零序電流是怎么產生的？零序電流保護在運行中需注意哪些問題？

一、正序、負序和零序。

當前世界上的交流電力系統一般都是ABC三相的，而電力系統的正序，負序，零序分量便是根據ABC三相的順序來定的。

正序：A相領先B相120度，B相領先C相120度，C相領先A相120度。

負序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。

零序：ABC三相相位相同，哪一相也不領先，也不落后。

1、三相短路故障和正常運行時，系統里面是正序。

2、單相接地故障時候，系統有正序負序和零序分量。

3、兩相短路故障時候，系統有正序和負序分量。

4、兩相短路接地故障時，系統有正序負序和零序分量。

二、負序和零序電流。

負序電流

發電機正常運行時，系統中負序電流為零，當系統中出現不對稱時，系統中則出現很大的負序電流。

1、產生原理

負序電流所產生的旋轉磁場方向與轉子的運動方向相反，以兩倍同步轉速切割轉子，在轉子中感生出倍頻電流，倍頻電流主要部分在轉子表層沿軸向流動，這個電流可達到極大數值，會在轉子表面某些接觸部位引起高溫，發生嚴重電灼傷，同時局部高溫還有可能使護環松脫的危險；另外，由負序磁場產生的兩倍交變電磁轉矩，使機組產生100HZ振動，引起金屬疲勞和機械損傷。

2、正序、負序、零序的出現是為了分析在系統電壓、電流出現不對稱現象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統，就能分解出上述三個分量（有點象力的合成與分解，但很多情況下某個分量的數值為零）。對于理想的電力系統，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數值都為零（這就是我們常說正常狀態下只有正序分量的原因）。當系統出現故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量了。

3、中國有關規程對發電機正常運行負序電流的規定：汽輪發電機的長期允許負序電流為6% ~ 8%發電機額定電流；水輪發電機的長期允許負序電流為12%發電機額定電流。對不對稱負荷、非全相運行以及不對稱短路引起的轉子表層過負荷，50MW及以上A值（轉子表面承受負序電流能力的常數）大于等于10的發電機，應裝設定時限負序過負荷保護。

1、零序電流:

在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即

Ia+Ib+IC=0

如果在三相四線中接入一個電流互感器，這時感應電流為零。當電路中發生觸電或漏電故障時，回路中有漏電電流流過，這時穿過互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：Ia+Ib+Ic=I(漏電電流）

這樣互感器二次線圈中就有一個感應電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護區裝置預定動作電流值相比較，如大于動作電流，即使靈敏繼電器動作，作用于執行元件掉閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產生的電流即為零序電流。

2、零序電抗：

零序參數(阻抗)與網絡結構,特別是和變壓器的接線方式及中性點接地方式有關。一般情況下,零序參數(阻抗)及零序網絡結構與正、負序網絡不一樣。對于變壓器,零序電抗則與其結構(三個單相變壓器組還是三柱變壓器)、繞組的連接(△或Y)和接地與否等有關。當三相變壓器的一側接成三角形或中性點不接地的星形時,從這一側來看,變壓器的零序電抗總是無窮大的。因為不管另一側的接法如何,在這一側加以零序電壓時,總不能把零序電流送入變壓器。所以只有當變壓器的繞組接成星形,并且中性點接地時,從這星形側來看變壓器,零序電抗才是有限的(雖然有時還是很大的)。

對于輸電線路,零序電抗與平行線路的回路數,有無架空地線及地線的導電性能等因素有關。零序電流在三相線路中是同相的,互感很大,因而零序電抗要比正序電抗大,而且零序電流將通過地及架空地線返回,架空地線對三相導線起屏蔽作用,使零序磁鏈減少,即使零序電抗減小。平行架設的兩回三相架空輸電線路中通過方向相同的零序電流時,不僅第一回路的任意兩相對第三相的互感產生助磁作用,而且第二回路的所有三相對第一回路的第三相的互感也產生助磁作用,反過來也一樣.這就使這種線路的零序阻抗進一步增大。

產生零序電流的兩個條件:

1、無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時和異常時的不對稱，只要有零序電壓的產生；

2、零序電流有通路。

以上兩個條件缺一不可。因為缺少第一個，就無源泉；缺少第二個，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問題。

零序公式:

3U0=UA+UB+UC

3I0=IA+IB+IC

正序、負序、零序的出現是為了分析在系統電壓、電流出現不對稱現象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統，就能分解出上述三個分量（有點象力的合成與分解，但很多情況下某個分量的數值為零）。對于理想的電力系統，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數值都為零（這就是我們常說正常狀態下只有正序分量的原因）。

當系統出現故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量度了（有時只有其中的一種），因此通過檢測這兩個不應正常出現的分量，就可以知道系統出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時的零序分量）。下面再介紹用作圖法簡單得出各分量幅值與相角的方法，先決條件是已知三相的電壓或電流（矢量值），當然實際工程上是直接測各分量的。由于上不了圖，請大家按文字說明在紙上畫圖。

從已知條件畫出系統三相電流（用電流為例，電壓亦是一樣）的向量圖（為了看清楚，不要畫成太極端）。

(1） 求零序分量：把三個向量相加求和。即A相不動，B相的原點平移到A相的頂端（箭頭處），注意B相只是平移，不能轉動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此時作A相原點到C相頂端的向量（些時是箭頭對箭頭），這個向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，這就是零序分量的幅值，方向與此向量是一樣的。

