零序电流范文

导语：如何才能写好一篇零序电流，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】电能计量；电流互感器；零序电流

1.绪论

1.1电能计量的重要性

电能是国民经济和人民生活极为重要的能源，电气化程度和管理现代化水平是衡量一个国家发达与否的重要标志。电力生产的特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门连成一个系统，不间断地同时完成。发、供、用电三方如何销售与购买电能、如何进行经济计算，涉及许多技术、经济问题。营业性计费的公正合理，涉及电业部门与用户的经济利益。提高电能计量的正确性，对发、供、用电三方都是十分需要的。

由于电力电子技术在各行各业用电设备中的采用，负荷向电力系统注入大量的谐波，引起电压、电流波形严重畸变。如何计算谐波电能，如何制定畸变波形作用下的电能计量和计费标准，都是有待解决的问题。

1.2电能计量的组成

电能计量装置的重要组成元件之一就是电能表，从交流感应式电能表、半电子式及全电子式电能表、多功能电子式电能表、电卡电能表到脉冲电能表，以上这些都是传统的物理意义上的电能表，计量的原理都是一样的，有两元件和三元件接线法。

电能计量装置的其他组成部分还包括计量用电流、电压互感器、其二次回路及电能计量箱等。

2.理论分析

2.1电能的基本计算

电能计算可以通过下面的公式进行，即

式中，，，分别是瞬时电压，瞬时电流，瞬时功率值。

可见，电能的计算与功率的计算只相差一个时间变量，因此，电能的计算可以通过对功率的计算来实现。

2.2有功功率的计量

有功功率的计量包括单相有功功率的计量和三相有功功率的计量，三相有功功率的计量又分为三相三线制电路和三相四线制电路有功功率的计量，现举例，就三相四线制电路有功功率计算分析如下。

三相四线制电路可以看作是由三个单相电路组成的，其平均功率等于各相有功功率之和，即：

当三相电路完全对称时，三相功率为

图1 三相四线制电路有功功率向量图

2.3无功功率的计量

1）三相交流电路无功功率的计算公式为

当三相电路完全对称时，三相功率为

2.4电压和电流有效值的测量

三相交流电路中，电压和电流的测量一般为有效值的测量，根据电路理论中电压和电流有效值的定义：

因此可以计算出三相四线中电压和电流的有效值。

2.5三元件法的三相电能计量

图2 三元件法的三相电能计量原理图

三元件法一般用在三相四线制系统，是通过电流、电压互感器分别采集各相电流、和电压，通过计算从而实现电能计量。具体接线如2：

由如图接线可以看出，其实际测量到有功功率为：

与理论值相符合，即采用三元件法对有功电能的计量是准确的。由于其采集的是三相电压、电流值，所以不管是三相三线制、还是三相四线制，其有功电能的计量都是准确的。

90°接线测量无功功率，实际有效值为：

与理论值相符，即采用90°接线计量无功电量是准确的。不管是三相三线制系统，还是三相四线制系统，其无功电能的计量都是准确，这是由它的接线原理所确定的。

2.6电流互感器误差的定义

工程上为了实现对大电流、高电压的设备的电能计量，可通过电流、电压互感器将大电流、高电压转化为与电能表相匹配的小电流、低电压，通过电能表完成电能计量。通过电流、电压互感器实现了大电流、高电压向小电流、低电压的转换，同时，还实现了高压的隔离，保证二次设备及人员的安全。

电流互感器的额定变比幅值形式表示为

（17）

由于原、副边额定值是确定的，所以额定互感比是一个确定不变的量。

事实上，当互感器运行工况改变时，例如原边的输入电压或电流发生变化以及副边接入不同的二次负载阻抗时，将导致互感器内、外阻抗的比值发生变化，从而使变比发生变化。也就是说互感器的实际变比（原边实际值/副边实际值）是一个随运行工况的改变而变化的量，而额定变比只是实际变比的一个特殊值，可认为是标准运行工况下的变比。实际变比可表示为：

（18）

在某一运行情况下，若实际变比与额定变比不相等，二次测量值乘以额定变比而得出的一次侧值，则与一次侧实际值有差异。这种由于实际变比与额，定变比不相等而引起互感器在测量电压或电流时产生的计算值与实际值之间的差值称为互感器的误差。

3.电流互感器零序电流对电能计量的影响

3.1零序电流产生的原因

在非中性点绝缘系统中，在正常运行时，因为系统三相参数的不对称，一般都有零序电流存在，但一般很小。在发生单相接地故障时，也会产生零序电流，会引起零序保护动作，切除故障设备或线路。

在小电流系统正常运行中产生零序电流的原因主要有两点：一个是中性点有消弧线圈或小电阻接地，另一个是系统出现不对称，这是产生零序电流的两个充分必要条件。而在非中性点绝缘系统中采用原来的两元件计量方式到底会产生多少计量误差，有必要进行进一步的研究。

3.2零序电流的影响

零序电流对电能计量的影响体现在两个方面：一个是零序电流的大小，一个是零序电流的方向（即角度）。

零序电流的幅值大小影响三相功率和电能计量误差的幅值误差，即影响计量误差的绝对值的多少；零序电流的角度（方向）影响计量误差是正还是负，即采用两元件法可能少计量，也可能多计量。

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关键词：零序电流 电流互感器 小电阻接地系统

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

近年来随着城市电网的高速发展，越来越多的经济发达城市中压电网采用了中性点经小电阻接地的运行方式。由于中性点经小电阻接地方式在我国投入运行时间不长，许多问题尚有待深入研究。对于小电阻接地系统而言，在发生接地故障时零序分量明显，通常配置零序电流保护实现其接地故障的快速切除。因此，零序电流保护是确保小电阻接地系统安全稳定运行的重要保障。而零序电流保护的动作性能则主要依赖于零序电流的精确提取。

在工程实际中，对于零序电流的获取，主要可有两种方式：一种是将零序电流互感器直接套在三相的封装电缆中，以感应出总的零序电流，多见于电缆出线的配网；另一种是分别从三相馈线的电流互感器中获取相电流，然后在保护装置上合成零序电流，多见于架空线出线的配网。该文将结合现场实际情况详细分析上述两种零序电流获取方法的优缺点。

1 零序CT获取零序电流的误差分析

对于电缆线路可通过零序CT获取零序电流，如图1所示。

电流互感器获取电流后，将通过AD转换器等采集环节，在这个过程中，必然产生一定的量化误差、漂移误差等。为此，对应直接由零序电流CT获得零序电流，结合电流互感器的误差分析理论可得：

式中：为保护装置实际获取的零序电流，为一次侧零序电流，为互感器二次侧漏电抗，为励磁阻抗，为二次负载阻抗，为变比。

由此可见其结果将带有两种误差：CT传感误差和保护采样、量化等测量误差。

2 三相CT获取零序电流的误差分析

零序电流还可以通过相CT得到的三相电流，然后在保护装置内部合成零序电流，如图2所示。

对于每一相CT，不难得到其二次侧电流大小为：

流入零序保护的三相电流同样必须通过AD转换器采集后，再提取出相应的零序电流，为此可得此时获取的零序电流大小为：

式中：为保护装置实际获取的零序电流，为互感器二次侧漏电抗，为励磁阻抗，为二次负载阻抗，为变比。

3 零序电流不同获取方法的比较

利用上面的误差分析，可知不同方法获取的零序电流都包含了CT本身的传感误差和保护采样、量化等测量误差，下面具体分析。

根据CT的传变误差特点，可得如下

特点。

3.1 从变比上看

相CT平时要流过正常的负载电流，在故障时还要流过较大数值的短路电流，因此其变比一般做得比较大。零序CT平时仅流过不平衡电流，故障时才出现零序，为了保证零序的灵敏型，其变比一般选择比较小。从前面小节分析可知，同样励磁阻抗下，变比大的CT其传变误差更小。

