[科普中國]-零序

零序是一種接地故障檢測方法，它使用一個(gè)傳感器（CT）來把所有相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體連接在一起，傳感器會(huì)按照線路中接地故障電流的不平衡程度等比例地產(chǎn)生輸出，再由一臺繼電器來測量這一輸出，并斷開斷路器或釋放接地故障警報(bào)。

簡介系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，可采用將三相電流轉(zhuǎn)換為零序、負(fù)序和正序的對稱計(jì)算，簡化故障分析。

零序：三相系統(tǒng)中的不平衡分量，且相互之間相位相同。

線路零序參數(shù)的影響輸電線路零序阻抗的突降會(huì)直接影響線路接地距離保護(hù)和零序方向保護(hù)的工作可靠性。計(jì)算了輸電線路架空地線在逐基桿塔接地(簡稱逐基接地)、單點(diǎn)接地、2處接地、3處接地等多種不同接地方式下的零序參數(shù)，討論大地電特性(土壤電阻率)和架空地線電特性(架空地線型號)對輸電線路零序參數(shù)的影響。結(jié)合地線絕緣子工頻放電特性，計(jì)算了輸電線路單相接地故障時(shí)沿線地線絕緣子工頻放電動(dòng)作情況。根據(jù)線路地線絕緣子動(dòng)作情況，計(jì)算單相接地故障對輸電線路零序參數(shù)的影響。研究表明，架空地線不同接地方式下線路零序參數(shù)存在差異，采取非逐基接地方式時(shí)，線路兩側(cè)變電站、沿線不同地點(diǎn)發(fā)生單相接地故障及不同短路電流下沿線地線絕緣子動(dòng)作情況不同，線路零序參數(shù)可能不同。同時(shí)給出了架空地線單點(diǎn)接地和逐基接地時(shí)線路零序參數(shù)的現(xiàn)場測量方法。1

架空地線接地方式的影響1）架空地線單點(diǎn)接地 ：

架空地線絕緣單點(diǎn)接地時(shí)，計(jì)算了架空地線不換位且不分段、架空地線換位不分段、架空地線分段不換位時(shí)輸電線路的零序阻抗。

架空地線絕緣單點(diǎn)接地時(shí)，若采取地線換位、地線分段等降低架空地線感應(yīng)電壓的措施，地線換位不會(huì)改變輸電線路零序阻抗，地線分段對輸電線路零序阻抗的影響很小。這是由于地線換位、地線分段等降低架空地線感應(yīng)電壓的措施不會(huì)改變單點(diǎn)接地時(shí)零序電流分布，三相零序電流3I0仍是只經(jīng)過大地返回，而不通過架空地線返回。1

2）架空地線2處接地：

架空地線2處接地時(shí)，固定其中一個(gè)接地點(diǎn)為線路首端變電站構(gòu)架處，另一個(gè)接地點(diǎn)分別為(a)線路 L/4 處、(b)中部(L/2 處)、(c)線路 3L/4 處和(d)線路末端變電站構(gòu)架處，L 為線路首端到末端的距離。

隨著架空地線第2個(gè)接地點(diǎn)后移，經(jīng)過架空地線返回的零序電流Ig0 流過架空地線越長，架空地線2個(gè)接地點(diǎn)之間的零序電流都會(huì)受到Ig0去磁作用，在2個(gè)接地點(diǎn)之外的部分全由大地返回零序電流。2個(gè)接地點(diǎn)之間距離越長，被Ig0去磁影響的線路越長，因此零序阻抗幅值Z0隨第2個(gè)接地點(diǎn)的后移而減小，零序電抗X0隨著第2個(gè)接地點(diǎn)后移而減小。

零序電阻R0不僅與零序電流構(gòu)成回路有關(guān)，還受架空地線型號、土壤電阻率等因素影響，因此在(d)架空地線首端和末端接地時(shí)出現(xiàn)了反而小于(b)架空地線端部和中部接地、(c)架空地線端部和3L/4處接地時(shí)零序電阻的現(xiàn)象。1

3）架空地線3處接地 ：

架空地線3處接地時(shí)，假定架空地線兩端均接地，第3個(gè)接地點(diǎn)分別為線路L/4處、中部(L/2 處)和3L/4處，計(jì)算了上述3種不同接地情況下輸電線路的零序阻抗。

