1、中性点直接接地电网中接地中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护短路的零序电流及方向保护 为进行不对称短路计算为进行不对称短路计算,通常将通常将A A、B B、C C三相电压和电流都分解为他们的对称分量。三相电压和电流都分解为他们的对称分量。故故:运算子运算子1)1)正常运行或三相短路时正常运行或三相短路时2)2)由于三相电压和电流是对称的。由于三相电压和电流是对称的。故故:UAUBUC.2.3.12.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分接地短路时零序电压、电流和功率的分布布 2)2)两相短路时两相短路时,设为设为K K(2)(2)BCBC综上综上故故障点的故故障点的零序电压和零序
2、电压和零序电流为零序电流为:UBUAUC 在故障点在故障点k k处处:.3)3)单相接地短路，设为单相接地短路，设为K K(1)(1)A A(中性点接地系统中性点接地系统)在接地故障点在接地故障点,故障相电压故障相电压:故障相电流故障相电流:故在故障点故在故障点的零序电压的零序电压零序电流为零序电流为:出现零序电压和零序电流是接地故障区别于出现零序电压和零序电流是接地故障区别于正常运行和相间短路故障的正常运行和相间短路故障的基本特征基本特征。4)4)两相接地短路，设为两相接地短路，设为K K(1,1)(1,1)BCBC在故障在故障点点:则则:相间短路只有纵向不对称。相间短路只有纵向不对称。接地
3、短路既有横向不对称，也有纵向不对称。接地短路既有横向不对称，也有纵向不对称。所谓所谓横向不对称故障横向不对称故障是指发生在系是指发生在系统某一点与地之间的故障。统某一点与地之间的故障。所谓所谓纵向不对称故障纵向不对称故障发生在系统某两点发生在系统某两点之间的故障。之间的故障。3.零序网络零序网络n纵上分析，在中性点直接接地的电网纵上分析，在中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统，一般为（又称大接地电流系统，一般为110kV以上电网）中发生接地短路时，将出现以上电网）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，而正常运行以很大的零序电压和电流，而正常运行以及相间短路情况下它们是不存在的，因及
4、相间短路情况下它们是不存在的，因此可利用零序电压、电流来构成接地短此可利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的特点。路的保护，具有显著的特点。T1T2ABC12系统接线系统接线零序电压分零序电压分布布零序等零序等效网络效网络XT1.0ABXk0Xk0XT2.0-在故障点在故障点处，三相处，三相不平衡的不平衡的程度最严程度最严重，零序重，零序电压最高电压最高可以认为可以认为在故障点在故障点处有一个处有一个零序电源零序电源由此产生由此产生零序电流零序电流两相接地短路，设为两相接地短路，设为K(1,1)BC利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量。利用对称分量的方法将电流和
5、电压分解为正序、负序和零序分量。零序电流零序电流可以看成在故障点出现一个可以看成在故障点出现一个零序电源零序电源而产生的，而产生的，经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障经变压器中性点构成回路，零序电流的方向仍规定从母线流向故障线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。忽略电阻时向量忽略电阻时向量图图纯感性负荷电纯感性负荷电流滞后电压流滞后电压9090O O考虑线路中的零序电阻考虑线路中的零序电阻时，零序电压时，零序电压 与零与零序电流之间相位角为：序电流之间相位角为：计及电阻时向量计及电阻时向量图图零序电零
6、序电流实际流流实际流向向在电感中，电流滞后电压在电感中，电流滞后电压9090o o按规定按规定正方向来正方向来看零序电看零序电流从线路流从线路流向母线流向母线4.特点特点零序分量的参数具有如下特点：零序分量的参数具有如下特点：零序电压：零序电压：故障点的零序电压最高；故障点的零序电压最高；变压器中性点接地处的零序电压为变压器中性点接地处的零序电压为。零序电压分零序电压分布布变电所变电所A A母线母线变电所变电所B B母线母线故障故障点点变电所变电所A A母线上零序电压为母线上零序电压为 ；变电所母线上零序电压为变电所母线上零序电压为 ；零序电流零序电流零序电流零序电流只在故障点与中性点接地的变