3.2 从不平衡电流上看

由三相CT产生的，三相CT传变特性的差异均将产生零序不平衡电流。而零序CT不存在不平衡电流。

3.3 从轻微故障时精度看

零序CT比相CT更能反映于绝缘失效、经较大过渡电阻接地等零序电流较小的情况。这是因为较小变比的零序CT能够在一次零序电流发生微小变化时也能引起二次侧电流较大的改变，而相CT灵敏度没那么高。

3.4 从严重故障时精度看

相CT比零序CT有更宽的线性工作范围。当小电阻接地系统发生接地故障时，所产生数百安培的短路电流，对相CT来说仍然处于误差较小的工作区域（30%～100%），而对零序CT来说则处于误差较大的工作区域，因此相CT传变误差更小。

因此，零序CT较灵敏，不平衡电流较小，但易于饱和，传变误差较大；相CT灵敏度稍差，不平衡电流较大，但线性范围大，不易饱和，传变误差较小。

对于保护装置的测量误差，必须考虑AD的两个物理量―分辨率和精度。其中分辨率对应于一定位数AD装置的量化误差，可以用两种方式表示，一种是直接用AD转换器的位数n，另一种是用最小测量刻度表示，也就是

而精度不同于分辨率，其对应的是AD测量值与输入实际值的差异。一般而言，由于AD装置除了量化会产生误差外，还存在温度漂移、参考电压漂移等多方面误差影响，实际精度位数要在转换位数基础上至少还要扣除两位，因此实际精度

对保护装置而言，由于相保护和零序保护测量值的最小刻度LSB不同，因此测量精度差别较大。以同样有14位AD的保护为例，假设量程能达到CT额定一次电流的10倍，同时相CT变比为1000：1，而零序电流变比为100：1。那么接于零序CT的保护和接于相CT的保护精度分

别为：

可见接于零序CT保护的精度比较高，可以反映于少于1A的（一次）零序电流的变化。而接于相CT的保护精度则低得多。

4 结语

对于零序电流的两种获取方式各有其自身的特点。一般零序CT较灵敏，内部不平衡电流较小，但当零序电流很大时易于饱和，传变误差增大；而三相CT灵敏度稍差，总的不平衡电流较大，但优点是线性范围大，能耐受较大数值的短路电流而不易饱和，相对传变误差较小。

基于不同CT的传变特点，在现场应用的时候应根据实际需要合理选择零序电流的获得方式。在对灵敏度要求较高的情况下（特别是小电流接地系统），宜使用灵敏度较高的零序互感器；反之，在故障零序电流很大，常规零序互感器较易饱和的情况下，若保护装置支持内部零序电流的合成，应考虑使用线性范围较大的相电流互感器。

参考文献

[1] 任元会，姚家帏.工业与民用配电设计手册[M].3版.中国电力出版社，2005：130-153.

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关键词：零序保护电流系统

中图分类号： S477+.3 文献标识码： A 文章编号：

引言

在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护（zero-sequence protection）。

1零序电流

在三相四线电路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0。如果在三相四线中接入一个电流互感器，此时感应电流为零。当系统发生接地故障时，回路中有不平衡电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不为零，其相量和为：Ia+Ib+Ic=Io(零序电流）这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，即使灵敏继电器动作，作用于执行元件掉闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。

产生零序电流的两个条件:

1.无论是纵向故障、还是横向故障、还是正常时和异常时的不对称，只要有零序电压的产生；

2.零序电流有通路。

以上两个条件缺一不可。因为缺少第一个，就无源泉；缺少第二个，就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。

零序电流互感器

2零序保护

三相星形接线的过电流保护虽然也能保护接地短路，但其灵敏度较低，保护时限较长。采用零序保护就可克服此不足，这是因为：

系统正常运行和发生相间短路时，不会出现零序电流和零序电压．因此零序保护的动作电流可以整定得较小，这有利于提高其灵敏度；

Y/接线降压变压器，侧以外的故障不会在Y侧反映出零序电流，所以零序保护的动作时限不必与该变压器后的线路保护相配合，从而取较短的动作时限。

3零序电流保护

3.1零序电流保护

大电流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，所以具有良好的灵敏度。但零序过流保护受电力系统运行方式变换影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。

3.2零序电流保护的原理

零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，即ΣI=0。在系统正常运行的情况下，各相电流的矢量和等于零（对零序电流保护假定不考虑不平衡电流），因此，零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出（零序电流保护时躲过不平衡电流），执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，瞬时跳开断路器，达到接地故障保护的目的。

采用三相重合闸或综合重合闸的线路，为防止在三相合闸过程中，三相触头不同期或单相重合过程的非全相运行状态产生振荡时，零序电流保护误动作，常采用两个零序一段组成的四段式保护。

灵敏一段按躲过被保护线路末端单相或两相接地短路时出现的最大零序电流整定。其动作电流小，保护范围大，但在单相故障切除后的非全相运行状态下被闭锁。此时若其他相再发生故障，则必须等重合闸重合之后的后加速跳闸，导致跳闸时间变长，可能引起系统相邻线路越级跳闸，故增设一套不灵敏一段保护。不灵敏一段按躲过非全相运行又产生振荡时出现的最大零序电流整定，其动作电流大，能躲开上述非全相情况下的零序电流，两者都是瞬时动作的。

3.3零序保护的优点

结构及工作原理简单，试验维护简便，保护装置处于良好的状态，正确动作率高，保护范围比较稳定，受故障过渡电阻的影响较小，不受负荷电流的影响，灵敏度较高。

4零序电流保护在运行中需注意以下问题：

4.1当电流回路断线时，可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的共同弱点，需要在运行中注意防止。就断线机率而言，它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。

4.2如果确有必要，还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。

4.3当电力系统出现不对称运行时，也会出现零序电流，例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行，单相重合闸过程中的两相运行，三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期，母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程，或断路器正常环网运行情况下，由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流，以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流。特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下，可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等，都可能使零序电流保护启动。

4.4地理位置靠近的平行线路，当其中一条线路故障时，可能引起另一条线路出现感应零序电流，造成反分向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时，可以改用负序方向继电器，来防止零序方向继电器误判断。

4.5由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压，回路断线不易被发现；当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时，也不易用较直观的模拟方法检查其方向的正确性，有可能造成保护拒动和误动。

参考文献：

《电力系统继电保护原理与实用技术》

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【关键词】零序保护；外接；自产

1.10kV线路零序保护现有配置方式及所存隐患

在10kV小电阻接地系统中，线路开关柜内装设有反映相电流的分相CT三只，构成馈线的电流速断、过电流保护，作为本单元发生相间故障时的保护；反映零序电流的零序CT一只，构成馈线的零序过流保护，作为本单元发生单相接地故障时的保护。保护装置的零序保护电流采于零序CT电流的方式称为零序外接方式，采于分相CT三相电流之和的方式称为零序自产方式。

当10kV线路发生接地故障时，首先该线路的零序保护动作，出口跳开线路开关，切除故障；当该线路出现拒动的情况时，故障无法切除，流过接地变的故障量仍然存在，此时，由接地变高压零流动作，出口跳开分段开关，用于判断故障线路所在10kV 母线，区分故障后，出口跳开故障母线所在主变变低开关，此时，已成为越级动作事故。

