導語：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，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】電能計量；電流互感器；零序電流

1.緒論

1.1電能計量的重要性

電能是國民經濟和人民生活極為重要的能源，電氣化程度和管理現代化水平是衡量一個國家發(fā)達與否的重要標志。電力生產的特點是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個部門連成一個系統(tǒng)，不間斷地同時完成。發(fā)、供、用電三方如何銷售與購買電能、如何進行經濟計算，涉及許多技術、經濟問題。營業(yè)性計費的公正合理，涉及電業(yè)部門與用戶的經濟利益。提高電能計量的正確性，對發(fā)、供、用電三方都是十分需要的。

由于電力電子技術在各行各業(yè)用電設備中的采用，負荷向電力系統(tǒng)注入大量的諧波，引起電壓、電流波形嚴重畸變。如何計算諧波電能，如何制定畸變波形作用下的電能計量和計費標準，都是有待解決的問題。

1.2電能計量的組成

電能計量裝置的重要組成元件之一就是電能表，從交流感應式電能表、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，計量的原理都是一樣的，有兩元件和三元件接線法。

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

2.理論分析

2.1電能的基本計算

電能計算可以通過下面的公式進行，即

式中，，，分別是瞬時電壓，瞬時電流，瞬時功率值。

可見，電能的計算與功率的計算只相差一個時間變量，因此，電能的計算可以通過對功率的計算來實現。

2.2有功功率的計量

有功功率的計量包括單相有功功率的計量和三相有功功率的計量，三相有功功率的計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量，現舉例，就三相四線制電路有功功率計算分析如下。

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

當三相電路完全對稱時，三相功率為

圖1 三相四線制電路有功功率向量圖

2.3無功功率的計量

1）三相交流電路無功功率的計算公式為

當三相電路完全對稱時，三相功率為

2.4電壓和電流有效值的測量

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

因此可以計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量

圖2 三元件法的三相電能計量原理圖

三元件法一般用在三相四線制系統(tǒng)，是通過電流、電壓互感器分別采集各相電流、和電壓，通過計算從而實現電能計量。具體接線如2：

由如圖接線可以看出，其實際測量到有功功率為：

與理論值相符合，即采用三元件法對有功電能的計量是準確的。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，其有功電能的計量都是準確的。

90°接線測量無功功率，實際有效值為：

與理論值相符，即采用90°接線計量無功電量是準確的。不管是三相三線制系統(tǒng)，還是三相四線制系統(tǒng)，其無功電能的計量都是準確，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

工程上為了實現對大電流、高電壓的設備的電能計量，可通過電流、電壓互感器將大電流、高電壓轉化為與電能表相匹配的小電流、低電壓，通過電能表完成電能計量。通過電流、電壓互感器實現了大電流、高電壓向小電流、低電壓的轉換，同時，還實現了高壓的隔離，保證二次設備及人員的安全。

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確定不變的量。

事實上，當互感器運行工況改變時，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載阻抗時，將導致互感器內、外阻抗的比值發(fā)生變化，從而使變比發(fā)生變化。也就是說互感器的實際變比（原邊實際值/副邊實際值）是一個隨運行工況的改變而變化的量，而額定變比只是實際變比的一個特殊值，可認為是標準運行工況下的變比。實際變比可表示為：

（18）

在某一運行情況下，若實際變比與額定變比不相等，二次測量值乘以額定變比而得出的一次側值，則與一次側實際值有差異。這種由于實際變比與額，定變比不相等而引起互感器在測量電壓或電流時產生的計算值與實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電能計量的影響

3.1零序電流產生的原因

在非中性點絕緣系統(tǒng)中，在正常運行時，因為系統(tǒng)三相參數的不對稱，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，也會產生零序電流，會引起零序保護動作，切除故障設備或線路。

在小電流系統(tǒng)正常運行中產生零序電流的原因主要有兩點：一個是中性點有消弧線圈或小電阻接地，另一個是系統(tǒng)出現不對稱，這是產生零序電流的兩個充分必要條件。而在非中性點絕緣系統(tǒng)中采用原來的兩元件計量方式到底會產生多少計量誤差，有必要進行進一步的研究。

3.2零序電流的影響

零序電流對電能計量的影響體現在兩個方面：一個是零序電流的大小，一個是零序電流的方向（即角度）。

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

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關鍵詞：零序電流 電流互感器 小電阻接地系統(tǒng)

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

近年來隨著城市電網的高速發(fā)展，越來越多的經濟發(fā)達城市中壓電網采用了中性點經小電阻接地的運行方式。由于中性點經小電阻接地方式在我國投入運行時間不長，許多問題尚有待深入研究。對于小電阻接地系統(tǒng)而言，在發(fā)生接地故障時零序分量明顯，通常配置零序電流保護實現其接地故障的快速切除。因此，零序電流保護是確保小電阻接地系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。而零序電流保護的動作性能則主要依賴于零序電流的精確提取。

在工程實際中，對于零序電流的獲取，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，以感應出總的零序電流，多見于電纜出線的配網；另一種是分別從三相饋線的電流互感器中獲取相電流，然后在保護裝置上合成零序電流，多見于架空線出線的配網。該文將結合現場實際情況詳細分析上述兩種零序電流獲取方法的優(yōu)缺點。

1 零序CT獲取零序電流的誤差分析

對于電纜線路可通過零序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AD轉換器等采集環(huán)節(jié)，在這個過程中，必然產生一定的量化誤差、漂移誤差等。為此，對應直接由零序電流CT獲得零序電流，結合電流互感器的誤差分析理論可得：

式中：為保護裝置實際獲取的零序電流，為一次側零序電流，為互感器二次側漏電抗，為勵磁阻抗，為二次負載阻抗，為變比。

由此可見其結果將帶有兩種誤差：CT傳感誤差和保護采樣、量化等測量誤差。

2 三相CT獲取零序電流的誤差分析

零序電流還可以通過相CT得到的三相電流，然后在保護裝置內部合成零序電流，如圖2所示。

對于每一相CT，不難得到其二次側電流大小為：

流入零序保護的三相電流同樣必須通過AD轉換器采集后，再提取出相應的零序電流，為此可得此時獲取的零序電流大小為：

式中：為保護裝置實際獲取的零序電流，為互感器二次側漏電抗，為勵磁阻抗，為二次負載阻抗，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采樣、量化等測量誤差，下面具體分析。

根據CT的傳變誤差特點，可得如下

特點。

3.1 從變比上看

相CT平時要流過正常的負載電流，在故障時還要流過較大數值的短路電流，因此其變比一般做得比較大。零序CT平時僅流過不平衡電流，故障時才出現零序，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產生的，三相CT傳變特性的差異均將產生零序不平衡電流。而零序CT不存在不平衡電流。

