導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇零序電流，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】電能計(jì)量；電流互感器；零序電流

1.緒論

1.1電能計(jì)量的重要性

電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活極為重要的能源，電氣化程度和管理現(xiàn)代化水平是衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)達(dá)與否的重要標(biāo)志。電力生產(chǎn)的特點(diǎn)是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個(gè)部門連成一個(gè)系統(tǒng)，不間斷地同時(shí)完成。發(fā)、供、用電三方如何銷售與購(gòu)買電能、如何進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算，涉及許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。營(yíng)業(yè)性計(jì)費(fèi)的公正合理，涉及電業(yè)部門與用戶的經(jīng)濟(jì)利益。提高電能計(jì)量的正確性，對(duì)發(fā)、供、用電三方都是十分需要的。

由于電力電子技術(shù)在各行各業(yè)用電設(shè)備中的采用，負(fù)荷向電力系統(tǒng)注入大量的諧波，引起電壓、電流波形嚴(yán)重畸變。如何計(jì)算諧波電能，如何制定畸變波形作用下的電能計(jì)量和計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，都是有待解決的問(wèn)題。

1.2電能計(jì)量的組成

電能計(jì)量裝置的重要組成元件之一就是電能表，從交流感應(yīng)式電能表、半電子式及全電子式電能表、多功能電子式電能表、電卡電能表到脈沖電能表，以上這些都是傳統(tǒng)的物理意義上的電能表，計(jì)量的原理都是一樣的，有兩元件和三元件接線法。

電能計(jì)量裝置的其他組成部分還包括計(jì)量用電流、電壓互感器、其二次回路及電能計(jì)量箱等。

2.理論分析

2.1電能的基本計(jì)算

電能計(jì)算可以通過(guò)下面的公式進(jìn)行，即

式中，，，分別是瞬時(shí)電壓，瞬時(shí)電流，瞬時(shí)功率值。

可見(jiàn)，電能的計(jì)算與功率的計(jì)算只相差一個(gè)時(shí)間變量，因此，電能的計(jì)算可以通過(guò)對(duì)功率的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2有功功率的計(jì)量

有功功率的計(jì)量包括單相有功功率的計(jì)量和三相有功功率的計(jì)量，三相有功功率的計(jì)量又分為三相三線制電路和三相四線制電路有功功率的計(jì)量，現(xiàn)舉例，就三相四線制電路有功功率計(jì)算分析如下。

三相四線制電路可以看作是由三個(gè)單相電路組成的，其平均功率等于各相有功功率之和，即：

當(dāng)三相電路完全對(duì)稱時(shí)，三相功率為

圖1 三相四線制電路有功功率向量圖

2.3無(wú)功功率的計(jì)量

1）三相交流電路無(wú)功功率的計(jì)算公式為

當(dāng)三相電路完全對(duì)稱時(shí)，三相功率為

2.4電壓和電流有效值的測(cè)量

三相交流電路中，電壓和電流的測(cè)量一般為有效值的測(cè)量，根據(jù)電路理論中電壓和電流有效值的定義：

因此可以計(jì)算出三相四線中電壓和電流的有效值。

2.5三元件法的三相電能計(jì)量

圖2 三元件法的三相電能計(jì)量原理圖

三元件法一般用在三相四線制系統(tǒng)，是通過(guò)電流、電壓互感器分別采集各相電流、和電壓，通過(guò)計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量。具體接線如2：

由如圖接線可以看出，其實(shí)際測(cè)量到有功功率為：

與理論值相符合，即采用三元件法對(duì)有功電能的計(jì)量是準(zhǔn)確的。由于其采集的是三相電壓、電流值，所以不管是三相三線制、還是三相四線制，其有功電能的計(jì)量都是準(zhǔn)確的。

90°接線測(cè)量無(wú)功功率，實(shí)際有效值為：

與理論值相符，即采用90°接線計(jì)量無(wú)功電量是準(zhǔn)確的。不管是三相三線制系統(tǒng)，還是三相四線制系統(tǒng)，其無(wú)功電能的計(jì)量都是準(zhǔn)確，這是由它的接線原理所確定的。

2.6電流互感器誤差的定義

工程上為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大電流、高電壓的設(shè)備的電能計(jì)量，可通過(guò)電流、電壓互感器將大電流、高電壓轉(zhuǎn)化為與電能表相匹配的小電流、低電壓，通過(guò)電能表完成電能計(jì)量。通過(guò)電流、電壓互感器實(shí)現(xiàn)了大電流、高電壓向小電流、低電壓的轉(zhuǎn)換，同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高壓的隔離，保證二次設(shè)備及人員的安全。

電流互感器的額定變比幅值形式表示為

（17）

由于原、副邊額定值是確定的，所以額定互感比是一個(gè)確定不變的量。

事實(shí)上，當(dāng)互感器運(yùn)行工況改變時(shí)，例如原邊的輸入電壓或電流發(fā)生變化以及副邊接入不同的二次負(fù)載阻抗時(shí)，將導(dǎo)致互感器內(nèi)、外阻抗的比值發(fā)生變化，從而使變比發(fā)生變化。也就是說(shuō)互感器的實(shí)際變比（原邊實(shí)際值/副邊實(shí)際值）是一個(gè)隨運(yùn)行工況的改變而變化的量，而額定變比只是實(shí)際變比的一個(gè)特殊值，可認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況下的變比。實(shí)際變比可表示為：

（18）

在某一運(yùn)行情況下，若實(shí)際變比與額定變比不相等，二次測(cè)量值乘以額定變比而得出的一次側(cè)值，則與一次側(cè)實(shí)際值有差異。這種由于實(shí)際變比與額，定變比不相等而引起互感器在測(cè)量電壓或電流時(shí)產(chǎn)生的計(jì)算值與實(shí)際值之間的差值稱為互感器的誤差。

3.電流互感器零序電流對(duì)電能計(jì)量的影響

3.1零序電流產(chǎn)生的原因

在非中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中，在正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)三相參數(shù)的不對(duì)稱，一般都有零序電流存在，但一般很小。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生零序電流，會(huì)引起零序保護(hù)動(dòng)作，切除故障設(shè)備或線路。

在小電流系統(tǒng)正常運(yùn)行中產(chǎn)生零序電流的原因主要有兩點(diǎn)：一個(gè)是中性點(diǎn)有消弧線圈或小電阻接地，另一個(gè)是系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱，這是產(chǎn)生零序電流的兩個(gè)充分必要條件。而在非中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中采用原來(lái)的兩元件計(jì)量方式到底會(huì)產(chǎn)生多少計(jì)量誤差，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.2零序電流的影響

零序電流對(duì)電能計(jì)量的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是零序電流的大小，一個(gè)是零序電流的方向（即角度）。

零序電流的幅值大小影響三相功率和電能計(jì)量誤差的幅值誤差，即影響計(jì)量誤差的絕對(duì)值的多少；零序電流的角度（方向）影響計(jì)量誤差是正還是負(fù)，即采用兩元件法可能少計(jì)量，也可能多計(jì)量。

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關(guān)鍵詞：零序電流 電流互感器 小電阻接地系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-02

近年來(lái)隨著城市電網(wǎng)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市中壓電網(wǎng)采用了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式。由于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式在我國(guó)投入運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，許多問(wèn)題尚有待深入研究。對(duì)于小電阻接地系統(tǒng)而言，在發(fā)生接地故障時(shí)零序分量明顯，通常配置零序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)其接地故障的快速切除。因此，零序電流保護(hù)是確保小電阻接地系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。而零序電流保護(hù)的動(dòng)作性能則主要依賴于零序電流的精確提取。

在工程實(shí)際中，對(duì)于零序電流的獲取，主要可有兩種方式：一種是將零序電流互感器直接套在三相的封裝電纜中，以感應(yīng)出總的零序電流，多見(jiàn)于電纜出線的配網(wǎng)；另一種是分別從三相饋線的電流互感器中獲取相電流，然后在保護(hù)裝置上合成零序電流，多見(jiàn)于架空線出線的配網(wǎng)。該文將結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況詳細(xì)分析上述兩種零序電流獲取方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 零序CT獲取零序電流的誤差分析

對(duì)于電纜線路可通過(guò)零序CT獲取零序電流，如圖1所示。

電流互感器獲取電流后，將通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器等采集環(huán)節(jié)，在這個(gè)過(guò)程中，必然產(chǎn)生一定的量化誤差、漂移誤差等。為此，對(duì)應(yīng)直接由零序電流CT獲得零序電流，結(jié)合電流互感器的誤差分析理論可得：

式中：為保護(hù)裝置實(shí)際獲取的零序電流，為一次側(cè)零序電流，為互感器二次側(cè)漏電抗，為勵(lì)磁阻抗，為二次負(fù)載阻抗，為變比。

由此可見(jiàn)其結(jié)果將帶有兩種誤差：CT傳感誤差和保護(hù)采樣、量化等測(cè)量誤差。

2 三相CT獲取零序電流的誤差分析

零序電流還可以通過(guò)相CT得到的三相電流，然后在保護(hù)裝置內(nèi)部合成零序電流，如圖2所示。

對(duì)于每一相CT，不難得到其二次側(cè)電流大小為：

流入零序保護(hù)的三相電流同樣必須通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器采集后，再提取出相應(yīng)的零序電流，為此可得此時(shí)獲取的零序電流大小為：

式中：為保護(hù)裝置實(shí)際獲取的零序電流，為互感器二次側(cè)漏電抗，為勵(lì)磁阻抗，為二次負(fù)載阻抗，為變比。

3 零序電流不同獲取方法的比較

利用上面的誤差分析，可知不同方法獲取的零序電流都包含了CT本身的傳感誤差和保護(hù)采樣、量化等測(cè)量誤差，下面具體分析。

根據(jù)CT的傳變誤差特點(diǎn)，可得如下

特點(diǎn)。

3.1 從變比上看

相CT平時(shí)要流過(guò)正常的負(fù)載電流，在故障時(shí)還要流過(guò)較大數(shù)值的短路電流，因此其變比一般做得比較大。零序CT平時(shí)僅流過(guò)不平衡電流，故障時(shí)才出現(xiàn)零序，為了保證零序的靈敏型，其變比一般選擇比較小。從前面小節(jié)分析可知，同樣勵(lì)磁阻抗下，變比大的CT其傳變誤差更小。

