電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理全套課程課件（行業(yè)經(jīng)驗(yàn)）

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理教案教案 1凌云書苑1 緒論緒論 1-1 1-1 繼電保護(hù)的作用繼電保護(hù)的作用一、故障及不正常運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)過電壓 危害 元件不能正常工作 f -長時(shí)間將損壞設(shè)備 系統(tǒng)振蕩 發(fā)展成故障二、繼電保護(hù)的任務(wù) 故障時(shí)：自動(dòng)、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(yùn)行。不正常運(yùn)行時(shí)：自動(dòng)、及時(shí)、有選擇地動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘2凌云書苑1-2 1-2 繼保的基本原理和保護(hù)裝置的組成繼保的基本原理和保護(hù)裝置的組成一、反應(yīng)系統(tǒng)正常運(yùn)行與故障時(shí)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(yùn)行參數(shù)：I、U、Z 反應(yīng) I過電流保護(hù) 反應(yīng) U低電壓保護(hù) 反應(yīng) Z低阻抗保護(hù)(距離保護(hù))3凌云書苑二、反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運(yùn)行）時(shí)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(dòng)式原理）以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：保護(hù)處母線被保護(hù)線路規(guī)定電壓正方向：母線高于中性點(diǎn)1、外部d1點(diǎn)短路時(shí)：2、內(nèi)部d2點(diǎn)短路時(shí)：(包括正常運(yùn)行時(shí))4凌云書苑利用以上差別，可構(gòu)成差動(dòng)原理保護(hù)。如：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；方向高頻保護(hù)；相差高頻保護(hù) 光纖差動(dòng)保護(hù)等。三、保護(hù)裝置的組成部分 輸入測量邏輯執(zhí)行 輸出信號(hào) 信號(hào) 整定值 5凌云書苑1-3 1-3 對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求一、選擇性：保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，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(yùn)行。d3點(diǎn)短路：6動(dòng)作：有選擇性；5動(dòng)作：無選擇性 如果6拒動(dòng)，5再動(dòng)作：有選擇性(5作為6的遠(yuǎn)后備保護(hù))d1點(diǎn)短路：1、2動(dòng)作：有選擇性；3、4動(dòng)作：無選擇性后備保護(hù)（本元件主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)）：(1)由前一級(jí)保護(hù)作為后備叫遠(yuǎn)后備.(2)由本元件的另一套保護(hù)作為后備叫近后備.6凌云書苑二、速動(dòng)性：故障后,為防止并列運(yùn)行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時(shí)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(hù):幾個(gè)工頻周期，微機(jī)保護(hù)：30ms以下)三、靈敏性：保護(hù)裝置對(duì)于其應(yīng)保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護(hù)不該動(dòng)作情況與應(yīng)該動(dòng)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(dòng)、不誤動(dòng)。（主保護(hù)對(duì)動(dòng)作快速性要求相對(duì)較高；后備保護(hù)對(duì)靈敏性要求相對(duì)較高）7凌云書苑2 2 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)2-1 2-1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)反映相間短路的電流保護(hù)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)反映相間短路的電流保護(hù)一、過電流繼電器1、基本符號(hào)及特性參數(shù) 動(dòng)作過程：IJMdcMdcMth+Mm 舌片開始動(dòng)作 Mdc動(dòng)作過程中：舌片加速動(dòng)作(Mdc=K(IJ/)2)Mth 動(dòng)作終止時(shí)出現(xiàn)剩余力矩：M=Mdc-Mth（有利于接點(diǎn)可靠閉合）（主要用于（主要用于35KV35KV及以下線路）及以下線路）8凌云書苑動(dòng)作電流Idz.J：能使繼電器剛好動(dòng)作的最小電流值。返回過程：IJ Idz.J時(shí)，由于剩余力矩M 的存在，暫時(shí)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(shí)出現(xiàn)剩余力矩：M=Mth-Mdc （有利于接點(diǎn)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。9凌云書苑過電流繼電器 表示符號(hào)：繼電器的返回系數(shù)：繼電特性：無論起動(dòng)或返回，繼電器J的動(dòng)作都是明確干脆的，不會(huì)停留在某個(gè)中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。過量繼電器（保護(hù)）：反映電氣量上升而使保護(hù)動(dòng)作 的繼電器(保護(hù))，Kh12、集成電路型過電流繼電器（晶體管型：略）10凌云書苑3ms延時(shí)：防止干擾信號(hào)引起的誤動(dòng)(干擾持續(xù)時(shí)間一般 I(3)d.B.max IIdz.2 I(3)d.c.max ?。篒Idz.1=KkII(3)d.B.max IIdz.2=KkII(3)d.C.max（可靠系數(shù)：KkI=1.21.3）13凌云書苑(3)靈敏性校驗(yàn)該保護(hù)不能保護(hù)本線路全長，故用保護(hù)范圍來衡量：max：最大保護(hù)范圍.min：最小保護(hù)范圍.校驗(yàn)保護(hù)范圍：（min/L）100%15%20%14凌云書苑2、電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià) 優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作迅速(主要優(yōu)點(diǎn)),簡單可靠。缺點(diǎn)：不能保護(hù)本線路全長（主要缺點(diǎn)），直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，受線路長度的影響。15凌云書苑三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流II段）限時(shí)電流速斷保護(hù)：以較小的動(dòng)作時(shí)限切除本線路全線范圍內(nèi)的故障1、動(dòng)作電流的整定：與下條線路的電流I段配合。即：保護(hù)范圍延伸到下條線路，但不超出下條線路電流I段保護(hù)范圍的末端。即：躲開下條線路電流I段保護(hù)范圍末端短路時(shí)（即流過下條線路的短路電流剛好為其電流I段整定值時(shí)），流過本保護(hù)的最大短路電流。