3.1單側(cè)電源配電線路相間短路電流保護(hù)第3章35kV及以下電壓等級(jí)線路保護(hù)所在配電系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。35kV及以下單側(cè)電源配電線路主要有特點(diǎn)：由于是單側(cè)電源線路，因此負(fù)荷功率、短路功率的流動(dòng)方向單向的；1處于較低的電壓等級(jí)，傳輸距離短，傳輸容量小，因此在電力系統(tǒng)中的重要性相對(duì)較低；2線路上一般存在多個(gè)分段、分支斷路器，并與多臺(tái)配電變壓器相連接，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；34電流保護(hù)一種反應(yīng)故障時(shí)電流的增加而動(dòng)作的一種保護(hù)原理。當(dāng)故障電流超過(guò)預(yù)先設(shè)定值（即整定值）時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。電流保護(hù)裝置按斷路器位置配置，采用階段式原理，保護(hù)間在動(dòng)作值與動(dòng)作時(shí)間上相互配合，以滿足“四性”要求。其特點(diǎn)是快速，目的是使得故障點(diǎn)與電源之間快速被隔離。

K1、K2點(diǎn)為故障點(diǎn)，線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，三相短路電流與兩相短路電流的通用計(jì)算公式為結(jié)合公式并觀察曲線可知：1）故障點(diǎn)越近（即l值越?。?，短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗越小，短路電流將越大；2）短路類型與運(yùn)行方式也決定故障電流的大小，對(duì)于同一個(gè)故障點(diǎn)，最大運(yùn)行方式下的三相短路電流最大，最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流最小。K1處故障時(shí)，保護(hù)P1應(yīng)動(dòng)作，保護(hù)P2未流過(guò)故障電流，無(wú)法反應(yīng)；K2

處故障時(shí)，保護(hù)P1、P2流過(guò)同一電流，此時(shí)，根據(jù)“選擇性”要求，保護(hù)P2應(yīng)先于保護(hù)P1動(dòng)作，跳開QF2

，保障MN線路正常供電；如P2由于各種原因未能動(dòng)作，保護(hù)P1應(yīng)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作跳開，此時(shí)故障范圍擴(kuò)大，但M母線上級(jí)系統(tǒng)仍能保障供電。3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)

無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，動(dòng)作原理是當(dāng)測(cè)量電流高于整定值時(shí)，不經(jīng)延時(shí)而動(dòng)作，工程中常被稱為“電流I段保護(hù)”特點(diǎn)：動(dòng)作速度最快目的：使故障設(shè)備能夠快速地被隔離3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)繼電保護(hù)的定義無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（I段）整定

保護(hù)P1的Ⅰ段動(dòng)作電流按躲過(guò)本線路（MN線路）末端最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的最大短路電流，即

動(dòng)作時(shí)限

Ⅰ段靈敏度要求最大運(yùn)行方式下出口三相短路電流值不低于保護(hù)的動(dòng)作電流。以保護(hù)P1為例，Ⅰ段靈敏度即滿足要求。注意：電流I段的保護(hù)范圍（即保護(hù)區(qū)）不能超過(guò)本線路全長(zhǎng)3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)【例3-1】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。保護(hù)P1的I段動(dòng)作電流一次值保護(hù)P2的I段動(dòng)作電流一次值3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)【例3-1】

