零序电流及方向保护课件.pptx

1、1 1/57/57 主要针对中性点直接接地系统主要针对中性点直接接地系统(大电流接地大电流接地)特征和差异特征和差异：1 1）电力系统正常运行时，三相对称，没有负）电力系统正常运行时，三相对称，没有负 序和零序分量。序和零序分量。2 2）不对称故障不对称故障时，会产生负序或零序分量。时，会产生负序或零序分量。其中，零序分量总是伴随着其中，零序分量总是伴随着不对称接地不对称接地故故 障的发生而产生，据此，可构成反映不对障的发生而产生，据此，可构成反映不对 称接地故障的称接地故障的零序电流保护（差异）零序电流保护（差异）。2 2/57/57KU2.3.1 2.3.1 零序分量的分布零序分量的分布K

2、UKU0KU故障附加网络故障附加网络0003 3/57/57由故障附加网络由故障附加网络(短路点是故障分量的短路点是故障分量的“源源”),),分解出零序分量之后分解出零序分量之后,零序电压的分布如下：零序电压的分布如下：MU0NU0KU0KU00MINI00MZNZ0NNNIZU000 NU0分解分解由由0KKUU0零序分量正方向规定：零序电压：零序电压：线路大地线路大地 ；零序电流：零序电流：母线线路母线线路4 4/57/57零序分量的特点：零序分量的特点：1 1）电压：短路点）电压：短路点零序电压零序电压最高，接地点为最高，接地点为0 0。2 2）电流：）电流：零序电流零序电流由短路点经过

3、所有的变压由短路点经过所有的变压 器接地点形成回路。器接地点形成回路。3 3）功率：）功率：零序功率零序功率方向：线路母线。方向：线路母线。4 4）变化：线路、中性点不变，零序网不变；）变化：线路、中性点不变，零序网不变；正负序阻抗变化间接影响零序。正负序阻抗变化间接影响零序。5 5）阻抗：零序电压与电流的相位关系（即）阻抗：零序电压与电流的相位关系（即 零序功率方向）如下图：零序功率方向）如下图：5 5/57/57 内部接地时，零序功率方向：内部接地时，零序功率方向：MU0NU0KU0KU00MINI00MZNZ0NU0NNNIZU000 关系如右图关系如右图侧零序相位侧零序相位NNU0NI

4、00 的角度的角度为为NZ00 6 6/57/57 1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时MU0MI0NU0NI0MU0MI0NU0NI00 0 7 7/57/572.3.2 2.3.2 零序分量的获取零序分量的获取CBAFFFF 03依据：依据：AUaU03U0U,计算或连接计算或连接微机保护内直接利用程序实现加法器微机保护内直接利用程序实现加法器零序电压过滤器零序电压过滤器 8 8/57/57 二次回路还可以采用下面的方法来获取零二次回路还可以采用下面的方法来获取零序电压：序电压：0UaUcUbUCC9 9/57/57零序电流分量的获取方法：零序电流分量的获

5、取方法：03I03I 零序电流过滤器零序电流过滤器 零序电流互感器零序电流互感器(电缆线路电缆线路)优点：无不平衡电流，接线简单优点：无不平衡电流，接线简单接于相间保护TA中性线1010/57/57零序电流滤过器的不平衡输出零序电流滤过器的不平衡输出2I IInITA 1211I ILZ2Z1Z Z单相二次、一次单相二次、一次I I关系关系:cbaTAcbaTAcbaIIInIIInIIII 1130三相二次、一次三相二次、一次I I关系关系:unbI1111/57/57 TA TA的误差曲线：的误差曲线：2I二次侧二次侧1I一次侧一次侧理想曲线理想曲线 实际曲线实际曲线(饱和曲线饱和曲线)1

