《電力系統(tǒng)繼電保護》

第一章緒論

一，電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)，不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)

電力系統(tǒng)在運行中可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是各種類型的短路.

發(fā)生短路.可能產(chǎn)生以下后果：

1）通過故障點的短路電流和所燃起的電弧使故障設(shè)備或線路損壞.

2）短路電流通過非故障設(shè)備時，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起電氣設(shè)備損傷或損壞，導(dǎo)致使用壽命大人縮

減.

3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量.

4）破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)瓦解.

繼電保護裝置的基本任務(wù)是：

1）自動地，迅速地和有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞,保證其他無故

障部分迅速.復(fù)正常運行.

2）反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班人員）而動作于信號的裝置.

二.繼電保護的基本原理及其組成

1,繼電保護的基本原理

電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

1）電流增大.短路時故障點與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷

電流.

2）電壓降低.當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值卜降，且越靠近短路點JU

壓越低.

3）電流與電壓之間的相位角改變.正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為20、；

三相短路.，電流，電壓之間的用位角是由線路的阻抗角決定,一般為60°?85"；而在保護反方向三相短

路時，電流與電壓之間的.額將則是180°+（60。?85°）.

4）不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量,如單相接地短路及兩相接地短路時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量.這些

分量在.常運行時是不出現(xiàn)的.

利用短路故障時電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護.例如，據(jù)短路故障時電流的增大，可構(gòu).過電流

保.；據(jù)短路故障時電壓的降低，可構(gòu).電壓保.；據(jù)短路故障時電流與電壓之間相角的變化，可構(gòu)成功率方向保

護;據(jù)電.與電流比值的變化，可構(gòu).距離保.；據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化，可構(gòu).差動保護.

據(jù)不對.短路故障時出現(xiàn)的電流，電壓相序分量,可構(gòu)成零序電流保尹，負序電流保護和負序功率方向保護等.

2.繼電保護的組成及分類

模擬型繼電保護裝置的種類很多，它們都由測量回路，邏輯回路和執(zhí)行回.三個主要部分組成.

3,對繼電保護裝置的基本要求

（I..選擇性

選擇性.就是指當電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的諛備或線路從電力系統(tǒng)中切

除,當故障.備或線路的保護或斷路器拒絕動作時,應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護將故障切除.

（2）,速動性

速動性就是指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障.對于反應(yīng)短路故障的繼電保護，要求快速動作的主要理由

和必要性在于

.）快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性.

.）快速切除故障可以減少發(fā)電廠廠用電及用戶電壓降低的時間，加速恢復(fù)正常運行的過程.保證廠用電及用

戶工作的穩(wěn)定性.

.）快速切除故障可以減輕電氣設(shè)備和線路的損壞程度.

.）快速切除故障可以防止故障的擴大，提高自動重合問和備用電源或設(shè)備自動投入的成功率.

對于反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件,帶延時地發(fā)出信號.

..靈敏性

靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應(yīng)能力.

所謂系.最大運行方.，就是在被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大的

運.方式;系,最小運行方.，就是在同樣的短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大,通過保護裝置的短路電流為

最小的運.方式.

保護裝置的靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量.靈敏系數(shù)表示式為：

.）對于反應(yīng)故障參數(shù)量增加（加過電流）的保護裝置：

保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值

.）對于反應(yīng)故障參數(shù)量降低（如低電壓）的保護裝置：

保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值

4,可靠性

可嵬性是指在保護范圍內(nèi)發(fā)生了故障該保護應(yīng)動作時,不應(yīng)由于它本身的缺陷而拒動作;而在不屬于它動作

的任何情.下,則應(yīng)可靠地不動作.

以上四個基本要求是設(shè)計，配置和維護繼電器保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎(chǔ).這四個基本要求之

間，是.互聯(lián)系的,但往往又存在著矛盾.因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)

*

第二章，電網(wǎng)的電流保護

一.單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護

輸電線路發(fā)生相間短路時，電流會突然增大，故障相間的電壓會降低.利用電流會這一特征，就可以構(gòu)成11流

保護.

電流保護裝置的中心環(huán)節(jié)是反應(yīng)于電流增大而動作的電流繼電器.電流繼電器是反應(yīng)于一個電器量而電阻

的簡單繼電器的典型.

1,繼電器

（1）電磁型繼電器

電磁繼電^的基本結(jié)構(gòu)形式有螺管線圈式,吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式三種，如.2..所示.電流繼電器在電流保

護中用作測量和起動元件.它是反應(yīng)電流超過一整定值而動作的繼電器.電磁繼也器是利用電磁原理工作的，

以吸,銜鐵式繼電器例進行分析，在線..中通以電.，則產(chǎn)生與其成正比的磁.，通過由鐵心，空氣隙和可動舌片

而成的磁路，使舌片磁化于鐵心的磁極產(chǎn)生電磁吸力，其大小.成正比，這樣由電磁吸引力作用到舌片上的電

磁轉(zhuǎn).可表示為

.2..）

式.比例常數(shù)；

電磁鐵與可動鐵心之間的氣隙.

..）螺管線圈式.（b.吸引銜鐵式.（c.轉(zhuǎn)動舌片式

.2..電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)原理

.一線圈..一可動銜鐵..一電磁鐵..一止擋..一接點..一反作用彈簧

正常工作情況下，線圈中流入負荷電流,繼電器不工作，這是由于彈簧對應(yīng)于空氣.產(chǎn)生一個初始力..由于彈

簧的張力與伸長量成正比，因此，當空氣長度.減小.時，彈簧產(chǎn)生的反作用力矩為

式.比例常數(shù).

另外，在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中，還必須克服摩擦力力..因此

.）繼電器動作的條件.為使繼電器動作，必須增大電.，通過增大電.來增大電磁電磁轉(zhuǎn)矩，使其滿足關(guān)系式：

..動作電..能夠滿足上述條件，使繼電器動作的最小電流.稱為繼電器的動作電流（起動電流），記..

.）繼電器的返回條件.繼電器動作后，.減小時，繼電器在彈簧的作用下將返回.為使繼電器返回，彈簧的佐用力.

必須大于電磁力.及摩擦力.之和，即

或

..返回電流.滿足上述條件,使繼電器返回原位的最大值電流稱為繼電器的返回電流，記.，

.）返回系數(shù).返回電流和起動電流的比值成為繼電器的返回系數(shù)，可表示為

..動作電流的調(diào)整方法：

①改善繼電器線圈的匝數(shù)；

②改變彈簧的張力；

③改變初始空氣隙的長度.

.?剩余力..在繼電器的動作過程和返回過程中，隨著氣.的變化,都珞出現(xiàn)一個剩余力.，從而使繼電器的動作

過程和返回過程都雪崩式的進行，繼電器要么動作，要么返回，它不可能停留在某一個中間狀態(tài)，具有明顯的“

維電特性”.同時，該力矩還有利于維電器的觸點可靠的接觸叮斷開，

2,幾個基本概念

.）系統(tǒng)最大運行方式

在被保護線末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式.

.）最小運行方式

在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過保護裝置的電流為最小的運行方式.系統(tǒng)等值阻抗的大小與投

入運行的電氣設(shè)備及線路的多少等有關(guān).

.）最小短路電流與最大短路電流

在最大運行方式下三相短路時通過保護裝置的電流為最大,稱之為最大短路電流.而在最小運行方式下兩相

短路時，通過保護裝置的短路電流為最小，稱之為最小短路電流.

.）保護裝置的起動值

對因電流升高而動作的電流保護來講,使起動保護裝置的最小電流值稱為保護裝置的起動電流，記..保擰裝

置的起動值是用電力系統(tǒng)的一次側(cè)參數(shù)表示的，當一次側(cè)的短路電流達到這個數(shù)值時,安裝在該處的這套保

護裝置就能夠起動.

.）保護裝置的整定

所謂整定就是根據(jù)對繼電保護的基本要求，確定保護裝置的起動值（一般情況下是指電力系統(tǒng)一次側(cè)的參

數(shù)）,靈敏性，動作時限等過程.

3,無時限電流速斷保護

根據(jù)對保護速動性的要求，在滿足可靠性和保護選擇性的前提下,保護裝置的動作時間，原則上總是越快越好.

