电网三段式零序电流保护

系统接线图如下图(图1.1)，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T5 1台运行。参数为： Eφ115/3kV,X1.G2X2.G25,X1.G2X2.G45,

X1.T2X2.T45,X0.T2X0.T415,

X1.T515Ω,X0.T520,LAB60km,

Z1Z20.4Ω/km,

,线路阻抗

II1.15;试对1、2、3、,KIrel1.2,Krel4进行零序保护的设计。

图1.1系统接线图

1.1具体设计要求

本设计主要对系统进行零序保护的设计。要求完成对1、4点的零序保护的

设计。通过对1、4点的保护方式的分析，进行零序三段电流保护，并对设计的保护进行灵敏度校验和整定时间的确定,并进行有关设备的选择和评价。

第二章 分析要设计的课题内容

2.1设计规程

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，110~220kV有效接地电力网线路，应按下列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：

①装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；

②零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或两段零序电流保护作为后备保护。

(2)对于相间短路： ①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，则应装设距离保护；

②双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2本设计的保护配置

2.2.1主保护（零序电流保护）的配置

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。 2.2.2后备保护（距离保护）配置

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。

2.3绘制等效电路图

绘制三序电压等值网络图如图1;图2;图3。

Z1.BCX1.G2EϕX1.T2Z1.ABZ1.T4X1.G4EϕX1.T5CAB

图1正序网络

Z2.BCX2.G2EϕX2.T2Z2.ABZ2.T4X2.G4EϕX2.T5CAB

图2负序网络

Z0.BCX0.T2Z0.ABZ0.T4X0.G4X0.T5CAB

图3零序网络

第三章 短路电流及残压计算 3.1保护短路点的选取

母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。

母线B处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护1和4的最大零序电流。

母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。

3.2短路电流的计算

整理线路参数:

LAB60km;Z1.ABZ1.AB600.424Ω;Z0.AB601.272Ω; LBC45km;Z1.BCZ2.BC450.454Ω;Z0.BC451.254Ω; (1)B母线单相接地短路时，有上述三序网络图得

故障端口正序阻抗：Z1(X1.G2X1.T2Z1.AB)||(Z1.BCX1.G4X1.T4)

5524||1855 15.35Ω;

故障端口负序阻抗:Z1=Z2=15.35Ω;

故障端口零序阻抗:Z0(X0.T2Z0.AB)||X0.T5||(X0.T4Z0.BC)

13.16Ω;

所以系统单相接地短路的复合序图如图3.1所示：

图3.1 单相接地短路的复合序图

故障端口的零序电流为：

115/3E==1.514kA; I'f0215.3513.162Z1Z011XZ0.AB1572 I0.1If00.T20.151KA

11Z013.1611XX0.BC15540.191KA I0.4If00.T411Z013.16当B母线发生两相接地短路时,故障端口各序阻抗与单相接地的相同，可画

出系统两相接地短路的复合时序图如图3.3所示：

图3.3 两相接地短路的复合序图 E115/3 If12.959KA

Z1Z2Z015.3515.3513.16Z115.352.9591.593KA If0If1Z2Z015.3513.16 I0.111XX0.ABIf00.T11.59315720.241KA

11Z013.16 I0.411XX0.BCIf00.T41.59315540.304KA

11Z013.16由以上计算可得：I0.4max=0.304KA;I0.1max=0.241KA

同理得：A母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。 故障端口正序阻抗为:

Z1(X1.T2X1.G2)||(Z1.ABZ1.BCX1.T4X1.G4)8.387Ω; 故障端口负序阻抗为:Z1 Z28.387Ω;

故障端口零序阻抗为:Z0[(X0.T4Z0.BC)||X0.T5Z0.AB]||X0.T2

[(1554)||2072]||15 =12.805Ω;

则最大短路零序电流: 单相接地短路时

E115/3If02.245KA

Z1Z2Z08.3878.38712.805

I0.2If0(X0.T411Z0.BC)X0.T5Z0.AB(1554)20720.146KA11Z012.805

8.38712.8055.068

8.38712.805E115/3故障端口正序电流 If14.935KA

Z1Z2Z08.3875.068Z28.3874.9351.95KA If0If1Z2Z08.38712.805 两相接地短路时 Z2Z0

I0.2If0XT411 ZABZBC1.951572540.177KA11Z012.805由以上计算可得I0.2max=0.177KA

同理得：C母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。 单相接地短路时，

故障端口正序阻抗

为:Z1(Z1.ABZ1.BCX1.T2X1.G2)||(X1.T4X1.G4)8.387; 故障端口负序阻抗为：Z1 Z28.387;

故障端口零序阻抗为：Z0[(X0.T2Z0.AB)||X0.T5Z0.BC]||X0.T412.361; 则最大短路零序电流:

单相接地短路时:

E115/32.279KA

Z1Z2Z08.3878.38712.361 在零序网络中按照零序导纳分配零序电流从而得到此时的流过保护1、4出的零序电流分别为

If01I0.3If0(XT2ZAB)X0.T5ZBC1Z01(1572)20542.2790.176KA112.361

两相接地短路时:Z2Z08.38712.3614.997

8.38712.361端口正序电流：

E115/3If04.961KA

Z1Z2Z08.3874.997零序电流：

Z28.387If0If14.9612.005KA

Z2Z08.38712.361I0.3If0XT211ZABZBC2.0051572540.176KA11Z012.361 由以上计算可得：I0.3max=0.176KA

第四章 保护的配合及整定计算

4.1整定原则：(例如保护1处)

(1)躲过被保护线路末端接地短路使得最大零序电流3I0.max，即

I0.setKrel3I0.max (4.1)