3.3 從輕微故障時精度看

零序CT比相CT更能反映于絕緣失效、經較大過渡電阻接地等零序電流較小的情況。這是因為較小變比的零序CT能夠在一次零序電流發(fā)生微小變化時也能引起二次側電流較大的改變，而相CT靈敏度沒那么高。

3.4 從嚴重故障時精度看

相CT比零序CT有更寬的線性工作范圍。當小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，所產生數百安培的短路電流，對相CT來說仍然處于誤差較小的工作區(qū)域（30%～100%），而對零序CT來說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。

對于保護裝置的測量誤差，必須考慮AD的兩個物理量―分辨率和精度。其中分辨率對應于一定位數AD裝置的量化誤差，可以用兩種方式表示，一種是直接用AD轉換器的位數n，另一種是用最小測量刻度表示，也就是

而精度不同于分辨率，其對應的是AD測量值與輸入實際值的差異。一般而言，由于AD裝置除了量化會產生誤差外，還存在溫度漂移、參考電壓漂移等多方面誤差影響，實際精度位數要在轉換位數基礎上至少還要扣除兩位，因此實際精度

對保護裝置而言，由于相保護和零序保護測量值的最小刻度LSB不同，因此測量精度差別較大。以同樣有14位AD的保護為例，假設量程能達到CT額定一次電流的10倍，同時相CT變比為1000：1，而零序電流變比為100：1。那么接于零序CT的保護和接于相CT的保護精度分

別為：

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

4 結語

對于零序電流的兩種獲取方式各有其自身的特點。一般零序CT較靈敏，內部不平衡電流較小，但當零序電流很大時易于飽和，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)點是線性范圍大，能耐受較大數值的短路電流而不易飽和，相對傳變誤差較小。

基于不同CT的傳變特點，在現場應用的時候應根據實際需要合理選擇零序電流的獲得方式。在對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，若保護裝置支持內部零序電流的合成，應考慮使用線性范圍較大的相電流互感器。

參考文獻

[1] 任元會，姚家?guī)?工業(yè)與民用配電設計手冊[M].3版.中國電力出版社，2005：130-153.

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關鍵詞：零序保護電流系統(tǒng)

中圖分類號： S477+.3 文獻標識碼： A 文章編號：

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,利用這些電氣量構成保護接地短路的繼電保護裝置統(tǒng)稱為零序保護（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電流互感器，此時感應電流為零。當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，回路中有不平衡電流流過，這時穿過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感應電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護區(qū)裝置預定動作電流值相比較，如大于動作電流，即使靈敏繼電器動作，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，所產生的電流即為零序電流。

產生零序電流的兩個條件:

1.無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時和異常時的不對稱，只要有零序電壓的產生；

2.零序電流有通路。

以上兩個條件缺一不可。因為缺少第一個，就無源泉；缺少第二個，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問題。

零序電流互感器

2零序保護

三相星形接線的過電流保護雖然也能保護接地短路，但其靈敏度較低，保護時限較長。采用零序保護就可克服此不足，這是因為：

系統(tǒng)正常運行和發(fā)生相間短路時，不會出現零序電流和零序電壓．因此零序保護的動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，側以外的故障不會在Y側反映出零序電流，所以零序保護的動作時限不必與該變壓器后的線路保護相配合，從而取較短的動作時限。

3零序電流保護

3.1零序電流保護

大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產生很大的零序電流，利用零序電流分量構成保護，可以作為一種主要的接地短路保護。零序過流保護不反應三相和兩相短路，在正常運行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時也沒有零序分量產生，所以具有良好的靈敏度。但零序過流保護受電力系統(tǒng)運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雜的環(huán)網中，由于速動段的保護范圍太小，甚至沒有保護范圍，致使零序電流保護各段的性能嚴重惡化，使保護動作時間很長，靈敏度很低。

3.2零序電流保護的原理

零序電流保護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)點的復電流的代數和等于零，即ΣI=0。在系統(tǒng)正常運行的情況下，各相電流的矢量和等于零（對零序電流保護假定不考慮不平衡電流），因此，零序電流互感器的二次側繞組無信號輸出（零序電流保護時躲過不平衡電流），執(zhí)行元件不動作。當發(fā)生接地故障時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)形鐵芯中產生磁通，二次側感應電壓使執(zhí)行元件動作，帶動脫扣裝置，瞬時跳開斷路器，達到接地故障保護的目的。

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程中，三相觸頭不同期或單相重合過程的非全相運行狀態(tài)產生振蕩時，零序電流保護誤動作，常采用兩個零序一段組成的四段式保護。

靈敏一段按躲過被保護線路末端單相或兩相接地短路時出現的最大零序電流整定。其動作電流小，保護范圍大，但在單相故障切除后的非全相運行狀態(tài)下被閉鎖。此時若其他相再發(fā)生故障，則必須等重合閘重合之后的后加速跳閘，導致跳閘時間變長，可能引起系統(tǒng)相鄰線路越級跳閘，故增設一套不靈敏一段保護。不靈敏一段按躲過非全相運行又產生振蕩時出現的最大零序電流整定，其動作電流大，能躲開上述非全相情況下的零序電流，兩者都是瞬時動作的。

3.3零序保護的優(yōu)點

結構及工作原理簡單，試驗維護簡便，保護裝置處于良好的狀態(tài)，正確動作率高，保護范圍比較穩(wěn)定，受故障過渡電阻的影響較小，不受負荷電流的影響，靈敏度較高。

4零序電流保護在運行中需注意以下問題：

4.1當電流回路斷線時，可能造成保護誤動作。這是一般較靈敏的保護的共同弱點，需要在運行中注意防止。就斷線機率而言，它比距離保護電壓回路斷線的機率要小得多。

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作。

4.3當電力系統(tǒng)出現不對稱運行時，也會出現零序電流，例如變壓器三相參數不同所引起的不對稱運行，單相重合閘過程中的兩相運行，三相重合閘和手動合閘時的三相斷路器不同期，母線倒閘操作時斷路器與隔離開關并聯過程，或斷路器正常環(huán)網運行情況下，由于隔離開關或斷路器接觸電阻三相不一致而出現零序環(huán)流，以及空投變壓器時產生的不平衡勵磁涌流。特別是在空投變壓器所在母線有中性點接地變壓器在運行中的情況下，可能出現較長時間的不平衡勵磁涌流和直流分量等等，都可能使零序電流保護啟動。