7、压器之间流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动，并由大地构成回路。动，并由大地构成回路。零序电流比正序、负序电流零序电流比正序、负序电流流动范围少。流动范围少。当忽略回路的电阻时，和超前。当计当忽略回路的电阻时，和超前。当计及电阻时，设零序阻抗角，则和超前及电阻时，设零序阻抗角，则和超前为。为。忽略电阻时向量忽略电阻时向量图图纯感性负荷电纯感性负荷电流滞后电压流滞后电压9090O O计及电阻时向量计及电阻时向量图图考虑线路中的零序电阻考虑线路中的零序电阻时，零序电压时，零序电压 与零与零序电流之间相位角为：序电流之间相位角为：阻抗阻抗主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要是变压器的感抗，零
8、序电流的分布，主要主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，序阻抗，而与电源的数目和位置无关，当变压器而与电源的数目和位置无关，当变压器T T中性点不接地时，则因为零序不构成回路。中性点不接地时，则因为零序不构成回路。零序功率零序功率对于发生故障的线路，两端零序功率的方向对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是与正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由线路流向母线。由线路流向母线。但故障点离保护安装处愈远，流过保护但故障点离保护安装处愈远，流过保护安装处的零序电流愈小。安装处的零序电流愈
9、小。保护安装处保护安装处在保护安装处在保护安装处 ，零序电，零序电压与零序电流之间的相位差取决于变压器的零压与零序电流之间的相位差取决于变压器的零序阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗及故障序阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。点的位置无关。系统运行方式系统运行方式在电力系统运行方式变化时，只要送电线在电力系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则路和中性点接地的变压器数目不变，则零序零序阻抗阻抗和和零序等效网络零序等效网络就是不变的，中性点接就是不变的，中性点接地的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，地的变压器数目越多，系统的零序阻抗越小，接地故障点的零序电
10、流越大。接地故障点的零序电流越大。1.1.零序电压过滤器零序电压过滤器用三个单相式电压互感器用三个单相式电压互感器mnABC.用三相五柱式电压互感器用三相五柱式电压互感器ABCABCa bcmn2.3.2 2.3.2 零序零序电压过滤器、电压过滤器、零序电流过零序电流过滤器滤器在集成电路保护装置在集成电路保护装置内部合成零序电压内部合成零序电压加加法法器器用接于发电机中性用接于发电机中性点的电压互感器点的电压互感器m mn n.在微机保护中分为在微机保护中分为自产零序自产零序和和过滤器零序过滤器零序两两种种2.2.零序电流过滤器零序电流过滤器TATA等效电路等效电路零序电流过滤零序电流过滤器器
11、.ABC一次电流的一部分消耗在励磁上，一次电流的一部分消耗在励磁上，并没有全部线性传变到二次侧并没有全部线性传变到二次侧将三个同型号同变比将三个同型号同变比的单相电流互感器二次的单相电流互感器二次侧同极性端子连接在一侧同极性端子连接在一起作为输出，即构成零起作为输出，即构成零序电流过滤器序电流过滤器考虑励磁电流考虑励磁电流 的影响后，的影响后，由于由于TATA一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上流入零序电流继电器的电流（理论上）为：流入零序电流继电器的电流（理论上）为：实际上流入零序电流继电器的电流为：实际上流入零序电流继电器的电流为：每相电流互感器输出的电流为
12、：每相电流互感器输出的电流为：称为零序电流过滤器的称为零序电流过滤器的不平衡电流不平衡电流，当，当发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电发生相间短路时，电流互感器一次侧流过的电流值最大，且包含有非周期分量，故不平衡电流值最大，且包含有非周期分量，故不平衡电流也最大，以表示。流也最大，以表示。当零序电流为零当零序电流为零时零序电流过滤器时零序电流过滤器依然有输出！依然有输出！在正常运行和一切不伴随有接地的相间短路时，在正常运行和一切不伴随有接地的相间短路时，三个电流互感器一次侧电流的向量和必然为零，三个电流互感器一次侧电流的向量和必然为零，因此，流入零序电流继电器中的电流即为因此，流入零序电流