【解】

2）動(dòng)作電流二次值。保護(hù)P1的I段動(dòng)作電流二次值保護(hù)P2的I段動(dòng)作電流二次值3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)單相原理接線圖中TA為電流互感器，KA為I段電流繼電器。本線路故障電流大于KA定值KA觸點(diǎn)閉合KM中間繼電器動(dòng)作相應(yīng)觸點(diǎn)接通線路QF跳閘回路跳閘線圈YR勵(lì)磁斷路器QF實(shí)現(xiàn)跳閘信號(hào)繼電器KS動(dòng)作，發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)無(wú)延時(shí)跳閘命令無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)+無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)由于電流保護(hù)Ⅰ段通常不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，考慮增加限時(shí)電流速斷保護(hù)，目的是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，該保護(hù)又稱為“電流Ⅱ段保護(hù)”。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)圖中可以看出，設(shè)置電流Ⅱ段保護(hù)的目的是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，Ⅱ段保護(hù)的保護(hù)范圍必然會(huì)伸入下一級(jí)線路（相鄰線路），在圖中陰影區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，P1的Ⅱ段保護(hù)存在與下線保護(hù)（P2）I段“搶動(dòng)”的問(wèn)題。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)若P1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)伸出相鄰線路Ⅰ段保護(hù)區(qū)注意：P1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)不應(yīng)伸出相鄰線路P2的Ⅰ段保護(hù)區(qū)!!圖中陰影區(qū)發(fā)生故障時(shí)，P2的Ⅰ段不動(dòng)，P1的Ⅱ段與P2的Ⅱ段啟動(dòng)，同時(shí)動(dòng)作，跳開QF1、QF2，這種保護(hù)動(dòng)作行為稱為“失去選擇性”，是一種錯(cuò)誤行為。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段）整定電流Ⅱ段保護(hù)的整定原則是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，但保護(hù)區(qū)不超過(guò)相鄰線路保護(hù)I段保護(hù)區(qū)，即與相鄰線路保護(hù)I段配合，其動(dòng)作電流為

動(dòng)作時(shí)間靈敏度校驗(yàn)公式為大于1.5即滿足靈敏性要求。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)

當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，電流Ⅱ段保護(hù)定值可與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合整定，即

動(dòng)作時(shí)間

如果這樣做，靈敏系數(shù)還是不能滿足要求。則電流Ⅱ段保護(hù)必須按保證本線路末端故障時(shí)達(dá)到規(guī)定的靈敏度來(lái)整定，即

按靈敏度整定：3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)【例3-2】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。保護(hù)P1的Ⅱ段動(dòng)作電流一次值保護(hù)P1的Ⅱ段動(dòng)作電流二次值2）動(dòng)作電流二次值。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)【例3-2】

【解】

3）動(dòng)作時(shí)限。4）靈敏度校驗(yàn)。靈敏度滿足要求。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)Ⅱ段保護(hù)的單相原理接線延時(shí)本線路故障電流大于KA定值KA觸點(diǎn)閉合KT勵(lì)磁接通線路QF跳閘回路跳閘線圈YR勵(lì)磁斷路器QF實(shí)現(xiàn)跳閘信號(hào)繼電器KS動(dòng)作，發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)相應(yīng)觸點(diǎn)在整定時(shí)間后閉合3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)除了主保護(hù)，線路上還應(yīng)配有后備保護(hù)，所謂后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。一旦主保護(hù)設(shè)備或斷路器發(fā)生故障拒動(dòng)，可以依賴后備保護(hù)切除故障。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段保護(hù)）就是一種后備保護(hù)。3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)如K1處故障，P1的主保護(hù)或QF1拒動(dòng)，由P1的Ⅲ段跳開QF1，此時(shí)P1的Ⅲ段是線路MN的近后備保護(hù)。如K2處故障，P2的主保護(hù)或QF2拒動(dòng)，由P1的Ⅲ段跳開QF1，此時(shí)P1的Ⅲ段是線路NP的遠(yuǎn)后備保護(hù)。拒動(dòng)近后備拒動(dòng)遠(yuǎn)后備3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)對(duì)于圖中K3處故障，若P2的主保護(hù)或QF2拒動(dòng)，故障將不能被切除，這是不允許的。因此，必須設(shè)立電流Ⅲ段保護(hù)提供完整的遠(yuǎn)后備作用。顯然，電流Ⅲ段應(yīng)能保護(hù)相鄰線路全長(zhǎng)。拒動(dòng)主保護(hù)后備保護(hù)3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（Ⅲ段）整定電流Ⅲ段保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按以下兩個(gè)條件整定：1）保證Ⅲ段過(guò)電流保護(hù)在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應(yīng)不小于外部短路故障切除后流過(guò)保護(hù)的最大自起動(dòng)電流。即