因此，各種電氣元件應(yīng)力求裝設(shè)快速動作的繼電保護.僅反應(yīng)電流增大而能瞬時動作切除故障的保護，稱為電

流速斷保護,也稱為無時限流速斷保護.

（1）,工作原理

無時限速斷保護是為了保證其動作的選擇性,一般情況下速斷保護只保護被保護線路的一部分，具體工作原

來如.2..所示,

對于單側(cè)電源供電線路,在每回電源側(cè)均裝有電流速斷保護.在輸電線上發(fā)生短路時，流過保護安裝地點的短

路電流可用下式計完

.2.0.電流速斷保護的動作特性分析

I一最大運行方式下三相短路電流；II一最小運行方式下兩相短路電流

由式.2..）和.2..）可看出，流過保護安裝地點的短路電流值隨短路點的位置而變化,且與系統(tǒng)的運行方式和短

路類型有關(guān)…的關(guān)系如.2..中的曲線I和II所示,從圖可看出，短路點距保護安裝點愈遠，流過保護安裝地點

的短路電流愈小.

（2）,整定計算

.）動作電流

為了保證選擇性,保護裝置的起動電流應(yīng)按躲開下一條線路出口處（.點

..變電所短路時，通過保護的最大保護電流（最大運行下的三相短路電流）來整定.即

可靠系數(shù)

對?！?..）

把起動電流標于.2..中，可見在交..與保..安裝處的一段線路上短路..能夠動作.在交?.以后的線路上的摳路

時，保..不動作.因此，?般情況下，電流速斷保護只能保護本條線路的?部分，而不能保護全線路.

.）保護范圍（靈敏.）計算（校驗）

規(guī)程規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對..15%~20.，即

式.一一最小保護范圍；

當系統(tǒng)為最大運行方式時,三相短路時保護范圍最大;當系統(tǒng)為最小運行方式時,兩相短路時保護范圍最小.

求保護范圍時考慮后者.由.2..可知

.2..）

其中.代入式.2..）整理得

.2..）

（3）動作時限

無時限電流速斷保護沒有人為延時，只考慮繼電保護固有動作時間.考慮到線路中管型避雷器放電時間.0.0

4~0.06.，在避宙微放電時速斷保護不應(yīng)該動作，為此在速斷保護裝置中加裝一個保護出口中間繼電器，一

方面擴大接點的容量和數(shù)量，另一方面躲過管型避雷器的放電時間，防止誤動作.由于動作時間較小，可認上

=..

..）電流速斷保護的接線圖

.）單相原理接線圖

電流繼電器接于電流互感.T.的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點閉合后，經(jīng)信號繼電器發(fā)出信號和

接通斷路器跳閘線圈.

（5）,對電流速斷保護的評價

優(yōu)點:簡單可靠，動作迅速.

缺點:①不能保護線路全長.②運行方式變化較大時，可能無保護范通如.2..所.，在最大運行力式整定后，在

最小運行方式下無保護范圍.③在.路較短時，可能無保護范圍.

4.限時電流速斷保護

由于電流速斷保護不能保護本線路的全長，因此必須增設(shè)?套新的保護，用來切除本線.電流速斷保護范圍以

外的故障，作為無時限速斷保護的后備保護，這就是限時電流速斷俁護.

..）對限時電流速斷保護的要求

增設(shè)限時電流速斷保護的主要目的是為了保護線路全長,,對它的要求是在任何情況下都能保護線路全長并

具有

足夠的靈敏性，在滿足這個全體下具有較小的動作時限.

..）工作原理

..為了保護本線路全長，限時電流速斷保護的保護范圍必須延伸到下?條線線路去，這樣當下?條線路出口

短路時，它就能切除故障.

..為了保證選擇性，必須使限時電流速斷保護的動作帶有?一定的時限.

..為了保證速動性，時限盡量縮短.時限的大小與延伸的范圍有關(guān),為使時限較小，使限時電流速斷的保護范

國不超出下一條線路無時限電流速斷保護的范圍.因而動作時.比下一條線路的速斷保護時,高出一個時間

階..

?.）整定計算

.）動作電流

動作電.按躲開卜一條線路無時限電流速斷保護的電流進行整定

.2..）

.）動作時..為了保證選擇性，時限速斷電流保護比下一條線路無時限電流速斷保護的動作時限高出一個時間

階,，即

.2.1.）

當線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷保護以后，它們聯(lián)合工作就可,0.5.內(nèi)切除全線路范圍的故障，且能

滿足速動性的要求，無時限電流速斷和限時速斷構(gòu)成線路的“主保護".

.）靈敏度校驗.保護裝置的靈敏度（靈敏性），是只在它的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)時，保撲

裝置的反應(yīng)能力.員敏度的高低用靈敏系數(shù)來衡量.限時電流速斷俁護靈敏度為

.2.1.）

式.一一被保護線路末端兩相短路時流過限時電流速斷保護的最小短路電流；

.時，保護在故障時可能不動，就不能保護線路全長,故應(yīng)采取以下措施：

①為了滿足靈敏性，就要降低該保護的起動電流,進一步延伸限時電流

?條線路限時電流速斷保護的保護范圍）.

②為了滿足保護選擇性，動作限時應(yīng)比下一條線路的限時電流速斷的時限高一,，即

速斷保護的保護范圍，使之與下一條線路的限時電流速斷相配合（但不超過下

..）限時電流速斷保護的接線圖

.）單相原理接.如.2.1.所示，

..）對限時電流速斷保護的評價

限時電流速斷保護結(jié)構(gòu)簡單，幻作可靠，能保護本條線路全長,但不能作為相鄰元件（下一條線路）的后備保護

（有時只能對相鄰元件的一部分起后備保護作用）.因此，必須尋求新的保護形式.

5,定時限過電流保護

..）工作原理

過電流保護通常是指其動作電流按躲過最大負荷電流來整定，而時限按階梯性原則來整定的一種電流保護.

在系統(tǒng)正常運行時它不起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)電流的增大而動作，它不僅能保護本線路的全長,

而且也能保護下一條線路的全長.作為本線路主保護拒動的近后備保護,也作為下一條線路保護和斷路器拒

動的遠后備保護.如.2.1.所示，

..）整定計算

.）動作電流.按躲過被保護線路的最大負荷電.，且在自起動電流下繞電器能可靠返網(wǎng)進行整定

.2.1.）

.）靈敏系數(shù)校驗.要求對本線路及卜一條線路或設(shè)備相間故障都有反應(yīng)能力，反應(yīng)能力用靈敏系數(shù)衡量,本線

路后備保護（近后備）的靈敏系數(shù)有關(guān)規(guī)程中規(guī)定..2.1.）

作為下一條線路后備保護的靈敏系數(shù)（遠后備），（〈規(guī)程〉〉中規(guī)定.2.1.）

當靈敏度不滿足要求時，可以采用電壓閉鎖的過流保護，這時過流俁護自起動系數(shù)可以.1

.）時間整定.由于電流HI段的動作保護的范圍很大，為保證保護動作的選擇性，其保護延時應(yīng)比下一條線路的

電流山段的電阻時間長一個時限階.為

.2.1.）

..）靈敏系數(shù)和動作時限的配合

過電流保護是一種常用的后備保護，實際中使用非常廣泛,但是，由于過電流保護僅是依靠選擇動作時限來保

證選擇性的，因此在負責電網(wǎng)的后備保護之間，除要求各后備保護動作時限相互配合外，還必須進行靈敏系數(shù)

的配合（即對同一故障點而言越靠近故障點的保護應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)）.

..）對定時限過電流的評價

定時限過電流結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠,對單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動作.不僅能作本線路的近后

備（有時作主保護）,而且能作為下?條線路的遠后備.在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用，?般.35k.及以下網(wǎng)

絡(luò)中作為主保護.定時限過電流保護的主要缺點是越靠近電源端其動作時限越大，對靠近電源端的故障不能

快速切除.

6.階段式電流保護的應(yīng)用及評價

電流速斷保護只能保護線路的一部分,限時電流速斷保護能保護線路全長，但卻不能作為下一相相鄰的后備

保護,因此必須采用定時限過電流保護作為本條線路和下一段相鄰線路的后備保護.由電流速斷保護,限時電

流速斷保護及定時限過電流保護相配合構(gòu)成一整套保護，叫做三段電流保護.

