零序方向电流保护(高等教学)
零序方向电流保护
05 零序方向电流保护的优缺 点及改进方法
零序方向电流保护的优点
选择性
零序方向电流保护能够根据故障 电流的方向判断故障线路，从而 有选择性地断开故障线路，避免
误操作。
灵敏性
对于接地故障，零序方向电流保护 的灵敏度较高，能够快速检测到故 障并采取保护措施。
可靠性
零序方向电流保护的原理简单，结 构清晰，运行可靠，能够确保电力 系统的稳定运行。
零序电流速断保护
根据系统运行方式和设备参数， 计算出保护装置能够快速切断故 障电流的整定值。
零序过流保护
根据设备正常运行时的负荷电流 和保护装置的可靠系数，计算出 能够保护设备免受过电流损害的 整定值。
零序方向电流保护的时限整定
瞬时速断时限
为了快速切除故障，零序方向电流保护的瞬时速断时限应与线路的短路电流和 继电器动作时间相配合。
在变压器保护中的应用
变压器是电力系统中的重要设备，其 安全运行对于电力系统的稳定至关重 要。
当变压器发生接地故障时，零序方向 电流保护能够快速切断故障绕组，以 减小对变压器的损坏和避免事故扩大。
变压器零序方向电流保护主要用于防 止变压器绕组间的接地故障，通过检 测零序电流的相位和幅值来实现。
在母线保护中的应用
04 零序方向电流保护的应用
在输电线路中的应用
输电线路零序方向电流保护主要用于防止由线 路两侧零序电流相位差引起的接地故障。
当输电线路发生接地故障时，零序方向电流保 护能够快速准确地检测到故障，并切断故障线 路，以减小对整个电力系统的冲击。
零序方向电流保护的配置需要考虑输电线路的 长度、负荷特性以及系统运行方式等因素，以 确保保护的可靠性和选择性。
零序方向电流保护的缺点
【国家电网 培训课件】线路保护原理之零序电流保护
当用线路TV时，零序方向电流保护不会误动作
（2）两处断线
M
U0 2
U0 Z NK 0 2
N ZR0
ZS0
I0
U0
U0 I0 ZS0
M U0
2
Z NK 0
U0
2
N ZR0
ZS0
I0
U0
两端非全相运行时:
当用母线TV时，躲不过定值的零序方向电流保护应退出，否则会误动 作 当用线路TV时，零序方向继电器动作与系统参数有关，可能动作也可 能不动
线路保护原理之零序电流保护
零序电 流保护
零序电流 零序方向 方向保护 继电器
基本原理 阶梯形时限特性 影响因素
设置 基本原理 实现方法 性能评述
零序电流 电压获取
一、零序电流方向保护 (一) 基本原理
对保护1来说，显然短路点越近I0’越大。
(二) 时限特性
反应一端电气量的保护 由于无法区分本线路末端短路还是相邻线路始端短路， 为了相邻线路始端短路不越级跳闸，本线路末端短路 只能靠延时段切除， 故反应一端电气量的保护都要做成多段式——阶梯型 时限特性。
方向零序电流保护定值及保护范围说明
零序I段： 整定：按躲过本线路末端接地短路时流过本保护的最大零
序电流整定，不加方向的零序电流I段，还要躲过保护安装 处背后母线接地短路时流过保护的最大零序电流。 保护范围：只能保护本线路的一部分，一般只能保护本线 路全长的85%左右。
零序II段： 整定：带有短延时。 保护范围：尽可能切除本线路范围内的故障。
方向零序电流保护定值及保护范围说明
零序电流III段： 整定：在本线路末端金属性接地短路时有一定的灵敏系数。 保护范围：可靠保护本线路的全长。
零序方向保护原理
零序方向保护原理LT零序方向保护原理在系统正常运行时，惟独正序分量，没有零序分量，当系统发生接地短路故障或者不对称断线故障时才产生零序分量，因此零序分量是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
要构成方向保护必须能够区分正、反方向故障。
接下来我们分析一下正、反方向短路故障时零序分量的方向性。
规定正方向：电流由母线指向路线为正方向；电压以电压升为正方向1、正方向短路故障：系统接线及零序序网如下图示由图町得；U Q=—X SO*-1■ 7 心7、m SAAAAAZ-通常情况下零序阻抗南按约巧度考虐p 所以正方向短路时攻超前I。
约-1。
5度，『LJo = -10 来滩口电力资料网-您的宏费电力资料库2辰方向短路故障：零序•房网如丕.图小2民方向故障奪序也序网囲通常情况下零序阻抗角按约75度考虑，所以反方向短路时Uo超前Io约75度。