IIIdz.1=KkIIIIdz.2 =KkIIKkII(3)d.C.max 可靠系數(shù)：KkII=1.11.2（Id中非周期分量已 衰減，故比KkI稍?。?6凌云書苑2、動(dòng)作時(shí)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(hù)范圍重疊區(qū)內(nèi)短路時(shí)的動(dòng)作選擇性，動(dòng)作時(shí)限按下式配合：tII1=tI2+tt（t:0.35s0.6s,一般取0.5s）3、保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn) 對(duì)于過量保護(hù),靈敏系數(shù)：（電流保護(hù)的故障參數(shù)計(jì)算值：系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，流過本保護(hù)的最小短路電流）17凌云書苑對(duì)保護(hù)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(hù)范圍使得：IIIdz.1=KkIIIIIdz.2(與下條線路的電流II段保護(hù)配合）同時(shí)進(jìn)一步提高時(shí)限：tII1=tII2+t2t（保證重疊區(qū)內(nèi)故障的動(dòng)作選擇性）四、定時(shí)限過流保護(hù)（電流III段，主要作為后備保護(hù)，對(duì)靈敏性要求高）1、動(dòng)作電流的整定原則 按躲開流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流來整定：IIIIdz Ifh.max18凌云書苑 實(shí)際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)過程中，保護(hù)要能可靠地返回，則要求：IIIIh Izq.max=KzqIfh.max(電動(dòng)機(jī)負(fù)荷自啟動(dòng)系數(shù)Kzq 1)又：IIIIh=KhIIIIdz （繼電器返回系數(shù)Kh 1）（可靠系數(shù)KkIII?。?.151.25）2、按選擇性要求確定過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限 為保證動(dòng)作選擇性，動(dòng)作時(shí)限按“階梯原則”整定:tIII1=MaxtIII2,tIII3,tIII4+t 19凌云書苑 對(duì)定時(shí)限過流保護(hù)，當(dāng)故障越靠近電源端時(shí)，此時(shí)短路電流Id越大,但過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限反而越長 缺點(diǎn) 定時(shí)限過流保護(hù)一般作為后備保護(hù)，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護(hù)。3、定時(shí)限過流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)(1)作為本線路主保護(hù)或近后備時(shí)，按本線路末端短路流過本保護(hù)的最小短路電流來校驗(yàn)：要求 Klm 1.31.5 20凌云書苑(2)作為遠(yuǎn)后備時(shí)（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端 短路流過本保護(hù)的最小短路電流來校驗(yàn)：要求Klm 1.2(3)要求各保護(hù)之間Klm互相配合對(duì)同一故障點(diǎn)，越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)，其Klm要求越大 Klm.1 Klm.2 Klm.3 Klm.4 IIIIdz.2 IIIIdz.3 (單側(cè)電源輻射網(wǎng)，此條件自然滿足)21凌云書苑五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)(1)電流I段：由動(dòng)作電流的整定來保證動(dòng)作選擇性，按躲開某點(diǎn)的短路電流整定，動(dòng)作迅速（無時(shí)限），但不能保護(hù)本線路全長，作為主保護(hù)的一部分。(2)電流II段：由動(dòng)作電流整定與時(shí)限配合來保證動(dòng)作選擇性，動(dòng)作電流按躲開某點(diǎn)的短路電流整定，能保護(hù)本線路全長，動(dòng)作時(shí)限較小，作為主保護(hù)的另一部分（電流I段的補(bǔ)充）(3)電流III段：由動(dòng)作時(shí)限的配合來保證動(dòng)作的選擇性，動(dòng)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(dòng)作時(shí)限較長，且越靠近電源短路，動(dòng)作時(shí)限反而越長，一般作為后備保護(hù)，但是在電網(wǎng)終端可作為主保護(hù)。22凌云書苑六、電流保護(hù)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(dòng)作電流 Idz.J=Idz/nTA 2、兩種接線方式的性能分析比較(1)對(duì)中性點(diǎn)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.23凌云書苑(2)對(duì)中性點(diǎn)非直接接地網(wǎng)中的異地兩點(diǎn)接地短路 （不同線路上兩點(diǎn)接地）這種電網(wǎng)允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行 串聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地時(shí)：三相星形接線能保證只切除后一接地點(diǎn)兩相星形接線只能保證2/3的機(jī)會(huì)切除后一接地點(diǎn)24凌云書苑 并聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地時(shí)：三相星形接線：若保護(hù)1，2時(shí)限相同，則兩接地點(diǎn)將同時(shí)被切除，擴(kuò)大了停電范圍。兩相星形接線：即使保護(hù)1，2時(shí)限相同（例如皆由I段動(dòng)作，或皆由II段動(dòng)作），也能保證有2/3的機(jī)會(huì)只切除任一條線路。(3)作為Y/接線變壓器后面短路的遠(yuǎn)后備保護(hù)的接線方式 Y/-11接線T：正序：正序：側(cè)超前側(cè)超前Y Y側(cè)側(cè)3030 負(fù)序：負(fù)序：側(cè)落后側(cè)落后Y Y側(cè)側(cè)3030 現(xiàn)以Y/-11接線的降壓變壓器為例：25凌云書苑假設(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(gè)繼電器3LJ.兩相短路時(shí)有：3LJ中的電流:I3LJ反映了IB Klm 26凌云書苑3、兩種接線方式的應(yīng)用(1)三相星形：接線復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)，但可提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性與靈敏性，廣泛用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重元件以及110kV以上高壓線路的保護(hù)中。(2)兩相星形：接線簡單、經(jīng)濟(jì)，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(hù)中。（電網(wǎng)中所有采用兩相星形接線的保護(hù)都應(yīng)裝在相同的兩相上，一般為A、C相）27凌云書苑七、三段式電流保護(hù)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28凌云書苑2-2 2-2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)一、方向性問題的提出（以雙側(cè)電源電網(wǎng)為例）E1單獨(dú)供電：由保護(hù)1、3、5起線路保護(hù)作用E2單獨(dú)供電：由保護(hù)6、4、2起線路保護(hù)作用E1、E2同時(shí)供電：（以B母線兩側(cè)保護(hù)2,3為例）假設(shè)：電流I段保護(hù)：IIdz.3IIdz.2 電流III段保護(hù)：tIII3tIII2 d1點(diǎn)短路時(shí)（要求：2動(dòng)作，3不動(dòng)），雖然此時(shí)可能滿足選擇性（3不誤動(dòng)）；但若出現(xiàn)d2點(diǎn)短路，則：2誤動(dòng) 非選擇性動(dòng)作。