序电流互感器中间那个位置和其它相分开的情况，也应该采用同样的方法，穿进去多少，得穿回来多少，一个目的，就是让零序电流互感器只感应故障相电流，让屏蔽线的电流互相抵消，如图2那样穿。在改造中我们还发现有双层屏蔽电缆的线路，该线路一层屏蔽是包围三相，一层屏蔽是包围单相的，对这种电缆屏蔽线穿人零序电流互感器的方法也一样，穿进去多少，得穿回来多少，双层都穿回，这样接主要是让屏蔽线的电流互相抵消，零序电流互感器只感应故障相电流，保证其准确性。

2.2.3 零序保护的现场配合案例

一般地方电网的零序保护配置案例，一般采用如下：当10kV馈线发生单相接地故障时,应由馈线的零序保护以时间t1跳开馈线断路器来切除故障,如馈线断路器拒动或10kV母线发生故障,应该由接地变压器零序保护以时间t2跳开接地变压器断路器以切除接地点,使系统变为不接地系统,以免大电流损坏电缆。若接地变压器断路器再拒动,则应由接地变压器零序保护时间t3跳开分段断路器,使故障影响范围缩小后,再以时间t4跳开有故障馈线的主变低压侧开关。

考虑到零序CT实际运行中精度不高的现实问题，以及馈线开关拒动概率偏小性，笔者建议采用将10kV馈线出线接地保护配置为只保留零序限时速断保护的一段式保护，以时间t1跳开馈线断路器来切除故障，当小概率事件“馈线开关拒动”发生且零序故障电流还在时，基本可判断故障为永久性，由接地变压器零序保护以时间t2跳开跳开分段断路器,使故障影响范围缩小后，再以t3跳开有故障馈线的主变低压侧开关，彻底隔离故障点。这样做的好处时，克服零序CT精度不高导致多级配合时电流、时间难以分隔清楚的缺点，极大简化动作级数，提升正确率，以小概率的可靠性牺牲换取系统的安全。

图3 零序保护配合图

如图3所示,若1号、2号主变并列运行,并采用10kV 1M的接地变压器D01。如在Ⅰ段母线的馈线发生故障,馈线断路器拒动,则需要接地变压器D01零序保护时间t2跳开分段521,Ⅱ段母线继续正常运行,Ⅰ段母线由于故障和接地变压器D01接地点还存在,故接地变压器D01零序保护时间t3跳开1号主变低压侧501断路器以隔离故障点。如在Ⅱ段母线的馈线发生故障,馈线断路器拒动,则跳开521以及#1主变变低开关后，Ⅱ母线需要等故障发展为相间故障后,2号主变低压侧后备保护动作跳开2号主变低压侧502断路器以隔离故障点。由上述分析可知,t1

3 小电阻接地方式的应用难点

尽管近年来小电阻接地方式逐渐在适应城市电网方面发挥越来越重要的作用，但由于长期以来在此领域理论与实践上的缺失，特别是对零序CT性能深入定性的不足，导致了现场应用中尚有难以解决的问题：

⑴ 小电阻接地方式零序保护定值，由于零序CT现场表现的不稳定性或某些隐含的系统原因，偶有导致馈线、接地变在零序电流保护上配合的失调问题，伴随着误动或拒动的现象。

⑵ 发生过多起架空线与电缆混合的小电阻接地配网中，有架空线断裂接地后零序保护拒动的问题，分析原因判定为断线在不同地面以及同一地面接地后由于通流舞动问题造成瞬间接地电阻不定造成保护难以判别。针对此种情况，目前尚没有对此特性有定性的分析理论支持。

⑶ 地方局配网为更好监视零序电流动作波形进而提高分析依据而装设的录波装置，会发生导致零序CT二次回路过长引发二次负载增大降低零序CT精度的矛盾，其中的取值折中点难以定量。

⑷ 从现场经验的积累可以得知，开关相过流保护CT注重出口短路大电流下的饱和问题，而零序CT则注重线性部分的精度问题，但以上具体的参数依据目前也难以查找。

4 结束语

本文重点论述了其现场的具体应用，详细的从小电阻接地的继电保护概述、零序保护的现场配置以及零序CT工艺要求出发，结合地方电网的实际案例得出了经小电阻接地方式下10kV系统保护的合理应用方式，有效的规避了零序电流精度不高的缺点，最后指出了目前在小电阻零序保护方面尚待深入研究的应用难题，为现场工作者在零序保护方面的实际运用提供了改进参考的方向。

参考文献

[1] 张芬. 小电阻接地系统的继电保护[J]. 云南电力技术, Vol. 38, No. 3, June. 201: 61-63

[2] 刘康军, 彭业. 小电阻接地方式在深圳电网的应用[J]. 大众用电, No. 10, 2008: 25-26

[3] 王其军. 零序电流互感器的优化设计[J]. 中低压电器, No. 5, 2002: 43-44

[4] 吴玉龙, 杨惠林, 霍忠峰. 小电阻改造中一次电缆屏蔽线和电流互感器安装时注意的问题[J]. 天津电力技术, No. 3, 2008: 24-25