實際.匕供配電線路并不一定都要裝設(shè)三段式電流保護.比如，處于電網(wǎng)末端附近的保護裝置〃當定時限過電

流保護的時限不大.0.5~0.7.時，而且沒有防止導(dǎo)線燒損及保護配合上的要求的情況卜.，就可以不裝設(shè)電流

速斷保護和限時電流速斷保護,而將過電流保護為主要保護.在某些情況下，常采用兩段組成一套保護，

..）階段式電流保護的時限

階段式電流保護的時限特性是指各段電流保護的保護范圍叮動作時限的關(guān)系曲線.電流三段式保護的保護

特性及時限特性如.2.1.所示.

圖2.14電流三段式保護特性及時限特性分析圖

繼電保護的接線圖一般可以用原理圖和展開圖形式來表示.電流三段式保護單相原理接線圖如圖2.15所

示，

（3）階段式保護的選擇性

電流速斷保護是通過選擇動作電流保證選擇性的，定時限過電流保護通過選擇動作時限來保證選擇性的，而

限時電流速斷保護則是通過同時選擇動作電流和動作時限來保證選擇性的.這是應(yīng)當重點理解的環(huán)節(jié).

（4）對階段式電流保護的評價

三段式電流保護的優(yōu)點是簡單，可靠，并且一般情況卜.都能較快切除故障，一般用于35kv及以卜電壓等級

的單側(cè)電源電網(wǎng)中.缺點是它的靈敏度和保護范圍受系統(tǒng)運行方式和短路類型的影響，此外，它只在單側(cè)電源

的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性.

7,電流保護接線方式

電流保護的接線方式就是指保護中電流繼電器與電流互感器二次繞組之間的連接方式.

（1）三相完全星型接線主要接線方式

1）三相完全星型接線方式如圖2.17所示，三個電流互感器與三個電流繼電冊分別按相連接在起，形成

星型,三個維電器觸點并聯(lián)連接，相當于“或“回路,三相星型接線方式的保護對各種故障,如三相，兩相短路，單

相接地短路都能動作.

圖2.17完全星型接線圖圖2.18不完全星形接線圖

2）相不完全星型接線方式

兩相不完全星型接線方式如圖2.18所示.它與三相星形的保護的區(qū)別是能反應(yīng)各種相間短路，但B相發(fā)

生單相短路時，保護裝置不會引作.

（2）各種接線方式在不同故障時的性能分析

1）中性點直接接地或非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路.

前述三種接線方式均能反應(yīng)這些故障（除兩相電流接線不能保護變壓器外），不同之處在于動作的繼電潴數(shù)

目不同，對不同類型和相別的相間短路，各種接線的保護裝置靈敏度有所不同.

2）中性點非直接接地電網(wǎng)中￡勺兩點接地短路

圖2.20串聯(lián)內(nèi)線路上兩點接地的示意圖

在中性點非直接接地電網(wǎng)（小接地電流）中,某點發(fā)生單相接地時，只有不大的對地電容電流流經(jīng)故障點，一般

不需要跳閘，而只要給出信號，由值班人員在不停電的情況下找出接地點并消除之，這樣就能提高供電的可靠

性.因此，對于這種系統(tǒng)中的兩點接地故障，希望只切除一個故障.

①串聯(lián)線路上兩點接地情況，如圖2.20所示，在和點發(fā)生接地短路,希望切除距電源遠的線路.

若保護1和保護2均采用三相星形接線時，如果它們的整定值和時限滿足選擇性，那么，就能保證100%

地只切除BC段線路故障.如采用兩相星形接線，則保護就不能切除B相接地故障，只能由保護2切除

BC線路，使停電范圍擴大.這種接線方式在不同相別的兩點接地組合中,只能有2/3的機會有選擇地后面

的一個線路.

②放射性線路上兩點接地情況如圖2.21所示，

.2.2.放射性線路上兩點接地的示意圖

.點發(fā)生接地短路時，希望任意切除一條線路即可.當采用三相星型段線時，兩套保護（若時限整定相同）均將

起動.如采用兩相星型接線,則保護.2/.的機會只切除任一線路.因此，在放射性的線路中，兩相星型比三相星

型應(yīng)用更廣泛.

..）各種接線方式的應(yīng)用

三相星形接線方式能反應(yīng)各種類型的故障，保護裝置的反敏度不因故障相別的不同而變化.主要應(yīng)用如下方

面：

.）廣泛用于發(fā)電機，變壓器，大型貴重電氣設(shè)備的保護中.

.）用在中性點直接接地電網(wǎng)中（大接地電流系統(tǒng)中），作為相同短路的保護,同時也可保護單相接地（對此一般

都采用專門的零序電流保護）.

3.在采用其它更簡單和經(jīng)濟的接線方式不能滿足靈敏度的要求時，可采用這種接線方式.

兩相星形接線方式較為經(jīng)濟簡單,能反應(yīng)各種類型的相同短路.主要應(yīng)用于如下方面：

.）在中性點直接接地電網(wǎng)和并直接接地電網(wǎng)中，廣泛地采用它作為相間短路保護.10匕以上，特別.35kv群宜

接接地電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用.

.）在分布很廣的中性點非直接接地電網(wǎng)中,兩點接地短路常發(fā)生在放射型線路匕在這種情況下，采用兩相星

形接線以保證.2/.的機會只切除一條線路（要使保護裝置均安裝在相同的兩相上，一般.A.相）.如在..10k.中

性點不接地系統(tǒng)中對單相接地可不立即跳閘，允許運..小時，因此.6~10k.中性點不接地系統(tǒng)中的過流保護

裝置廣泛應(yīng)用兩相星形接線方式.

兩相電流差接線方式具有接線簡單，投資較少等優(yōu)點，但是靈敏性較差，乂不能保接線變壓器后面的短

路,故在實際應(yīng)用中很少作為配電線路的保護.這種接線主要用…10k.中性點不接地系統(tǒng)中，作為饋電線和

較小容量高壓電動機的保護.

二,雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護

1,方向性電流保護的工作原理

在單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，各個電流俁護線路靠近電源的一側(cè),在發(fā)生故幽時，它們都是在短路功率的方向從母線流

向線路的情況下，有選擇性地列作,但在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，如只裝過電流保護是不能滿足選擇性要求.

..）幾個概念

..短路功.：指系統(tǒng)短路時某點可壓與電流相乘所得到的感性功率.在不考慮串聯(lián)電容和分布電容在線路上短

路時，短路功率從電源流向短路點.

..故障方.：指故障發(fā)生在保護安裝處的哪一側(cè)，通常有正向故障和反向故障之分，它實際上是根據(jù)短路功率

的流向進行區(qū)分的.

.）功率力向繼電.：用于判別短路功率方向或測定電壓電流間的夾角的繼電的簡稱力向兀件.由于止反向故

障時短路功率方向不同，它將便保護的動作具有一定的方向性.

..方向性電流保.：加裝了方向元件的電流保護.由于元件動作具有?一定的方向性，可在反向故障時把保護閉

鎖.

2,方向過電流保護的原理接線圖

方向過電流保護的原理接線圖如.2.2…）所..

.2.2.方向過電流保護的原理接線圖

方向過電流保護是利用功率方向元件與過電流保護配合使用.?種保護裝置，以保證在反方向故障時把保護

閉鎖起來而不致誤動作.主要由方向元..電流元件和時間元件組成,只有電流元件和功率方向元件同時動作

時,保護裝置才能動作于跳閘.

3,功率方向繼電器.9..接線方式

..）功率方向繼電器的接線方式

由于功率方向維電器的主要任務(wù)是判斷短路功率的方向，因此對其接線方式提出如下要求.

.）正方向任何形式的故障都能動作，而當反方向故障時則不動作.

.）故障以后加入繼電器的電流和電.應(yīng)盡可能地大一些,并盡可能.接近于最大靈敏度.，以便消除和減小方向

繼電曙的死區(qū).為滿足以上要求，廣泛采用的功率方向繼電曙接線方式.9..接線方式.所.9..接線方式是指

在三相對稱的情況卜8.=.時,加入繼電器的電.和電.相位相差9...

