2.3中性點直接接地系統中接地短路的零序電流及方向保護

工程背景

為了降低絕緣成本，限制過電壓，我國110kV以上電壓等級電網普遍采用中性點直接接地方式。

單相接地故障是最常見的故障類型，約占85%以上。

在中性點直接接地系統發生接地故障時，電流保護也能起到保護作用，但其靈敏度往往不足。 因此需尋找更為合適的保護方式。2.3.1中性點直接接地系統單相接地故障特征

（一）單相接地故障特征（保護判據的基礎）出現較大零序分量系統正常運行時，電網中僅存在正序分量電流電壓和較小的負序分量（由于負荷及網絡不平衡引起）顯然利用零序分量構成接地故障保護具有更高的靈敏度2.3.1中性點直接接地系統單相接地故障特征

（一）故障特征（保護判據的基礎）零序分量特點： 電網中所有電源均為正序，因而零序網為無源網絡2.3.1中性點直接接地系統單相接地故障特征

（一）故障特征（保護判據的基礎）

零序電壓分布特點：零序電壓是故障點疊加電壓產生的，零序分量的分布取決于故障點位置和變壓器接地中性點位置。故障點零序電壓最高，零序電壓從故障點的最大值沿零序網逐步降低，至中性點降為零。 2.3.1中性點直接接地系統單相接地故障特征

（一）故障特征（保護判據的基礎）

零序電流分布特點：零序電流分布取決于零序網絡結構和故障點位置。零序網結構取決于接地變壓器位置和接線組別。2.3.1中性點直接接地系統單相接地故障特征

（一）故障特征（保護判據的基礎）

零序功率和方向特點 電流電壓參考方向的選取同電流保護。正向故障：零序電壓滯后電流反向故障：零序電壓超前電流 為系統零序阻抗角，通常80-85°

2.3.2零序電流和電壓的獲取

（一）零序電壓的獲取

數字式繼電器采集三相電壓，按零序電壓定義得到

特點：無需專用的零序電壓通道一般不存在極性錯誤問題要考慮不平衡輸出對保護的影響2.3.2零序電流和電壓的獲取

（一）零序電壓獲取方法

模擬式方法 零序電壓互感器的不平衡輸出及三次諧波問題

2.3.2零序電流和電壓的獲取

（二）零序電流的獲取

數字式繼電器采集三相電流，按零序電流定義得到

特點：無需專用的零序電流通道一般不存在極性錯誤問題要考慮不平衡輸出對保護的影響2.3.2零序電流和電壓的獲取

（二）零序電流獲取方法

模擬式方法之一

零序電流濾過器及其不平衡輸出及三次諧波問題

2.3.2零序電流和電壓的獲取

（二）零序電流獲取方法

模擬式方法之一

零序電流互感器，不受不平衡電流影響

兩種方法的選擇取決于信噪比，及現場互感器配置情況2.3.2零序電流和電壓的獲取

（三）零序電流電壓接線應注意的問題

接線極性問題，對方向元件影響很大

不平衡輸出問題，在整定中予以考慮

2.3.3零序電流保護的整定

零序電流保護同電流保護類似，不能嚴格區分區內末端和下級線路出口故障，從選擇性和速動性的要求出發，其整定配合也采用階段是配合方法，一般也按三段設置。

2.3.3零序電流保護的整定

（一）零序I段的整定

其作用相當于電流速斷，保護范圍不應超出本線路。 針對可能出現零序電流的各種情況，整定原則通常考慮以下兩種情況：躲開下級線路出口接地故障時最大零序電流。（實際整定時不僅要考慮運行方式的變化，還要考慮故障類型的變化）躲開短路器三相觸頭不同期合閘時出現的最大零序電流，

2.3.3零序電流保護的整定

（一）零序I段的整定

其作用相當于電流速斷，保護范圍不應超出本線路。

一般

整定值應選擇兩者中較大的一個。 如果保護動作時間大于短路器不同期合閘時間，或零序I段經小延時（0.1s）動作,則可以不考慮條件2。

2.3.3零序電流保護的整定

（一）零序I段的整定 非全相運行問題：對于高壓線路通常采用分相操作的斷路器，單相接地故障時，跳開單相，此時系統會出現短時的非全相運行情況。 非全相運行相當于縱向斷線故障，對保護而言屬不正常運行狀態，所以此時零序I段按能躲開非全相運行又發生接地故障時（單相接地）出現的最大零序電流整定

2.3.3零序電流保護的整定

（一）零序I段的整定 非全相運行問題：對于高壓線路通常采用分相操作的斷路器，單相接地故障時，跳開單相，此時系統會出現短時的非全相運行情況。 非全相運行相當于縱向斷線故障，對保護而言屬不正常運行狀態，所以此時零序I段按能躲開非全相運行又發生接地故障時（單相接地）出現的最大零序電流整定 但按此條件整定，定值過高，靈敏度往往不足

2.3.3零序電流保護的整定

（一）零序I段的整定

解決方案：設置靈敏I段和不靈敏I段兩段保護，其配合關系如下： 靈敏I段（低定值I段）：按條件1或條件2整定，全相運行時投入。非全相運行時退出或閉鎖。 不靈敏I段（高定值I段）：按條件3整定，全程投入。主要用于非全相運行時接地故障的保護。

靈敏度校驗：不小于30%

2.3.3零序電流保護的整定

（二）零序II段的整定 零序II段的作用相當于限時電流速斷

整定原則啟動電流與下一級線路零序I段保護范圍末端配合，并高出一個動作時限的級差整定應考慮分支線路的影響，選取最小的零序分支系數整定。

2.3.3零序電流保護的整定

（二）零序II段的整定 零序網絡的分支，取決于接地變壓器的運行方式

2.3.3零序電流保護的整定

（二）零序II段的整定

最小的零序分支系數的確定。

對于零序網絡，分支線路情況取決于接地變壓器的運行情況。一般而言，變壓器按n-1方式考慮；線路按n-2方式考慮

靈敏度校驗：

按本線路末端接地短路最小零序電流來校驗。

要求

2.3.3零序電流保護的整定

（三）零序III段的整定

零序III段作用相當于過電流保護，在一般情況下作為后備保護，但在中性點直接接地系統的終端線路（零序網在其后開路）可以作為主保護。

整定原則

原則一：躲開下級線路出口處相間短路的最大零序不平衡電流

2.3.3零序電流保護的整定

（三）零序III段的整定

整定原則

原則二：考慮各保護間靈敏度的配合，按逐級配合的原則考慮。即本本級線路的零序III段不能超出相鄰線路零序III段的保護范圍。當考慮分支時，按下式整定：

2.3.3零序電流保護的整定

（三）零序III段的整定

靈敏度校驗：通常作為遠后備校驗。即按下級線路末端發生接地短路時，本線路的最