三段式零序电流保护

实习（实训）报告

实习（实训）名称： 电力系统继电保护课程设计

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报 告 人：

学 号：

时 间： 2017年1月5日

实习主要内容： 两相接地短路零序电流整定计算及其相应M侧保护1的整定,线路N侧零序电流速断保护Ⅰ段的整定值及保护范围。 主要收获体会与存在的问题： 通过本次的实习过程，更加熟悉了整定计算的主要内容和相应的方法。总体上问题不是很大，只是在相应零序电流的保护范围的确定上出现了一点问题。实践过程中难免会出现些许问题，但在不断的探讨和摸索中都能一一解决。这一过程为今后的学习，生活以及工作打下了一定的基础。 指导教师意见： 指导教师签字： 20 年 月 日 备注：

目 录

1设计题目 ...............................................................................................................................3 2 分析设计要求........................................................................................................................4

2.1设计规定 ....................................................................................................................5

2.2本线路保护计.......................................................................................................................6 2.3 系统等效电路图……………………………………………………………………..........7

3 三段式零序电流保护整定计算............................................................................................8 3.1 三段式零序电流保护中的原则...........................................................................................9 3.2 M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定.................................................................................10 3.3 N侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定..................................................................................11

4 零序电流保护评价..............................................................................................................12 4.1原理与内容………………………………………………….…………………………….13 4.2零序电流保护的优缺点…………………………………………………………………..13 5 总结........................................................................................................................................14

参考文献..........................................................................................................................................15

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1 设计题目

如图1所示为双电源网络中，已知线路的阻抗X10.4/km，X01.4/km，两侧系统等值电源的参数： 相电动势：

EMEN115kV3

各电源阻抗：

X1MX2M5,X1NX2N10,X0M8,X0N15。

设计要求：决定线路MN两侧零序电流速断保护Ⅰ段的整定值及保护范围。

M160kmN2G～G～ 图1 双电源网络

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2 分析设计要求

2.1 设计规定

根据电力工程设计手册上的相关规定，电力系统的继电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。对于110kV及以上电压等级有效接地电力网络线路，应按照规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。

（1）对于接地短路：装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应色一段或两段零序电流保护作为后备保护。

（2）对于相间短路：单侧电源单回线路，应装设三相多段式电流或电压保护，如不能满足要求，则应设距离保护；双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2 本线路保护设计

在电力系统中，当发生接地故障时，通过变压器接地丶构成短路通路，故障相流过很大的短路电流。110kV及以上电网，为中性点直接接地系统；3～35kV及以上电网，为中性点不接地或不直接接地（小接地电流系统）。中性点直接接地电网，正常运行及发生相间短路时，均没有零序电压和电流；发生接地短路时将出现很大的零序电压和零序电流。出现零序电压和零序电流是接地故障有别于正常运行和相间短路故障的基本特征。

电力工程手册相关规定表明110kV及以上电网 ，在中性点直接接地系统中，单相短路接地故障几率占总故障率的70%～90%，所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。

零序电流保护指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。零序电流保护中，中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，根据零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器，可以用来实现短路接地保护。 该系统网络是两端电源中性点直接接地110kV系统，因此发生单相短路接地故障时，系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量，故可利用零序分量构成接地短路的保护。

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2.3 系统等效电路图

经过计算，该系统的正序、负序、零序的等效电路图分别如图2、3、4所示。其中各阻抗的计算结果如下： 3X0M3824 X1MX2M5 3X0N31545 X1NX2N10

X0LX0L1.46084

X1LX2LX1L0.46024

正序等值电路：

负序等值电路：

零序等值电路：

EMX1MMX´1kX\"1kNX1E1Nk

图2 正序等值电路图

X1ＭMX´2kX\"2kNX2Ｎ

图3 负序等值电路图

3X0MMX´0kX\"0kN3X0MU0kI´0kI\"0k

图4 零序等值电路图

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3 三段式零序电流保护整定计算

3.1 三段式零序电流保护中的原则

零序电流保护与三段式相间短路保护基本相似，也分为三段式：零序电流Ⅰ段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分；零序电流Ⅱ段为限时零序电流速断，可保护线路的全长，并与相邻线路零序电流速断保护相配合，带有0.5s延时，它与零序电流Ⅰ段共同构成本线路接地故障的主保护；零序电流Ⅲ段为零序过电流保护，动作时限按阶梯原则整定，它作为本线路和相邻线路的单相接地故障的后备保护。零序电流速断（零序Ⅰ段）保护零序电流与线路的阻抗有关，可以作出3I0随线路长度L变化的关系曲线，然后进行整定，起原则类似于相间短路的三段式电流保护。零序电流速断保护的动作电流的整定三个原则：

（1）为保护选择性，动作电流应大于本线路末端单相或两相接地短路时流过保护安装处的可能出现的最大零序电流3I0.max,即

ⅠIⅠ3I0max0 set 1Krel·

KⅠrel---可靠系数，取1.2～1.3.