3.2 從不平衡電流上看

由三相CT產(chǎn)生的，三相CT傳變特性的差異均將產(chǎn)生零序不平衡電流。而零序CT不存在不平衡電流。

3.3 從輕微故障時(shí)精度看

零序CT比相CT更能反映于絕緣失效、經(jīng)較大過(guò)渡電阻接地等零序電流較小的情況。這是因?yàn)檩^小變比的零序CT能夠在一次零序電流發(fā)生微小變化時(shí)也能引起二次側(cè)電流較大的改變，而相CT靈敏度沒(méi)那么高。

3.4 從嚴(yán)重故障時(shí)精度看

相CT比零序CT有更寬的線性工作范圍。當(dāng)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，所產(chǎn)生數(shù)百安培的短路電流，對(duì)相CT來(lái)說(shuō)仍然處于誤差較小的工作區(qū)域（30%～100%），而對(duì)零序CT來(lái)說(shuō)則處于誤差較大的工作區(qū)域，因此相CT傳變誤差更小。

因此，零序CT較靈敏，不平衡電流較小，但易于飽和，傳變誤差較大；相CT靈敏度稍差，不平衡電流較大，但線性范圍大，不易飽和，傳變誤差較小。

對(duì)于保護(hù)裝置的測(cè)量誤差，必須考慮AD的兩個(gè)物理量―分辨率和精度。其中分辨率對(duì)應(yīng)于一定位數(shù)AD裝置的量化誤差，可以用兩種方式表示，一種是直接用AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n，另一種是用最小測(cè)量刻度表示，也就是

而精度不同于分辨率，其對(duì)應(yīng)的是AD測(cè)量值與輸入實(shí)際值的差異。一般而言，由于AD裝置除了量化會(huì)產(chǎn)生誤差外，還存在溫度漂移、參考電壓漂移等多方面誤差影響，實(shí)際精度位數(shù)要在轉(zhuǎn)換位數(shù)基礎(chǔ)上至少還要扣除兩位，因此實(shí)際精度

對(duì)保護(hù)裝置而言，由于相保護(hù)和零序保護(hù)測(cè)量值的最小刻度LSB不同，因此測(cè)量精度差別較大。以同樣有14位AD的保護(hù)為例，假設(shè)量程能達(dá)到CT額定一次電流的10倍，同時(shí)相CT變比為1000：1，而零序電流變比為100：1。那么接于零序CT的保護(hù)和接于相CT的保護(hù)精度分

別為：

可見(jiàn)接于零序CT保護(hù)的精度比較高，可以反映于少于1A的（一次）零序電流的變化。而接于相CT的保護(hù)精度則低得多。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于零序電流的兩種獲取方式各有其自身的特點(diǎn)。一般零序CT較靈敏，內(nèi)部不平衡電流較小，但當(dāng)零序電流很大時(shí)易于飽和，傳變誤差增大；而三相CT靈敏度稍差，總的不平衡電流較大，但優(yōu)點(diǎn)是線性范圍大，能耐受較大數(shù)值的短路電流而不易飽和，相對(duì)傳變誤差較小。

基于不同CT的傳變特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的時(shí)候應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理選擇零序電流的獲得方式。在對(duì)靈敏度要求較高的情況下（特別是小電流接地系統(tǒng)），宜使用靈敏度較高的零序互感器；反之，在故障零序電流很大，常規(guī)零序互感器較易飽和的情況下，若保護(hù)裝置支持內(nèi)部零序電流的合成，應(yīng)考慮使用線性范圍較大的相電流互感器。

參考文獻(xiàn)

[1] 任元會(huì)，姚家?guī)?工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.中國(guó)電力出版社，2005：130-153.

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關(guān)鍵詞：零序保護(hù)電流系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： S477+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

引言

在大短路電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障后,就有零序電流、零序電壓和零序功率出現(xiàn),利用這些電氣量構(gòu)成保護(hù)接地短路的繼電保護(hù)裝置統(tǒng)稱為零序保護(hù)（zero-sequence protection）。

1零序電流

在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0。如果在三相四線中接入一個(gè)電流互感器，此時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，回路中有不平衡電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不為零，其相量和為：Ia+Ib+Ic=Io(零序電流）這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件掉閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。

產(chǎn)生零序電流的兩個(gè)條件:

1.無(wú)論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；

2.零序電流有通路。

以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無(wú)源泉；缺少第二個(gè)，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問(wèn)題。

零序電流互感器

2零序保護(hù)

三相星形接線的過(guò)電流保護(hù)雖然也能保護(hù)接地短路，但其靈敏度較低，保護(hù)時(shí)限較長(zhǎng)。采用零序保護(hù)就可克服此不足，這是因?yàn)椋?/p>

系統(tǒng)正常運(yùn)行和發(fā)生相間短路時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)零序電流和零序電壓．因此零序保護(hù)的動(dòng)作電流可以整定得較小，這有利于提高其靈敏度；

Y/接線降壓變壓器，側(cè)以外的故障不會(huì)在Y側(cè)反映出零序電流，所以零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限不必與該變壓器后的線路保護(hù)相配合，從而取較短的動(dòng)作時(shí)限。

3零序電流保護(hù)

3.1零序電流保護(hù)

大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流，利用零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過(guò)流保護(hù)不反應(yīng)三相和兩相短路，在正常運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)也沒(méi)有零序分量產(chǎn)生，所以具有良好的靈敏度。但零序過(guò)流保護(hù)受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變換影響較大，靈敏度因此降低，特別是短距離線路上以及復(fù)雜的環(huán)網(wǎng)中，由于速動(dòng)段的保護(hù)范圍太小，甚至沒(méi)有保護(hù)范圍，致使零序電流保護(hù)各段的性能嚴(yán)重惡化，使保護(hù)動(dòng)作時(shí)間很長(zhǎng)，靈敏度很低。

3.2零序電流保護(hù)的原理

零序電流保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零，即ΣI=0。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，各相電流的矢量和等于零（對(duì)零序電流保護(hù)假定不考慮不平衡電流），因此，零序電流互感器的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出（零序電流保護(hù)時(shí)躲過(guò)不平衡電流），執(zhí)行元件不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣裝置，瞬時(shí)跳開斷路器，達(dá)到接地故障保護(hù)的目的。

采用三相重合閘或綜合重合閘的線路，為防止在三相合閘過(guò)程中，三相觸頭不同期或單相重合過(guò)程的非全相運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生振蕩時(shí)，零序電流保護(hù)誤動(dòng)作，常采用兩個(gè)零序一段組成的四段式保護(hù)。

靈敏一段按躲過(guò)被保護(hù)線路末端單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流整定。其動(dòng)作電流小，保護(hù)范圍大，但在單相故障切除后的非全相運(yùn)行狀態(tài)下被閉鎖。此時(shí)若其他相再發(fā)生故障，則必須等重合閘重合之后的后加速跳閘，導(dǎo)致跳閘時(shí)間變長(zhǎng)，可能引起系統(tǒng)相鄰線路越級(jí)跳閘，故增設(shè)一套不靈敏一段保護(hù)。不靈敏一段按躲過(guò)非全相運(yùn)行又產(chǎn)生振蕩時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流整定，其動(dòng)作電流大，能躲開上述非全相情況下的零序電流，兩者都是瞬時(shí)動(dòng)作的。

3.3零序保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)單，試驗(yàn)維護(hù)簡(jiǎn)便，保護(hù)裝置處于良好的狀態(tài)，正確動(dòng)作率高，保護(hù)范圍比較穩(wěn)定，受故障過(guò)渡電阻的影響較小，不受負(fù)荷電流的影響，靈敏度較高。

4零序電流保護(hù)在運(yùn)行中需注意以下問(wèn)題：

4.1當(dāng)電流回路斷線時(shí)，可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。這是一般較靈敏的保護(hù)的共同弱點(diǎn)，需要在運(yùn)行中注意防止。就斷線機(jī)率而言，它比距離保護(hù)電壓回路斷線的機(jī)率要小得多。

4.2如果確有必要，還可以利用相鄰電流互感器零序電流閉鎖的方法防止這種誤動(dòng)作。

4.3當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)零序電流，例如變壓器三相參數(shù)不同所引起的不對(duì)稱運(yùn)行，單相重合閘過(guò)程中的兩相運(yùn)行，三相重合閘和手動(dòng)合閘時(shí)的三相斷路器不同期，母線倒閘操作時(shí)斷路器與隔離開關(guān)并聯(lián)過(guò)程，或斷路器正常環(huán)網(wǎng)運(yùn)行情況下，由于隔離開關(guān)或斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)零序環(huán)流，以及空投變壓器時(shí)產(chǎn)生的不平衡勵(lì)磁涌流。特別是在空投變壓器所在母線有中性點(diǎn)接地變壓器在運(yùn)行中的情況下，可能出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的不平衡勵(lì)磁涌流和直流分量等等，都可能使零序電流保護(hù)啟動(dòng)。

4.4地理位置靠近的平行線路，當(dāng)其中一條線路故障時(shí)，可能引起另一條線路出現(xiàn)感應(yīng)零序電流，造成反分向側(cè)零序方向繼電器誤動(dòng)作。如確有此可能時(shí)，可以改用負(fù)序方向繼電器，來(lái)防止零序方向繼電器誤判斷。

4.5由于零序方向繼電器交流回路平時(shí)沒(méi)有零序電流和零序電壓，回路斷線不易被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側(cè)時(shí)，也不易用較直觀的模擬方法檢查其方向的正確性，有可能造成保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)》

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【關(guān)鍵詞】零序保護(hù)；外接；自產(chǎn)

1.10kV線路零序保護(hù)現(xiàn)有配置方式及所存隱患

在10kV小電阻接地系統(tǒng)中，線路開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)有反映相電流的分相CT三只，構(gòu)成饋線的電流速斷、過(guò)電流保護(hù)，作為本單元發(fā)生相間故障時(shí)的保護(hù)；反映零序電流的零序CT一只，構(gòu)成饋線的零序過(guò)流保護(hù)，作為本單元發(fā)生單相接地故障時(shí)的保護(hù)。保護(hù)裝置的零序保護(hù)電流采于零序CT電流的方式稱為零序外接方式，采于分相CT三相電流之和的方式稱為零序自產(chǎn)方式。