2）與相鄰線路III段電流保護(hù)配合，即本線路的III段電流保護(hù)整定值應(yīng)大于相鄰線路III段電流保護(hù)整定值。保護(hù)P1的III段動(dòng)作電流取上述兩者較大值。3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義【例3-3】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。根據(jù)過(guò)電流保護(hù)其返回電流小于動(dòng)作電流且存在固定比例的特點(diǎn)，可得過(guò)電流保護(hù)的整定值為本線路的過(guò)電流保護(hù)的整定值應(yīng)大于相鄰線路過(guò)電流保護(hù)整定值。兩者取較大值，所以取3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義【例3-3】

【解】

2）保護(hù)P1的III段整定電流二次值。3）動(dòng)作時(shí)限。本例中，保護(hù)P1的III段動(dòng)作時(shí)限為3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)【例3-3】

【解】

4）靈敏度校驗(yàn)。校驗(yàn)近后備靈敏度，指校驗(yàn)點(diǎn)為本線路末端，即N母線處。校驗(yàn)遠(yuǎn)后備靈敏度，指校驗(yàn)點(diǎn)為相鄰線路末端，即P母線處。滿足要求滿足要求電流Ⅰ段的動(dòng)作選擇性由動(dòng)作電流保證，電流Ⅱ段的選擇性由動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)限共同保證，而電流Ⅲ段是依靠動(dòng)作時(shí)限來(lái)保證的。1定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)要求保護(hù)區(qū)較長(zhǎng)，其動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，一般動(dòng)作電流較小，其保護(hù)范圍伸出相鄰線路末端。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷的保護(hù)動(dòng)作電流，都是按某點(diǎn)的短路電流整定的。23小結(jié)3.1.4電流保護(hù)接線方式所謂電流保護(hù)接線方式，是指電流保護(hù)中電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式。配電線路常用的電流保護(hù)接線方式有三相三繼電器的完全星形聯(lián)結(jié)、兩相兩繼電器的不完全星形聯(lián)結(jié)和兩相三繼電器接線流入電流繼電器的電流與電流互感器二次電流的比值稱為接線系數(shù)，顯然完全星形與不完全星形聯(lián)結(jié)的接線系數(shù)為1。3.1.5階段式電流保護(hù)（1）組成階段式電流保護(hù)由電流Ⅰ段、電流Ⅱ段、電流Ⅲ段組成，三段保護(hù)構(gòu)成“或”邏輯出口跳閘。電流I段保護(hù)由動(dòng)作電流保證選擇性，動(dòng)作電流按躲過(guò)本線末端最大運(yùn)行方式下三相短路電流整定，快速性好，但靈敏性差，不能保護(hù)本線全長(zhǎng)電流Ⅱ段保護(hù)由動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)限保證選擇性，動(dòng)作電流與下一級(jí)線路電流I段保護(hù)配合整定，快速性較I段保護(hù)差，但靈敏性較好，能保護(hù)本線路全長(zhǎng)電流Ⅲ段保護(hù)按階梯特性整定動(dòng)作時(shí)限以保證選擇性，動(dòng)作電流按正常運(yùn)行時(shí)電流保護(hù)不啟動(dòng)、外部故障切除后電流保護(hù)能可靠返回計(jì)算，動(dòng)作慢，但靈敏性好，能保護(hù)下線路全長(zhǎng)。3.1.5階段式電流保護(hù)（2）電磁型電流保護(hù)歸總圖與展開圖歸總式原理圖I段保護(hù)測(cè)量元件Ⅱ段保護(hù)測(cè)量元件Ⅲ段保護(hù)測(cè)量元件3.1.5階段式電流保護(hù)展開式原理圖3.1.5階段式電流保護(hù)（3）應(yīng)用實(shí)例3.1.6評(píng)價(jià)與小結(jié)選擇性：電流保護(hù)在單電源線路上具有選擇性；電流I段由動(dòng)作電流保證選擇性；電流Ⅱ段由動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間保證選擇性；電流Ⅲ段由動(dòng)作時(shí)間階梯特性保證選擇性?？焖傩裕弘娏鱅段快速性最好，動(dòng)作時(shí)間僅為毫秒級(jí)的繼電器固有動(dòng)作時(shí)間；電流Ⅱ段快速性次之，動(dòng)作時(shí)間為0.5s左右；電流Ⅲ段快速性最差，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。靈敏性：電流I段靈敏性最差，不能保護(hù)本線全長(zhǎng)（除線變組情況）；電流Ⅱ段靈敏性較好，能保護(hù)本線全長(zhǎng)；電流Ⅲ段靈敏性最好，能保護(hù)下線全長(zhǎng)?？煽啃裕弘娏鞅Ｗo(hù)構(gòu)成簡(jiǎn)單，可靠性較高。對(duì)相間短路電流保護(hù)的總體評(píng)價(jià)是：靈敏性較差，可靠性較高。