4.4地理位置靠近的平行線路，當其中一條線路故障時，可能引起另一條線路出現感應零序電流，造成反分向側零序方向繼電器誤動作。如確有此可能時，可以改用負序方向繼電器，來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沒有零序電流和零序電壓，回路斷線不易被發(fā)現；當繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側時，也不易用較直觀的模擬方法檢查其方向的正確性，有可能造成保護拒動和誤動。

參考文獻：

《電力系統(tǒng)繼電保護原理與實用技術》

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【關鍵詞】零序保護；外接；自產

1.10kV線路零序保護現有配置方式及所存隱患

在10kV小電阻接地系統(tǒng)中，線路開關柜內裝設有反映相電流的分相CT三只，構成饋線的電流速斷、過電流保護，作為本單元發(fā)生相間故障時的保護；反映零序電流的零序CT一只，構成饋線的零序過流保護，作為本單元發(fā)生單相接地故障時的保護。保護裝置的零序保護電流采于零序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方式。

當10kV線路發(fā)生接地故障時，首先該線路的零序保護動作，出口跳開線路開關，切除故障；當該線路出現拒動的情況時，故障無法切除，流過接地變的故障量仍然存在，此時，由接地變高壓零流動作，出口跳開分段開關，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，此時，已成為越級動作事故。

由上述可知，零序保護的合理配置和正確動作對中性點經小電阻接地系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要意義。根據運行經驗，零序保護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，保護裝置無法檢測判斷，易因回路問題造成保護誤動或拒動。

（2）因饋線電纜外屏蔽層接地線在開關柜內穿入零序CT的方式不正確而維護人員未能及時發(fā)現，導致電纜屏蔽層中的電流已被包含在零序CT測量范圍內，造成保護誤動。

2.零序保護改進方案

長期的運行經驗表明，采用零序電流自產方式完全可以滿足目前線路保護的運行要求，并能消除零序電流外接方式的兩個隱患：

（1）三相CT的電流之和為零序電流，分相CT的準確級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，保護精度要求也滿足。

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

因此，對10kV小電阻接地系統(tǒng)，線路開關柜內裝設有三相CT，可以實現自產零序電流的10kV饋線保護，將零序電流改接自產，具體方案如下：

（1）對于保護裝置具備自產零序功能，直接通過更改保護定值，投入零序自產功能。

（2）對于保護裝置沒有自產零序功能，則通過更改電流回路接線，人工的將三相電流合成，獲得零序電流，并重新整定10kV線路零序保護定值。

3.方案的具體實施

對于保護裝置具備自產零序功能，通過更改保護定值即可實現，此處不再詳述。對需要通過更改電流回路接線，人工合成零序電流的方案2，實施過程如下：

（1）做好安全措施。退出整改裝置的相關保護出口壓板、聯跳壓板；斷開電流回路的連接片，如整改線路間隔在運行，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號端子短接；拆除13號端子的N411號電纜、16號端子的3I0號電纜、17號端子的3I0'號電纜；將3I0號電纜、3I0'號電纜找一個空端子（如上圖的22號端子）接好，并接地；再將N411號電纜接至17端子，并接地。

（3）若保護裝置需要更改零序定值整定范圍以滿足保護精度要求，則請廠家更改。

（4）檢查相關回路，防止寄生回路的產生。

（5）用繼保儀器對裝置進行加量測試。檢查零序回路及裝置采樣，確認回路及裝置采樣正確；加入故障量，校驗裝置保護動作的準確度和靈敏度。

（6）核對裝置定值無誤，并恢復所有安全措施，回路整改結束。

4.結語

本文通過分析目前中性點經小電阻接地方式下的10kV線路零序保護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方式的方案，并對新方案的可行性和具體實施方法進行了描述。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)保護的準確性和穩(wěn)定性要求，對提高線路供電可靠性，降低設備故障率有重要意義，適合實際推廣應用。

參考文獻

[1]惠州供電局.10kV線路保護零序電流改接自產工作推進方案.2011年3月

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關鍵詞：漏電保護 零序電壓 零序電流

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

隨著煤礦現代化程度的不斷提高，井下高壓供電線路的不斷增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高。所謂漏電，就是指三相電網中的任一相導線經電阻與地或地線相接：而單相接地是指任一相導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，經常出現漏電故障，漏電故障若不及時排除會存在較大危害，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。同時電網相電壓的升高，長期運行將導致絕緣擊穿，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系統(tǒng)對井下安全供電具有重要意義。

1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析

我國《煤礦安全規(guī)程》嚴格規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地;嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。因此，中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析尤為重要。

正常運行情況下，各相對地有相同的電容，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，中性點對地無電壓，因為電容電流很小，其在線路上產生的電壓降可以忽略不計，故可以認為各相電壓均與各相電勢相等。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，若忽略較小的電容電流產生的電壓降，則電網中各處故障相的對地電壓都變?yōu)榱?。于是A相對地電容被短接，只有B相和C相對地電容中還存在電流，此時中性點對地電壓上升為相電壓，非故障相的對地電壓變?yōu)榫€間電壓（升高倍）。由于相電壓和電容電流的對稱性已破壞，因而出現了零序電壓和零序電流，零序電壓為故障相正常電勢的三倍，故障點的零序電流是正常運行時每相對地電容電流的三倍，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、電流的測量與定值的整定

零序電壓主要是通過三相五線柱式變壓器開口三角形實獲取的，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電壓矢量圖，右邊為二次側矢量圖。

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，對于金屬性接地而言二次側電壓是100 V，而非金屬性接地則小于100 V，錢家營礦根據井下供電系統(tǒng)經驗零序電壓投入15 V，實際運行中動作靈敏度可靠。

零序電流信號由零序電流互感器取得的。測量原理如圖4所示。零序電流互感器有一個環(huán)狀鐵心，套在被保護的電纜上，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，當未發(fā)生漏電時，一次側三相電流對稱，其電流的相量和為零，二次側無電流輸出;當發(fā)生漏電時，一次側三相電流不對稱，其電流相量和不為零，二次側有零序電流輸出。

由于井下供電系統(tǒng)主接地與局部接地極通過電纜的地線構成接地網，在發(fā)生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動。這部分電流不僅降低故障線路接地保護的靈敏度，有時還會造成漏電保護裝置的誤動作。故此，應將電纜終端接線盒的接地線穿過零序電流互感器的鐵心，使鎧裝電纜外皮流過的零序電流，再經接線盒的接地線穿過零序電流互感器，從而使穿過互感器的電纜外皮中流過的零序電流和為零，防止引起漏電保護的誤動作。接線如圖5所示。