當(dāng)10kV線路發(fā)生接地故障時(shí)，首先該線路的零序保護(hù)動(dòng)作，出口跳開線路開關(guān)，切除故障；當(dāng)該線路出現(xiàn)拒動(dòng)的情況時(shí)，故障無(wú)法切除，流過(guò)接地變的故障量仍然存在，此時(shí)，由接地變高壓零流動(dòng)作，出口跳開分段開關(guān)，用于判斷故障線路所在10kV 母線，區(qū)分故障后，出口跳開故障母線所在主變變低開關(guān)，此時(shí)，已成為越級(jí)動(dòng)作事故。

由上述可知，零序保護(hù)的合理配置和正確動(dòng)作對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，零序保護(hù)采用零序電流外接方式存在著一些隱患：

（1）外接零序CT故障或者外接零序電流回路故障時(shí)，保護(hù)裝置無(wú)法檢測(cè)判斷，易因回路問(wèn)題造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

（2）因饋線電纜外屏蔽層接地線在開關(guān)柜內(nèi)穿入零序CT的方式不正確而維護(hù)人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致電纜屏蔽層中的電流已被包含在零序CT測(cè)量范圍內(nèi)，造成保護(hù)誤動(dòng)。

2.零序保護(hù)改進(jìn)方案

長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，采用零序電流自產(chǎn)方式完全可以滿足目前線路保護(hù)的運(yùn)行要求，并能消除零序電流外接方式的兩個(gè)隱患：

（1）三相CT的電流之和為零序電流，分相CT的準(zhǔn)確級(jí)和抗飽和能力均滿足要求，由廠家更改裝置零序定值整定范圍后，保護(hù)精度要求也滿足。

（2）分相CT故障或者電流回路故障時(shí)，保護(hù)裝置能識(shí)別并發(fā)CT斷線告警信號(hào)，以便維護(hù)人員快速處理；饋線電纜外屏蔽層接地線在開關(guān)柜內(nèi)穿入零序CT的方式不正確也不會(huì)影響零序保護(hù)的正確動(dòng)作。

因此，對(duì)10kV小電阻接地系統(tǒng)，線路開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)有三相CT，可以實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)零序電流的10kV饋線保護(hù)，將零序電流改接自產(chǎn)，具體方案如下：

（1）對(duì)于保護(hù)裝置具備自產(chǎn)零序功能，直接通過(guò)更改保護(hù)定值，投入零序自產(chǎn)功能。

（2）對(duì)于保護(hù)裝置沒(méi)有自產(chǎn)零序功能，則通過(guò)更改電流回路接線，人工的將三相電流合成，獲得零序電流，并重新整定10kV線路零序保護(hù)定值。

3.方案的具體實(shí)施

對(duì)于保護(hù)裝置具備自產(chǎn)零序功能，通過(guò)更改保護(hù)定值即可實(shí)現(xiàn)，此處不再詳述。對(duì)需要通過(guò)更改電流回路接線，人工合成零序電流的方案2，實(shí)施過(guò)程如下：

（1）做好安全措施。退出整改裝置的相關(guān)保護(hù)出口壓板、聯(lián)跳壓板；斷開電流回路的連接片，如整改線路間隔在運(yùn)行，在斷開連接片之前還必須短接電流回路，防止CT二次回路開路。

（2）將三相電流的尾端IA'、IB'、IC'（非極性端）和3I0在屏柜端子排上短接在一起，3I0'接電流回路的IN（回外部CT的電流公共端）；3I0及3I0'電纜芯必須短接，防止外接零序電流回路開路。具體改接方法如下端子排圖所示。

如上圖，將13、14、15、16號(hào)端子短接；拆除13號(hào)端子的N411號(hào)電纜、16號(hào)端子的3I0號(hào)電纜、17號(hào)端子的3I0'號(hào)電纜；將3I0號(hào)電纜、3I0'號(hào)電纜找一個(gè)空端子（如上圖的22號(hào)端子）接好，并接地；再將N411號(hào)電纜接至17端子，并接地。

（3）若保護(hù)裝置需要更改零序定值整定范圍以滿足保護(hù)精度要求，則請(qǐng)廠家更改。

（4）檢查相關(guān)回路，防止寄生回路的產(chǎn)生。

（5）用繼保儀器對(duì)裝置進(jìn)行加量測(cè)試。檢查零序回路及裝置采樣，確認(rèn)回路及裝置采樣正確；加入故障量，校驗(yàn)裝置保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確度和靈敏度。

（6）核對(duì)裝置定值無(wú)誤，并恢復(fù)所有安全措施，回路整改結(jié)束。

4.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析目前中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下的10kV線路零序保護(hù)采用零序電流外接方式的一些不足，提出了將零序電流由外接改為自產(chǎn)方式的方案，并對(duì)新方案的可行性和具體實(shí)施方法進(jìn)行了描述。新方案能很好的消除舊方案存在的一些隱患，并滿足系統(tǒng)保護(hù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要求，對(duì)提高線路供電可靠性，降低設(shè)備故障率有重要意義，適合實(shí)際推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]惠州供電局.10kV線路保護(hù)零序電流改接自產(chǎn)工作推進(jìn)方案.2011年3月

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關(guān)鍵詞：漏電保護(hù) 零序電壓 零序電流

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提高，井下高壓供電線路的不斷增加，對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來(lái)越高。所謂漏電，就是指三相電網(wǎng)中的任一相導(dǎo)線經(jīng)電阻與地或地線相接：而單相接地是指任一相導(dǎo)線直接與地或地線相接，又稱金屬性接地。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)漏電故障，漏電故障若不及時(shí)排除會(huì)存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸等等，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)。同時(shí)電網(wǎng)相電壓的升高，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，安全可靠的漏電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)井下安全供電具有重要意義。

1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)零序特征分析

我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》嚴(yán)格規(guī)定：嚴(yán)禁井下配電變壓器中性點(diǎn)直接接地;嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向井下供電。因此，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)零序特征分析尤為重要。

正常運(yùn)行情況下，各相對(duì)地有相同的電容，在相電壓的作用下，每相都有一超前電壓90°的電容電流流入地中，并三相電容電流之和為零，中性點(diǎn)對(duì)地?zé)o電壓，因?yàn)殡娙蓦娏骱苄。湓诰€路上產(chǎn)生的電壓降可以忽略不計(jì)，故可以認(rèn)為各相電壓均與各相電勢(shì)相等。電壓、電流向量圖如圖1所示。

發(fā)生單相（例如A相）金屬性接地時(shí)，若忽略較小的電容電流產(chǎn)生的電壓降，則電網(wǎng)中各處故障相的對(duì)地電壓都變?yōu)榱?。于是A相對(duì)地電容被短接，只有B相和C相對(duì)地電容中還存在電流，此時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓上升為相電壓，非故障相的對(duì)地電壓變?yōu)榫€間電壓（升高倍）。由于相電壓和電容電流的對(duì)稱性已破壞，因而出現(xiàn)了零序電壓和零序電流，零序電壓為故障相正常電勢(shì)的三倍，故障點(diǎn)的零序電流是正常運(yùn)行時(shí)每相對(duì)地電容電流的三倍，其相位落后于零序電壓90°。電壓、電流向量圖如圖2所示。

2 零序電壓、電流的測(cè)量與定值的整定

零序電壓主要是通過(guò)三相五線柱式變壓器開口三角形實(shí)獲取的，向量圖如圖3所示。

左邊矢量圖表示開口三角形互感器的一次側(cè)電壓矢量圖，右邊為二次側(cè)矢量圖。

UA、UB、UC為相電壓;UAd、UBd、UCd為原邊相電壓;Ua、Ub、Uc為開口三角形互感器的副邊電壓。圖中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd變?yōu)榫€電壓UAC和UBC，即變?yōu)橄嚯妷旱谋?，UAd和Bd的夾角變?yōu)?0°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，開口三角電壓是相電壓的3倍，對(duì)于金屬性接地而言二次側(cè)電壓是100 V，而非金屬性接地則小于100 V，錢家營(yíng)礦根據(jù)井下供電系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)零序電壓投入15 V，實(shí)際運(yùn)行中動(dòng)作靈敏度可靠。

零序電流信號(hào)由零序電流互感器取得的。測(cè)量原理如圖4所示。零序電流互感器有一個(gè)環(huán)狀鐵心，套在被保護(hù)的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在環(huán)狀鐵心上。根據(jù)變壓器原理可知，二次線圈中的電流I2正比于一次線圈中的三相電流之和，當(dāng)未發(fā)生漏電時(shí)，一次側(cè)三相電流對(duì)稱，其電流的相量和為零，二次側(cè)無(wú)電流輸出;當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)，一次側(cè)三相電流不對(duì)稱，其電流相量和不為零，二次側(cè)有零序電流輸出。

由于井下供電系統(tǒng)主接地與局部接地極通過(guò)電纜的地線構(gòu)成接地網(wǎng)，在發(fā)生單相接地時(shí)，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導(dǎo)電外皮流動(dòng)，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動(dòng)。這部分電流不僅降低故障線路接地保護(hù)的靈敏度，有時(shí)還會(huì)造成漏電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。故此，應(yīng)將電纜終端接線盒的接地線穿過(guò)零序電流互感器的鐵心，使鎧裝電纜外皮流過(guò)的零序電流，再經(jīng)接線盒的接地線穿過(guò)零序電流互感器，從而使穿過(guò)互感器的電纜外皮中流過(guò)的零序電流和為零，防止引起漏電保護(hù)的誤動(dòng)作。接線如圖5所示。

錢家營(yíng)礦井下高爆開關(guān)采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保護(hù)器，CZB1保護(hù)器中配置了兩段式零序過(guò)流（漏電）保護(hù)，并且可以帶方向。

兩段保護(hù)主要是為了實(shí)現(xiàn)先告警后跳閘。漏電告警可以用很小的定值用于告警，漏電保護(hù)可以設(shè)以較大的定值，并且設(shè)置投跳閘。對(duì)于三相對(duì)稱性很好，幾乎不存在不平衡電流的線路，零序I段（即漏電保護(hù)）定值按躲過(guò)本線路本身的容性電流的2倍整定（2為可靠系數(shù)），電纜線路零序電流按經(jīng)驗(yàn)值0.6 A/km（采區(qū)電纜MVV323×35）估算，漏電保護(hù)定值為：I0dz I=k×0.6×L;k為可靠系數(shù)取2，L為電纜線路的公里數(shù);