..）方向過電流保護裝置的接線圖

.）接線圖

如.2.2.所示.電流繼電….是起動元件，功率方向繼電….是方向元件.各相的電流繼電器和功率方向繼電器

的觸點是串聯(lián)的.時間繼電..使保護獲得必要的動作時限,起觸點閉合可以跳閘和發(fā)出信號.

.）按相起動原則

按相起動原則是指接入同名相電流的電流繼電曙和方向元件的觸點宜接串聯(lián),而后再接入時間繼電器線圈

的接線，

.）動作特性

功率方向維電器采.9..接線方式的保護裝置，主要有兩個優(yōu)點:第一,對各種兩相短路都沒有死區(qū)，因為繼電

淵加入的是非故障相的線電出，其值很高;第二，適當?shù)剡x擇繼電器的內(nèi).后,對線路上發(fā)牛.的各種故障，部能

保證動作的方向性，且有較高的靈敏性.方向繼電器在一切故障情況下都能動作的條件為

兩相式接線適用于小接地電流系統(tǒng)，作為各種形式相間短路的保護,在大接地電流系統(tǒng)中，如果裝有專門的接

地保護，也以采用兩相式接線作為相間短路的保護.

4,對方向性電流保護的評價

.）方向性電流保護的主要優(yōu)點是在單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和多電源輻射星電網(wǎng)中，都能保證動作的選擇性.

.）理論上當保護安裝地點附近正方向發(fā)生三相短路時，由于母線電壓降低至零,保護裝置拒動，出現(xiàn)"死區(qū)

運行經(jīng)驗指出，三相短路的幾率很小.

.）山于保護中采用了方向元件使接線復(fù)雜，投資增加，可靠性降低.因此，在應(yīng)用中如果保護裝置在起動值，動

作時限整定以后，能夠滿足選攔性要求，就可以不用力向元件.例如：

.，對電流速斷保護來講，如.2.2.的保如果反方向線.C.出口.短路時，由電.供給的短路電.，那么，在反方向

任何地點短路時，保..都不會誤動.即從整定值上躲開了反方向的，這時可以不用方向元件.

.，對過電流保護來講，仍以上述保..為例，如果其過電流保護的動作時.大于保..過電流保護的時.，即

在在反方向發(fā)生短路時，從時限上保證了動作的選擇性，因此保..可以不用方向元件（但保..必須采用方向元

件），

方向過電流保護，常用.35K.以下的兩側(cè)電源輻射型電網(wǎng)和單電源環(huán)型電網(wǎng)中作為主要保護，在電壓.35KV

.110K.福射型電網(wǎng)，常常與電流速斷保護配合使用，構(gòu)成三段式方向電流保護，作為線路相間短路的整套保

護.

三,中性點直接接地系統(tǒng).短路口勺零序電流及方向保護

1.接地短路時零序電流，零序電壓和功率的分布

中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流很大.接地故障具有如卜特點：

.）故障帶內(nèi)的零序電壓最高,稗故障點越遠，零序電壓越低.

..零序電流的分布，決定于線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗及變壓器接地中性點的數(shù)口和位

置，而與電源的數(shù)量和位置無關(guān).

.）故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流向母線的.

.）某一保護（如保?.）安裝地點處的零序電壓與零序電流之間（..）的相位差取決于背后元件（如變壓器）的阻抗

角，而與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關(guān).

2,零序電壓，電流過濾器

..）零序電流過濾器

為取得零序電流,可以采用三個電流互感器按.2.3…）的方式連接,此時流入繼電器中的電流為

接地故障時流入維電器的電流為零序電流，即

在正常運行和相間短路時，零序電流濾過.也存在一個不平衡電.，即

它是由于三個互感器鐵心的飽和程度不同，以及制造過程中的某些差別而引起的.

..）零序電壓過濾曙

為了取得零序電壓，通常采用如.2.3.所示的三個單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器，其一次繞組接成

星形并將中性點接地，.次繞組接成開口三角形..m,.端廣上得到的輸出電壓為

發(fā)生接地故障時，輸出電..為零序電壓，即

正常運行和電網(wǎng)相間短路時，理想輸..實際上由于電壓互感器的誤差及三相系統(tǒng)對地不完全平衡，在開口三

角形側(cè)也有電壓輸出，此電壓稱不平衡電壓,.表示，即

3.零序電流速斷保護

零序電流速斷保護又稱零..段.

..）整定計算

與相間短路的電流保護類似，零序電流速斷保護起動值的整定原則如下：

.）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現(xiàn)的最大零序電流，.2.1.）

.）躲過斷路靜二相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的零序電即

.2.1.）

根據(jù)式.2.1.）,式.2.1.）的計算結(jié)果進行比較，先取其中的較大值作為保護裝置的整定值.

.）如果線路上采用單和自動重合閘時，零序電流速斷應(yīng)躲過非全相運行又產(chǎn)生宸蕩時出現(xiàn)的最大零序口流.

4.限時零序電流速斷保護

限時零序電流速斷保護又稱U段.

…整定計算

.）動作電流

①零序II段的起動電流應(yīng)與下一段線路的I段保護相配合.

當該保護與下一段線路保護之間無中性點接地變壓器時，該保護的起動電.為

.2.2.）

-下一段線路零序I段保護的起動值.

.當該保護與下?段線路保護有中性點接地變壓器時,該保護的起動電流為

.2.2.）

一在下一段相鄰線路保護零序I段保護范圍末端發(fā)生接地短路時，流過本保護裝置的零序電流計算值.

.）動作時限

零序II段的動作時限與相鄰線路保護零序I段和配合,動作時限一般.0.?秒.

…靈敏度校驗

零序II段的靈敏系數(shù)，應(yīng)按本線路末端接地短路時的最小零序電流來校驗，并滿..1..的要求，即

..2.2.）

式.一一本線路末端接地短路時的最小零序電流.

5,零序過電流保護

零序過電流保護又稱HI段保護，它用于本線路接地故障的近后備保護和相鄰元件（線路，母線，變壓器）接地故

障的后備保護.在本線路零序電流保護IJ1段拒動和相鄰元件的俁護或開關(guān)拒動時靠它來最終切除故障?在

中

性點接地電網(wǎng)中的終端線路上也可作為主保護.

..）整定計算

.躲開在卜一條線路出口處相間短路時所出現(xiàn)的最大不平衡電.即

.2.2.）

式.一一可靠系數(shù),.1…1..;

一一下一條線路出口處相間短路時的最大不平衡電流.

②與下一線路零序in段相配合就是本保護零序in段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序川段的保護范圍.

當兩

個保護之間具有分支電路時（有中性點接地變樂器時），起動電流整定為

.2.2.）

式.---可靠系數(shù),.1…L.;

-在相鄰線路的零序山段保護范圍末端發(fā)生接地短路時，流過本保護范圍的最大零序電流計算值.如與相

鄰線路保護間有分支電路時，.取下一條相鄰線路零序HI段的起動值.取①，②中最大者.

…靈敏度校驗

.）作為本線路近后備保護時，按本線路末端發(fā)生接地故障時的最小豕序電..來校驗，要…，即

.2.2.）

.）作為相鄰線路的遠后備保護時,按相鄰線路保護范圍末端發(fā)生接地故障時，流過本保護的最小零序電，.來

校驗，要..L.即

…動作時限

零序山段電流保護的起動值一般很小,在同電任級網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生接地短路時，都可能動作.為保證選擇性，石保

護的動作時限也按階梯原則來選擇.如.2.3.所示，只有在兩個變壓器間發(fā)生接地故障時,才能引起零序電流，

所以只有?！拍懿捎昧阈虮Ｗo..2.3.中同時示出了零序過電流保護和相間短路的過電流保護動作時限,

相比可知前者具有較小的動作時限，這是它的優(yōu)點之一.

6,方向性零序電流保護

..）構(gòu)成方向性零序電流保護時應(yīng)注意的問題

.）在多電源大接地電流系統(tǒng)中，每個變電站至少有一臺變壓器中性點直接接地，以防止單相接地短路時，非故

障相產(chǎn)生危險的過電壓.