13、继电器中的电流即为 ：3I3I0 0TANTANA AB BC C电缆电缆零序电流互感器接线示意零序电流互感器接线示意图图对于采用电缆引出的送电线路，对于采用电缆引出的送电线路，还广泛地采用了还广泛地采用了零序电流互感器零序电流互感器的接线以获得的接线以获得3I3I0 0，此电流互感器，此电流互感器就套在电缆的外面，从其铁芯中就套在电缆的外面，从其铁芯中穿过的电缆就是其一次绕组，这穿过的电缆就是其一次绕组，这个互感器的一次电流就是个互感器的一次电流就是 只当一次侧有零序电流时，在互只当一次侧有零序电流时，在互感器的二次侧才有相应的感器的二次侧才有相应的3I3I0 0输出，输出，故称它为零序电流
14、互感器。故称它为零序电流互感器。采用零序电流互感器的优点采用零序电流互感器的优点，和零序电流过滤器相比，和零序电流过滤器相比，主要的是没有不平衡电流，同时接线也更简单。主要的是没有不平衡电流，同时接线也更简单。2.3.3 2.3.3 零序电流速断（零序零序电流速断（零序段）保护段）保护整定原则：（有两个）整定原则：（有两个）1)躲开相邻下一条线路出口处躲开相邻下一条线路出口处单相单相或或两相接地短路两相接地短路时可能出现的最大零序电流，引入可靠系时可能出现的最大零序电流，引入可靠系数数在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行在确定最大零序电流时，要考虑使零序电流为最大的运行方式和接地
15、故障类型。方式和接地故障类型。即应考虑系统正序阻抗即应考虑系统正序阻抗Z Z1 1为最小，保为最小，保护安装侧变压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中护安装侧变压器中性点接地数目最多，而线路末端变压器中性点接地数目最小或都不接地的情况。性点接地数目最小或都不接地的情况。T1T2ABC12系统接线系统接线零序等效网络零序等效网络XT10ABXk0Xk0XT2.0=Xk0+XT2.0Xk0+XT1.0+Xk0+XT2.0=Xk0+XT1.0+Xk0+XT2.0Xk0+XT10T2T2中性点接地：中性点接地：若母线若母线A A还还接有中性点接有中性点接地的变压接地的变压器，则零序器，则零序阻抗变
16、小，阻抗变小，流过流过A A侧零序侧零序电流增大。电流增大。T2T2中性点不接地：中性点不接地：至于是单相接地短路时的至于是单相接地短路时的3I3I0 0（1 1）大，还是两相接地短路时的大，还是两相接地短路时的3I3I0 0（1 1，1 1）大，大，可比较可比较 和和 ，若，若 ，则，则3I3I0 0（1 1，1 1）3I 3I0 0（1 1）若若 3I 3I0 0（1 1，1 1）。因为在。因为在 =的条件下：的条件下：单相接地短路的零序电流为：单相接地短路的零序电流为：3I0（1）=3E2 +两相接地短路的零序电流为：两相接地短路的零序电流为：3I0（1,1）=3E +2=+单相接地单相
17、接地故障点的等效零序电势故障点的等效零序电势故障点的等效正序、负序、零序阻故障点的等效正序、负序、零序阻抗抗2)躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流零序电流，引入可靠系数，引入可靠系数3I3I0.unb0.unb的计算，一相先合与两相断线情况类同，的计算，一相先合与两相断线情况类同，两相先合与一相断线情况类同。两相先合与一相断线情况类同。具体可参见电力系统分析之短路计算具体可参见电力系统分析之短路计算若保护装置动作时间大于断路器三相不同期合若保护装置动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间，则可不考虑这一条件，若考虑则整定值应闸的时间，则可
18、不考虑这一条件，若考虑则整定值应选取其中较大者。选取其中较大者。3)3)当线路上采用单相自动重合闸时，要求最小保护范围当线路上采用单相自动重合闸时，要求最小保护范围不少不少于线路全长的于线路全长的15%15%，按上述（）（）整定的零序，按上述（）（）整定的零序段段往往不能躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时，所往往不能躲开在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，而若按这一条件整定，则正常情况出现的最大零序电流，而若按这一条件整定，则正常情况下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥下发生接地故障时，其保护范围又要缩小，不能充分发挥零序零序段的作用。段的作用。其中一个
19、按条件或整定（其中一个按条件或整定（定值小，保护定值小，保护范围大，称为灵敏范围大，称为灵敏段段），其主要任务是对全），其主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，而当单相运行状态下的接地故障起保护作用，而当单相自动重合闸时，重合期间将自动闭锁，待恢相自动重合闸时，重合期间将自动闭锁，待恢复全相运行时才能重新投入；复全相运行时才能重新投入；为了解决这个矛盾，通常设置两个零序为了解决这个矛盾，通常设置两个零序段段另一个是按照条件（）整定（另一个是按照条件（）整定（定值大，称定值大，称为不灵敏为不灵敏段段），主要作用是在单相重合闸过），主要作用是在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，