3.2

方向電流保護(hù)3.2.1工作原理（1）電流保護(hù)用于雙電源線路時(shí)的問(wèn)題在雙電源線路上，為切除故障元件，應(yīng)在線路兩側(cè)裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。線路發(fā)生故障時(shí)線路兩側(cè)的保護(hù)均應(yīng)動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器，這樣才能切除故障線路，保證非故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。在這種電網(wǎng)中，如果僅采用一般過(guò)電流保護(hù)作為相間短路保護(hù)時(shí)，主保護(hù)靈敏度可能下降，后備保護(hù)無(wú)法滿足選擇性要求。3.2.1工作原理Ⅰ、Ⅱ段靈敏度可能下降無(wú)法保證Ⅲ段動(dòng)作選擇性。Ⅰ段誤動(dòng)作Ⅲ段同時(shí)啟動(dòng)（2）方向性保護(hù)的概念3.2.1工作原理造成電流保護(hù)在雙電源線路上應(yīng)用困難的原因是需要考慮“反向故障”。從保護(hù)安裝處看出去，在“母線指向線路”方向上發(fā)生的故障稱為正向故障，反之稱為反向故障。如果有一個(gè)方向元件控制電流保護(hù)，當(dāng)發(fā)生反向故障（圖陰影區(qū)域故障）時(shí)閉鎖電流保護(hù)，就能解決在雙電源線路上應(yīng)用電流保護(hù)的問(wèn)題。故障方向示意圖3.2.1工作原理方向元件與電流元件結(jié)合就構(gòu)成了方向電流保護(hù)，兩者邏輯關(guān)系如圖1。方向電流保護(hù)邏輯圖方向電流保護(hù)分組正方向故障時(shí)方向電流保護(hù)才可能動(dòng)作，按正方向分組，圖中的保護(hù)可以分為兩組：P1、P3、P5為一組，整定動(dòng)作電流時(shí)考慮A側(cè)電源提供的短路電流；P2、P4、P6為另一組，整定時(shí)考慮B側(cè)電源提供的短路電流。3.2.2功率方向元件（1）工作原理方向元件的作用是判別故障方向，當(dāng)在M母線背后至M側(cè)系統(tǒng)的線路上K′點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，當(dāng)為正方向故障時(shí)，有故障相電壓

超前故障相電流

，夾角為銳角，從而有

；在反方向故障時(shí)，有故障相電壓

滯后故障相電流

，夾角為鈍角，此時(shí)

。在規(guī)定的電壓、電流參考方向下，有功功率的正負(fù)可以用來(lái)判斷故障的方向，依此原理構(gòu)成的方向元件也稱為功率方向繼電器。3.2.2功率方向元件三相短路故障時(shí)電壓、電流相位關(guān)系a)正方向故障；b)正方向故障相量圖；c)反方向故障；d)反方向故障相量圖3.2.2功率方向元件（2）動(dòng)作方程繼電器動(dòng)作方程為實(shí)際工作時(shí)，比幅方程式為比相方程與比幅方程的等效性3.2.2功率方向元件LG-11繼電器電路原理圖

、

經(jīng)變換器后形成，串聯(lián)后分別形成

、

工作電壓，制動(dòng)電壓工作電壓、制動(dòng)電壓分別經(jīng)整流橋

接入環(huán)流比幅電路。LG-11的執(zhí)行元件為極化繼電器KP，極化繼電器為直流繼電器，動(dòng)作需要很小的功率，只要電流由標(biāo)記“·”處流入即可動(dòng)作。3.2.2功率方向元件功率方向繼電器動(dòng)作特性LG-11為了克服“死區(qū)”，引入了“極化記憶回路”，動(dòng)作方程變?yōu)槠渲校?/p>