.）在.2.3.所示雙側(cè)電源供電系統(tǒng)中，它的兩側(cè)電源處的變壓器中性點均直接接地.如.TM-.側(cè)的電源去掉，則

為單電源供電網(wǎng)絡(luò)，在相間短路的電流保護中.TM■.變壓器短路時，短路電流不流過保…但在零序電流呆拼

中.TM-.變壓器短路時，零序電壓側(cè)流過?！藭r，為了保證保..動作的選擇性,就須采用方向性零序電流保

護，這一點應(yīng)特別注意.即在零序電流保護正方向有中性點接地的變壓器的情況下，不管被保護線路的對側(cè)有

無電源，為了防止保護的靈敏度過低和動作時間過長，就須采用方向性零序電流保護.

（2.動作特性

以.2.3,為例，.點接地短路時,一部分零序電流要經(jīng).TM■.變壓器構(gòu)成回路，一部分零序電流要經(jīng)過

TM-.變壓器構(gòu)成回路.斷路.1Q..4Q.處的零序電流保護均可能動作,為保證動作的選擇性.2Q..3Q.的動作

時間應(yīng).（

同理,.點發(fā)生接地故障時，要.>

顯然，零序電流保護的動作時限同時滿足這兩個條件是不可能的，必須加裝功率方向元件，構(gòu)成方向性零序電

流保護.

..）解決措施

.）假設(shè)母線零序電壓為正,零序電流由母線流向線路方向為正.故障線路兩側(cè)零序電流的實際方向為負，零序

功率為負，非故障線路遠離短路點側(cè)的零序電流也為負，近短路點側(cè)零序電流的方向為正.這時只須加裝反應(yīng)

零序功率而動作的繼電器就可保證選擇性.,點接地,只需滿點接地，只需滿足

即可保證選擇性.

四，中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護

在中性點非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時，由于故障點的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，

對負荷供電沒有影響.在一般情況卜.都允許再繼續(xù)運…2..因此單相接地時，一般只要求繼電保護有選擇地

發(fā)出信號,而不必跳閘.

1,中性點不接地系統(tǒng)的單相接地的特點

..）單電源單線路系統(tǒng)的單相接地

如.2.3.所示的單電源單線路系統(tǒng)，在正常運行情況下，三相對地有相同的電.，在相電.作用下,每相都有一個

電容電.流入地中，而三相電流之和等于零?.

在A相接地時（圖2.40），各相對地的電壓為

故障相電壓為零,非故障相對地電壓升高為原來的倍.因此，故障點D的零序電壓為

可見，故障點的零序電壓大小與相電壓相等.各相對地電容電流為

其有效值為

從接地點流回的電.為

即為正常運行時，三相對地電容電流的算術(shù)和.

..）單電源多線路系統(tǒng)的單相接地

如.2.4.所示，當線路..相接地廿,E|1容電流分布在圖中用，表示.

類似于簡單網(wǎng)絡(luò)的分析，在此接地電,為

有效值

式.一一全系統(tǒng)每相對地電容的總和.

從分析各元件（發(fā)電機出線端，淺路始端的）電流互感器所反應(yīng)的零序電流可得如下結(jié)論：

.）單相接地時，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓，而短路點的零序電壓在數(shù)值上為

相電.；

..在非故障元件上有零序電流，其數(shù)值等于本相原對地電容電流，電容性無

功功率的實際方向為由母線流向線路；

.）在故障元件上，零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對地電容電流之相量和，電

容性無功功率的實際方向為由線路流向母線.

2,中性點不接地系統(tǒng)的接地保護

根據(jù)中性點不接地系統(tǒng)的的但相接地時的以上特點，可構(gòu)成相應(yīng)的各種保護.

..）零序電流保護

零序電流保護是利用故障線路另序電流較非故障線路為大的特點，來實現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號或動作于跳

閘的保護裝置.

零序電流保護的原理接線圖如.2.4.所示，保護裝置由零序電流互感.和零序電流繼電.所組成.零序電流保護

裝置的起動電.必須大于本線路的零序電容電流（即非故障時本身的電容電流），即

零序電流保護裝置的靈敏度，可以按被保護線路上發(fā)生接地故障時流經(jīng)保護的最小零序電流（即為全畫給中

非故障線路電容電流的總和）來校驗，靈敏系數(shù)為

由上式可見，當系統(tǒng)出線越多時，全網(wǎng)絡(luò)的電流越大;或被保護線路的電容電流越小時,零序電流保護的靈敏

系數(shù)就越容易滿足要求.

..）方向性零序電流保護

在出線較少的情況下，非故障線路零序電流與故障線路零序電流差別可能不大,采用零序電流保護靈敏度很

難滿足要求,此時可采用方向性零序電流保護.由上節(jié)分析可知，中性點不接地電網(wǎng)發(fā)牛.單相接地時，非故障

線路零序電流超前零序電.；故障線路零序電流滯后零序電..因此,利用零序功率方向繼電器可明顯區(qū)分故障

線路和非故障線路.

此時，方向性零療電流保護的接線和工作原理與大電流接地系統(tǒng)的方向性.零序電流保護極為類似，只是在使

用中應(yīng)注意相應(yīng)的零序功率方向繼電器要采用正極性接入方式接….，且最大靈敏角.9.度.

4,中性點經(jīng)消孤線圈接地系統(tǒng)中單相接地的特點

...6K.電網(wǎng)中，如果單相接地時接地電容電流的總和大.30..10K.電網(wǎng)大.20..2..66KV電網(wǎng)大.10.,那么單

相接地短路會過渡到相間短路，因此在電源中性點需加裝一個電感線圈.單相接地時用它產(chǎn)生的感性電流，去

補償全部或部分電容電流.這樣就可以減少流經(jīng)故障點的電流，避免在接地點燃起電弧，把這個電感線圖稱為

消弧線圈.

在.2.4.所示電網(wǎng)中，在電源中性點接入?消弧線圈.當線路【I..相接地時的電流分布如.2.4.所示，與24.相

比，不同之處是在接地點又增加了一個電感分量的電.，因此，從中性點流回的總電流為

一一消弧線圈的電流，設(shè)..表示它的電感…

山..的相位大約相.，因.將因消弧線圈的補償而減少.

根據(jù)對電容電流的補償程度不同，消弧線圈可以有完全補償，欠補償及過補償三種補償方式.

..）完全補償法

完全補償就是.，接地點的電.近似為零，從消除故障點電弧，避免出現(xiàn)弧光過電壓的角度來看，這種補償方式

是最好的.但是由于

對.交流電..和三相對地電.將產(chǎn)生串聯(lián)諧振，從而使電源中性點對地電壓嚴重升高,這是不允許的，因此在實

際上不能采用這種方式.

..）欠補償法

欠補償法就是.，補償后的接地點電流仍然是電容性的.如果系統(tǒng)運?'亍方式發(fā)生變化，當某個元件被切除或因

故障跳閘，則電容電流就將減少，很可能又出.的情況.和..）有相同的缺點.因此這種方式一般也是不采用的.

這里順便說明，一般在電力網(wǎng)中欠補償方式是不采用的.

..）過補償法

過補償法就是.補償后的殘余電流是電感性的.采用這種方式不可能發(fā)生串聯(lián)諧振的過電壓問題，因此在實際

中獲得了廣泛的應(yīng)用.

大.的程度用脫諧..來表示，其關(guān)系為

一般選擇脫諧…5..10.,而不大.10..采用過補償時，由.，

所.的實際方向與.2.4.所示的方向相反.

距離保護，就是一種可以滿足高壓電網(wǎng)發(fā)展要求的新原理保護，它可以在任何形式的電網(wǎng)中選擇性地切除故

障.并且有足夠的快速性和靈敏性.

笫三.電網(wǎng)的距離保護

?.距離保護的概念

距離保護是反應(yīng)保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置.測量保護

安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小,故有時又稱阻抗保護.正常運行

時，保護安裝處測量到的線路阻抗為負荷阻..即

當發(fā)生線路故障時,母線測量電壓,，輸電線路上測量電流.，這時的測量阻抗為保護安裝處至故障點的知路

阻.，即

在短路以后,母線電壓下降，而流經(jīng)保護安裝處的電流增大，這樣短路阻.比正常時測量到?大大降低，

距離保護的實質(zhì)是用整定阻.與被保護線路的測量阻.比較.