由上述可知，零序保护的合理配置和正确动作对中性点经小电阻接地系统的安全稳定运行有着重要意义。根据运行经验，零序保护采用零序电流外接方式存在着一些隐患：

（1）外接零序CT故障或者外接零序电流回路故障时，保护装置无法检测判断，易因回路问题造成保护误动或拒动。

（2）因馈线电缆外屏蔽层接地线在开关柜内穿入零序CT的方式不正确而维护人员未能及时发现，导致电缆屏蔽层中的电流已被包含在零序CT测量范围内，造成保护误动。

2.零序保护改进方案

长期的运行经验表明，采用零序电流自产方式完全可以满足目前线路保护的运行要求，并能消除零序电流外接方式的两个隐患：

（1）三相CT的电流之和为零序电流，分相CT的准确级和抗饱和能力均满足要求，由厂家更改装置零序定值整定范围后，保护精度要求也满足。

（2）分相CT故障或者电流回路故障时，保护装置能识别并发CT断线告警信号，以便维护人员快速处理；馈线电缆外屏蔽层接地线在开关柜内穿入零序CT的方式不正确也不会影响零序保护的正确动作。

因此，对10kV小电阻接地系统，线路开关柜内装设有三相CT，可以实现自产零序电流的10kV馈线保护，将零序电流改接自产，具体方案如下：

（1）对于保护装置具备自产零序功能，直接通过更改保护定值，投入零序自产功能。

（2）对于保护装置没有自产零序功能，则通过更改电流回路接线，人工的将三相电流合成，获得零序电流，并重新整定10kV线路零序保护定值。

3.方案的具体实施

对于保护装置具备自产零序功能，通过更改保护定值即可实现，此处不再详述。对需要通过更改电流回路接线，人工合成零序电流的方案2，实施过程如下：

（1）做好安全措施。退出整改装置的相关保护出口压板、联跳压板；断开电流回路的连接片，如整改线路间隔在运行，在断开连接片之前还必须短接电流回路，防止CT二次回路开路。

（2）将三相电流的尾端IA'、IB'、IC'（非极性端）和3I0在屏柜端子排上短接在一起，3I0'接电流回路的IN（回外部CT的电流公共端）；3I0及3I0'电缆芯必须短接，防止外接零序电流回路开路。具体改接方法如下端子排图所示。

如上图，将13、14、15、16号端子短接；拆除13号端子的N411号电缆、16号端子的3I0号电缆、17号端子的3I0'号电缆；将3I0号电缆、3I0'号电缆找一个空端子（如上图的22号端子）接好，并接地；再将N411号电缆接至17端子，并接地。

（3）若保护装置需要更改零序定值整定范围以满足保护精度要求，则请厂家更改。

（4）检查相关回路，防止寄生回路的产生。

（5）用继保仪器对装置进行加量测试。检查零序回路及装置采样，确认回路及装置采样正确；加入故障量，校验装置保护动作的准确度和灵敏度。

（6）核对装置定值无误，并恢复所有安全措施，回路整改结束。

4.结语

本文通过分析目前中性点经小电阻接地方式下的10kV线路零序保护采用零序电流外接方式的一些不足，提出了将零序电流由外接改为自产方式的方案，并对新方案的可行性和具体实施方法进行了描述。新方案能很好的消除旧方案存在的一些隐患，并满足系统保护的准确性和稳定性要求，对提高线路供电可靠性，降低设备故障率有重要意义，适合实际推广应用。

参考文献

[1]惠州供电局.10kV线路保护零序电流改接自产工作推进方案.2011年3月

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关键词：漏电保护 零序电压 零序电流

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

随着煤矿现代化程度的不断提高，井下高压供电线路的不断增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性的要求越来越高。所谓漏电，就是指三相电网中的任一相导线经电阻与地或地线相接：而单相接地是指任一相导线直接与地或地线相接，又称金属性接地。由于煤矿井下工作环境恶劣，经常出现漏电故障，漏电故障若不及时排除会存在较大危害，如可引起瓦斯、煤尘的爆炸等等，直接危及人身安全和矿井生产。同时电网相电压的升高，长期运行将导致绝缘击穿，甚至发生两相或三相短路故障。因此，安全可靠的漏电保护系统对井下安全供电具有重要意义。

1 中性点不接地系统单相接地时零序特征分析

我国《煤矿安全规程》严格规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地;严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。因此，中性点不接地系统单相接地时零序特征分析尤为重要。

正常运行情况下，各相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前电压90°的电容电流流入地中，并三相电容电流之和为零，中性点对地无电压，因为电容电流很小，其在线路上产生的电压降可以忽略不计，故可以认为各相电压均与各相电势相等。电压、电流向量图如图1所示。

发生单相（例如A相）金属性接地时，若忽略较小的电容电流产生的电压降，则电网中各处故障相的对地电压都变为零。于是A相对地电容被短接，只有B相和C相对地电容中还存在电流，此时中性点对地电压上升为相电压，非故障相的对地电压变为线间电压（升高倍）。由于相电压和电容电流的对称性已破坏，因而出现了零序电压和零序电流，零序电压为故障相正常电势的三倍，故障点的零序电流是正常运行时每相对地电容电流的三倍，其相位落后于零序电压90°。电压、电流向量图如图2所示。

2 零序电压、电流的测量与定值的整定

零序电压主要是通过三相五线柱式变压器开口三角形实获取的，向量图如图3所示。

左边矢量图表示开口三角形互感器的一次侧电压矢量图，右边为二次侧矢量图。

UA、UB、UC为相电压;UAd、UBd、UCd为原边相电压;Ua、Ub、Uc为开口三角形互感器的副边电压。图中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd变为线电压UAC和UBC，即变为相电压的倍，UAd和Bd的夹角变为60°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，开口三角电压是相电压的3倍，对于金属性接地而言二次侧电压是100 V，而非金属性接地则小于100 V，钱家营矿根据井下供电系统经验零序电压投入15 V，实际运行中动作灵敏度可靠。

零序电流信号由零序电流互感器取得的。测量原理如图4所示。零序电流互感器有一个环状铁心，套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁心上。根据变压器原理可知，二次线圈中的电流I2正比于一次线圈中的三相电流之和，当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流的相量和为零，二次侧无电流输出;当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为零，二次侧有零序电流输出。

由于井下供电系统主接地与局部接地极通过电缆的地线构成接地网，在发生单相接地时，接地电流不仅可能沿着故障电缆的导电外皮流动，而且也可能沿着非故障电缆外皮流动。这部分电流不仅降低故障线路接地保护的灵敏度，有时还会造成漏电保护装置的误动作。故此，应将电缆终端接线盒的接地线穿过零序电流互感器的铁心，使铠装电缆外皮流过的零序电流，再经接线盒的接地线穿过零序电流互感器，从而使穿过互感器的电缆外皮中流过的零序电流和为零，防止引起漏电保护的误动作。接线如图5所示。

钱家营矿井下高爆开关采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保护器，CZB1保护器中配置了两段式零序过流（漏电）保护，并且可以带方向。

两段保护主要是为了实现先告警后跳闸。漏电告警可以用很小的定值用于告警，漏电保护可以设以较大的定值，并且设置投跳闸。对于三相对称性很好，几乎不存在不平衡电流的线路，零序I段（即漏电保护）定值按躲过本线路本身的容性电流的2倍整定（2为可靠系数），电缆线路零序电流按经验值0.6 A/km（采区电缆MVV323×35）估算，漏电保护定值为：I0dz I=k×0.6×L;k为可靠系数取2，L为电缆线路的公里数;

