零序方向继电器的原理
• 二、零序方向继电器的基本原理与实现方法。 零序电流方向保护如上所述，有些地方需要 加零序方向继电器。可利用零序方向元件构成 纵联零序方向保护，所以零序方向继电器是保 护装置经常用到的一种继电器。对零序方向继 电器的最基本要求是利用比较零序电压和零序 电流的相位来区分正、反方向的接地短路。
(6)
• 在正方向短路时正方向的零序方向继电器可以灵敏动作。
ϕ • 当反方向短路时据（4）式， = 800，因此得 P0 = 3U 0 ⋅ 3I 0 为正的 最大值。故而反方向的零序方向继电器的动作方程为： P0 = 3U 0 ⋅ 3I 0 ⋅ cos (ϕ − ϕ l ) > 0VA • (7) • 在反方向短路时，反方向的零序方向继电器可以灵敏动作。反方 向的零序方向继电器的动作边界为 0VA ，而正方向的零序方向继 电器的动作边界定为 − 1VA (当电流互感器二次额定电流是5A时)， 这是为了让反方向方向元件的灵敏度高于正方向的方向元件灵敏 度。此外正方向的零序方向继电器和反方向的零序方向继电器各 要和一个零序电流继电器组成‘与’门后才能去控制发信或停信， 其中与反方向的零序方向继电器配合的零序电流继电器的定值要 低于与正方向的零序方向继电器配合的零序电流继电器的定值， 这些也都是为了使反方向方向元件更加灵敏，使它动作后闭锁优 先。 • 在零序电流方向保护中使用的零序方向继电器无需正、反方向两
零序方向继电器的原理
• 一、零序方向继电器的设置。 由于零序电流都要经过中性点接地的变压器构成回 路，当然该变压器是或接线的变压器。所以从某种意 某种意 义上说这样的变压器是零序电源（从概念上讲零序电 源在短路点，这里只是从零序电流的流向意义上说）。 电力系统中基本上在每一母线处都有中性点接地的变 压器，所以对零序电流保护来说基本上每条线路都是 双侧电源线路。而双侧电源线路上的电流保护有时必 需加方向继电器才能保证它的选择性。因而零序电流 保护有时也必须加零序方向继电器才能保证它的选择 性。
• 根据图(a)所示的正方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、 电流正方向可得： & & • (1) U 0 = −I 0 Z S 0 • 根据图（b）所示的反方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、 电流正方向可得： & & • (2) U = I (Z +Z )
0 0 l0 R0
• 如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为。正方向短路时根据（1） 式，零序电压超前零序电流的角度为： ϕ = arg (U 0 I 0 ) = arg (− Z S 0 ) = arg Z S 0 − 180 0 = −100 0 • (3) • 反方向短路时根据（2）式，零序电压超前零序电流的角度为 ϕ = arg(U 0 I 0 ) = arg(Z l 0 + Z R 0 ) = 800 • (4)
个方向继电器。只需要正方向的零序方向继电器。
零序方向继电器的性能评述
㈠ 正方向短路和反方向短路时零序电压和零序电流的夹角截然相反，动作 边界十分清晰，因此性能良好，有良好的方向性。 ㈡ 继电器的动作行为与负荷电流无关，与过渡电阻大小无关。 负荷电流是正序电流，因此负荷电流的大小不会影响零序方向继电器 的动作行为。此外，由（3-7）和（3-8）两式可知继电器测得的零序电 压超前零序电流的角度只与保护安装处与短路方向相反一侧的零序阻抗 的阻抗角有关。而与短路方向相反的一侧的阻抗中是没有过渡电阻的， 所以零序方向继电器不受过渡电阻的影响。由于上述原因零序方向继电 器不是最灵敏地动作就是最可靠地不动作。 ㈢ 系统振荡时不会误动。 系统振荡时没有零序分量，因此零序方向继电器不会误动。另外零序 方向继电器还要和零序电流继电器构成逻辑‘与’的关系，振荡时零序 电流继电器不动作，所以不会误动。 (四)零序方向继电器只能保护接地故障，对两相短路和三相短路无能为力。 这是它的一个缺陷。但是由于这两种故障类型机率不大，所以零序方向 继电器还是得到普遍使用。
• 正方向短路和反方向短路时的相量图示于图 （c）、（d）中。（3）、（4）两式告诉我们， 在正、反方向接地短路时零序电压超前零序电 流的角度都只与保护安装处与短路方向相反一 侧零序阻抗的阻抗角有关。在正方向短路时， 零序电压超前零序电流的角度是保护安装处反 方向零序阻抗的阻抗角再反一个 ，角度 180 0 是一个负角，零序电流超前于零序电压。在反 方向短路时，零序电压超前零序电流的角度是 保护安装处正方向零序阻抗的阻抗角，角度是 正角，零序电流滞后于零序电压。正、反方向 短路时零序电压超前于零序电流的角度截然相 反，因此可用以区分正、反方向短路。（3） 和（4）两式是构成零序方向继电器的基础。

& & ϕ • 式中ϕ为超前于 3I 0的夹角， = arg U 0 I&0。当正方向短路时，据（3） ϕ = ，因此得 −1000 P0 = −3U 0 ⋅ 3I 0 式， 为负的最大值。故而正方向的 零序方向继电器的动作方程可定为：
P0 = 3U 0 ⋅ 3I 0 ⋅ cos(ϕ − ϕ l ) < −1VA 当I N = 5 A时 P0 = 3U 0 ⋅ 3I 0 ⋅ cos(ϕ − ϕ l ) < −0.2VA 当率的幅值比较方式实现 • 900系列线路保护中的零序方向继电器采用本方法实现。首先将三 jϕ &′ 倍零序电流往超前方向旋转一个 ϕ l 角，得到相量 3I 0 = 3I&0 e l ， 式中 ϕ l 为线路零序阻抗的阻抗角，例如为 780 ，按下式求得该电 ′ 流相量 3I&0 与零序电压产生的有功功率（电流的共轭相量与电压乘 ˆ & 积的实部）： 0 = Re3U 0 ⋅ 3I&0 = 3U 0 ⋅ 3I 0 ⋅ cos(ϕ − ϕ l ) (5) ′ P
图3-2 正、反方向接地短路时的零序序网图和相量图
• 设零序方向继电器装在MN线路的M侧。在 上图所示的零序序网图中，加在继电器 的上的零序电压、电流按传统方式规定 它的正方向。零序电压的正方向是母线 电压为正、中性点电压为负，图中电压 箭头表示电位降方向。零序电流以母线 流向被保护线路方向为其正方向。
• ㈠ 正、反方向接地短路时，零序电压和零序电流的夹角
Z S0
M
N
F0 I0
M
F
F
F0
Zl 0
N
Z R0
I0
U0
↑ UK0
UK0 ↑
U0
(a) 正方向短路
(b) 反方向短路
I0 Z S0
U 0 = I 0 (Z l 0 + Z R0 )
80 0
I0 I0
(d) 反方向短路相量图
− 100 0
U0
(c) 正方向短路相量图