如.3..所示

當短路點在保護范圍以內(nèi)時，即.時保護動作；

當短路點在保護范圍以外時，即.時,保護不動作.

因此，距離保護乂叫低阻抗保?.

2,距離保護的時限特性

距離保護是利用測量阻抗來反應(yīng)保護安裝處到至短路點這間距離的，為了保證選擇性,獲得廣泛應(yīng)用的是階

梯型時限特性，這種時限特性與三段式電流保護的時限特性相同.

距離保護第I段是瞬間動作的，其動作時.僅為保護裝置的固有動作時間.為了與下一條線路保護的I現(xiàn)有選

擇性地配合，兩者保護范圍不能重疊，因此，三段的保護范圍不能延伸到下一線路中去，而為本線路全長.8

0%~85.，即I段的動作阻抗整定.80%~85.線路全長的阻抗.為了有選擇性地動作，距離II段的動作時限

和起動值要與相鄰下一條線路保護的【段和II段相配合.根據(jù)相鄰線路之間選擇性地配合的原則:如兩者的

保護范圍重登，則兩保護的動作時限整定不同；如動作時限相同，則保護范圍不能重疊.

距離山段為本線路和相鄰線路（元件）的后備保護，其動作時.的整定原則與過電流保護相同，即大于下一條變

電站母線出線保護的最大動作時限其動作阻抗應(yīng)按躲過正常運行時的最小負荷阻抗來整定.

3.距離保護的主要組成元件

距離保護裝置一般由以下五個主要元件組成.

.）起動元件

當被保護線路發(fā)牛.故障時，起動元件瞬間起動保護裝置,以判斷線路是否發(fā)牛?了故障，并兼有后備保護的作用.

通常起動元件采用過電流繼電器或阻抗繼電器.為了提高元件的靈敏度,也可采用反應(yīng)負序電流或零序電流

分量的豆合濾過器來作為起動元件.

.）測量元件

用來測量保護安裝處至故障點之間的距離，并判斷短路故障的方向.通常采用帶方向性的阻抗繼電器作測量

元件.如果阻抗繼電器是不帶方向性的，則需增加功率方向元件來判別故障的方向.

.）時間元件

用來建立距離保.1.段.H.段的動作時限，以獲得其所需要的動作時限特性.通常采用時間繼電器或延時電路

作為時間元件

.）振蕩閉鎖元件

用來防止當電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，距離保護的誤動作.在正常運行或系統(tǒng)振蕩時，振蕩閉鎖元件將保護閉鎖，

而當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，解除閉鎖開放保護，使保護裝置根據(jù)故隧點的遠近有選擇性地動作.

.）電壓回路斷線失壓閉鎖元件

用來防止電壓互感器二次回路斷線失壓時，引起阻抗繼電器的誤動作.

二.阻抗繼電器及其動作特性

阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件，它主要用來作測量元件,也可以作起動元件和兼作功率方向元件.

1,阻抗繼電器的特性

按相測量阻抗繼電曙稱為單相式阻抗繼電器，加入繼電器的只有一個電.和一個電..由于電壓與電流之二匕是

阻抗,.，所以測量阻抗電壓和電流來實現(xiàn).繼電器動作情況取決.的做即測量阻抗），當測量阻.小于預(yù)定的整

定.時動作,大于整定值時不動作.運行中的阻抗器是接入電流互感.T.和

電壓互感.T.的二次側(cè)，其測量阻抗與系統(tǒng)一次

側(cè)阻抗之間的關(guān)系為

.3..）

對于單相阻抗維電器的動作范圍，原則上在阻抗復(fù)數(shù)平面上用一個小方框可以滿足要求.但是當短路點有過

渡.阻存在時,阻抗繼電器的測量阻抗將不在幅角.的立線上，此外，應(yīng)電壓互感器，電流互感器都存在角誤差，

使測量阻抗角發(fā)生變化.所以，要求阻抗繼電器的動作范圍不是.為嗝角的直線，而應(yīng)將其動作范圍擴大，擴大

為?個面或I員1（但整定值不變）.

3,全阻抗繼電器

..）全阻抗繼電器的動作特性

全阻抗繼電器動作邊界的軌跡在復(fù)數(shù)阻抗平面上是一個以坐標原點為圓心（相當于繼電器安裝點），以整定

阻.為半徑的圓，如.3.1.所示，圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū).

其特點如下：

.）無方向性.當測量阻抗位于圓外時，不滿足動作條件，繼電器不動作;當測量正好位于圓周上時，處于臨界狀

態(tài)，繼電器剛好動作，對應(yīng)此時H勺阻抗就是繼電器的起動阻.；當保護正方向短路時，測量阻抗位于第I象限，

當保護反方向短路時，測量阻抗位于第川象限，但保護的動作行為與方向無關(guān)，只要測量阻抗小于整定阻抗，

落在動作特性圓內(nèi),阻抗繼電器就動作.

..無論加入繼電器的電壓與電流之間的相.為多大,繼電器的動作與整定阻抗在數(shù)值上都相等,..3..)

4.方向阻抗繼電器

由于全阻抗繼電器的動作沒有方向性，在使用中，將它作為距離保護的測量元件,還必須加裝方向元件，從而

使保護裝置復(fù)雜化.為了簡化俁護裝置的接線，選用方向阻抗繼電器,它既能測量短路阻抗，又能判斷故障的

方向.

4.影響距離保護正確工作的因素

為了保證距離保護正確測量短路點至保護安裝處的距離，除了采用正確的接線方式外,還應(yīng)充分考慮在實際

運行中，保護裝置會受到一些不利因素的影響,使之發(fā)生誤動.一般來說,影響距離保護正確動作的因素有：

.)短路點的過渡電阻；

.)在短路點與保護安裝處之間有分支電路；

.)電力系統(tǒng)振蕩；

.)測量互感器誤差；

.)電網(wǎng)頻率的變化；

.).丫.-1.變壓器后發(fā)生短路故障；

.)線路串聯(lián)補償電容的影響；

.)過渡過程及二次回路斷線；

.)平行雙回線互感的影響等等.

5,距離保護的整定原則和“道方法

1),距離保護的整定計算

(1),距離保..段整定計算

當被保護線路無中間分支線..或分支變壓..時

定植計算按躲過本線路末端故障整定，一般可按被保護正序阻抗.8.%.85%計算，即

(3.50)

對方向阻抗繼電器則有

線路木端僅為一臺變壓..即線..時

其定值計算按不伸出線路變壓器內(nèi)部整定,即按躲過變壓曙其他各側(cè)的母線故障整定

(3.51)

保護的動作時間…,即保護固有動作時間整定.

當線路末端變電所為兩臺及以上變壓器并列運行且變壓器均裝設(shè)差動保護時

如果本線路上裝設(shè)有高頻保護時，距..段仍可.1.項的方式計當本線路上未裝設(shè)有高頻保護時，則

可按躲過本線路末端故障或按躲過終端變電所其他母線故障整定

或

4.當線路終端變電所為兩臺及以上變壓器并列運行且變壓器未裝設(shè)差動保護時

此時電流速斷保護范圍末端故障整定按下式計算

(3.53)

式..終端變電所變壓器并列運吁時.電流速斷保護范圍最小阻抗值.

5.當被保護線路中間接有分支線路或分支變壓器時按躲過本線路末端和躲過分支線..分支變壓..末端故障

整定，即

(3.54)

(2.距離保.1.段整定計算

1.按與相鄰線路距離保.段配合整定

(3.55)

.)躲過相鄰變壓器其他側(cè)母線故障整定

.3.5.)

3)按與相鄰線路距離保護II段配.整定

(3.57)

最大靈敏角

式.一線路正序阻抗角.

保護動作時間

式.一相鄰距離保,1.段動作時間.

.)按保證被保護線路末端故障保護有足夠的靈敏度整定

當.各項條件所計算的動作阻抗，在本線路末端故障時保護的靈敏度很高,與此同時有出現(xiàn)保護.段

段之間的動作阻抗相差很大，低維電器的整定范圍受到限制而無法滿.段.1.段計算定值的要求時，則可改為

按保證本線路末端故障時有足夠的靈敏度條件整定，即

.3.5.)

式.一被保護線路正序阻.；

-被保護線.末端故障時保護的靈敏度.

