零序保护原理概述
110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。统计表明，在中性点直接接地电网中，接地故障占总故障次数的90%左右。中性点直接接地电网发生接地短路时，将出现零序电流和零序电压。利用这些特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流保护。
带方向和不带方向的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式。它主要由零序电流滤过器、电流继电器、零序方向继电器及与收发信机、重合闸配合的逻辑电路组成。
1、3I0和3U0的取得
对于传统的模拟式保护，3I0、3U0一般都是外接的，发展到了数字式保护时，变为可以由接入保护装置的三相电流和三相电压自产。
（1）3I0的取得
外接3I0是通过零序电流滤过器获得的。如图，将三相电流互感器极性相同的二次端子连接在一起，就组成了零序电流滤过器。流入继电器的电流为：3I0=Ia+Ib+Ic。
自产3I0是在软件中得到的，微机保护将输入的三相电流在软件中相加就可以得到3I0。现在很多微机保护上述两种方法都采用，且利用两种方法得到的3I0进行自检。
但是无论使用哪种方法取得3I0，当电流回路断线，都有可能造成保护误动作。
（2）3U0的取得
自产3U0也是在软件中将输入的三相电压相加，即：3U0=Ua+Ub+Uc。
外接3U0是从PT开口三角处取得。如图，三角形开口输出电压就是三相电压之和，也即3U0。由于平时没有零序电压，取外接零序电压时，回路接线错误与断线不易发现。所以微机保护均采用了自产3U0方式，尽量避免接入PT开口三角电压。
2、中性点直接接地系统的零序保护
（1）零序电流与零序电压
由故障分析可知（详见历史记录13），在零序网络中，只在故障点存在零序分量电源。故障点零序电压最高，离故障点越远零序电压越低，零序电流由故障点流向中性点。
正方向发生接地故障，保护安装在M侧，K点为接地故障点。序网图如下图所示，可得： U0 = - I0ZM0
可见，零序电压与零序电流间的角度只和保护安装处“背后”一侧的零序阻抗角（一般取70°）有关。所以零序电压滞后零序电流110°。
反方向发生接地故障，根据零序序网图，同理可得：U0 = I0( ZMN0+ ZMN0)
可见，反方向故障时，零序电压超前零序电流70°，超前的角度是保护安装处正方向等值零序阻抗角。
由此可见，正、反方向接地故障时，零序电压与零序电流间的角度关系正好相反，相差180°。可以用以区分正反方向接地故障。零序功率方向继电器也就是基于这个原理，构成了零序方向电流保护。
如相量图所示，将I0固定在0°，那么当U0为-110°时，零序功率方向继电器将工作在最灵敏的区域，这个角度也称之为最大灵敏角。在最大灵敏角两边扩展不大于90°的范围内，都为反应正反向接地故障的零序功率继电器的动作区。
（2）零序电流保护
零序电流保护通常采用三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断（I段）、限时零序速断（II段）、零序过电流（III段）组成。
I.零序电流速断
零序I段的整定遵循如下原则：
（a）I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相短路接地时，可能出现的最大零序电流。
（b）躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。
（c）对于220kV以上电压等级的线路，当采用单重和综重是，会出现非全相运行状态，可能产生较大零序电流。如果I段定值设的较低，单重时容易误动作，如果设的较高，则缩小了保护范围。
为此，通常设置两个零序I段保护定值。其中较大的称为“不灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障，按（a）（b）整定；较小的称为“灵敏I段”，用于全相运行下的接地故障。正常运行时，投入“灵敏I段”定值，在线路第一次故障瞬时动作后，如果单相重合闸，则将其自动闭锁，并自动投入“不灵敏I段”定值，按躲开非全相震荡的零序电流运行，用来保护非全相运行状态下的接地故障。
II.限时零序电流速断
零序II段能保护本线路全长，以较短实现切除接地故障。其动作电流与下一段线路的零序I段配合，比其打一个时限级差0.5s。
III.零序过电流
零序III段保护可作为相邻元件故障的后备保护，其一次电流定值不超过300A，应按照躲过最大不平衡电流来整定。
3、中性点不接地系统的零序保护
（1）零序电流与零序电压
在中性点不接地电网中，用集中电容表示电网三相对地电容，并设负荷电流为零，个相对低等值集中电容相等。正常运行时，电源和负载都是对称的，故无零序电压和零序电流。
当电网中发生了单相接地故障时，三相电压不对称，出现零序电压。当A相接地时，根据故障分析的知识，可知BC两相对地电压升高了√3倍，零序电压3U0是正常A相电压的3倍，方向相反。
下面分析零序电流，由于Ua=0，那么各条线路A相对地电容电流Ia(c)=0，B、C相的电容电流Ib(c)、Ic(c)则经大地、故障点、故障线路、电源构成回路，所以出现了零序电流。由图可见，各线路的电容电流从A相流入后，又分别从B相C相流出。
由此可得出一下结论，并以此为依据构成中性点不接地电网的零序保护：
非故障线路零序电容电流，数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，零序电流超前零序电压90°。
故障线路始端的零序电流，数值等于整个电网非故障元件的零序电流之和，方向由线路流向母线，零序电流之后零序电压90°。
（2）中性点不接地电网的单相接地保护
中性点不接地电网发生单相接地，由于故障点电流很小，三相电压任然对称，对符合供电影响小，因此一般情况下允许继续运行1~2小时。要求保护装置发信号，而不必跳闸。
A、绝缘监测装置
利用单相接地时出现零序电压的特点来构成的，过电压继电器接在开口处，来反映系统的零序电压，并接通信号回路。正常运行时无零序电压，发生单相接地时，开口三角有零序电压输出，使继电器动作并发信号。
绝缘检测装置接与发电厂或变电所母线上，可以知道系统发生了接地故障和故障相别，但无法知道接地故障发生在哪条线路上，因此是无选择性的。
B、零序方向电流保护
发生单相接地时，故障线路的零序电流是所有非故障元件的零序电流之和，所以故障线路零序电流比非故障线路大，利用这个特点可以构成零序电流保护。
利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点，可以构成有选择性的零序方向电流保护。发生接地故障时，故障线路的零序电流滞后于零序电压90°。若使零序方向继电器最大灵敏角为90°，则此时保护装置灵敏动作。非故障线路的零序电流超前零序电压90°，落在非动作区，保护不会动作。