分析序网要切记一点，在计算某点电压时要由高电位点经过无电源端至低电位点构成回路，如果从电源端计算，则等于电源电压加（或者减）两点间压降，而电源电压很可能也是一个未知数。
对于零序网络来说，短路点电压最高，可以看成是零序回路的电源。
由分析可以看出：在特定的正方向下，零序分量具有明确的方向性。
根据上述推导，如果要构成一个零序方向继电器，使它在正方向短路时动作，反方向短路时不动，则该继电器的最大动作灵敏角应为Uo超前Io约-105度。
据此我们可以画出零序方向继电器的动作特性图:电力资料网-您的免费电力资料库由动作特性可得动作方程：165o Warg3U0/3I0W — 15o当我们知道动作特性及动作方程后，就可以构成继电器。
二、负序方向保护原理同样在系统正常运行时，也没有负序分量，当系统发生不对称短路故障或者不对称断线故障时才产生负序分量，因此负序分量也是构成保护的一种很可利用的故障特征量。
接下来我们看一下系统正、反方向短路故障时负序序网图：由图可得：正方向短路U2=—I2XXs2反方向短路U2=I2X (X12+Xr2)通常情况下负序阻抗角按约75度考虑，所以正方向短路时U2超前12约-105度。
零序电流及方向保护
4/57
内部接地时，零序功率方向：
M
1 2
N
0M I 0 N I 0N U
Z0 N
Z 0M
0K U
0K
U 0 N U0 N Z0 N I
0N U
0N U
N侧零序相位 关系如右图
0M U
0
0 N I
0为Z 0 N 的角度
A B C
A U
a U 0 3U
0 U
零序电压过滤器
7/57
二次回路还可以采用下面的方法来获取零
序电压：
C
C
a U b U c U
0 U
8/57
零序电流分量的获取方法：
零序电流过滤器 接于相间保护TA中性线 零序电流互感器(电缆线路)
A
B
C
0 3I
0 3I
架空线
电缆线
优点：无不平衡电流，接线简单
2）增大变比（限定一次电流的最大值）；
3）选择不易饱和的TA(体积大、投资增加);
4）增大电流二次电缆的线径。
等等
13/57
2.3.3 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。
一、零序电流Ⅰ段保护 1）躲开线路末端的最大零序电流。 2）躲开断路器三相不同时合闸的 I 0.unb 。
如果会误动，靠延时 100ms 躲开。
20/57
校验最小保护范围时，取值与上述计算正 好相反！
即：整定时，若按单相短路计然。
E0 E0 由于I 0 K .max max , 2 Z1 Z 0 Z1 2 Z 0 所以，正序阻抗（对应系统运行方式）的
零序电流保护ppt课件.ppt
U
A
UB
Z1 Zm
Zm Z1
Zm Zm
I
A
IB
UC
Zm Zm
Zm
IC
U U 1 0 0 Z12ZmZ1 0Zm
0 0
II1 0 0 Z0
0 Z1
0 0 II1 0
U 2 0
0 Z1Zm I2 0 0Z2 I2
Z0 Z12Zm 1
Z1
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
(3) 当系统采用单相自动重合闸时 (哪相接地，哪相跳闸再自动 重合闸)，单相短路故障被切除后，系统处于非全相运行状态， 并伴有系统振荡，将出现很大的零序电流，保护可能误动作。
IB
IC
)
0
2、两相短路时（以BC相间短路说明），在故障点处
UdA UA, UdB UdC 12UdA
IdA 0, IdB IdC
则故障点处的零序电压和零序电流为
Ud01 3(UdAUdBUdC)1 3(UA1 2UA1 2UA)0 Id01 3(IdAIdBIdC)1 3(0IdBIdB)0
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
•
•
•
•
3I0b t 3Z1E M Z Z － 2 2 E N Z Z 00 Z2 Z 2 Z03Z E 1 M － 2E ZN 0
②一相先合—— 两相断线 串
取大者
•
•
3I0bt
3 EM－EN 2Z1 Z0
零序方向保护