20、用以弥补程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏失去灵敏段的缺陷。段的缺陷。2.3.4 2.3.4 零序电流限时速断（零序零序电流限时速断（零序段）段）保护保护2)当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，也将产生助增电流，引入零序电流的分支系数，时，也将产生助增电流，引入零序电流的分支系数，则零序则零序段的起动电流应整定为：段的起动电流应整定为：保护范围不超出相邻下一条线路零序保护范围不超出相邻下一条线路零序段的保护范围段的保护范围1)1)零序零序段整定其起动电流首先考虑和下一条线路的零序段整定其起动电流首先考虑和下一条线
21、路的零序段相配合，并带有一个段相配合，并带有一个t t的时限，以保证动作的选择性。的时限，以保证动作的选择性。时限为时限为t t(b)(b)零序等效网络零序等效网络3I3I0 0M MA AB BT1T1T2T21 12 2(a)(a)网络接线图网络接线图k kC C（c c）零序电流变化曲线）零序电流变化曲线lT1T1T2T21 12 2当线路当线路B BC C上发生接地短上发生接地短路时，流过保路时，流过保护护1 1和和2 2的零序的零序电流分别为电流分别为 和和 ，两者之差就是两者之差就是从变压器中性从变压器中性点流回的电流点流回的电流 当变压器切除或当变压器切除或中性点改为不接地中性点
22、改为不接地运行时，则该支路运行时，则该支路即从零序等效网络即从零序等效网络中断开，此中断开，此时时 。3）零序）零序段灵敏系数：段灵敏系数：零序零序段的灵敏系数，应按照本线段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并应满足校验，并应满足K Ksensen1.51.5的要求。的要求。2.3.5 2.3.5 零序过电流（零序零序过电流（零序段）保护段）保护作为接地保护的后备作为接地保护的后备1)1)在零序过电流保护中，起动电流的整定原则上按在零序过电流保护中，起动电流的整定原则上按照躲开照躲开相邻下一条线路出口处相邻下一条线路出口处相间短路时相间
23、短路时零序互零序互感器出现的感器出现的最大不平衡电流最大不平衡电流来整定，引入来整定，引入可靠系数可靠系数 ，则，则:（）二次侧零序过电流保护动作电流（）二次侧零序过电流保护动作电流二次侧动作电流二次侧动作电流2)同时要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，同时要求各保护之间在灵敏系数上要互相配合，本保护零序本保护零序段的保护范围不能超出相邻线路零段的保护范围不能超出相邻线路零序序段，当段，当两个保护之间具有分支电路时两个保护之间具有分支电路时，起动，起动电流应按如下整定：电流应按如下整定：可靠系数：可靠系数1.1-1.21.1-1.2：在相邻线路的零序在相邻线路的零序段保护范围末端发生接段保护
24、范围末端发生接地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中地短路时，故障线路中零序电流与流过本保护装置中零序电流之比。零序电流之比。q评价评价优点：优点：a.a.相间短路的过电流保护是按照大于负荷电流相间短路的过电流保护是按照大于负荷电流I IL L.maxmax来整定，来整定，继电器的起动电流一般大于，而零序过电流保护则继电器的起动电流一般大于，而零序过电流保护则按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为，由按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为，由于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流相等，于发生单相接地短路时，故障相的电流与零序电流相等，故零序过电流保护的灵敏性高。故零序过电流保
25、护的灵敏性高。b.零序电流保护受系统运行方式变化的影响小，且在线路始零序电流保护受系统运行方式变化的影响小，且在线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，故零序端与末端短路时，零序电流变化显著，故零序段的保护段的保护范围较大，也较稳定。范围较大，也较稳定。c.当系统中发生某些不正常运行状态时（如系统振荡，短时当系统中发生某些不正常运行状态时（如系统振荡，短时过负荷等）零序保护不受影响。过负荷等）零序保护不受影响。d.d.在在110kV110kV及以上的高压或超高压系统中，单相接地故障占全及以上的高压或超高压系统中，单相接地故障占全部故障的部故障的70%-90%70%-90%，而且其它故障也往往是
