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1、第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 和方向性电流保护和方向性电流保护 第三节第三节 中性点直接接地电网中中性点直接接地电网中 接地短路的零序电流及方向保护接地短路的零序电流及方向保护 为进行不对称短路计算为进行不对称短路计算,通常将通常将A A、B B、C C三三相电压和电流都分解为他们的对称分量。相电压和电流都分解为他们的对称分量。故故:运算子运算子1.中性点接地电网特征中性点接地电网特征1)1)正常运行或三相短路时正常运行或三相短路时2)2)由于三相电压和电流是对称的由于三相电压和电流是对称的.故故:UAUBUC.2)2)两相短路时两相短路时,设为设为K K(2)(2)BCBC正常
2、运行及相间短路时正常运行及相间短路时,均没有均没有零序电压和零序电流零序电压和零序电流.故故障点的故故障点的零序电压和零序电压和零序电流为零序电流为:UBUAUC在故障点处在故障点处:.3)3)单相接地短路，设为单相接地短路，设为K K(1)(1)A A(中性点接地系统中性点接地系统)在接地故障点在接地故障点,故障相电压故障相电压:故障相电流故障相电流:故在故障点故在故障点的零序电压的零序电压零序电流为零序电流为:出现零序电压和零序电流是接地故障区别于出现零序电压和零序电流是接地故障区别于正常运行和相间短路故障的正常运行和相间短路故障的基本特征基本特征.4)4)两相接地短路，设为两相接地短路，
3、设为K K(1,1)(1,1)BCBC在故障点在故障点:则则:相间短路只有纵向不对称，接地短路既有横向不对称，也有纵相间短路只有纵向不对称，接地短路既有横向不对称，也有纵向不对称。向不对称。横向不对称发生在系统横向不对称发生在系统某一点与地之间。某一点与地之间。纵向不对称发生在系统纵向不对称发生在系统某两点之间。某两点之间。3.零序网络零序网络n纵上分析，在中性点直接接地的电网纵上分析，在中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统，一般为（又称大接地电流系统，一般为110kV以上电网）中发生接地短路时，将出现以上电网）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，而正常运行以很大的零序电压和电流
4、，而正常运行以及相间短路情况下它们是不存在的，因及相间短路情况下它们是不存在的，因此可利用零序电压、电流来构成接地短此可利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的特点。路的保护，具有显著的特点。T1T2ABC12系统接线系统接线零序电压分布零序电压分布零序等效零序等效网络网络XB1.0ABXd0Xd0XB2.0-在故障点在故障点处，三相处，三相不平衡的不平衡的程度最严程度最严重，零序重，零序电压最高电压最高可以认为可以认为在故障点在故障点处有一个处有一个零序电源零序电源由此产生由此产生零序电流零序电流两相接地短路，设为两相接地短路，设为d(1,1)BC利用对称分量的方法将电流和电压分解
5、为正序、负序和零序分量。利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量。零序电流零序电流可以看成在故障点出现一个可以看成在故障点出现一个零序电源零序电源而产生的，而产生的，经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。忽略电阻时向量图忽略电阻时向量图纯感性负荷电流纯感性负荷电流滞后电压滞后电压9090O O考虑线路中的零序电阻考虑线路中的零序电阻时，零序电压时，零序电压 与零与零序电流之间相位角为：序电流之间
6、相位角为：计及电阻时向量图计及电阻时向量图零序电流零序电流实际流向实际流向在电感中，电流滞后电压在电感中，电流滞后电压9090o o按规定正按规定正方向来看方向来看零序电流零序电流从线路流从线路流向母线向母线4.特点特点零序分量的参数具有如下特点：零序分量的参数具有如下特点：零序电压：零序电压：故障点的零序电压最高，变电所A母线上零序电压为 ，变电所母线上零序电压为变压器中性点接地处的零序电压为。零序电压分布零序电压分布变电所变电所A A母线母线变电所变电所B B母线母线故障点故障点零序电流零序电流零序电流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动，并由大地构成回路。零序电流比正序、负序电流流动范
