中国南方电网有限责任公司 聂书群

许继电气股份有限公司 王柏恒 周群英

电厂、变电站新投运或复杂保护投运时，为了防止二次接线错误，必须带负荷检验方向元件的动作行为，以确保二次接线的正确性。如零序功率方向继电器、负序功率方向继电器等。由于目前微机保护得到广泛的运用，给调试带来很大的方便，但是也使得调试人员在调试保护装置过程中疏忽了理论，甚至于有些调试人员保护装置调试完了也没搞清楚保护的原理。由于方向元件的检验需要理论和实践知识相结合，在实际运用过程中容易混淆而不能正确判断其动作行为的正确性。本文，笔者通过理论知识、实际接线、结合系统潮流分析方向元件的动作情况，以确定保护接线的正确性。

本文，笔者以零序功率方向为例来讨论。在零序电流保护正方向有中性点接地变压器的情况下，不管被保护线路的对侧有无电源，当保护背后发生非对称接地故障时，有零序电流通过保护安装点，当该电流达到一定值时，可引起零序电流保护的某段误动作。为了避免误动作，可采用加大整定电流值或者增大动作时限的办法，可是将导致保护的灵敏度下降或者动作时限过大，而且采用增大动作时限的方法还将出现对动作时限有矛盾的要求，此时就需要采用方向元件。

一、方向保护的原理

根据运行统计，在目前110kV 及以上电压等级的电力系统中，单相接地故障占总故障的70%～90%，甚至更高。所以本文，笔者仅以单相故障为例来分析。电力系统正常运行时是对称的三相系统，当发生单相接地短路或两相接地短路等不对称故障时，短路点的电气量出现了不对称，整个系统成了不对称系统。根据对称分量的理论，短路点不对称的电压、电流可分别用它的正序、负序、零序三组对称分量来代替，并把这个不对称三相系统分解为正序、负序、零序三个对称的三相系统。这三个系统可以独立存在，只有同序的电压、电流、阻抗之间存在着联系。这样处理之后，各序的三相系统都是对称的，所以可以只研究其中一个相的序网络。

在发生接地故障后，出现了零序电压、零序电流、零序功率，可以利用它们来实现接地保护。下面来论述零序电压和零序电流的获得。

二、系统电流互感器CT 与电压互感器PT 接线方式

电流互感器接线与电压互感器接线方式的正确与否将直接影响到保护动作的可靠性。PT的一般接线方式如图1所示。

当A相接地故障时，PT开口三角有向量图如图2所示。

可见，故障时开口三角产生的零序电压在非极性端接地、极性端接地时相位相差180°，幅值相等。

图1 电压互感器接线（开口三角）

图2 PT 开口三角向量图

三、负荷的测试、判断

系统负荷测试又称制负荷六角图（以110 kV 变压器高压侧为例）。抄录有关数据，有功功率（送出）39 600 kW，无功功率（送出）22 863 kVA，相位测定一般采用相位表法。

根据上面数据判定功角：（取UA与各电流之间角度），六角图测定用相位表见表1。

表1 六角图测定用相位表

据此来判定功角方向（以A 相为例，设潮流功率方向为送出）。

四、继电器接线

继电器接线如图3所示。

1.电压滞后电流95°～110°。

（1）PT开口三角以非极性端接地。

（2）当PT 二次侧开口三角极性端接地时，继电器电压线圈非极性端接L。

2.电压超前电流70°～85°。

（1）PT开口三角以非极性端接地。

图3 继电器接线

（2）当PT 二次侧开口三角极性端接地时，将零序功率继电器电压线圈极性端接L。

综合以上分析，当发生单相接地短路时，由于零序阻抗分量远大于零序电阻分量，所以阻抗角在70°～85°，即零序电压滞后电流约95°～110°，目前大多数的设计都是采用PT开口三角非极性端接地，而国产的零序功率方向继电器的灵敏角大多数与线路零序阻抗角70°相等。为了使这种继电器能正确反应区内外故障，应按L接非U*、3Ⅰ0接Ⅰ*的方法接线。

五、以负荷电流电压检验继电器

为了防止二次接线错误，必须带负荷检验方向元件的动作行为，以确保二次接线的正确性。用二次电压来检验：通过PT开口三角的试验抽头来获得模拟零序电压。

第一种情况与一次系统A相接地故障时所产生的零序电压极性相同，第二种情况则相反。分别开入单相负荷电流以模拟零序电流，得到以下两种功率动作情况。

第一种情况见表2。

第二种情况见表3。

表2 功率方向情况1

表3 功率方向情况2

六、结论

在现场工作，一般推广模拟单相故障的方法，作为判断分析的基础。当采用PT一次断相（如断开A相）时，与实际单相短路接地故障情况相同，因此，零序功率继电器的动作情况均应与第一种情况相同。采用该方法，整个电流、电压回路基本不变动，概念清晰、简单明确，不易引起误判。

由于电力系统正常运行时，没有零序电流，PT开口三角L端子正常没有电压，造成零功检验的困难。在电力系统中，由于方向元件不正确而造成保护的不正确动作现象具有相当的普遍性。因此只有以实事求是、严谨细致的科学态度，在理解、把握了系统原理、正确的二次回路接线和零序功率方向继电器的动作特性后，通过仔细分析、科学的态度才能做出正确判断。