电流和功率的分布

2.3.2　接地短路时零序电压、电流和功率的分布

当中性点直接接地电网（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的优点，被广泛应用在110kV及以上电压等级的电网中。

在电力系统中发生接地短路时，如图2.32（a）所示，可以利用对称分量的方法将电流和电压分解为正序、负序和零序分量，并利用复合序网来表示它们之间的关系。短路计算的零序等效网络如图2.32（b）所示，它经过线路、变压器接地的接地支路（中性点接地）构成回路，零序电流是由在故障点施加的零序电压Ud0产生的。零序电流的方向，仍然规定由母线流向线路为正，而零序电压的方向，规定线路高于大地的电压为正。由上述等效网络可见，零序分量的参数具有如下特点：

1）零序电压

零序电源在故障点，故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低，零序电压的分布如图2.32（c）所示。在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。而此时，系统的正序阻抗和负序阻抗随着运行方式而变化，正、负序阻抗的变化将引起故障点处Ud1、Ud2、Ud3三序电压之间分配的改变，进而间接影响零序分量的大小。

2）零序电流

零序电流是由产生的，由故障点经线路流向大地。当忽略回路的电阻时，按照规定的正方向画出零序电流和电压的向量图，如图2.32（d）所示，流过故障点两侧线路保护的电；而当计入回路电阻时，例如取零序阻抗角为φ_d0＝80°，则如图2.32（e）所示

图2.32　接地短路时的零序等效网络

零序电流的分布，主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关，例如在图2.32（a）中，当变压器B₂的中性点不接地时，则I″₀＝0。

3）零序功率及电压、电流相位关系

对于发生故障的线路，两端的零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。

从任一保护安装处的零序电压和电流之间的关系看，例如保护1，由于A母线上的零序电压实际上是从该点到零序网络中性点之间的零序阻抗的电压降，因此可表示为

式中：Z_B10——变压器B₁的零序阻抗。

该处零序电流和零序电压之间的相位差也将由ZB10的阻抗角决定，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。

用零序电流和零序电压的幅值以及它们的相位关系即可实现接地短路的零序电流和方向的保护。现分别讨论如下。