《電力系統(tǒng)繼電保護原理》教案

《電力系統(tǒng)繼電保護原理》教案1§1緒論

§1-1繼電保護的作用一、故障及不正常運行狀態(tài)┌Id↑危害┌故障元件故障→│U↓---→│非故障元件(各種短路)└f?│用戶└電力系統(tǒng)┌過負(fù)荷不正常運行狀態(tài)→│過電壓危害┌元件不能正常工作│f↓---→│長時間將損壞設(shè)備└系統(tǒng)振蕩└發(fā)展成故障二、繼電保護的任務(wù)┌故障時：自動、快速、有選擇性地切除故障元件,保證非故障系統(tǒng)事故→│部分恢復(fù)正常運行。└不正常運行時：自動、及時、有選擇地動作于信號、減負(fù)荷或跳閘§1緒論§1-1繼電保護的作用2§1-2繼保的基本原理和保護裝置的組成一、反應(yīng)系統(tǒng)正常運行與故障時電氣元件（設(shè)備）一端所測基本參數(shù)的變化而構(gòu)成的原理（單端測量原理，也稱階段式原理）運行參數(shù)：I、U、Z∠φ反應(yīng)I↑→過電流保護反應(yīng)U↓→低電壓保護反應(yīng)Z↓→低阻抗保護(距離保護)§1-2繼保的基本原理和保護裝置的組成運行參數(shù)：I、U、3二、反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流相位和功率方向的差別而構(gòu)成的原理（雙端測量原理，也稱差動式原理）以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：保護處母線→被保護線路規(guī)定電壓正方向：母線高于中性點1、外部d1點短路時：2、內(nèi)部d2點短路時：(包括正常運行時)二、反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電4利用以上差別，可構(gòu)成差動原理保護。如：縱聯(lián)差動保護；方向高頻保護；相差高頻保護光纖差動保護等。三、保護裝置的組成部分┌──┐┌──┐┌──┐輸入─→│測量│─→│邏輯│─→│執(zhí)行│─→輸出信號└──┘└──┘└──┘信號↑└整定值利用以上差別，可構(gòu)成差動原理保護。5§1-3對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求一、選擇性：保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。d3點短路：6動作：有選擇性；5動作：無選擇性如果6拒動，5再動作：有選擇性(5作為6的遠后備保護)d1點短路：1、2動作：有選擇性；3、4動作：無選擇性后備保護（本元件主保護拒動時）：(1)由前一級保護作為后備叫遠后備.

(2)由本元件的另一套保護作為后備叫近后備.

§1-3對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求d3點短路：6動作：有6二、速動性：故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障。(快速保護:幾個工頻周期，微機保護：30ms以下)三、靈敏性：保護裝置對于其應(yīng)保護的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護不該動作情況與應(yīng)該動作情況所測電氣量相差越大→靈敏度↑）一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量靈敏度四、可靠性：不拒動、不誤動。（主保護對動作快速性要求相對較高；后備保護對靈敏性要求相對較高）二、速動性：故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓7§2電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護§2-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)反映相間短路的電流保護一、過電流繼電器1、基本符號及特性參數(shù)

動作過程：

IJ↑→Mdc↑→Mdc≈>Mth+Mm→舌片開始動作┌Mdc↑↑┐動作過程中：δ↓→││→舌片加速動作(Mdc=K·(IJ/δ)2)└Mth↑┘動作終止時出現(xiàn)剩余力矩：

ΔM=Mdc-Mth（有利于接點可靠閉合）（主要用于35KV及以下線路）§2電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護§2-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)8動作電流Idz.J：能使繼電器剛好動作的最小電流值。返回過程：IJ↓≈<Idz.J時，由于剩余力矩ΔM的存在，暫時還不能返回；IJ↓↓→Mdc↓→Mdc≈<Mth-Mm

→舌片開始返回

┌Mdc↓↓┐返回過程中：δ↑→││→舌片加速返回

└Mth↓┘返回終止時出現(xiàn)剩余力矩：ΔM’=Mth-Mdc

（有利于接點可靠斷開）返回電流Ih.J：能使繼電器剛好返回的最大電流值。動作電流Idz.J：能使繼電器剛好動作的最小電流值。9過電流繼電器表示符號：繼電器的返回系數(shù)：繼電特性：無論起動或返回，繼電器J的動作都是明確干脆的，不會停留在某個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。過量繼電器（保護）：反映電氣量上升而使保護動作的繼電器(保護)，Kh<1低量繼電器（保護）：反映電氣量下降而使保護動作的繼電器(保護)，Kh>12、集成電路型過電流繼電器（晶體管型：略）過電流繼電器103ms延時：防止干擾信號引起的誤動(干擾持續(xù)時間一般<1ms)12ms展寬：使輸出動作信號展成連續(xù)高電平。3ms延時：防止干擾信號引起的誤動(干擾持續(xù)時間一般<1ms11二、電流速斷保護（電流I段）電流速斷保護：瞬時動作的電流保護。1、整定計算原則(1)短路特性分析：三相短路時d(3),流過保護安裝處的短路電流：Zd()↑→Id↓曲線max：系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路情況。曲線min：系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路情況。（線路上某點兩相短路電流為該點三相短路電流的倍）

二、電流速斷保護（電流I段）Zd()↑→Id↓曲線12(2)動作電流整定原則：按躲開下條線路出口（始端）短路時流過本保護的最大短路電流整定（以保證選擇性）：IIdz.1>I(3)d.B.maxIIdz.2>I(3)d.c.max

?。篒Idz.1=KkI·I(3)d.B.maxIIdz.2=KkI·I(3)d.C.max（可靠系數(shù)：KkI=1.2～1.3）(2)動作電流整定13(3)靈敏性校驗該保護不能保護本線路全長，故用保護范圍來衡量：max：最大保護范圍.min：最小保護范圍.校驗保護范圍：（min/L）·100%15%～20%

(3)靈敏性校驗142、電流速斷保護的評價優(yōu)點：動作迅速(主要優(yōu)點),簡單可靠。缺點：不能保護本線路全長（主要缺點），直接受系統(tǒng)運行方式的影響，受線路長度的影響。2、電流速斷保護的評價15三、限時電流速斷保護（電流II段）限時電流速斷保護：以較小的動作時限切除本線路全線范圍內(nèi)的故障 1、動作電流的整定：與下條線路的電流I段配合。即：保護范圍延伸到下條線路，但不超出下條線路電流I段保護范圍的末端。即：躲開下條線路電流I段保護范圍末端短路時（即流過下條線路的短路電流剛好為其電流I段整定值時），流過本保護的最大短路電流。IIIdz.1=KkII·IIdz.2=KkII·KkI·I(3)d.C.max