稱為繼電器的內(nèi)角，LG-11內(nèi)角有45°、30°兩檔。3.2.2功率方向元件（3）微機(jī)保護(hù)方向元件

微機(jī)保護(hù)中有兩大類方向元件：一類是以比相算法實(shí)現(xiàn)的工頻量比相，動(dòng)作方程與傳統(tǒng)的功率方向繼電器類似；另一類是以工頻變化量構(gòu)成的“工頻變化量方向元件”、“能量積分方向元件”等新型的方向元件，性能更為優(yōu)異，用于110kV以上電壓等級(jí)的線路縱聯(lián)保護(hù)中。3.2.3功率方向繼電器接線方式功率方向繼電器的接線方式要求為1）必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性。即正向發(fā)生任何類型的相間短路都能動(dòng)作，而反向發(fā)生相間短路時(shí)可靠不動(dòng)作；2）盡量使功率方向繼電器在正向相間短路時(shí)具有較高的靈敏度，φK應(yīng)接近φsen。3.2.3功率方向繼電器接線方式傳統(tǒng)的功率方向繼電器，采用90°接線，分別用于A、B、C三相。當(dāng)保護(hù)處于送電側(cè)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，cosφ=1時(shí)，3個(gè)功率方向繼電器測(cè)量的角度均為90°，如KWa，A相電流超前BC線電壓90°。該接線方式因此而得名。90°接線表3.2.3功率方向繼電器接線方式采用90°接線的功率方向元件動(dòng)作區(qū)的畫法為(以KWB為例，假設(shè)功率方向繼電器的內(nèi)角為30°)①定原點(diǎn)“O”，水平向右畫相量，即定其為參考相量，相位為0°。②將參考相量繞原點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)30°，畫一條虛線。③過(guò)原點(diǎn)，垂直于該虛線畫一條實(shí)線，即為動(dòng)作邊界。④在實(shí)線靠參考相量側(cè)畫出陰影線。⑤進(jìn)行相應(yīng)文字標(biāo)識(shí)。⑥在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，以原點(diǎn)“O”為中心，畫出實(shí)際流入功率方向元件的電流相量，并判別功率方向元件是否動(dòng)作。3.2.3功率方向繼電器接線方式不對(duì)稱故障時(shí)非故障相仍有電流，稱為非故障相電流。如圖所示，保護(hù)反向發(fā)生BC相短路時(shí)，A相功率方向繼電器流過(guò)非故障電流，動(dòng)作與否取決于故障前潮流的方向，不取決于故障方向，這就是前文中不討論兩相短路時(shí)非故障相功率方向繼電器行為的原因。非故障相電流的影響3.2.3功率方向繼電器接線方式按相啟動(dòng)接線考慮電流繼電器觸點(diǎn)與功率方向繼電器觸點(diǎn)之間的接線時(shí)必須考慮非故障相電流的影響，應(yīng)該滿足“按相啟動(dòng)”原則，如圖所示。采用按相啟動(dòng)后，發(fā)生BC相短路故障時(shí)，由于A相電流繼電器按躲過(guò)非故障相電流整定不動(dòng)作，KWA的行為就無(wú)關(guān)緊要了，避免了不反應(yīng)故障方向的KWA與故障相電流繼電器溝通回路而在反向故障時(shí)誤動(dòng)跳閘。3.2.3功率方向繼電器接線方式【例3-4】【解】1）將內(nèi)角30°代入功率方向繼電器的動(dòng)作方程可得當(dāng)正方向發(fā)生三相短路時(shí)，電流處在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，功率方向繼電器可靠動(dòng)作。正向三相短路3.2.3功率方向繼電器接線方式3）反向三相短路時(shí)，電流不在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，功率方向繼電器不會(huì)動(dòng)作。反向三相短路3.2.3功率方向繼電器接線方式【例3-4】【解】1）根據(jù)功率方向繼電器的內(nèi)角為30°條件，畫出C相功率方向繼電器動(dòng)作區(qū)由圖可見，