零序II段（即漏电告警）定值按躲过本线路本身的容性电流的1.2倍整定，漏电告警定值为：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序过流保护可以投方向。接地线路的零序电流由线路流向母线，而非接地线路的零序电流则由母线流向线路，故用零序方向可以有效区分接地线路和非接地线路。由于井下采掘工作面的不断延伸，采区线路大多较长，电缆电容电流较大，重要负荷如局部通风机、排水泵等负荷较多，要求必须采用选择性漏电保护。多次单相接地事故表明投入零序功率方向保护后将大大提高保护的可靠度，及时的发现故障点，减少大面积掉电的事故。因此对钱家营矿井下CZB1保护器投入零序功率方向。

3 结语

《煤矿安全规程》规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20 A。钱家营矿采用调容式消弧线圈跟踪补偿装置，消除单相接地电容电流。对中性点经消弧线圈补偿的供电系统，单相接地时非故障线路开关所测零序电流特性与中性点不接地系统相同，而故障线路开关所测零序电流的大小和方向与消弧线圈的补偿电流有关。由于钱家营矿采用自动跟踪补偿的消弧线圈，接近于全补偿状态。因此故障线路开关所检测到的零序电流不一定大于其本身线路的对地电容电流，且方向也与补偿度有关。当线路绝缘降低受潮瞬时接地时，对故障线路的判断将出现困难，尤其对短线路非金属性接地时可能出现开关拒动现象，实际运行中对于采区开关可以根据经验适当减小零序电流动作值，通过改造后两年的使用情况来看，保护器动作基本可靠。同时可以对保护器进行改造，探讨在保护器或选线装置中引入零序导纳分析法进一步确认故障线路，消除变压器中心点经消弧线圈接地带来的保护器误动作现象。

参考文献

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关键词：注入信号法 电压互感器 接地相 变电站 绝缘

一、概述

为了使保护装置能正确地从店里系统的各次谐波中识别被注入的特殊电流信号，令其频率处于n次和（n+1）次谐波之间。由于被注入的信号区别于系统中固有的各种信号，所以对该信号的检测，可不受系统运行情况的影响。为了避开检测单元和一次设备的直接电气联系，应用感应探测单元对该信号产生的磁场进行测量。

由于系统发生单相接地故障时，被注入信号仅在接地相的线路中流通，经过接地故障点后即可行返回，非接地故障线路中没有信号，故只要检测各线路中有无注入信号电流，便可进行故障选线。而通过对注入信号电流和电压的检测，计算变电站到接地故障点之间的电抗，便可实现故障测距。如果在变电站和接地故障点之间存在分支线路，注入信号也不会进入无接地故障的分支线路，根据这一特点，便可查出接地分支线路及其上的故障点确切位置，从而实现故障定位功能。

二、注入信号的特性分析

以简单的中性点不接地配电系统为例进行分析。假设A相过渡电阻Rg接地，因中性点不接地，系统较小的分布电容为故障系统提供电流回路，零序阻抗很大，所以刮胡子那个电流很小，零序故障电流也很小，这是中性点不接地系统突出的优点。但很小的故障电力，特别时很小的零序电流不利于故障的检测，当过度电阻Rg较大时，零序电流更小。为了检测故障，在不影响原系统故障电流较小这一优点的前提下，人为增加零序电流，如在接地故障线路加一理想电流源。根据叠加原理，系统正序电流提供的电流不变，但系统实际流动的电流为两个电源提供的电荷之和。

为便于探测，外加的零序电流的频率应与电力系统的固有频率完全不同。从外加电流源看进去，系统总阻抗与中性点直接接地电力系统发生单相接地故障时的总结地阻抗相当。这样，注入电源的端电压不需很高就能为故障系统提供较理想的零序电流，供故障检测用。外加诊断电流的大小根据检测该电流所需强度而定，应用对称分量法，把各序电流转换成相电流，即可得到系统中各相电流，系统中各点三相电流的相量和构成剩余电流。由于外加电源电压较低，分布电容很小，可以忽略分路，剩余电流ig=iSG；对于非故障线路，注入电流只能通过分布电容流通，所以剩余电流ig=0。因此，根据各条出线的剩余电流的额大小即可选出故障线路，在故障出线的首端测量外加电源的电压和电流，可计算出测量点和故障点之间的回路阻抗，继而可求出故障距离。注入电流沿故障线路，在故障点处经大地返回外加电源处，所以沿故障线路探测注入电流，注入电流的消失点即为故障点。

三、注入信号及探测

1、注入信号源。

利用外加诊断信号进行故障检测和定位，不应影响原系统的政策允许。因此，注入信号源应满足一些特殊要求，它只能向系统提供幅值较小的诊断电流，且为零序电流，只在接地故障线路中流通。为了便于检测，信号源的频率必须与电力系统的固有频率完全不同，可有两种不同的方式。

第一种方式，是将信号源频率取在工频n次谐波与（n+1）次谐波之间（n为正整数）。理论上，n可取任意值。实际上，若n取值较小，信号源频率与工频相近，不利于从较强的工频故障电流中提取较弱的诊断信号电流。若n取值较大，一方面系统分部电容容抗变小，分布电容对信号电流的分流增大，而部长线路上流动的信号电流变小，不利于信号电流的检测；另一方面，线路感抗XL=nωL增大，不能再忽略不计，也使故障线路上流动的信号电流变小，增加了检测信号电流的难度。

第二种方式，是将信号源频率取为10～50倍的工频频率。由于多数非线性电力负荷产生奇次谐波电流，故障期间，这些奇次谐波电流也在故障线路中流动，为便于提取诊断信号电流，所以信号源频率取工频偶次谐波。从工频电源角度看，信号源可近似看做一理想电流源，也就相当于开路；从信号源角度看，故障回路呈低阻抗回路，即信号源向一低阻回路提供电流，该电流从变电站沿故障线路到故障点经大地返回。可见，较低电压的信号源就能想故障系统提供较大的零序电流，如对于低压400V系统，不到50V的信号源电压就能想系统提供1～5A的零序电流，分布电容的影响可忽略。这种方式当不能忽略分布电容的影响时，由于信号源频率较高，分布电容的分流将使故障线路上的诊断信号电流变小，有可能小到无法探测。所以该种信号源在6～35kV的重压配电系统中不适用。

2、注入信号的探测。

有接地故障时，将零序信号电源加入故障系统，根据是否探测到该信号进行故障选线和定位，探测完成后，将零序诊断信号源从系统中退出。信号电流与故障电流相比小得多，同时故障线路中仍有符合电流流通。注入信号电流与负荷电流相比也小得多，单相接地故障电流和符合电流均由工频及其各次谐波构成。为此，必须采取适当的措施探测该信号，并使探测器对注入信号的频率有非常高的灵敏度。诊断信号电流可通过零序电流互感器测量，也可通过测量诊断喜好产生的磁场而得到。

（1）零序电流互感器法。

在需要测量剩余电流处，使用普通的零序电流互感器测量三相线中的电流，得到各出线的剩余电流，经信号处理分离出诊断信号。对第二种信号源，可使用特殊的零序电流互感器，使其只对诊断信号电流敏感，铁芯的B-H曲线具有很平坦的饱和特性。条件零序电流互感器的二次负荷，使铁芯在工频电流激励时饱和，而在诊断信号激励时不饱和。