1采用零序方向保护的意义我国电力系统中性点接地方式有3种：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地方式。
110 kV及以上电网的中性点均采用第1种接线方式，在这种系统中发生单相接地故障时接地短路电流很大，故称其为大接地电流系统。
在大接地电流系统中发生单相接地故障的概率很高，可占总短路故障的70%左右，因此要求其接地保护能灵敏、可靠、快速地切除接地短路故障，以免危及电气设备的安全。
大接地电流系统接地短路时，零序电流、零序电压和零序功率的分布与正序分量、负序分量的分布有明显区别：a.当系统任一点单相及两相接地短路时，网络中任何处的三倍零序电流和电压都等于该处三相电流或电压的矢量和，即：? ? 3U0=UA+UB +UC? ? 3I0＝IA＋I B＋ICb.系统零序电流分布只与中性点接地的多少及位置有关，图1为系统接地短路时的零序等效网络。
式中??EΣ——电源的合成电动势；Z0T1、Z0T2——变压器T1、T2的零序阻抗；Z01、Z02——短路点两侧线路的零序阻抗。
当发电厂M侧的变压器中性点接地点增多时，Z0T1将减小，从而使I0和I01增大，I02减小。
反之，I0和I01减小，I02增大。
如果发电厂N侧的中性点不接地，则Z0T2=∞，I01也将增大且等于I0。
两相接地短路时也可得到相应的结论。
c. 故障点的零序电压最高，变压器中性点接地处电压为0，保护安装处的电压U0A=-I0Z0T1，如图2所示。
d. 零序功率S0=I0U0。
由于故障点的电压U0最高，对应故障点的S0也最大。
越靠近变压器中性点接地处S0越小。
在故障线路上，S0是由线路流向母线。
? ? 综上所述，中性点直接接地系统发生接地短路时，将产生很大的零序电流分量，利用零序电流分量构成零序电流保护，可作为一种主要的接地短路保护。
因为它不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以有较好的灵敏度。
如线路两端的变压器中性点都接地，当线路发生接地短路时，在故障点与各变压器中性点之间都有零序电流流过。
继电保护-零序电流保护
=
C0m I0M
=
1 K0b.m
I0M
39/58
三、零序电流Ⅲ段保护
躲过下一级线路出口相间短路所产生的最大不
平衡电流。
I III set
>
Iunb
=1 nTA
IµA + IµB + IµC
=
(0.1/
2)⋅
I (3) K .max
nTA
(三相互感器为同型号 时，下图说明)
目前的工程中，通常取一次的零序电流为300～
IA
Ia'
( ) = 1
nTA
IA − IµA
三相二次、一次I关系：
误 不IZ差 平µ1 A， 衡称 电ZµZ为 流2 ：IunZb L
3I0 = Ia + Ib + Ic
( ) ( ) = 1
nTA
IA + IB + IC
−1 nTA
IµA + IµB + IµC
15/58
TA的误差曲线：
二次侧 I2
国家标准规定，最大的过渡电阻按照下面
考虑：110kV—— 75Ω 220kV——100Ω
实质是反映：
500kV——300Ω
I K ≥ 1kA
43/58
2.3.6 方向性零序电流保护 通常为多接地点——类似于“多电源”点。
因此，需要方向元件。 回顾一下零序方向特征：
44/58
分析1上图，并归2 纳后，可以1 知道： 2 1）内部接地时 2）N侧外部接地时
Ia'
( ) = 1
nTA
IA − IµA
三相二次、一次I关系：
Z1
IµA
零序保护原理PPT课件
第2页/共9页
• 设零序方向继电器装在MN线路的M侧。在上图所示的零序序网图中，加在 继电器的上的零序电压、电流按传统方式规定它的正方向。零序电压的正方 向是母线电压为正、中性点电压为负，图中电压箭头表示电位降方向。零序 电流以母线流向被保护线路方向为其正方向。
• 如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为。正方向短路时根据
（1） 式a，rg零U0序I电0 压 a超rg前Zl零0 序Z电R0 流的80角0 度为：
•
(3)
• 反方向短路时根据（2）式，零序电压超前零序电流的角度为
•
第4页/共9页
(4)
• 正方向短路和反方向短路时的相量图示于图
