22 2019/9/1
7.微机型零序功率方向元件
①比较零序电压、零序电流的相位
动作方程
90

arg
U0 I0e j80o
270
即 190 arg U0 10
I0
②比较零序功率的幅值
最灵敏角为-100°
零序功率 P0
第k点采样值
P0 3u0 (k) 3i0 (k)
P0>0，表明是反方向故障，反方向元件动作； P0<0 ，表明是正方向故障，正方向元件动作。
故障点零序电压
3U k0 UkA UkB UkC EA
M母线测量到的电压是其背后
变压器T1的零序电压。
5
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ZT10 M
Z
' k0
.
I
Ɗ k0
N
.
U k0
I
" 0
故障点零序电压电流
Uk0 I '0 (ZT1 Z 'k0 )
a rg(ZT1 Z 'k0 ) 0
t III M

max{相邻线tNIII} 0.5s
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6 零序方向保护 * 零序电流保护采用方向闭锁的必要性
A
T1
M
PD1
N
k P T2
PD2 PD3
PD4
1QF
2QF 3QF
4QF
采用方向元件的原因与方向电流保护相同。
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传统的零序功率方向继电器
正方向故障 argU0 / I0 (180 0 ) 零序阻抗角一般80°
第3章 电网保护原理 3.2 110kV输电线路保护
3.2 110kV输电线路保护
3.2.1零序电流保护
中性点直接接地电网接地时零序分量特点 三段式零序方向电流保护 零序方向元件
2 2019/9/1
1 零序电流和零序电压的获取
（1）零序电流的获取方法 a、微机保护自采零序电流
IA
IB
大零序电流3I0.max才能满足选择性。
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（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算 躲过相邻线路Ⅰ段末端短路时流过本线路的最大零序电流。
I =K I II 0.set.1
II rel M0.k.max
K为相邻线路Ⅰ段末端
线路末端接地故障
时的最小值
灵敏度校验
Ksen
3I M0.min.N II
& 零序Ⅳ段经方向
0 D8 1
经或不经零序方向元件控制
零序过流 Ⅰ段时间
零序过流 Ⅱ段时间
零序过流 Ⅲ段时间
零序过流 Ⅳ段时间
四个带延 时段的零 序方向电 流保护
零序Ⅰ段动作
零序Ⅱ段动作
零序Ⅲ段动作
零序Ⅳ段动作
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后加速及TV断线过电流保护框图
B（起动元件开放保护）
手合或重合 零序过流加速元件
一般情况下按照整定条件① 整定，但在手动合闸或自动 重合闸期间增加100ms延时。
求t方法（取较大值）：
a.两相先合，相当于一相断线的零序电流




3I t
3 EM－EN
Z11

Z22 Z00 Z22 Z00
Z22 Z22 Z00
3 EM－EN Z11 2Z00
零序起动元件与零序功率正方向元件
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零序正方向元件动作或TV断线
C
TV断线
1 保护起动
TV断线留零序Ⅰ段 1
Ⅰ段零序元件
B
D4
0
0&
零序Ⅰ段经方向 0
0 D5
Ⅱ段零序元件
10
& 零序Ⅱ段经方向
Ⅲ段零序元件
0 D6 1
0
& 零序Ⅲ段经方向 0
Ⅳ段零序元件
0 D7 1
0
a rg(ZN0 Zl0 ) 0
arg U0 I0
0
反方向故障零序电压与 零序电流夹角约80°
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单相接地时的零序特点 • 故障点处的零序电压最高 • 零序电流的大小和分布，主要取决于系统的零序阻
抗和中性点接地变压器的零序阻抗及其所处位置。 • 零序电流仅在中性点接地的电网中流通 • 正方向故障时，保护安装处母线零序电压与零序电
3.2 110kV输电线路保护
3.2.2距离保护
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3.2.2距离保护
内容与要求
距离保护的基本原理与适用 • 电压与电流的比值、比幅与
场合
比相动作方程分析
单相式方向阻抗继电器的分 析方法
•
工频变化量、正序电压极化、 电抗、四边形等方向阻抗继
微机常用方向阻抗继电器的 原理
Z11为纵向正序阻抗
单相断线 k 2Z11 Z11 2Z00
两相断线 k 2Z11 2Z11 Z00
可见=180°时有最大的零序电流。
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零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较 灵敏I段动作值小，保护区长，灵敏度高，但在非全相运 行时要退出运行。 不灵敏I段动作值大，保护区小，作为非全相运行时的主 要接地保护。
III
0.set
rel ub.max
最大不平衡电流， 无法精确计算
灵敏度校验
近后备Ksen