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

兩段保護主要是為了實現先告警后跳閘。漏電告警可以用很小的定值用于告警，漏電保護可以設以較大的定值，并且設置投跳閘。對于三相對稱性很好，幾乎不存在不平衡電流的線路，零序I段（即漏電保護）定值按躲過本線路本身的容性電流的2倍整定（2為可靠系數），電纜線路零序電流按經驗值0.6 A/km（采區(qū)電纜MVV323×35）估算，漏電保護定值為：I0dz I=k×0.6×L;k為可靠系數取2，L為電纜線路的公里數;

零序II段（即漏電告警）定值按躲過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。

零序過流保護可以投方向。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，電纜電容電流較大，重要負荷如局部通風機、排水泵等負荷較多，要求必須采用選擇性漏電保護。多次單相接地事故表明投入零序功率方向保護后將大大提高保護的可靠度，及時的發(fā)現故障點，減少大面積掉電的事故。因此對錢家營礦井下CZB1保護器投入零序功率方向。

3 結語

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。錢家營礦采用調容式消弧線圈跟蹤補償裝置，消除單相接地電容電流。對中性點經消弧線圈補償的供電系統(tǒng)，單相接地時非故障線路開關所測零序電流特性與中性點不接地系統(tǒng)相同，而故障線路開關所測零序電流的大小和方向與消弧線圈的補償電流有關。由于錢家營礦采用自動跟蹤補償的消弧線圈，接近于全補償狀態(tài)。因此故障線路開關所檢測到的零序電流不一定大于其本身線路的對地電容電流，且方向也與補償度有關。當線路絕緣降低受潮瞬時接地時，對故障線路的判斷將出現困難，尤其對短線路非金屬性接地時可能出現開關拒動現象，實際運行中對于采區(qū)開關可以根據經驗適當減小零序電流動作值，通過改造后兩年的使用情況來看，保護器動作基本可靠。同時可以對保護器進行改造，探討在保護器或選線裝置中引入零序導納分析法進一步確認故障線路，消除變壓器中心點經消弧線圈接地帶來的保護器誤動作現象。

參考文獻

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關鍵詞：注入信號法 電壓互感器 接地相 變電站 絕緣

一、概述

為了使保護裝置能正確地從店里系統(tǒng)的各次諧波中識別被注入的特殊電流信號，令其頻率處于n次和（n+1）次諧波之間。由于被注入的信號區(qū)別于系統(tǒng)中固有的各種信號，所以對該信號的檢測，可不受系統(tǒng)運行情況的影響。為了避開檢測單元和一次設備的直接電氣聯系，應用感應探測單元對該信號產生的磁場進行測量。

由于系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，被注入信號僅在接地相的線路中流通，經過接地故障點后即可行返回，非接地故障線路中沒有信號，故只要檢測各線路中有無注入信號電流，便可進行故障選線。而通過對注入信號電流和電壓的檢測，計算變電站到接地故障點之間的電抗，便可實現故障測距。如果在變電站和接地故障點之間存在分支線路，注入信號也不會進入無接地故障的分支線路，根據這一特點，便可查出接地分支線路及其上的故障點確切位置，從而實現故障定位功能。

二、注入信號的特性分析

以簡單的中性點不接地配電系統(tǒng)為例進行分析。假設A相過渡電阻Rg接地，因中性點不接地，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，所以刮胡子那個電流很小，零序故障電流也很小，這是中性點不接地系統(tǒng)突出的優(yōu)點。但很小的故障電力，特別時很小的零序電流不利于故障的檢測，當過度電阻Rg較大時，零序電流更小。為了檢測故障，在不影響原系統(tǒng)故障電流較小這一優(yōu)點的前提下，人為增加零序電流，如在接地故障線路加一理想電流源。根據疊加原理，系統(tǒng)正序電流提供的電流不變，但系統(tǒng)實際流動的電流為兩個電源提供的電荷之和。

為便于探測，外加的零序電流的頻率應與電力系統(tǒng)的固有頻率完全不同。從外加電流源看進去，系統(tǒng)總阻抗與中性點直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的總結地阻抗相當。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，供故障檢測用。外加診斷電流的大小根據檢測該電流所需強度而定，應用對稱分量法，把各序電流轉換成相電流，即可得到系統(tǒng)中各相電流，系統(tǒng)中各點三相電流的相量和構成剩余電流。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；對于非故障線路，注入電流只能通過分布電容流通，所以剩余電流ig=0。因此，根據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量外加電源的電壓和電流，可計算出測量點和故障點之間的回路阻抗，繼而可求出故障距離。注入電流沿故障線路，在故障點處經大地返回外加電源處，所以沿故障線路探測注入電流，注入電流的消失點即為故障點。

三、注入信號及探測

1、注入信號源。

利用外加診斷信號進行故障檢測和定位，不應影響原系統(tǒng)的政策允許。因此，注入信號源應滿足一些特殊要求，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，信號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，是將信號源頻率取在工頻n次諧波與（n+1）次諧波之間（n為正整數）。理論上，n可取任意值。實際上，若n取值較小，信號源頻率與工頻相近，不利于從較強的工頻故障電流中提取較弱的診斷信號電流。若n取值較大，一方面系統(tǒng)分部電容容抗變小，分布電容對信號電流的分流增大，而部長線路上流動的信號電流變小，不利于信號電流的檢測；另一方面，線路感抗XL=nωL增大，不能再忽略不計，也使故障線路上流動的信號電流變小，增加了檢測信號電流的難度。

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

2、注入信號的探測。

有接地故障時，將零序信號電源加入故障系統(tǒng)，根據是否探測到該信號進行故障選線和定位，探測完成后，將零序診斷信號源從系統(tǒng)中退出。信號電流與故障電流相比小得多，同時故障線路中仍有符合電流流通。注入信號電流與負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成。為此，必須采取適當的措施探測該信號，并使探測器對注入信號的頻率有非常高的靈敏度。診斷信號電流可通過零序電流互感器測量，也可通過測量診斷喜好產生的磁場而得到。

（1）零序電流互感器法。

在需要測量剩余電流處，使用普通的零序電流互感器測量三相線中的電流，得到各出線的剩余電流，經信號處理分離出診斷信號。對第二種信號源，可使用特殊的零序電流互感器，使其只對診斷信號電流敏感，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荷，使鐵芯在工頻電流激勵時飽和，而在診斷信號激勵時不飽和。