（2）无线电接收法。该方法是利用无线收音机的原理设计一特制的传感接收器，安装在每条线路的开关柜内，时传感器对注入信号的频率产生共振、放大，最后把各传感器采集到的信号送到中央处理器进行分析比较，由于只有发生单相接地故障的线路，才有注入电流流动，所以安装在故障线路开关柜内的传感器接收到的故障信号也最强，采用这种方法可以准确的找出故障线路。注入信号源增大零序电流有利于接地故障的检测，但也受系统分部电容和故障过渡电阻的影响，有时出现误选或选不出故障线路的情况。

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【关键词】越级跳闸；熔断器；闭锁

1.引言

在发电企业甚至电网中，因保护拒动引起事故扩大或越级跳闸引发大面积停电的事故屡见不鲜，如前些年的“8.14美加大停电”事故。其中有些是因继电保护误整定或设备设计不合理引起，有些则是因其他条件引起。本文将详细分析一起联络线上的越级跳闸事故。事故过程如下：某厂的一台连接于6kV公用段母线的电动机在送电时突然发生线圈短路，电机随即起火燃烧，大约1秒后为该公用段母线供电的位于厂用工作段开关室的馈线开关跳开，整段公用母线停电。经保护专业现场检查电动机保护未动作，跳开的母线进线开关零序保护动作出口；电气专业检查电机为B相定子绕组与定子铁心放电绝缘损坏，定子发生接地现象（该系统为小电流接地系统）。随后保护专业对电动机保护装置进行了彻底检查：装置定值整定无误；继电器动作特性良好；二次回路绝缘良好；二次回路传动正常。检查结果表明，保护装置是正常可靠的。为了查明越级跳闸的真正原因，保护专业对该型号保护装置进行了更加深入的技术探索，并与保护装置厂家技术人员进行了沟通，具体分析情况如下。

2.相关设备实际参数：

2.1电动机实际参数

Ue： 6.3 kV

Se： 200kW

Ie： 24.4A

启动电流倍数为6.3倍额定电流

启动时间 10S

电机为直接起动

保护TA变比：200/5（由于所选用的变比对于继电器来说太大，如果继电器的相间保护的接线端子选用5A，则不能满足继电器的整定范围，故相间保护接线端子选用1A，而维持变比不变。）

零序TA变比：50/1

开关为ABB公司制造的VC真空接触器配合反时限快速熔断器，接触器额定电流400A，热稳定电流400A，极限开断容量6000A

保护装置为芬兰制造，瑞士ABB公司SPAM150C型电动机保护继电器模件。

2.2去公用段馈线实际参数

保护用TA：1000/5A

接地用TA：100/5A

开关为ABB公司制造的VD4真空断路器

保护装置为芬兰制造，瑞士ABB公司SPAJ140C型馈线保护继电器模件。

3.保护整定

3.1电动机配置有如下保护

零序低定值过流保护： I0>=2.4 t0>=0.5s 投跳闸

当零序电流大于8倍满负荷电流时装置闭锁零序保护（为防止在大电流情况下分断接触器造成燃弧，分闸失败，由控制字SGF/3，SGF/4整定[1]）投入8倍时禁止零序保护，其目的在于：当故障电流过大可能造成无法灭弧时，由熔断器熔丝熔断，在熔断器瓷瓶内充满的石英砂中灭弧。

相不平衡保护： ΔI=30 tΔ=60 投跳闸

快熔保险管额定电流100A

3.2去公用段馈线配置有如下保护

高定值段相间过流保护： I>> 4.4 t>> 0.04 投跳闸

低定值段相间过流保护： I> 0.8 t> 2.5 投跳闸

接地保护： I0> 0.77 t0> 0.7 投跳闸

4. 越级跳闸原因分析

电动机额定电流为24.4A，经200/5电流互感器传变至二次侧为0.61A。由于环境温度

则8倍满负荷电流为Iact=8×FLC=8×0.64A=5.12A，即当零序电流（二次）超过5.12A时将闭锁零序保护，经50/1零序电流互感器折算到一次侧接地电流为50×5.12A=256A。故障时，录波器录下的厂用工作段进线零序电流超过250A；因越级跳闸的工作段去公用段馈线开关保护显示：B相电流与零序电流均达到270A（2.7×5×（100/5））。

因电动机保护装置（SPAM150C）允许的采样偏差（±2%），接地单元动作精度（整定值的±3%）[2]，则闭锁零序的电流门限值应为243.36A～268.72A之间的某一数值，而实际故障中零序电流满足闭锁条件。因此，具有0.5s延时的零序保护未动作，是保护装置防止接触器无法消弧，致使跳闸失败而发挥的正常功能。

在故障中因电动机绕组B相接地，相电流明显失衡，相不平衡保护动作，该保护功能设计为具有最短延时的反时限保护，当出现100%相不平衡时（即，故障相电流过大，其他相无电流），经最短延时跳闸，最短时间为1s（装置内部固定时间，不可整定）[3]。去6kV公用段馈线开关设置有延时为0.7s的定时限零序保护。显而易见：0.5s（电动机零序保护）

5. 解决方案

电动机开关为接触器与快速熔短器配合的开关设备，熔断器设计额定电流为100A，具有反时限特性，当电流达到2000A以上时保险表现为瞬时熔断特性[4]。电动机启动时电流可达到153.7A（24.4A×6.3，约为熔断器额定电流的1.5倍），在整个启动过程持续10s，其中将有3～5s时间保险所承载电流超过额定电流，根据该型号保险的反时限特性曲线，在此电流等级上熔短时间较长，满足启动要求。当发生单相接地故障时（由于该6kV系统为小电流接地系统，高压厂用变压器低压侧中性点经电阻接地，接地电流最大305A），例如此次故障：B相突然产生250A（约为熔断器额定电流的2.5倍）以上的过电流，故障相电流虽然不能使保险在短时间内熔断（参考该型号保险的反时限特性曲线可知，在该电流等级上，熔断器熔断时间为7分钟），但在开关接触器极限开断容量以下（VC真空接触器的脱扣器操作交接电流为5000A[5]），真空接触器完全有能力断弧，因此，在单相接地故障中，零序电流大于8倍满负荷电流时闭锁零序保护功能没有实用价值；当发生相间短路时，短路电流约为21kA，远大于VC接触器极限开断容量，但此时故障相电流已超过熔断器瞬时熔断门限制（参考该型号保险的反时限特性曲线可知，当流过电流大于2000A时，熔断器动作时间为0.01s），因此有较高可靠性的熔断器会首先动作，动作时间低于不平衡保护动作时间（参考该型号保险的反时限特性曲线tΔmin=1s）和零序保护动作时间（t0>=0.5s，不选择零序电流大于8倍满负荷电流时闭锁零序保护的功能），当发生故障电流较小的故障时（故障电流小于550A， 即该型号保险的反时限特性曲线上保护装置最小整定动作时间所对应的电流值），在熔短器熔断延时内保护装置将驱动出口跳开接触器，此时，流过接触器的电流小于开关设备的开断电流，不会威胁到设备的安全。因此，可以考虑将零序电流大于8倍满负荷电流时闭锁零序保护的功能退出。

6.结论

对于不同的负载最好选择开断容量适合的断路器，避免能力过剩的现象；同时在保护整定过程中，有必要考虑断路器的实际能力，在生产中既要按需选择，又要物尽其用，这样可以节约大量的资金，避免此类事故屡屡发生。

参考文献：

[1]ABB，电动机保护继电基础模件SPCJ4D34用户手册及技术说明8页.