零序II段（即漏電告警）定值按躲過(guò)本線路本身的容性電流的1.2倍整定，漏電告警定值為：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序過(guò)流保護(hù)可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，而非接地線路的零序電流則由母線流向線路，故用零序方向可以有效區(qū)分接地線路和非接地線路。由于井下采掘工作面的不斷延伸，采區(qū)線路大多較長(zhǎng)，電纜電容電流較大，重要負(fù)荷如局部通風(fēng)機(jī)、排水泵等負(fù)荷較多，要求必須采用選擇性漏電保護(hù)。多次單相接地事故表明投入零序功率方向保護(hù)后將大大提高保護(hù)的可靠度，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，減少大面積掉電的事故。因此對(duì)錢家營(yíng)礦井下CZB1保護(hù)器投入零序功率方向。

3 結(jié)語(yǔ)

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過(guò)20 A。錢家營(yíng)礦采用調(diào)容式消弧線圈跟蹤補(bǔ)償裝置，消除單相接地電容電流。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償?shù)墓╇娤到y(tǒng)，單相接地時(shí)非故障線路開關(guān)所測(cè)零序電流特性與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)相同，而故障線路開關(guān)所測(cè)零序電流的大小和方向與消弧線圈的補(bǔ)償電流有關(guān)。由于錢家營(yíng)礦采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈，接近于全補(bǔ)償狀態(tài)。因此故障線路開關(guān)所檢測(cè)到的零序電流不一定大于其本身線路的對(duì)地電容電流，且方向也與補(bǔ)償度有關(guān)。當(dāng)線路絕緣降低受潮瞬時(shí)接地時(shí)，對(duì)故障線路的判斷將出現(xiàn)困難，尤其對(duì)短線路非金屬性接地時(shí)可能出現(xiàn)開關(guān)拒動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于采區(qū)開關(guān)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)減小零序電流動(dòng)作值，通過(guò)改造后兩年的使用情況來(lái)看，保護(hù)器動(dòng)作基本可靠。同時(shí)可以對(duì)保護(hù)器進(jìn)行改造，探討在保護(hù)器或選線裝置中引入零序?qū)Ъ{分析法進(jìn)一步確認(rèn)故障線路，消除變壓器中心點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地帶來(lái)的保護(hù)器誤動(dòng)作現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：注入信號(hào)法 電壓互感器 接地相 變電站 絕緣

一、概述

為了使保護(hù)裝置能正確地從店里系統(tǒng)的各次諧波中識(shí)別被注入的特殊電流信號(hào)，令其頻率處于n次和（n+1）次諧波之間。由于被注入的信號(hào)區(qū)別于系統(tǒng)中固有的各種信號(hào)，所以對(duì)該信號(hào)的檢測(cè)，可不受系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響。為了避開檢測(cè)單元和一次設(shè)備的直接電氣聯(lián)系，應(yīng)用感應(yīng)探測(cè)單元對(duì)該信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。

由于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，被注入信號(hào)僅在接地相的線路中流通，經(jīng)過(guò)接地故障點(diǎn)后即可行返回，非接地故障線路中沒(méi)有信號(hào)，故只要檢測(cè)各線路中有無(wú)注入信號(hào)電流，便可進(jìn)行故障選線。而通過(guò)對(duì)注入信號(hào)電流和電壓的檢測(cè)，計(jì)算變電站到接地故障點(diǎn)之間的電抗，便可實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。如果在變電站和接地故障點(diǎn)之間存在分支線路，注入信號(hào)也不會(huì)進(jìn)入無(wú)接地故障的分支線路，根據(jù)這一特點(diǎn)，便可查出接地分支線路及其上的故障點(diǎn)確切位置，從而實(shí)現(xiàn)故障定位功能。

二、注入信號(hào)的特性分析

以簡(jiǎn)單的中性點(diǎn)不接地配電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。假設(shè)A相過(guò)渡電阻Rg接地，因中性點(diǎn)不接地，系統(tǒng)較小的分布電容為故障系統(tǒng)提供電流回路，零序阻抗很大，所以刮胡子那個(gè)電流很小，零序故障電流也很小，這是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)突出的優(yōu)點(diǎn)。但很小的故障電力，特別時(shí)很小的零序電流不利于故障的檢測(cè)，當(dāng)過(guò)度電阻Rg較大時(shí)，零序電流更小。為了檢測(cè)故障，在不影響原系統(tǒng)故障電流較小這一優(yōu)點(diǎn)的前提下，人為增加零序電流，如在接地故障線路加一理想電流源。根據(jù)疊加原理，系統(tǒng)正序電流提供的電流不變，但系統(tǒng)實(shí)際流動(dòng)的電流為兩個(gè)電源提供的電荷之和。

為便于探測(cè)，外加的零序電流的頻率應(yīng)與電力系統(tǒng)的固有頻率完全不同。從外加電流源看進(jìn)去，系統(tǒng)總阻抗與中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的總結(jié)地阻抗相當(dāng)。這樣，注入電源的端電壓不需很高就能為故障系統(tǒng)提供較理想的零序電流，供故障檢測(cè)用。外加診斷電流的大小根據(jù)檢測(cè)該電流所需強(qiáng)度而定，應(yīng)用對(duì)稱分量法，把各序電流轉(zhuǎn)換成相電流，即可得到系統(tǒng)中各相電流，系統(tǒng)中各點(diǎn)三相電流的相量和構(gòu)成剩余電流。由于外加電源電壓較低，分布電容很小，可以忽略分路，剩余電流ig=iSG；對(duì)于非故障線路，注入電流只能通過(guò)分布電容流通，所以剩余電流ig=0。因此，根據(jù)各條出線的剩余電流的額大小即可選出故障線路，在故障出線的首端測(cè)量外加電源的電壓和電流，可計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)和故障點(diǎn)之間的回路阻抗，繼而可求出故障距離。注入電流沿故障線路，在故障點(diǎn)處經(jīng)大地返回外加電源處，所以沿故障線路探測(cè)注入電流，注入電流的消失點(diǎn)即為故障點(diǎn)。

三、注入信號(hào)及探測(cè)

1、注入信號(hào)源。

利用外加診斷信號(hào)進(jìn)行故障檢測(cè)和定位，不應(yīng)影響原系統(tǒng)的政策允許。因此，注入信號(hào)源應(yīng)滿足一些特殊要求，它只能向系統(tǒng)提供幅值較小的診斷電流，且為零序電流，只在接地故障線路中流通。為了便于檢測(cè)，信號(hào)源的頻率必須與電力系統(tǒng)的固有頻率完全不同，可有兩種不同的方式。

第一種方式，是將信號(hào)源頻率取在工頻n次諧波與（n+1）次諧波之間（n為正整數(shù)）。理論上，n可取任意值。實(shí)際上，若n取值較小，信號(hào)源頻率與工頻相近，不利于從較強(qiáng)的工頻故障電流中提取較弱的診斷信號(hào)電流。若n取值較大，一方面系統(tǒng)分部電容容抗變小，分布電容對(duì)信號(hào)電流的分流增大，而部長(zhǎng)線路上流動(dòng)的信號(hào)電流變小，不利于信號(hào)電流的檢測(cè)；另一方面，線路感抗XL=nωL增大，不能再忽略不計(jì)，也使故障線路上流動(dòng)的信號(hào)電流變小，增加了檢測(cè)信號(hào)電流的難度。

第二種方式，是將信號(hào)源頻率取為10～50倍的工頻頻率。由于多數(shù)非線性電力負(fù)荷產(chǎn)生奇次諧波電流，故障期間，這些奇次諧波電流也在故障線路中流動(dòng)，為便于提取診斷信號(hào)電流，所以信號(hào)源頻率取工頻偶次諧波。從工頻電源角度看，信號(hào)源可近似看做一理想電流源，也就相當(dāng)于開路；從信號(hào)源角度看，故障回路呈低阻抗回路，即信號(hào)源向一低阻回路提供電流，該電流從變電站沿故障線路到故障點(diǎn)經(jīng)大地返回?？梢?jiàn)，較低電壓的信號(hào)源就能想故障系統(tǒng)提供較大的零序電流，如對(duì)于低壓400V系統(tǒng)，不到50V的信號(hào)源電壓就能想系統(tǒng)提供1～5A的零序電流，分布電容的影響可忽略。這種方式當(dāng)不能忽略分布電容的影響時(shí)，由于信號(hào)源頻率較高，分布電容的分流將使故障線路上的診斷信號(hào)電流變小，有可能小到無(wú)法探測(cè)。所以該種信號(hào)源在6～35kV的重壓配電系統(tǒng)中不適用。

2、注入信號(hào)的探測(cè)。

有接地故障時(shí)，將零序信號(hào)電源加入故障系統(tǒng)，根據(jù)是否探測(cè)到該信號(hào)進(jìn)行故障選線和定位，探測(cè)完成后，將零序診斷信號(hào)源從系統(tǒng)中退出。信號(hào)電流與故障電流相比小得多，同時(shí)故障線路中仍有符合電流流通。注入信號(hào)電流與負(fù)荷電流相比也小得多，單相接地故障電流和符合電流均由工頻及其各次諧波構(gòu)成。為此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┨綔y(cè)該信號(hào)，并使探測(cè)器對(duì)注入信號(hào)的頻率有非常高的靈敏度。診斷信號(hào)電流可通過(guò)零序電流互感器測(cè)量，也可通過(guò)測(cè)量診斷喜好產(chǎn)生的磁場(chǎng)而得到。

（1）零序電流互感器法。

在需要測(cè)量剩余電流處，使用普通的零序電流互感器測(cè)量三相線中的電流，得到各出線的剩余電流，經(jīng)信號(hào)處理分離出診斷信號(hào)。對(duì)第二種信號(hào)源，可使用特殊的零序電流互感器，使其只對(duì)診斷信號(hào)電流敏感，鐵芯的B-H曲線具有很平坦的飽和特性。條件零序電流互感器的二次負(fù)荷，使鐵芯在工頻電流激勵(lì)時(shí)飽和，而在診斷信號(hào)激勵(lì)時(shí)不飽和。