29凌云書苑規(guī)定保護(hù)正方向：保護(hù)安裝處母線 被保護(hù)線路分析可知：被保護(hù)線路正方向短路時(shí)：保護(hù)不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)；反方向短路時(shí)：由對(duì)側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護(hù)誤動(dòng)作，此時(shí)的功率方向：線路 母線 為防止保護(hù)誤動(dòng),增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動(dòng)保護(hù)上)正方向（母線 線路）：GJ動(dòng)作啟動(dòng)保護(hù) 短路點(diǎn)位于 反方向（線路 母線）：GJ不動(dòng)閉鎖保護(hù) 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(hù)進(jìn)行配合。30凌云書苑二、GJ的工作原理 保護(hù)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(diǎn)N為正極性）電流 相電流（以母線流向線路為正極性）。則：d1點(diǎn)三相短路時(shí)：d2點(diǎn)三相短路時(shí)：設(shè)計(jì)一個(gè)直線動(dòng)作邊界：當(dāng)正方向短路時(shí)位于動(dòng)作區(qū)，GJ動(dòng)作 當(dāng)反方向短路時(shí)位于非動(dòng)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(shí) 與 的相位差將變化，因此GJ的動(dòng)作邊界應(yīng)可調(diào)整）31凌云書苑1、相位比較式GJ相位比較器：兩輸入量：動(dòng)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(dòng)作條件：32凌云書苑其功率表示形式為：調(diào) 調(diào)GJ的動(dòng)作邊界 當(dāng) 超前 的角度：時(shí)：垂直于動(dòng)作邊界，位于動(dòng)作范圍的正中央，GJ動(dòng)作最為靈敏可靠，此時(shí)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(dòng)作條件：33凌云書苑幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：若取：則：當(dāng)相位比較器位于動(dòng)作區(qū)，即：即幅值比較器也位于動(dòng)作區(qū) 當(dāng)相位比較器位于非動(dòng)作區(qū)，即：即幅值比較器也位于非動(dòng)作區(qū)當(dāng)滿足：時(shí)（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(dòng)作特性。（幅值比較器與鈍角型相位比較器的互換關(guān)系為：)34凌云書苑 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(shí)間比較 當(dāng) 時(shí)：的持續(xù)時(shí)間5ms。（當(dāng)夾角為鈍角時(shí)，相應(yīng)持續(xù)時(shí)間5ms）35凌云書苑2、集成電路型GJ 具體構(gòu)成:3、GJ的動(dòng)作特性 理想GJ動(dòng)作條件:90J0實(shí)際GJ:起動(dòng)電壓Udz.J.min：電壓回路形成方波電壓U3所需最小電壓。起動(dòng)電流Idz.J.min：電流回路形成方波電壓U4所需最小電流。36凌云書苑 當(dāng)線路正向出口附近故障使：UJ Udz.J.min時(shí)，GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū) （由于故障時(shí)電流IJ較大，不存在電流死區(qū)）。GJ的“潛動(dòng)”問題：在只加電壓UJ或只電流加IJ時(shí)，GJ就能動(dòng)作。（零點(diǎn)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(shí)間皆大于5ms的“與”門輸出來消除“潛動(dòng)”，但同時(shí)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(dòng)作 反方向任何相間故障:GJ不動(dòng) (2)加入GJ的UJ、IJ應(yīng)盡量大,且使正向故障的J lm 37凌云書苑 90接線方式:線路正方向各種相間短路時(shí),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(duì)稱以GJA為例分析(GJB、GJC相同):（d：線路阻抗角）當(dāng)Zd 0時(shí)，UJ 0 Udz.J.min，GJ拒動(dòng)，存在死區(qū)。為使GJ動(dòng)作靈敏，應(yīng)盡量使lm-(90-d),即:(90-d)38凌云書苑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(dòng)作情況不定（但由于IAIfh很小，A相電流元件LJA不起動(dòng)，則不需考慮GJA）分析故障相方向元件GJB、GJC的情況：39凌云書苑(1)d(2)點(diǎn)位于保護(hù)安裝處附近（ZdZS）40凌云書苑同理可分析AB、CA兩相短路的情況 3、結(jié)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(nèi)。（反方向各種相間故障時(shí),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(nèi)）對(duì)三相短路存在死區(qū)（保護(hù)安裝處正向出口附近），但對(duì)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）。41凌云書苑 若線路阻抗角為d，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使：lm -(90-d)即：(90-d)功率方向元件GJ與電流元件LJ應(yīng)采用按相啟動(dòng)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）。只需采用兩個(gè)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(duì)于動(dòng)作速度要求不高的線路可由前級(jí)線路的保護(hù)作為遠(yuǎn)后備來切除；對(duì)動(dòng)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)）42凌云書苑4、方向性電流保護(hù)原理接線圖 43凌云書苑五、多電源網(wǎng)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn)1、電流I段的特殊整定方法由電流I段保護(hù)整定原則：IIdz.1I(3)d1.max；IIdz.2I(3)d2.max若?。篒Idz.1=IIdz.2=KkIMaxI(3)d1.max，I(3)d2.max則d1點(diǎn)及d2點(diǎn)短路，保護(hù)1、2皆不會(huì)動(dòng)作。即保護(hù)的反方向短路皆不誤動(dòng)，故保護(hù)1、2皆不需裝設(shè)GJ。但這樣整定后，原整定值較小的保護(hù)由于其整定值提高保護(hù)范圍（靈敏度），所以必須在最小保護(hù)范圍滿足要求的前提下，才可采用這種整定方法。44凌云書苑2、分支電路對(duì)電流II段整定的影響分支系數(shù)：(1)助增電流的影響 保護(hù)2的電流I段的保護(hù)范圍末端M短路（即IBC=IIdz.2時(shí)），流過保護(hù)1的電流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz IIIdz.1=KkIIIAB=KkIIIIdz.2/KfzKfz的求?。?5凌云書苑(2)外汲電流的影響 IIIdz.1=KkIIIAB=KkIIIIdz.2/Kfz(3)根據(jù)實(shí)際可能的多種運(yùn)行方式，在電流II段整定時(shí)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(hù)上裝設(shè)GJ。