…距離保..段整定計算

按躲過線路最大負荷阻抗配合整定

.，當距..段為電流起動元件時，其整定值為

.3.6.)

.，當距..段為全阻抗起動起動元件時，其整定值為

最小負荷計算為

(3.71)

3,當為方向阻抗起動元件時.其整定值為

當方向阻抗元件.接線方式時..段整定值.

.3.7.)

5)距離.段的火敏度

線路末端靈敏度計算..3.7.)

后備保護靈敏度計算..3.7.)

對距離.段靈敏度的要求：

對于110KV線路,在考慮相鄰線路相繼動作后，對相鄰元件后備靈敏度要.；對于220KV及以上線路,對相鄰

元件后備保護靈敏度要.；若后備保護靈敏度不滿足時，根據(jù)電力系統(tǒng)的運行要求，可考慮裝設(shè)近后備保護;對

于相鄰元件.接線的變壓器，當變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路時，.接線的阻抗繼電器，其反應(yīng)短路故障的能力很

差，一?般起不到足夠的后備作用.

.4)距離保護各段動作時限的選擇配合原則

1)距離保.段的動作時限

距離保.段的動作時限按保護裝置本身的固有動作時間，一般不大.0.03?0.01S,不作特殊計算.

2)距離保護H段的動作時限

距離保.H段的動作時限應(yīng)按階梯式特性逐段配合.當距離保護II段與相鄰線路距離保.段配合時.，若距.段動

作時限(本身固有動作時間)為0.1S以下時段動作時間可按0.5S考慮;當相鄰距離保.段動作時限為0.

1s以上時，或者與相鄰變壓曙差動保護配合時，則距離II段動作時限可選為0.5?0.6s.當距離保護II段與

相鄰距離保護H段配合時,.計算，其.為相鄰距離保護II段的時限.當相鄰母線上有失靈保護時.距離II段的

動作時限尚應(yīng)與失靈保護配合，但為了降低主保護的動作時限,此恬況的配合級差允許按?0.25s考慮.

3.距離保.段的動作時限

距離保.段的動作時限仍應(yīng)遵循階梯式原則，

第四.輸電線路的縱聯(lián)差動保護和高頻保護

一，輸電線路的縱聯(lián)差動保護

1,縱聯(lián)差動保護的基本原理

縱差保護的基本原理是基于比較被保護線路始端和末端電流的大小和相位原理構(gòu)成的.

圖4-1線路縱差保護工作原理說明(正常運行及區(qū)外故障)

圖7-2線路縱差保護工作原理說明(區(qū)內(nèi)故障)

即當線路正常運行或外部故障(指在兩側(cè)電流互感器所包括的范圍之外故障)時，如圖7-1所示，在理想情況

下，流入繼電器線圈的電流為

g=(m-n)=(M-N).nT.=O

其中nTA為電流互感器變比.

當線路內(nèi)部故障時,流入繼電器線圈的電流為

g=(m+n)=(M+N).nT..K.nTA

式.K一一流入故障點總的短路電流.

2,不平衡電流

(1)穩(wěn)態(tài)不平衡電流

設(shè)電流互感器二次電流為

m=(M-l).nTA

n=(N-2..nTA

式中1,2一—分別為兩側(cè)電流互感器的勵磁電流.

正常運行或外部故障時,流入繼電器的電流為

g=(m-n)=[(M-l)-(N-2)].nTA

=(2-l).nT.=unb

unb一一不平衡電流，

(2)暫態(tài)過程中的不平衡電流

由丁差動保護是瞬時性動作的，四此，需要考慮在外部短路的暫態(tài)過程中,差動回路出現(xiàn)的不平衡電流.這時

短路電流中除含有周期分量外，還含有按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量，短路電流波形如圖7—3所示.

圖4一.外部短路暫態(tài)過程中的短路電流和不平衡電流

(a)一次側(cè)短路電流;(b)不平衡電流

為了保證差動保護動作的選擇性,差動繼電器動作電流必須躲過最大不平衡電流.

若不平衡電流大，則繼電器動作電流就增大，保護靈敏度下降.為了架證保護的靈敏度,又要保證繼電器在區(qū)

外短路可靠不動作，區(qū)內(nèi)短路靈敏動作，一直是差動保護研究的主要內(nèi)容.

二.光纖縱聯(lián)差動保護

光纖縱差保護是通過光纖通道將測量信號從一惻傳送到另一側(cè)的.首先把電信號轉(zhuǎn)換成光信號再傳輸;接到

的光信號再轉(zhuǎn)換成電信號進彳j.相位或方向比較,決定保護是否動作.

微機光纖縱差保護詳細內(nèi)容放在微機保護課里進行講解.

測驗題：已知:線路阻抗角為650;計算A處距離II段動作阻抗整定計算中所用的最小分支系數(shù)和距離III

段靈敏度校驗中所用的最大分支系數(shù).

三.高頻保護的工作原理和分類

1.高頻保護的作用原理及分類

對于高電壓，遠距離輸電線路,要求配置全線速動保護作為主保護.凡是同時反應(yīng)線路兩側(cè)電氣量的保護均能

實現(xiàn)全線速動.而要構(gòu)成能反應(yīng)兩端電氣量的保護,必須具有能反應(yīng)兩端電氣量的信號和傳輸這個信號的通

道.在220KV及以上電壓等級的電網(wǎng)中，廣泛采用高頻保護作為主保護.所謂高頻保護,即是應(yīng)用載波技術(shù)，

以輸電線路本身作為通道，將線路兩側(cè)工頻電氣量（或兩側(cè)階段式保護中測量元件的判別結(jié)果）調(diào)制在頻率

為40V?500KHz的高頻電波上，沿通道互相傳送;兩側(cè)保護收到比高頻電波后，再將其還原為工頻電氣量

（或判別結(jié)果）并在各自的保護中比較這些量,以判斷是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障.從原理上看，高頻保護不反應(yīng)被保

護線范圍以外的故障,其動作可以不帶延時.高頻保護的結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示,它由繼電部分，高頻收發(fā)信

機和高頻通道組成.

高頻保護結(jié)構(gòu)框圖

F-發(fā)信機;S?收信機

2.高頻通道的構(gòu)成

經(jīng)高頻加工的輸電線路稱之為輸電線載波通道,簡稱為“高頻通道“或“通道”.在輸電線路的兩相上作高頻加

工的通道，稱為相"制高頻通道;只在一相上加工的，稱為地”制高頻通道相響高頻通道的衰耗小旭

所需加工設(shè)備多，投資大;"..地"制高頻通道的傳輸效率較低,但所福加工設(shè)備較少，投資較小.國內(nèi)一般都采

用"..地”制高頻通道.

3,高頻通道的工作方式和高頻信號的作用

高頻通道的工作方式有正常無高頻電流方式，正常有高頻電流方式和移頻方式三種.

1）正常無高頻電流方式

正常情況下發(fā)信機不發(fā)信，通道中無高頻電流通過,當系統(tǒng)故障時,發(fā)信機由起動元件起動發(fā)信，通道中才有

高頻電流出現(xiàn).因此〃這種方式又稱為故障時發(fā)信方式.我優(yōu)點是對鄰近通道的影響小，可以延長收發(fā)信機的

壽命.缺點是必須要有起動元彳3且需要定時檢查通道是否良好?目前電力系統(tǒng)中廣泛采用這一方式.

2）正常有高頻電流方式

正常情況卜.，發(fā)信機連續(xù)發(fā)信，通道中經(jīng)常有高頻電流通過.因此這種方式又稱長期發(fā)信方式.長期發(fā)信的優(yōu)

點是通道的工作狀態(tài)可得到經(jīng)常監(jiān)視，可靠性較高.此外，無需發(fā)信起動元件，使保護簡化，并可提高保井的靈

敏度.其缺點是增大了通道間的相互干擾，并降低了收發(fā)信機的使用年限.

3）移頻方式

正常情況下,發(fā)信機發(fā)出某一種頻率的高頻電流，用以監(jiān)視通道及閉鎖高頻保護.當線路故障時，高頻保護控

制發(fā)信機移頻，發(fā)出另一種頻率的高頻電流.這種方式提高了通道工作的可靠性，且加強了保護的抗干擾能力.