（2）無線電接收法。該方法是利用無線收音機的原理設計一特制的傳感接收器，安裝在每條線路的開關柜內，時傳感器對注入信號的頻率產生共振、放大，最后把各傳感器采集到的信號送到中央處理器進行分析比較，由于只有發(fā)生單相接地故障的線路，才有注入電流流動，所以安裝在故障線路開關柜內的傳感器接收到的故障信號也最強，采用這種方法可以準確的找出故障線路。注入信號源增大零序電流有利于接地故障的檢測，但也受系統(tǒng)分部電容和故障過渡電阻的影響，有時出現誤選或選不出故障線路的情況。

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【關鍵詞】越級跳閘；熔斷器；閉鎖

1.引言

在發(fā)電企業(yè)甚至電網中，因保護拒動引起事故擴大或越級跳閘引發(fā)大面積停電的事故屢見不鮮，如前些年的“8.14美加大停電”事故。其中有些是因繼電保護誤整定或設備設計不合理引起，有些則是因其他條件引起。本文將詳細分析一起聯絡線上的越級跳閘事故。事故過程如下：某廠的一臺連接于6kV公用段母線的電動機在送電時突然發(fā)生線圈短路，電機隨即起火燃燒，大約1秒后為該公用段母線供電的位于廠用工作段開關室的饋線開關跳開，整段公用母線停電。經保護專業(yè)現場檢查電動機保護未動作，跳開的母線進線開關零序保護動作出口；電氣專業(yè)檢查電機為B相定子繞組與定子鐵心放電絕緣損壞，定子發(fā)生接地現象（該系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)）。隨后保護專業(yè)對電動機保護裝置進行了徹底檢查：裝置定值整定無誤；繼電器動作特性良好；二次回路絕緣良好；二次回路傳動正常。檢查結果表明，保護裝置是正?？煽康摹榱瞬槊髟郊壧l的真正原因，保護專業(yè)對該型號保護裝置進行了更加深入的技術探索，并與保護裝置廠家技術人員進行了溝通，具體分析情況如下。

2.相關設備實際參數：

2.1電動機實際參數

Ue： 6.3 kV

Se： 200kW

Ie： 24.4A

啟動電流倍數為6.3倍額定電流

啟動時間 10S

電機為直接起動

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

零序TA變比：50/1

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

保護裝置為芬蘭制造，瑞士ABB公司SPAM150C型電動機保護繼電器模件。

2.2去公用段饋線實際參數

保護用TA：1000/5A

接地用TA：100/5A

開關為ABB公司制造的VD4真空斷路器

保護裝置為芬蘭制造，瑞士ABB公司SPAJ140C型饋線保護繼電器模件。

3.保護整定

3.1電動機配置有如下保護

零序低定值過流保護： I0>=2.4 t0>=0.5s 投跳閘

當零序電流大于8倍滿負荷電流時裝置閉鎖零序保護（為防止在大電流情況下分斷接觸器造成燃弧，分閘失敗，由控制字SGF/3，SGF/4整定[1]）投入8倍時禁止零序保護，其目的在于：當故障電流過大可能造成無法滅弧時，由熔斷器熔絲熔斷，在熔斷器瓷瓶內充滿的石英砂中滅弧。

相不平衡保護： ΔI=30 tΔ=60 投跳閘

快熔保險管額定電流100A

3.2去公用段饋線配置有如下保護

高定值段相間過流保護： I>> 4.4 t>> 0.04 投跳閘

低定值段相間過流保護： I> 0.8 t> 2.5 投跳閘

接地保護： I0> 0.77 t0> 0.7 投跳閘

4. 越級跳閘原因分析

電動機額定電流為24.4A，經200/5電流互感器傳變至二次側為0.61A。由于環(huán)境溫度

則8倍滿負荷電流為Iact=8×FLC=8×0.64A=5.12A，即當零序電流（二次）超過5.12A時將閉鎖零序保護，經50/1零序電流互感器折算到一次側接地電流為50×5.12A=256A。故障時，錄波器錄下的廠用工作段進線零序電流超過250A；因越級跳閘的工作段去公用段饋線開關保護顯示：B相電流與零序電流均達到270A（2.7×5×（100/5））。

因電動機保護裝置（SPAM150C）允許的采樣偏差（±2%），接地單元動作精度（整定值的±3%）[2]，則閉鎖零序的電流門限值應為243.36A～268.72A之間的某一數值，而實際故障中零序電流滿足閉鎖條件。因此，具有0.5s延時的零序保護未動作，是保護裝置防止接觸器無法消弧，致使跳閘失敗而發(fā)揮的正常功能。

在故障中因電動機繞組B相接地，相電流明顯失衡，相不平衡保護動作，該保護功能設計為具有最短延時的反時限保護，當出現100%相不平衡時（即，故障相電流過大，其他相無電流），經最短延時跳閘，最短時間為1s（裝置內部固定時間，不可整定）[3]。去6kV公用段饋線開關設置有延時為0.7s的定時限零序保護。顯而易見：0.5s（電動機零序保護）

5. 解決方案

電動機開關為接觸器與快速熔短器配合的開關設備，熔斷器設計額定電流為100A，具有反時限特性，當電流達到2000A以上時保險表現為瞬時熔斷特性[4]。電動機啟動時電流可達到153.7A（24.4A×6.3，約為熔斷器額定電流的1.5倍），在整個啟動過程持續(xù)10s，其中將有3～5s時間保險所承載電流超過額定電流，根據該型號保險的反時限特性曲線，在此電流等級上熔短時間較長，滿足啟動要求。當發(fā)生單相接地故障時（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中性點經電阻接地，接地電流最大305A），例如此次故障：B相突然產生250A（約為熔斷器額定電流的2.5倍）以上的過電流，故障相電流雖然不能使保險在短時間內熔斷（參考該型號保險的反時限特性曲線可知，在該電流等級上，熔斷器熔斷時間為7分鐘），但在開關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倍滿負荷電流時閉鎖零序保護功能沒有實用價值；當發(fā)生相間短路時，短路電流約為21kA，遠大于VC接觸器極限開斷容量，但此時故障相電流已超過熔斷器瞬時熔斷門限制（參考該型號保險的反時限特性曲線可知，當流過電流大于2000A時，熔斷器動作時間為0.01s），因此有較高可靠性的熔斷器會首先動作，動作時間低于不平衡保護動作時間（參考該型號保險的反時限特性曲線tΔmin=1s）和零序保護動作時間（t0>=0.5s，不選擇零序電流大于8倍滿負荷電流時閉鎖零序保護的功能），當發(fā)生故障電流較小的故障時（故障電流小于550A， 即該型號保險的反時限特性曲線上保護裝置最小整定動作時間所對應的電流值），在熔短器熔斷延時內保護裝置將驅動出口跳開接觸器，此時，流過接觸器的電流小于開關設備的開斷電流，不會威脅到設備的安全。因此，可以考慮將零序電流大于8倍滿負荷電流時閉鎖零序保護的功能退出。

6.結論

對于不同的負載最好選擇開斷容量適合的斷路器，避免能力過剩的現象；同時在保護整定過程中，有必要考慮斷路器的實際能力，在生產中既要按需選擇，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：

[1]ABB，電動機保護繼電基礎模件SPCJ4D34用戶手冊及技術說明8頁.