GJ裝設(shè)原則：(1)所有負(fù)荷支路（對(duì)側(cè)無電源的支路）上不裝設(shè)GJ。46凌云書苑(2)電流I段：在保護(hù)反方向短路時(shí)，若流過保護(hù)的短路電流大于保護(hù)整定值，則該保護(hù)上必須裝GJ。在雙端電源的某線路兩端的保護(hù)中，整定值較小的保護(hù)上必須裝GJ，整定值較大的保護(hù)上可不裝GJ。例如IIdz.1IIdz.2，則IIdz.1I(3)d2.max,則保護(hù)1反方向短路不會(huì)誤動(dòng)。若電流I段采用特殊整定方法（線路兩端保護(hù)整定值相同），則兩端保護(hù)皆可不裝GJ。(3)電流II段：在該保護(hù)反方向線路的電流I段保護(hù)范圍末端以外發(fā)生短路時(shí)，若流過該保護(hù)的短路電流大于保護(hù)整定值，則該保護(hù)上必須裝GJ。47凌云書苑 在雙端電源的某線路兩端的保護(hù)中，整定值較小的保護(hù)上必須裝GJ，整定值較大的保護(hù)上可不裝GJ。例如IIIdz.1IIIdz.2,則有IIIdz.1IIdz.3,即保護(hù)1電流II段反方向保護(hù)范圍不超過保護(hù)3電流I段保護(hù)范圍，即保護(hù)1反方向保護(hù)范圍內(nèi)短路將由保護(hù)3的電流I段動(dòng)作，而保護(hù)1的電流II段不會(huì)誤動(dòng)）。(4)電流III段：在某一母線各側(cè)有源支路的保護(hù)中，動(dòng)作時(shí)限唯一最長的保護(hù)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(hù)動(dòng)作時(shí)限長t以上）。例如保護(hù)1動(dòng)作時(shí)限唯一最長，則其反方向短路時(shí)皆由其他保護(hù)先動(dòng)作跳閘，而保護(hù)1不會(huì)誤動(dòng)。48凌云書苑3-1 3-1 中性點(diǎn)接地方式及特點(diǎn)中性點(diǎn)接地方式及特點(diǎn) 1、中性點(diǎn)接地方式 2、單相接地故障時(shí)，不同中性點(diǎn)接地方式的特點(diǎn)(1)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)*無短路回路，無Id，只有經(jīng)等效對(duì)地C形成的大容抗回路，故障點(diǎn)只有較小的IC，允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行12h，保護(hù)不需跳閘，因此供電可靠性相對(duì)較高。*故障相對(duì)地電壓降低，但非故障相對(duì)地電壓升高（若為金屬性接地故障，非故障相對(duì)地電壓將由正常時(shí)的相電壓升高為線電壓），因此對(duì)系統(tǒng)中設(shè)備的對(duì)地絕緣要求高。3 3 電網(wǎng)接地故障的零序保護(hù)電網(wǎng)接地故障的零序保護(hù)49凌云書苑(2)中性點(diǎn)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(yùn)行，保護(hù)必須立即切除故障，供電可靠性相對(duì)較低。*由于中性點(diǎn)對(duì)地電壓被鉗制為0，則各相對(duì)地電壓不會(huì)超過相電壓(或超過不多)，因此系統(tǒng)中設(shè)備的對(duì)地絕緣要求不高。3、不同中性點(diǎn)接地方式的應(yīng)用特點(diǎn)由于110kV以上系統(tǒng)，其設(shè)備費(fèi)用將隨著對(duì)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(diǎn)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(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）。當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，若故障點(diǎn)對(duì)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(diǎn)增設(shè)消弧線（或高阻）來降低IC。50凌云書苑3-2 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù) 一、電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)零序分量的特點(diǎn) 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(diǎn)零序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低；零序電流分布取決于零序網(wǎng)。(2)某點(diǎn)零序電壓U0取決于該點(diǎn)至接地中性點(diǎn)的零序阻抗，零序電流I0超前零序電壓U0：(180-d0)，零序功率實(shí)際方向：線路母線（與正序相反）。(3)零序分量受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響小（零序網(wǎng)基本不變）51凌云書苑二、零序過濾器 1、零序電壓過濾器:系統(tǒng)正常及相間短路時(shí)：2、零序電流過濾器系統(tǒng)正常及相間短路時(shí)：52凌云書苑三、零序電流速斷保護(hù)（零序電流I段）1、動(dòng)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(shí),本保護(hù)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(shí)出現(xiàn)的最大零序電流：IIdzKkI3I0.btq 若保護(hù)動(dòng)作時(shí)限ttQF，可不考慮此條件(例如在手動(dòng)合閘或自動(dòng)重合閘時(shí)，使保護(hù)帶0.1s的小延時(shí))53凌云書苑(3)當(dāng)線路具有單相重合閘ZCH時(shí)（例如220kV及以上線路），躲開非全相運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)又發(fā)生振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流：IIdzKkI3I0.fqx （其值較大Klm）對(duì)具有單相ZCH的線路可設(shè)置兩個(gè)零序電流I段：*靈敏I段：按條件(1)或(2)整定 （動(dòng)作值小，靈敏度高）*不靈敏I段：按條件(3)整定 （動(dòng)作值大，靈敏度低）54凌云書苑 系統(tǒng)全相運(yùn)行時(shí)：靈敏I段起作用 （單相故障時(shí)保護(hù)首次動(dòng)作由靈敏I段切除）。系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)（保護(hù)已首次動(dòng)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(hù)由不靈敏I段再次切除；若不靈敏I段動(dòng)不了，則只能由帶延時(shí)的II段或后備保護(hù)切除）2、保護(hù)范圍：零序電流I段也不能保護(hù)本線路全長，但保護(hù)范圍比相間短路電流I段大3、動(dòng)作時(shí)限：tI0s55凌云書苑四、零序電流限時(shí)速斷保護(hù)（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(dòng)作電流整定：躲開下條線路零序電流I段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)（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(shí)）流過本保護(hù)的最大零序電流。IIIdz.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2/Kfz.min KkII：取1.11.2；分支系數(shù)Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。