6、0%误差误差1.maxI1212/57/57Z ZL L 越小越小不平衡输出越小。不平衡输出越小。因此，希望：负载因此，希望：负载Z ZL L 越小越好。越小越好。继电保护要求：继电保护要求：将将TATA的误差限定在的误差限定在10%10%以内。以内。这是设计、选择这是设计、选择TATA的依据之一。的依据之一。1313/57/57 减小减小TATA误差的主要方法：误差的主要方法：1 1）减小）减小TATA的负载的负载Z ZL L；2 2）增大变比（限定一次电流的最大值）；）增大变比（限定一次电流的最大值）；3 3）选择不易饱和的）选择不易饱和的TA(TA(体积大、投资增加体积大、投资增加);)

7、;4 4）增大电流二次电缆的线径。）增大电流二次电缆的线径。等等等等1414/57/57一、零序电流一、零序电流段保护段保护 1 1）躲开线路末端的最大零序电流。）躲开线路末端的最大零序电流。2 2）躲开断路器三相不同时合闸的）躲开断路器三相不同时合闸的 。如果会误动，靠延时如果会误动，靠延时 100ms 100ms 躲开。躲开。3 3）躲开非全相运行的负荷电流。）躲开非全相运行的负荷电流。如果会误动，一般退出运行。如果会误动，一般退出运行。2.3.3 2.3.3 零序电流保护的整定零序电流保护的整定 原则、方法与单电源的电流保护相类似。原则、方法与单电源的电流保护相类似。0.unbI1515

8、/57/57（1 1）按照）按照“躲开线路末端的最大零序电流躲开线路末端的最大零序电流”零序电流零序电流段保护的整定方法：段保护的整定方法：max.IrelIset0.IKI03 流。流。线路末端的最大零序电线路末端的最大零序电；可靠系数，取可靠系数，取其中，其中，max.IrelI1.31.2K03 注：经过分解或合成后，零序、负序分量注：经过分解或合成后，零序、负序分量 通常以通常以3 3倍的形式出现。倍的形式出现。1616/57/57 其中，躲开线路末端的最大零序电流应当其中，躲开线路末端的最大零序电流应当考虑：单相和两相接地。考虑：单相和两相接地。01002102ZZEZZZEI0K（

9、1 1）单相接地的零序电流）单相接地的零序电流 0KI 0Z 2Z 1Z 21ZZ工程中，取工程中，取1717/57/57 0102ZZEI0K整理得：整理得：（2 2）两相接地的零序电流）两相接地的零序电流 0KI 0Z 2Z 1ZK0KIZZZI1022 0210Z/ZZEI1K1818/57/57 0101102ZZEI),(K 取单相、两相接地的最大短路电流：取单相、两相接地的最大短路电流：时，计算时，计算）（01ZZb时，计算时，计算）（01ZZa 010102ZZEI)(K1919/57/57注意：注意：上式求出的是短路点的零序电流，上式求出的是短路点的零序电流，应当换算为保护安装

10、处的零序电流。应当换算为保护安装处的零序电流。KI0MZ0NZ0保护安装处的零序电流保护安装处的零序电流 为：为：MI0MI0KNMNMIZZZI00000 KMIC00 2020/57/57其中，其中，max.Kmax.Mrelmax.relIset.ICKIKI0000 侧零序电流分配系数。侧零序电流分配系数。MZZZCNMNM0000 01001000022ZZE,ZZEmaxI2ZZ1max.KMN）为最小；为最小；为最大，为最大，）整定时，取：整定时，取：2121/57/57 校验最小保护范围时，取值与上述计算正校验最小保护范围时，取值与上述计算正好相反！好相反！即：整定时，若按单相

11、短路计算，那么，即：整定时，若按单相短路计算，那么，校验时，就要采用两相接地考虑。反之亦然。校验时，就要采用两相接地考虑。反之亦然。010010022ZZE,ZZEmaxImax.K由于由于 所以，正序阻抗（对应系统运行方式）的所以，正序阻抗（对应系统运行方式）的影响是间接的。影响是间接的。2222/57/57 （2 2）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大）躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大 零序电流零序电流 3 I0.unb (不同期合闸不同期合闸断线故障断线故障)0.3setrelunbIKI 零序零序段整定值段整定值 应选取以上两者中的应选取以上两者中的较大值较大值；如果按照