3I0.max---线路末端的最大零序电流

求3I0.max

故障点：本线路末端 故障类型：（假设X1X2）

整定值按最大运行方式下考虑，即系统零序等值阻抗最小。 单相接地短路最大零序电流：

1）3I（0.max3E2Z1Z0

单相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

（1）ⅠIⅠ3I0max0 set 1Krel·

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Uf101Z1Σ Z2Σ Z0Σ

图5 单相短路接地复合序网图

两相接地短路最大零序电流：

1,1）3I（0.max3EZ2E3ZZZ12Z0Z120Z2Z0Z2Z0

两相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

（1,1）ⅠIⅠ3I0max0 set 1Krel·

Uf101Z1Σ Z2Σ

图6 两相短路接地复合序网图

两者中取较大者：

（1）Ⅰ（1,1）IⅠIⅠ0set1max0set1，I0set1Z0Σ

（2）应大于断路器三相不同期合闸（非全相运行）时出现的最大零序电流3I0.btⅠIⅠ3I0.bt0 set Krel·

求

3I0.bt：

KⅠrel---可靠系数，取1.1～1.2。

两相先合，一相断线：

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3I0.bt3EMENZ2ZZZ120Z2Z0Z2Z0EMENZ12Z03

一相先合，两相断线：

3I0.bt3EMEN

2Z1Z0EMENEMEN3I0.btmax3,3

2Z1Z0Z12Z0

两者中取较大者：

原则所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带小的延时（0.1S）躲开不同时合闸时间。

（3）当系统采用单相自动重合闸，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。若按（3）整定，这动过电流过大，使保护范围缩小，不能发挥零序Ⅰ段的作用。应分别设灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段套保护。

3.2 M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定

根据上述零序电流保护原则（1）对M侧保护1零序电流保护Ⅰ段进行整定。

Z0M3X0MX0L2484108

Z1MX1MX1M52429 本线路末端N处：

单相接地短路最大零序电流：

13I0.max3E2Z1Z0

=311531199.9A

229108--完整版学习资料分享----

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单相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

ⅠIⅠ(1)3I0max1.31199.91559.87A 0 set 1Krel·两相接地短路最大零序电流：

1.13I0.max3EZ2ZZZ120Z2Z0Z2Z0 E3Z12Z03

两相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

ⅠIⅠ(1,1)3I0max1.38131056.9A 0 set 1Krel·1153813A

292108两者中取较大者：

（1）Ⅰ（1,1）Ⅰ（1）IⅠIⅠ0set1max0set1，I0set1I0set11559.87A

保护范围校验：校验最小保护范围时，取值与上述计算真好相反；即整定时，若按单相计算，那么，校验时就要采用两相接地考虑。反之亦然。 因此，该保护利用两相接地短路整定值进行保护范围的校验：

（1，1）I0set13EM311511056.9A 2ZSmaxZ0Lmin23241.4LminLmin21.7KM

21.7100%36.2%15% （满足保护范围要求） 60保护延时的整定：Ⅰ段带小的延时（0.1S）躲开不同时合闸时间，避免保护误动。

t0 set 10.1s

3.3 N侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定

根据上述零序电流保护原则

（1）对M侧保护1零序电流保护Ⅰ段进行整定。 Z0N3X0NX0L4584129 Z1NX1NX1L102434 本线路末端M处：

单相接地短路最大零序电流：

115EN31011.1A13I033.max2Z1Z0234129

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单相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

（1）ⅠIⅠ3I0max1.31011.11314.43A 0 set 1Krel·两相接地短路最大零序电流：

115E3682.1A1.13I03.max3Z12Z0342129两相接地短路M侧保护1零序电流保护Ⅰ段整定值：

ⅠIⅠ(1,1)3I0max1.3682.1886.73A0 set 1Krel·

两者中取较大者：

Ⅰ（1）Ⅰ（1,1）Ⅰ（1）IⅠmaxI，II0set10set10set10set11314.43A

保护范围校验：

（1，1）I0set13EM31151886.73A 2ZSmaxZ0Lmin23451.4LminLmin14.2KM

14.2100%26.3%15% （满足保护范围要求） 60保护延时的整定：Ⅰ段带小的延时（0.1S）躲开不同时合闸时间，避免保护误动。

t0 set 10.1s

4 零序电流保护评价

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4.1原理与内容：

三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值（综合保护中设定），综和保护接触器吸合，断开电路。

零序电流互感器内穿过三根相线矢量。

正常情况下，三根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。

当人体触电或者其他漏电情况下：三根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。 零序一段：

①躲过下一段线路出口处单相或者两相接地短路时候出现的最大零序电流。 ②躲开断路器三相触头不同期合闸时候所出现的最大零序电流。 两者比较取最大

零序保护零序二段：

与下一段线路的一段配合，即是躲过下段线路的第一段保护范围末端接地短路时，通过本保护装置的最大零序电流。 零序二段的灵敏系数要大于1.5，不满足的话要与下一段线路的二段配合，时限再抬高一个等级。