動(dòng)作時(shí)限：tII1tI2+tt0.5s 56凌云書苑 2、校驗(yàn)靈敏度：要求：Klm1.5（3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時(shí)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.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(hù) 57凌云書苑五、零序過電流保護(hù)（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(shí)所測的最大不平衡電流：IIIIdzKkIII3I0.bp.max 實(shí)際整定：應(yīng)考慮滿足各級(jí)線路靈敏系數(shù)按逐級(jí)配合的原則，即本保護(hù)零序電流III段的保護(hù)范圍不超出下條線路零序電流III段的保護(hù)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.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2）動(dòng)作時(shí)限按“階梯原則”配合.（保證各級(jí)線路保護(hù)的動(dòng)作選擇性）58凌云書苑 由于零序電流不會(huì)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(hù)可以瞬動(dòng)，即零序電流III段是以受端T為時(shí)限配合起點(diǎn)（相間短路電流III段是以整個(gè)電網(wǎng)終端負(fù)荷支路為時(shí)限配合起點(diǎn)）。零序網(wǎng)范圍 正序網(wǎng)范圍 零序電流III段動(dòng)作時(shí)限 IIdz.3,保護(hù)3的I段會(huì)誤動(dòng) 若 tIII2 tIII3，保護(hù)3的III段會(huì)誤動(dòng) d2短路：若 IIdz.3 IIdz.2,保護(hù)2的I段會(huì)誤動(dòng) 若 tIII3 tIII2，保護(hù)2的III段會(huì)誤動(dòng) 為防止誤動(dòng)，在可能誤動(dòng)的保護(hù)上增設(shè)零序功率方向元件GJ0 （規(guī)定保護(hù)正方向：安裝處母線被保護(hù)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。61凌云書苑 保護(hù)正方向接地短路時(shí)：超前 ：(180-d0)則GJ0的最靈敏角應(yīng)為：lm=(180-d0)例如d0=70，則lm取為110（LG-11整流型GJ0：其lm只能設(shè)為銳角，此時(shí)取lm=d0，為確保正方向接地短路時(shí)正確動(dòng)作，只需將加入GJ0的 或 任意一個(gè)反極性接入即可）保護(hù)越靠近接地短路點(diǎn)，3U0越大，則零序電流保護(hù)的零序電流保護(hù)的GJGJ0 0不存在死區(qū)。不存在死區(qū)。62凌云書苑 若保護(hù)越遠(yuǎn)離接地短路點(diǎn)，3U0、3I0，則對(duì)于長線路，零序電流保護(hù)的GJ0需校驗(yàn)Klm：近后備：Klm 要求：Klm 2 遠(yuǎn)后備：Klm 要求：Klm 1.5 （Sdz.0：GJ0的啟動(dòng)功率）2、三段式方向性 零序電流保護(hù)的 原理接線：63凌云書苑七、對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià)1、優(yōu)點(diǎn)：(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t III (2)零序電流I段及零序電流II段受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響小，較穩(wěn)定，且保護(hù)范圍，Klm （3Id0曲線陡；曲線max與曲線min相差小）(3)零序電流保護(hù)不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響 64凌云書苑2、尚有不足：(1)對(duì)短線路或運(yùn)行方式變化很大的情況，往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。(2)由于單相重合閘的使用將出現(xiàn)非全相運(yùn)行，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)電機(jī)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(hù)的正確工作。(3)當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(hù)的整定配合復(fù)雜化。65凌云書苑3-3 3-3 中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、中性點(diǎn)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(hù)電流及方向保護(hù)一、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn) 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：66凌云書苑2、零序電流：各元件對(duì)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(duì)地電容的總和）67凌云書苑3、結(jié)論：(1)系統(tǒng)單相接地時(shí)(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(duì)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(duì)地電容電流的總和。方向：元件 母線（：90）二、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地的保護(hù) 1、絕緣監(jiān)視裝置(1)系統(tǒng)正常及相間短路時(shí)：UJUbp Udz.J 裝置延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。*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(yùn)行人員手動(dòng)依次短時(shí)拉開各線路QF加以判斷（或按接地檢查按鈕，短時(shí)跳開QF，再由重合閘重合），若接地信號(hào)短時(shí)消失，則接地故障點(diǎn)位于本線路上。（適用于要求不高，且出線少的變電所）69凌云書苑2、零序電流保護(hù)（有選擇性保護(hù)）系統(tǒng)正常及相間短路時(shí)：3I00 其他線路單相接地時(shí)：3I0Cb3EX (小)本線路單相接地時(shí)：3I0(CCb)3EX (大)保護(hù)整定動(dòng)作電流：IdzKKCb3EX 靈敏系數(shù)：(出線越少CKlm)3、零序功率方向保護(hù)（有選擇性保護(hù)）系統(tǒng)正常及相間短路：3U00 3I00 GJ0不動(dòng) 單相接地時(shí)的非故障元件：90GJ0不動(dòng) 單相接地時(shí)的故障元件：90 GJ0動(dòng)作 保護(hù)中只有方向元件GJ0，無電流啟動(dòng)元件LJKlm 70凌云書苑三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn) 1、零序電壓：同中性點(diǎn)不接地電網(wǎng) 系統(tǒng)單相接地時(shí)(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(shí)故障點(diǎn)的接地電流。故障點(diǎn)總電流：71凌云書苑三種補(bǔ)償方式：完全補(bǔ)償：3C=1/(L)IC.=IL Id0.0 但是在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若線路三相對(duì)地電容不對(duì)稱或斷路器三相觸頭不同時(shí)閉合將出現(xiàn)一個(gè)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(diǎn)過電壓。