26、由单相接地引起，而且其它故障也往往是由单相接地引起的，故采用零序保护具有显著的优越性。的，故采用零序保护具有显著的优越性。缺点：缺点：a.对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求。足系统运行所提出的要求。b.随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸过程中将出现非全随着单相重合闸的广泛应用，在重合闸过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作。现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作。c.c.当
27、采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的网当采用自耦合变压器联系两个不同电压等级的网络时（例如络时（例如110kV110kV和和220kV220kV电网）则任一网络的接电网）则任一网络的接地短路均将在另一网络中产生零序电流，这将使地短路均将在另一网络中产生零序电流，这将使零序保护的整定配合复杂化，并将增大零序零序保护的整定配合复杂化，并将增大零序段段的动作时限。的动作时限。在中性点直接接地的电网中，由于零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，故得到广序电流保护简单、经济、可靠，故得到广泛应用。泛应用。第四节第四节 中性点非直接接地电网中性点非直接接地电网中中 单相接地故障单
28、相接地故障的保护的保护 中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地等电网，统称为中性点非直接接地电网。经电阻接地等电网，统称为中性点非直接接地电网。在中性点非直接接地电网（又称小接地电流系统）在中性点非直接接地电网（又称小接地电流系统）中发生单相接地时，由于故障点电流很小，而且三相之中发生单相接地时，由于故障点电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在此，在一般情况下都允许再继续运行一般情况下都允许再继续运行1 12 2小时小时。在此期。在此期间，其他两相的对地电
29、压要升高间，其他两相的对地电压要升高 倍，为了防止故障倍，为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，进一步扩大成两点或多点接地短路，就应及时发出信号，以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除，以便运行人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。因此，在单相接地时，一般只要求继因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而不必跳闸，但当单相接地对出信号，而不必跳闸，但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作人身和设备的
30、安全有危险时，则应动作于跳闸。能完成这种任务的保护装置有于跳闸。能完成这种任务的保护装置有时被称作时被称作“接地选线装置接地选线装置”。2.4.1 2.4.1 中性点不接地电网单相接地故障的特点中性点不接地电网单相接地故障的特点 A A相接地时的向量图相接地时的向量图AE&BE&CE&0U&kBU-&kCU-&简单网络接线示意图简单网络接线示意图A AB BC CCE&BE&AE&BI&CI&BI&CI&k如图所示的最简单的网络接线，电源和负荷的中性如图所示的最简单的网络接线，电源和负荷的中性点均不接地。点均不接地。在正常运行情况下，三相对地有相同在正常运行情况下，三相对地有相同的电容，在相电
31、压的作用下，每相都有一超前于相的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前于相电压的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。电压的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。A AB BC CCE&BE&AE&BI&CI&BI&CI&AI&AI&假设假设A A相发生单相接地短路，则相发生单相接地短路，则A A相对地电压为零，相对地电压为零，对地电容被短接，而其他两相的对地电压升高对地电容被短接，而其他两相的对地电压升高 倍，倍，对地电容电流也相应增大对地电容电流也相应增大 倍，相量关系如图所示。倍，相量关系如图所示。CI&BI&kI&AE&BE&CE&BI&0U&kBU-&kCU-&A AB BC C
