零序保护

一、作图

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。

当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。

从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。

1）求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方

法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的.

2）求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。

3）求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。

通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况，如为何出现单相接地时零序保护会动作，而两相短路时基本没有零序电流。

在这里再说说各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系，故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述，之所以要把基波分解成三个分量，是为了方便对系统的分析和状态的判别，如出现零序很多情况就是发生单相接地，这些分析都是基于基波的，而正是谐

波叠加在基波上而对测量产生了误差，因此谐波是个外来的干扰量，其数值并不是我们分析时想要的，就如三次谐波对零序分量的干扰。

二、详细点 1，

概念：大电流接地系统中发生接地故障的时候，就有零序电流、

零序电压和零序功率出线，利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。 2，

零序电流方向保护的优点：

一， 灵敏度高，受故障电阻的影响较小。经高电阻接地故障时，零序电流保护仍可动作。

二， 系统振荡时候不会误动。零序电流方向保护不怕系统振荡，因为振荡系统仍是对称系统，故没有零序电流。

三， 在电网零序网络基本保持稳定的条件下，保护范围比较稳定。由于线路零序阻抗比增序阻抗一般大3-3.5倍，故线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，零序电流随着线路保护接地故障点的位置的变化曲线较陡，其瞬时段保护范围较大，对一般长线路和中长线路可以达到全线的70％-80％，性能与距离保护相近。

四， 系统正常运行和发生相间短路时，不会出现零序电压和零序电流，因此零序保护的延时段动作电流可以整定的较小，这有利于提高其灵敏度。并且，零序电流保护之间的配合只决定于零序网络的阻抗分布情况，不受负荷潮流和发电机开停机的影响，只需要零序网络保持基本稳定，便可以获得良好的保护

效果。

五， 结构与工作原理简单。零序电流保护以单一的电流量为动作量，只需要用一个继电器便可以对三相中的任一相接地故障作出反应，因而运行维护简便，其正确动作率高于其他复杂保护。在Y/△接线的降压变压器中，三角形绕组侧以后的故障不会在星形绕组侧反映出零序电流，所以零序电流保护的动作时限可以不必与该种变压器以后的线路保护配合而可取得较短的动作时限。 3，

零序电流保护的缺点及注意事项

一， 当电流回路断线时，可能造成保护误动作。

二， 当电力系统出现不对称运行时，也会出现零序电流，都可能使零序电流保护启动。

三， 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。

四， 由于零序方向继电器电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。

五， 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。

线路三段式零序电流保护的构成及动作过程

三段式零序电流保护的原理接线如图14，在被保护线路的三相上分别装设型号和变比完全相同的电流互感器，将它们的二次绕组互相并联，然后接至电流继电器的线圈。当正常运行和发生相间故障时，电网中没有零序电流，故IR=0，继电器不动作，只有发生接地故障时，才出现零序电流，如其值超过整定值，继电器就动作。

实际工作中，由于三只电流互感器的励磁特性不一致，当发生相间故障时，会造成较大的不平衡电流。为了使保护装置在这种情况下不误动作，通常将保护的动作电流按躲过最大不平衡电流来整定。

与相间短路的电流保护相同，零序电流保护也采用阶段式保护，通常采用三段式。目前的“四统一”保护屏则采用四段式。图14为三段式零序电流保护的原理接线图。瞬时零序电流速断（零序Ⅰ段有，由KA1、KM和KS7构成），一般取保护线路末端接地短路时，流过保护装置3倍最大零序电流3Iom的1.3倍，保护范围不小于线路全长的15%~25%。