故不能采用完全補(bǔ)償。欠補(bǔ)償：3C1/(L)IC.IL 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)（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(bǔ)償：3C1/(L)IC.IL,相當(dāng)于L不起作用（同中性點(diǎn)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(hù)。74凌云書苑 高次諧波接地保護(hù)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(shí)，Klm低。(3)反映暫態(tài)電流的保護(hù) 設(shè)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(duì)地電容直接放電，放電電流不經(jīng)電源，回路中阻抗小，時(shí)間常數(shù)小，放電電流振蕩頻率高（幾千Hz），衰減快。*B、C相對(duì)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(shí)間常數(shù)大，充電電流振蕩頻率低（幾百Hz），衰減慢。75凌云書苑 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(diǎn)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(hù)。不足：暫態(tài)分量不易測量，且需要自保持；當(dāng)相電壓瞬時(shí)值過零點(diǎn)附近發(fā)生該相接地故障時(shí)，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(shí)，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。76凌云書苑4 4 電網(wǎng)的距離保護(hù)電網(wǎng)的距離保護(hù) 4-1 4-1 距離保護(hù)的作用原理距離保護(hù)的作用原理 一、距離保護(hù)基本概念（低量保護(hù)）距離保護(hù)：反應(yīng)映故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離（阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近（阻抗的大?。┒_定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。測量阻抗：ZJ Zdz 保護(hù)不動(dòng)作；ZJ Zdz 保護(hù)動(dòng)作 特點(diǎn)：*故障時(shí)：即反映U,又反映IKlm *系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，ZJ不變，故不受運(yùn)行方式 變化的影響（主要用于（主要用于110KV110KV及以上線路）及以上線路）77凌云書苑二、三段式距離保護(hù)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(hù)基本邏輯框圖 78凌云書苑4-2 4-2 阻抗測量元件（阻抗繼電器）阻抗測量元件（阻抗繼電器）ZKJZKJ 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(dòng)作特性設(shè)計(jì)為一個(gè)圓（或透鏡形、蘋果形、多邊形）。圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。79凌云書苑三種常用的圓特性ZKJ：3個(gè)阻抗概念：*測量阻抗ZJ：加入繼電器的電壓 與電流 的比。*動(dòng)作阻抗Zdz.J：在某個(gè)角度方向上剛好使ZKJ動(dòng)作時(shí)，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(dòng)作阻抗。80凌云書苑二、圓特性ZKJ的動(dòng)作特性分析 1、全阻抗ZKJ 以阻抗平面的坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，以整定阻抗Zzd為半徑的一個(gè)圓。ZKJ的動(dòng)作阻抗|Zdz.J|與測量阻抗角J無關(guān)，無方向性。(1)幅值比較式 動(dòng)作條件：|ZJ|Zzd|即：動(dòng)作條件為 的幅值比較 器的兩比較量：81凌云書苑(2)相位比較式 動(dòng)作條件：即：（或：）動(dòng)作條件為 的鈍角 型相位比較器的兩比較量：（當(dāng) 時(shí)，幅值比較器與鈍角型相位比較器具有相同的動(dòng)作特性）82凌云書苑2、方向阻抗ZKJ 以整定阻抗Zzd為直徑，且過坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)圓。ZKJ的動(dòng)作阻抗|Zdz.J|與J有關(guān)，具有完全方向性。(1)幅值比較式 動(dòng)作條件：即：動(dòng)作條件為 的 幅值比較器的兩比較量：(2)相位比較式 動(dòng)作條件：83凌云書苑3、偏移特性ZKJ 正方向整定阻抗為Zzd時(shí)，向反方向偏移一個(gè)Zzd(0 0 J動(dòng)作 2、環(huán)流式：，IaIb 0 J動(dòng)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 91凌云書苑五、相位比較器異或門比相電路:時(shí)：UI、UII瞬時(shí)值相異（一正一負(fù)）的時(shí)間5ms6端7端：相“或”輸出：不拒動(dòng)為主時(shí)采用。6端8端：相“與”輸出：不誤動(dòng)為主時(shí)采用。（例如穿越功率較大的弱聯(lián)絡(luò)線，誤跳閘將會(huì)造成兩側(cè)系統(tǒng)的嚴(yán)重振蕩）12ms延時(shí)：將零點(diǎn)飄移造成的周期為20ms，寬度已展為10ms左右的誤動(dòng)方波消除。92凌云書苑4-3 ZKJ4-3 ZKJ的接線方式的接線方式 一、對(duì)接線方式的基本要求 (1)ZJ 短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處間的距離 (2)ZJ應(yīng)與故障類型無關(guān)（保護(hù)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(duì)稱，三個(gè)ZKJ情況相同，以ZKJ1為例：ZJ1能反映 l 而正確動(dòng)作。（z1：線路單位正序阻抗；l：短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處距離）93凌云書苑2、兩相短路 以AB兩相短路為例 ZKJ1：ZKJ1能反映 l 而正確動(dòng)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(dòng)。ZKJ3：情況同ZKJ2 為確保保護(hù)正確動(dòng)作，三個(gè)ZKJ出口采用“或”邏輯。94凌云書苑3、中性點(diǎn)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(dòng)作 ZKJ2：ZJ.2 ZJ.1，不能正確反映z1l，ZKJ2可能拒動(dòng)。ZKJ3：情況同ZKJ295凌云書苑 因?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)內(nèi)兩相或兩相接地故障時(shí)，只有一個(gè)相應(yīng)的ZKJ能正確動(dòng)作。為了反映各種相間故障必須采用三個(gè)ZKJ（分別接于不同的相間），且三個(gè)ZKJ的出口采用“或”邏輯。三、反映接地短路ZKJ的零序電流補(bǔ)償接線方式 單相接地短路時(shí)（A相接地）：故障相電壓UA,故障相電流IA 對(duì)ZKJ1：假設(shè)：可行性分析：將故障點(diǎn)電壓 與流過保護(hù)的故障相電流 分解為對(duì)稱分量：96凌云書苑保護(hù)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(hù)安裝處A相電壓：不能正確反映z1l97凌云書苑正確的接線方式（零序電流補(bǔ)償接線方式）：其中零序電流補(bǔ)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(shí)，只有一個(gè)ZKJ可正確動(dòng)作，因此必須采用三個(gè)ZKJ（分別接于不同相），且三個(gè)ZKJ的出口采用“或”邏輯。