可靠系數(shù)：KkII=1.1～1.2（Id中非周期分量已衰減，故比KkI稍?。┤?、限時電流速斷保護（電流II段）162、動作時限的配合為保證本線路電流II段與下條線路電流I段的保護范圍重疊區(qū)內(nèi)短路時的動作選擇性，動作時限按下式配合：

tII1=tI2+t≈t

（t:0.35s～0.6s,一般取0.5s）3、保護裝置靈敏性的校驗對于過量保護,靈敏系數(shù)：（校驗時電流保護的故障參數(shù)計算值：系統(tǒng)最小運行方式下被保護線路末端發(fā)生兩相短路時，流過本保護的最小短路電流）2、動作時限的配合17對保護1的電流II段：Klm=

要求：Klm

1.3～1.5

若Klm不滿足要求，可繼續(xù)延伸保護范圍使得：

IIIdz.1=KkII·IIIdz.2(與下條線路的電流II段保護配合）同時進一步提高時限：

tII1=tII2+t≈2t

（保證重疊區(qū)內(nèi)故障的動作選擇性）四、定時限過流保護（電流III段，主要作為后備保護，對靈敏性要求高）1、動作電流的整定原則

按躲開流過保護的最大負(fù)荷電流來整定：IIIIdz>Ifh.max對保護1的電流II段：Klm=要求：Klm18

實際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時電動機的自啟動過程中，保護要能可靠地返回，則要求：

IIIIh>Izq.max=Kzq·Ifh.max(電動機負(fù)荷自啟動系數(shù)Kzq>1)又：IIIIh=Kh·IIIIdz（繼電器返回系數(shù)Kh<1）（可靠系數(shù)KkIII?。?.15～1.25）2、按選擇性要求確定過流保護動作時限為保證動作選擇性，動作時限按“階梯原則”整定:tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t

實際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時電動19對定時限過流保護，當(dāng)故障越靠近電源端時，此時短路電流Id越大,但過流保護的動作時限反而越長———缺點∴定時限過流保護一般作為后備保護，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護。3、定時限過流保護靈敏系數(shù)的校驗(1)作為本線路主保護或近后備時，按本線路末端短路流過本保護的最小短路電流來校驗：要求Klm

1.3～1.5

對定時限過流保護，當(dāng)故障越靠近電源端時，此時短路電20(2)作為遠后備時（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端短路流過本保護的最小短路電流來校驗：要求Klm

1.2(3)要求各保護之間Klm互相配合對同一故障點，越靠近故障點的保護，其Klm要求越大

Klm.1<

Klm.2<

Klm.3<

Klm.4<…即要求：IIIIdz.1>IIIIdz.2>IIIIdz.3>…(單側(cè)電源輻射網(wǎng)，此條件自然滿足)(2)作為遠后備時（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端21五、階段式電流保護的應(yīng)用及評價(1)電流I段：由動作電流的整定來保證動作選擇性，按躲開某點的短路電流整定，動作迅速（無時限），但不能保護本線路全長，作為主保護的一部分。(2)電流II段：由動作電流整定與時限配合來保證動作選擇性，動作電流按躲開某點的短路電流整定，能保護本線路全長，動作時限較小，作為主保護的另一部分（電流I段的補充）(3)電流III段：由動作時限的配合來保證動作的選擇性，動作電流按躲開負(fù)荷電流整定，其值較小，靈敏度較高，然而動作時限較長，且越靠近電源短路，動作時限反而越長，一般作為后備保護，但是在電網(wǎng)終端可作為主保護。

五、階段式電流保護的應(yīng)用及評價22六、電流保護的接線方式 LJ—(接線)—TA1、兩種常用的接線方式(1)三相星形(2)兩相星形各相LJ出口采用“或”邏輯。繼電器動作電流Idz.J=Idz/nTA

2、兩種接線方式的性能分析比較(1)對中性點接地或不接地網(wǎng)中各種相間短路兩種接線方式均能正確反映這些故障.六、電流保護的接線方式23(2)對中性點非直接接地網(wǎng)中的異地兩點接地短路（不同線路上兩點接地）∵這種電網(wǎng)允許帶一個接地點繼續(xù)運行①串聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線能保證只切除后一接地點兩相星形接線只能保證2/3的機會切除后一接地點(2)對中性點非直接接地網(wǎng)中的異地兩點接地短路①串聯(lián)線路24②并聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線：若保護1，2時限相同，則兩接地點將同時被切除，擴大了停電范圍。兩相星形接線：即使保護1，2時限相同（例如皆由I段動作，或皆由II段動作），也能保證有2/3的機會只切除任一條線路。(3)作為Y/接線變壓器后面短路的遠后備保護的接線方式Y(jié)/-11接線T：正序：側(cè)超前Y側(cè)30°

負(fù)序：側(cè)落后Y側(cè)30°現(xiàn)以Y/-11接線的降壓變壓器為例：②并聯(lián)線路上兩點接地時：(3)作為Y/接線變壓器后面短路25假設(shè)低壓側(cè)（側(cè)）發(fā)生AB兩相短路：∴兩相星形的Klm比三相星形降低一半提高兩相星形接線Klm的方法：在兩相星形的中線上再接一個繼電器3LJ.∵兩相短路時有：

∴3LJ中的電流:

∴

I3LJ反映了IB

Klm↑假設(shè)低壓側(cè)（側(cè)）發(fā)生AB兩相短路：∴兩相星形的Klm比三263、兩種接線方式的應(yīng)用(1)三相星形：接線復(fù)雜，不經(jīng)濟，但可提高保護動作的可靠性與靈敏性，廣泛用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重元件以及110kV以上高壓線路的保護中。(2)兩相星形：接線簡單、經(jīng)濟，廣泛用于各種電網(wǎng)中反映相間短路的110kV以下中、低壓線路的電流保護中。（電網(wǎng)中所有采用兩相星形接線的保護都應(yīng)裝在相同的兩相上，一般為A、C相）3、兩種接線方式的應(yīng)用27七、三段式電流保護接線圖1、原理圖以二次元件為整體繪制。2、展開圖以二次回路為整體繪制。交流回路直流回路七、三段式電流28§2-2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護一、方向性問題的提出（以雙側(cè)電源電網(wǎng)為例）E1單獨供電：由保護1、3、5起線路保護作用E2單獨供電：由保護6、4、2起線路保護作用E1、E2同時供電：（以B母線兩側(cè)保護2,3為例）假設(shè)：

┌電流I段保護：IIdz.3>IIdz.2

└電流III段保護：tIII3>tIII2d1點短路時（要求：2動作，3不動），雖然此時可能滿足選擇性（3不誤動）；但若出現(xiàn)d2點短路，則：2誤動→非選擇性動作。§2-2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護E1單獨供電：由保護129規(guī)定保護正方向：保護安裝處母線→被保護線路分析可知：被保護線路正方向短路時：保護不會出現(xiàn)誤動；反方向短路時：由對側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護誤動作，此時的功率方向：線路→母線

為防止保護誤動,增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動保護上)┌正方向（母線→線路）：GJ動作啟動保護短路點位于│└反方向（線路→母線）：GJ不動閉鎖保護