（c）、（d）中。（3）、（4）两式告诉我
系统振荡时没有零序分量，因此零序方向继电器不会误动。另外 零序方向继电器还要和零序电流继电器构成逻辑‘与’的关系，振 荡时零序电流继电器不动作，所以不会误动。 (四)零序方向继电器只能保护接地故障，对两相短路和三相短路无能 为力。这是它的一个缺陷。但是由于这两种故障类型机率不大，所 以零序方向继电器还是得到普遍使用。
抗的阻抗角，角度是正角，零序电流滞后于
零序电压。正、反方向短路时零序电压超前
于零序电流的角度截然相反，因此可用以区
分正、反方向短路。（3）和（4）两式是构
成零序方向继电器的基础。
第5页/共9页
零序方向继电器的实现方法
• 按零序功率的幅值比较方式实现
• 900系列线路保护中的零序方向继电器采用本方法实现。首先
第8页/共9页
感谢您的观看！
第9页/共9页
3I0
argU 0 I0
1000
P0 3U 0 3I0
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从线路→母线
古柏文书
6
T1 A 1
k
2 B T2
X T1.0 A
X k 0
U
A
I0
0
X k0 U k0 I0
B X T2.0
4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：
U A0 I0 ZT1.0
古I柏0文书 100
U A0
k0 80
7
二、 零序电压、电流滤过器
古柏文书
8
1.零序1
1.零序电压滤过器
**
m
n
U a U b
加 法
3U 0
U c
器
(c) 用接于发电机中性点
的电压互感器
古柏文书
(d) 内部合成零序电压
12
2.零序电流滤过器
I0
** ** **
IA
Ia
Ib
IB IμB
IμA
Ir I0
Ic IC
IμC
Ir
Ia
Ib
Ic
1 nTA
[( IA
IμA )
( IB
IμB )
第五节 中性点直接接地系统中接地短路的 零序电流及方向保护
古柏文书
1
当系统中主变压器中性点直接接地时
X0 / X1 3
中性点直接接地的电网又称大接地电流系统
110kV及以上电网-中性点直接接地 60kV及以下电网--中性点不接地或不直接接地
古柏文书
2
一、 接地短路时零序电压、电流和功 率的分布
灵敏I段：按条件1或2整定 不灵敏I段：按条件3整定
古柏文书
19
四、 零序电流限时速断保护(II段)
古柏文书
20
与相邻线路零序电流I段配合
T1
A 2
I k0.AB
k
I B 1 k0.BC
C
T2
3I0
I II set2
K I II I rel set1
/
K 0.b
I k0.AB
I k0.B C
古柏文书
3
T1 A
k
1
2 B T2
X T1.0 A
X k 0 I0
X k0 U k0 I0
B X T2.0
U A0
Uk0
UB0
1.零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，
变压器中性点接地处U0 =古0柏。文书
4
T1 A 1
k
2 B T2
X T1.0 A
X k 0 I0
X k0 U k0 I0
t II 02
t
I 01
t
II set1
I II set2
古柏文书
l 21
灵敏性校验：
K sen
3 I 0 min I II
set2
要求 Ksen≥1.5
若不满足要求
✓ 与相邻线Ⅱ段配合 ✓ 用两个灵敏度不同的II段 ✓ 改用接地距离保护
古柏文书
22
五、 零序过电流保护(III段)
古柏文书
23
➢躲下级线路出口三相短路时流过保护装置 的最大不平衡电流Iunb.max
3I0
II set
古柏文书
II set
K
I rel
3
I
0
max
(
K
I rel
1.2
~
1.3)
3 I 0 max l
16
（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的 最大三倍零序电流3I0unb
II set
K
I rel
3
I
0unb
整定值应选其中较大者
在按条件(2)整定，定值较大，保护范围较小时
➢ 在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段 带有一个小的延时（约0.1s），这样就无需考虑