7、围少。当忽略回路的电阻时，和超前，当计及电阻时，设零序阻抗角，则和超前为。忽略电阻时向量图忽略电阻时向量图纯感性负荷电流纯感性负荷电流滞后电压滞后电压90O计及电阻时向量图计及电阻时向量图考虑线路中的零序电阻考虑线路中的零序电阻时，零序电压时，零序电压 与零序与零序电流之间相位角为：电流之间相位角为：i0=Imsinwt u0=Li0 故故 滞后滞后 而而 超前-阻抗阻抗主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要决定于送电主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的而与电源的数目和位置无关，当
8、变压器数目和位置无关，当变压器中性点不接地时，则因中性点不接地时，则因为零序不构成回路。为零序不构成回路。零序功率零序功率对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由线路序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由线路流向母线。流向母线。但故障点离保护安装处愈远，流过保护安装处但故障点离保护安装处愈远，流过保护安装处的零序电流愈小。的零序电流愈小。保护安装处保护安装处在保护安装处，零序电压与零在保护安装处，零序电压与零序电流之间的相位差取决于变压器的零序阻抗角，而序电流之间的相位差取决于变压器的零序阻抗角，而与被保
9、护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。系统运行方式系统运行方式在电力系统运行方式变化时，只要送电线路在电力系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的，中性点接地抗和零序等效网络就是不变的，中性点接地的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，接地故障点的零序电流越大。接地故障点的零序电流越大。1.1.零序电压过滤器零序电压过滤器在集成电路保护装置内在集成电路保护装置内部合成零序电压部合成零序电压加加法法器器用三个单相式电压互感用三个
10、单相式电压互感器器mnABC.用接于发电机中性点的用接于发电机中性点的电压互感器电压互感器mn.用三相五柱式电压互感器用三相五柱式电压互感器ABCabcmn在微机保护中分为自产在微机保护中分为自产零序和过滤器零序两种零序和过滤器零序两种5.5.零序零序电压过滤器、电压过滤器、零序电流过滤器零序电流过滤器2.2.零序电流过滤器零序电流过滤器TATA等效电路等效电路零序电流过滤器零序电流过滤器.ABC一次电流的一部分消耗在励磁上，一次电流的一部分消耗在励磁上，并没有全部线性传变到二次侧并没有全部线性传变到二次侧将三个同型号同变比的将三个同型号同变比的单相电流互感器二次侧单相电流互感器二次侧同极性端
11、子连接在一起同极性端子连接在一起作为输出，即构成零序作为输出，即构成零序电流过滤器电流过滤器考虑励磁电流考虑励磁电流 的影响后，的影响后，一次电流中的一部分一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上消耗在绕组励磁上称为零序电流过滤器的不平衡电流，当称为零序电流过滤器的不平衡电流，当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流值最大，且包含有非周期分量，故不平电流值最大，且包含有非周期分量，故不平衡电流也最大，以表示。衡电流也最大，以表示。当零序电流为零时当零序电流为零时零序电流过滤器依零序电流过滤器依然有输出然有输出I I0 0LHLH0 0A A B B C C电
12、缆电缆零序电流互感器接线示意图零序电流互感器接线示意图对于采用电缆引出的送电线路，还对于采用电缆引出的送电线路，还广泛地采用了广泛地采用了零序电流互感器零序电流互感器的接的接线以获得线以获得3 3I I0 0，此电流互感器就套此电流互感器就套在电缆的外面，从其铁芯中穿过的在电缆的外面，从其铁芯中穿过的电缆就是其一次绕组，这个互感器电缆就是其一次绕组，这个互感器的一次电流就是的一次电流就是 ，只当，只当一次侧有零序电流时，在互感器的一次侧有零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的二次侧才有相应的3 3I I0 0输出，故称输出，故称它为零序电流互感器。采用零序电它为零序电流互感器。采用零序电流互感
13、器的优点，和零序电流过滤流互感器的优点，和零序电流过滤器相比，主要的是没有不平衡电流，器相比，主要的是没有不平衡电流，同时接线也更简单。同时接线也更简单。穿心式零序电流互感器穿心式零序电流互感器7.零序电流速断（零序零序电流速断（零序段）保护段）保护整定原则：整定原则：1)躲开相邻下一条线路出口处躲开相邻下一条线路出口处单相单相或或两相接地短路两相接地短路时可能出现的最大零序电流，引入可靠系时可能出现的最大零序电流，引入可靠系数数在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行方在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行方式和接地故障类型。式和接地故障类型。即应考虑系统正序阻抗即应考