位于靈敏線附近（相角差為10°），因此能夠動(dòng)作。近處BC兩相短路時(shí)KWC動(dòng)作特性示意3.2.3功率方向繼電器接線方式2）由題意可知由圖可見，

位于靈敏線附近（相角差為10°），因此能夠動(dòng)作。遠(yuǎn)處BC兩相短路時(shí)KWC動(dòng)作特性示意3.2.4應(yīng)用實(shí)例（1）整定I段動(dòng)作電流大于其反方向母線短路時(shí)的電流，不需要裝設(shè)方向元件；Ⅱ段動(dòng)作電流大于其同一母線反方向保護(hù)的Ⅱ段動(dòng)作電流時(shí)，不需要裝設(shè)方向元件；對(duì)裝設(shè)在同一母線兩側(cè)的Ⅲ段來(lái)說(shuō)，動(dòng)作時(shí)間最長(zhǎng)的，不需要裝設(shè)方向元件；除此以外反向故障時(shí)有故障電流流過(guò)的保護(hù)必須裝設(shè)方向元件。3.2.4應(yīng)用實(shí)例（2）邏輯框圖

微機(jī)保護(hù)中方向電流保護(hù)框圖如圖所示。方向電流保護(hù)中方向元件是否投入由整定開關(guān)決定，整定開關(guān)的接通與斷開既可以由外部連接片（壓板）的投退實(shí)現(xiàn)，也可以由裝置整定定值中的控制字（0或1）設(shè)定。方向保護(hù)原理框圖3.2.5評(píng)價(jià)與小結(jié)

電流保護(hù)增加了方向元件就構(gòu)成了方向電流保護(hù)，可以用于雙電源線路。方向元件利用電流、電壓相位關(guān)系判別故障方向，為了消除死區(qū)一般采用“記憶”的方法。

功率方向繼電器接線采用90°接線，接線時(shí)應(yīng)重視極性問(wèn)題。

電流繼電器與功率方向繼電器之間的接線滿足“按相啟動(dòng)”原則，可以消除非故障相電流的影響。

方向電流保護(hù)可以用于單電源環(huán)網(wǎng)與雙電源輻射線路，主要應(yīng)用于10kV和35kV線路。簡(jiǎn)介

35kV及以下配電網(wǎng)也稱為小電流接地電網(wǎng)，或稱小電流接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)等。小電流接地電網(wǎng)通常指的是中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)和中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的電網(wǎng)。在電纜供電的城市配電網(wǎng)中，由于電容電流較大，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式已屬于中性點(diǎn)有效接地方式。本節(jié)分別介紹中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)的接地保護(hù)。單相接地保護(hù)3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)單相接地故障示意圖圖中S代表中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電源，其中性點(diǎn)不接地，C0M為其等值分布電容；L1~Ln為配電線路，C01~C0n為線路等值分布電容；其中Ln為故障線路，K點(diǎn)為故障點(diǎn)，Rg為過(guò)渡電阻，P為該線路保護(hù)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析設(shè)在圖中Ln線K點(diǎn)A相經(jīng)過(guò)渡電阻Rg接地，K點(diǎn)A相的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后短接就構(gòu)成了復(fù)合序網(wǎng)。因?yàn)殡娋W(wǎng)中性點(diǎn)不接地，接地電流不大，故系統(tǒng)和線路的正序、負(fù)序和零序阻抗均可忽略不計(jì)。以下主要介紹線路發(fā)生金屬性接地即過(guò)渡電阻Rg=0時(shí)的相關(guān)計(jì)算公式，并簡(jiǎn)要總結(jié)相關(guān)分析結(jié)論。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（1）零序電壓M母線處三倍零序電壓一次值3

為——故障前A相電壓

經(jīng)推導(dǎo)可知，三相電壓、、仍對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒(méi)有影響，因此在一般情況下，該配電網(wǎng)可以允許再運(yùn)行1~2小時(shí)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（2）故障點(diǎn)零序電流故障點(diǎn)三倍零序電流

一次值為——本系統(tǒng)分布電容之和

因此，故障點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，流入地中的接地電流等于電網(wǎng)一相對(duì)地總電容電流的3倍，電流呈容性，因此故障點(diǎn)三倍零序電流

