零序方向保護

1、1 采用零序方向保護的意義我國電力系統(tǒng)中性點接地方式有3種：中性點直接接地、中性點經消弧線圈接地和中性點不接地方式。110 kV及以上電網的中性點均采用第1種接線方式，在這種系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時接地短路電流很大，故稱其為大接地電流系統(tǒng)。在大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的概率很高，可占總短路故障的70%左右，因此要求其接地保護能靈敏、可靠、快速地切除接地短路故障，以免危及電氣設備的安全。- C, k$ : |' u3 W$ E1 ! X大接地電流系統(tǒng)接地短路時，零序電流、零序電壓和零序功率的分布與正序分量、負序分量的分布有明顯區(qū)別：' R" Y+ J* w# M8

2、 Ea.當系統(tǒng)任一點單相及兩相接地短路時，網絡中任何處的三倍零序電流和電壓都等于該處三相電流或電壓的矢量和，即：% C5 S, Z8 ( s5 Z; a+ O    3U0=UA+UB +UC* ( F! n3 G$ o- O    3I0IAI BICb.系統(tǒng)零序電流分布只與中性點接地的多少及位置有關，圖1為系統(tǒng)接地短路時的零序等效網絡。 $ X' g$ C9 , E式中  E電源的合成電動勢；  x, 8 W$ X9 y8 J6 M# W& 8 wZ0T1、Z0T2變壓器T1、T2的零序阻抗；Z

3、01、Z02短路點兩側線路的零序阻抗。當發(fā)電廠M側的變壓器中性點接地點增多時，Z0T1將減小，從而使I0和I01增大，I02減小。反之，I0和I01減小，I02增大。如果發(fā)電廠N側的中性點不接地，則Z0T2=，I01也將增大且等于I0。兩相接地短路時也可得到相應的結論。8 p7 o( |( _& c. 故障點的零序電壓最高，變壓器中性點接地處電壓為0，保護安裝處的電壓U0A=-I0Z0T1，如圖2所示。d. 零序功率S0=I0U0。由于故障點的電壓U0最高，對應故障點的S0也最大。越靠近變壓器中性點接地處S0越小。在故障線路上，S0是由線路流向母線。" s* y. J$ _0

4、 Z" i    綜上所述，中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，將產生很大的零序電流分量，利用零序電流分量構成零序電流保護，可作為一種主要的接地短路保護。因為它不反映三相和兩相短路，在正常運行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時也沒有零序分量產生，所以有較好的靈敏度。如線路兩端的變壓器中性點都接地，當線路發(fā)生接地短路時，在故障點與各變壓器中性點之間都有零序電流流過。為保證各零序電流保護有選擇性地動作和降低定值，必須加裝方向繼電器，使其動作帶有方向性。: W3 L8 Q. q  W  c1 z$ u    零序功率方向是零序電流

5、保護中的關鍵環(huán)節(jié)。在運行實踐中，因方向繼電器接線錯誤而造成的保護誤動時有發(fā)生。因此做好零序功率方向的校驗和接線正確性的判定至關重要。2  零序功率方向繼電器的接線! g, m) D' z4 x8 : N1 W8     零序功率方向繼電器的正確接線，應使其動作特性為：當被保護線路或元件發(fā)生正方向接地故障時，零序電壓和零序電流的相位關系應可靠進入繼電器的靈敏動作區(qū)，而反方向接地故障時，繼電器可靠不動作。傳統(tǒng)習慣規(guī)定電流正方向為母線流向線路，同時取母線電壓為電壓升。當發(fā)生正方向接地故障時，零序電流超前零序電壓為(180°-)，為系統(tǒng)零序電源

6、阻抗角。一般角約在85°左右，則零序電流超前零序電壓約為95°。傳統(tǒng)的零序功率方向繼電器，其動作最靈敏角有電流超前電壓110°和電流滯后電壓70°兩種，即靈敏角為-110°和+70°，一般采用后者。對于靈敏角為-70°的繼電器，由于其動作特性與故障情況相反，現場接線方式上考慮將零序電壓的極性反向接入，零序電流正極性接入，這樣就能夠使繼電器正確反應故障狀態(tài)了。4 S# N  r. G% * 9 e    對于微機零序保護裝置，其零序電流電壓的接入分自產和外接兩種情況。微機線路保護裝置的零