14、虑系统正序阻抗Z Z1 1为最小，保护为最小，保护安装侧变压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中性安装侧变压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中性点接地数目最小或都不接地的情况。点接地数目最小或都不接地的情况。B1B2ABC12系统接线系统接线零序等效零序等效网络网络XB10ABXd0Xd0XB20=Xd0+XB20Xd0+XB10+Xd0+XB20=Xd0+XB10+Xd0+XB20Xd0+XB10B2B2中性点接地：中性点接地：若母线若母线A A还接还接有中性点接有中性点接地的变压器，地的变压器，则零序阻抗则零序阻抗变小，流过变小，流过A A侧零序电流侧零序电流增大。增大。B2B2
15、中性点不接地：中性点不接地：=0XB10至于是单相接地短路时的至于是单相接地短路时的3I0（1）大，还是两相大，还是两相接地短路时的接地短路时的3I0（1，1）大，大，可比较可比较 和和 ，若，若 ，则，则3I0（1，1）3I0（1）若若 3I0（1，1）。因为在因为在 =的条件下：的条件下：单相接地短路的零序电流为：单相接地短路的零序电流为：3I0（1）=3E2 +两相接地短路的零序电流为：两相接地短路的零序电流为：3I0（1,1）=3E +2=+单单相相接接地地故障点的等效零序电势故障点的等效零序电势故障点的等效正序，负序，零序阻抗故障点的等效正序，负序，零序阻抗2)躲开断路器三相触头不同
16、期合闸时所出现的最大零序电流，引入可靠系数3I0.bt的计算，一相先合与两相断线情况类同，两相先合与一相断线情况类同。若保护装置动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，若保护装置动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，则可不考虑这一条件，若考虑则整定值应选取其中较大者。则可不考虑这一条件，若考虑则整定值应选取其中较大者。3)当线路上采用单相自动重合闸时，要求最小保护范围不少当线路上采用单相自动重合闸时，要求最小保护范围不少于线路全长的于线路全长的15%，按上述（）（）整定的零序，按上述（）（）整定的零序段往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时，段往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统
17、振荡时，所出现的最大零序电流，而若按这一条件整定，则正常情所出现的最大零序电流，而若按这一条件整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥零序挥零序段的作用。段的作用。为了解决这个矛盾，设置两个零序为了解决这个矛盾，设置两个零序段，段，一个按条件或整定（定值小，保护范围大，一个按条件或整定（定值小，保护范围大，称为灵敏称为灵敏段），其主要任务是对全相运行状段），其主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，而当单相自动重态下的接地故障起保护作用，而当单相自动重合闸时，重合期间将自动闭锁，待恢复全相运合闸时，重合期间将自
18、动闭锁，待恢复全相运行时才能重新投入；另一个是按照条件（）行时才能重新投入；另一个是按照条件（）整定（定值大，称为整定（定值大，称为不灵敏不灵敏段段），主要作用），主要作用是在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地是在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏故障时，用以弥补失去灵敏段的缺陷段的缺陷8.零序电流限时速断（零序零序电流限时速断（零序段）保护段）保护2)当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，也将产生助增电流，引入零序电流的分支系数，则零序段的起动电流应整定为：保护范围不超出相邻下一条线路零序保护范围不超出相邻下一条线路零序段的保护范围段的保护范围1)
19、零序段整定其起动电流首先考虑和下一条线路的零序段相配合，并带有一个t的时限，以保证动作的选择性。时限为t2.11.112=D+=kKttt“3)零序段灵敏系数：9.零序过电流（零序零序过电流（零序段）保护段）保护作为接地保护的后备作为接地保护的后备1)在零序过电流保护中，起动电流的整定原则上按在零序过电流保护中，起动电流的整定原则上按照躲开相邻下一条线路出口处相间短路时零序互照躲开相邻下一条线路出口处相间短路时零序互感器出现的最大不平衡电流来整定，引入感器出现的最大不平衡电流来整定，引入可靠系数可靠系数，则，则（）二次侧零序过电流保护动作电流（）二次侧零序过电流保护动作电流二次侧二次侧2)同时