（2）無(wú)線電接收法。該方法是利用無(wú)線收音機(jī)的原理設(shè)計(jì)一特制的傳感接收器，安裝在每條線路的開關(guān)柜內(nèi)，時(shí)傳感器對(duì)注入信號(hào)的頻率產(chǎn)生共振、放大，最后把各傳感器采集到的信號(hào)送到中央處理器進(jìn)行分析比較，由于只有發(fā)生單相接地故障的線路，才有注入電流流動(dòng)，所以安裝在故障線路開關(guān)柜內(nèi)的傳感器接收到的故障信號(hào)也最強(qiáng)，采用這種方法可以準(zhǔn)確的找出故障線路。注入信號(hào)源增大零序電流有利于接地故障的檢測(cè)，但也受系統(tǒng)分部電容和故障過(guò)渡電阻的影響，有時(shí)出現(xiàn)誤選或選不出故障線路的情況。

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【關(guān)鍵詞】越級(jí)跳閘；熔斷器；閉鎖

1.引言

在發(fā)電企業(yè)甚至電網(wǎng)中，因保護(hù)拒動(dòng)引起事故擴(kuò)大或越級(jí)跳閘引發(fā)大面積停電的事故屢見(jiàn)不鮮，如前些年的“8.14美加大停電”事故。其中有些是因繼電保護(hù)誤整定或設(shè)備設(shè)計(jì)不合理引起，有些則是因其他條件引起。本文將詳細(xì)分析一起聯(lián)絡(luò)線上的越級(jí)跳閘事故。事故過(guò)程如下：某廠的一臺(tái)連接于6kV公用段母線的電動(dòng)機(jī)在送電時(shí)突然發(fā)生線圈短路，電機(jī)隨即起火燃燒，大約1秒后為該公用段母線供電的位于廠用工作段開關(guān)室的饋線開關(guān)跳開，整段公用母線停電。經(jīng)保護(hù)專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查電動(dòng)機(jī)保護(hù)未動(dòng)作，跳開的母線進(jìn)線開關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作出口；電氣專業(yè)檢查電機(jī)為B相定子繞組與定子鐵心放電絕緣損壞，定子發(fā)生接地現(xiàn)象（該系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)）。隨后保護(hù)專業(yè)對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行了徹底檢查：裝置定值整定無(wú)誤；繼電器動(dòng)作特性良好；二次回路絕緣良好；二次回路傳動(dòng)正常。檢查結(jié)果表明，保護(hù)裝置是正?？煽康?。為了查明越級(jí)跳閘的真正原因，保護(hù)專業(yè)對(duì)該型號(hào)保護(hù)裝置進(jìn)行了更加深入的技術(shù)探索，并與保護(hù)裝置廠家技術(shù)人員進(jìn)行了溝通，具體分析情況如下。

2.相關(guān)設(shè)備實(shí)際參數(shù)：

2.1電動(dòng)機(jī)實(shí)際參數(shù)

Ue： 6.3 kV

Se： 200kW

Ie： 24.4A

啟動(dòng)電流倍數(shù)為6.3倍額定電流

啟動(dòng)時(shí)間 10S

電機(jī)為直接起動(dòng)

保護(hù)TA變比：200/5（由于所選用的變比對(duì)于繼電器來(lái)說(shuō)太大，如果繼電器的相間保護(hù)的接線端子選用5A，則不能滿足繼電器的整定范圍，故相間保護(hù)接線端子選用1A，而維持變比不變。）

零序TA變比：50/1

開關(guān)為ABB公司制造的VC真空接觸器配合反時(shí)限快速熔斷器，接觸器額定電流400A，熱穩(wěn)定電流400A，極限開斷容量6000A

保護(hù)裝置為芬蘭制造，瑞士ABB公司SPAM150C型電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器模件。

2.2去公用段饋線實(shí)際參數(shù)

保護(hù)用TA：1000/5A

接地用TA：100/5A

開關(guān)為ABB公司制造的VD4真空斷路器

保護(hù)裝置為芬蘭制造，瑞士ABB公司SPAJ140C型饋線保護(hù)繼電器模件。

3.保護(hù)整定

3.1電動(dòng)機(jī)配置有如下保護(hù)

零序低定值過(guò)流保護(hù)： I0>=2.4 t0>=0.5s 投跳閘

當(dāng)零序電流大于8倍滿負(fù)荷電流時(shí)裝置閉鎖零序保護(hù)（為防止在大電流情況下分?jǐn)嘟佑|器造成燃弧，分閘失敗，由控制字SGF/3，SGF/4整定[1]）投入8倍時(shí)禁止零序保護(hù)，其目的在于：當(dāng)故障電流過(guò)大可能造成無(wú)法滅弧時(shí)，由熔斷器熔絲熔斷，在熔斷器瓷瓶?jī)?nèi)充滿的石英砂中滅弧。

相不平衡保護(hù)： ΔI=30 tΔ=60 投跳閘

快熔保險(xiǎn)管額定電流100A

3.2去公用段饋線配置有如下保護(hù)

高定值段相間過(guò)流保護(hù)： I>> 4.4 t>> 0.04 投跳閘

低定值段相間過(guò)流保護(hù)： I> 0.8 t> 2.5 投跳閘

接地保護(hù)： I0> 0.77 t0> 0.7 投跳閘

4. 越級(jí)跳閘原因分析

電動(dòng)機(jī)額定電流為24.4A，經(jīng)200/5電流互感器傳變至二次側(cè)為0.61A。由于環(huán)境溫度

則8倍滿負(fù)荷電流為Iact=8×FLC=8×0.64A=5.12A，即當(dāng)零序電流（二次）超過(guò)5.12A時(shí)將閉鎖零序保護(hù)，經(jīng)50/1零序電流互感器折算到一次側(cè)接地電流為50×5.12A=256A。故障時(shí)，錄波器錄下的廠用工作段進(jìn)線零序電流超過(guò)250A；因越級(jí)跳閘的工作段去公用段饋線開關(guān)保護(hù)顯示：B相電流與零序電流均達(dá)到270A（2.7×5×（100/5））。

因電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置（SPAM150C）允許的采樣偏差（±2%），接地單元?jiǎng)幼骶龋ㄕㄖ档摹?%）[2]，則閉鎖零序的電流門限值應(yīng)為243.36A～268.72A之間的某一數(shù)值，而實(shí)際故障中零序電流滿足閉鎖條件。因此，具有0.5s延時(shí)的零序保護(hù)未動(dòng)作，是保護(hù)裝置防止接觸器無(wú)法消弧，致使跳閘失敗而發(fā)揮的正常功能。

在故障中因電動(dòng)機(jī)繞組B相接地，相電流明顯失衡，相不平衡保護(hù)動(dòng)作，該保護(hù)功能設(shè)計(jì)為具有最短延時(shí)的反時(shí)限保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)100%相不平衡時(shí)（即，故障相電流過(guò)大，其他相無(wú)電流），經(jīng)最短延時(shí)跳閘，最短時(shí)間為1s（裝置內(nèi)部固定時(shí)間，不可整定）[3]。去6kV公用段饋線開關(guān)設(shè)置有延時(shí)為0.7s的定時(shí)限零序保護(hù)。顯而易見(jiàn)：0.5s（電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)）

5. 解決方案

電動(dòng)機(jī)開關(guān)為接觸器與快速熔短器配合的開關(guān)設(shè)備，熔斷器設(shè)計(jì)額定電流為100A，具有反時(shí)限特性，當(dāng)電流達(dá)到2000A以上時(shí)保險(xiǎn)表現(xiàn)為瞬時(shí)熔斷特性[4]。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流可達(dá)到153.7A（24.4A×6.3，約為熔斷器額定電流的1.5倍），在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程持續(xù)10s，其中將有3～5s時(shí)間保險(xiǎn)所承載電流超過(guò)額定電流，根據(jù)該型號(hào)保險(xiǎn)的反時(shí)限特性曲線，在此電流等級(jí)上熔短時(shí)間較長(zhǎng)，滿足啟動(dòng)要求。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)（由于該6kV系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，高壓廠用變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，接地電流最大305A），例如此次故障：B相突然產(chǎn)生250A（約為熔斷器額定電流的2.5倍）以上的過(guò)電流，故障相電流雖然不能使保險(xiǎn)在短時(shí)間內(nèi)熔斷（參考該型號(hào)保險(xiǎn)的反時(shí)限特性曲線可知，在該電流等級(jí)上，熔斷器熔斷時(shí)間為7分鐘），但在開關(guān)接觸器極限開斷容量以下（VC真空接觸器的脫扣器操作交接電流為5000A[5]），真空接觸器完全有能力斷弧，因此，在單相接地故障中，零序電流大于8倍滿負(fù)荷電流時(shí)閉鎖零序保護(hù)功能沒(méi)有實(shí)用價(jià)值；當(dāng)發(fā)生相間短路時(shí)，短路電流約為21kA，遠(yuǎn)大于VC接觸器極限開斷容量，但此時(shí)故障相電流已超過(guò)熔斷器瞬時(shí)熔斷門限制（參考該型號(hào)保險(xiǎn)的反時(shí)限特性曲線可知，當(dāng)流過(guò)電流大于2000A時(shí)，熔斷器動(dòng)作時(shí)間為0.01s），因此有較高可靠性的熔斷器會(huì)首先動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間低于不平衡保護(hù)動(dòng)作時(shí)間（參考該型號(hào)保險(xiǎn)的反時(shí)限特性曲線tΔmin=1s）和零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間（t0>=0.5s，不選擇零序電流大于8倍滿負(fù)荷電流時(shí)閉鎖零序保護(hù)的功能），當(dāng)發(fā)生故障電流較小的故障時(shí)（故障電流小于550A， 即該型號(hào)保險(xiǎn)的反時(shí)限特性曲線上保護(hù)裝置最小整定動(dòng)作時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電流值），在熔短器熔斷延時(shí)內(nèi)保護(hù)裝置將驅(qū)動(dòng)出口跳開接觸器，此時(shí)，流過(guò)接觸器的電流小于開關(guān)設(shè)備的開斷電流，不會(huì)威脅到設(shè)備的安全。因此，可以考慮將零序電流大于8倍滿負(fù)荷電流時(shí)閉鎖零序保護(hù)的功能退出。

6.結(jié)論

對(duì)于不同的負(fù)載最好選擇開斷容量適合的斷路器，避免能力過(guò)剩的現(xiàn)象；同時(shí)在保護(hù)整定過(guò)程中，有必要考慮斷路器的實(shí)際能力，在生產(chǎn)中既要按需選擇，又要物盡其用，這樣可以節(jié)約大量的資金，避免此類事故屢屢發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]ABB，電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電基礎(chǔ)模件SPCJ4D34用戶手冊(cè)及技術(shù)說(shuō)明8頁(yè).