(2） 求正序分量：對原來三相向量圖先作下面的處理：A相的不動，B相逆時針轉120度，C相順時針轉120度，因此得到新的向量圖。按上述方法把此向量圖三相相加及取三分一，這就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分別畫出B、C兩相。這就得出了正序分量。

(3） 求負序分量：注意原向量圖的處理方法與求正序時不一樣。A相的不動，B相順時針轉120度，C相逆時針轉120度，因此得到新的向量圖。下面的方法就與正序時一樣了。

通過上述方法大家可以分析出各種系統故障的大概情況，如為何出現單相接地時零序保護會動作，而兩相短路時基本沒有零序電流。

在這里再說說各分量與諧波的關系。由于諧波與基波的頻率有特殊的關系，故在與基波合成時會分別表現出正序、負序和零序特性。但我們不能把諧波與這些分量等同起來。由上所述，之所以要把基波分解成三個分量，是為了方便對系統的分析和狀態的判別，如出現零序很多情況就是發生單相接地，這些分析都是基于基波的，而正是諧波疊加在基波上而對測量產生了誤差，因此諧波是個外來的干擾量，其數值并不是我們分析時想要的，就如三次諧波對零序分量的干擾。

零序電流保護

利用接地時產生的零序電流使保護動作的裝置，叫零序電流保護。在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器來實現接地保護。

[1] 零序電流保護：中性點直接接地系統發生接地短路，將產生很大的零序電流，利用零序電流分量構成保護，可以作為一種主要的接地短路保護。零序過流保護不反應三相和兩相短路，在正常運行和系統發生振蕩時也沒有零序分量產生，所以它有較好的靈敏度。但零序過流保護受電力系統運行方式變換影響較大，靈敏度因此降低，特別是短距離線路上以及復雜的環網中，由于速動段的保護范圍太小，甚至沒有保護范圍，致使零序電流保護各段的性能嚴重惡化，使保護動作時間很長，靈敏度很低。

帶方向性和不帶方向性的零序電流保護是簡單而有效的接地保護方式,其優點是:

1、結構與工作原理簡單,正確動作率高于其他復雜保護。

2、整套保護中間環節少,特別是對于近處故障,可以實現快速動作,有利于減少發展性故障。

3、在電網零序網絡基本保持穩定的條件下,保護范圍比較穩定。

4、保護反應零序電流的絕對值,受故障過渡電阻的影響較小。

5、保護定值不受負荷電流的影響,也基本不受其他中性點不接地電網短路故障的影響,所以保護延時段靈敏度允許整定較高。

采用三相重合閘或綜合重合閘的線路,為防止在三相合閘過程中三相觸頭不同期或單相重合過程的非全相運行狀態中又產生振蕩時零序電流保護誤動作,常采用兩個第一段組成的四段式保護。

靈敏一段是按躲過被保護線路末端單相或兩相接地短路時出現的最大零序電流整定的。其動作電流小,保護范圍大,但在單相故障切除后的非全相運行狀態下被閉鎖。這時,如其他相再發生故障,則必須等重合閘重合以后,靠重合閘后加速跳閘。使跳閘時間長,可能引起系統相鄰線路由于保護不配而越級跳閘。故增設一套不靈敏一段保護。

不靈敏一段是按躲過非全相運行又產生振蕩時出現的最大零序電流整定的,其動作電流大,能躲開上述非全相情況下的零序電流,兩者都是瞬時動作的在計算電力系統不平衡情況下引用了對稱分量法，即任何三相不平衡的電流、電壓或阻抗都可以分解成為三個平衡的相量成分即正相序（UA1、UB1、UC1）、負相序（UA2、UB2、UC2）和零相序（UA0、UB0、UC0），即有：

UA=UA1+UA2+UA0

零序電流保護在運行中需注意以下問題：

(1)當電流回路斷線時，可能造成保護誤動作。這是一般較靈敏的保護的共同弱點，需要在運行中注意防止。就斷線機率而言，它比距離保護電壓回路斷線的機率要小得多。如果確有必要，還可以利用相鄰電流互感器零序電流閉鎖的方法防止這種誤動作。

(2)當電力系統出現個對稱運行時，也會出現零序電流，例如變壓器三相參數個同所引起的不對稱運行，單相重合閘過程中的兩相運行，三相重合閘和手動合閘時的三相斷路器不同期，母線倒閘操作時斷路器與隔離開關并聯過程或斷路器正常環并運行情況下，由于隔離開關或斷路器接觸電阻三相不一致而出現零序環流，以及空投變壓器時產生的不平衡勵磁涌流，特別是在空投變壓器所在母線有中性點接地變壓器在運行中的情況下，可能出現較長時間的不平衡勵磁涌流和直流分量等等，都可能使零序電流保護啟動。

(3)地理位置靠近的平行線路，當其中一條線路故障時，可能引起另一條線路出現感應零序電流，造成反分向側零序方向繼電器誤動作。如確有此可能時，可以改用負序方向繼電器，來防止上述方向繼電器誤判斷。

(4)由于零序方向繼電器交流回路平時沒有零序電流和零序電壓，回路斷線不易被發現；當繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側時，也不易用較直觀的模擬方法檢查其方向的正確性，因此較容易因交流回路有問題而使得在電網故障時造成保護拒絕動作和誤動作。

審核編輯：劉清