20、要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，本保护零同时要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，本保护零序序段的保护范围不能超出相邻线路零序段的保护范围不能超出相邻线路零序段，当两个保段，当两个保护之间具有分支电路时，起动电流应按如下整定：护之间具有分支电路时，起动电流应按如下整定：可靠系数可靠系数1.11.2：在相邻线路的零序在相邻线路的零序段保护范围末端发生接地短路时，段保护范围末端发生接地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比q评价评价优点：优点：a.a.相间短路的过电流保护是按照大于负荷电流相间短路的过电流保护是按照大于负荷电流
21、I Ifhfh.maxmax来来整定，整定，继电器的起动电流一般大于，而零序过电流保护则继电器的起动电流一般大于，而零序过电流保护则按照按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为，由躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为，由于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流相等，于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流相等，故零序过电流保护的灵敏性高。故零序过电流保护的灵敏性高。b.零序电流保护受系统运行方式变化的影响小，且在线路始零序电流保护受系统运行方式变化的影响小，且在线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，故零序端与末端短路时，零序电流变化显著，故零序段的保护段的保护范围较大，也较稳定。范围
22、较大，也较稳定。c.当系统中发生某些不正常运行状态时（如系统振荡，短时当系统中发生某些不正常运行状态时（如系统振荡，短时过负荷等）零序保护不受影响。过负荷等）零序保护不受影响。d.d.在在110110kVkV及以上的高压或超高压系统中，单相接地故障占全及以上的高压或超高压系统中，单相接地故障占全部故障的部故障的90%90%，而且其它故障也往往是由单相接地引起的，而且其它故障也往往是由单相接地引起的，故采用零序保护具有显著的优越性。故采用零序保护具有显著的优越性。缺点：缺点：a.对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的
23、要求。足系统运行所提出的要求。b.随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸过程中将出现非全随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作。现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作。c.c.当采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的网络时（例当采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的网络时（例如如110110kVkV和和220220kVkV电网）则任一网络的接地短路均将在另一电网）则任一网络的接地短路均将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整
24、定配合复杂化，网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大零序并将增大零序段的动作时限。段的动作时限。在中性点直接接地的电网中，由于零序在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠，故得到广泛应电流保护简单、经济、可靠，故得到广泛应用。用。第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网中中 单相接地故障的保护单相接地故障的保护 中中性性点点不不接接地地、中中性性点点经经消消弧弧线线圈圈接接地地、中中性性点点经经电阻接地等电网，统称为中性点非直接接地电网。电阻接地等电网，统称为中性点非直接接地电网。在在中中性性点点非非直直接接接接地地电电网网（又又称称小小接
