零序保护原理概述!

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所属分类:电仪其他

110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。统计表明,在中性点直接接地电网中,接地故障占总故障次数的90%左右。中性点直接接地电网发生接地短路时,将出现零序电流和零序电压。利用这些特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流保护。

带方向和不带方向的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式。它主要由零序电流滤过器、电流继电器、零序方向继电器及与收发信机、重合闸配合的逻辑电路组成。

1、3I0和3U0的取得

对于传统的模拟式保护,3I0、3U0一般都是外接的,发展到了数字式保护时,变为可以由接入保护装置的三相电流和三相电压自产。

(1)3I0的取得

外接3I0是通过零序电流滤过器获得的。如图,将三相电流互感器极性相同的二次端子连接在一起,就组成了零序电流滤过器。流入继电器的电流为:3I0=Ia+Ib+Ic。零序保护原理

自产3I0是在软件中得到的,微机保护将输入的三相电流在软件中相加就可以得到3I0。现在很多微机保护上述两种方法都采用,且利用两种方法得到的3I0进行自检。

但是无论使用哪种方法取得3I0,当电流回路断线,都有可能造成保护误动作。

(2)3U0的取得

自产3U0也是在软件中将输入的三相电压相加,即:3U0=Ua+Ub+Uc。

外接3U0是从PT开口三角处取得。如图,三角形开口输出电压就是三相电压之和,也即3U0。由于平时没有零序电压,取外接零序电压时,回路接线错误与断线不易发现。所以微机保护均采用了自产3U0方式,尽量避免接入PT开口三角电压。零序保护原理

2、中性点直接接地系统的零序保护

(1)零序电流与零序电压

由故障分析可知(详见历史记录13),在零序网络中,只在故障点存在零序分量电源。故障点零序电压最高,离故障点越远零序电压越低,零序电流由故障点流向中性点。

正方向发生接地故障,保护安装在M侧,K点为接地故障点。序网图如下图所示,可得:

U0 = - I0ZM0

零序保护原理

可见,零序电压与零序电流间的角度只和保护安装处“背后”一侧的零序阻抗角(一般取70°)有关。所以零序电压滞后零序电流110°。

反方向发生接地故障,根据零序序网图,同理可得:

U0 = I0( ZMN0+ ZMN0)零序保护原理

可见,反方向故障时,零序电压超前零序电流70°,超前的角度是保护安装处正方向等值零序阻抗角。

由此可见,正、反方向接地故障时,零序电压与零序电流间的角度关系正好相反,相差180°。可以用以区分正反方向接地故障。零序功率方向继电器也就是基于这个原理,构成了零序方向电流保护。

如相量图所示,将I0固定在0°,那么当U0为-110°时,零序功率方向继电器将工作在最灵敏的区域,这个角度也称之为最大灵敏角。在最大灵敏角两边扩展不大于90°的范围内,都为反应正反向接地故障的零序功率继电器的动作区。零序保护原理

 

(2)零序电流保护

零序电流保护通常采用三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断(I段)、限时零序速断(II段)、零序过电流(III段)组成。

I.零序电流速断

零序I段的整定遵循如下原则:

(a)I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相短路接地时,可能出现的最大零序电流。

(b)躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。

(c)对于220kV以上电压等级的线路,当采用单重和综重是,会出现非全相运行状态,可能产生较大零序电流。如果I段定值设的较低,单重时容易误动作,如果设的较高,则缩小了保护范围。

为此,通常设置两个零序I段保护定值。其中较大的称为“不灵敏I段”,用于全相运行下的接地故障,按(a)(b)整定;较小的称为“灵敏I段”,用于全相运行下的接地故障。正常运行时,投入“灵敏I段”定值,在线路第一次故障瞬时动作后,如果单相重合闸,则将其自动闭锁,并自动投入“不灵敏I段”定值,按躲开非全相震荡的零序电流运行,用来保护非全相运行状态下的接地故障。

II.限时零序电流速断

零序II段能保护本线路全长,以较短实现切除接地故障。其动作电流与下一段线路的零序I段配合,比其打一个时限级差0.5s。

III.零序过电流

零序III段保护可作为相邻元件故障的后备保护,其一次电流定值不超过300A,应按照躲过最大不平衡电流来整定。

 

3、中性点不接地系统的零序保护

(1)零序电流与零序电压

在中性点不接地电网中,用集中电容表示电网三相对地电容,并设负荷电流为零,个相对低等值集中电容相等。正常运行时,电源和负载都是对称的,故无零序电压和零序电流。

当电网中发生了单相接地故障时,三相电压不对称,出现零序电压。当A相接地时,根据故障分析的知识,可知BC两相对地电压升高了√3倍,零序电压3U0是正常A相电压的3倍,方向相反。

下面分析零序电流,由于Ua=0,那么各条线路A相对地电容电流Ia(c)=0,B、C相的电容电流Ib(c)、Ic(c)则经大地、故障点、故障线路、电源构成回路,所以出现了零序电流。由图可见,各线路的电容电流从A相流入后,又分别从B相C相流出。

零序保护原理

由此可得出一下结论,并以此为依据构成中性点不接地电网的零序保护:

非故障线路零序电容电流,数值等于本身的对地电容电流,方向由母线流向线路,零序电流超前零序电压90°。

故障线路始端的零序电流,数值等于整个电网非故障元件的零序电流之和,方向由线路流向母线,零序电流之后零序电压90°。

零序保护原理

(2)中性点不接地电网的单相接地保护

中性点不接地电网发生单相接地,由于故障点电流很小,三相电压任然对称,对符合供电影响小,因此一般情况下允许继续运行1~2小时。要求保护装置发信号,而不必跳闸。

A、绝缘监测装置

利用单相接地时出现零序电压的特点来构成的,过电压继电器接在开口处,来反映系统的零序电压,并接通信号回路。正常运行时无零序电压,发生单相接地时,开口三角有零序电压输出,使继电器动作并发信号。
零序保护原理

绝缘检测装置接与发电厂或变电所母线上,可以知道系统发生了接地故障和故障相别,但无法知道接地故障发生在哪条线路上,因此是无选择性的。

B、零序方向电流保护

发生单相接地时,故障线路的零序电流是所有非故障元件的零序电流之和,所以故障线路零序电流比非故障线路大,利用这个特点可以构成零序电流保护。

利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点,可以构成有选择性的零序方向电流保护。发生接地故障时,故障线路的零序电流滞后于零序电压90°。若使零序方向继电器最大灵敏角为90°,则此时保护装置灵敏动作。非故障线路的零序电流超前零序电压90°,落在非动作区,保护不会动作。

 

(转自:157继保教室)

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