32、CE&BE&AE&BI&CI&kI&BI&CI&k由于线电压仍然三相对称，三相负荷电流对称，相对于故障由于线电压仍然三相对称，三相负荷电流对称，相对于故障前没有变化，故可只分析对地关系的变化。在前没有变化，故可只分析对地关系的变化。在A A相接地以后，相接地以后，忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上产生的电压降，各相对忽略负荷电流和电容电流在线路阻抗上产生的电压降，各相对地的电压为地的电压为:故障点故障点k k的零序电压为的零序电压为:在非故障相中产生电容电流并流向故障点在非故障相中产生电容电流并流向故障点其有效值为其有效值为 ，式中，式中 为相电压的为相电压的有效值。有效值。因为全系统因为全系
33、统A A相对地的电压均等于零，因而各元件相对地的电压均等于零，因而各元件中中A A相对地的电容电流也等于零，此时，从相对地的电容电流也等于零，此时，从A A相接地相接地点流回的电流是全系统非故障相电容电流之和点流回的电流是全系统非故障相电容电流之和即即:其有效值为其有效值为 ，是正常运行，是正常运行时单相电容电流的三倍。时单相电容电流的三倍。单相接地时，用三相系统表示的电容电流分布图单相接地时，用三相系统表示的电容电流分布图A AB BC CCE&BE&AE&IBI&IIBI&GC0IIC0IC0线路线路线路线路当网络中有发电机和多条线路存在时，每台发电机当网络中有发电机和多条线路存在时，每台
34、发电机和每条线路对地均有电容存在，设以和每条线路对地均有电容存在，设以 ，等等集中的电容来表示，当集中的电容来表示，当线路线路 A A相相接地后，在非故接地后，在非故障的线路障的线路上，上，A A相电流为零，相电流为零，B B相和相和C C相中有本身的相中有本身的电容电流，因此，在线路始端所反应的零序电流为：电容电流，因此，在线路始端所反应的零序电流为：其有效值为：其有效值为：非故障线路特点：非故障线路特点：非故障线路中的零序电流为线路非故障线路中的零序电流为线路本身的电容电流，本身的电容电流，电容性无功功率的方向为由母线流向线路。电容性无功功率的方向为由母线流向线路。在发电机在发电机G G上
35、，首先有它本身的上，首先有它本身的B B相和相和C C相的对地电相的对地电容电流容电流 和和 ，但是，由于它还是产生其它电容，但是，由于它还是产生其它电容电流的电源，因此，从电流的电源，因此，从A A相中要流回从故障点流上来相中要流回从故障点流上来的全部电容电流，而在的全部电容电流，而在B B相和相和C C相流出各线路上同名相流出各线路上同名相的对地电容电流，此时从发电机出线端所反应的相的对地电容电流，此时从发电机出线端所反应的零序电流仍应为三相电流之和，由图可见，各线路零序电流仍应为三相电流之和，由图可见，各线路的电容电流由于从的电容电流由于从A A相流入后又分别从相流入后又分别从B B相和
36、相和C C相流出相流出了，因此，相加后互相抵消，而只剩下发电机本身了，因此，相加后互相抵消，而只剩下发电机本身的电容电流，故的电容电流，故有效值为有效值为 即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性即零序电流为发电机本身的电容电流，其电容性无功功率的方向是由母线流向发电机，这个特点与无功功率的方向是由母线流向发电机，这个特点与非故障线路是一样的。非故障线路是一样的。现在再来看看发生故障的线路现在再来看看发生故障的线路，在，在B B相和相和C C相上，相上，与 非 故 障 的 线 路 一 样 流 有 它 本 身 的 电 容 电 流与 非 故 障 的 线 路 一 样 流 有 它 本 身 的 电 容
37、 电 流 和和 ，而不同之处是在接地点要流回全系统，而不同之处是在接地点要流回全系统B B相和相和C C相对地电容电流总和，其值为相对地电容电流总和，其值为:有效值有效值 式中式中 为全系统每相对地电容的总和。此电流要为全系统每相对地电容的总和。此电流要从从A A相流回去，因此，从相流回去，因此，从A A相流出的电流可表示为相流出的电流可表示为这样在线路这样在线路始端所流过的零序电流则为：始端所流过的零序电流则为：其有效值为其有效值为:故障线路的特点：故障线路的特点：故障线路中的零序电流，其数值等于故障线路中的零序电流，其数值等于全系统全系统非故障元件非故障元件对地电容电流之总和对地电容电流之
38、总和（但不包括故障线路本身），其电容性（但不包括故障线路本身），其电容性无功功率的方向为由线路流向母线，恰无功功率的方向为由线路流向母线，恰好与非故障线路上的相反。好与非故障线路上的相反。0kU&II0&III0&0 0（b b）单相接地时的零序等效网络及向量图单相接地时的零序等效网络及向量图（a a）等效网络；（）等效网络；（b b）向量图）向量图IIIII IGC0IIC0G G0kU&IC0（a a）II0&II0&III0&在接地点有一个零序电压，而零序电流的回路是通过各个元件在接地点有一个零序电压，而零序电流的回路是通过各个元件的对地电容构成，由于送电线路的零序电阻远小于电容电阻，其
