零序阻抗推導(dǎo)過程

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（正常狀態(tài)下只有正序分量）。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)序和零序分量了（有時(shí)只含其中一種），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)出現(xiàn)故障（特別是單相接地時(shí)的零序分量）。

下面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)際工程中是直接測各分量的。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（為看很清楚，不要畫成太極端）。

1）求零序分量

把三個(gè)向量相加求和：A相不動(dòng)，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(dòng)。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之一，就是零序分量的幅值，方向與三相合成矢量一致。

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(dòng)，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之一，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。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(dòng)，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。接下來操作與正序時(shí)一樣。

通過上述方法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(huì)動(dòng)作，而兩相短路時(shí)基本沒有零序電流。

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(huì)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。

零序阻抗定義

變壓器是輸變電系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備之一，它在實(shí)際運(yùn)行中，有可能出現(xiàn)三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡和非對稱接地故障的情況。此時(shí)，變壓器的三相電流大小不再相等，相位也不一定彼此相差120°，從而出現(xiàn)了三相不對稱的運(yùn)行方式。為了正確分析計(jì)算變壓器三相不對稱運(yùn)行狀況，就必須知道變壓器的正序、負(fù)序和零序阻抗。對變壓器而言，由于三相磁耦合電路是靜止的，改變?nèi)嗟南嘈虿⒉桓淖兏飨嗟幕ジ?。因此，其正序和?fù)序阻抗是相等的，并且等于負(fù)載試驗(yàn)測得的短路阻抗。而變壓器的零序阻抗卻與正序和負(fù)序阻抗大不相同。

零序阻抗影響因素

變壓器在零序系統(tǒng)下工作時(shí)，三相運(yùn)行情況是對稱的，其零序磁通仍是工頻交流分量。因而，正序“T”形等值電路原則上適用于零序。由于變壓器繞組的漏抗與相序無關(guān)，所以，零序阻抗等值電路中一次側(cè)和二次側(cè)的漏電抗和與正序的值完全相同。對于零序時(shí)的勵(lì)磁電抗而言，其值則與勵(lì)磁系統(tǒng)（磁路結(jié)構(gòu)）有著很大的關(guān)系。一般可分為下述兩種情況。

對于三相五柱式、殼式變壓器和單相變壓器，由于零序磁通可以在鐵心中形成閉合回路，因此，零序勵(lì)磁電抗就等于正序勵(lì)磁電抗，且一、二次鋇9的漏抗與正序時(shí)相同。此時(shí)，各種組合方式下的零序阻抗值可以通過正序阻抗等值電路計(jì)算得出。

對于三相三柱式變壓器，由于零序磁通三相同相，所以零序磁通不可能在鐵心內(nèi)形成閉合回路，只能穿過充油空間到油箱壁，再經(jīng)充油空間返回到鐵心方可形成閉合回路。在這種情況下，由于零序磁通所遇到的磁阻很大，所以此時(shí)的零序勵(lì)磁電抗要比正序勵(lì)磁電抗小許多，其具體數(shù)值與繞組、鐵心和油箱壁的實(shí)際結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。實(shí)際中，很難通過計(jì)算獲得。因此，這種類型變壓器的零序阻抗通常通過實(shí)測得到的。

由于變壓器繞組的聯(lián)結(jié)組對零序電流的流通有很大的影響，因此，聯(lián)結(jié)組的不同將直接影響零序阻抗的數(shù)值。以常見的聯(lián)結(jié)組Yyn和YNd為例，分析聯(lián)結(jié)組對零序阻抗的影響。

對于Yyn聯(lián)結(jié)，一次側(cè)為Y聯(lián)結(jié)，零序電流是無法流通的。此時(shí)，相當(dāng)于開路，零序阻抗為無窮大。而二次側(cè)為yn聯(lián)結(jié)，零序電流可以通過中線形成回路。此時(shí)，相當(dāng)于通路，零序阻抗是有一定數(shù)值的。

對于YNd聯(lián)結(jié)，二次側(cè)由于是d結(jié)，沒有中線，因此，從二次側(cè)三個(gè)進(jìn)線端看進(jìn)去，零序電流無法流通，相當(dāng)于開路狀態(tài)，零序阻抗為無窮大。但在d結(jié)繞組中，零序電流可以流通并形成一個(gè)閉合回路。因而，從一次側(cè)看進(jìn)去，零序電流是可以流通的，且二次側(cè)的d結(jié)繞組對零序電流處于短路狀態(tài)。此時(shí)，零序阻抗一般為正序阻抗五的0.8-1.0倍。