98凌云書苑4-4 4-4 方向阻抗方向阻抗ZKJZKJ應(yīng)用特點(diǎn)及集成電路型構(gòu)成應(yīng)用特點(diǎn)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(hù)安裝處正方向出口各種短路時(shí)：殘余電壓：Ucy0 UJ0 ZJ0,ZKJ拒動(dòng)，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(duì)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(lián)諧振電路。99凌云書苑系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，UR反映UJ0（同相位）當(dāng)保護(hù)出口短路時(shí)，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(jīng)幾個(gè)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(shí)，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(shí)間越長，UR越不能反映故障前UJ0 100凌云書苑(2)為了使故障后暫態(tài)過程中達(dá)到完全諧振 則需：=0=即：如此選擇后，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)回路呈容性，故系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(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45個(gè)工頻周波。3、引入非故障相電壓 兩相短路時(shí)，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)。101凌云書苑方向阻抗ZKJ原動(dòng)作條件（以接于BC相間的ZKJ為例）：引入非故障相電壓后動(dòng)作條件：*引入量不應(yīng)改變?cè)嗔康南辔?，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(shí)的死區(qū)。4、裝設(shè)輔助保護(hù) （如：按同時(shí)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）102凌云書苑二、極化回路記憶作用對(duì)ZKJ特性的影響 方向阻抗ZKJ動(dòng)作條件：相位比較的兩個(gè)比較量分別稱為：極化電壓 ；補(bǔ)償電壓 采用記憶回路后，極化電壓:（故障前母線電壓）動(dòng)作條件：(1)保護(hù)正方向短路時(shí)的暫態(tài)特性 動(dòng)作條件：103凌云書苑 基本同相位（若短路前為空載:）動(dòng)作條件：此動(dòng)作特性為向第三象限擴(kuò)大 且包含原點(diǎn)的圓（相當(dāng)于偏移特性）可消除正方向短路時(shí)的死區(qū)，且容許過渡電阻Rg的能力提高。(2)保護(hù)反方向短路時(shí)的暫態(tài)特性 動(dòng)作條件：104凌云書苑 動(dòng)作條件：此動(dòng)作特性向上移至第一象限內(nèi)部 的一個(gè)圓（相當(dāng)于拋圓特性）,而此時(shí)ZJ=Zd,位于第三象限（特性圓外），故ZKJ不會(huì)誤動(dòng)。三、集成電路型方向阻抗ZKJ構(gòu)成框圖 105凌云書苑四、ZKJ的精確工作電流 以方向阻抗ZKJ為例.幅比式理想動(dòng)作條件：實(shí)際動(dòng)作條件：（Uz：門檻電壓）設(shè)在最靈敏角lm方向的實(shí)際動(dòng)作阻抗為：Zdz.J.lm 則有：106凌云書苑 可見：實(shí)際上在最靈敏角方向的動(dòng)作阻抗：Zdz.J.lm Ijg 誤差相間短路的Rg 接地短路Rg：基本不隨時(shí)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線路出口經(jīng)Rg短路：108凌云書苑尤其當(dāng)角為負(fù)時(shí)，保護(hù)可能出現(xiàn)：保護(hù)1，2的I段皆不動(dòng)作，而由保護(hù)1的II段動(dòng)作，失去了選擇性。*保護(hù)距短路點(diǎn)越近，受Rg影響越大。*保護(hù)整定值越小(如短線路距離保護(hù))，受Rg影響越大。109凌云書苑3、Rg對(duì)不同動(dòng)作特性ZKJ的影響 保護(hù)范圍內(nèi)經(jīng)Rg短路時(shí)：ZJ=Zd+Rg Rg Rg1,透鏡型阻抗ZKJ開始拒動(dòng) Rg Rg2,方向阻抗ZKJ開始拒動(dòng) Rg Rg3,全阻抗ZKJ開始拒動(dòng) ZKJ動(dòng)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(dòng)的ZKJ （動(dòng)作特性在+R軸方向所占面積較大）110凌云書苑(2)采用瞬時(shí)測量裝置（只針對(duì)相間距離II段）對(duì)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(duì)反映相間短路的距離 II段利用瞬時(shí)測量裝置保 持短路瞬間保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)。（距離I段本身是瞬時(shí)動(dòng)作；距離III段動(dòng)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(bǔ)償式ZKJ）(4)采用微機(jī)保護(hù)裝置（利用微機(jī)對(duì)不同時(shí)刻的采樣值的運(yùn)算來消除Rg的影響。111凌云書苑二、系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖回路 系統(tǒng)振蕩(同步振蕩或異步運(yùn)行)I，U Z 距離保護(hù)可能誤動(dòng) 1、系統(tǒng)振蕩時(shí)的測量阻抗分析 以雙側(cè)電源輻射網(wǎng)為例:（三相對(duì)稱，只分析單相）振蕩時(shí)，繞 擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)（與 的夾角在 間變化）(其中h=EN/EM)。112凌云書苑若 EM=EN（即：h=1），則：變化 ZJ.M沿著直線OO變化，振蕩中心位于全系統(tǒng)的（Z/2）處。若振蕩中心在本保護(hù)動(dòng)作特性區(qū)內(nèi)，則本保護(hù)可能出現(xiàn)誤動(dòng)。113凌云書苑對(duì)于相同Zzd的ZKJ，在系統(tǒng)振蕩時(shí)：全阻抗ZKJ誤動(dòng)區(qū)方向阻抗ZKJ誤動(dòng)區(qū)透鏡型ZKJ誤動(dòng)區(qū) 一般而言：ZKJ動(dòng)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(dòng)區(qū)的時(shí)間：twd.若保護(hù)動(dòng)作延時(shí)ttwd.