39、的对地电容构成，由于送电线路的零序电阻远小于电容电阻，其向量关系如下图（向量关系如下图（b b）所示（图中）所示（图中I I0 0表示线路表示线路本身的零序电容本身的零序电容电流），这与直接接地电网是完全不同的。电流），这与直接接地电网是完全不同的。III0&-IIIII IGC0IIC0G G0kU&IC0II0&II0&III0&总结以上分析的结果，可以得出中性点不接地系统总结以上分析的结果，可以得出中性点不接地系统发生单相接地后零序分量分布的特点：发生单相接地后零序分量分布的特点：1 1）零序网络由同级电压网络中元件对地的等值电容构成）零序网络由同级电压网络中元件对地的等值电容构成通路，
40、与中性点直接接地系统由接地的中性点构成通路有通路，与中性点直接接地系统由接地的中性点构成通路有极大的不同，网络的零序阻抗很大。极大的不同，网络的零序阻抗很大。2 2）在发生单相接地时，相当于在故障点产生了一个其值）在发生单相接地时，相当于在故障点产生了一个其值与故障相故障前相电压大小相等、方向相反的零序电压，与故障相故障前相电压大小相等、方向相反的零序电压，从而全系统都将出现零序电压。从而全系统都将出现零序电压。3 3）在非故障元件中流过的零序电流，其数值等于本身的）在非故障元件中流过的零序电流，其数值等于本身的对地电容电流；电容性无功功率的实际方向为由母线流向对地电容电流；电容性无功功率的实
41、际方向为由母线流向线路。线路。4 4）在故障元件中流过的零序电流，其数值为全系统非故）在故障元件中流过的零序电流，其数值为全系统非故障元件对地电容电流之总和；电容性无功功率的实际方向障元件对地电容电流之总和；电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。为由线路流向母线。2.4.2 2.4.2 中性点经消弧线圈接地电网中单相中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点接地故障的特点 根据以上的分析，当中性点不接地电网中发生单相根据以上的分析，当中性点不接地电网中发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，如果此电流比较大，就会在接地点燃起电弧，引
42、起如果此电流比较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升高，使绝缘损坏，形成两点或多点的接地短路，造高，使绝缘损坏，形成两点或多点的接地短路，造成停电事故。为了解决这个问题，通常在中性点接成停电事故。为了解决这个问题，通常在中性点接入一个电感线圈，这样当单相接地时，在接地点就入一个电感线圈，这样当单相接地时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统中的有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统中的电容电流相抵消，就可以减少流经故障点的电流，电容电流相抵消，就可以减少流经故障点的电流，熄灭电弧，因此，称它为熄灭
43、电弧，因此，称它为消弧线圈消弧线圈。在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，即在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，即应装设消弧线圈：对应装设消弧线圈：对3 36kV6kV电网电网30A30A；10kV10kV电网电网20A20A；222266kV66kV电网电网10A10A。A AB BC CI IIIIIG G00=I&（a a）用三相系统表示）用三相系统表示L LLI&消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布1.1.单相接地的稳态特点单相接地的稳态特点 GC0IC0G GIII0&（b b）零序等效网络）零序等效网络 消弧
44、线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布L LLI&IIC0II0&GI0&0kU00=I&用电感电流抵消电容电流用电感电流抵消电容电流1)1)单相接地的稳态特点单相接地的稳态特点当采用消弧线圈以后，单相接地时的电流分布将发当采用消弧线圈以后，单相接地时的电流分布将发生重大的变化。假定在上述的网络中，在电源的中生重大的变化。假定在上述的网络中，在电源的中性点接入了消弧线圈，则当线路性点接入了消弧线圈，则当线路IIII上上A A相接地以后，相接地以后，电容电流的大小和分布与不接消弧线圈时是一样的，电容电流的大小和分布与不接消弧线圈时是一样的，不同之处是在接地点