25、接地地电电流流系系统统）中中发发生生单单相相接接地地时时，由由于于故故障障点点电电流流很很小小，而而且且三三相相之之间间的的线线电电压压仍仍然然保保持持对对称称，对对负负荷荷的的供供电电没没有有影影响响，因因此此，在在一一般般情情况况下下都都允允许许再再继继续续运运行行1 12 2小小时时。在在此此期期间间，其其他他两两相相的的对对地地电电压压要要升升高高 倍倍，为为了了防防止止故故障障进进一一步步扩扩大大成成两两点点或或多多点点接接地地短短路路，就就应应及及时时发发出出信信号号，以以便便运运行行人人员员查查找找发发生生接接地地的的线线路路，采采取取措措施施予予以以消消除除，这也是采用中性点非
26、直接接地运行的主要优点。这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。因因此此，在在单单相相接接地地时时，一一般般只只要要求求继继电电保保护护能能选选出出发发生生接接地地的的线线路路并并及及时时发发出出信信号号，而而不不必必跳跳闸闸，但但当当单单相相接接地地对对人人身身和和设设备备的的安安全全有有危危险险时时，则则应应动动作作于于跳跳闸闸。能能完完成成这这种种任任务务的的保保护护装装置置有有时时被称作被称作“接地选线装置接地选线装置”。2.4.1 2.4.1 中性点不接地电网单相接地故障的特点中性点不接地电网单相接地故障的特点 A A相接地时的向量图相接地时的向量图AE&BE&CE&0U&dBU-
27、&dCU-&简单网络接线示意图简单网络接线示意图A AB BC CCE&BE&AE&BI&CI&BI&CI&d如图所示的最简单的网络接线，电源和负荷的中性如图所示的最简单的网络接线，电源和负荷的中性点均不接地。点均不接地。在正常运行情况下，三相对地有相同在正常运行情况下，三相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前于相的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前于相电压的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。电压的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。假设假设A A相发生单相接地短路，则相发生单相接地短路，则A A相对地电压为零，相对地电压为零，对地电容被短接，而其他两相的对地电压升
28、高对地电容被短接，而其他两相的对地电压升高 倍，倍，对地电容电流也相应增大对地电容电流也相应增大 倍，相量关系如图所示。倍，相量关系如图所示。CI&BI&dI&AE&BE&CE&BI&0U&kBU-&kCU-&A AB BC CCE&BE&AE&BI&CI&kI&BI&CI&d由由于于线线电电压压仍仍然然三三相相对对称称，三三相相负负荷荷电电流流对对称称，相相对对于于故故障障前前没没有有变变化化，故故可可只只分分析析对对地地关关系系的的变变化化。在在A A相相接接地地以以后后，忽忽略略负负荷荷电电流流和和电电容容电电流流在在线线路路阻阻抗抗上上产产生生的的电电压压降降，各各相相对对地地的电压为
29、的电压为:故障点故障点d d的零序电压为的零序电压为:在非故障相中产生电容电流并流向故障点在非故障相中产生电容电流并流向故障点其有效值为其有效值为 ，式中，式中 为相电压的为相电压的有效值。有效值。因为全系统因为全系统A A相对地的电压均等于零，因而各元件中相对地的电压均等于零，因而各元件中A A相对地的电容电流也等于零，此时，从相对地的电容电流也等于零，此时，从A A相接地点相接地点流回的电流是全系统非故障相电容电流之和流回的电流是全系统非故障相电容电流之和即即:其其有有效效值值为为 ，是是正正常常运运行行时时单相电容电流的三倍。单相电容电流的三倍。单相接地时，用三相系统表示的电容电流分布图
30、单相接地时，用三相系统表示的电容电流分布图A AB BC CCE&BE&AE&IBI&IIBI&线线路路IIII线线路路I IGC0IIC0IC0当当网网络络中中有有发发电电机机和和多多条条线线路路存存在在时时，每每台台发发电电机机和和每每条条线线路路对对地地均均有有电电容容存存在在，设设以以 ，等等集集中中的的电电容容来来表表示示，当当线线路路A A相相接接地地后后，其其电电容容电电流分布在图中用流分布在图中用“”表示。表示。在在非非故故障障的的线线路路上上，A A相相电电流流为为零零，B B相相和和C C相相中中有有本本身身的的电电容容电电流流，因因此此，在在线线路路始始端端所所反反应应的