[2]ABB，电动机保护继电基础模件SPCJ4D34用户手册及技术说明25页.

[3]ABB，电动机保护继电基础模件SPCJ4D34用户手册及技术说明9页.

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关键词：20kV电压等级;可靠供电;建议;

中图分类号：F407.6 文章编号：1674-3520（2014）-11-00-01

一、国内外20kV配电网状况

目前，世界上已有数十个国家和地区将20kV电压等级作为配电网的标准电压，并已列入国际电工委员会标准，具有非常成熟的技术和经验。美国、法国、德国均从上世纪开始便采用了20kV的配电网络，其可靠性、经济性和运行灵活性方面优势明显。

在我国，20kV电压等级曾经一度被淘汰，可在近年来，20kV电压等级在国际上又以新的功能出现，其作用便是取代10kV，目前国内20kV的配电系统有：合肥市的滨湖新区、苏州工业园区、上海轨道交通、昆山南亚公司和辽宁本溪南芬地区等，这些项目自投产并入电网后，实现了可靠运行。

二、20kV配电系统的保护配置

我国大多数城市20kV配电电网采用低电阻接地方式。我国20kV接地系统的配电保护配置主要有：

（一）零序过流保护配置。零序过流保护主要包括：零序电流一段保护、零序电流二段保护。零序一段电流保护：是线路出现单向接地故障时的主要保护，当零序一段的时间限制大于等于0.3s，每段增加0.3s，主要的因素是：避免线路配变励磁涌流的问题和线路最大不平衡电流。其优点是：接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路;系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

（二）过电流保护配置。就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸，过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器（或继电器）、熔断器常用作短路保护元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。

三、20kV配电系统的保护分析

20kV与10kV配电网络的配置不同根源在于中性点接地方式的截然不同，10kV配电网可以在单相接地的故障状态下运行不超过2小时，而20kV可以通过接入零序保护将单相接地故障切除。而对于零序保护也存在着相关需要注意的问题：

（一）世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，中性点经小电阻接地方式可以泄放线路上的过剩电荷来限制弧光产生的过电压，由于美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，因而采用此种方式。中性点经小电阻接地方式通过零序电流继电器来保护线路。

（二）中性点小电阻接地配电网若线路发生单相高阻接地时，如单相接地介质为沙土、柏油马路、树木和水泥板等，此时存在隐患：故障零序电流很小，零序电流保护难以灵敏反应该故障，造成保护拒动。

四、提出改进针对思路及存在的问题

（一）虽然近年来20kV配电网中的电缆化率逐步提高，但仍难以避免存在部分架空线路，而架空线路单相接地故障率比较高，当单相接地发生时若零序电流保护拒动或开关拒动，则后果不堪设想，所以通过对于中性点接地方式的研究，可通过在中性点接入的小电阻上再串接一个大电阻，如图5.1：

正常情况下K为闭合状态，将大电阻短接，当单相接地发生时若零序电流保护拒动或开关拒动时，经过延时零序故障电流仍存在，则K打开，形成中性点经高电阻接地（中性点不接地方式），可在接地状态下运行不超过2小时。

图5.1

上述高电阻接地主要是限制单相接地故障电流，抑制弧光接地和谐振过电压，单相接地故障不立即跳闸，又不加重电气设备的绝缘负担，但其优缺点又很明显，如优点：可以消除所内10kV侧各种原因引起的谐振过电压，包括其它消谐措施无法消除的断线谐振过电压;可以显著降低弧光接地过电压幅值;由于高阻抗中电阻分量减少，有功损耗明显降低;由于高阻抗中有足够大的感性电流，此电流可以补偿网络对地电容电流，有利于电弧自熄;允许带接地装置故障运行，若用小电阻接地方式，则必须跳开故障线路。但是缺点也很明显：在带故障运行时，电阻器上的消耗能量较大，需要装设风冷却装置;增大了接地故障时的接地电流，电弧自熄的问题没有解决。而其最大的缺点便是：不具有普遍适用性，仅适用于像大型企业或者工业电厂这样容性故障电流较小的配电网络，故该模式还需进一步改进。

（二）针对中性点小电阻接地配电网若线路发生单相高阻接地的问题，我们可以引入零序功率保护的思想来解决，零序功率方向保护就是通过保护故障线路和非故障线路零序电流滞后零序电压相差180的原理有选择性的实现的。该保护措施对零序电压和零序电流的回路接线方式有比较高的要求，在实际电网中应用较多。零序功率方向保护是在零序电流保护的基础上增加的，是为了保护装置的可靠性和选择性，零序功率保护是没有死区的。零序功率方向保护中需要取电压与电流综合判断故障，为了提高零序功率方向保护的精度，确保其不拒动和误动，提出以下几点建议：（1）提高零序电流互感器精度的，在零序电流较小时能提高其测量精度;（2）根据负荷电流不平衡情况，装置自适应调整零序电流整定值;（3）采用电流、电压信息判断单相高阻接地故障，甚至可同时比较各出线的零序电流判断单相高阻接地线路，并在站控层面配置单相高祖接地判别元件，实现选线功能。

五、结论

本文对现行20kV配电网络的运行方式和继电保护的方式作了简单的叙述，并提出了几项拙见，望批评指正。但要提出的是20kV电压等级在配电网中具有广阔的应用前景，其中性点接地方式和继电保护的选择是一个涉及供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身安全、通讯干扰、电磁兼容的综合性问题，应全面考虑其技术经济指标，因时因地而宜。

参考文献：

[1]郑志杰，王艳，李磊. 20kV配电网中性点接地方式的探讨[J]. 电力勘测设计， 2009.

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关键词：地铁供电系统；中性点接地；零序保护；电流传感器；电流互感器

中图分类号：U223 文献标识码：A

随着不断加快的社会发展节奏，城市轨道交通不断的发展，人们之间的距离也在不断被拉近。地铁供电系统对我国轨道交通的发展起到至关重要的作用，其中变压器在地铁供电系统中占有重要的地位，因此地铁供电系统中变压器的保护和故障处理就显得尤为重要。对于地铁来说，地铁供电系统是其全部动力的来源，它的主要作用是为地铁车辆的行驶提供电力牵引。如果在地铁的行驶过程中，供电系统出现故障，不仅会影响地铁的正常运营，还有可能威胁到乘客的生命安全。所以，在地铁运营时，必须采取必要的措施保证供电系统合理利用，从而使地铁的安全可靠运行得到保障。本文主要对地铁供电系统零序保护出现的问题和应对措施进行探讨。

1 地铁供电系统中性点接地方式及变压器零序保护的工作原理

1.1 地铁供电系统的重要性

采用独立的主变电所向沿线和降压变电所牵引供电，是目前我国地铁供电系统的主要方式。由于电压等级和电网制式不同，这就致使中性点接地方式也不尽相同，目前，我国电力系统中中性点接地方式主要有以下几种：如果出现单相接地短路，一般会采用零序电压保护和检测的三相三线制电网（6～10kV）；电网发生故障时，调节和调整连接方式的三相三线制电网（35～66kV）；相关故障容易被继电保护设备检测出的三相三线制电网（110～154kV）；三相三线制电网（220kV及以上）。