架空地線兩端均接地時(shí)，第3 接地點(diǎn)的位置對輸電線路的零序阻抗影響很小。

4）架空地線逐基接地 ：

架空地線逐基接地時(shí)，輸電線路零序阻抗略小于架空地線兩端部均接地時(shí)的零序阻抗值。架空地線2個(gè)端部接地時(shí)，架空地線全線都能參與零序電流的分流，從而對各相導(dǎo)線的全線產(chǎn)生去磁作用，使得架空地線零序阻抗明顯小于架空地線單點(diǎn)接地時(shí)。且一旦架空地線兩端接地，架空地線其它地方接地與否對輸電線路零序阻抗的影響不明顯。1

土壤電阻率的影響無論架空地線的接地方式是單點(diǎn)接地還是逐基接地，三相零序電流均需要從大地返回，大地土壤電阻率大小會(huì)影響輸電線路零序阻抗。零序阻抗隨著土壤電阻率增大而增大，主要表現(xiàn)為零序電抗增大，零序電阻與土壤電阻率不存在此關(guān)系。

架空地線逐基接地時(shí)，零序阻抗受土壤電阻率的影響不如單點(diǎn)接地時(shí)明顯。原因是架空地線單點(diǎn)接地時(shí)，三相零序電流全部經(jīng)大地返回，形成“三相導(dǎo)線-大地”零序電流回路，土壤電阻率直接影響零序電流整個(gè)回路電特性的變化。架空地線逐基接地時(shí)，三相零序電流可同時(shí)經(jīng)大地和架空地線返回，零序電流回路包括“三相導(dǎo)線-大地”和“三相導(dǎo)線-架空地線”回路。此時(shí)土壤電阻率僅會(huì)明顯影響“三相導(dǎo)線-大地”回路的電特性，對整個(gè)零序電流回路的影響比架空地線單點(diǎn)接地時(shí)小。1

架空地線型號的影響架空地線電氣參數(shù)也會(huì)影響零序阻抗。架空地線電氣參數(shù)差異較大，如鋼絞線GJ-50的直流電阻為3.91 ?/km，而良導(dǎo)體地線LGJ-150/35的直流電阻為0.19?/km，不同型號的光纖復(fù)合架空地線(optical fiber composite overhead ground wire ，OPGW)直流電阻變化范圍可達(dá) 0.23～1.72 ?/km。

架空地線包括普通地線(含鋼絞線地線和良導(dǎo)體地線)和OPGW，計(jì)算時(shí)普通地線選取4種鋼絞線和3種良導(dǎo)體地線，OPGW選取5種型號地線，土壤電阻率取100?·m。1

不完全接地故障零序電壓軌跡及應(yīng)用小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選相的傳統(tǒng)判據(jù)是建立在電網(wǎng)對地參數(shù)嚴(yán)格對稱的條件下形成的，由于電網(wǎng)不對稱度的普遍存在，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不完全接地故障時(shí)，特別是經(jīng)高阻接地時(shí)，傳統(tǒng)判據(jù)失效。詳細(xì)分析并給出電網(wǎng)發(fā)生不完全接地故障后的零序電壓軌跡，根據(jù)零序電壓變化的特征將平面坐標(biāo)系分成若干扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)與電網(wǎng)參數(shù)“不平衡矢量和”相對應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，零序不平衡電壓處在的扇區(qū)不同，隨著過渡電導(dǎo)的增加，零序電壓的幅值和相位變化均出現(xiàn)不同的特征，可根據(jù)零序電壓軌跡變化的規(guī)律特征，實(shí)現(xiàn)單相不完全接地故障相的判別。理論及仿真分析表明，所提方法可有效解決不對稱電網(wǎng)發(fā)生不完全接地故障相的識別。2

不完全接地故障相的監(jiān)測傳統(tǒng)接地相的判據(jù)按照電壓變化正相序提出了電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的判據(jù)：1）消弧線圈欠補(bǔ)償(或中性點(diǎn)不接地)時(shí)電壓最高相的滯后相為接地相，該判據(jù)在扇區(qū)POQ是成立的（當(dāng)A相故障），但是如果零序電壓U0落入其他扇區(qū)，傳統(tǒng)判據(jù)失效；2）消弧線圈過補(bǔ)償時(shí)電壓最高相的超前相為接地相，該判據(jù)在扇區(qū)poq是成立的（當(dāng) A相故障），但是如果零序電壓U0落入其他扇區(qū)，傳統(tǒng)判據(jù)失效。2