12、原则（如果按照原则（2 2）确定的整定值较大，使得保）确定的整定值较大，使得保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使零序段段带有小的延时带有小的延时（0.1s0.1s），以躲开三相不同期合闸的），以躲开三相不同期合闸的时间。时间。(利用延时不再考虑条件（利用延时不再考虑条件（2 2）)（1 1）按照）按照“躲开线路末端的最大零序电流躲开线路末端的最大零序电流”2323/57/57 （3 3）当线路采用单相自动重合闸时，还应躲过）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所

13、出现的最大零序电流 按照原则（按照原则（3 3）整定，其定值较高，正常情况下）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（全相运行）发生接地短路时，零序段保护灵敏段保护灵敏性不足，通常设置两个零序性不足，通常设置两个零序段保护。段保护。灵敏灵敏段段：按照原则（：按照原则（1 1）（）（2 2）整定，）整定，针对全相针对全相运行运行状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。状态下的接地短路起保护作用，非全相运行时退出。不灵敏不灵敏段段：按照原则（：按照原则（3 3）整定，）整定，针对非全相针对非全相运行运行状态下的接地短路起保护作用，全相运行也起到一定状态下的接地短路起保护

14、作用，全相运行也起到一定的保护作用。的保护作用。2424/57/57全相运行：全相运行：灵敏灵敏段段 1.1.按照最大零序短路电流整定按照最大零序短路电流整定(t=0)(t=0)。单相接地单相接地 vs.vs.两相接地两相接地 2.2.按照非同期合闸零序电流整定按照非同期合闸零序电流整定(t=0.1s)(t=0.1s)。两相断线两相断线 vs.vs.单相断线单相断线非全相运行非全相运行:不灵敏不灵敏段段：闭锁灵敏闭锁灵敏I I段，段，按非全相运行下发生振荡时的最大零序电流整定按非全相运行下发生振荡时的最大零序电流整定零序电流零序电流I I段归纳：段归纳：2525/57/57 如：一个变电站有如

15、：一个变电站有2 2台变压器，那么台变压器，那么,平常平常只允许一台接地，另一台不接地。当接地的只允许一台接地，另一台不接地。当接地的变压器检修变压器检修(退出运行退出运行)时，才将不接地的变时，才将不接地的变压器改为接地。压器改为接地。尽量满足上述的要求。尽量满足上述的要求。这是继电保护对一次系统提出的要求。这是继电保护对一次系统提出的要求。为了让零序电流的保护范围比较稳定，通为了让零序电流的保护范围比较稳定，通常要求：常要求：每个变电站的接地阻抗尽可能变化每个变电站的接地阻抗尽可能变化小。小。2626/57/57二、零序电流二、零序电流段保护段保护 与下一级线路的零序与下一级线路的零序段段

16、电流定值进行电流定值进行配合（电流、时间两方面的配合）。保护范配合（电流、时间两方面的配合）。保护范围不超过下级线路零序围不超过下级线路零序段保护范围的末端段保护范围的末端 注意：电流的分流关系（分支系数）！注意：电流的分流关系（分支系数）！当相邻两个保护之间的变电站母线上接有中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。零序电流分布的影响。2727/57/57MI0mI0MPMPmIZZZI00000 MZ0PZ0MbIK100 2828/57/57得到零序得到零序段段电流定值计算公式：电流定值计算公式

17、：I.setbIIrelII.setIKKI201 为了保证保护为了保证保护1 1的第的第段不误动段不误动,从公式和从公式和电流保护的概念可以得出：整定值必须取最电流保护的概念可以得出：整定值必须取最大大对应的对应的分支系数取最小分支系数取最小(分流最大分流最大)，保证不误动。保证不误动。MbmIKI0001 由由2929/57/575110.IIKII.set.IIsen 末端最小末端最小 校验零序校验零序段时，考虑线路末端短路的最段时，考虑线路末端短路的最小零序小零序电流，故没有分支系数的影响。电流，故没有分支系数的影响。mI03030/57/57灵敏性校验灵敏性校验：若灵敏系数不满足若灵