set
作为近后备时
应按被保护线路末端接地短路时，流过保护的 最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen≥1.5
作为远后备时
应按下级线路末端接地短路时，流过保护的最 小三倍零序电流来校验，要求 Ksen≥1.2
古柏文书
25
动作时限
T2
6
5
T1
4
3
2
1
t
相间保护 零序保护
t6 t5
t4
t06
t3
t05 t04
φsen = 70°
**
3 I0
3U 0 * * *
110 Ir 3I0
sen 70
Ir 3I0 , U r 3U 0
古柏文书
U r 3U 0
29
零序功率方向继电器的接线方式
** *
***
TA * * *
KW0 TV
φsen = -110°
**
3I 0
** *
3U 0
U r 3U 0
sen 110
Ir 3I0
Ir 3I0 , U r 3U 0
古柏文书
30
零序功率方向继电器的灵敏性
✓ 没有死区 ✓ 灵敏性的校验
K sen
(3U0 3I0 )min S0.op
要求 Ksen≥1.5
古柏文书
31
七、 对零序电流保护的评价
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32
优点： 1.零序过电流保护的灵敏度高
B X T2.0
2.零序电流
分布与中性点接地的多少及位置有关
大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零
序阻抗有关
古柏文书
5
T1 A
k
1
2 B T2
X T1.0 A
X k 0 I0
X k0 U k0 I0
B X T2.0
3. 零序功率
短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小
对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反，
I K I III
III
set
rel unb.max
式中 Iunb.max K np K st K er Ik.max
➢与下级线路零序III段保护在灵敏度上配合
I III set2
K I III III rel set1
/
K 0.b
古柏文书
24
灵敏性校验：
K sen
3 I 0 min I III
条件（2）
古柏文书
17
（3）当线路上采用单相自动重合闸时
按条件(1)、(2)整定，往往不能躲开非全相运行 状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流
按能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时 所出现的最大零序电流整定，保护范围缩小
古柏文书
18
（3）当线路上采用单相自动重合闸时 设置两个零序I段保护
*
*
*
*
U a
U b
m
U c
n
U mn U a U b U c 3U 0
(a) 用三个单相式电压互感器
古柏文书
9
1.零序电压滤过器
***
***** abc m
* n
(b) 用三相五柱式电压互感器
古柏文书
U mn U a U b U c 3U 0
10
ABC a bc
m
U古柏文书 mn
( IC
IμC )]
1 nTA
( IμA
IμB
IμC ) Iunb 古柏文书
13
2.零序电流滤过器
ABC
电 缆 头
I0
TA0
优点： ✓ 不平衡电流小 ✓ 接线简单
电缆
古柏文书
14
三、 零序电流速断保护(I段)
古柏文书
15
（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三 倍零序电流3I0max
A 1
B 2
零序过电流保护的时限特性
古柏文书
t2 t1 l
26
六、 方向性零序电流保护
古柏文书
27
k1
T2
1
23
k2 T1
4
I0.k1
I0.k1
I0.k2
I0.k2
零序电流保护
+
零序功率方古向柏文继书电器
=
方向性零序电流保护 28
零序功率方向继电器的接线方式
3U 0
** *
***
TA * * *
KW0 TV