1.2 中性点接地方式及零序电流保护的工作原理

1.2.1 中性点接地方式。我国目前地铁供电系统中普遍采用的接地方式是中性点直接接地，中性点直接接地的特征是电压值为零且大地与中性点直接相连，电压相对地电压值在不出现任何故障的情况下是不变的，但是若出现故障，单相保护会立即启动起来，与此同时，断路器也会发生跳闸，故障得以排除。

1.2.2 零序电流保护的工作原理。在电力系统正常工作的情况下，零序电流不会在中性点直接接地时产生，但是，零序电流会在中性点接地短路时产生很大的电流。

为了符合系统保护的需求，零序电流可以分为以下四个阶段：零序电流速断保护阶段，在非全相运动状态下，单相故障切除后电流产生闭锁现象，保护的范围在动作电流小时反而较大；零序电流限时速断保护阶段，零序电流限时速断保护阶段的起动电流需要配合下一段线路的零序电流速断保护阶段进行保护；零序过电流保护阶段，这一阶段的主要作用是保护相间短路过电流，零序过电流保护阶段一般作为后备来使用；方向性零序电流保护阶段，零序电流的实际流向是故障点流向各个中性点接地的变压器，所以，在电网中的变压器接地较多的情况下，必须考虑零序电流保护动作的方向性。

2 地铁供电系统零序保护存在的问题与改进措施

2.1 零序保护存在的问题

在目前我国地铁供电系统零序保护中存在着以下两个方面的问题：变压器中性点在中性点有效接地系统中，对地偏移电压被限制在一定的范围内，中性点间隙保护的作用得不到发挥，这样会造成间隙放电及保护存在一定程度的偶然性，并且由于间隙击穿过程中谐波的产生，也不利于变压器匝间绝缘；对于保护变压器中性点绝缘来说，在没有零序过电压保护的情况下只设置间隙电流保护是不够的，放电电流在间歇性击穿时出现中断，间隙电流保护的作用得不到实现，中性点不接地，变压器将无法脱离故障电网。

2.2 零序保护改进措施

针对我国地铁供电系统零序保护中存在的问题，提出以下零序保护改进措施：为了确保供电系统为有效接地系统，并保证电源端变压器中性点有效接地，设置变压器中性点间隙电流和零序过电压保护；在设计阶段，对于将来可能带电源或者电源端变压器，应考虑包括母线开三角零序电压保护、中性点间隙电流保护以及中性点零序过电流保护在内的完整的中性点间隙保护；增大原先装设的中性点间隙距离，从而为避免出现中性点间隙抢先放电的情况。

3 实例分析

某地铁工程35kV供电系统采用的电流保护采样元件是电流传感器，此元器件自投运以来共发生5起零序电流保护误动作，从而导致地铁出现大面积停电事故，这5起零序保护动作具有如下共同特点：每次零序保护动作都是故障相电流呈下降趋势，电压变化很小，试送电均能成功；进线故障相电流比对应馈出量总和小；其中一相电流比正常两相电流较小，一般小于10A；此现象具有随意性、短时性、离散性；此故障特征主要表现在传感器电流回路。造成以上的原因主要是：地铁33kV开关设备采用ABB的ZX2型号开关柜，电流、电压互感器使用组合传感器采集系统电流、电压信号，保护使用REF542+继电保护装置，由于系统电源的直流分量较大，导致三相的电流不平衡，有时会造成零序保护动作。

地铁续建工程已进行相关改进，电流保护回路不再采用电流传感器，而是采用保护CT，针对此保护误动作制定了3种方案，以下为零序保护整改的3种方案：

方案一：在进线柜或出线柜的电缆侧（电缆层）增加3个穿心式电流互感器代替目前使用的电流传感器；继续使用目前电压传感器但是增加了电流互感器；保护装置更换REF542+模拟量卡，换为4个传感器和4个AT口的模拟量卡；增加了端子排及相关回路的二次布线，现场停电时间为5h/台。优点：能有效解决目前发生的零序保护误动作事件，可靠性较高；缺点：工作量较大，整改周期长。

方案二：采用电压闭锁电流模块的方法（此方案只能在出线柜使用），没有增加电流互感器，使用更改程序的办法进行解决，对程序进行修改，同时需要根据系统单相接地的情况，计算出电压闭锁值的范围，现场需要对该定值进行定值校验，现场停电时间为3h/台。优点：工作量相对较少，容易实施，且能可靠防止出线柜的误动；缺点：工作量较小，整改周期长，对进线柜的可靠性差。

方案三：一次部分保持不动，二次部分更换带电显示器，电压闭锁信号采用带电显示装置的出口信号代替，需要对现场的程序进行修改，增加闭锁信号回路接线和带有电闭锁型的带电显示器，现场停电时间为5h/台。优点：简单、费用少，无需改动一次部分；缺点：工作量较大，整改周期长，可靠性一般。

4 结束语

本文以某地铁工程35kV供电系统为例，该供电系统采用ABBZX2开关柜和中性点直接接地方式，这种连接方式在非故障相电位变化较小的情况下会产生较大的接地电流，在运行过程中，一旦发生单相接地故障，不能准确有效地保护供电系统。通过上面分析地铁供电系统零序保护存在的问题与改进措施以及某地铁已试点部分防止零序保护误动作方案的应用，我们可以看到，零序保护能使地铁供电系统的正常运行得到保证。

参考文献：

[1] 敖昌平，李勇．110kV变压器中性点保护与零序保护优化配置[J]．南昌航空工业学院学报（自然科学版），2011，（03）.

[2] 罗伟祺．地铁供电系统零序保护问题探讨[J]．技术与市场，2010，18（10）.

[3] 赵尊华，薛素琴．浅论零序保护在电网中的应用[J]．科技信息，2010，（29）.

[4] 李燕．110kV系统中性点零序保护配置的探讨[J]．甘肃科技，2012，（16）.

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【关键词】10kV；配电网；接地故障；接地保护；中性点直接接地

近年来，随着我国经济不断发展，社会用电需求每年都保持着较大的增长， 这对10kV配电网安全稳定运行的要求也越来越高。10kV配电网是电力系统的重要组成部分， 它直接关系到用电客户是否能够使用安全可靠的电能。接地保护是一项十分重要的保护措施，对保障电网安全稳定运行起到关键作用。但由于种种原因，在配电网运行过程中时常会出现接地故障，这不仅影响用户用电性能，严重情况下还会影响到配电网的供电可靠性。因此，如何做好10kV配电网接地保护工作就成为了电力部门亟待解决的任务。

1.单相接地保护现状

1.1 中性点不接地时单相接地特点

1）当系统发生单相接地时，全系统都会出现零序电压。

2）非接地线路通过的零序电流为该线路本身对地的电容电流，方向从母线流向线路。

3）接地线路通过的零序电流为所有非接地线路的对地电容电流的总和，方向从线路流向母线。

4）系统发生单相接地故障时，接地故障电流不大，系统相间电压仍然对称，不会破坏系统的稳定运行。现行规程、规范规定，小接地电流系统发生单相接地故障时允许继续运行1～2小时，在此期间采取措施消除故障一般不要求保护动作跳闸。

1.2 中性点不接地系统的保护方式

1）通过绝缘监视装置检测系统发生单相接地时出现的3U0电压动作发出系统接地信号。

2）零序电流保护，利用单相接地时，故障路线的零序电流大于非故障线路零序电流的特点也可以实现有选择性地保护。

3）零序功率方向保护，利用小接地电流系统单相接地故障时故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点，通过检测线路零序功率方向也可实现有选择性的保护。