18、敏系数不满足:（1 1）与相邻线路零序）与相邻线路零序段配合；段配合；（2 2）采用两个灵敏性不同的零序）采用两个灵敏性不同的零序段保护，段保护，保留原有保留原有0.5s0.5s段，再增加一个与相邻段，再增加一个与相邻线路零序线路零序段相配合的段相配合的段保护；段保护；(灵敏度低灵敏度低/快，灵敏度高快，灵敏度高/慢慢)（3 3）改用接地距离保护。）改用接地距离保护。5110.IIKII.set.IIsen 末端最小末端最小3131/57/57 (1)(1)躲过下一级线路出口相间短路所产生躲过下一级线路出口相间短路所产生的最大不平衡电流。的最大不平衡电流。三、零序电流三、零序电流段保护段保护c

19、baTAunbIIIsetIIInII 1 工程中，通常取一次的零序电流为工程中，通常取一次的零序电流为300300800A800A，再换算成二次值，作为，再换算成二次值，作为段定值段定值。（单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。（单相高阻接地故障时，灵敏度最高）。3232/57/57（2 2）逐级配合）逐级配合:本保护零序本保护零序段的保护范段的保护范围，不能超出相邻线路零序围，不能超出相邻线路零序段的保护段的保护范围。整定计算中，当相邻两个范围。整定计算中，当相邻两个 保护之保护之间有分支电路时，同样要考虑分支系数。间有分支电路时，同样要考虑分支系数。2.0 1.setbrelsetIKKI3

20、333/57/57 与电流保护相同，还需要验证近后备、远与电流保护相同，还需要验证近后备、远后备的灵敏度。后备的灵敏度。在在段灵敏度满足要求后，由于通常存在段灵敏度满足要求后，由于通常存在“段电流定值段电流定值段电流定值段电流定值”，所以，所以，零序零序段的近后备容易满足。段的近后备容易满足。还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时还应当验算：远后备的灵敏度。并进行时间的制定。间的制定。(3)灵敏性校验灵敏性校验：3434/57/57零序零序段延时与保护范围的示意图段延时与保护范围的示意图(4)(4)动作时限动作时限：阶梯型配合阶梯型配合(选择性选择性)3535/57/57各处零序各处零序段保护均

21、正确动作的延时示意图段保护均正确动作的延时示意图相间过流相间过流零序过流零序过流3636/57/57 在在110kV110kV及以上系统中，导线对树木、竹及以上系统中，导线对树木、竹子等放电时，接地电阻（称为过渡电阻）可子等放电时，接地电阻（称为过渡电阻）可能达到能达到100100300300，此时，主要靠零序三，此时，主要靠零序三段切除短路。段切除短路。国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面考虑：考虑：110kV110kV7575 220kV 220kV100100 500kV 500kV300300kA1IK 实质是反映：实质是反映：3737/57/572

22、.3.6 2.3.6 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 通常为多个变压器中性点接地通常为多个变压器中性点接地类似于类似于“多电源多电源”点。零序电流保护有可能发生点。零序电流保护有可能发生误动，因此，需要方向元件。误动，因此，需要方向元件。回顾一下零序方向特征：回顾一下零序方向特征：3838/57/57 分析上图，并归纳后，可以知道：分析上图，并归纳后，可以知道：1 1）内部接地时）内部接地时 2 2）N N侧外部接地时侧外部接地时 MU0MI0NU0NI0MU0MI0NU0NI00 0 3939/57/57 设计：设计：零序电流超前零序电压的角度为零序电流超前零序电压的角度为 时，最灵敏

23、。时，最灵敏。0K180 110951800K00 IUarg 即即K0 K0 03U03U03I03I4040/57/57 出口发生接地短路时，零序电压最大，所出口发生接地短路时，零序电压最大，所以，没有出口死区的问题。以，没有出口死区的问题。接线方式简单：接线方式简单：继电保护规程继电保护规程确定：确定：110kV110kV及以上系统及以上系统中，采用自产零序电压。中，采用自产零序电压。）（一般为（一般为线路的零序阻抗角线路的零序阻抗角00K08570 0033IU和和4141/57/57方向性零序电流保护方向性零序电流保护方向性零序电流保护的方向性零序电流保护的动作条件必须同时满足：动作