31、的零序电流为：零序电流为：其有效值为：其有效值为：非非故故障障线线路路中中的的零零序序电电流流为为线线路路本本身身的的电电容容电电流流，电电容容性性无无功功功功率率的的方方向向为为由母线流向线路。由母线流向线路。非故障线路特点：非故障线路特点：在在发发电电机机F F上上，首首先先有有它它本本身身的的B B相相和和C C相相的的对对地地电电容容电电流流 和和 ，但但是是，由由于于它它还还是是产产生生其其它它电电容容电电流流的的电电源源，因因此此，从从A A相相中中要要流流回回从从故故障障点点流流上上来来的的全全部部电电容容电电流流，而而在在B B相相和和C C相相流流出出各各线线路路上上同同名名
32、相相的的对对地地电电容容电电流流，此此时时从从发发电电机机出出线线端端所所反反应应的的零零序序电电流流仍仍应应为为三三相相电电流流之之和和，由由图图可可见见，各各线线路路的的电电容容电电流流由由于于从从A A相相流流入入后后又又分分别别从从B B相相和和C C相相流流出出了了，因因此此，相相加加后后互互相相抵抵消消，而而只只剩剩下下发发电电机机本本身身的的电电容电流，故容电流，故有效值为有效值为 即即零零序序电电流流为为发发电电机机本本身身的的电电容容电电流流，其其电电容容性性无无功功功功率率的的方方向向是是由由母母线线流流向向发发电电机机，这这个个特特点点与与非非故障线路是一样的。故障线路是
33、一样的。现现在在再再来来看看看看发发生生故故障障的的线线路路，在在B B相相和和C C相相上上，与与非非故故障障的的线线路路一一样样流流有有它它本本身身的的电电容容电电流流 和和 ，而而不不同同之之处处是是在在接接地地点点要要流流回回全全系系统统B B相相和和C C相相对对地地电容电流总和，其值为电容电流总和，其值为有效值有效值 式式中中 为为全全系系统统每每相相对对地地电电容容的的总总和和。此此电电流流要要从从A A相流回去，因此，从相流回去，因此，从A A相流出的电流可表示为相流出的电流可表示为这样在线路这样在线路始端所流过的零序电流则为：始端所流过的零序电流则为：其有效值为其有效值为 故
34、障线路的特点：故障线路的特点：故故障障线线路路中中的的零零序序电电流流，其其数数值值等等于于全全系系统统非非故故障障元元件件对对地地电电容容电电流流之之总总和和（但但不不包包括括故故障障线线路路本本身身），其其电电容容性性无无功功功功率率的的方方向向为为由由线线路路流流向向母母线线，恰恰好与非故障线路上的相反。好与非故障线路上的相反。0dU&II0&fI0&III0&0 0（b b）单相接地时的零序等效网络及向量图单相接地时的零序等效网络及向量图（a a）等效网络；（等效网络；（b b）向量图向量图IIIII IfC0IIC0F F0dU&IC0fI0&（a a）II0&II0&fI0&III
35、0&在接地点有一个零序电压，而零序电流的回路是通过各个元件的在接地点有一个零序电压，而零序电流的回路是通过各个元件的对地电容构成，由于送电线路的零序电阻远小于电容电阻，其向对地电容构成，由于送电线路的零序电阻远小于电容电阻，其向量关系如下图（量关系如下图（b b）所示（图中所示（图中I I0 0表示线路表示线路本身的零序电容电本身的零序电容电流），这与直接接地电网是完全不同的。流），这与直接接地电网是完全不同的。III0&-总总结结以以上上分分析析的的结结果果，可可以以得得出出中中性性点点不不接接地地系系统统发发生单相接地后零序分量分布的特点：生单相接地后零序分量分布的特点：1 1）零零序序网
36、网络络由由同同级级电电压压网网络络中中元元件件对对地地的的等等值值电电容容构构成成通通路路，与与中中性性点点直直接接接接地地系系统统由由接接地地的的中中性性点点构构成成通通路路有有极极大大的的不不同同，网络的零序阻抗很大。网络的零序阻抗很大。2 2）在在发发生生单单相相接接地地时时，相相当当于于在在故故障障点点产产生生了了一一个个其其值值与与故故障障相相故故障障前前相相电电压压大大小小相相等等、方方向向相相反反的的零零序序电电压压，从从而而全全系系统统都将出现零序电压。都将出现零序电压。3 3）在在非非故故障障元元件件中中流流过过的的零零序序电电流流，其其数数值值等等于于本本身身的的对对地地电
37、电容电流；电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。容电流；电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。4 4）在在故故障障元元件件中中流流过过的的零零序序电电流流，其其数数值值为为全全系系统统非非故故障障元元件件对对地地电电容容电电流流之之总总和和；电电容容性性无无功功功功率率的的实实际际方方向向为为由由线线路路流流向母线。向母线。2.2.中性点经消弧线圈接地电网中单相接地中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点故障的特点 根根据据以以上上的的分分析析，当当中中性性点点不不接接地地电电网网中中发发生生单单相相接接地地时时，在在接接地地点点要要流流过过全全系系统统的的对对地地电电容容电电流流