[2]ABB，電動機保護繼電基礎模件SPCJ4D34用戶手冊及技術說明25頁.

[3]ABB，電動機保護繼電基礎模件SPCJ4D34用戶手冊及技術說明9頁.

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關鍵詞：20kV電壓等級;可靠供電;建議;

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

一、國內外20kV配電網狀況

目前，世界上已有數十個國家和地區(qū)將20kV電壓等級作為配電網的標準電壓，并已列入國際電工委員會標準，具有非常成熟的技術和經驗。美國、法國、德國均從上世紀開始便采用了20kV的配電網絡，其可靠性、經濟性和運行靈活性方面優(yōu)勢明顯。

在我國，20kV電壓等級曾經一度被淘汰，可在近年來，20kV電壓等級在國際上又以新的功能出現，其作用便是取代10kV，目前國內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，這些項目自投產并入電網后，實現了可靠運行。

二、20kV配電系統(tǒng)的保護配置

我國大多數城市20kV配電電網采用低電阻接地方式。我國20kV接地系統(tǒng)的配電保護配置主要有：

（一）零序過流保護配置。零序過流保護主要包括：零序電流一段保護、零序電流二段保護。零序一段電流保護：是線路出現單向接地故障時的主要保護，當零序一段的時間限制大于等于0.3s，每段增加0.3s，主要的因素是：避免線路配變勵磁涌流的問題和線路最大不平衡電流。其優(yōu)點是：接地時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路;系統(tǒng)單相接地時，健全相電壓不升高或升幅較小，對設備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

（二）過電流保護配置。就是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。當流過被保護原件中的電流超過預先整定的某個數值時，保護裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘，過電流保護主要包括短路保護和過載保護兩種類型。短路保護的特點是整定電流大、瞬時動作。電磁式電流脫扣器（或繼電器）、熔斷器常用作短路保護元件。過載保護的特點是整定電流較小、反時限動作。熱繼電器、延時型電磁式電流繼電器常用作過載保護元件。

三、20kV配電系統(tǒng)的保護分析

20kV與10kV配電網絡的配置不同根源在于中性點接地方式的截然不同，10kV配電網可以在單相接地的故障狀態(tài)下運行不超過2小時，而20kV可以通過接入零序保護將單相接地故障切除。而對于零序保護也存在著相關需要注意的問題：

（一）世界上以美國為主的部分國家采用中性點經小電阻接地方式，中性點經小電阻接地方式可以泄放線路上的過剩電荷來限制弧光產生的過電壓，由于美國在歷史上過高的估計了弧光接地過電壓的危害性，因而采用此種方式。中性點經小電阻接地方式通過零序電流繼電器來保護線路。

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

四、提出改進針對思路及存在的問題

（一）雖然近年來20kV配電網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，當單相接地發(fā)生時若零序電流保護拒動或開關拒動，則后果不堪設想，所以通過對于中性點接地方式的研究，可通過在中性點接入的小電阻上再串接一個大電阻，如圖5.1：

正常情況下K為閉合狀態(tài)，將大電阻短接，當單相接地發(fā)生時若零序電流保護拒動或開關拒動時，經過延時零序故障電流仍存在，則K打開，形成中性點經高電阻接地（中性點不接地方式），可在接地狀態(tài)下運行不超過2小時。

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電壓，單相接地故障不立即跳閘，又不加重電氣設備的絕緣負擔，但其優(yōu)缺點又很明顯，如優(yōu)點：可以消除所內10kV側各種原因引起的諧振過電壓，包括其它消諧措施無法消除的斷線諧振過電壓;可以顯著降低弧光接地過電壓幅值;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，此電流可以補償網絡對地電容電流，有利于電弧自熄;允許帶接地裝置故障運行，若用小電阻接地方式，則必須跳開故障線路。但是缺點也很明顯：在帶故障運行時，電阻器上的消耗能量較大，需要裝設風冷卻裝置;增大了接地故障時的接地電流，電弧自熄的問題沒有解決。而其最大的缺點便是：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絡，故該模式還需進一步改進。

（二）針對中性點小電阻接地配電網若線路發(fā)生單相高阻接地的問題，我們可以引入零序功率保護的思想來解決，零序功率方向保護就是通過保護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現的。該保護措施對零序電壓和零序電流的回路接線方式有比較高的要求，在實際電網中應用較多。零序功率方向保護是在零序電流保護的基礎上增加的，是為了保護裝置的可靠性和選擇性，零序功率保護是沒有死區(qū)的。零序功率方向保護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的精度，確保其不拒動和誤動，提出以下幾點建議：（1）提高零序電流互感器精度的，在零序電流較小時能提高其測量精度;（2）根據負荷電流不平衡情況，裝置自適應調整零序電流整定值;（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，實現選線功能。

五、結論

本文對現行20kV配電網絡的運行方式和繼電保護的方式作了簡單的敘述，并提出了幾項拙見，望批評指正。但要提出的是20kV電壓等級在配電網中具有廣闊的應用前景，其中性點接地方式和繼電保護的選擇是一個涉及供電可靠性、絕緣配合、繼電保護、人身安全、通訊干擾、電磁兼容的綜合性問題，應全面考慮其技術經濟指標，因時因地而宜。

參考文獻：

[1]鄭志杰，王艷，李磊. 20kV配電網中性點接地方式的探討[J]. 電力勘測設計， 2009.