零序保护零序三段：

①与下一段线路的三段配合；

②躲开下一段线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。 两者比较取最大。

零序三段的灵敏系数要大于2（近后备）；灵敏系数要大于1.5（远后备）

接地距离保护与零序电流保护配合才能构成完整的接地保护 。接地距离保护的最大优点是瞬时段的保护范围固定,不受系统运行方式变化影响。接地距离三段保护难以反映高阻抗接地故障。零序电流保护则以保护高电阻故障为主要任务。

4.2零序电流保护的优缺点

零序电流保护的优点：

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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，作为辅助保护或后备保护获得了广泛的应用。具有以下特点： (1)敏性高

由于线路的零序阻抗较正序阻抗大，所以线路始端和末端接地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序电流Ⅰ段和零序电流Ⅱ段保护范围较长。

零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定，继电器的动作电流一般为2A～3A。而相间短路的过电流保护要按最大负荷电流来整定，动作电流值通常5A～7A。所以，零序过电流保护灵敏性高。

零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小，保护范围较稳定。因为系统运行方式变化时，零序网络不变或变化不大，所以零序电流的分布基本不变。 (2)速动性好

零序过电流保护的动作时限比相间短路过电流保护的动作时限要短。

尤其是对于两侧电源的线路，当线路内部靠近任一侧发生接地短路时，本侧零序电流保护一段动作跳闸后，对侧零序电流将增大，可使对侧零序电流保护也相继动作跳闸，因而使总的故障切除时间更加缩短。 (3)不受过负荷和系统振荡的影响

当系统中发生某些不正常运行状态，如系统振荡、短时过负荷，三相仍然是对称的，不产生零序电流，因此零序电流保护不受其影响，而相间短路电流保护可能受其影响而误动作，所以需要采取必要的措施以防止。

(4)方向零序电流保护在保护安装处接地时无电压死区

零序电流保护较之其他保护实现简单、可靠，在110kV及以上的高压和超高压电网中，单相接地故障约占全部故障的70%～90%，而且其他的故障也都是由单相故障发展起来的，所以零序电流保护就为绝大多数的故障提供了保护，具有显著的优越性，因此在中性点直接接地的高压和超高压系统中获得普遍应用。 零序电流保护的缺点：

(1)受变压器中性点接地数目和分布的影响显著。对于运行方式变化或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系统运行所提出的要求。

(2)在单相自动重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，在考虑到系统两侧的发电机发生摇摆，可能会出现较大的零序电流，可能影响零序电流保护的正确工作。 (3)当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网（如110kV和220kV电网）是，则在任一电网中发生接地短路时都会在另一电网中产生零序电流，这使得零序电流保护的整定配合复杂化，兵增大了零序三段式保护的动作时限。

注意问题：(1)当电流回路断线时,可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的共同弱点,需要在运行中注意防止。就断线机率而言,它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。如果确有必要,还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。

当电力系统出现不对称运行时,也要出现零序电流,例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行,单相重合闸过程中的两相运行,三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期,母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下,由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流,以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流,特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下,可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等,都可能使零序电流保护启动。

地理位置靠近的平行线路,当其中一条线路故障时,可能引起另一条线路出现感应零序电流,造成反方向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时,可以改用负序方向继电器,来防止上述方向继电器误判断。

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由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压,回路断线不易被发现;当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时,也不易用较直观的模拟方法检查其方向的正确性,因此较容易因交流回路有问题而使得在电网故障时造成保护拒绝动作和误动作。

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5 总结

在电力系统中，当发生接地故障时，通过变压器接地丶构成短路通路，故障相流

过很大的短路电流。

在继电保护中应该满足四性：即选择性，速动性，灵敏性，和可靠性。

零序电流保护指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。零序电流保护中，中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，根据零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器，可以用来实现短路接地保护。 通过本次的实习过程，更加熟悉了整定计算的主要内容和相应的方法。总体上问题不是很大，只是在相应零序电流的保护范围的确定上出现了一点问题。实践过程中难免会出现些许问题，但在不断的探讨和摸索中都能一一解决。这一过程为今后的学习，生活以及工作打下了一定的基础。

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参考文献

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制学术研讨会论文集[C], 2006 .

[2] 王磊,吉木斯. 浅析现代继电保护和厂用电自动化技术[A]. 2006中国电力系统保护与控制

学术研讨会论文集[C], 2006

[3]华中工学院编，电力系统继电保护原理与运行，北京，电力工业出版社，1981年 [4]、吕继绍主编，继电保护整定计算与实验，武汉，华中工学院出版社，1983年3 [5]、王维俭编，电力系统继电保护基本原理，北京，清华大学出版社，1991年 4

[6]、张志竟、黄玉铮编，电力系统继电保护原理与运行分析，上册，北京，中国电力出版社1995年

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