零序电流保护

零序电流简介

　　零序电流可以看成是在故障点出现一个零序电压Ud0而产生的，它必须经过变压器接地的中性点构成回路。对零序电流的方向，仍然采用母线流向故障点为正、而对零序电压的方向，是线路高于大地的电压为正。

　　零序分量的特点：

　　系统零序电压：故障点的零序电压，变压器中性点接地处为0。

　　系统零序电流：I0的分布与中性点接地的多少及位置有关，而与电源数目无关。I0在接地中性点之间网络中分布，且与分支阻抗成反比。

　　零序功率：S0=I0U0，故障点，越靠近中性点越小。故障线路上，零序功率实际方向是线路－>母线。

简介

　　利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。将零序电流互感器套地三芯电缆上，电流继电器接在互感器的二次线圈上，在正常运行或无接地故障时，由于电缆三相电流的向量之和等于零，零序互感器二次线圈的电流也为零（只有很小的不平衡电流），故电流继电器不动作。当发生接地故障时，零序互感器二次线圈将出现较大的电流，使电流继电器动作，以便发出信号或切除故障。

特点

　　优点

　　(1)零序过电流保护的灵敏度高，零序过电流保护的动作时限也较相间保护为短；

　　(2) 零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多，零序I段的保护范围较大，也较稳定，零序Ⅱ段的灵敏系数也易于满足要求；

　　(3)当系统中发生某些不正常运行状态时，例如系统振荡，短时过负荷等、三相是对称的，相间短路的电流保护均将受它们的影响而可能误动作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保护则不受它们的影响；

　　(4)零序功率方向元件无死区。

　　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，因而获得了广泛的应用。

　　零序电流保护的缺点是：

　　(1)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要求；

　　(2)随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸动作的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，则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使之短时退出运行；

　　(3)当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的网络时(例如110kV和220kV电网)、则任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大第Ⅲ段保护的动作时限。

原则

　　零序电流保护的优点具有简单、可靠、动作正确率高，受弧光及接地电阻影响小，不受负荷及振荡影响，有相继动作的性能，这些优点都只能在选择适当合理的运行方式并正确的整定才能得到发挥。为了用好零序电流保护，提出下列原则：

　　1.系统变压器中性点接地运行方式应基本保持不变。

　　(1)变电所只有一组变压器，如果是接地运行，则接地点不应断开。

　　(2)变电所只有二组变压器，如果不都是自耦变压器，则应只将其中一组变压器中性点接地。

　　(3)变电所有2组以上变压器，应经常保持中性点接地的变压器组数或容量不变。

　　2.正常使用的整定值应按照经常出现的运行方式作为依据。每一个变电所一般只考虑一回线停检，不考虑同时两回线停检。

　　对一年中仅短时出现的特殊运行方式，如由于变压器检修而不能满足接地点保持不变的要求时，则临时处理，如停有关的零序电流保护段或改变定值(有条件的可以多装一些零序电流保护段以备特殊运行方式时使用)也可使零序电流保护临时与高频保护配合等等措施。

　　3.线路零序阻抗参数以及三相三柱变压器的零序阻抗应以实测值为依据。

　　4.对零序方向元件的使用问题。

　　为提高零序电流保护动作的可靠性，尽可能不用零序方向，只有在加零序方向后可以使保护范围或保护相互配合关系上带来显着效果时，才予考虑。

　　5.适当增加零序电流段数，便于运行中灵活使用(包括运行方式变更时，不必改定值而通过操作压板处理，作为旁路开关保护，在代替不同线路时使用比较灵活)，对短线路配合需要增加段数。

　　6.变压器220千伏侧的开关，应根据需要装设防止开关非全相运行的保护，以避免由于变压器出现非全相运行使系统零序电流保护误动作。保护可按开关三相位置不对应且有零序电流时，以较短的时限跳闸。零序电流动作值及时间的整定应保证较线路的零序电流保护灵敏。

　　双母线的母联开关也应根据需要装设上述保护。

　　7.如果经过制造研究部门及生产使用等部门的共同努力，采取有效措施，使保护的级差时间由原有的0.5秒缩短为0.2～0.3妙，各保护段时间得以相应缩短，这样即使没有装设高频保护，相当一部份线路故障时，也能保证系统稳定。此外，对一些不易整定的短线群，可用适当增加保护段数的方法来解决。

原理

　　零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，即ΣI=0，它是用零序C.T作为取样元件。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零（对零序电流保护假定不考虑不平衡电流），因此，零序C.T的二次侧绕组无信号输出（零序电流保护时躲过不平衡电流），执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序C.T的环形铁芯中产生磁通，零序C.T的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。

应用

　　零序电流保护一般适合使用于TN接地系统。因为当发生一相接地时，对TN-S系统Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PE线阻抗ZPE和接触阻抗Zf，即Zs＝Z1+ZPE+Zf；对于TN-C系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN和接触电阻Zf，即ZS＝Z1+ZPEN+Zf；对于TN-C-S系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN，PE线阻抗ZPE和接触电阻Zf，即ZS＝Z1+ZPEN+ZPE+Zf，产生的单相接地故障电流Id＝220/ZS，明显大于无故障时的三相不平衡电流，只要整定合适，就可检测出发生接地故障时的零序电流，以切断故障回路。而对IT系统，一般均是使用对供电可靠性要求较高、对单相接地不必要立即切断供电回路、但需发出绝缘破坏监察信号、以维持继续供电一段时间。工矿企业内的不配出中性线的三相三线配电线路。当单相接地时，该故障线路上流过的零序电流是全系统非故障系统电容电流之和，因而容易检测出接地故障电流，故可用零序电流保护装置来监察相对地次接地故障。TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中，常发现三相不平衡电流较大，当发生一相接地时，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PE线阻抗ZPE，负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB，接触阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障电流Id=220/ZS，由于RA+RB＞＞Z1+ZPE+Zf，且RA+RB数值一般均较大，很明显TT系统的故障环路阻抗大，产生的单接故障电流Id，远远小于不平衡电流，很难检测出故障电流，故不适用于TT接地系统。

　　零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器（C.T），或让三相导线一起穿过一零序C.T，也可在中性线N上安装一个零序C.T，利用这些C.T来检测三相的电流矢量和，即零序电流Io，IA+IB＋IC=IO，当线路上所接的三相负荷完全平衡时（无接地故障，且不考虑线路、电器设备的泄漏电流），IO=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则IO=IN，此时的零序电流为不平衡电流IN；当某一相发生接地故障时，必然产生一个单相接地故障电流Id，此时检测到的零序电流IO=IN+Id，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。