3I M0.min.N I II
0.set.1
线路末端接地故障最小值
1.3 ~ 1.5
远后备Ksen
3I M0.min.P II
I 0.set.1
1.2
相邻线末端接地故障最小值
动作时间按照阶梯原则与相邻线路配合。
A
T1 M PD1
I M0
t1
N PD2 I N0 t2
P PD3 I P0 t3
即动作电流I0.set大于本线路末端三相短路时流过本保护的 最大不平衡电流。一般不计算，取2-4A
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零序过电流保护（零序电流III段）计算 躲过本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。
I K I III
出现的零序电流；TV断线过电流保护作为TV断线时的后
备保护。
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零序电流保护评价
•速动性好——只在中性点直接接地电网中配合。
• 灵敏性好——系统运行方式变化时，零序网基本保持不 变；零序阻抗一般大于正序阻抗，零序短路电流曲线更 陡。
• 应用范围——110kV及以上电网广泛采用
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流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗 • 正向故障时 argU0 / I0 (180 0 ) • 反向故障时 argU0 / I0 0
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3 零序电流速断保护（零序电流I段）---无延时 整定原则：保护区不超出本线路以保证选择性。
A
T1 M
k
N
l 3I M0
•
电器的构成原理 相间接线与接地接线
阻抗继电器的接线方式
• 区分振荡与短路，从而构成 闭锁措施
振荡闭锁的原理
• 过渡电阻特点及对继电保护
过渡电阻对距离保护的影响 的影响
与消除措施
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1 距离保护的基本原理
* 距离保护的引入
M
E
ZS
Ik
1QF
N
k 2QF 3QF
距离保护就是利用 电压电流比值判断 故障的一种保护。
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4 带时限零序电流速段保护（零序电流II段）
整定原则：保护区不超出相邻线路I段 保护区。
A
T1 M PD1
N PD2
kP
T2
B
I M0
I N0
T3
C
3I0 3I M0
N 3I N0
II 0.set.1
I II 0.set.1
II 0.set.2
3I M0.max
o
l
即动作电流I0.set大于相邻线路末端短路时流经本保护的最
.
I
" 0
U k0
.
I
' 0
0
.
.
I0' I0"
arg Uk0 I '0
(180
0 )
故障点零序电压与零序 电流夹角约-100°
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正方向故障分析
Z M0
M Z' PD1 k0
k
Z
" k0
. I0
Rg
U0
U k0
N ZN0
I 0 Z M0
M0 I0
180 M0
b. 一相先合，相当于两相断线的零序电流。


3I t
3 EM－EN 2Z11 Z00
Z11、Z22、Z00为纵向序阻抗
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零序电流灵敏I段与不灵敏I段
不灵敏I段：按整定条件③整定。
两侧电源 相差时的 零序电流
求3I0.unc方法
E
I0.unc k Z11 sin 2
即 90 arg 3U0 90
3I0
最灵敏角为-
要使得正方向时零序功率方向继电器最灵敏，则＝-80°
20
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式中 KU 80 最灵敏角 sen 80
KI
画出动作区如下
3U 0（正方向接地故障）
动作区 最灵敏线
需要强调的是，推导过程 与相量图均以-3U0、3I0关 系来完成。