中性点不接地系统零序电流方向判定及应用

中性点不接地系统在线故障定位的零序相量法对中性点不接地配电系统发生单相接地故障进行了分析，得出了各支路零序电流与零序电压之间的幅值相位关系，进一步提出了在线故障定位的零序相量法。

该方法采用了相合成法测量方式，借助GPS和GPRS技术来实现相位差测量，并给出了相合成法实际检测判据。

理论分析和ATP仿真表明了该方法的有效性。

标签：在线故障定位；中性点不接地系统；相位差；零序相量；相合成法0 引言随着用户对供电质量要求的不断提高，在线解决配电网故障定位问题成为供电部门的迫切需要。

然而配电网一般采用小电流接地方式，发生单相接地故障时，接地电流比较小，并且配电网线路接线复杂，分支较多，确定故障点比较困难[1-2]。

文献[3-4]提出了基于故障指示器在线故障定位的方法，该方法对中性点不接地系统短路故障有一定效果，但判别接地故障效果不理想。

文献[5-6]通过检测注入的特殊频率信号来判断故障位置，这种方法易受接地电阻和线路分布电容的影响。

为此，本文提出了中性点不接地系统在线故障定位的零序电流相量法，该方法利用故障线路上故障路径与非故障路径的零序相差及零序电流幅值的不同确定故障分支、故障路径及故障点。

采用了相合成法测量方式，借助GPS和GPRS 技术来实现相位差测量，并给出了相合成法实际检测判据。

理论分析和ATP仿真表明了该方法的有效性。

1 单相接地故障分析以图1所示系统为例，对中性点不接地系统发生单相接地故障后的零序电压和零序电流进行分析。

图1所示系统具有n条出线，出线n上A相经电阻接地，接地电阻为R，接地点将线路分为x和y2部分。

通过对中性点不接地系统单相接地故障的电路分析，得出如下结论：（1）以线路正方向为零序电流的正方向，故障路径上的零序电流相位滞后零序电压，非故障路径上的零序电流超前零序电压。

（2）从电流走向可以看出，沿着故障路径零序电流是逐渐增大的，故障点前最大；故障点后比故障点前零序电流小很多（不包含故障线路极长的情况），且沿线路方向逐渐减小。

正序、负序、零序电流的关系及保护对称分量法零序、正序、负序的理解与计算1、求零序分量：把三个向量相加求和。

即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端箭头处。

注意B相只是平移不能转动。

同方法把C相的平移到B相的顶端。

此时作A相原点到C相顶端的向量些时是箭头对箭头这个向量就是三相向量之和。

最后取此向量幅值的三分一。

这就是零序分量的幅值方向与此向量是一样的。

2、求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理，A相的不动B相逆时针转120度C相顺时针转120度因此得到新的向量图。

按上述方法把此向量图三相相加及取三分一这就得到正序的A相用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C 两相。

这就得出了正序分量。

3、求负序分量注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。

A相的不动B相顺时针转120度C相逆时针转120度因此得到新的向量图。

下面的方法就与正序时一样了。

对电机回路来说是三相三线线制Ia+Ib+Ic=0三相不对称时也成立。

当Ia+Ib+Ic≠0时必有一相接地对地有有漏电流对三相四线制则为Ia+Ib+Ic+Io=0成立只要无漏电三相不对称时也成立因此零序电流通常作为漏电故障判断的参数。

负序电流则不同其主要应用于三相三线的电机回路在没有漏电的情况下即Ia+Ib+Ic=0三相不对称时也会产生负序电流负序电流常作为电机故障判断注意了Ia+Ib+Ic=0与三相对称不是一回事Ia+Ib+Ic=0时三相仍可能不对称。

注意了三相不平衡与零序电流不可混淆呀三相不平衡时不一定会有零序电流的同样有零序电流时三相仍可能为对称的。

这句话对吗?前面好几位把两者混淆了吧正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时把三相的不对称分量分解成对称分量正、负序及同向的零序分量。

