零序電流/正序電流/負(fù)序電流產(chǎn)生的原因

     當(dāng)前世界上的交流電力系統(tǒng)一般都是ABC三相的，而電力系統(tǒng)的正序，負(fù)序，零序分量便是根據(jù)ABC三相的順序來定的。

     正序：A相領(lǐng)先B相120度，B相領(lǐng)先C相120度，C相領(lǐng)先A相120度。

     負(fù)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(lǐng)先，也不落后。

      1、三相短路故障和正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)里面是正序。

      2、單相接地故障時(shí)候，系統(tǒng)有正序負(fù)序和零序分量。

      3、兩相短路故障時(shí)候，系統(tǒng)有正序和負(fù)序分量。

      4、兩相短路接地故障時(shí)，系統(tǒng)有正序負(fù)序和零序分量。

二、負(fù)序和零序電流。

負(fù)序電流

     發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)序電流為零，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)不對稱時(shí)，系統(tǒng)中則出現(xiàn)很大的負(fù)序電流。

  1、 產(chǎn)生原理

       負(fù)序電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方向相反，以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中感生出倍頻電流，倍頻電流主要部分在轉(zhuǎn)子表層沿軸向流動，這個(gè)電流可達(dá)到極大數(shù)值，會在轉(zhuǎn)子表面某些接觸部位引起高溫，發(fā)生嚴(yán)重電灼傷，同時(shí)局部高溫還有可能使護(hù)環(huán)松脫的危險(xiǎn)；另外，由負(fù)序磁場產(chǎn)生的兩倍交變電磁轉(zhuǎn)矩，使機(jī)組產(chǎn)生100HZ振動，引起金屬疲勞和機(jī)械損傷。

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(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過，這時(shí)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(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)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(zhí)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(chǎn)生的電流即為零序電流。

2、零序電抗：

零序參數(shù)(阻抗)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),特別是和變壓器的接線方式及中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。一般情況下,零序參數(shù)(阻抗)及零序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)不一樣。對于變壓器,零序電抗則與其結(jié)構(gòu)(三個(gè)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(guān)。當(dāng)三相變壓器的一側(cè)接成三角形或中性點(diǎn)不接地的星形時(shí),從這一側(cè)來看,變壓器的零序電抗總是無窮大的。因?yàn)椴还芰硪粋?cè)的接法如何,在這一側(cè)加以零序電壓時(shí),總不能把零序電流送入變壓器。所以只有當(dāng)變壓器的繞組接成星形,并且中性點(diǎn)接地時(shí),從這星形側(cè)來看變壓器,零序電抗才是有限的(雖然有時(shí)還是很大的)。對于輸電線路,零序電抗與平行線路的回路數(shù),有無架空地線及地線的導(dǎo)電性能等因素有關(guān)。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(dǎo)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(shè)的兩回三相架空輸電線路中通過方向相同的零序電流時(shí),不僅第一回路的任意兩相對第三相的互感產(chǎn)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(chǎn)生助磁作用,反過來也一樣.這就使這種線路的零序阻抗進(jìn)一步增大。

產(chǎn)生零序電流的兩個(gè)條件:

1、無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；

2、零序電流有通路。

以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無源泉；缺少第二個(gè)，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(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時(shí)，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負(fù)序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個(gè)分量（有點(diǎn)象力的合成與分解，但很多情況下某個(gè)分量的數(shù)值為零）。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，三相變得不對稱了，這時(shí)就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了（有時(shí)只有其中的一種），因此通過檢測這兩個(gè)不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時(shí)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(dāng)然實(shí)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(tǒng)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(gè)向量相加求和。即A相不動，B相的原點(diǎn)平移到A相的頂端（箭頭處），注意B相只是平移，不能轉(zhuǎn)動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此時(shí)作A相原點(diǎn)到C相頂端的向量（些時(shí)是箭頭對箭頭），這個(gè)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(shí)針轉(zhuǎn)120度，C相順時(shí)針轉(zhuǎn)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(fù)序分量：注意原向量圖的處理方法與求正序時(shí)不一樣。A相的不動，B相順時(shí)針轉(zhuǎn)120度，C相逆時(shí)針轉(zhuǎn)120度，因此得到新的向量圖。下面的方法就與正序時(shí)一樣了。