1.3 中性点经消弧线圈接地的保护

（1）中性点经消弧线圈接地系统特点

中性点不接地系统发生单相接地时线路接地点将流过全系统的对地电容电流。如果此电流较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，导致故障相绝缘破坏，进而发展成相间短路故障，扩大事故。

中性点经消弧线圈接地后（如变压器绕组连接为型，则可在母线上加装Y形绕组接地变压器，也就是设置人工中性点）。系统发生单相接地故障时，流过接地点的电流为全系统对地电容电流与消弧线圈产生的电感电流的向量和。

Id=IL+ICΣ

式中：Id为流过故障点的接地电流。

IL为消弧线圈生产生的电感电流，

IL=U0/jωL=-jU0/ωL。

ICΣ为全系统对地电容电流，ICΣ=3U0jωCΣ。

IL与ICΣ方向相反，这种利用IL抵消ICΣ的措施称为补偿。随加入IL补偿程度的不同，可分为三种补偿方式：全补偿、欠补偿和过补偿。

1）完全补偿方式：

Id=IL+ICΣ=0的补偿方式。这种补偿方式可使接地点故障电流为零，但有严重缺点，会引发危险的串联谐振过电压。

2）欠补偿方式：

IL

3）过补偿方式

IL>ICΣ的补偿方式。过补偿方式下，接地故障点的故障电流是感性的。不会因系统运行方式的变化，电容电流的减少而成为全补偿而出现危险的谐振过电压。这种补偿方式得到了广泛的应用。

IL的补偿程度可用补偿度K来表示。

K=（IL+ICΣ）/ICΣ一般取K=（5～10）%。

采用消弧线圈过补偿方式，流过故障线路的电流为补偿后的感性电流。它与U0的相位关系与非故障线路电容电流与U0的相位关系相同。其数值也和非故障线路的电容电流的容性电流差不多。因此，前述零序电流保护和零序方向保护都不能采用。

（2）小接地电流系统保护方式

1）绝缘监察装置：消弧线圈不会改变系统零序电压的分布和大小，对绝缘监察装置没有影响。

2）短时破坏补偿的方法：在发生接地故障后利用系统出现零序电压的特点，短时将消弧线圈切除，这样就可以按不接地系统的方式实现有选择性的保护。待保护动作后再将消弧线圈投入。

3）短时投入有效电阻的方法：发生单相接地时在中性点与地之间投入一个有效电阻，使在接地点产生电阻分量电流，再利用余弦型功率方向继电器选出接地故障线路。经一定延时后，再把电阻切除。

以上三种方式应用较多还是绝缘监察装置。后两种方法因控制回路接线复杂，还有会在接地点产生较大接地电流，较少应用。

1.4 暂态分析小电流接地保护

（1）暂态过程

一般情况下，由于电网中绝缘被击穿而引起的接地故障，经常发生在相电压接近最大值的瞬间，因此可以将暂态电容电流看成是以下两个电流值和：

1）故障相电压突然降低引起的放电电流。这个放电电流通过母线流向故障点，放电电流衰减很快，震荡频率高达数千赫兹。震荡频率主要决定与电网中的线路参数、故障点位置以及过渡电阻的数值。

2）由非故障相电压突然升高引起的充电电流。此电流要通过电源而成回路。由于通路的电感增大，因此，充电电流衰减较慢，震荡频率也较低。

对于中性点经消弧线圈接地的电网，由于暂态电感电流的最大值应出现在接地故障发生在相电压经过零值瞬间，当故障发生在相电压接近最大值瞬间瞬间时，暂态电感电流近似为零。因此暂态电容电流较暂态电感电流大很多，而正常时稳态电容电流完全为电感电流所补偿，所以随时间变化的特性也不同：

a.大多数接地故障都发生在相电压接近最大值的瞬间，所以不论中性点不接地还是经消弧线圈接地，在故障瞬间其暂态过程是近似相同的；

b.故障时的暂态零序电流第一个半波（简称首半波）的幅值与故障时故障相电压的辐角有关，当相电压在最大值的瞬间发生故障，暂态零序电流首半波幅值最大；

c.流过电网各点暂态零序电流首半波的最大值，较同一点稳态零序电流值大几倍至几十倍；

d.各线路中流过的暂态零序电流首半波的宽度，约为几十微秒到几百微秒。

e.电网发生单相接地故障时，靠近母线端故障线路的暂态零序电流与非故障线路暂态零序电流的方向相反。

（2）小电流接地选线装置

利用小电流接地系统单相接地过渡过程的特点研制的小电流接地选线跳闸装置已投入系统试运行。装置利用现代微机继电保护技术，采用先进的小波分析计算方法能够准确地检测出单相接地暂态过程首半波的方向，进而选出接地线路。装置根据系统要求可选择告警或选择跳闸。

（3）小电流接地保护方式，前面已提到故障时的暂态零序电流首半波的幅值与故障相电压的辐角有关，当相电压在零值或接近零点时暂态零序电流首半波幅值最小。在雷击或外界机械破坏等因素导致的故障可能发生在故障相电压的任意辐角下。当发生这种情况时基于暂态分析的小电流接地保护将不能准确、可靠的选出发生接地故障的线路。

2.中性点直接接地的保护方式

2.1 中性点直接接地的优点

1）系统中性点直接接地，发生接地时系统中性点不会漂移，非故障相电压不会大幅升高。

2）接地故障点将流过较大幅值的接地故障电流形成稳定的接地故障点，不易形成间歇性的电弧放电，不会产生间歇性弧光接地过电压。

3）中性点直接接地系统的零序保护是成熟的保护技术，利用在110kV及以上电网的成熟应用的零序过电流保护、零序方向过电流保护以及接地距离保护可在几百毫秒至几秒钟内有选择性地快速、灵敏、可靠地切除接地故障。

4）系统中性点直接接地后，发生接地故障会导致系统三相电压的对称性破坏，导致非故障线路不能正常供电。接地故障流过幅值较大的接地故障电流，时间长了会导致接地故障设备烧坏。但因保护能快速动作切除故障，系统电压能迅速恢复正常供电状态。故障电流持续时间较短，接地故障设备的损伤不大，也容易修复。对于瞬时性的接地故障还可以通过重合闸快速恢复故障线路的供电；对于永久性的接地故障，现代的微型计算机保护装置（故障录波测距装置）也能测出大致的接地故障距离，方便快速修复故障受损线路。

5）系统中性点直接接地的最大好处还在于，接地故障的持续时间大幅缩短，可将导致的人身触电伤害的可能性降至最低。

2.2 中性点直接接地存在的问题

1）10kV配电系统接地中性点问题：变电站主变压器10kV绕组一般连接成三角形，无中性点可引出接地。此问题可采用10kV系统加装消弧线圈所采用的方案，设置人工接地点方法解决。在变电站10kV母线上接入一台专用的接地变压器，变压器10kV侧三相绕组连接成Y形引出中性点就可解决此问题。

2）当10kV系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地时，馈线间隔保护及测量计量用电流互感器常采用两相星形接线，即电流互感器只安装在A、C两相上，这种接线方式既能满足馈电线路相间保护以及测量计量的需求又可节省投资，但不能组成零序电流滤过器。要满足大接地电流零序保护需采用三相星形的电流互感器接线方式。

3.结束语

通过逐条短时断开运行线路查找接地线路，这种方式存在诸多问题，其中最大的弊病单相接地后继续运行期间存在触电伤害的风险。实践证明，采用中性点直接接地保护技术来快速切除10kV单相接地故障是一个较好的选择，值得推广应用。

参考文献：