中性点接地系统零序电流保护设计
摘要
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。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。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，利用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。零序电流保护是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，利用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。本次毕业设计，是整定题目所给系统的零序电流保护，在设计的第一部分主要是对题目进行了分析，第二部分介绍了零序保护的概念及其作用和工作机理。在第三部分主要是三段的保护方式的确定、零序电流保护的整定，计算了零序保护的灵敏度，零序电流，对于保护Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ进行了三段整定。并做了灵敏度分析。并且对其是否满足要求进行了分析。在最后部分对零序保护做了评价和分析。
关键词：中性点接地；继电保护；零序电流保护；零序电流；灵敏度分析
Abstract
Zero sequence current protection refers to the device that makes the protection act by using the zero sequence current generated during grounding, which is called zero sequence current protection. Special zero sequence current transformer is used in cable line to realize grounding protection. When the neutral point direct grounding system is short circuited, it will produce a large amount of zero sequence current, which can be used as a main short circuit protection. Zero sequence overcurrent protection does not react to three-phase and two-phase short circuit, and there is no zero sequence component in normal operation and system oscillation, so it has better sensitivity. Zero sequence current protection is a kind of short-circuit protection, which is composed of zero sequence current components. This graduation project is to set the zero sequence current protection of the system given by the topic. In the first part of the design, the topic is mainly analyzed. In the second part, the concept, function and working mechanism of zero sequence protection are introduced. In the third part, it mainly determines the protection mode of three sections and the setting of zero sequence current protection, calculates the sensitivity and zero sequence current of zero sequence protection, and makes three sections setting for protection I, II and III. The sensitivity analysis is also made. And whether it meets the requirements is analyzed. In the last part, the zero sequence protection is evaluated and analyzed.
Key words: neutral grounding; relay protection; zero sequence current protection; zero sequence current; sensitivity analysis
1.绪论
1.1 零序电流的概况及分段整定
在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的继电保护装置提出了更高、更严格和要求。目前我国110KV及以上电网都采用中性点直接接地的系统。现有的接地保护如果不计高频保护在内，主要有零序电流保护和接地距离保护。零序电流保护有结构简单灵敏度高的优点，但是其保护区域受运行方式的影响较大。
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。零序电流一般分四段式，零序电流第Ⅰ、Ⅱ段为线路接地故障的主保护，而第Ⅲ、Ⅳ段为线路接地故障的后备保护。在电力系统架空线路上零序电流一般用零序电流滤过器获得，对于电缆采用的是零序电流互感器（TAN）获得零序电流。
（一）无时限零序电流保护（零序电流保护Ι段）的整定计算原则：
第一，躲过相邻的下一线路出口，即本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的最大3倍零序电流，即，；
第二，躲过本线路三相断路器触头不同时合闸时出现的最大3倍零序电流，
即，；
第三，对于采用单相重合闸的线路，还应躲过非全相运行又发生系统振荡时所出现的最大3倍零序电流，即；
① 按第一或第二条整定的零序电流保护I段称为灵敏I段，按第三条整定的零序电流保护I段称为不灵敏I段。
② 零序电流保护I段的保护最小保护范围要求不小于本保护线长度的15%，其整定的动作延时为0。