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關鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；中性點接地；零序保護；電流傳感器；電流互感器

中圖分類號：U223 文獻標識碼：A

隨著不斷加快的社會發(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)對我國軌道交通的發(fā)展起到至關重要的作用，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)中變壓器的保護和故障處理就顯得尤為重要。對于地鐵來說，地鐵供電系統(tǒng)是其全部動力的來源，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程中，供電系統(tǒng)出現故障，不僅會影響地鐵的正常運營，還有可能威脅到乘客的生命安全。所以，在地鐵運營時，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行得到保障。本文主要對地鐵供電系統(tǒng)零序保護出現的問題和應對措施進行探討。

1 地鐵供電系統(tǒng)中性點接地方式及變壓器零序保護的工作原理

1.1 地鐵供電系統(tǒng)的重要性

采用獨立的主變電所向沿線和降壓變電所牽引供電，是目前我國地鐵供電系統(tǒng)的主要方式。由于電壓等級和電網制式不同，這就致使中性點接地方式也不盡相同，目前，我國電力系統(tǒng)中中性點接地方式主要有以下幾種：如果出現單相接地短路，一般會采用零序電壓保護和檢測的三相三線制電網（6～10kV）；電網發(fā)生故障時，調節(jié)和調整連接方式的三相三線制電網（35～66kV）；相關故障容易被繼電保護設備檢測出的三相三線制電網（110～154kV）；三相三線制電網（220kV及以上）。

1.2 中性點接地方式及零序電流保護的工作原理

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

1.2.2 零序電流保護的工作原理。在電力系統(tǒng)正常工作的情況下，零序電流不會在中性點直接接地時產生，但是，零序電流會在中性點接地短路時產生很大的電流。

為了符合系統(tǒng)保護的需求，零序電流可以分為以下四個階段：零序電流速斷保護階段，在非全相運動狀態(tài)下，單相故障切除后電流產生閉鎖現象，保護的范圍在動作電流小時反而較大；零序電流限時速斷保護階段，零序電流限時速斷保護階段的起動電流需要配合下一段線路的零序電流速斷保護階段進行保護；零序過電流保護階段，這一階段的主要作用是保護相間短路過電流，零序過電流保護階段一般作為后備來使用；方向性零序電流保護階段，零序電流的實際流向是故障點流向各個中性點接地的變壓器，所以，在電網中的變壓器接地較多的情況下，必須考慮零序電流保護動作的方向性。

2 地鐵供電系統(tǒng)零序保護存在的問題與改進措施

2.1 零序保護存在的問題

在目前我國地鐵供電系統(tǒng)零序保護中存在著以下兩個方面的問題：變壓器中性點在中性點有效接地系統(tǒng)中，對地偏移電壓被限制在一定的范圍內，中性點間隙保護的作用得不到發(fā)揮，這樣會造成間隙放電及保護存在一定程度的偶然性，并且由于間隙擊穿過程中諧波的產生，也不利于變壓器匝間絕緣；對于保護變壓器中性點絕緣來說，在沒有零序過電壓保護的情況下只設置間隙電流保護是不夠的，放電電流在間歇性擊穿時出現中斷，間隙電流保護的作用得不到實現，中性點不接地，變壓器將無法脫離故障電網。

2.2 零序保護改進措施

針對我國地鐵供電系統(tǒng)零序保護中存在的問題，提出以下零序保護改進措施：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有效接地，設置變壓器中性點間隙電流和零序過電壓保護；在設計階段，對于將來可能帶電源或者電源端變壓器，應考慮包括母線開三角零序電壓保護、中性點間隙電流保護以及中性點零序過電流保護在內的完整的中性點間隙保護；增大原先裝設的中性點間隙距離，從而為避免出現中性點間隙搶先放電的情況。

3 實例分析

某地鐵工程35kV供電系統(tǒng)采用的電流保護采樣元件是電流傳感器，此元器件自投運以來共發(fā)生5起零序電流保護誤動作，從而導致地鐵出現大面積停電事故，這5起零序保護動作具有如下共同特點：每次零序保護動作都是故障相電流呈下降趨勢，電壓變化很小，試送電均能成功；進線故障相電流比對應饋出量總和?。黄渲幸幌嚯娏鞅日上嚯娏鬏^小，一般小于10A；此現象具有隨意性、短時性、離散性；此故障特征主要表現在傳感器電流回路。造成以上的原因主要是：地鐵33kV開關設備采用ABB的ZX2型號開關柜，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，保護使用REF542+繼電保護裝置，由于系統(tǒng)電源的直流分量較大，導致三相的電流不平衡，有時會造成零序保護動作。

地鐵續(xù)建工程已進行相關改進，電流保護回路不再采用電流傳感器，而是采用保護CT，針對此保護誤動作制定了3種方案，以下為零序保護整改的3種方案：

方案一：在進線柜或出線柜的電纜側（電纜層）增加3個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；保護裝置更換REF542+模擬量卡，換為4個傳感器和4個AT口的模擬量卡；增加了端子排及相關回路的二次布線，現場停電時間為5h/臺。優(yōu)點：能有效解決目前發(fā)生的零序保護誤動作事件，可靠性較高；缺點：工作量較大，整改周期長。

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），沒有增加電流互感器，使用更改程序的辦法進行解決，對程序進行修改，同時需要根據系統(tǒng)單相接地的情況，計算出電壓閉鎖值的范圍，現場需要對該定值進行定值校驗，現場停電時間為3h/臺。優(yōu)點：工作量相對較少，容易實施，且能可靠防止出線柜的誤動；缺點：工作量較小，整改周期長，對進線柜的可靠性差。

方案三：一次部分保持不動，二次部分更換帶電顯示器，電壓閉鎖信號采用帶電顯示裝置的出口信號代替，需要對現場的程序進行修改，增加閉鎖信號回路接線和帶有電閉鎖型的帶電顯示器，現場停電時間為5h/臺。優(yōu)點：簡單、費用少，無需改動一次部分；缺點：工作量較大，整改周期長，可靠性一般。

4 結束語

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開關柜和中性點直接接地方式，這種連接方式在非故障相電位變化較小的情況下會產生較大的接地電流，在運行過程中，一旦發(fā)生單相接地故障，不能準確有效地保護供電系統(tǒng)。通過上面分析地鐵供電系統(tǒng)零序保護存在的問題與改進措施以及某地鐵已試點部分防止零序保護誤動作方案的應用，我們可以看到，零序保護能使地鐵供電系統(tǒng)的正常運行得到保證。

參考文獻：

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篇10

【關鍵詞】10kV；配電網；接地故障；接地保護；中性點直接接地

近年來，隨著我國經濟不斷發(fā)展，社會用電需求每年都保持著較大的增長， 這對10kV配電網安全穩(wěn)定運行的要求也越來越高。10kV配電網是電力系統(tǒng)的重要組成部分， 它直接關系到用電客戶是否能夠使用安全可靠的電能。接地保護是一項十分重要的保護措施，對保障電網安全穩(wěn)定運行起到關鍵作用。但由于種種原因，在配電網運行過程中時常會出現接地故障，這不僅影響用戶用電性能，嚴重情況下還會影響到配電網的供電可靠性。因此，如何做好10kV配電網接地保護工作就成為了電力部門亟待解決的任務。