24、条件必须同时满足：（1 1）零序电流保护的动作条件；）零序电流保护的动作条件；（2 2）零序功率为正方向，即由线路指向母线。）零序功率为正方向，即由线路指向母线。零序功率方向元件（继电器）的工作原理零序功率方向元件（继电器）的工作原理rrrIUPcos0规定正方向规定正方向：电压：电压：线路线路大地大地 电流：电流：母线母线线路线路 是电压相量超前电流相量的角度所以：P00时表示零序功率为线路 母线P00时表示零序功率为母线 线路。11033arg00IUIUrrr1100U30I3700d4242/57/57零序功率方向元件接入零序电压和零序电流，反应零序功率方向元件接入零序电压和零序电流，

25、反应于零序功率方向而动作，动作方程：于零序功率方向而动作，动作方程：00033cos()0rsenUI正向故障反向故障00rUargI.Id0U0d-Id0.70110110krsen ，零序方向继电器的最大灵敏角。4343/57/57（1 1）保护安装出口处发生接地故障时，零序功率方向元）保护安装出口处发生接地故障时，零序功率方向元件无电压死区；件无电压死区；（2 2）故障点距保护安装点较远时，零序功率方向元件可）故障点距保护安装点较远时，零序功率方向元件可能不动，须校验灵敏性。能不动，须校验灵敏性。4444/57/571 1）零序过电流保护（零序）零序过电流保护（零序段）整定值小，段）整定

26、值小，灵敏性高，动作时限较短灵敏性高，动作时限较短 相间短路过电流保护相间短路过电流保护：按躲过最大负荷电流整定，一般为按躲过最大负荷电流整定，一般为5 57A7A；零序过电流保护：零序过电流保护：按躲过不平衡电流整定，一般为按躲过不平衡电流整定，一般为2 23A3A。灵敏性高，灵敏性高，动作时限短动作时限短相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但零序电流保护与之相比，有其独特优点：但零序电流保护与之相比，有其独特优点：03I2.3.7 2.3.7 对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价4545/57/572 2）零序电流保护受系统运行方式变化影

27、响较小）零序电流保护受系统运行方式变化影响较小 线路零序阻抗比正序阻抗大，线路零序阻抗比正序阻抗大，X X0 02 23.5X3.5X1 1，因此线路，因此线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线变化较陡，始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线变化较陡，零序零序段保护范围大且较稳定，零序段保护范围大且较稳定，零序段的灵敏性也容段的灵敏性也容易满足要求。易满足要求。3 3）零序电流保护不受系统非正常运行状态影响）零序电流保护不受系统非正常运行状态影响 如：系统振荡，过负荷等如：系统振荡，过负荷等4 4）方向性零序电流保护没有电压死区问题）方向性零序电流保护没有电压死区问题 在在110kV1

28、10kV及以上高压和超高压电网中，单相接地故障占及以上高压和超高压电网中，单相接地故障占全部故障的全部故障的70709090，零序电流保护为绝大多数的故，零序电流保护为绝大多数的故障提供了保护，有显著优越性。障提供了保护，有显著优越性。03I4646/57/57简要优点简要优点 1 1）灵敏度高）灵敏度高几乎不受负荷电流影响。几乎不受负荷电流影响。2 2）受运行方式影响较小）受运行方式影响较小间接影响。间接影响。3 3）三相对称时，几乎没有影响。如振荡、）三相对称时，几乎没有影响。如振荡、过负荷等。过负荷等。4 4）出口短路无）出口短路无“死区死区”零序电压最大。零序电压最大。5 5）耐高阻接