[2]ABB，電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電基礎(chǔ)模件SPCJ4D34用戶手冊(cè)及技術(shù)說(shuō)明25頁(yè).

[3]ABB，電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電基礎(chǔ)模件SPCJ4D34用戶手冊(cè)及技術(shù)說(shuō)明9頁(yè).

篇8

關(guān)鍵詞：20kV電壓等級(jí);可靠供電;建議;

中圖分類號(hào)：F407.6 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-11-00-01

一、國(guó)內(nèi)外20kV配電網(wǎng)狀況

目前，世界上已有數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū)將20kV電壓等級(jí)作為配電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓，并已列入國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，具有非常成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)均從上世紀(jì)開始便采用了20kV的配電網(wǎng)絡(luò)，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行靈活性方面優(yōu)勢(shì)明顯。

在我國(guó)，20kV電壓等級(jí)曾經(jīng)一度被淘汰，可在近年來(lái)，20kV電壓等級(jí)在國(guó)際上又以新的功能出現(xiàn)，其作用便是取代10kV，目前國(guó)內(nèi)20kV的配電系統(tǒng)有：合肥市的濱湖新區(qū)、蘇州工業(yè)園區(qū)、上海軌道交通、昆山南亞公司和遼寧本溪南芬地區(qū)等，這些項(xiàng)目自投產(chǎn)并入電網(wǎng)后，實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行。

二、20kV配電系統(tǒng)的保護(hù)配置

我國(guó)大多數(shù)城市20kV配電電網(wǎng)采用低電阻接地方式。我國(guó)20kV接地系統(tǒng)的配電保護(hù)配置主要有：

（一）零序過(guò)流保護(hù)配置。零序過(guò)流保護(hù)主要包括：零序電流一段保護(hù)、零序電流二段保護(hù)。零序一段電流保護(hù)：是線路出現(xiàn)單向接地故障時(shí)的主要保護(hù)，當(dāng)零序一段的時(shí)間限制大于等于0.3s，每段增加0.3s，主要的因素是：避免線路配變勵(lì)磁涌流的問(wèn)題和線路最大不平衡電流。其優(yōu)點(diǎn)是：接地時(shí)，由于流過(guò)故障線路的電流較大，零序過(guò)流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路;系統(tǒng)單相接地時(shí)，健全相電壓不升高或升幅較小，對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來(lái)選擇。

（二）過(guò)電流保護(hù)配置。就是當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過(guò)被保護(hù)原件中的電流超過(guò)預(yù)先整定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，保護(hù)裝置啟動(dòng)，并用時(shí)限保證動(dòng)作的選擇性，使斷路器跳閘，過(guò)電流保護(hù)主要包括短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)兩種類型。短路保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流大、瞬時(shí)動(dòng)作。電磁式電流脫扣器（或繼電器）、熔斷器常用作短路保護(hù)元件。過(guò)載保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流較小、反時(shí)限動(dòng)作。熱繼電器、延時(shí)型電磁式電流繼電器常用作過(guò)載保護(hù)元件。

三、20kV配電系統(tǒng)的保護(hù)分析

20kV與10kV配電網(wǎng)絡(luò)的配置不同根源在于中性點(diǎn)接地方式的截然不同，10kV配電網(wǎng)可以在單相接地的故障狀態(tài)下運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí)，而20kV可以通過(guò)接入零序保護(hù)將單相接地故障切除。而對(duì)于零序保護(hù)也存在著相關(guān)需要注意的問(wèn)題：

（一）世界上以美國(guó)為主的部分國(guó)家采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式可以泄放線路上的過(guò)剩電荷來(lái)限制弧光產(chǎn)生的過(guò)電壓，由于美國(guó)在歷史上過(guò)高的估計(jì)了弧光接地過(guò)電壓的危害性，因而采用此種方式。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式通過(guò)零序電流繼電器來(lái)保護(hù)線路。

（二）中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)若線路發(fā)生單相高阻接地時(shí)，如單相接地介質(zhì)為沙土、柏油馬路、樹木和水泥板等，此時(shí)存在隱患：故障零序電流很小，零序電流保護(hù)難以靈敏反應(yīng)該故障，造成保護(hù)拒動(dòng)。

四、提出改進(jìn)針對(duì)思路及存在的問(wèn)題

（一）雖然近年來(lái)20kV配電網(wǎng)中的電纜化率逐步提高，但仍難以避免存在部分架空線路，而架空線路單相接地故障率比較高，當(dāng)單相接地發(fā)生時(shí)若零序電流保護(hù)拒動(dòng)或開關(guān)拒動(dòng)，則后果不堪設(shè)想，所以通過(guò)對(duì)于中性點(diǎn)接地方式的研究，可通過(guò)在中性點(diǎn)接入的小電阻上再串接一個(gè)大電阻，如圖5.1：

正常情況下K為閉合狀態(tài)，將大電阻短接，當(dāng)單相接地發(fā)生時(shí)若零序電流保護(hù)拒動(dòng)或開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)延時(shí)零序故障電流仍存在，則K打開，形成中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地（中性點(diǎn)不接地方式），可在接地狀態(tài)下運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí)。

圖5.1

上述高電阻接地主要是限制單相接地故障電流，抑制弧光接地和諧振過(guò)電壓，單相接地故障不立即跳閘，又不加重電氣設(shè)備的絕緣負(fù)擔(dān)，但其優(yōu)缺點(diǎn)又很明顯，如優(yōu)點(diǎn)：可以消除所內(nèi)10kV側(cè)各種原因引起的諧振過(guò)電壓，包括其它消諧措施無(wú)法消除的斷線諧振過(guò)電壓;可以顯著降低弧光接地過(guò)電壓幅值;由于高阻抗中電阻分量減少，有功損耗明顯降低;由于高阻抗中有足夠大的感性電流，此電流可以補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容電流，有利于電弧自熄;允許帶接地裝置故障運(yùn)行，若用小電阻接地方式，則必須跳開故障線路。但是缺點(diǎn)也很明顯：在帶故障運(yùn)行時(shí)，電阻器上的消耗能量較大，需要裝設(shè)風(fēng)冷卻裝置;增大了接地故障時(shí)的接地電流，電弧自熄的問(wèn)題沒(méi)有解決。而其最大的缺點(diǎn)便是：不具有普遍適用性，僅適用于像大型企業(yè)或者工業(yè)電廠這樣容性故障電流較小的配電網(wǎng)絡(luò)，故該模式還需進(jìn)一步改進(jìn)。

（二）針對(duì)中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)若線路發(fā)生單相高阻接地的問(wèn)題，我們可以引入零序功率保護(hù)的思想來(lái)解決，零序功率方向保護(hù)就是通過(guò)保護(hù)故障線路和非故障線路零序電流滯后零序電壓相差180的原理有選擇性的實(shí)現(xiàn)的。該保護(hù)措施對(duì)零序電壓和零序電流的回路接線方式有比較高的要求，在實(shí)際電網(wǎng)中應(yīng)用較多。零序功率方向保護(hù)是在零序電流保護(hù)的基礎(chǔ)上增加的，是為了保護(hù)裝置的可靠性和選擇性，零序功率保護(hù)是沒(méi)有死區(qū)的。零序功率方向保護(hù)中需要取電壓與電流綜合判斷故障，為了提高零序功率方向保護(hù)的精度，確保其不拒動(dòng)和誤動(dòng)，提出以下幾點(diǎn)建議：（1）提高零序電流互感器精度的，在零序電流較小時(shí)能提高其測(cè)量精度;（2）根據(jù)負(fù)荷電流不平衡情況，裝置自適應(yīng)調(diào)整零序電流整定值;（3）采用電流、電壓信息判斷單相高阻接地故障，甚至可同時(shí)比較各出線的零序電流判斷單相高阻接地線路，并在站控層面配置單相高祖接地判別元件，實(shí)現(xiàn)選線功能。

五、結(jié)論

本文對(duì)現(xiàn)行20kV配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式和繼電保護(hù)的方式作了簡(jiǎn)單的敘述，并提出了幾項(xiàng)拙見(jiàn)，望批評(píng)指正。但要提出的是20kV電壓等級(jí)在配電網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，其中性點(diǎn)接地方式和繼電保護(hù)的選擇是一個(gè)涉及供電可靠性、絕緣配合、繼電保護(hù)、人身安全、通訊干擾、電磁兼容的綜合性問(wèn)題，應(yīng)全面考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因時(shí)因地而宜。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；中性點(diǎn)接地；零序保護(hù)；電流傳感器；電流互感器

中圖分類號(hào)：U223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著不斷加快的社會(huì)發(fā)展節(jié)奏，城市軌道交通不斷的發(fā)展，人們之間的距離也在不斷被拉近。地鐵供電系統(tǒng)對(duì)我國(guó)軌道交通的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，其中變壓器在地鐵供電系統(tǒng)中占有重要的地位，因此地鐵供電系統(tǒng)中變壓器的保護(hù)和故障處理就顯得尤為重要。對(duì)于地鐵來(lái)說(shuō)，地鐵供電系統(tǒng)是其全部動(dòng)力的來(lái)源，它的主要作用是為地鐵車輛的行駛提供電力牽引。如果在地鐵的行駛過(guò)程中，供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，還有可能威脅到乘客的生命安全。所以，在地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，必須采取必要的措施保證供電系統(tǒng)合理利用，從而使地鐵的安全可靠運(yùn)行得到保障。本文主要對(duì)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)出現(xiàn)的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行探討。