增設(shè)GJ后,雙側(cè)電源網(wǎng)可以按單側(cè)電源網(wǎng)的三段電流保護進行配合。規(guī)定保護正方向：保護安裝處母線→被保護線路30二、GJ的工作原理保護1上裝設(shè)GJ假設(shè)GJ接線方式為：加入GJ的電壓：——相電壓（以相應(yīng)相母線高于中性點N為正極性）

電流——相電流（以母線流向線路為正極性）。則：d1點三相短路時：d2點三相短路時：設(shè)計一個直線動作邊界：當(dāng)正方向短路時位于動作區(qū)，GJ動作當(dāng)反方向短路時位于非動作區(qū)，GJ閉鎖（注：若GJ的接線方式或短路類型變化，則正向短路時與的相位差將變化，因此GJ的動作邊界應(yīng)可調(diào)整）二、GJ的工作原理311、相位比較式GJ相位比較器：兩輸入量：動作條件：（銳角型）或（鈍角型）相位比較式GJ：兩輸入量：（其中——GJ的內(nèi)角）動作條件：1、相位比較式GJ32其功率表示形式為：調(diào)→調(diào)GJ的動作邊界當(dāng)超前的角度：時：垂直于動作邊界，位于動作范圍的正中央，GJ動作最為靈敏可靠，此時的稱為GJ的最靈敏角，可見2、幅值比較式GJ幅值比較器：兩輸入量：動作條件：其功率表示形式為：33幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：若?。簞t：①當(dāng)相位比較器位于動作區(qū)，即：即幅值比較器也位于動作區(qū)②當(dāng)相位比較器位于非動作區(qū)，即：即幅值比較器也位于非動作區(qū)∴當(dāng)滿足：時（為任意相量），幅值比較器與銳角型相位比較器具有相同的動作特性。（幅值比較器與鈍角型相位比較器的互換關(guān)系為：)幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：34

幅值比較式GJ：兩輸入量：則兩比較量：其特性與相位比較式GJ完全相同。三、集成電路型GJ1、相位比較式原理分析：相位比較→時間比較當(dāng)時：

的持續(xù)時間>5ms。（當(dāng)夾角為鈍角時，相應(yīng)持續(xù)時間<5ms）幅值比較式GJ：兩輸入量：352、集成電路型GJ具體構(gòu)成:3、GJ的動作特性理想GJ動作條件:

－90o<ΦJ＋<90o即:UJIJCos(ΦJ＋)>0實際GJ:起動電壓Udz.J.min：電壓回路形成方波電壓U3所需最小電壓。起動電流Idz.J.min：電流回路形成方波電壓U4所需最小電流。2、集成電路型GJ36

當(dāng)線路正向出口附近故障使：

UJ<Udz.J.min時，GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū)（由于故障時電流IJ較大，不存在電流死區(qū)）。GJ的“潛動”問題：在只加電壓UJ或只電流加IJ時，GJ就能動作。（零點飄移造成，是不利因素）集成電路GJ采用“同為正”及“同為負(fù)”的持續(xù)時間皆大于5ms的“與”門輸出來消除“潛動”，但同時也就增大了死區(qū)。四、相間短路GJ的接線方式要求：(1)正方向任何相間故障:GJ動作反方向任何相間故障:GJ不動(2)加入GJ的UJ、IJ應(yīng)盡量大,且使正向故障的ΦJ→Φlm

當(dāng)線路正向出口附近故障使：37

90o接線方式:

線路正方向各種相間短路時,90o接線方式的工作情況分析：1、正方向三相短路∵三相完全對稱∴以GJA為例分析(GJB、GJC相同):

（Φd：線路阻抗角）當(dāng)Zd→0時，UJ→0<Udz.J.min，GJ拒動，存在死區(qū)。為使GJ動作靈敏，應(yīng)盡量使Φlm→-(90o-Φd),即:→(90o-Φd)

382、正方向兩相短路以BC兩相短路為例分析：A相為非故障相，Ifh方向不定，故GJA動作情況不定（但由于IA＝Ifh很小，A相電流元件LJA不起動，則不需考慮GJA）分析故障相方向元件GJB、GJC的情況：2、正方向兩相短路39(1)d(2)點位于保護安裝處附近（Zd<<ZS，Zd≈0）

(2)d(2)點遠離保護安裝處（Zd>>ZS）(1)d(2)點位于保護安裝處附近(2)d(2)點遠離保40同理可分析AB、CA兩相短路的情況

3、結(jié)論：①在線路正方向各種相間故障情況下,故障相GJ的ΦJ是在以-(90o-Φd)為中心左右偏離不超過30o的范圍內(nèi)。（反方向各種相間故障時,故障相GJ的ΦJ是在以180o-(90o-Φd)=90o+Φd為中心左右偏離不超過30o的范圍內(nèi)）②對三相短路存在死區(qū)（保護安裝處正向出口附近），但對各種兩相短路不存在死區(qū)（UJ中包含非故障相電壓，其值較大）。同理可分析AB、CA兩相短路的情況②對三相短路存在死區(qū)（41③若線路阻抗角為Φd，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使：Φlm→-(90o-Φd)即：→(90o-Φd)④功率方向元件GJ與電流元件LJ應(yīng)采用按相啟動原則(即相應(yīng)相的GJ與相應(yīng)相的LJ相“與”后作為該相出口，然后各相出口再相“或”輸出）。⑤只需采用兩個方向元件（一般接于A，C相）即可反映各種相間短路的正、反方向。⑥三相短路的死區(qū)，對于動作速度要求不高的線路可由前級線路的保護作為遠后備來切除；對動作速度要求高的線路可利用記憶作用來消除死區(qū)（由于故障前的電壓UJ[0]與故障后的電壓UJ同相，故可用UJ[0]代替UJ與電流IJ比相，而UJ[0]的值較大，無死區(qū)）③若線路阻抗角為Φd，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使：424、方向性電流保護原理接線圖4、方向性電流保護原理接線圖43五、多電源網(wǎng)中電流保護整定的特點1、電流I段的特殊整定方法由電流I段保護整定原則：IIdz.1>I(3)d1.max；IIdz.2>I(3)d2.max若?。篒Idz.1=IIdz.2=KkI·Max{I(3)d1.max，I(3)d2.max}則d1點及d2點短路，保護1、2皆不會動作。即保護的反方向短路皆不誤動，故保護1、2皆不需裝設(shè)GJ。但這樣整定后，原整定值較小的保護由于其整定值提高→保護范圍↓（靈敏度↓），所以必須在最小保護范圍滿足要求的前提下，才可采用這種整定方法。五、多電源網(wǎng)中電流保護整定的特點442、分支電路對電流II段整定的影響分支系數(shù)：(1)助增電流的影響

保護2的電流I段的保護范圍末端M短路（即IBC=IIdz.2時），流過保護1的電流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz

∴IIIdz.1=KkII·IAB=KkII·IIdz.2/KfzKfz的求?。?、分支電路對電流II段整定的影響45(2)外汲電流的影響

IIIdz.1=KkII·IAB=KkII·IIdz.2/Kfz

(3)根據(jù)實際可能的多種運行方式，在電流II段整定時Kfz應(yīng)按可能的最小值考慮。

六、方向元件GJ的裝設(shè)原則∵GJ存在死區(qū)，∴一般只在必須裝GJ的保護上裝設(shè)GJ。GJ裝設(shè)原則：(1)所有負(fù)荷支路（對側(cè)無電源的支路）上不裝設(shè)GJ。(2)外汲電流的影響46(2)電流I段：在保護反方向短路時，若流過保護的短路電流大于保護整定值，則該保護上必須裝GJ。在雙端電源的某線路兩端的保護中，整定值較小的保護上必須裝GJ，整定值較大的保護上可不裝GJ。例如IIdz.1>IIdz.2，則IIdz.1>I(3)d2.max,則保護1反方向短路不會誤動。若電流I段采用特殊整定方法（線路兩端保護整定值相同），則兩端保護皆可不裝GJ。(3)電流II段：在該保護反方向線路的電流I段保護范圍末端以外發(fā)生短路時，若流過該保護的短路電流大于保護整定值，則該保護上必須裝GJ。(2)電流I段：在保護反方向短路時，若流過保護的短路電流大于47在雙端電源的某線路兩端的保護中，整定值較小的保護上必須裝GJ，整定值較大的保護上可不裝GJ。例如IIIdz.1>IIIdz.2,則有IIIdz.1>IIdz.3,即保護1電流II段反方向保護范圍不超過保護3電流I段保護范圍，即保護1反方向保護范圍內(nèi)短路將由保護3的電流I段動作，而保護1的電流II段不會誤動）。(4)電流III段：在某一母線各側(cè)有源支路的保護中，動作時限唯一最長的保護上可不裝GJ，其余的必須裝GJ（考慮到誤差，一般要求比其他保護動作時限長t以上）。例如保護1動作時限唯一最長，則其反方向短路時皆由其他保護先動作跳閘，而保護1不會誤動。在雙端電源的某線路兩端的保護中，整定值較小的保護上48§3-1中性點接地方式及特點1、中性點接地方式2、單相接地故障時，不同中性點接地方式的特點(1)中性點不接地系統(tǒng)

*無短路回路，無Id，只有經(jīng)等效對地C形成的大容抗回路，故障點只有較小的IC，允許系統(tǒng)繼續(xù)運行1~2h，保護不需跳閘，因此供電可靠性相對較高。

*故障相對地電壓降低，但非故障相對地電壓升高（若為金屬性接地故障，非故障相對地電壓將由正常時的相電壓升高為線電壓），因此對系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求高?！?電網(wǎng)接地故障的零序保護§3-1中性點接地方式及特點§3電網(wǎng)接地故障的零序保49(2)中性點直接接地系統(tǒng)

*有短路回路，有很大的Id，不允許系統(tǒng)繼續(xù)運行，保護必須立即切除故障，供電可靠性相對較低。

*由于中性點對地電壓被鉗制為0，則各相對地電壓不會超過相電壓(或超過不多)，因此系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求不高。3、不同中性點接地方式的應(yīng)用特點由于110kV以上系統(tǒng)，其設(shè)備費用將隨著對地絕緣要求的提高而大幅增加，因此我國規(guī)定110kV及以上系統(tǒng)采用中性點直接接地系統(tǒng)（其供電可靠性可通過其他措施來保證，例如采用雙回線供電、環(huán)網(wǎng)供電等）；110kV以下系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）。當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，若故障點對地電容電流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，則可在中性點增設(shè)消弧線圈（或高阻）來降低IC。(2)中性點直接接地系統(tǒng)50§3-2中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護

一、電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時零序分量的特點規(guī)定正方向：零序電流：母線→線路；零序電壓：線路高于大地）(1)故障點零序電壓最高，距故障點越遠，零序電壓越低；零序電流分布取決于零序網(wǎng)。(2)

某點零序電壓U0取決于該點至接地中性點的零序阻抗，零序電流I0超前零序電壓U0：(180o-Φd0)，

零序功率實際方向：線路母線（與正序相反）。(3)零序分量受系統(tǒng)運行方式變化的影響?。阈蚓W(wǎng)基本不變）§3-2中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護51二、零序過濾器

1、零序電壓過濾器:系統(tǒng)正常及相間短路時：2、零序電流過濾器系統(tǒng)正常及相間短路時：二、零序過濾器52三、零序電流速斷保護（零序電流I段）1、動作電流整定原則：(1)躲開下條線路出口處(即本線末端)接地短路時,本保護所測的最大零序電流：

IIdz＝KkI·3Id0.bm.max

（KkI：取1.2～1.3）(2)躲開QF三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的最大零序電流：

IIdz＝KkI·3I0.btq

若保護動作時限t>tQF，可不考慮此條件(例如在手動合閘或自動重合閘時，使保護帶0.1s的小延時)三、零序電流速斷保護（零序電流I段）53(3)當(dāng)線路具有單相重合閘ZCH時（例如220kV及以上線路），躲開非全相運行狀態(tài)下系統(tǒng)又發(fā)生振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流：

IIdz＝KkI·3I0.fqx

（其值較大→Klm↓）對具有單相ZCH的線路可設(shè)置兩個零序電流I段：*靈敏I段：按條件(1)或(2)整定（動作值小，靈敏度高）*不靈敏I段：按條件(3)整定（動作值大，靈敏度低）

(3)當(dāng)線路具有單相重合閘ZCH時（例如220kV及以上線54①系統(tǒng)全相運行時：靈敏I段起作用（單相故障時保護首次動作由靈敏I段切除）。

②系統(tǒng)非全相運行時（保護已首次動作跳開故障相QF）：靈敏I段退出（即被閉鎖），不靈敏I段起作用（若ZCH重合于永久故障上，保護由不靈敏I段再次切除；若不靈敏I段動不了，則只能由帶延時的II段或后備保護切除）2、保護范圍：零序電流I段也不能保護本線路全長，但保護范圍比相間短路電流I段大3、動作時限：tI≈0s①系統(tǒng)全相運行時：55四、零序電流限時速斷保護（零序電流II段）1、整定原則：與下條線路的零序電流I段配合。動作電流整定：躲開下條線路零序電流I段保護范圍末端接地短路時（即流過下條線路的零序電流剛好為其零序電流I段整定值時）流過本保護的最大零序電流。IIIdz.1＝KkII·3Id0.AB.max＝KkII·IIdz.2/Kfz.min

KkII：取1.1～1.2；分支系數(shù)Kfz＝3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。動作時限：tII1＝tI2+Δt≈Δt≈0.5s四、零序電流限時速斷保護（零序電流II段）IIIdz.1＝K56

2、校驗靈敏度：要求：Klm1.5

（3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時所出現(xiàn)的最小零序電流）

若Klm不滿足要求，采用以下方式解決：

(1)本線路零序電流II段與下條線路的零序電流II段相配合：

IIIdz.1＝KkII·IIIdz.2/Kfz.min；tII1＝tII2+Δt≈2Δt≈1.0s(2)保留0.5s的零序II段，并增加按(1)整定的零序電流II段(3)改用接地距離保護