29、地的能力强。）耐高阻接地的能力强。6 6）一般情况下，第三段的延时短。）一般情况下，第三段的延时短。4747/57/57零序零序段延时与保护范围的示意图段延时与保护范围的示意图4848/57/57各处零序各处零序段保护均正确动作的延时示意图段保护均正确动作的延时示意图相间过流相间过流零序过流零序过流4949/57/57零序电流保护的不足：零序电流保护的不足：1 1）对于运行方式变化很大或接地点变化很大）对于运行方式变化很大或接地点变化很大 的电网，不能满足系统运行的要求。的电网，不能满足系统运行的要求。2 2）单相重合闸过程中，系统又发生振荡，可）单相重合闸过程中，系统又发生振荡，可 能出现较

30、大零序电流的情况能出现较大零序电流的情况有有影响。影响。3 3）采用自耦合变压器联系两个不同电压等级）采用自耦合变压器联系两个不同电压等级 的电网的电网,任一侧发生接地短路都将在另一任一侧发生接地短路都将在另一 侧产生零序电流侧产生零序电流整定计算复杂化。整定计算复杂化。5050/57/57书本以外的问题：书本以外的问题：1 1、为什么教材中只讨论零序保护，而不讨论、为什么教材中只讨论零序保护，而不讨论 负序电流保护？负序电流保护？零序零序反映接地短路。反映接地短路。负序负序反映不对称短路反映不对称短路(包括接地包括接地)。1 1）零序分量获取简单）零序分量获取简单(任何时刻，信号相加任何时刻

31、，信号相加)。tftftftfFFFFCBACBA 0033即：即：5151/57/572 2）负序分量的获取要复杂一些，同时，在两）负序分量的获取要复杂一些，同时，在两 种状态转变的期间，会出现种状态转变的期间，会出现“不真实不真实”的的负负 序分量。序分量。即：必须用同一种状态的电气量进行分即：必须用同一种状态的电气量进行分 解，才能得到真实的负序分量解，才能得到真实的负序分量(下图下图)。目前，微机保护中已经应用了负序分量目前，微机保护中已经应用了负序分量 构成故障判别的保护功能。构成故障判别的保护功能。5252/57/57负序分量的获取方法：负序分量的获取方法：设设T T为工频周期时，

32、瞬时值的一种获取方法：为工频周期时，瞬时值的一种获取方法：CBA2FaFaFF 23)Tt(f)Tt(f)t(f)t(fCBA23323 BFa222AF2CF2BFCFa25353/57/57 采用下式，或其它方法，都会在采用下式，或其它方法，都会在2 2种状态转种状态转换前后，出现不真实的负序分量。换前后，出现不真实的负序分量。)Tt(f)Tt(f)t(f)t(fCBA23323 5454/57/572 2、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情、三相短路与单相接地短路比较，哪一种情况下短路点的短路电流最大？况下短路点的短路电流最大？；10ZEI)3(K 01010112ZZEIII)(K)

33、(K2)(K1 010101112ZZE3IIII)(K)(K2)(K1)(K3ZZZ3ZZII)1(K)3(K 1010122 10ZZ一般情况下：一般情况下：但不是绝对但不是绝对5555/57/57 对于对于架空输电线、电缆、变压器等静止元架空输电线、电缆、变压器等静止元件件，存在：，存在：msms2ZZZZZZZ201互阻抗。互阻抗。自阻抗；自阻抗；其中，其中，msZZ 输电线有输电线有：01ZZZ2 3 3、正序与负序阻抗的关系、正序与负序阻抗的关系5656/57/57 不相等的正序、负序参数与电网的参数相不相等的正序、负序参数与电网的参数相结合之后，不相等的影响较小，所以，在分结合之后，不相等的影响较小，所以，在分析和计算时，通常取：析和计算时，通常取：。顺便指出，由顺便指出，由故障分析故障分析可以知道：可以知道：对于旋转元件对于旋转元件(如发电机、电动机如发电机、电动机)，各序，各序电电流分别通过时，将引起不同的电磁过程，对流分别通过时，将引起不同的电磁过程，对应应的正序、负序和零序阻抗互不相等。的正序、负序和零序阻抗互不相等。2ZZ 1