38、，如如果果此此电电流流比比较较大大，就就会会在在接接地地点点燃燃起起电电弧弧，引引起起弧弧光光过过电电压压，从从而而使使非非故故障障相相的的对对地地电电压压进进一一步步升升高高，使使绝绝缘缘损损坏坏，形形成成两两点点或或多多点点的的接接地地短短路路，造造成成停停电电事事故故。为为了了解解决决这这个个问问题题，通通常常在在中中性性点点接接入入一一个个电电感感线线圈圈，这这样样当当单单相相接接地地时时，在在接接地地点点就就有有一一个个电电感感分分量量的的电电流流通通过过，此此电电流流和和原原系系统统中中的的电电容容电电流流相相抵抵消消，就就可可以以减减少少流流经经故故障障点点的的电电流流，熄灭电弧
39、，因此，称它为熄灭电弧，因此，称它为消弧线圈消弧线圈。在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，即在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，即应装设消弧线圈：对应装设消弧线圈：对3 36 6kVkV电网电网3030A A；10kV10kV电网电网2020A A；222266kV66kV电网电网1010A A。A AB BC CI IIIIIF F00=I&（a a）用三相系统表示用三相系统表示L LLI&消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布fC0IC0F FIII0&（b b）零序等效网络零序等效网络 消弧线圈接地电网中，单相接地
40、时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布L LLI&IIC0II0&fI0&0dU00=I&用电感电流抵消电容电流用电感电流抵消电容电流1)1)单相接地的稳态特点单相接地的稳态特点当当采采用用消消弧弧线线圈圈以以后后，单单相相接接地地时时的的电电流流分分布布将将发发生生重重大大的的变变化化。假假定定在在上上述述的的网网络络中中，在在电电源源的的中中性性点点接接入入了了消消弧弧线线圈圈，则则当当线线路路IIII上上A A相相接接地地以以后后，电电容容电电流流的的大大小小和和分分布布与与不不接接消消弧弧线线圈圈时时是是一一样样的的，不不同同之之处处是是在在接接地地点点又又增增加加了了一
41、一个个电电感感分分量量的的电电流流 ，因此，从接地点流回的总电流为，因此，从接地点流回的总电流为:式中式中 全系统的对地电容电流全系统的对地电容电流 消弧线圈的电流，设用消弧线圈的电流，设用L L表示它的电感，则表示它的电感，则 由于由于 和和 的相位大约相差的相位大约相差 ，因此，因此，将将因消弧线圈的补偿而减小。因消弧线圈的补偿而减小。A AB BC CI IIIIIF F00=I&消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布（a a）用三相系统表示用三相系统表示L LfC0IC0F FIII0&00=I&（b b）零序等效网络零序等效网络L LIIC0
42、II0&fI0&0dU 消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布根根据据对对电电容容电电流流补补偿偿程程度度的的不不同同，消消弧弧线线圈圈可可以以有有完全补偿完全补偿、欠补偿欠补偿及及过补偿过补偿三种补偿方式。三种补偿方式。完全补偿：完全补偿：完全补偿就是使完全补偿就是使 ，接地点的电流，接地点的电流近似为近似为0 0。从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电。从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电压的角度来看，这种补偿方式是最好的，但是从运行压的角度来看，这种补偿方式是最好的，但是从运行实际来看，则又存在有严重的缺点。因为完全补偿时，实际来看，则又存在有严重
43、的缺点。因为完全补偿时，正是电感，正是电感L L和三相对地电容和三相对地电容 对对5050HzHz交流串联谐振的条件。接地瞬间的非故障相谐振交流串联谐振的条件。接地瞬间的非故障相谐振电压达到额定电压的电压达到额定电压的7-87-8倍。倍。欠补偿：欠补偿：欠补偿就是使欠补偿就是使 ，补偿后的接地点，补偿后的接地点电流仍然是电容性的。采用这种方式时，仍然不能电流仍然是电容性的。采用这种方式时，仍然不能避免上述问题的发生，因为当系统运行方式变化时，避免上述问题的发生，因为当系统运行方式变化时，例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸，则电容例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸，则电容电流就将减小，这时很
