1、電力系統(tǒng)繼電保護原理教案,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 - 長時間將損壞設備 系統(tǒng)振蕩 發(fā)展成故障 二、繼電保護的任務 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、 減負荷或跳閘,1-2 繼保的基本原理和保護裝置的組成 一、反應系統(tǒng)正常運行與故障時電氣元件（設備）一端所測基本參數的變化而構成的原理（單端測量原理，也稱階段式原理）,運行參數

2、：I、U、Z 反應 I過電流保護 反應 U低電壓保護 反應 Z低阻抗保護(距離保護),二、反應電氣元件內部故障與外部故障（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、內部d2點短路時： (包括正常運行時),利用以上差別，可構成差動原理保護。 如：縱聯差動保護； 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,1-3 對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求 一、選擇性：保護裝

3、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.,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：保護裝置對于其應保護的范圍

4、內發(fā)生故障的反應能力。（保護不該動作情況與應該動作情況所測電氣量相差越大靈敏度） 一般用靈敏系數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）,2 電網的電流保護和方向性電流保護,2-1 單側電源網絡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 動作過程： IJMdcMdcMth+Mm 舌片開始動作 Mdc 動作過程中： 舌片加速動作 ( Mdc =K(IJ /) 2 ) Mth 動作終止時出現剩余力矩： M = Mdc-Mth （有利于接點可靠閉合）,（主要用于35KV及以下線路）,動作電流Idz.J：

5、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M 的存在，暫時還不能返回； IJMdc Mdc Mth-Mm 舌片開始返回 Mdc 返回過程中： 舌片加速返回 Mth 返回終止時出現剩余力矩：M = 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。,過電流繼電器 表示符號： 繼電器的返回系數： 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)，Kh1 2、集成電路型過電流繼電器（晶體管型：略）,

6、3ms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。,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）,(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.max IIdz.2 I

7、(3)d.c.max ?。篒Idz.1= KkII(3)d.B.max IIdz.2= KkII(3)d.C.max （可靠系數：KkI = 1.21.3）,(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%,2、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。,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的故障 1、動作電流的整定

8、：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= KkIIIIdz.2 = KkIIKkII(3)d.C.max 可靠系數： KkII = 1.11.2 （Id中非周期分量已 衰減，故比KkI稍?。?2、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)內短路時的動作選擇 性，動作時限按下式配合： tII1=tI2+tt （t: 0.35s0.6s,一般取0.5s） 3、保護裝置

9、靈敏性的校驗 對于過量保護,靈敏系數： （電流保護的故障參數計算值：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）,對保護1的電流II段：Klm= 要求：Klm 1.31.5 若Klm不滿足要求，可繼續(xù)延伸保護范圍使得： IIIdz.1= KkIIIIIdz.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+t2t （保證重疊區(qū)內故障的動作選擇性） 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荷電流來整定：IIIIdz Ifh.max,實際整定原則：考慮到外部

10、故障切除后，電壓恢復時電動 機的自啟動過程中，保護要能可靠地返回，則要求： IIIIh Izq.max= KzqIfh.max (電動機負荷自啟動系數Kzq 1) 又：IIIIh = KhIIIIdz （繼電器返回系數Kh 1）,（可靠系數KkIII取：1.151.25） 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=MaxtIII2,tIII3,tIII4+t,對定時限過流保護，當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，但在電網的終端可以 作為主保護。 3、定時限過流

11、保護靈敏系數的校驗 (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 1.31.5,(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 IIIIdz.2 IIIIdz.3 (單側電源輻射網，此條件自然滿足),五、階段式電流保護的應用及評價 (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。 (

12、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，但是在電網終端可作為主保護。,六、電流保護的接線方式 LJ (接線) TA 1、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

13、性點接地或不接地網中各種相間短路兩種接線方式 均能正確反映這些故障.,(2) 對中性點非直接接地網中的異地兩點接地短路 （不同線路上兩點接地） 這種電網允許帶一個接地點繼續(xù)運行, 串聯線路上兩點接地時： 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, 并聯線路上兩點接地時： 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/-11接線T：正序： 側超前Y

14、側30 負序： 側落后Y側30 現以Y/-11接線的降壓變壓器為例：,假設低壓側（側）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,3、兩種接線方式的應用 (1)三相星形：接線復雜，不經濟，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、經濟，廣泛用于各種電網中反映相間短路的110kV以下中、低壓線路的電流保護中。（電網中所有采用兩相星形接線的保護都應裝在相同的兩相

15、上，一般為A、C相）,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,2-2 電網相間短路的方向性電流保護 一、方向性問題的提出（以雙側電源電網為例）,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母線兩側保護2,3為例） 假設： 電流I段保護： IIdz.3IIdz.2 電流III段保護：tIII3tIII2 d1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d2點短路，則：2誤動 非選擇性動作。,規(guī)定保護正方向

