[科普中国]-零序电压保护

零序电压保护指在大电流接地系统发生接地故障后，利用零序电压构成保护接地短路的继电保护装置。正常情况下，UA+UB+UC的向量和为0，当系统发生单相接地后，UA+UB+UC的向量和不再为0，这个不为0的值变是零序电压，通过检测该电压能够反映系统是否发生单相接地故障，这就是零序过电压保护。

释义零序电压保护指在大电流接地系统发生接地故障后，利用零序电压构成保护接地短路的继电保护装置。正常情况下，UA+UB+UC的向量和为0，当系统发生单相接地后，UA+UB+UC的向量和不再为0，这个不为0的值变是零序电压，通过检测该电压能够反映系统是否发生单相接地故障，这就是零序过电压保护。1

零序电压保护现状分析从目前的统计数字来看，国内已发生多起匝间短路故障，造成了巨大的经济损失。从电机设计和制造的角度来看，在大型汽轮发电机上增加中性点出线端子，虽然在技术上是可行的，但也不是一个简单的问题。在当前技术情况下，为了保护大型汽轮发电机的安全运行，避免和减小由于定子匝间故障引发的事故，有必要加强和完善定子绕组匝间故障的保护研究。

发电机定子绕组匝间保护作为主设备发电机故障的主保护之一，其重要性是不言而喻的。一般来说，定子绕组匝间绝缘较对地绝缘强度高，但往往会因为线棒变形、振动造成长期受热和绝缘老化而引起匝间短路。匝间短路时，就会出现零序电压和纵向负序电压。另外，匝间短路时短路处的电流非常大，可能会超过机端三相短路电流。因而，大中型发电机组装设匝间短路保护显得尤为重要。

匝间保护目前主要包括横差保护和零序电压匝间保护。国内的大中型发电机由于定子绕组的接线原因大部分仍采用零序电压匝间保护。分析及统计表明，大型汽轮发电机由于两定子绕组之间的绝缘电阻远高于其对地的绝缘电阻，虽然发生匝间短路故障的概率较小，但对于大型发电机而言，由于结构复杂、线棒固定的缺陷、运行中应力损伤、线棒内冷水回路的堵塞等原因，发生匝间短路故障是可能的，事实上也发生过。因此，装设匝间保护是必要的。零序电压保护是汽轮发电机匝间短路的一种可靠选择。1

零序电压保护构成及基本原理零序电压原理构成的匝间短路保护可应用于各种发电机组，尤其是中性点没有引出三相六端子的发电机。当前的保护方式大都为由负序功率方向闭锁的零序电压匝间短路保护。

零序电压保护定值整定零序电压匝间保护的定值在现场整定中一般包括零序电压定值、专用TV0断线闭锁元件的定值、负序功率方向元件的定值三个部分。零序电压定值实际的整定中，国产的125MW汽轮发电机组，可取5～10V，国产的200MW及300MW的汽轮发电机，可取2.5～3V。三次谐波滤过器滤过比要大于80。专用TV0断线闭锁元件的定值主要指专用TV0与普通TV同名相之间的二次电压差值ΔUAB，ΔUBC，通常整定为:压差ΔUAB=ΔUBC=10；负序电压（相电压）U2=8～10V。负序功率方向元件的定值一般指动作行为是允许式或禁止式，外部系统不对称短路时负序功率由系统流入发电机（反向功率），内部和匝间短路负序功率由发电机流向系统。国内微机型的零序电压匝间保护，由于动作灵敏度高，负序功率方向元件一般采用允许式，可防止任何原因（如TV0三次回路出现问题）造成保护误动。GE公司的发变组保护中负序功率方向元件为闭锁元件，由于在切除外部不对称短路时，机端负序功率的突变会引起负序方向元件误动，为安全起见，增设0.1s延时元件。2

零序电压保护的方法零序电压保护误动的原因及保护方法主要包括以下五个方面：

一是发电机外部发生短路故障的暂态过程出现误动，这一点在一些没装设负序功率方向闭锁的零序电压匝间保护的机组上误动比例较高。防止措施:增设负序功率方向闭锁功能或将保护改为性能可靠动作灵敏度高的微机保护，同时，还应注意在外部故障切除时负序方向元件与零序电压元件之间的触点返回时间不一致的问题。

二是专用互感器TV0的一次或二次熔丝发生熔断或接触不良导致误动。防止措施:必须使用性能良好的断线闭锁继电器及熔丝。同时，在现场要加强对熔丝的维护，开机前应该先测量一下熔丝上、下端电阻，看三相是否平衡及接触是否良好，开口三角绕组二次侧装有旋式熔丝及快速小开关的应该取消。

三是专用互感器TV0中性点与发电机中性点的电缆连接线接触不良或者是绝缘发生击穿造成定子绕组单相接地，现场中常常会忽略这一段电缆。一旦电缆接头出现松动，使二组PT的中性点不能可靠连接或者绝缘击穿导致定子绕组单相接地，将会使零序电压保护误动出口或造成定子绕组接地保护动作，这些现象都是现场不允许出现的。防止措施:该段电缆必须使用高压绝缘电缆（现场往往会忽略这一点，只使用一段普通的引线连接了事），并且要定期检查该段电缆的绝缘性能、紧固电缆的联接螺丝。

四是专用互感器TV0开口三角绕组的2根引出线不正确而造成误动。在现场实际接线中，常常会利用两端的接地线来代替其中的1根连接线。如图。2个不同接地端会由于其他使用接地线的电源通过大电流而在2个接地点之间产生电位差，使保护误动（如使用低频大功率电焊机、带地线的试验电源等）。防止措施：正确的接线方式应该将开口三角绕组与二次绕组的N线分开，同时，用2根连接线直接放到保护屏上。再将开口三角绕组L，N用2根线引入装置或零序电压继电器上。

五是电压断线闭锁继电器的动作时间与零序电压匝间保护的动作时间配合不当。由于匝间保护动作无延时，故前者的动作时间在实际中往往要大于后者的动作时间。使得在出现断相时，断线闭锁继电器来不及闭锁保护出口。防止措施:给匝间保护增加150～200ms的延时。特别是对于模拟式的保护，增加150～200ms的延时不但确保可靠闭锁保护出口，而且还有利于躲过暂态过程中的三次谐波的影响。1

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学