2、校驗靈敏度：要求：Klm57五、零序過電流保護（零序電流III段）1、整定原則：躲開下條線路出口處相間短路時所測的最大不平衡電流：

IIIIdz＝KkIII·3I0.bp.max

實際整定：應(yīng)考慮滿足各級線路靈敏系數(shù)按逐級配合的原則，即本保護零序電流III段的保護范圍不超出下條線路零序電流III段的保護范圍，即本線路零序電流III段與下條線路的零序電流III段配合：

IIIIdz.1＝KkIII·IIIIdz.2/Kfz.min（KkIII＝1.1～1.2）

動作時限按“階梯原則”配合.（保證各級線路保護的動作選擇性）五、零序過電流保護（零序電流III段）58

由于零序電流不會穿越Y(jié)/接線的變壓器T，因此安裝在受端T上的零序電流III段保護可以瞬動，即零序電流III段是以受端T為時限配合起點（相間短路電流III段是以整個電網(wǎng)終端負(fù)荷支路為時限配合起點）?！吡阈蚓W(wǎng)范圍<

正序網(wǎng)范圍

∴零序電流III段動作時限<相間短路電流III段動作時限2、校驗靈敏度：近后備：Klm= 要求：Klm

1.5

由于零序電流不會穿越Y(jié)/接線的變壓器T，因此安裝在59遠后備：Klm= 要求：Klm

1.2

3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時，流過本保護的最小零序電流。

3Id0.xm.min：下條線路末端接地短路時，流過本保護的最小零序電流。3、對于220kV及以上的高壓線路，當(dāng)對后備保護的動作速度要求較高時，本線路零序電流III段可采用與下條線路的零序電流II段配合（在靈敏度滿足要求的前提下）：

IIIIdz.1＝KkIII·IIIdz.2/Kfz.min；tIII1＝tII2+Δt≈2Δt≈1.0s同時可增設(shè)與下條線路零序電流III段配合的零序電流IV段：

IIVdz.1＝KkIV·IIIIdz.2/Kfz.min；tIV1＝tIII2+Δt遠后備：Klm= 要求：Klm160六、方向性零序電流保護1、多臺變壓器中性點接地的復(fù)雜網(wǎng)中零序保護的方向問題d1短路：若IIdz.2>IIdz.3,保護3的I段會誤動若tIII2>tIII3，保護3的III段會誤動

d2短路：若IIdz.3>IIdz.2,保護2的I段會誤動若tIII3>tIII2，保護2的III段會誤動

為防止誤動，在可能誤動的保護上增設(shè)零序功率方向元件GJ0

（規(guī)定保護正方向：安裝處母線→被保護線路）

通常加入GJ0的以高于大地為正極性；以母線→線路為正極性。六、方向性零序電流保護61

保護正方向接地短路時：超前

：－(180o-Φd0)

則GJ0的最靈敏角應(yīng)為：Φlm=－(180o-Φd0)

例如Φd0=70o，則Φlm取為－110o

（LG-11整流型GJ0：其Φlm只能設(shè)為銳角，此時取Φlm=Φd0，為確保正方向接地短路時正確動作，只需將加入GJ0的或任意一個反極性接入即可）保護越靠近接地短路點，3U0越大，則零序電流保護的GJ0不存在死區(qū)。保護正方向接地短路時：超前：－(180o-Φ62若保護越遠離接地短路點，3U0↓、3I0↓，則對于長線路，零序電流保護的GJ0需校驗Klm：近后備：Klm＝要求：Klm

2

遠后備：Klm＝要求：Klm

1.5

（Sdz.0：GJ0的啟動功率）2、三段式方向性零序電流保護的原理接線：若保護越遠離接地短路點，3U0↓、3I0↓，63七、對零序電流保護的評價1、優(yōu)點：(1)相間短路的電流III段：IIIIdz>Ifh.max

(大)零序電流III段：IIIIdz>Ibp.max

(小)故：零序電流III段Klm↑零序網(wǎng)<正序網(wǎng)→零序電流III段的tIII↓(2)零序電流I段及零序電流II段受系統(tǒng)運行方式影響小，較穩(wěn)定，且保護范圍↑，Klm↑（3Id0曲線陡；曲線max與曲線min相差?。?3)零序電流保護不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響七、對零序電流保護的評價642、尚有不足：(1)對短線路或運行方式變化很大的情況，往往不能滿足系統(tǒng)運行要求。(2)由于單相重合閘的使用將出現(xiàn)非全相運行，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)電機發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)較大零序電流，影響零序電流保護的正確工作。(3)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級網(wǎng)絡(luò)時，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序電流保護的整定配合復(fù)雜化。2、尚有不足：65§3-3中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護一、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點

以線路II上A相金屬性接地故障為例(忽略線路上阻抗壓降)

1、零序電壓：

§3-3中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電662、零序電流：各元件對地電容電流：各元件出口處所測零序電流：*非故障元件：

*故障元件：（CΣ：系統(tǒng)所有元件對地電容的總和）2、零序電流：673、結(jié)論：(1)系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓(2)流過非故障元件的零序電流等于其本身對地電容電流。方向：母線元件（：－90o）(3)流過故障元件的零序電流等于全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流的總和。方向：元件母線（：90o）二、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地的保護1、絕緣監(jiān)視裝置(1)系統(tǒng)正常及相間短路時：UJ＝Ubp<Udz.J裝置不動作。3、結(jié)論：68(2)單相接地故障時（設(shè)A相接地）：全系統(tǒng)出現(xiàn)3U0＝3EX（EX：相電壓）

UJ＝3EX/nTV>Udz.J

裝置延時動作于發(fā)信號。*此裝置可確定故障相別，（UA＝0，UB＝UC＝EX）*但無法確定故障線路，無選擇性。需由運行人員手動依次短時拉開各線路QF加以判斷（或按接地檢查按鈕，短時跳開QF，再由重合閘重合），若接地信號短時消失，則接地故障點位于本線路上。（適用于要求不高，且出線少的變電所）(2)單相接地故障時（設(shè)A相接地）：692、零序電流保護（有選擇性保護）系統(tǒng)正常及相間短路時：3I0≈0

其他線路單相接地時：3I0＝ωCb·3EX(小)本線路單相接地時：3I0＝ω(CΣ－Cb)·3EX(大)∴保護整定動作電流：Idz＝KK·ωCb·3EX

靈敏系數(shù)：(出線越少→CΣ↓→Klm↓)3、零序功率方向保護（有選擇性保護）系統(tǒng)正常及相間短路：3U0≈03I0≈0GJ0不動單相接地時的非故障元件：：－90°GJ0不動單相接地時的故障元件：：90°GJ0動作保護中只有方向元件GJ0，無電流啟動元件LJ→Klm↑2、零序電流保護（有選擇性保護）70三、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點1、零序電壓：同中性點不接地電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓2、零序電流：消弧線圈L的作用：降低單相接地時故障點的接地電流。故障點總電流：三、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點71三種補償方式：①完全補償：3ωCΣ=1/(ωL)→IC.Σ=IL→Id0.Σ＝0但是在系統(tǒng)正常運行時，若線路三相對地電容不對稱或斷路器三相觸頭不同時閉合將出現(xiàn)一個零序分量電壓源串在回路中→串聯(lián)諧振→很大的諧振電流→中性點過電壓。故不能采用完全補償。