只要是三相系统一般针对三相三线制的电机回路就能分解出上述三个分量有点象力的合成与分解但很多情况下某个分量的数值为零。

对于理想的电力系统由于三相对称因此负序和零序分量的数值都为零。

中性点不接地系统电容电流中性点不接地的运⾏⽅式，电⼒系统的中性点不与⼤地相接。

我国3～66kV系统，特别是3～10kV系统，⼀般采⽤中性点不接地的运⾏⽅式。

中性点不接地系统正常运⾏时，各相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，电⽹中⽆零序电压。

由于任意两个导体之间隔以绝缘介质时，就形成电容，所以三相交流电⼒系统中相与相之间及相与地之间都存在着⼀定的电容。

系统正常运⾏时，三相电压UA、UB、UC是对称的,三相的对地电容电流Ico.A、Ico.B、Ico.C也是平衡的。

所以三相的电容电流相量和等于0，没有电流在地中流动。

每个相对地电压就等于相电压。

当系统出现单相接地故障时(假设C相接地)，故障电流Id（在下图中实际就是Ic）没有返回电源的通路，只能通过另外两⾮故障相（如A、B相）的对地电容返回电源。

I=U/Xc=ωCU，⽽C∝S/d，即与电容极板⾯积成正⽐、⽽与极板距离成反⽐。

所以线路对地电容，特别是架空线路对地电容很⼩，容抗很⼤，所以Id很⼩，按照规范，不得⼤于20A，同时作为此系统（如10KV 系统）负载⼯作的10KV变电所（10/0.38KV），其保护接地电阻按规范不得⼤于4Ω（交流电⽓装置的接地设计技术规范，DL/T 621），所以低压系统对地电位升⾼有限（⼀般不超80V，保护接地电阻做重复接地时不超50V）。

此时C相对地电压为0,⽽A相对地电压⽽B相相对地电压,同时U'a、U'b相差60度。

由此可见，C相接地时，不接地的A、B两相对地电压由原来的相电压升⾼到线电压（即升⾼到原来对地电压的√3 倍，即1.732倍），相位差60度。

C相接地时，系统接地电流（电容电流）IC应为A、B两相对地电容电流之和。

由于⼀般习惯将从电源到负荷⽅向取为各相电流的正⽅向，所以：。

IC＝√3 ICA⼜因Ica＝U’A／XC＝√3 UA／XC＝√3 IC0，因此IC＝√3Ica= 3IC0，即⼀相接地的电容电流为正常运⾏时每相电容电流的三倍。

电力系统中性点接地方式及其零序保护电力系统中性点是指发电机、变压器的中性点且指变压器Y形接线，通常情况下，接地中性点管理方式主要有两种，中性点不接地和中性点接地，而中性点接地根据接地方式不同又可以分为中性点经消弧线圈接地以和中性点直接接地。

本文主要介绍了中性点三种接地方式的特点及其在单相接地故障发生时，常见零序保护方式及其特点。

标签：中性点接地方式；零序保护；电力系统0 前言电力系统中绝大多数故障都是单相接地故障。

为提高其动作灵敏性，均装设专门的接地保护装置。

该装置构成简单，易于实现。

通常反映接地故障时的零序电流和电压，称为零序保护装置。

零序保护装置的装设可以使相间短路的保护接线用电流互感器不完全星形接法来实现，简化了设备。

而中性点不接地、中性点经消弧线圈接地系统在发生单相接地故障时，由于故障电流小，线电压仍然对称，系统还可以持续运行1-2小时，故称为小电流接地系统。

除非有特殊要求，该系统的接地保护才作用于跳闸，否则接地保护只作用于信号，提醒运行人员注意。

下面就本人在工作学习过程中的知识点，做一简单介绍。

1 中性点运行方式及其特点介绍1.1 中性点不接地系统当出现故障时，造成单相接地现象，单向回路短路，造成使故障相动作电压降低为零，同时非故障相电压相对升高，成为高线电压。

而中性点电压由于发生偏移变化，等同于一相电压。

接地点电流也因此产生变化，等同于非故障相对地电容电流的和，而数值也因此成为正常运行时单相对地电容电流的3倍。

虽然出现中性点的偏移导致电相、电压以及电流的变化，但线压仍然以对称的形式存在保证对称供应，可以连续继续运行2小时以上。

此外，由于中性点发生接地现象，导致接地容性电流的产生并且较强，因此导致接地点在一定范围内产生电弧，对周边安全造成影响。

此种方法为小电流接地系统方法，通常针对与电流相对较小的电力系统，如6kV以下系统。

1.2 中性点接地系统1.2.1 中性点经消弧线圈接地系统当采用中性点经消弧线圈接地系统时，其正常运行状态下电压、电流以均衡、对称额形式存在。

中性点非直接接地系统单相接地零序保护在高压电力系统中，常常采用中性点非直接接地系统，以降低接地电流和提高系统可靠性。

然而，在系统中出现单相接地故障时，不及时进行保护会对设备和人员造成极大的危害。

因此，在中性点非直接接地系统中，单相接地零序保护尤为重要。

中性点非直接接地系统传统的电力系统接地方式是直接接地，即将变压器中性点直接接地。

这种方式可以很好地保护设备和人员，但接地电流较大，同时因为接地电阻的存在，也会对系统的可靠性造成影响。

为了降低接地电流和提高系统可靠性，中性点非直接接地系统被广泛应用。

中性点非直接接地系统采用了电容接地方式，即将中性点通过电容器接地。

由于电容器对于高频电流有很大的阻抗，因此可以阻挡高频电流的流动，从而降低接地电流的大小。

单相接地故障在中性点非直接接地系统中，如果系统的一相短路到地，则会形成单相接地故障。

此时，由于其它两相和中性点并没有短路，因此会形成一个电路回路，使得短路点处的电流呈现出谐波成分，谐波的频率为系统的工频2倍、3倍、4倍、5倍……单相接地故障如果不进行及时保护，会对系统造成很大的危害。