的幅值也可以用電容電流

表示。

愈大，單相接地時(shí)的電流也愈大。如發(fā)生的是經(jīng)過(guò)渡電阻接地，則過(guò)渡電阻越大，接地電流越小，但并不影響其與零序電壓的相角關(guān)系。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析

當(dāng)電網(wǎng)的電容電流不大時(shí)，單相接地時(shí)接地點(diǎn)電弧可自行熄滅，故障點(diǎn)可自行消除。如電容電流較大，接地故障點(diǎn)電弧便不會(huì)自動(dòng)熄滅，并且產(chǎn)生間歇性電弧，引起過(guò)電壓使非故障相電壓大大升高，可能導(dǎo)致絕緣損壞，造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，使事故擴(kuò)大。為此，當(dāng)電網(wǎng)電容電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)要裝設(shè)消弧線圈。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（3）線路零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系非故障線路三倍零序電流為故障線路的三倍零序電流為可見，故障線的零序電流由全網(wǎng)其他非故障設(shè)備對(duì)地電容形成。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析對(duì)于非故障線路，三倍零序電流與三倍零序電壓的相位關(guān)系式為即非故障線路的零序電流超前零序電壓的相角是90°。對(duì)于故障線路，有即故障線路的零序電流滯后零序電壓的相角是90°。雖然Rg變化時(shí)，非故障線路和故障線的零序電流與間的相位關(guān)系發(fā)生變化，但上述相位關(guān)系不變。即該相位關(guān)系與Rg大小無(wú)關(guān)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析相量關(guān)系如圖所示，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障線的零序電流與非故障線路的零序電流相差180°。故障線路、非故障線路的零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析

當(dāng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相故障時(shí)而接地電流超過(guò)規(guī)定數(shù)值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致斷續(xù)接地電弧，引起線路諧振過(guò)電壓，造成停電事故。為此，通常在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電感電流來(lái)與原系統(tǒng)的電容電流相抵消，我們稱之為消弧線圈，此系統(tǒng)稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)一般采用過(guò)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式，一方面可使故障點(diǎn)電流減小，另一方面還可使故障點(diǎn)電流呈感性，避免諧振回路的產(chǎn)生。3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析

考慮過(guò)補(bǔ)償，同時(shí)消弧線圈L上并接電阻R情況，作出

與

間的相位關(guān)系如圖所示?？梢钥闯?，

超前

的相角

大于

。此時(shí)，非故障線路的三倍零序電流仍由本線對(duì)地電容形成，仍然超前

。過(guò)補(bǔ)償情況下零序電流及零序電壓的相位關(guān)系3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，電感電流將削弱電容電流，達(dá)到熄滅故障點(diǎn)電弧的目的（消?。?，對(duì)于配電網(wǎng)是有利的。但是，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中電感電流的存在同時(shí)也將明顯減弱流過(guò)保護(hù)P的零序電流值。如采用過(guò)補(bǔ)償，則故障線路的零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系與非故障線路變成一樣，從而造成保護(hù)無(wú)法區(qū)別。從這一點(diǎn)看，對(duì)保護(hù)是不利的。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的利弊：3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式可以將弧光接地過(guò)電壓限制到較低的水平，同時(shí)可以從根本上抑制系統(tǒng)諧振過(guò)電壓。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)示意圖3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析在工程中，多采用在母線上接入Z型變壓器的方案。Z型變壓器是一種中低壓配電系統(tǒng)常用的接地變壓器，簡(jiǎn)稱接地變，可兼起電壓互感器的作用。接地變壓器繞組對(duì)正序、負(fù)序電流都呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)零序電流則呈現(xiàn)較低阻抗。Z型變壓器繞組結(jié)構(gòu)示意

形成小電阻接地方式后，零序網(wǎng)絡(luò)中的等值阻抗將明顯降低，對(duì)于復(fù)合序網(wǎng)，系統(tǒng)和線路的正序、負(fù)序和零序阻抗不能再忽略不計(jì)，必須納入計(jì)算。3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析小電阻接地系統(tǒng)接地故障時(shí)等效電路及簡(jiǎn)化等效電路3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析