②欠補償：3ωCΣ>1/(ωL)→IC.Σ>IL

當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化時（例如某元件退出或被切除）→CΣ↓→3ωCΣ=1/(ωL)→諧振過電壓，不宜采用。③過補償：3ωCΣ<1/(ωL)→IC.Σ<IL（廣泛采用）過補償度p=(IL–IC.Σ)/IC.Σ一般選擇p=5%～10%

三種補償方式：72過補償系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時：*流過非故障元件的零序電流等于其本身對地電容電流。方向：母線元件即：－90o

*流過故障元件的零序電流等于全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流的總和與消弧線圈上流過的電感電流的相量和。即其值=本身對地電容電流+總電容電流的p倍方向：母線元件，即：－90o可見：故障元件的零序電流其值與非故障元件的相近，方向與非故障元件的一致。過補償系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時：73可見，利用零序電流和零序方向無法區(qū)分故障元件和非故障元件，故不能采用零序電流和零序功率方向構(gòu)成有選擇性的接地保護。3、保護方式

(1)絕緣監(jiān)視裝置（反映零序電壓構(gòu)成，無選擇性）

(2)反映高次諧波的接地保護對于基波ω：電感電流IL起過補償作用但對于高次諧波（k次）：

3kωCΣ增加k倍→IC.Σ增加k倍

1/(kωL)縮小k倍→IL縮小k倍故：IC.Σ>>IL

,相當(dāng)于L不起作用（同中性點不接地電網(wǎng)）。因此，可構(gòu)成反映高次諧波（一般為5次）的零序電流及零序方向保護。可見，利用零序電流和零序方向無法區(qū)分故障元件和非故障74高次諧波接地保護的不足：諧波分量較小，不易測量；諧波分量大小與許多因素有關(guān)，不易確定，使整定困難；出線較少時，Klm低。(3)反映暫態(tài)電流的保護設(shè)線路II上A相接地：暫態(tài)過程中：*消弧線圈中iL≈0

(電感中電流不能突變)*A相對地電容直接放電，放電電流不經(jīng)電源，回路中阻抗小，時間常數(shù)小，放電電流振蕩頻率高（幾千Hz），衰減快。*B、C相對地電容經(jīng)電源回路充電。充電電流經(jīng)過電源，回路中阻抗大，時間常數(shù)大，充電電流振蕩頻率低（幾百Hz），衰減慢。高次諧波接地保護的不足：75

因此，在暫態(tài)過程中（首半波），主要是B、C相電容的充電電流，而A相電容的放電電流和消弧線圈的電感電流基本不起作用，類似于中性點不接地電網(wǎng)。故可構(gòu)成反映暫態(tài)分量的零序電流及零序方向保護。不足：暫態(tài)分量不易測量，且需要自保持；當(dāng)相電壓瞬時值過零點附近發(fā)生該相接地故障時，暫態(tài)分量不能區(qū)分故障元件與非故障元件；出線較少時，Klm低。(4)其他方法：注入法；有功分量法；負(fù)序分量法；相間工頻變化量比較法；零序?qū)Ъ{法；能量法；小波變換法等。因此，在暫態(tài)過程中（首半波），主要是B、C相電容的充76§4電網(wǎng)的距離保護

§4-1距離保護的作用原理

一、距離保護基本概念（低量保護）距離保護：反應(yīng)映故障點至保護安裝處之間的距離（阻抗），并根據(jù)距離的遠近（阻抗的大小）而確定動作時間的一種保護裝置。測量阻抗：

ZJ>Zdz保護不動作；ZJ<Zdz保護動作特點：*故障時：即反映U↓,又反映I↑→Klm↑*系統(tǒng)運行方式變化時，ZJ不變，故不受運行方式變化的影響（主要用于110KV及以上線路）

§4電網(wǎng)的距離保護§4-1距離保護的作用原理（主要77二、三段式距離保護基本配置原則I段：ZIdz.1=KIk·ZAB；ZIdz.2=KIk·ZBC（KIk取0.8～0.85）tI≈0sII段：ZIIdz.1=KIIk·(ZAB+ZIdz.2)(KIIk取0.8)tII1=tI2+Δt≈0.5sIII段：ZIIIdz<Zfh.min

tIII按階梯原則配合三、三段式距離保護基本邏輯框圖二、三段式距離保護基本配置原則78§4-2阻抗測量元件（阻抗繼電器）ZKJ

一、ZKJ基本概念

一次阻抗與二次阻抗的折算：

為消除過渡電阻Rg及TA、TV角誤差的影響，盡量簡化繼電器接線，通常把動作特性設(shè)計為一個圓（或透鏡形、蘋果形、多邊形）。圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。

§4-2阻抗測量元件（阻抗繼電器）ZKJ79三種常用的圓特性ZKJ：

3個阻抗概念：

*測量阻抗ZJ：加入繼電器的電壓與電流的比。

*動作阻抗Zdz.J：在某個角度方向上剛好使ZKJ動作時，加入ZKJ的電壓與電流的比。

*整定阻抗Zzd：在最大靈敏角φlm方向（特性圓直徑正方向）上的動作阻抗。

三種常用的圓特性ZKJ：80二、圓特性ZKJ的動作特性分析1、全阻抗ZKJ以阻抗平面的坐標(biāo)原點為圓心，以整定阻抗Zzd為半徑的一個圓。ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與測量阻抗角φJ(rèn)無關(guān)，無方向性。(1)幅值比較式動作條件：|ZJ|<|Zzd|

即：動作條件為的幅值比較器的兩比較量：二、圓特性ZKJ的動作特性分析81(2)相位比較式動作條件：即：（或：）動作條件為的鈍角型相位比較器的兩比較量：（當(dāng)時，幅值比較器與鈍角型相位比較器具有相同的動作特性）(2)相位比較式822、方向阻抗ZKJ以整定阻抗Zzd為直徑，且過坐標(biāo)原點的一個圓。

ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與φJ(rèn)有關(guān)，具有完全方向性。

(1)幅值比較式

動作條件：即：動作條件為的幅值比較器的兩比較量：(2)相位比較式

動作條件：2、方向阻抗ZKJ833、偏移特性ZKJ正方向整定阻抗為Zzd時，向反方向偏移一個Zzd(0<<1，一般為0.1～0.2)圓心坐標(biāo)Z0=(1-)Zzd,半徑r=|(1+)Zzd|

ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與φJ(rèn)有關(guān)，具有不完全方向性。(1)幅值比較式動作條件：即：動作條件為的幅值比較器的兩比較量：3、偏移特性ZKJ84(2)相位比較式動作條件：三、ZKJ比較相量形成回路1、變換器(1)電壓變換器YB原邊高電壓→副邊低電壓（副邊接大阻抗負(fù)載）(2)相位比較式85(2)電流變換器LB原邊大電流→副邊小電流（副邊接小阻抗負(fù)載）*副邊并一小電阻R后，可將系統(tǒng)中所測電流變?yōu)榕c其成正比的電壓量。（集成電路及微機保護中的芯片一般只處理電壓量）(3)電抗變換器DKB原邊電流量→副邊電壓量（副邊接大阻抗負(fù)載）DKB結(jié)構(gòu)特點：鐵心有氣隙，勵磁阻抗ZL很小。DKB等效電路：(2)電流變換器LB86W3開路時：（DKB的轉(zhuǎn)移阻抗ZK

：副邊電壓與原邊電流的比）ZL≈jXL，相當(dāng)于電抗，角度基本為90（故稱為電抗變換器）為了調(diào)整轉(zhuǎn)移阻抗ZK的角度K，可在W3副邊并聯(lián)電阻R（或電容C）。此時：ZK=ZL//R=jXL//R

R↓→ZK的角度K↓

W3開路時：872、全阻抗ZKJ比較相量形成回路幅比式：相比式：（由于全阻抗ZKJ無方向性，DKB無需增設(shè)帶可調(diào)電阻的副繞組來調(diào)整角度）2、全阻抗ZKJ比較相量形成回路883、方向阻抗ZKJ比較相量形成回路幅比式：相比式：3、方向阻抗ZKJ比較相量形成回路894、偏移特性ZKJ比較相量形成回路幅比式：相比式：4、偏移特性ZKJ比較相量形成回路905、集成電路型ZKJ比較相量的形成回路以幅比式方向阻抗ZKJ為例：四、幅值比較器

1、均壓式：

，Uab>0→J動作2、環(huán)流式：

，Ia－Ib>0→J動作3、執(zhí)行元件J：(1)極化繼電器；(2)晶體管零指示器；(3)集成電路比較器

5、集成電路型ZKJ比較相量的形成回路91五、相位比較器異或門比相電路:時：UI、UII瞬時值相異（一正一負(fù)）的時間>5ms①6端7端：相“或”輸出：不拒動為主時采用。②6端8端：相“與”輸出：不誤動為主時采用。（例如穿越功率較大的弱聯(lián)絡(luò)線，誤跳閘將會造成兩側(cè)系統(tǒng)的嚴(yán)重振蕩）12ms延時：將零點飄移造成的周期為20ms，寬度已展為10ms左右的誤動方波消除。五、相位比較器92§4-3ZKJ的接線方式一、對接線方式的基本要求(1)ZJ

短路點到保護安裝處間的距離(2)ZJ應(yīng)與故障類型無關(guān)（保護范圍不隨故障類型變化）二、反映相間短路ZKJ的0接線方式0接線方式1、三相短路由于三相對稱，三個ZKJ情況相同，以ZKJ1為例：

ZJ1能反映

l

而正確動作。（z1：線路單位正序阻抗；l：短路點至保護安裝處距離）§4-3ZKJ的接線方式932、兩相短路以AB兩相短路為例ZKJ1：

ZKJ1能反映l而正確動作ZKJ2：（包含非故障相電壓）∴ZJ2↑>ZJ1，不能正確反映z1l

，ZKJ2可能出現(xiàn)拒動。ZKJ3：情況同ZKJ2為確保保護正確動作，三個ZKJ出口采用“或”邏輯。2、兩相短路943、中性點直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路以AB兩相接地短路為例

ZKJ1：

ZKJ1能反映l而正確動作ZKJ2：∴ZJ.2↑>ZJ.1，不能正確反映z1l

，ZKJ2可能拒動。ZKJ3：情況同ZKJ23、中性點直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路95因為保護區(qū)內(nèi)兩相或兩相接地故障時，只有一個相應(yīng)的ZKJ能正確動作。為了反映各種相間故障必須采用三個ZKJ（分別接于不同的相間），且三個ZKJ的出口采用“或”邏輯。三、反映接地短路ZKJ的零序電流補償接線方式單相接地短路時（A相接地）：故障相電壓UA↓,故障相電流IA↑對ZKJ1：假設(shè)：可行性分析：將故障點電壓與流過保護的故障相電流分解為對稱分量：因為保護區(qū)內(nèi)兩相或兩相接地故障時，只有一個相應(yīng)96保護安裝處A相電壓的各序分量：（z1

：線路單位正序(負(fù)序)阻抗；z0

：線路單位零序阻抗）∴保護安裝處A相電壓：不能正確反映z1l繼電保護課件97正確的接線方式（零序電流補償接線方式）：其中零序電流補償系數(shù)：（K為常數(shù)，取決于線路參數(shù)）由于單相接地故障時，只有一個ZKJ可正確動作，因此必須采用三個ZKJ（分別接于不同相），且三個ZKJ的出口采用“或”邏輯。

正確的接線方式（零序電流補償接線方式）：98§4-4方向阻抗ZKJ應(yīng)用特點及集成電路型構(gòu)成一、方向阻抗ZKJ的死區(qū)及消除死區(qū)的方法保護安裝處正方向出口各種短路時：殘余電壓：Ucy≈0→UJ≈0→ZJ≈0,ZKJ拒動，出現(xiàn)死區(qū)。減小和消除死區(qū)的方法：1、諧振記憶回路對于相間短路的兩故障相間電壓或單相接地短路的故障相電壓，由于故障前電壓UJ[0]與故障后電壓UJ同相位，可用記憶住的UJ[0]取代UJ，而UJ[0]較大，則不再有死區(qū)。在電壓回路中利用電容C、電感L形成工頻串聯(lián)諧振電路?！?-4方向阻抗ZKJ應(yīng)用特點及集成電路型構(gòu)成99系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR反映UJ[0]（同相位）當(dāng)保護出口短路時，UJ↓≈0，

回路諧振→諧振電流IR→UR=IRR≠0（記憶作用）一般按回路自由振蕩頻率經(jīng)幾個周波才衰減為0∴利用此電壓的記憶作用可消除死區(qū)?；芈纷杂烧袷庮l率：0=諧振回路中參數(shù)R、L、C的選擇：(1)為了使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR與UJ[0]同相位則需：L=1/C即：=（：工頻角頻率）如此選擇后，>0

,故障后暫態(tài)過程中不能完全諧振，UR與故障前電壓UJ[0]的相位逐漸拉開，時間越長，UR越不能反映故障前UJ[0]