1.單相接地保護現狀

1.1 中性點不接地時單相接地特點

1）當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)都會出現零序電壓。

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

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

4）系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地故障電流不大，系統(tǒng)相間電壓仍然對稱，不會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。現行規(guī)程、規(guī)范規(guī)定，小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時允許繼續(xù)運行1～2小時，在此期間采取措施消除故障一般不要求保護動作跳閘。

1.2 中性點不接地系統(tǒng)的保護方式

1）通過絕緣監(jiān)視裝置檢測系統(tǒng)發(fā)生單相接地時出現的3U0電壓動作發(fā)出系統(tǒng)接地信號。

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

3）零序功率方向保護，利用小接地電流系統(tǒng)單相接地故障時故障線路與非故障線路零序功率方向不同的特點，通過檢測線路零序功率方向也可實現有選擇性的保護。

1.3 中性點經消弧線圈接地的保護

（1）中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)特點

中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時線路接地點將流過全系統(tǒng)的對地電容電流。如果此電流較大，就會在接地點燃起電弧，引起弧光過電壓，導致故障相絕緣破壞，進而發(fā)展成相間短路故障，擴大事故。

中性點經消弧線圈接地后（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，也就是設置人工中性點）。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，流過接地點的電流為全系統(tǒng)對地電容電流與消弧線圈產生的電感電流的向量和。

Id=IL+ICΣ

式中：Id為流過故障點的接地電流。

IL為消弧線圈生產生的電感電流，

IL=U0/jωL=-jU0/ωL。

ICΣ為全系統(tǒng)對地電容電流，ICΣ=3U0jωCΣ。

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

1）完全補償方式：

Id=IL+ICΣ=0的補償方式。這種補償方式可使接地點故障電流為零，但有嚴重缺點，會引發(fā)危險的串聯諧振過電壓。

2）欠補償方式：

IL

3）過補償方式

IL>ICΣ的補償方式。過補償方式下，接地故障點的故障電流是感性的。不會因系統(tǒng)運行方式的變化，電容電流的減少而成為全補償而出現危險的諧振過電壓。這種補償方式得到了廣泛的應用。

IL的補償程度可用補償度K來表示。

K=（IL+ICΣ）/ICΣ一般取K=（5～10）%。

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

（2）小接地電流系統(tǒng)保護方式

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

2）短時破壞補償的方法：在發(fā)生接地故障后利用系統(tǒng)出現零序電壓的特點，短時將消弧線圈切除，這樣就可以按不接地系統(tǒng)的方式實現有選擇性的保護。待保護動作后再將消弧線圈投入。

3）短時投入有效電阻的方法：發(fā)生單相接地時在中性點與地之間投入一個有效電阻，使在接地點產生電阻分量電流，再利用余弦型功率方向繼電器選出接地故障線路。經一定延時后，再把電阻切除。

以上三種方式應用較多還是絕緣監(jiān)察裝置。后兩種方法因控制回路接線復雜，還有會在接地點產生較大接地電流，較少應用。

1.4 暫態(tài)分析小電流接地保護

（1）暫態(tài)過程

一般情況下，由于電網中絕緣被擊穿而引起的接地故障，經常發(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電流值和：

1）故障相電壓突然降低引起的放電電流。這個放電電流通過母線流向故障點，放電電流衰減很快，震蕩頻率高達數千赫茲。震蕩頻率主要決定與電網中的線路參數、故障點位置以及過渡電阻的數值。

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。

對于中性點經消弧線圈接地的電網，由于暫態(tài)電感電流的最大值應出現在接地故障發(fā)生在相電壓經過零值瞬間，當故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間瞬間時，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，而正常時穩(wěn)態(tài)電容電流完全為電感電流所補償，所以隨時間變化的特性也不同：

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

b.故障時的暫態(tài)零序電流第一個半波（簡稱首半波）的幅值與故障時故障相電壓的輻角有關，當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.流過電網各點暫態(tài)零序電流首半波的最大值，較同一點穩(wěn)態(tài)零序電流值大幾倍至幾十倍；

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

e.電網發(fā)生單相接地故障時，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)單相接地過渡過程的特點研制的小電流接地選線跳閘裝置已投入系統(tǒng)試運行。裝置利用現代微機繼電保護技術，采用先進的小波分析計算方法能夠準確地檢測出單相接地暫態(tài)過程首半波的方向，進而選出接地線路。裝置根據系統(tǒng)要求可選擇告警或選擇跳閘。

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

2.中性點直接接地的保護方式

2.1 中性點直接接地的優(yōu)點

1）系統(tǒng)中性點直接接地，發(fā)生接地時系統(tǒng)中性點不會漂移，非故障相電壓不會大幅升高。

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

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

4）系統(tǒng)中性點直接接地后，發(fā)生接地故障會導致系統(tǒng)三相電壓的對稱性破壞，導致非故障線路不能正常供電。接地故障流過幅值較大的接地故障電流，時間長了會導致接地故障設備燒壞。但因保護能快速動作切除故障，系統(tǒng)電壓能迅速恢復正常供電狀態(tài)。故障電流持續(xù)時間較短，接地故障設備的損傷不大，也容易修復。對于瞬時性的接地故障還可以通過重合閘快速恢復故障線路的供電；對于永久性的接地故障，現代的微型計算機保護裝置（故障錄波測距裝置）也能測出大致的接地故障距離，方便快速修復故障受損線路。

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

2.2 中性點直接接地存在的問題

1）10kV配電系統(tǒng)接地中性點問題：變電站主變壓器10kV繞組一般連接成三角形，無中性點可引出接地。此問題可采用10kV系統(tǒng)加裝消弧線圈所采用的方案，設置人工接地點方法解決。在變電站10kV母線上接入一臺專用的接地變壓器，變壓器10kV側三相繞組連接成Y形引出中性點就可解決此問題。

2）當10kV系統(tǒng)采用中性點不接地或經消弧線圈接地時，饋線間隔保護及測量計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以及測量計量的需求又可節(jié)省投資，但不能組成零序電流濾過器。要滿足大接地電流零序保護需采用三相星形的電流互感器接線方式。

3.結束語

通過逐條短時斷開運行線路查找接地線路，這種方式存在諸多問題，其中最大的弊病單相接地后繼續(xù)運行期間存在觸電傷害的風險。實踐證明，采用中性點直接接地保護技術來快速切除10kV單相接地故障是一個較好的選擇，值得推廣應用。

參考文獻：