44、可能又出现电流就将减小，这时很可能又出现 和和 两个电两个电流相等的情况，而又引起过电压，因此，欠补偿的流相等的情况，而又引起过电压，因此，欠补偿的方式一般也方式一般也是不采用的。是不采用的。过过补补偿偿：过过补补偿偿就就是是使使 ，补补偿偿后后的的残残余余电电流流是是电电感感性性的的。采采用用这这种种方方法法不不可可能能发发生生串串联联谐谐振振的的过过电电压压问问题题，因因此此，在在实实际际中中获获得得了了广广泛泛的的应应用用。大大于于 的的程程度度用用过过补补偿偿度度P P来来表表示示。过补偿度过补偿度P P定义为：定义为：一般选择过补偿度一般选择过补偿度P=5%-10%,P=5%-10%
45、,而不大于而不大于1010。当当采采用用过过补补偿偿方方式式时时，流流经经故故障障线线路路的的零零序序电电流流是是流流过过消消弧弧线线圈圈的的零零序序电电流流与与非非故故障障元元件件零零序序电电流流之之差差，而而电电容容性性无无功功功功率率的的实实际际方方向向仍仍然然是是由由母母线线流流向向线线路路（实实际际上上是是电电感感性性无无功功由由线线路路流流向向母母线线），和和非非故故障障线线路路的的方方向向一一样样。因因此此，在在这这种种情情况况下下，首首先先无无法法利利用用功功率率方方向向的的差差别别来来判判别别故故障障线线路路，其其次次由由于于过过补补偿偿度度不不大大，因因此此，也也很很难难像
46、像中中性性点点不不接接地地电电网网那那样样，利利用用零零序序电电流流大大小小的的不不同同来找出故障线路。来找出故障线路。结论结论:0LiDi 单相接地暂态电流的分布单相接地暂态电流的分布=.Ljw w30U&产生串联谐振的零序等效网络产生串联谐振的零序等效网络-Cjw13.3.零序电压保护零序电压保护 在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络中发在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和变电所的母线上，都将出现数值较高的零序电压。利变电所的母线上，都将出现数值较高的零序电压。利用这一特点，在发电厂
47、和变电所的母线上，一般装设用这一特点，在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。为此，可用一过电压继电器接于电压互了单相接地。为此，可用一过电压继电器接于电压互感器二次接成开口三角形的一侧，感器二次接成开口三角形的一侧，因此，这种方法给因此，这种方法给出的信号是没有选择性的，要想发现故障是在哪条线出的信号是没有选择性的，要想发现故障是在哪条线路上，还需要由运行人员依次短时断开每条线路，并路上，还需要由运行人员
48、依次短时断开每条线路，并继之以自动重合闸，将断开线路投入。当断开某条线继之以自动重合闸，将断开线路投入。当断开某条线路时，零序电压的信号消失，即表明故障是在该线路路时，零序电压的信号消失，即表明故障是在该线路上。上。0U延时延时信号信号 网络单相接地的信号装置原理接线图网络单相接地的信号装置原理接线图+03U零序电压过滤器零序电压过滤器4.4.零序电流和零序功率方向保护零序电流和零序功率方向保护 零序电流保护零序电流保护利利用用故故障障线线路路零零序序电电流流较较非非故故障障线线路路为为大大的的特特点点来来实实现现有有选选择择性性地地发发出出信信号号或或动动作作于于跳跳闸闸。根根据据网网络络的
49、的具具体体结结构构和和对对电电容容电电流流的的补补偿偿情情况况，有有时时可可以以使使用，有时难于使用。用，有时难于使用。这种保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的这种保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的线路上（如电缆线路或经电缆引出的架空线路）；线路上（如电缆线路或经电缆引出的架空线路）；当单相接地电流较大，足以克服零序电流过滤器中当单相接地电流较大，足以克服零序电流过滤器中的不平衡电流的影响时，保护装置也可以接于三个的不平衡电流的影响时，保护装置也可以接于三个电流互感器构成的零序回路中。电流互感器构成的零序回路中。当当某某一一线线路路上上发发生生单单相相接接地地时时，非非故故障障线线路
50、路上上的的零零序序电电流流为为本本身身的的电电容容电电流流，因因此此，为为了了保保证证动动作作的的选选择择性性，保保护护装装置置的的起起动动电电流流应应大大于于本本线线路路的的电电容容电电流流，即即:式中式中C C0 0 为被保护线路每相的对地电容。为被保护线路每相的对地电容。为非故障线路流过的零序电流。为非故障线路流过的零序电流。按按上上式式整整定定以以后后，还还需需要要校校验验在在本本线线路路上上发发生生单单相相接接地地故故障障时时的的灵灵敏敏系系数数，由由于于流流经经故故障障线线路路上上的的零零序序电电流流为为全全网网络络中中非非故故障障线线路路电电容容电电流的总和，因此灵敏系数为：流的