（二）带时限零序电流速断保护（零序电流保护Ⅱ段）的整定计算原则：
与相邻下一线路的零序电流保护第I段配合，即
式中，——分支系数最小值，
灵敏度：
（三）零序过电流保护（零序电流保护Ⅲ段）的整定计算原则：
与相邻线路的零序电流保护第Ⅱ段配合，即
式中，； 灵敏度：
1.2零序分量的特点
系统零序电流：I0的分布与中性点接地的多少及位置有关，而与电流之和，因而容易检测出接地故障电流，故可用零序电流保护装置来监察相对地第一次接地故障。TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中，常发现三相不平衡电流较大，当发生一相接地时，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PE线阻抗ZPE，负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB，接触阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障电流Id=220/ZS，由于RA+RB＞＞Z1+ZPE+Zf，且RA+RB数值一般均较大，很明显TT系统的故障环路阻抗大，产生的单接故障电流Id，远远小于不平衡电流，很难检测出故障电流，故不适用于TT接地系统。
零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器（C.T），或让三相导线一起穿过一零序C.T，也可在中性线N上安装一个零序C.T，利用这些C.T来检测三相的电流矢量和，即零序电流Io，IA+IB＋IC=IO，当线路上所接的三相负荷完全平衡时（无接地故障，且不考虑线路、电器设备的泄漏电流），IO=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则IO=IN，此时的零序电流为不平衡电流IN；当某一相发生接地故障时，必然产生一个单相接地故障电流Id，此时检测到的零序电流IO=IN+Id，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。
1.3继电保护的概念
当系统一旦发生故障时，保证系统能有选择性的、快速的切除故障的装置，称为继电保护装置；原来实现此功能的装置是由继电器组合来实现的，故称为继电保护装置，而目前继电器已被电子元件及计算机替代，但仍沿用此名称。在电力部门常用继电保护一词泛指机电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。
1.4 继电保护的基本任务
自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或跳闸。
1.5继电保护装置的特性
继电保护装置必须具备以下4个基本性能：
可靠性 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护的最根本的要求。所谓的安全性，是要求继电保护在不需要它动作时不动作，即不发生误动，所谓的信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒动动作。安全性和信赖性主要取决与保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。
选择性 继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍然能够继续运行。它包含两种意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。
速动性 继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备级用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
灵敏性 是指对于保护范围内发生故障或不正常状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是规定的保护范围内故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过度电阻，当发生短路时都能敏锐感觉、正确反应。
目录
1.绪论 3
1.1 零序电流的概况及分段整定 3
（一）无时限零序电流保护（零序电流保护Ι段）的整定计算原则： 3
（二）带时限零序电流速断保护（零序电流保护Ⅱ段）的整定计算原则： 3
（三）零序过电流保护（零序电流保护Ⅲ段）的整定计算原则： 4
1.2零序分量的特点 4
1.3继电保护的概念 4
1.4 继电保护的基本任务 4
1.5继电保护装置的特性 5
1.6 电网零序保护 5
2.本文设计内容 1
2.1 原始资料 1
2.2 设计任务 1
2.3 设计题目解析 1
2.4 保护的配置分析 1
3 零序保护整定计算 2
3.1 零序电流的获取 2
3.2 电网系统电路图以及短路时的序网图 2
3.3 电网零序Ⅰ段保护的整定 3
3.3.1 保护1、4的Ⅰ段（速断）保护整定 3
3.3.2 保护2Ⅰ段（速断）保护的整定 6
3.3.3 保护3Ⅰ段（速断）保护的整定 8
3.4 电网零序Ⅱ段保护的整定 11
3.4.1 保护1Ⅱ段整定计算 11
3.4.2 保护4Ⅱ段整定计算 12
3.4.3 保护2、3的Ⅱ段整定 13
3.5零序Ⅲ段的整定计算 13
3.5.1 保护3Ⅲ段的定值 13
3.5.2 保护1Ⅲ段的定值 13
3.5.3 保护2Ⅲ段的定值 14
3.5.4 保护4Ⅲ段的定值 14
3.6 零序保护方向元件 15
4 零序保护的优缺点分析 16
4.1零序保护的优点 16
4.2 零序保护的缺点 17
5 结论 18
附录 19
参考文献 20
参考文献
[1] 陈堂等编著 《配电系统及其自动化技术》 中国电力出版社，2004.8
[2] 赵晶 主编《Prote199高级应用》 人民邮电出版社，2000：18-25
[3] 何仰赞等 编著 《电力系统分析》 武汉：华中理科技学出版社，2002.3
[4] 于海生 编著 《微型计算机控制技术》 清华大学出版社，2003.4
[5] 王士政主编 《电网调度自动化与配网自动化技术》中国水利水电出版社，2007.3
[6] 梅丽凤等编著《单片机原理及接口技术》清华大学出版社，2009.7
[7] 许建安 编著 《电力系统微机继电保护》中国水利水电出版社，2003.6
[8] 华智明 岳湖山.电力系统稳定计算。重庆：重庆大学出版社，1991
[9] 陆敏政.电力系统练习题集.北京：水利电力出版社，1990
[10] 张钟俊.电力系统电磁暂态过程.北京：中国工业出版社，1961