45、又增加了一个电感分量的电不同之处是在接地点又增加了一个电感分量的电流流 ，因此，从接地点流回的总电流为，因此，从接地点流回的总电流为:式中式中 全系统的对地电容电流全系统的对地电容电流 消弧线圈的电流，设用消弧线圈的电流，设用L L表示它的电感，则表示它的电感，则 由于由于 和和 的相位大约相差的相位大约相差 ，因此，因此，将因消弧线圈的补偿而减小。将因消弧线圈的补偿而减小。A AB BC CI IC0gIC0F FIII0&IIIIG G00=I&00=I&（a a）（b b）消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布消弧线圈接地电网中，单相接地时的电流分布（a a）用三相系统表示；（）用三相
46、系统表示；（b b）零序等效网络）零序等效网络L LL LLI&LI&IIC0II0&I0&G0Uk根据对电容电流补偿程度的不同，消弧线圈可根据对电容电流补偿程度的不同，消弧线圈可以有以有完全补偿完全补偿、欠补偿欠补偿及及过补偿过补偿三种补偿方式。三种补偿方式。完全补偿：完全补偿：完全补偿就是使完全补偿就是使 ，接地点的电流，接地点的电流近似为近似为0 0。从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电。从消除故障点的电弧，避免出现弧光过电压的角度来看，这种补偿方式是最好的，但是从运行压的角度来看，这种补偿方式是最好的，但是从运行实际来看，则又存在有严重的缺点。因为完全补偿实际来看，则又存在有严重的缺点
47、。因为完全补偿时，时，正是电感，正是电感L L和三相对地电容和三相对地电容 对对50Hz50Hz交流串联谐振的条件。接地瞬间的非故障相谐交流串联谐振的条件。接地瞬间的非故障相谐振电压达到额定电压的振电压达到额定电压的7-87-8倍。倍。欠补偿：欠补偿：欠补偿就是使欠补偿就是使 ，补偿后的接地，补偿后的接地点电流仍然是电容性的。采用这种方式时，仍然不点电流仍然是电容性的。采用这种方式时，仍然不能避免上述问题的发生，因为当系统运行方式变化能避免上述问题的发生，因为当系统运行方式变化时，例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸，则时，例如某个元件被切除或因发生故障而跳闸，则电容电流就将减小，这时很可能又
48、出现电容电流就将减小，这时很可能又出现 和和 两两个电流相等的情况，而又引起过电压，因此，欠补个电流相等的情况，而又引起过电压，因此，欠补偿的方式一般也是不采用的。偿的方式一般也是不采用的。过补偿：过补偿：过补偿就是使过补偿就是使 ，补偿后的残余，补偿后的残余电流是电感性的。采用这种方法不可能发生串联电流是电感性的。采用这种方法不可能发生串联谐振的过电压问题，因此，在实际中获得了广泛谐振的过电压问题，因此，在实际中获得了广泛的应用。的应用。大于大于 的程度用过补偿度的程度用过补偿度P P来表示。来表示。过补偿度过补偿度P P定义为：定义为：一般选择过补偿度一般选择过补偿度P=5%-10%,P=
49、5%-10%,而不大于而不大于1010。当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序当采用过补偿方式时，流经故障线路的零序电流是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序电流是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序电流之差，而电容性无功功率的实际方向仍然是由电流之差，而电容性无功功率的实际方向仍然是由母线流向线路（实际上是电感性无功由线路流向母母线流向线路（实际上是电感性无功由线路流向母线），和非故障线路的方向一样。因此，在这种情线），和非故障线路的方向一样。因此，在这种情况下，首先无法利用功率方向的差别来判别故障线况下，首先无法利用功率方向的差别来判别故障线路，其次由于过补偿度不大，因此，也很难像中性
50、路，其次由于过补偿度不大，因此，也很难像中性点不接地电网那样，利用零序电流大小的不同来找点不接地电网那样，利用零序电流大小的不同来找出故障线路。出故障线路。0Liki 单相接地暂态电流的分布单相接地暂态电流的分布=.Ljw w30U&产生串联谐振的零序等效网络产生串联谐振的零序等效网络-Cjw12.4.3 2.4.3 零序电压保护零序电压保护 在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络中发在中性点非直接接地系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和生单相接地故障，则在同一电压等级的所有发电厂和变电所的母线上，都将出现数值较高的零序电压。利变电所的母线上，都将出现