16、：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：保護不會出現誤動； 反方向短路時：由對側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GJ后,雙側電源網可以按單側電源網的三段電流保護 進行配合 。,二、GJ的工作原理 保護1上裝設GJ 假設GJ接線方式為： 加入GJ的電壓： 相電壓（以相應相母線高于中性點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

17、： 設計一個直線動作邊界： 當正方向短路時位于動作區(qū)，GJ動作 當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的動作邊界應可調整）,1、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的內角） 動作條件：,其功率表示形式為： 調 調GJ的動作邊界 當 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：,幅值比較器與銳角型相

18、位比較器的關系（互換條件）： 若取： 則： 當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) 當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系為： ),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GJ 1、相位比較式原理分析： 相位比較 時間比較 當 時： 的持續(xù)時間5ms。 （當夾角為鈍角時，相應持續(xù)時間5ms）,2、集成電路型GJ 具體構成: 3、GJ的動作特性 理想GJ動作條件: 900 實際GJ: 起動

19、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。,當線路正向出口附近故障使： UJ Udz.J.min時， GJ拒作，出現電壓死區(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”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、

20、IJ應盡量大, 且使正向故障的J lm,90接線方式: 線路正方向各種相間短路時,90 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): （d：線路阻抗角） 當Zd 0時，UJ 0 Udz.J.min ，GJ拒動，存在死區(qū)。 為使GJ動作靈敏，應盡量使lm -(90-d), 即:(90-d),2、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IAIfh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：,(1) d(2)點位于保護安裝處附近 （

21、ZdZS，Zd0）,(2) d(2)點遠離保護安裝處（ZdZS）,同理可分析AB、CA兩相短路的情況 3、結論： 在線路正方向各種相間故障情況下, 故障相GJ的J是在以-(90-d)為中心 左右偏離不超過30的范圍內。 （反方向各種相間故障時,故障相GJ的 J是在以180-(90-d)=90+d為中心 左右偏離不超過30的范圍內）, 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）。, 若線路阻抗角為d，為降低死區(qū)，應盡量使： lm -(90-d) 即：(90-d) 功率方向元件GJ與電流元件LJ應采用按相啟動原則(即相應相的GJ與相

22、應相的LJ相“與”后作為該相出口，然后各相出口再相“或”輸出）。 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。 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UJ0與故障后的電壓UJ同相，故可用UJ0代替UJ與電流IJ比相，而UJ0的值較大，無死區(qū)）,4、方向性電流保護原理接線圖,五、多電源網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.1I(3)d1.max；IIdz.2I(3)d2.max 若?。篒Idz.1=IIdz.2= K

23、kIMaxI(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。,2、分支電路對電流II段整定的影響 分支系數： (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=KkIIIAB=KkIIIIdz.2/Kfz Kfz的求?。?(2)外汲電流的影響 II

24、Idz.1=KkIIIAB= KkIIIIdz.2/Kfz (3) 根據實際可能的多種運行方式，在電流II段整定時Kfz應按可能的最小值考慮。 六、方向元件GJ的裝設原則 GJ存在死區(qū)，一般只在必須裝GJ的保護上裝設GJ。 GJ裝設原則： (1)所有負荷支路（對側無電源的支路）上不裝設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.1IIdz.2， 則IIdz.1I(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

25、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。,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.1IIIdz.2, 則有IIIdz.1IIdz.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：在某一母線各側有源支路的保護中，動作時限唯一最長的保護上可不裝G

26、J，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。,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12h，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)中設備的對地絕緣要求高。,3 電網接地故障的零

27、序保護,(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)中設備的對地絕緣要求不高。 3、不同中性點接地方式的應用特點 由于110kV以上系統(tǒng)，其設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

28、定程度，要求采取措施降低IC，則可在中性點增設消弧線（或高阻）來降低IC 。,3-2 中性點直接接地電網中接地短路的零序電流及方向保護 一、電網中發(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。 (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：(180-d0)， 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基本不變）,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

29、、零序電流過濾器 系統(tǒng)正常及相間短路時：,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： IIdzKkI3Id0.bm.max （KkI：取1.21.3） (2) 躲開QF三相觸頭不同期合閘時出現的最大零序電流： IIdzKkI3I0.btq 若保護動作時限ttQF，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),(3) 當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)生振蕩時所出現的最大零序電流： IIdzKkI3I0.fqx （

30、其值較大Klm） 對具有單相ZCH的線路可設置兩個零序電流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）,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）。 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：tI0s,四、零序電流限時

