零序方向电流保护原理与接线图

1.装设方向元件的必要性

在双侧电源或多电源的中性点直接接地系统中，线路两端有中性点接地变压器的情况下，当线路上发生接地短路时，故障点的零序电流将分为两个支路分别流向两侧的接地中性点。这种情况与在双侧电源网络中实施相间短路的电流保护一样，不装设方向元件将不能保证保护动作的选择性。例如，在图2−1−7所示的电网中，当k1 点发生接地短路时，有零序电流流过保护2 和3，为了保证选择性，应使 t02＜ t03。但当接地短路发生在k2 点时，为了保证选择性又要求 t02＞ t03，显然这是矛盾的。因此，与方向电流保护相同，必须在零序电流保护上增加零序功率方向元件，以判别零序电流的方向，构成零序方向电流保护，以保证在各种接地故障短路情况下保护动作的选择性。

图2−1−7　方向性零序分析

（a）网络接线；（b）k1 点接地短路时的零序网络；（c）k2 点接地短路时的零序网络

正向故障

2.零序功率方向继电器的工作原理

以图2−1−8所示系统为例，当M 侧保护正方向k1 点发生接地短路故障时，流过保护2 的零序电流和零序电压的关系可表示为

式中　Z 0——变压器T2、线路NP 及K1 点至母线线路的零序阻抗之和。

图2−1−8　方向性零序电流保护原理分析

（a）网络接线；（b）k1 点接地短路时的零序网络；（c）k2 点接地短路时的零序网络(www.xing528.com)

保护安装处N 母线的零序电压为

式中　Z N0——变压器T2 和线路NP 的零序阻抗之和，其阻抗角约为80°，则保护安装处零序电流超前零序电压约95°−110°。

当保护的反方向k2 点发生接地短路故障时，流过保护2 的零序电流与保护安装处N 母线的零序电压的关系为

式中　Z N1——变压器T1 和线路MN 段的零序阻抗，其阻抗角为75。～85°，则保护安装处零序电压超前零序电流的相位角为75。～85。。

由此可见，在保护的正方向和反方向发生接地短路时，零序电压和零序电流的相角差是不同的，零序功率方向继电器可依次判断接地短路发生的方向。三段式零序方向电流保护的原理接线图如图2−1−9所示。

图2−1−9　三段式零序方向电流保护的原理接线图

在零序电流保护中加装方向元件后，只需同一方向的保护在保护范围和动作时限上进行配合。图2−1−10所示为三段式零序方向电流保护时限特性，保护1、3、5 为相同动作方向，保护2、4、6 为相同动作方向，它们之间的配合以及各段的配合如图2−1−10所示。

在同一保护方向上零序方向电流保护动作电流和动作时限的整定计算原则，与前面所讲的三段式零序电流保护相同。零序电流元件灵敏度的校验也与其相同。

图2−1−10　三段式零序方向电流保护的时限特性