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

在這里再說說各分量與諧波的關(guān)系。由于諧波與基波的頻率有特殊的關(guān)系，故在與基波合成時(shí)會分別表現(xiàn)出正序、負(fù)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(gè)分量，是為了方便對系統(tǒng)的分析和狀態(tài)的判別，如出現(xiàn)零序很多情況就是發(fā)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(chǎn)生了誤差，因此諧波是個(gè)外來的干擾量，其數(shù)值并不是我們分析時(shí)想要的，就如三次諧波對零序分量的干擾。

零序電流保護(hù)

利用接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)動作的裝置，叫零序電流保護(hù)。在電纜線路上都采用專門的零序電流互感器來實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。

[1] 零序電流保護(hù)：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流，利用零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過流保護(hù)不反應(yīng)三相和兩相短路，在正常運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)也沒有零序分量產(chǎn)生，所以它有較好的靈敏度。但零序過流保護(hù)受電力系統(tǒng)運(yùn)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(fù)雜的環(huán)網(wǎng)中，由于速動段的保護(hù)范圍太小，甚至沒有保護(hù)范圍，致使零序電流保護(hù)各段的性能嚴(yán)重惡化，使保護(hù)動作時(shí)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(hù)是簡單而有效的接地保護(hù)方式,其優(yōu)點(diǎn)是:

1、結(jié)構(gòu)與工作原理簡單,正確動作率高于其他復(fù)雜保護(hù)。

2、整套保護(hù)中間環(huán)節(jié)少,特別是對于近處故障,可以實(shí)現(xiàn)快速動作,有利于減少發(fā)展性故障。

3、在電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)基本保持穩(wěn)定的條件下,保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。

4、保護(hù)反應(yīng)零序電流的絕對值,受故障過渡電阻的影響較小。

5、保護(hù)定值不受負(fù)荷電流的影響,也基本不受其他中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)短路故障的影響,所以保護(hù)延時(shí)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(yùn)行狀態(tài)中又產(chǎn)生振蕩時(shí)零序電流保護(hù)誤動作,常采用兩個(gè)第一段組成的四段式保護(hù)。

靈敏一段是按躲過被保護(hù)線路末端單相或兩相接地短路時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流整定的。其動作電流小,保護(hù)范圍大,但在單相故障切除后的非全相運(yùn)行狀態(tài)下被閉鎖。這時(shí),如其他相再發(fā)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(shí)間長,可能引起系統(tǒng)相鄰線路由于保護(hù)不配而越級跳閘。故增設(shè)一套不靈敏一段保護(hù)。

不靈敏一段是按躲過非全相運(yùn)行又產(chǎn)生振蕩時(shí)出現(xiàn)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(shí)動作的在計(jì)算電力系統(tǒng)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(gè)平衡的相量成分即正相序（UA1、UB1、UC1）、負(fù)相序（UA2、UB2、UC2）和零相序（UA0、UB0、UC0），即有：

UA=UA1+UA2+UA0

零序電流保護(hù)在運(yùn)行中需注意以下問題：

(1)當(dāng)電流回路斷線時(shí)，可能造成保護(hù)誤動作。這是一般較靈敏的保護(hù)的共同弱點(diǎn)，需要在運(yùn)行中注意防止。就斷線機(jī)率而言，它比距離保護(hù)電壓回路斷線的機(jī)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(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)個(gè)對稱運(yùn)行時(shí)，也會出現(xiàn)零序電流，例如變壓器三相參數(shù)個(gè)同所引起的不對稱運(yùn)行，單相重合閘過程中的兩相運(yùn)行，三相重合閘和手動合閘時(shí)的三相斷路器不同期，母線倒閘操作時(shí)斷路器與隔離開關(guān)并聯(lián)過程或斷路器正常環(huán)并運(yùn)行情況下，由于隔離開關(guān)或斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)零序環(huán)流，以及空投變壓器時(shí)產(chǎn)生的不平衡勵(lì)磁涌流，特別是在空投變壓器所在母線有中性點(diǎn)接地變壓器在運(yùn)行中的情況下，可能出現(xiàn)較長時(shí)間的不平衡勵(lì)磁涌流和直流分量等等，都可能使零序電流保護(hù)啟動。

(3)地理位置靠近的平行線路，當(dāng)其中一條線路故障時(shí)，可能引起另一條線路出現(xiàn)感應(yīng)零序電流，造成反分向側(cè)零序方向繼電器誤動作。如確有此可能時(shí)，可以改用負(fù)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(shí)沒有零序電流和零序電壓，回路斷線不易被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側(cè)時(shí)，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(wǎng)故障時(shí)造成保護(hù)拒絕動作和誤動作。

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