其危害主要有以下几点：•会造成设备的强迫停电；•会对设备造成损坏，如电缆断裂、电缆烧毁等；•会产生电弧，并释放大量的能量，对人员造成威胁。

因此，单相接地零序保护成为了中性点非直接接地系统中的重要保护手段。

单相接地零序保护单相接地零序保护是利用附加变压器来检测和保护单相接地故障的一种保护方式。

其基本原理是通过对电网上三相电流进行比较，产生一个零序电流信号，当零序电流超过一定的阈值时，即可判断为单相接地故障，并给出保护动作信号。

在附加变压器中，起到检测作用的是互感器，其原理图如下：| 1 4 |3 -------> | | --------> 2| 2__3__ |如图，附加变压器主要由一组1-4绕组和两组2-3绕组组成。

其中，1-4绕组主要用于检测电流，其余部分用于耦合，使得1-4绕组的信号可以被传递到2绕组上。

几种单相接地故障选线方法阐述一、小电流接地系统单相接地故障选线及特点概述当前，在我国配电网中使用最多的是中性点不接地以及经消弧线圈接地系统两种，因此，在这里重点分析这两种接地系统单相接地故障选线的特征。

（一）中性点不接地系统中性点不接地方式有着结构简单、运行方便的优点，如果发生瞬时故障，一方面，其通常可以做到自动熄弧，非故障相的电压不会发生太大的升高，系统的对称性不会因此破坏；另一方面，单相接地电流也往往较小，单相接地不形成短路回路，在系统运行的过程中仍然允许单相接地故障存在一段时间，这就为排除故障赢取了一段时间。

如果发生雷击导致绝缘闪络，绝缘通常可以自行恢复，在一定程度山提高了供电的可靠性。

中性点不接地系统最大的优势在于，如果线路不是太长其可以自动消除单相接地故障，避免了跳闸的发生。

其缺点是由于中性点是绝缘的的缘故，电网对地电容中储存的能量不能得到有效的时方。

在正常运行的情况之下，中性点不接地系统各个线路对地电容基本相同，由此中性点电压为零。

但是一旦发生单相接地故障，其对称性就会遭到破坏，中性点由此悬空，单相接地后中性点电位将发生偏移，最终影响其他两相对地龟压。

通常来说，中性点不接地系统发生单相接地故障时有以下几点：第一，在发生单相接地的时候，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，此时，全系统会出现零序电压，其大小与电网正常工作时的电压相等。

第二，在非故障线路上会存在零序电流，其数值和自身的对地电容电流相等，方向从母线流向线路。

第三，在故障线路上，零序电流等于所有非故障线路的零序电流的和，方向从线路流向母线，相位和非故障线路零序电流的相位相反。

第四，接地故障处的电流和所有线路的接地电容电流的总和相等。

（二）经消弧线圈接地系统消弧线圈消弧的原理是如下：当消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流时，故障点的接地电流大小就会大大减小，变成残余电流。

此时，电弧就容易熄灭；在消弧线圈的作用下，恢复电压的初速度得到降低，故障相电压的恢复时间也得以延长，恢复电压的极值也在一定程度上得到限制，从而使得接地电弧不会重燃，达到彻底消弧的目的。

中性点非直接接地系统的零序保护（一）中性点不搪地系统的零序保护1、单相接地故障的特点中性点不接地系统，正常运行时三相对称，中性点对地电压等于零，全系统没有零序电压和零序电流。

当系统发生单相接地时，系统各处故障相的对地电压等于零。

三相对地电压不平衡，出现零序电压；系统电流分布如图3-17所示。

图示为三条线路L1、L2和L3，假设均未带负荷，在线路L3上发生A相单相接地故障，由于系统中性点不接地，发生单相接地短路时，系统没有其他的直接接地点，短路电流只能通过单相接地故障点和各条线路非故障相对地分布电容构成通路，根据图示电流分布，中性点不接地系统发生单相接地故障时有如下特点：1)故障相对地电压等于零，系统出现零序电压；2)所有线路出现接地电流(零序电流)，接地电流为容性电流；故障点接地电流等于所有线路的对地电容电流之和；3)故障线路的零序电流等于所有非故障线路的电容电流之和，方向由线路流向母线；4)非故障线路的零序电流等于本身线路非故障相的对地电容电流，方向由母线流向线路。

