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前言：本期將為大家介紹一下零序電流保護，它只用于系統(tǒng)接地故障，相比于其他保護具有一定的優(yōu)勢，同時也有局限性，讓我們具體了解一下吧。
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基本原理
在介紹零序電流保護之前，需要了解一下電網(wǎng)發(fā)生接地故障時的特點，通過零序序網(wǎng)圖，我們可以更加直觀的分析其特點。
（1）什么是零序序網(wǎng)圖？
以圖一的等值系統(tǒng)圖為例，途中Es、Er為發(fā)電機，M、N側(cè)代表母線。因為電力系統(tǒng)各元件可認為是線性的，假如在K點發(fā)生單相接地時（以A相為例），將故障點的電壓分解為正序、負序和零序，即Uka=Uka1+Uka2+Uka0，同理對地電流Ika=Ika1+Ika2+Ika0
圖一：故障點電氣量分解圖
我們再將其正序、負序和零序的序網(wǎng)圖分別畫出，以A相為例。Zs1、Zmk1、znk1、Zr1為其等效正序阻抗；同理下標為2和0的分別是其等效負序和等效零序阻抗。（值得注意的是，在零序網(wǎng)圖中的N0有著不同的含義，因為零序電流要經(jīng)過大地才能形成通路，N0代表是 接地中性點而不是系統(tǒng)中性點，因此零序網(wǎng)絡一般與正、負序圖有很大差別）
圖二：各序序網(wǎng)圖
上圖中的最后一個就是零序網(wǎng)絡了，我們在分析零序電流保護時，可以將其拿出來單獨分析。
零序網(wǎng)圖有以下幾個特點：
1、零序網(wǎng)絡中無發(fā)電機電動勢；
2、各序網(wǎng)圖各自獨立，其中零序網(wǎng)絡不包括負荷電流，因此零序電流保護在整定時不必躲過負荷電流；
3、在短路點處零序電壓最大，因此零序方向元件沒有電壓死區(qū)；
4、零序電流必須“借助”大地形成通路，因此要看系統(tǒng)中性點是否接地。
（2）電力系統(tǒng)各元件的零序阻抗
①變壓器的零序阻抗：變壓器的零序阻抗與繞組接線方式、中性點是否接地以及鐵芯結(jié)構(gòu)有關(guān)。
簡單說就是三角形繞組繞組接線（Yn,d)和中性點不接地的星形繞組接線(Yn,y)，零序電流不能Yn側(cè)流到另一側(cè)，無法形成通路。另外，對于三相三柱式的變壓器而言，還要考慮勵磁阻抗的影響。
②輸電線路的零序阻抗：輸電線路的零序阻抗應考慮互感抗的影響。對于無架空地線的單回線來說，零序阻抗可取正序阻抗的3.5倍；當有架空線路時，零序阻抗可取正序阻抗的2倍。
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影響零序電流大小的因素
當系統(tǒng)在同一點發(fā)生發(fā)生單相接地故障和兩相接地故障時，其流過短路點的零序電流也是不同的，根據(jù)對稱分量法容易得到：
值得指出的是，一般正序阻抗和負序阻抗相等，上式中為Z1=Z2化簡后的公式，所以零序電流不僅與零序阻抗有關(guān)，而且與正序阻抗、負序阻抗同樣有關(guān)。
發(fā)電機雖然不出現(xiàn)在零序網(wǎng)圖當中，但是它的正、負序網(wǎng)圖會影響IK0的大小，同樣，系統(tǒng)中變壓器運行的多少也會影響IK0的大小。
（2）與背后系統(tǒng)和對端系統(tǒng)的中性點接地的變壓器多少有關(guān)
圖三：零序序網(wǎng)圖
如上圖所示，流過保護安裝處的零序電流大小等于
通過上式我們可以看出，I0和保護背后系統(tǒng)的和對側(cè)系統(tǒng)的Zr0有關(guān)，如果保護背后系統(tǒng)的中性點接地變壓器越多時，Zs0則越小；同理，對端系統(tǒng)的中性點接地變壓器越多時，Zr0則越小。以上兩種情況流過保護的零序電流I0會越大。
（3）與短路點的遠近點有關(guān)
通過上述分析，如果短路點越近，則Znk0越大，保護處的零序電流I0則越大；反之越小。
（4）零序電流保護定值的整定
對于三段式的零序保護來說，三段之間應該按照選擇性來互相配合，達到迅速切除故障的目的：
?瞬時速斷的I段按照躲過本線路末端的接地短路時的最大零序電流來整定（這里我們忽略了斷路器三相觸頭不同期合閘的情況），所以I段只能保護本線路的一部分，并且I段動作一般沒有延時或延時很小t1（為躲過斷路器三相觸頭不同期合閘時產(chǎn)生的不平衡電流）。
?限時速斷的II段應該保護本線路的全長，為保證選擇性，應加一段延時t2。
?定時動作的III段作為I段、II段的后備保護使用，并且再加一段延t3(t3應大于t2)，所以它的整定值很小，具有較高的靈敏性。
通過以上分析，我們可以看到，零序電流保護的原理雖然簡單，但是其影響因素很多，整定計算很復雜，尤其是零序I段受電網(wǎng)運行方式的影響很大，有可能保護范圍很小
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帶零序方向的電流保護
對于雙側(cè)電源線路的保護來說，增加方向繼電器可以提高其選擇性和靈敏性，不必考慮與反方向保護配合的問題了。
零序方向繼電器的基本就是比較零序電壓和零序電流的相為來判斷正、反方向的接短路。對于下圖中M處的方向繼電器F，我們規(guī)定零序電流的正方向為母線指向線路，零序電壓的正方向為母線電壓為正，中性點為負。
正方向短路：
圖四：正反向短路及向量圖
發(fā)生正方向短路時，U0=-I0×ZS0，設(shè)系統(tǒng)中各零序阻抗的阻抗角為80o,那么零序電壓超前零序電流的角度為
φ=arg( U0/I0 )=arg(-ZS0)=-100o
從上式我們可以看到，發(fā)生正向短路時，φ只和反方向的零序阻抗角有關(guān)，因此零序方向繼電器不受過渡電阻的影響。
反方向短路：
圖五：反方向短路及向量圖
發(fā)生反方向短路時，U0= I0×(Zmk0+Znk0+Zr0)，設(shè)系統(tǒng)中各零序阻抗的阻抗角為80o,那么零序電壓超前零序電流的角度為
φ=arg( U0/I0)=arg(Zmk0+Znk0+Zr0)=80o
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零序電流保護的特點
優(yōu)點：
1、零序電流的整定與負荷電流無關(guān)，其整定值一般較小，因此保護靈敏度高；
2、零序電流不受過度電阻的影響；
3、系統(tǒng)震蕩時無零序分量，因此零序電流保護不受其影響；
缺點：
1、當系統(tǒng)發(fā)生兩相短路或三相短路，零序電流保護就“無能為力”了；
2、受系統(tǒng)運行方式影響大，其整定計算較復雜；
3、受線間互感影響較大。
例如：在一定的情況下（雙回線線間互感較大，電氣聯(lián)系較弱時），雙回線中一條線路發(fā)生接地故障時，將可能造成另一條線路的零序方向繼電器誤判，造成保護誤動。
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