不同扇區(qū)內(nèi)，隨著過渡電導(dǎo)GE的增加，零序電壓變化特征如下：

1）扇區(qū) NOL：零序電壓相位增加，幅值增加；2）扇區(qū) MON：零序電壓相位增加，幅值減??；3）扇區(qū) GOM：零序電壓相位先增加后減小，幅值減??；4）扇區(qū) GOF：零序電壓相位減小，幅值減?。?）扇區(qū) FOQ：零序電壓相位減小，幅值增加；6）扇區(qū) QOL：零序電壓相位先減小后增加，增幅值增加。

不同扇區(qū)內(nèi)，隨著過渡電導(dǎo)GE的增加，零序電壓變化特征如下：

1）扇區(qū) nol：零序電壓相位減小，幅值增加；2）扇區(qū) mon：零序電壓相位減小，幅值減??；3）扇區(qū) gom：零序電壓相位先減小后增加，幅值減?。?）扇區(qū) gof：零序電壓相位增加，幅值減??；5）扇區(qū) foq：零序電壓相位增加，幅值增加；6）扇區(qū) qol：零序電壓相位先增加后減小，增幅值增加。2

不同扇區(qū)內(nèi)，隨著過渡電導(dǎo)GE的增加，零序電壓變化特征如下：

1）扇區(qū) MOP：零序電壓相位增加，幅值減小；2）扇區(qū) PON：零序電壓相位減小，幅值減?。?）扇區(qū) NOQ：零序電壓相位減小，幅值增加；4）扇區(qū) MOQ：零序電壓相位增加，幅值增加。

由以上結(jié)論可知，不同故障相發(fā)生不完全接地故障發(fā)生所引起的零序電壓幅值或相位的變化均不同，因而可根據(jù)零序電壓幅值和相位的變化特征實(shí)現(xiàn)故障的判斷。

電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中會(huì)有線路投入或切除的操作。為此，在線路操作后需再次測量電網(wǎng)線路對地絕緣參數(shù)和零序不平衡電壓，并計(jì)算“系統(tǒng)參數(shù)不對稱矢量和”，然后重新刻畫電網(wǎng)發(fā)生單相不完全接地故障后零序電壓變化規(guī)律(軌跡)。根據(jù)故障后零序電壓幅值和相位的變化特征判斷故障相。2

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生不完全接地故障的仿真數(shù)據(jù)，U0為零序電壓幅值、φ0為零序電壓相位。 隨著過渡電阻的減小，A相接地故障，零序電壓幅值先減小后增加，相位先減小后增加；B相接地故障，零序電壓幅值先減小后增加，相位增加；C相接地故障，零序電壓幅值增加，相位先減小后增加。這與理論分析的結(jié)果相吻合。

消弧線圈過補(bǔ)償系統(tǒng)消弧線圈過補(bǔ)償接地系統(tǒng)發(fā)生不完全接地故障的仿真數(shù)據(jù)，U0為零序電壓幅值、φ0為零序電壓相位。隨著過渡電阻的減小，A相接地故障，零序電壓幅值先減小后增加，相位減?。籅相接地故障，零序電壓幅值先減小后增大，相位先增加后減??；C相接地故障，零序電壓幅值增加，相位減小。

消弧線圈過補(bǔ)償與欠補(bǔ)償(不接地)電網(wǎng)在對應(yīng)特征扇區(qū)內(nèi)，隨著過渡電導(dǎo)的增加，零序電壓幅值變化規(guī)律相同，零序電壓的相位變化規(guī)律相反。2

消弧線圈全補(bǔ)償接地系統(tǒng)消弧線圈全補(bǔ)償接地系統(tǒng)發(fā)生不完全接地故障的仿真數(shù)據(jù)，U0為零序電壓幅值、φ0為零序電壓相位。隨著過渡電阻的減小，A相接地故障，零序電壓幅值先減小后增加，相位減?。籅相接地故障，零序電壓幅值先減小后增加，相位增加；C相接地故障，零序電壓幅值增加，相位減小。這與理論分析的結(jié)果相吻合。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所