系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR反映UJ[0]（同相位）100(2)為了使故障后暫態(tài)過程中達到完全諧振則需：=0=即：如此選擇后，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時回路呈容性，故系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR與UJ[0]不同相（UR超前UJ[0]：5～8，有誤差）綜合考慮2、采用高Q（品質(zhì)因數(shù)）值50HZ有源帶通濾波器高Q值50Hz有源帶通濾波器具有記憶作用。Q=5，可記憶4～5個工頻周波。3、引入非故障相電壓兩相短路時，故障相電壓，非故障相電壓仍很高，故引入非故障相電壓可消除兩相短路的死區(qū)。(2)為了使故障后暫態(tài)過程中達到完全諧振101方向阻抗ZKJ原動作條件（以接于BC相間的ZKJ為例）：引入非故障相電壓后動作條件：*引入量不應(yīng)改變原相量的相位，即引入量在各種情況下都應(yīng)與同相*該方法不能消除三相短路時的死區(qū)。4、裝設(shè)輔助保護（如：按同時躲過下條線路出口短路和反方向出口短路的短路電流的特殊整定方法整定的電流速斷）方向阻抗ZKJ原動作條件（以接于BC相間的ZKJ為例）：102二、極化回路記憶作用對ZKJ特性的影響方向阻抗ZKJ動作條件：相位比較的兩個比較量分別稱為：極化電壓；補償電壓采用記憶回路后，極化電壓:（故障前母線電壓）動作條件：(1)保護正方向短路時的暫態(tài)特性∴動作條件：二、極化回路記憶作用對ZKJ特性的影響103

基本同相位（若短路前為空載:）∴動作條件：此動作特性為向第三象限擴大且包含原點的圓（相當(dāng)于偏移特性）∴可消除正方向短路時的死區(qū)，且容許過渡電阻Rg的能力提高。(2)保護反方向短路時的暫態(tài)特性∴動作條件：基本同相位（若短路前為空載:104∴動作條件：此動作特性向上移至第一象限內(nèi)部的一個圓（相當(dāng)于拋圓特性）,而此時ZJ=－Zd,位于第三象限（特性圓外），故ZKJ不會誤動。三、集成電路型方向阻抗ZKJ構(gòu)成框圖

∴動作條件：105四、ZKJ的精確工作電流以方向阻抗ZKJ為例.幅比式理想動作條件：實際動作條件：（Uz：門檻電壓）設(shè)在最靈敏角lm方向的實際動作阻抗為：Zdz.J.lm

則有：四、ZKJ的精確工作電流106可見：實際上在最靈敏角方向的動作阻抗：

Zdz.J.lm<Zzd→出現(xiàn)誤差,實際保護范圍縮小。加入ZKJ的IJ↓→誤差↑精確工作電流Ijg：對應(yīng)于IJ=Ijg時，ZKJ在lm方向上的動作阻抗Zdz.J.lm=0.9Zzd（即對應(yīng)于誤差剛好為10%時，通入ZKJ的電流）。

IJ>Ijg→誤差<10%(ZKJ的Ijg越小越好)可見：實際上在最靈敏角方向的動作阻抗：107§4-5影響距離保護正確工作的因素及防止方法一、短路點過渡電阻Rg對距離保護的影響1、Rg的性質(zhì)接地短路的Rg>相間短路的Rg

接地短路Rg：基本不隨時間t變化相間短路Rg：t

Rg（主要是電弧電阻）2、雙側(cè)電源線路上Rg的影響若BC線路出口附近經(jīng)Rg短路：§4-5影響距離保護正確工作的因素及防止方法108若Zd很小，尤其當(dāng)角為負(fù)時，保護可能出現(xiàn)：保護1，2的I段皆不動作，而由保護1的II段動作，失去了選擇性。*保護距短路點越近，受Rg影響越大。*保護整定值越小(如短線路距離保護)，受Rg影響越大。若Zd很小，尤其當(dāng)角1093、Rg對不同動作特性ZKJ的影響保護范圍內(nèi)經(jīng)Rg短路時：

ZJ=Zd+Rg

Rg

Rg1,透鏡型阻抗ZKJ開始拒動

Rg

Rg2,方向阻抗ZKJ開始拒動

Rg

Rg3,全阻抗ZKJ開始拒動

ZKJ動作特性在+R軸方向所占面積越大，受Rg影響越小。4、防止Rg影響的措施(1)采用能容許較大Rg而不致拒動的ZKJ（動作特性在+R軸方向所占面積較大）3、Rg對不同動作特性ZKJ的影響110(2)采用瞬時測量裝置（只針對相間距離II段）對于相間短路，Rg主要是電弧電阻，該Rg是逐漸增大的，在短路初瞬間其值很小。對反映相間短路的距離II段利用瞬時測量裝置保持短路瞬間保護動作狀態(tài)。（距離I段本身是瞬時動作；距離III段動作特性圓很大,不受Rg影響）(3)采用交叉極化阻抗繼電器（多相補償式ZKJ）(4)采用微機保護裝置（利用微機對不同時刻的采樣值的運算來消除Rg的影響。(2)采用瞬時測量裝置（只針對相間距離II段）111二、系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路系統(tǒng)振蕩(同步振蕩或異步運行)→I?，U?→Z?→距離保護可能誤動1、系統(tǒng)振蕩時的測量阻抗分析以雙側(cè)電源輻射網(wǎng)為例:（三相對稱，只分析單相）振蕩時，繞擺動或旋轉(zhuǎn)（與的夾角δ在

間變化）(其中h=EN/EM)。二、系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路112若EM=EN（即：h=1），則：δ變化→ZJ.M沿著直線OO’變化，振蕩中心位于全系統(tǒng)的（ZΣ/2）處。若振蕩中心在本保護動作特性區(qū)內(nèi)，則本保護可能出現(xiàn)誤動。若EM=EN（即：h=1），則：113對于相同Zzd的ZKJ，在系統(tǒng)振蕩時：全阻抗ZKJ誤動區(qū)>方向阻抗ZKJ誤動區(qū)>透鏡型ZKJ誤動區(qū)一般而言：ZKJ動作特性沿OO’方向所占面積越大，受系統(tǒng)振蕩的影響越大。設(shè)：ZJ.M經(jīng)過誤動區(qū)的時間：twd.

若保護動作延時t>twd.（≥1.5S），則可躲過振蕩的影響。（如距離III段）2、振蕩與短路的主要區(qū)別：對于相同Zzd的ZKJ，在系統(tǒng)振蕩時：1143、對振蕩回路的基本要求：*系統(tǒng)振蕩無故障應(yīng)可靠閉鎖*系統(tǒng)故障（包括轉(zhuǎn)換性短路）保護不應(yīng)閉鎖*先振蕩，后故障，保護應(yīng)正確動作*先故障，后振蕩，保護不應(yīng)無選擇性動作振蕩短路I,U幅值隨周期性變化不計短路后衰減，I,U幅值不變=180時最嚴(yán)重(I最大，U最低)短路瞬間最嚴(yán)重dI/dt,dU/dt,dZ/dt小dI/dt,dU/dt,dZ/dt大U,I夾角隨變化U,I夾角不變（為線路阻抗角d