31、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.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2 /Kfz.min KkII：取1.11.2； 分支系數Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。 動作時限：tII1tI2+tt0.5s,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的最小零序電流） 若Klm不滿足要求，采用以下方式解決：

32、 (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.1KkIIIIIdz.2 /Kfz.min ； tII1tII2+t2t1.0s (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,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： IIIIdzKkIII3I0.bp.max 實際整定：應考慮滿足各級線路靈敏系數按逐級配合的原則，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： IIIId

33、z.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2） 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）,由于零序電流不會穿越Y/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 網終端負荷支路為時限配合起點）。 零序網范圍 正序網范圍 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,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。 3

34、Id0.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.1KkIIIIIIdz.2/Kfz.min ；tIII1tII2+t2t1.0s 同時可增設與下條線路零序電流III段配合的零序電流IV段： IIVdz.1KkIVIIIIdz.2/Kfz.min ；tIV1tIII2+t,六、方向性零序電流保護 1、多臺變壓器中性點接地的復雜網中零序保護的方向問題 d1短路：若 IIdz.2 IIdz.3 ,保

35、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。,保護正方向接地短路時： 超前 ：(180-d0) 則GJ0的最靈敏角應為：lm=(180-d0) 例如d0=70，則lm取為110 （LG-11整流型GJ0：其lm只能設為銳角，此時取lm=d0， 為確保正方向接地短路時正確動作，只需將加入GJ0的

36、 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)。,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：,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 正序網 零序電流III段的t III (2) 零序

37、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荷及系統(tǒng)振蕩的影響,2、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非全相運行，再考慮系統(tǒng)兩側電機發(fā)生搖擺，則可能出現較大零序電流，影響零序電流保護的正確工作。 (3) 當采用自耦變壓器聯系兩個不同電壓等級網絡時，任一網絡的接地短路都將在另一網絡中產生零序電流，使零序電流保護的整定配合復雜化。,3-3 中性點非直接接地電網中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護 一、中性點

38、不接地電網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：,2、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： （C：系統(tǒng)所有元件對地電容的總和）,3、結論： (1)系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現零序電壓 (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（ ：90） (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（ ：90） 二、中性點不接地電網中單相接地的保護 1、絕緣監(jiān)視裝置 (1)系統(tǒng)正常及相間短路時： UJUbpUdz

39、.J 裝置不動作。,(2)單相接地故障時（設A相接地）： 全系統(tǒng)出現3U03EX （EX：相電壓） UJ3EX/nTV Udz.J 裝置延時動作于發(fā)信號。 * 此裝置可確定故障相別， （UA0，UBUC 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、零序電流保護（有選擇性保護） 系統(tǒng)正常及相間短路時：3I00 其他線路單相接地時：3I0Cb3EX (小) 本線路單相接地時：3I0(CCb)3EX (大)

40、保護整定動作電流：IdzKKCb3EX 靈敏系數： (出線越少CKlm) 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：3U00 3I00 GJ0不動 單相接地時的非故障元件： ：90GJ0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LJKlm,三、中性點經消弧線圈接地電網中單相接地故障的特點 1、零序電壓：同中性點不接地電網 系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現零序電壓 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：,三種補償方式： 完全補償：3C=1/(L) IC.=IL Id0.0 但是在系統(tǒng)正

41、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一個零序分量電壓源串在回 路中串聯諧振很大的諧振電流 中性點過電壓。 故不能采用完全補償。 欠補償：3C1/(L) IC.IL 當系統(tǒng)運行方式變化時（例如某元件退出或被切除）C 3C=1/(L) 諧振過電壓，不宜采用。 過補償：3C1/(L)IC.IL （廣泛采用） 過補償度 p=(ILIC.)/IC. 一般選擇 p = 5%10%,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 ：90 * 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

42、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 ：90 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。,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（反映零序電壓構成，無選擇性） (2)反映高次諧波的接地保護 對于基波：電感電流IL起過補償作用 但對于高次諧波（k次）： 3kC增加k倍IC.增加k倍 1/(kL)縮小k倍IL縮小k倍 故：IC.IL ,相當于L不起作用（同中性點不接地電網）。 因此，可構成反

43、映高次諧波（一般為5次）的零序電流及零序方向保護。,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，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 設線路II上A相接地： 暫態(tài)過程中： * 消弧線圈中iL0 (電感中電流不能突變) * A相對地電容直接放電，放電電流不經電源，回路中阻抗小，時間常數小，放電電流振蕩頻率高（幾千Hz），衰減快。 * B、C相對地電容經電源回路充電。充電電流經過電源，回路中阻抗大，時間常數大，充電電流振蕩頻率低（幾百Hz），衰減慢。,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