零序Ⅱ段（由KA3、KT4和KS8构成）的整定电流，一般取下一级线路的零序Ⅰ段整定电流的1.2倍，时限0.5s，保证在本线末端单相

接地时，可靠动作。

零序Ⅲ段（由KA5、KT6和KS9构成）的整定电流可取零序Ⅱ（或Ⅲ）段整定的1.2倍，或大于三相短路的最大不平衡电流，其灵敏性要求下一级末端故障时，能可靠动作。

南通电网零序保护整定原则： 1，220kV馈供线路：

a， 零序I段保护按躲过线路对侧接地故障整定，考虑到微机

保护均设有接地距离保护，其中，由于接地距离I段保护已经具有全线足够灵敏度，故不强求零序I段的灵敏度。 b， 零序II段保护范围与零序I段相同

c， 零序III段保护应具有全线足够灵敏度，该段保护与线路对

侧主变中压侧零序电流I段保护配合（对后者提出定值限

额）

d， 零序IV段保护应力争对主变中压侧接地故障具有足够灵

敏度，该段保护与线路对侧主变高压侧零序电流I段保护配合（对后者提出定值限额）

2，220kV联络线路

a， 零序I段应躲过线路末端接地故障整定。考虑到电网发展、

变化很快，而零序I段保护仅靠动作电流保证选择性，万一区外故障电流达到动作电流，将导致该段保护越跳（误动）。为了避免出现此类情况，在整定该段时的可靠系数取2。

b， 零序II段应躲过线路对侧主变中压侧接地故障，不强求该

段保护具有全线足够灵敏度。

c， 零序III段应对本线路末端接地故障具有足够灵敏度。当无

法躲过线路对侧主变中压侧接地故障时，需要与线路对侧主变中压侧零序电流I段配合（要有定值限额） d， 零序IV段力争对相邻元件的接地故障具有足够的远后备

灵敏度（必要时，考虑相继动作）；该段保护还应满足整定规程的要求，电流定值对单回线不超过300A，双回线不超过180A；另外，尚需要与线路对侧主变高压侧零序电流I段保护配合（应该有定值限额），零序IV段动作时间应躲过本线路单相重合闸周期；作为接地故障的最末端保护，该段保护动作时限不强求按阶梯原则进行配合整定。

3，110kV线路零序电流保护整定原则：

1， 零序功率方向元件：

1.1， 当线路对侧没有主变中性点接地时，零序功率方向元件停

用（但对PSL-621、RCS-941、CSL-162等零序电压取自自产3U0的线路保护，为了避免系统单相接地时因对侧主变高压侧中性点放电间隙击穿造成零序电流保护误动，I01～I03段均带方向，I04段则不带方向）。

1.2， 动作电流大于反向电流的保护段不经零序功率方向元件控

制；为了防止方向元件接线错误造成所有接地保护拒动，零序电流最末端可不带方向性。

1.3， 在被控制保护段末端接地故障时，零序功率应不小于方向

元件实际动作功率的2倍。

2， 零序电流I段

2.1，躲过线路末端接地故障

2.2，躲过线路末端相间故障最大不平衡电流 2.3，躲过主变空载合闸时的励磁涌流；

2.4，满足220kV主变对110kV出线I01段的限额要求（110kV

母差保护停用） 3， 零序电流II段

3.1，与相邻线路I01或I02段配合；

3.2，满足220kV主变对110kV出线I02段的限额要求； 3.3，躲过主变空载合闸时的励磁涌流（后加速段）

3.4，躲过线路末端或110kV主变中压侧或本侧Z1（Z2）段保护范围末端相间故障产生的最大不平衡电流；

3.5，作为线路主保护段（具有全线足够灵敏度）时，其动作时间一般应小于1.5s 4， 零序电流III段

4.1，与相邻线I02或I03段配合；

4.2，满足220kV主变对110kV出线I03段的限额要求； 4.3，躲过主变空载合闸时的励磁涌流（后加速段）

4.4，躲过线路末端或110kV主变中压侧或本侧Z1（Z2）段保护

范围末端相间故障产生的最大不平衡电流；

4.5，若I02段不具有全线足够灵敏度，则本段应作为接地故障的

主保护段，对线路末端接地故障应具有上述灵敏度，且动作时间应满足上述要求 5， 零序电流IV段

5.1，与相邻线I03或I04段配合；

5.2，躲过110kV主变中压侧或本侧z1(z2)段保护范围末端相间

故障产生的最大不平衡电流； 5.3，对相邻线路后备灵敏度大于1.2； 5.4，电流定值不超过300A。

二次电流及电压回路断线对零序保护的影响 电流回路断线，可能造成零序电流保护误动作。

对于电压回路断线和零序方向元件外接3U0断线平时不易发现及电流电压极性易接错问题，微机保护采用了自产的3U0方式。在TV断线后，方向元件将不能正常动作。此时零序保护是否退出，可由控制字选择。一般做法是去掉方向控制，保留零序电流保护在原整定值下继续运行。这样保留了内部故障时的保护作用（保持了线路内部接地故障时近区快速动作与选择性动作），相比此时反方向故障可能误动，还是值得的