1 地鐵供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及變壓器零序保護(hù)的工作原理

1.1 地鐵供電系統(tǒng)的重要性

采用獨(dú)立的主變電所向沿線和降壓變電所牽引供電，是目前我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)的主要方式。由于電壓等級(jí)和電網(wǎng)制式不同，這就致使中性點(diǎn)接地方式也不盡相同，目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中中性點(diǎn)接地方式主要有以下幾種：如果出現(xiàn)單相接地短路，一般會(huì)采用零序電壓保護(hù)和檢測(cè)的三相三線制電網(wǎng)（6～10kV）；電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)節(jié)和調(diào)整連接方式的三相三線制電網(wǎng)（35～66kV）；相關(guān)故障容易被繼電保護(hù)設(shè)備檢測(cè)出的三相三線制電網(wǎng)（110～154kV）；三相三線制電網(wǎng)（220kV及以上）。

1.2 中性點(diǎn)接地方式及零序電流保護(hù)的工作原理

1.2.1 中性點(diǎn)接地方式。我國(guó)目前地鐵供電系統(tǒng)中普遍采用的接地方式是中性點(diǎn)直接接地，中性點(diǎn)直接接地的特征是電壓值為零且大地與中性點(diǎn)直接相連，電壓相對(duì)地電壓值在不出現(xiàn)任何故障的情況下是不變的，但是若出現(xiàn)故障，單相保護(hù)會(huì)立即啟動(dòng)起來(lái)，與此同時(shí)，斷路器也會(huì)發(fā)生跳閘，故障得以排除。

1.2.2 零序電流保護(hù)的工作原理。在電力系統(tǒng)正常工作的情況下，零序電流不會(huì)在中性點(diǎn)直接接地時(shí)產(chǎn)生，但是，零序電流會(huì)在中性點(diǎn)接地短路時(shí)產(chǎn)生很大的電流。

為了符合系統(tǒng)保護(hù)的需求，零序電流可以分為以下四個(gè)階段：零序電流速斷保護(hù)階段，在非全相運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，單相故障切除后電流產(chǎn)生閉鎖現(xiàn)象，保護(hù)的范圍在動(dòng)作電流小時(shí)反而較大；零序電流限時(shí)速斷保護(hù)階段，零序電流限時(shí)速斷保護(hù)階段的起動(dòng)電流需要配合下一段線路的零序電流速斷保護(hù)階段進(jìn)行保護(hù)；零序過(guò)電流保護(hù)階段，這一階段的主要作用是保護(hù)相間短路過(guò)電流，零序過(guò)電流保護(hù)階段一般作為后備來(lái)使用；方向性零序電流保護(hù)階段，零序電流的實(shí)際流向是故障點(diǎn)流向各個(gè)中性點(diǎn)接地的變壓器，所以，在電網(wǎng)中的變壓器接地較多的情況下，必須考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作的方向性。

2 地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施

2.1 零序保護(hù)存在的問(wèn)題

在目前我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)中存在著以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：變壓器中性點(diǎn)在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，對(duì)地偏移電壓被限制在一定的范圍內(nèi)，中性點(diǎn)間隙保護(hù)的作用得不到發(fā)揮，這樣會(huì)造成間隙放電及保護(hù)存在一定程度的偶然性，并且由于間隙擊穿過(guò)程中諧波的產(chǎn)生，也不利于變壓器匝間絕緣；對(duì)于保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有零序過(guò)電壓保護(hù)的情況下只設(shè)置間隙電流保護(hù)是不夠的，放電電流在間歇性擊穿時(shí)出現(xiàn)中斷，間隙電流保護(hù)的作用得不到實(shí)現(xiàn)，中性點(diǎn)不接地，變壓器將無(wú)法脫離故障電網(wǎng)。

2.2 零序保護(hù)改進(jìn)措施

針對(duì)我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)中存在的問(wèn)題，提出以下零序保護(hù)改進(jìn)措施：為了確保供電系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)，并保證電源端變壓器中性點(diǎn)有效接地，設(shè)置變壓器中性點(diǎn)間隙電流和零序過(guò)電壓保護(hù)；在設(shè)計(jì)階段，對(duì)于將來(lái)可能帶電源或者電源端變壓器，應(yīng)考慮包括母線開三角零序電壓保護(hù)、中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)在內(nèi)的完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)；增大原先裝設(shè)的中性點(diǎn)間隙距離，從而為避免出現(xiàn)中性點(diǎn)間隙搶先放電的情況。

3 實(shí)例分析

某地鐵工程35kV供電系統(tǒng)采用的電流保護(hù)采樣元件是電流傳感器，此元器件自投運(yùn)以來(lái)共發(fā)生5起零序電流保護(hù)誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致地鐵出現(xiàn)大面積停電事故，這5起零序保護(hù)動(dòng)作具有如下共同特點(diǎn)：每次零序保護(hù)動(dòng)作都是故障相電流呈下降趨勢(shì)，電壓變化很小，試送電均能成功；進(jìn)線故障相電流比對(duì)應(yīng)饋出量總和??；其中一相電流比正常兩相電流較小，一般小于10A；此現(xiàn)象具有隨意性、短時(shí)性、離散性；此故障特征主要表現(xiàn)在傳感器電流回路。造成以上的原因主要是：地鐵33kV開關(guān)設(shè)備采用ABB的ZX2型號(hào)開關(guān)柜，電流、電壓互感器使用組合傳感器采集系統(tǒng)電流、電壓信號(hào)，保護(hù)使用REF542+繼電保護(hù)裝置，由于系統(tǒng)電源的直流分量較大，導(dǎo)致三相的電流不平衡，有時(shí)會(huì)造成零序保護(hù)動(dòng)作。

地鐵續(xù)建工程已進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，電流保護(hù)回路不再采用電流傳感器，而是采用保護(hù)CT，針對(duì)此保護(hù)誤動(dòng)作制定了3種方案，以下為零序保護(hù)整改的3種方案：

方案一：在進(jìn)線柜或出線柜的電纜側(cè)（電纜層）增加3個(gè)穿心式電流互感器代替目前使用的電流傳感器；繼續(xù)使用目前電壓傳感器但是增加了電流互感器；保護(hù)裝置更換REF542+模擬量卡，換為4個(gè)傳感器和4個(gè)AT口的模擬量卡；增加了端子排及相關(guān)回路的二次布線，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為5h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：能有效解決目前發(fā)生的零序保護(hù)誤動(dòng)作事件，可靠性較高；缺點(diǎn)：工作量較大，整改周期長(zhǎng)。

方案二：采用電壓閉鎖電流模塊的方法（此方案只能在出線柜使用），沒(méi)有增加電流互感器，使用更改程序的辦法進(jìn)行解決，對(duì)程序進(jìn)行修改，同時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)單相接地的情況，計(jì)算出電壓閉鎖值的范圍，現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)該定值進(jìn)行定值校驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為3h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：工作量相對(duì)較少，容易實(shí)施，且能可靠防止出線柜的誤動(dòng)；缺點(diǎn)：工作量較小，整改周期長(zhǎng)，對(duì)進(jìn)線柜的可靠性差。

方案三：一次部分保持不動(dòng)，二次部分更換帶電顯示器，電壓閉鎖信號(hào)采用帶電顯示裝置的出口信號(hào)代替，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的程序進(jìn)行修改，增加閉鎖信號(hào)回路接線和帶有電閉鎖型的帶電顯示器，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為5h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、費(fèi)用少，無(wú)需改動(dòng)一次部分；缺點(diǎn)：工作量較大，整改周期長(zhǎng)，可靠性一般。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以某地鐵工程35kV供電系統(tǒng)為例，該供電系統(tǒng)采用ABBZX2開關(guān)柜和中性點(diǎn)直接接地方式，這種連接方式在非故障相電位變化較小的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的接地電流，在運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生單相接地故障，不能準(zhǔn)確有效地保護(hù)供電系統(tǒng)。通過(guò)上面分析地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施以及某地鐵已試點(diǎn)部分防止零序保護(hù)誤動(dòng)作方案的應(yīng)用，我們可以看到，零序保護(hù)能使地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行得到保證。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 李燕．110kV系統(tǒng)中性點(diǎn)零序保護(hù)配置的探討[J]．甘肅科技，2012，（16）.

篇10

【關(guān)鍵詞】10kV；配電網(wǎng)；接地故障；接地保護(hù)；中性點(diǎn)直接接地

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，社會(huì)用電需求每年都保持著較大的增長(zhǎng)， 這對(duì)10kV配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求也越來(lái)越高。10kV配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分， 它直接關(guān)系到用電客戶是否能夠使用安全可靠的電能。接地保護(hù)是一項(xiàng)十分重要的保護(hù)措施，對(duì)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。但由于種種原因，在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)接地故障，這不僅影響用戶用電性能，嚴(yán)重情況下還會(huì)影響到配電網(wǎng)的供電可靠性。因此，如何做好10kV配電網(wǎng)接地保護(hù)工作就成為了電力部門亟待解決的任務(wù)。

1.單相接地保護(hù)現(xiàn)狀

1.1 中性點(diǎn)不接地時(shí)單相接地特點(diǎn)

1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)零序電壓。

2）非接地線路通過(guò)的零序電流為該線路本身對(duì)地的電容電流，方向從母線流向線路。

3）接地線路通過(guò)的零序電流為所有非接地線路的對(duì)地電容電流的總和，方向從線路流向母線。

4）系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障電流不大，系統(tǒng)相間電壓仍然對(duì)稱，不會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范規(guī)定，小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)允許繼續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，在此期間采取措施消除故障一般不要求保護(hù)動(dòng)作跳閘。

1.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的保護(hù)方式

1）通過(guò)絕緣監(jiān)視裝置檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)出現(xiàn)的3U0電壓動(dòng)作發(fā)出系統(tǒng)接地信號(hào)。

2）零序電流保護(hù)，利用單相接地時(shí)，故障路線的零序電流大于非故障線路零序電流的特點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)有選擇性地保護(hù)。

3）零序功率方向保護(hù)，利用小接地電流系統(tǒng)單相接地故障時(shí)故障線路與非故障線路零序功率方向不同的特點(diǎn)，通過(guò)檢測(cè)線路零序功率方向也可實(shí)現(xiàn)有選擇性的保護(hù)。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的保護(hù)