44、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。 故可構成反映暫態(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；負序分量法；相間工頻變化量比較法；零序導納法；能量法；小波變換法等。,4 電網的距離保護,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：反應映故障點至保護安裝處之間的距離（阻 抗），并根據距離的遠近（阻抗的大?。┒_定動作時間 的一種保護裝置。 測量阻抗： ZJ Zdz

45、保護不動作； ZJ Zdz 保護動作 特點：* 故障時：即反映U,又反映IKlm * 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）,二、三段式距離保護基本配置原則 I段：ZIdz.1=KIkZAB ； ZIdz.2=KIkZBC （KIk取0.80.85） tI 0s II段：ZIIdz.1=KIIk(ZAB+ZIdz.2) (KIIk取0.8) tII1= tI2+t 0.5s III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,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

46、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，通常把動作特性設計為一個圓（或透鏡形、蘋果 形、多邊形）。 圓內為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。,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lm方向（特性圓直徑正方向）上的動作阻抗。,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J無關

47、，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：,(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 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、方向阻抗ZKJ 以整定阻抗Zzd為直徑，且過坐標原點的一個圓。 ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與J有關，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：,3、偏移特性ZKJ 正方向整定阻抗為Zzd時，向反方向偏移一個Zzd ( 01，一般為0.10

48、.2 ) 圓心坐標 Z0= (1-)Zzd , 半徑 r = | (1+)Zzd | ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與J有關，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：,(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 （副邊接大阻抗負載）,(2)電流變換器LB 原邊大電流副邊小電流 （副邊接小阻抗負載） * 副邊并一小電阻R后， 可將系統(tǒng)中所測電流變 為與其成正比的電壓量。 （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

49、接大阻抗負載） DKB結構特點：鐵心有氣隙，勵磁阻抗ZL很小。 DKB等效電路：,W3開路時： （DKB的轉移阻抗ZK ：副邊電壓與原邊電流的比） ZLjXL，相當于電抗，角度基本為90 （故稱為電抗變換器） 為了調整轉移阻抗ZK的角度K，可在W3副邊并聯電阻R（或電容C）。 此時：ZK= ZL/R= jXL /R R ZK的角度K,2、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無需增設帶可調電阻的 副繞組來調整角度）,3、方向阻抗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 幅比式： 相比式：,5、集成電路型ZKJ

50、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： ，IaIb 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,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）的時間5ms 6端7端：相“或”輸出： 不拒動為主時采用。 6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 聯絡線，誤跳閘將會造成 兩側系統(tǒng)的嚴重振蕩） 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。,4-3 ZKJ的接線方式 一、對接線方式的

51、基本要求 (1) ZJ 短路點到保護安裝處間的距離 (2) ZJ應與故障類型無關（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）,2、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。,3、中性點直接接地電網中的兩相接地

52、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ZKJ2,因為保護區(qū)內兩相或兩相接地故障時，只有一個相應 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： 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：,保護安裝處A相電壓的各序分量： （z1 ：線路單位正序(負

53、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,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： （K為常數，取決于線路參數） 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。,4-4 方向阻抗ZKJ應用特點及集成電路型構成 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：Ucy0 UJ0 ZJ0, ZKJ拒動，出現死區(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

54、電壓UJ0與故障后電壓UJ同相位，可用 記憶住的UJ0取代UJ，而UJ0 較大，則不再有死區(qū)。 在電壓回路中利用電容C、 電感L形成工頻串聯諧振電路。,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR反映UJ0（同相位） 當保護出口短路時，UJ0， 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)。 回路自由振蕩頻率：0 = 諧振回路中參數R、L、C的選擇： (1)為了使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，UR與UJ0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UJ0的相位逐漸拉開，時間越長，

55、UR越不能 反映故障前UJ0,(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UJ0不同相（UR超前UJ0：58，有誤差） 綜合考慮 2、采用高Q（品質因數）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45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)。,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： * 引入量不應改變原相量的相位， 即引入量在各種情況下都應與 同相 * 該方法

56、不能消除三相短路時的死區(qū)。 4、裝設輔助保護 （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）,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：,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：, 動作條件： 此動作特

57、性向上移至第一象限內部 的一個圓（相當于拋圓特性）, 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構成框圖,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） 設在最靈敏角lm方向的實際動作阻抗為：Zdz.J.lm 則有：,可見：實際上在最靈敏角方向的動作阻抗： Zdz.J.lm Ijg 誤差10% (ZKJ的Ijg越小越好),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 接地短路的Rg 相間短路的Rg 接地短路Rg：基本不隨時間

58、t變化 相間短路Rg：t Rg （主要是電弧電阻） 2、雙側電源線路上Rg的影響 若BC線路出口經Rg短路：,尤其當角為負時， 保護可能出現： 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。,3、Rg對不同動作特性ZKJ的影響 保護范圍內經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）,(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