輸電線路零序阻抗是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算中的重要參數(shù)，其準(zhǔn)確性將直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行方式計(jì)算和繼電保護(hù)定值計(jì)算的正確性。雖然零序阻抗參數(shù)可以通過計(jì)算求得。但實(shí)際情況要比計(jì)算采用的假設(shè)條件復(fù)雜得多。計(jì)算值很難保證其準(zhǔn)確性。因而在線路投運(yùn)前要對零序阻抗進(jìn)行現(xiàn)場測量，而雙回輸電線路不同的運(yùn)行方式將對零序阻抗測試值產(chǎn)生較大影響。

對雙回輸電線路而言，Ⅱ回線路的狀態(tài)將對I回線路的零序阻抗測試值產(chǎn)生較大影響。當(dāng)Ⅱ回線路處于兩端開路或一端開路一端接地狀態(tài)時(shí)。由于Ⅱ同線路中沒有感應(yīng)電流。零序阻抗測試值與單回路時(shí)的零序阻抗相等；而當(dāng)Ⅱ回線路處于兩端接地狀態(tài)時(shí)。由于Ⅱ回線路中感應(yīng)電流的消磁作用，零序阻抗將變小。

如果平行架設(shè)線路回?cái)?shù)較多，如平行架設(shè)四回路桿塔．對其中一回線路進(jìn)行零序阻抗測量。其它回線路均兩端接地狀態(tài)。感應(yīng)電流的消磁作用將更加明顯，零序阻抗將更小。

桿塔結(jié)構(gòu)尺寸對零序阻抗也有影響，避雷線、平行架設(shè)的線路與被測線路間的幾何均距越小，消磁作用越明顯，零序阻抗將更小。 2100433B

零序保護(hù)兩者區(qū)別

兩者的區(qū)別主要在于采用的電氣量不同，接地距離保護(hù)是利用短路電壓和電流的比值，即測量阻抗的變化來區(qū)分系統(tǒng)的故障與正常運(yùn)行狀態(tài)。而零序保護(hù)利用的是接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序電流分量。這是兩者在原理上的最主要區(qū)別。但是，兩者從保護(hù)的配合上來看，都是屬于階段式的保護(hù)，即都需要各保護(hù)區(qū)的上下級配合。再一點(diǎn)，從保護(hù)的性能來分析。應(yīng)該說，在不發(fā)生單相接地時(shí)，零序電流分量是不會(huì)出現(xiàn)的，所以零序電流保護(hù)具有較低的靈敏性。但在上下級的配合時(shí)，限時(shí)零序電流速斷保護(hù)（零序II段）的靈敏性可能不滿足要求，這時(shí)可采用接地距離保護(hù)。這也就是說接地距離保護(hù)的靈敏性高于零序電流保護(hù)（可以看到，距離保護(hù)利用了短路時(shí)的兩個(gè)電氣量，自然比單一的電流保護(hù)要靈敏）。所以保護(hù)的配備上，一般距離保護(hù)作為了主保護(hù)，那么電流保護(hù)都是作為后備保護(hù)的，即在線路發(fā)生故障時(shí)，首先距離保護(hù)動(dòng)作，零序保護(hù)作為后備可能動(dòng)作。

零序保護(hù)兩者聯(lián)系

接地距離保護(hù)與零序電流保護(hù)配合才能構(gòu)成完整的接地保護(hù)。接地距離保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)是瞬時(shí)段的保護(hù)范圍固定，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響。接地距離三段保護(hù)難以反映高阻抗接地故障。零序電流保護(hù)則以保護(hù)高電阻故障為主要任務(wù)。

任一元件兩端的相序電壓與流過該元件的相應(yīng)相序電流之比，成為該元件的零序參數(shù)（阻抗）。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。

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。

當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組中三相電流數(shù)值相等、相位一致時(shí)，該電流稱為零序電流，定繞組對零序電流所呈現(xiàn)出的阻抗，稱為零序電抗。

可用串聯(lián)測量法測量零序電抗。串聯(lián)測量法接線，將轉(zhuǎn)子繞組短路，定子繞組三相首尾串聯(lián)，并且使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以20%額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，對定子繞組通入額定頻率的單相電源，調(diào)節(jié)電壓，使定子電流大約為20%額定電流值，測量電壓、電流和功率值。 2100433B