（1）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)特點(diǎn)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)線路接地點(diǎn)將流過(guò)全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流。如果此電流較大，就會(huì)在接地點(diǎn)燃起電弧，引起弧光過(guò)電壓，導(dǎo)致故障相絕緣破壞，進(jìn)而發(fā)展成相間短路故障，擴(kuò)大事故。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后（如變壓器繞組連接為型，則可在母線上加裝Y形繞組接地變壓器，也就是設(shè)置人工中性點(diǎn)）。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流為全系統(tǒng)對(duì)地電容電流與消弧線圈產(chǎn)生的電感電流的向量和。

Id=IL+ICΣ

式中：Id為流過(guò)故障點(diǎn)的接地電流。

IL為消弧線圈生產(chǎn)生的電感電流，

IL=U0/jωL=-jU0/ωL。

ICΣ為全系統(tǒng)對(duì)地電容電流，ICΣ=3U0jωCΣ。

IL與ICΣ方向相反，這種利用IL抵消ICΣ的措施稱為補(bǔ)償。隨加入IL補(bǔ)償程度的不同，可分為三種補(bǔ)償方式：全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償。

1）完全補(bǔ)償方式：

Id=IL+ICΣ=0的補(bǔ)償方式。這種補(bǔ)償方式可使接地點(diǎn)故障電流為零，但有嚴(yán)重缺點(diǎn)，會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)的串聯(lián)諧振過(guò)電壓。

2）欠補(bǔ)償方式：

IL

3）過(guò)補(bǔ)償方式

IL>ICΣ的補(bǔ)償方式。過(guò)補(bǔ)償方式下，接地故障點(diǎn)的故障電流是感性的。不會(huì)因系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，電容電流的減少而成為全補(bǔ)償而出現(xiàn)危險(xiǎn)的諧振過(guò)電壓。這種補(bǔ)償方式得到了廣泛的應(yīng)用。

IL的補(bǔ)償程度可用補(bǔ)償度K來(lái)表示。

K=（IL+ICΣ）/ICΣ一般取K=（5～10）%。

采用消弧線圈過(guò)補(bǔ)償方式，流過(guò)故障線路的電流為補(bǔ)償后的感性電流。它與U0的相位關(guān)系與非故障線路電容電流與U0的相位關(guān)系相同。其數(shù)值也和非故障線路的電容電流的容性電流差不多。因此，前述零序電流保護(hù)和零序方向保護(hù)都不能采用。

（2）小接地電流系統(tǒng)保護(hù)方式

1）絕緣監(jiān)察裝置：消弧線圈不會(huì)改變系統(tǒng)零序電壓的分布和大小，對(duì)絕緣監(jiān)察裝置沒(méi)有影響。

2）短時(shí)破壞補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涸诎l(fā)生接地故障后利用系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓的特點(diǎn)，短時(shí)將消弧線圈切除，這樣就可以按不接地系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)有選擇性的保護(hù)。待保護(hù)動(dòng)作后再將消弧線圈投入。

3）短時(shí)投入有效電阻的方法：發(fā)生單相接地時(shí)在中性點(diǎn)與地之間投入一個(gè)有效電阻，使在接地點(diǎn)產(chǎn)生電阻分量電流，再利用余弦型功率方向繼電器選出接地故障線路。經(jīng)一定延時(shí)后，再把電阻切除。

以上三種方式應(yīng)用較多還是絕緣監(jiān)察裝置。后兩種方法因控制回路接線復(fù)雜，還有會(huì)在接地點(diǎn)產(chǎn)生較大接地電流，較少應(yīng)用。

1.4 暫態(tài)分析小電流接地保護(hù)

（1）暫態(tài)過(guò)程

一般情況下，由于電網(wǎng)中絕緣被擊穿而引起的接地故障，經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近最大值的瞬間，因此可以將暫態(tài)電容電流看成是以下兩個(gè)電流值和：

1）故障相電壓突然降低引起的放電電流。這個(gè)放電電流通過(guò)母線流向故障點(diǎn)，放電電流衰減很快，震蕩頻率高達(dá)數(shù)千赫茲。震蕩頻率主要決定與電網(wǎng)中的線路參數(shù)、故障點(diǎn)位置以及過(guò)渡電阻的數(shù)值。

2）由非故障相電壓突然升高引起的充電電流。此電流要通過(guò)電源而成回路。由于通路的電感增大，因此，充電電流衰減較慢，震蕩頻率也較低。

對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，由于暫態(tài)電感電流的最大值應(yīng)出現(xiàn)在接地故障發(fā)生在相電壓經(jīng)過(guò)零值瞬間，當(dāng)故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間瞬間時(shí)，暫態(tài)電感電流近似為零。因此暫態(tài)電容電流較暫態(tài)電感電流大很多，而正常時(shí)穩(wěn)態(tài)電容電流完全為電感電流所補(bǔ)償，所以隨時(shí)間變化的特性也不同：

a.大多數(shù)接地故障都發(fā)生在相電壓接近最大值的瞬間，所以不論中性點(diǎn)不接地還是經(jīng)消弧線圈接地，在故障瞬間其暫態(tài)過(guò)程是近似相同的；

b.故障時(shí)的暫態(tài)零序電流第一個(gè)半波（簡(jiǎn)稱首半波）的幅值與故障時(shí)故障相電壓的輻角有關(guān)，當(dāng)相電壓在最大值的瞬間發(fā)生故障，暫態(tài)零序電流首半波幅值最大；

c.流過(guò)電網(wǎng)各點(diǎn)暫態(tài)零序電流首半波的最大值，較同一點(diǎn)穩(wěn)態(tài)零序電流值大幾倍至幾十倍；

d.各線路中流過(guò)的暫態(tài)零序電流首半波的寬度，約為幾十微秒到幾百微秒。

e.電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，靠近母線端故障線路的暫態(tài)零序電流與非故障線路暫態(tài)零序電流的方向相反。

（2）小電流接地選線裝置

利用小電流接地系統(tǒng)單相接地過(guò)渡過(guò)程的特點(diǎn)研制的小電流接地選線跳閘裝置已投入系統(tǒng)試運(yùn)行。裝置利用現(xiàn)代微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)，采用先進(jìn)的小波分析計(jì)算方法能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出單相接地暫態(tài)過(guò)程首半波的方向，進(jìn)而選出接地線路。裝置根據(jù)系統(tǒng)要求可選擇告警或選擇跳閘。

（3）小電流接地保護(hù)方式，前面已提到故障時(shí)的暫態(tài)零序電流首半波的幅值與故障相電壓的輻角有關(guān)，當(dāng)相電壓在零值或接近零點(diǎn)時(shí)暫態(tài)零序電流首半波幅值最小。在雷擊或外界機(jī)械破壞等因素導(dǎo)致的故障可能發(fā)生在故障相電壓的任意輻角下。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)基于暫態(tài)分析的小電流接地保護(hù)將不能準(zhǔn)確、可靠的選出發(fā)生接地故障的線路。

2.中性點(diǎn)直接接地的保護(hù)方式

2.1 中性點(diǎn)直接接地的優(yōu)點(diǎn)

1）系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地，發(fā)生接地時(shí)系統(tǒng)中性點(diǎn)不會(huì)漂移，非故障相電壓不會(huì)大幅升高。

2）接地故障點(diǎn)將流過(guò)較大幅值的接地故障電流形成穩(wěn)定的接地故障點(diǎn)，不易形成間歇性的電弧放電，不會(huì)產(chǎn)生間歇性弧光接地過(guò)電壓。

3）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的零序保護(hù)是成熟的保護(hù)技術(shù)，利用在110kV及以上電網(wǎng)的成熟應(yīng)用的零序過(guò)電流保護(hù)、零序方向過(guò)電流保護(hù)以及接地距離保護(hù)可在幾百毫秒至幾秒鐘內(nèi)有選擇性地快速、靈敏、可靠地切除接地故障。

4）系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地后，發(fā)生接地故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)三相電壓的對(duì)稱性破壞，導(dǎo)致非故障線路不能正常供電。接地故障流過(guò)幅值較大的接地故障電流，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)導(dǎo)致接地故障設(shè)備燒壞。但因保護(hù)能快速動(dòng)作切除故障，系統(tǒng)電壓能迅速恢復(fù)正常供電狀態(tài)。故障電流持續(xù)時(shí)間較短，接地故障設(shè)備的損傷不大，也容易修復(fù)。對(duì)于瞬時(shí)性的接地故障還可以通過(guò)重合閘快速恢復(fù)故障線路的供電；對(duì)于永久性的接地故障，現(xiàn)代的微型計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置（故障錄波測(cè)距裝置）也能測(cè)出大致的接地故障距離，方便快速修復(fù)故障受損線路。

5）系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地的最大好處還在于，接地故障的持續(xù)時(shí)間大幅縮短，可將導(dǎo)致的人身觸電傷害的可能性降至最低。

2.2 中性點(diǎn)直接接地存在的問(wèn)題

1）10kV配電系統(tǒng)接地中性點(diǎn)問(wèn)題：變電站主變壓器10kV繞組一般連接成三角形，無(wú)中性點(diǎn)可引出接地。此問(wèn)題可采用10kV系統(tǒng)加裝消弧線圈所采用的方案，設(shè)置人工接地點(diǎn)方法解決。在變電站10kV母線上接入一臺(tái)專用的接地變壓器，變壓器10kV側(cè)三相繞組連接成Y形引出中性點(diǎn)就可解決此問(wèn)題。

2）當(dāng)10kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，饋線間隔保護(hù)及測(cè)量計(jì)量用電流互感器常采用兩相星形接線，即電流互感器只安裝在A、C兩相上，這種接線方式既能滿足饋電線路相間保護(hù)以及測(cè)量計(jì)量的需求又可節(jié)省投資，但不能組成零序電流濾過(guò)器。要滿足大接地電流零序保護(hù)需采用三相星形的電流互感器接線方式。

3.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)逐條短時(shí)斷開運(yùn)行線路查找接地線路，這種方式存在諸多問(wèn)題，其中最大的弊病單相接地后繼續(xù)運(yùn)行期間存在觸電傷害的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐證明，采用中性點(diǎn)直接接地保護(hù)技術(shù)來(lái)快速切除10kV單相接地故障是一個(gè)較好的選擇，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：