Krel为可靠系数，一般取

I1.1~1.25；I0.set为保护处零序电流。

(2)零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与3的Ⅰ段配合的零序电流为：

IIKrelIII (4.2) I0.set.1I0.set.3KobKrel为可靠系数，取

II1.17；Kob为分之系数。

（3）按照躲过相邻线路出口处发生相间短路时的最大不平衡电流整定 整定计算公式： Iunb.maxKnpKstKerIk.max (4.3)

I0.dziKkIunb.max (4.4) 式中Knp为短路电流中非周期分量影响系数，取1.5；Kst为电流互感系数，取0.5；Ker为电流互感误差，取0.1；Ik.max为端点最大电流。Kk为靠可系数，取1.2。

4.2保护1处

4.2.1保护1零序Ⅰ段

零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流由式4.1得:

III0.set.1Krel3I0.1.max1.2630.2410.91KA;

4.2.2保护1零序Ⅱ段

零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与3的Ⅰ段配合由式4.1得:

IIKrel3I0.3.max1.2630.1760.665kA; (4.5) I0.set.3分之系数 K0bX0.T2Z0.ABX0.T5=

1572=4.35; (4.6) 20由式结果带入4.2中可得1零序Ⅱ段电流为：

I灵敏度校验

IIset.1IIKrel1.17II0.set.30.6650.179kA; (4.7) Kob4.353Ik.min (4.8) Iset.k式中Ik.min为端点最小电流；Iset.k为保护电流

3I30.151II0.1min2.53≥1.15 将数据带入4.7式中得灵敏度系数KsenIIIset.10.179动作时间

灵敏度校验公式：Ksen保护1的Ⅰ段为零序速断电流保护，故动作时间均为0s,保护1的Ⅱ段为限时零序电流速断，比Ⅰ段延迟一个△t,故保护1的Ⅱ段的动作时间为0.5s

4.2.3保护1零序Ⅲ段

零序Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流得：

Iunb.maxKnpKstKerIk.max

1.50.50.10.176

0.013kA; (4.9)

将4.9结果带入4.4中得动作电流

I0.dz1KkIunb.max0.016kA; (4.10)

作为近后备保护

K1m作为远后备保护

3Id.0B30.14627.381.3; 满足要求 I0.dz10.016

3Id.0C30.176331.2; 满足要求 I0.dz10.016保护1的Ⅲ段保护与下段线路配合，动作时间比Ⅱ段的动作时间延迟△t，故动作时间为1s.

K1m4.3保护4处

4.3.1保护4零序Ⅰ段

零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流由式4.1得:

III0.set.4Krel3I0.4.max1.2630.3041.149KA;

(4.11)

4.3.1保护4零序Ⅱ段

零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与保护2的Ⅰ段配合由式4.1得:

IIKrel3I0.2.max1.2630.1770.669kA; I0.set.2(4.12)

分之系数 K0bX0.T4Z0.BCX0.T5=

1554=3.45; 20(4.13) 由式（4.12）、（4.13）结果带入4.2中可得1零序Ⅱ段电流为：

IIIset.4IIKrel1.17II0.set.20.6690.227kA; Kob3.45(4.14)

灵敏度校验

3Ik.min (4.15) Iset.k式中Ik.min为端点最小电流；Iset.k为保护电流

3I30.191II0.4min2.524≥1.15 将数据带入4.7式中得灵敏度系数KsenIIIset.40.227动作时间

保护4的Ⅰ段为零序速断电流保护，故动作时间均为0s,保护4的Ⅱ段为限时零序电流速断，比Ⅰ段延迟一个△t,故保护1的Ⅱ段的动作时间为0.5s 4.3.1保护4零序Ⅲ段

零序Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流得：

灵敏度校验公式：KsenIunb.maxKnpKstKerIk.max

1.50.50.10.177

0.013kA; (4.16)

将4.16结果带入4.4中得动作电流

I0.dz4KkIunb.max0.016kA;

作为近后备保护

K4m作为远后备保护

3Id.0B30.176331.3; 满足要求 I0.dz40.016

3Id.0A30.14627.381.2; 满足要求 I0.dz40.016保护4的Ⅲ段保护与下段线路配合，动作时间比Ⅱ段的动作时间延迟△t，故动作时间为1s.

K4m第五章 二次展开原理图的绘制

绘制保护1、保护4的跳闸图如图5.1,图5.2。

TAaTAbQFKAaTAcIKAbKC0IKAcI0000>=1KAa>=10000IKAbKSIIKAcI000>=1KAa0IKAbKTIIIKAcIKSII000>=10KTIIIKSIII

图5.1 保护1、保护4跳闸回路

第六章 零序保护的评价

零序保护的特点：

选择性:单电源辐射网络上可保证获得选择性；

多电源网络上在某些特殊情况下才获得选择性。

速动性:无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的； 定时限过电流保护则常常不能满足速动性的要求 灵敏性:被保护线路很短时，无限时电流速断保护为零。

长距离重负荷线路过电流保护的灵敏度 常常也很小。 灵敏度差是电流电压保护的主要缺点。

可靠性:原理简单，逻辑少，整定计算和校验容易。 简单，可靠性好是它的主要优点。

零序电流保护通常由多段组成，一般是三段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。

第七章 致谢

历经两周的课程设计，今天终于落下帷幕。在此郑重感谢兢兢业业的赵老师一学期的悉心教导，感谢多日来互帮互助的同学们。是你们指引我进步，指导我做好《电力系统继电保护》课程设计

参考文献

【1】《电力系统继电保护和自动装置设计规范》GB50062-922 【2】《电工设计手册》二册

【3】《电力系统继电保护原理及新技术》第二版，李佑光主编，科学出版社