高頻保護的信號應(yīng)在系統(tǒng)故障情況下起作用.當線路內(nèi)部故障時，符保護開放，允許保護跳閘；當線路外部故

障時，將保護閉鎖,按高頻信號邏輯性質(zhì)不同，可分為跳閘信號,允許信號和閉鎖信號，如.4.5所示.

1）跳閘信號

線路內(nèi)部故障時，直接引起保護跳閘的信號稱為跳閘信號.跳閘信號的出現(xiàn)，是保

護跳閘的充分條件，它與繼電阻P的動作信號間具有“或”的邏輯關(guān)系，如圖4.5（a）所示，即有高頻信號時，高

頻保護就發(fā)跳閘命令.

2）允許信號

線路內(nèi)部故障時，將保護開放，允許保護跳閘的信號稱為允許信號.有允許信號是保護跳閘的必要條件.只有

繼電部分動作，同時又有允許信號時,保護才能動作于跳閘，缺一不可.

3）㈤鎖信號

線路外部故障時，將保護閉鎖的信號稱為閉鎖信號.閉鎖信號是禁止保護跳閘的信號.無閉鎖信號是保護跳閘

的必要條件.閉鎖信號與繼電部分的動作信號間具有“否"邏輯關(guān)系，如.4.5（c）所示.只有繼電部分動作而乂

無閉鎖信號時，保護才能動作丁跳閘.目前國內(nèi)使用的高頻保護裝置，多采用故障時發(fā)送高頻閉鎖信號的工作

方式,采用閉鎖信號,可提高保寸的可靠性.采用允許信號的主要優(yōu)點是動作速度較快.在主保護雙重化的情

況下，一套采用閉鎖信號，另一套采用允許信號，可得到取長補短的效果.采用跳閘信號的優(yōu)點是能從一瑞判

定內(nèi)部故障.缺點是抗干擾能力差,多用于線路變壓器組上.

第六.電力變壓得保護

一,電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)

電力變壓器的故障通常nJ■分.泊箱內(nèi)部故障和油箱外部故..

油箱內(nèi)部故.主要是指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)包括高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組的相間短路，原間短路，中性點直接接地

系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路.變壓器油箱內(nèi)部故障是很危險的，因為故障點的電弧不僅會損壞繞組絕緣與鐵

心，而且會使絕緣物質(zhì)和變壓器油劇烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸.所以，繼電保護應(yīng)盡可能快地切除這

些故障.

油箱外部故.主要是變壓器繞組引出線和套管上發(fā)生的相間短路和接地短路(直接接地系統(tǒng)).

變壓得的不正常工作狀.主要有過負荷，外部短路引起的過電流，外部接地短路引起的中性點過電壓，油箱漏

油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高等.此外，大容量變壓器，由于其額定工作磁通密度較高，

工作磁密與電壓頻率比成正比例，在過電壓或低頻率下運行時,可能引起變壓器的過勵磁故障等.變壓器繼電

保護的任務(wù)就是反應(yīng)上述故障或異常運行狀態(tài)，并通過斷路器切除故障變壓器,或發(fā)出信號告知運行人員采

取措施消除異常運行狀態(tài).同時，變壓器保護還應(yīng)能用作相鄰電器元件的后備保護.

二，變壓器的差動保護

2,變壓器差動保護的基本原理和接線方式

變壓得縱差動保護主要是用來反應(yīng)變壓器繞組，引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護.變壓器

差動保護是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的,.5.2示出了雙繞組變壓器差動保護單相原理接線圖.變壓器兩側(cè)分別

裝設(shè)電流互感并按圖中所示極性關(guān)系進行連接.

正常運行或外部故障時，差動維電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之差，欲使這種情況下流過繼

電牌的電流基本為零，則應(yīng)恰當選擇兩側(cè)電流互感器的變化.

(5.1)

.(5.2)

若上述條件滿足，則當正常運行或外部故障

時,流入差動繼電器的電流為：

(5.3)

當變壓器內(nèi)部故障時，流入差助繼電器的電流為：

為了保證動作的選擇性,差動繼電器的動作電.應(yīng)按躲開外部短路時出現(xiàn)的.大不平衡電流來整定,.(5.5)

從式(5.5)可見，不平衡電.愈大，繼電器的動作電流也愈大.太大，就將降低內(nèi)部短路時保護的靈敏度，因此，減

少不平衡也流及其對保護的影響，就是實現(xiàn)變壓器差動保護的主要問題.為此，應(yīng)分析不平衡電流產(chǎn)生的原因,

并討論減少其對保護影響的措施.

2,變壓器差動保護的不平衡電流及減小不平衡電流的方法

實際上，由于變壓器勵磁涌流,接線方式和電流互感器誤差等因數(shù)的影響，即使兩側(cè)電流互感器的變比笨于變

壓器的變比，正?；蛲獠慷搪肥遣顒永^電器中的電流也不會等于零，而是會流過一個不平衡電..并且在變壓

器縱差動保護中，不平衡電流很大,形成不平衡電流的因素很多，因此，需要采取相應(yīng)的措施，以消除不平衡電

流對縱差動保護的影響.產(chǎn)生不平衡電流的原因主要有以下幾種：

.1)穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

1)變壓得兩側(cè)電流相位不同

電力系統(tǒng)中變壓器常采.Y,dll接線方式，因此，變壓器兩側(cè)電流的相位..如圖6.3所示,Y側(cè)電流滯后△側(cè)

電.，若兩側(cè)的電流互感器采用相同的方式，則兩側(cè)對應(yīng)相的二次電流也相.左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流.

2)電流互感器計算變比與實際變化不同

變壓器高，低壓兩側(cè)電流的大小是不相等的.為了滿足正常運行或外部短路時，流入繼電器差回路的電流為零,

則應(yīng)使高，低壓側(cè)流入繼電器的電流相等，則高，低壓側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比.但實際

上由于電流互感器在制造上的標準化,往往選出的是與計算變比相接近且叫較大的標準變比的電流互感器.

這樣，由于變比的標準化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流.在表6.2中，以一臺容量

為31.5MVA,變比.的Y,dll變壓器為例，列出了由于電流的實際變比與計算變比不等引起的不平衡月流.

3)變壓器各側(cè)電流互感器型號不同

由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性,勵磁電

流

（歸算至同一側(cè)）也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流.

4）變壓器帶負荷調(diào)整分接頭

四.變壓器相間短路的后備保護

為了防止外部短路引起的過電流和作為變壓器縱差動保護，瓦斯保護的后備,變壓器還應(yīng)裝設(shè)后備保護.

1.過電流保護

變壓器過電流保護的單相原理接線.如.6.2.所示.保護的動作電..按躲過變壓器的最大負荷電流.整定.

.5.1.）

變壓器的最大負荷電流應(yīng)按下列情況考慮：

.）對并聯(lián)運行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺變壓器后的負荷電流,當各臺變壓器的容量相同時，可按下式計算：

.5.1.）

.）對降壓變壓器，應(yīng)考慮負荷..5-20

電動機自起動時的最大電流，即：

.5.1.）

2.低電壓起動的過電流保護

低電壓起動的過電流保護原理接線.如.6.2.所示.保護的起動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器.

電流繼電器的動作電流按躲過變壓㈱的額定電流整定，即：

因而其動作電流比過電流保護的起動電流小,從而提高了保護的靈敏性.

低電壓繼電器的動作電..可按躲過正常運行時最低工作電壓整定.一般..=0.7…為變壓器的額定電壓）.電

流元件的靈敏系數(shù)按式.6.1.）校驗，電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗：

.5.1.）

為防止電壓互感器二次回路斷線后保護誤動作，設(shè)置/中間繼電.K..當電壓互感器二次回路斷線時，低電壓

繼電器動作，起動中間繼電器，發(fā)出電壓回路斷線信號.

3.復(fù)合電壓起動的過電流保護

該保護山三部分組成：

.）電流元件,由接于相電流的維電.K..K.組成.

.）電壓元件.由反應(yīng)不對稱短路的負序電壓繼電.KV.（內(nèi)附有負序電壓濾過器）和反應(yīng)對稱短路接于相間電

壓的低電壓繼電.K.組成.

.）時間元件.由時間繼電.K.構(gòu)成.

裝置.動作