接地點(diǎn)的三倍零序電流為

如配電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)地容抗遠(yuǎn)小于小電阻Rn值，可以忽略對(duì)地電容XC，則接地點(diǎn)的零序電流為

實(shí)際上，即使是金屬性接地，故障線路的零序電流應(yīng)比三倍零序電流最大值略小，因?yàn)橛幸徊糠蛛娏魍ㄟ^(guò)本線路流向大地。如果再考慮系統(tǒng)及線路正序阻抗及過(guò)渡電阻，該電流將更小。3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。相當(dāng)于給配電網(wǎng)注射了一針疫苗。配電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，既能夠在電源與故障點(diǎn)之間流過(guò)電阻性電流，有效抑制接地過(guò)電壓，又能夠有效控制零序電流的大小與線路正常負(fù)荷電流相當(dāng)，使其不對(duì)配電網(wǎng)構(gòu)成危害。此時(shí)保護(hù)裝置將能靈敏地感知到該電流，及時(shí)動(dòng)作以切除故障。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)（1）絕緣監(jiān)視

這種方法給出的信號(hào)是沒(méi)有選擇性的，要想發(fā)現(xiàn)故障是在哪條線路上，還需要由運(yùn)行人員依次短時(shí)斷開每條線路，并繼之將斷開線路投入。當(dāng)斷開某條線路時(shí)，零序電壓的信號(hào)消失，即表明故障是在該線路上。很顯然，該方法效率低下，已不適用于新型配電網(wǎng)。（2）小電流接地選線

小電流接地故障選線裝置，又稱小電流接地保護(hù)，它的任務(wù)是選出帶有接地故障的線路，給出指示信號(hào)。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障電流往往很小，因此有效獲取零序電流是小電流接地故障選線的關(guān)鍵。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)三相電纜裝設(shè)零序電流互感器示器圖小電流接地選線裝置的設(shè)計(jì)思路是：“分散采集、集中判別”。在單相接地出現(xiàn)零序電壓時(shí)，首先檢測(cè)各線路零序電流大小，利用故障線路零序電流較大的特征，選出故障線路；其次檢測(cè)零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系，根據(jù)故障線路零序電流滯后于零序電壓的特點(diǎn)，選出故障線路。小電流接地選線裝置一般設(shè)置為經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)條件允許時(shí)，也可設(shè)置為經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于跳閘。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)實(shí)際工程中，這種小電流接地選線裝置的應(yīng)用效果并不理想：1.通過(guò)零序電流選出故障線路的方法容易受到不平衡電流、線路長(zhǎng)短、中性點(diǎn)接地方式的影響。2.由于零序電流的大小，相位難以控制，基于零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系的判別結(jié)果也將不夠準(zhǔn)確。隨著快速數(shù)值采集與處理技術(shù)的發(fā)展，在已有研究基礎(chǔ)上，通過(guò)分析暫態(tài)電氣量實(shí)現(xiàn)故障選線，是近年來(lái)正在研究解決和推廣應(yīng)用的課題。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)

在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地時(shí)故障電流較大，因此可以采用零序電流保護(hù)快速而準(zhǔn)確地查找、切除及修復(fù)接地線。單側(cè)電源單回線路零序電流保護(hù)一般設(shè)置為兩段，第一段為零序電流速斷保護(hù)，時(shí)限宜與相間速斷保護(hù)相同，第二段為零序過(guò)電流保護(hù)，時(shí)限宜與相間過(guò)電流保護(hù)相同。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)（1）末端線路

圖中的NQ線路即為末端線路，一般設(shè)置零序Ⅰ段、零序Ⅱ段兩段過(guò)流保護(hù)。零序Ⅰ段電流定值應(yīng)保證本線路單相接地短路時(shí)有足夠靈敏度。其整定值為I0.min——線路最小單相接地故障電流；Ksen——靈敏系數(shù)，一般取4~5。I段動(dòng)作時(shí)間

取0s。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)零序Ⅱ段電流定值按躲過(guò)本線路電容電流IC整定，為Krel——可靠系數(shù)，取1.5。II段動(dòng)作時(shí)間

取0.2s。3.3.