可见，中性点不接地系统发生单相接地故障时的零序电流数值不大，三相电压之间的线电压仍然对称，能够对负荷供电，因此不必立即跳闸，可以连续运行l～2h。

为了防止故障发展扩大，要求此时继电保护动作发出信号。

2．单相接地保护目前，对于中性点不接地系统，通常采用绝缘监视和接地选线的方式实现单相接地保护。

(1)绝缘监视装置。

绝缘监视装置反应中性点不接地系统发生单相接地故障时，系统出现零序电压而动作发出信号，也称为零序电压保护，原理接线图如图3-18所示。

电压互感器二次有两组绕组，其中一组接成星形，接三个电压表，用于测量各相对地电压；另一组接成开口三角形，用于测量零序电压，用过电压继电器KV反应零序电压。

系统正常运行时，三相对称，无零序电压，过电压继电器KV不动作，三个电压表指示相同，为相电压；发生单相接地，系统出现零序电压，过电压继电器KV动作后接通信号回路，发出接地故障信号，此时接地相电压降低，根据电压表PV的读数可判断接地相。

中性点直接接地非直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护)分析一、中性点直接接地系统中的接地短路1.零序电流的产生原因当中性点直接接地的系统遭遇接地故障时，故障点会产生电流流入地下，并经过接地电阻返回中性点，形成一个环回电路。

这种环回电路可以产生零序电流。

2.转动方向保护的原理转动方向保护是对中性点直接接地系统中接地短路进行保护的一种方法。

其原理基于电流的方向差异。

当接地短路发生在导线的上游（电源侧），即电流方向从电源经过导线流向接地短路点，由于电流在导线和接地电阻中的阻抗相同，所以阻抗差异不大，无法通过阻抗差异实现保护。

当接地短路发生在导线的下游（负载侧），即电流方向从负载经过导线流向接地短路点，此时导线和接地电阻的阻抗差异很大，可以通过阻抗差异实现保护。

具体步骤如下：（1）对接地电阻进行接地电流测试，得到接地电流的大小和方向。

（2）监测导线上的电流和方向，将其与接地电流进行比较。

（3）如果电流方向一致并且电流大小大于接地电流，则表示发生了接地短路。

以上为中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护方法。

二、中性点非直接接地系统中的接地短路中性点非直接接地系统是指中性点通过绕组或设备间接接地的系统，如通过绕组接地、通过无功补偿设备接地等方式。

在这种系统中，接地短路同样可能导致零序电流的产生。

1.零序电流的产生原因中性点非直接接地系统中接地短路导致的零序电流产生原因与中性点直接接地系统类似，即故障点产生电流流入地下并返回中性点，形成环回电路，产生零序电流。

2.方向保护的原理中性点非直接接地系统中，方向保护的原理相对复杂一些，需要考虑绕组和无功补偿设备的接地情况。

具体步骤如下：（1）通过对接地设备的综合性能测试，得到绕组的阻抗值和接地电流的参考值。

（2）监测绕组的电流和方向，并将其与接地电流进行比较。

（3）如果电流方向一致并且电流大小大于接地电流参考值，则表示发生了接地短路。

需要注意的是，在中性点非直接接地系统中，由于绕组和无功补偿设备的阻抗增加了接地电流的路径，所以接地电流的大小可能会相对较小，需要设置合适的灵敏度来实现准确的接地短路保护。

中性点经消弧线圈接地：原理：单相接地电流主要是电容电流。

如果能够在发生单相接地时用电感电流部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流将大减小。

消弧线圈：消弧线圈是一个可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值改变可采用多种方法。

消弧线圈补偿原理：发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。

消弧线圈的补偿方式：固定欠补偿电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。

因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。

故一般也不采用。

固定全补偿消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。

易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。

固定过补偿电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。

固定过补偿方式在电网中得到广泛使用。

但过补偿程度要合适。

自动跟踪补偿时刻跟踪电网电容电流变化，调节电感量，达到预设补偿量，一般设定为跟踪全补偿方式。

自动跟踪补偿消弧线圈在目前电网中占据主要地位。

零序过电流原理原理：在中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，故障相流过零序电流互感器的电流为非故障相电容电流之和，大于零序过电流保护整定值。

整定：整定值应按躲过本支路电容电流整定。

适用范围：适用于中性点不接地系统优点：保护原理简单，通过零序电流互感器检测出该零序电流的大小，在超过整定值时使继电器动作，切断故障线路电源缺点：三相出线电容电流要均匀。

零序无功功率方向原理原理：利用故障线路零序电流（线路流向母线）滞后零序电压90 、非故障线路零序电流（母线流向线路）超前零序电压90 的特点来实现。

适用范围：适用于中性点不接地系统。

优点：这一原理对零序电流的大小要求降低，使之在实际电网中得到广泛应用。

缺点：对零序电流互感器的角特性要求较高。