7、序電壓電流均為自產，三相電壓電流正極性接入即可。微機變壓器保護中不同廠家的產品對零序電壓電流的接入有不同要求，其中需要外接零序電壓的，必須是正極性接入，這是和傳統(tǒng)繼電器的區(qū)別。) f% M& u& L3 _7 E, m3  用負荷電流及工作電壓測量零序功率方向繼電器利用負荷電流及工作電壓檢驗零序功率方向繼電器接線正確性之前，必須對電壓互感器開口三角引出的L、N線的極性進行核查。5 r* 3 f' P' r在正常情況下電壓互感器開口三角兩端電壓UNL=0，故ULS=UNS，但L、N無法用試驗的方法區(qū)分，因此，利用負荷電流及及工作電壓檢驗零序功率

8、方向繼電器接線正確性之前，必須對電壓互感器開口三角引出的L、N線核查正確，否則不能判別所測相位關系是否符合零序功率方向元件的接線要求。如圖3（a）所示，當用負荷電流及工作電壓檢驗零序功率方向繼電器KWO的相位關系時，可在KWO處將L 線斷開（圖中標×者），并接入S線，此時加入KWO的電壓為USN=（Ub+Uc）=-Ua，即：UNS= -（-Ua）=Ua。5 f5 K3 S; W1 ( G8 J: B+ K- 7 t. t$ g$ A確定了Ua的相位關系以后，就可以根據當時的負荷電流，測出每相電流與Ua之間的相位關系，不同相負荷電流的相量圖如圖4所示。分析可知，當通入Ia時KWO觸點閉

9、合，通入Ib時處于臨界動作狀態(tài)，通入Ic時KWO觸點不閉合。但是，如果按圖3（b）的接線，仍按上述方法進行校驗時，從圖中可直接看到，此時加入KWO的電壓就是USN=Ua。這樣，就不能發(fā)現零序電壓的極性接錯了。保護投入運行后，在反方向接地故障時就會誤動，反之拒動。4  現場存在的問題目前電力系統(tǒng)中微機保護占有很大比重。微機型零序電流方向保護與常規(guī)的零序電流方向保護在基本原則上與常規(guī)零序電流方向保護相一致。另外，微機保護比常規(guī)保護功能更靈活。無論是微機型線路保護還是變壓器保護，其技術說明書上都明確注明裝置對零序保護用TA、TV的接線方式及極性的規(guī)定，只要嚴格按照說明書所要求的接

10、線，即可通過控制字來改變保護方向。值得一提的是微機零序方向過流保護對TV電纜接線的特殊要求。電壓互感器二次回路和三次回路由開關場到控制室接線的常見方式見圖5。: P$ " K, w* 3 C' P4 _  h  其特點是二、三次繞組的N相電纜，自TV端子箱至保護室內共用了1根電纜芯，即在開關場端子箱處將O與O連通，節(jié)省了連線ON。由于傳統(tǒng)的零序功率方向繼電器采用的零序電壓為外接TV開口三角電壓，也就沒有暴露出它的缺陷。而現在的微機保護裝置，均為三相電壓接入，采用自產3U0。由圖5可見，當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，產生較高的零序電壓，會在ON電纜上有壓降

11、，此時，通入微機保護裝置電壓回路中自產的三倍零序電壓3U0j將是三相電壓向量和再加上電纜ON上的壓降，即：! X. c/ 4 - g3 若3U0回路負載電阻為R，電纜芯ON的電阻為r，按正確極性接線，則因三次繞組電壓變比為二次繞組變比的倍，有如下關系：8 Z# r, C1 1 9 W( ' V如果因為某種原因，引起時，3U0j將與3U0反方向，于是零序保護正方向拒動而反方向誤動。為此，要求TV電纜接線禁止二、三次繞組的N相共用1根電纜，必須分別引入保護室內，接到N600小母線，實現一點接地。' c4 ; d6 I& 2 T* 5  變壓器零序方向保護的特殊問題對于220 kV及以上高壓電網，變壓器作為重要的供電元件，除采用快速的主保護外（差動和瓦斯保護），還要有可靠的后備保護。毫無疑問，零序方向電流保護是變壓器接地故障后備保護的首選。1 x9 _: R/ W) s& |# Q" d變壓器零序方向元件采用的電流，一般情況取自各側繞組的中性點TA電流