（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：114凌云書苑3、對(duì)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(hù)不應(yīng)閉鎖 *先振蕩，后故障，保護(hù)應(yīng)正確動(dòng)作 *先故障，后振蕩，保護(hù)不應(yīng)無選擇性動(dòng)作振蕩短路I,U幅值隨周期性變化 不計(jì)短路后衰減，I,U幅值不變=180時(shí)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）三相對(duì)稱 不對(duì)稱短路：三相不對(duì)稱（對(duì)稱短路：初瞬間不對(duì)稱）115凌云書苑4、振蕩閉鎖回路工作原理：(1)利用負(fù)序（和零序）分量元件起動(dòng)的振蕩閉鎖回路 系統(tǒng)正常及振蕩時(shí)：無負(fù)序及零序電流分量（增量），保護(hù)不啟動(dòng) 系統(tǒng)不對(duì)稱故障時(shí)：有負(fù)序或零序電流分量（增量），保護(hù)啟動(dòng)并自保持 系統(tǒng)對(duì)稱故障時(shí)：初瞬間有負(fù)序或零序分量（增量），保護(hù)啟動(dòng)并自保持（自保持時(shí)間一般為10s左右）負(fù)序過濾器：116凌云書苑 改進(jìn)型負(fù)序過濾器：(利用負(fù)序、零序電流啟動(dòng)元件雖然可以構(gòu)成振蕩閉鎖回 路，但是在振蕩時(shí)又發(fā)生外部故障或外部故障時(shí)又出現(xiàn)振蕩 的情況下，可能導(dǎo)致振蕩閉鎖失敗)(2)反映測量阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路 保護(hù)范圍內(nèi)故障：ZI，ZII，ZIII同時(shí) 啟動(dòng)，則允許保護(hù)動(dòng)作跳閘。振蕩時(shí)：測量阻抗ZJ先進(jìn)入ZIII圓，再進(jìn) ZII圓，再進(jìn)ZI圓，閉鎖距離I、II段。117凌云書苑ZIII先啟動(dòng)，在ZI、ZII尚未啟動(dòng)時(shí)，由“&”門經(jīng)0.5s展寬將ZI、ZII閉鎖。(由于III段動(dòng)作時(shí)限較長，大于ZJ進(jìn)入誤動(dòng)區(qū)時(shí)間twd，故III段不需振蕩閉鎖)*延時(shí)30ms的作用：防止區(qū)內(nèi)故障時(shí)，ZIII與ZI、ZII啟動(dòng)稍有先后造成誤閉鎖。*展寬0.5s（500ms）的作用：在振蕩初期，振蕩周期一般較大，ZJ進(jìn)入動(dòng)作區(qū)時(shí)，ZIII與ZI、ZII啟動(dòng)的先后間隔在30ms以上，可確保ZIII將ZI，ZII閉鎖。但隨著振蕩發(fā)展，振蕩周期縮短，ZIII與ZI、ZII啟動(dòng)的先后間隔可能小于30ms，造成閉鎖失敗。為防止此情況，對(duì)閉鎖信號(hào)展寬0.5s，在振蕩初期，振蕩閉鎖回路動(dòng)作后，使振蕩閉鎖信號(hào)自保持0.5s（大于振蕩后期周期縮短后的半個(gè)振蕩周期，在此期間ZI、ZII被閉鎖），保證在振蕩周而復(fù)始的過程中始終有一個(gè)持續(xù)的振蕩閉鎖信號(hào)。118凌云書苑三、分支電流的影響及分支系數(shù) 保護(hù)1測量阻抗：分支系數(shù)Kfz=IBC/IAB 助增電源情況：可見ZJ1在Zzd已定的情況下，保護(hù)范圍 外汲電流情況：可見ZJ1在Zzd已定的情況下，保護(hù)范圍 119凌云書苑*四、電壓互感器TV二次回路斷線對(duì)距離保護(hù)的影響 TV二次斷線 U Z 距離保護(hù)誤動(dòng) 雖然負(fù)序、零序電流啟動(dòng)元件可起到TV斷線閉鎖作用，但是在斷線時(shí)又發(fā)生外部故障的情況下，將導(dǎo)致斷線閉鎖失敗。因此需加裝斷線信號(hào)裝置。（集成電路保護(hù)或微機(jī)保護(hù)中，利用自產(chǎn)零序電壓與外引零序電壓比較構(gòu)成TV斷線信號(hào)）120凌云書苑4-6 4-6 距離保護(hù)整定計(jì)算原則及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)距離保護(hù)整定計(jì)算原則及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)一、距離保護(hù)的整定計(jì)算原則1、距離I段*整定：躲過下個(gè)元件出口短路時(shí)本保護(hù)的測量阻抗。ZIdz.1KkIZABd （KkI取0.80.85）二次ZKJ整定阻抗：ZIzd.J.1ZIdz.1(nTA/nTV)*動(dòng)作時(shí)限：tI0s 2、距離II段*整定：躲過下個(gè)元件瞬動(dòng)保護(hù)范 圍末端短路時(shí)本保護(hù)的測量阻抗。(1)ZIIdz.1KkII(ZAB+Kfz.minZIdz.2)d KkII取0.8 (2)ZIIdz.1KkII(ZAB+Kfz.minZT)d KkII取0.7 取(1),(2)中較小者作為最終整定值。二次ZKJ整定阻抗：ZIIzd.J.1ZIIdz.1(nTA/nTV)121凌云書苑*動(dòng)作時(shí)限：tII1=tI2+t0.5s*校驗(yàn)Klm：要求Klm1.25 若Klm不滿足要求，可延伸 保護(hù)范圍，使其與下條線路 的距離II段相配合：ZIIdz.1KkII(ZAB+KfzZIIdz.2)d；tII1=tII2+t1.0s 3、距離III段*整定：躲過最小負(fù)荷阻抗：ZIIIdz.11.5Ijg 123凌云書苑5 5 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)輸電線路縱聯(lián)保護(hù) 5-1 5-1 輸電線路導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)輸電線路導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（單端測量即階段式保護(hù)問題：不能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)，不適用于220kV及以上線路）差動(dòng)式原理：規(guī)定正方向：每端以流向本線路 中間為正（母線線路為正）。差動(dòng)電流取為：Icd=|(1)正常運(yùn)行及外部故障時(shí) Icd=0，保護(hù)不動(dòng)作。(2)內(nèi)部短路時(shí) 皆為正，Icd=|=Id/nTA為短路點(diǎn)的總短路電流，保護(hù)動(dòng)作。導(dǎo)引線縱聯(lián)差動(dòng)的不足：通道不可靠；不經(jīng)濟(jì) （只適用于短線路）124凌云書苑5-2 5-2 輸電線的高頻保護(hù)輸電線的高頻保護(hù)一、高頻保護(hù)基本概念 高頻保護(hù)：利用輸電線路本身作為保護(hù)信號(hào)的傳輸通道，在輸送50Hz工頻電能的同時(shí)疊加傳送50300kHz的高頻訊號(hào)（保護(hù)測量信號(hào)），以進(jìn)行線路兩端電氣量的比較而構(gòu)成的保護(hù)。由于高頻通道干擾大，不能準(zhǔn)確傳送線路兩端電量的全信息，因此一般只傳送兩端的狀態(tài)信息（如：方向，相位）。高頻保護(hù)分類：方向高頻：比較線路兩端功率方向（即要測U又要測I）相差高頻：比較線路兩端電流相位（只要測量I）二、高頻通道構(gòu)成原理125凌云書苑1、阻波器（L、C組成的并聯(lián)電路）：通工頻，阻高頻*對(duì)高頻：并聯(lián)諧振，呈大阻抗，不能通過，限制在本段輸電線內(nèi)。*對(duì)工頻：無諧振，呈小阻抗，能順利通過，不影響工頻電量傳輸。2、結(jié)合電容器：其電抗Xc=1/(C)；通高頻，阻工頻。（同時(shí)起到隔離高壓線路與高頻收發(fā)訊機(jī)的作用）3、連接濾波器（由可調(diào)空心變和高頻電纜側(cè)電容組成）*結(jié)合電容器+連接濾波器 帶通濾波器 （提取所需高頻信號(hào)，濾除其余高頻干擾）126凌云書苑*為消除高頻波反射，減小高頻能量損耗，帶通濾波器的波阻抗：輸電線側(cè)與輸電線波阻抗（400）匹配 高頻電纜側(cè)與電纜波阻抗（100）匹配 *接地刀閘6用于檢修連接濾波器。4、高頻電纜 5、高頻收、發(fā)訊機(jī) *發(fā)訊機(jī)：由繼電保護(hù)控制 發(fā)訊方式分：故障發(fā)訊；長期發(fā)訊。*收訊機(jī)：可收到對(duì)端（閉鎖式也可收到本端）發(fā)訊機(jī)所發(fā)高頻訊號(hào)。按所收高頻信號(hào)的性質(zhì)可分為：閉鎖信號(hào)；允許信號(hào)；跳閘信號(hào)。127凌云書苑三、閉鎖式方向高頻保護(hù)1、基本原理（平時(shí)無訊，外部故障時(shí)發(fā)訊機(jī)發(fā)閉鎖訊號(hào)）(1)系統(tǒng)正常：啟動(dòng)元件不啟動(dòng)，保護(hù)不動(dòng)。(2)本線路外部短路（d2）：兩端啟訊元件啟動(dòng)發(fā)訊機(jī)發(fā)訊，靠近故障點(diǎn)端的保護(hù)判為反方向而不停訊，該端高頻閉鎖訊號(hào)閉鎖兩端保護(hù)。128凌云書苑(3)本線路內(nèi)部短路（d1）：*兩側(cè)皆有電源時(shí)：兩端啟訊元件首先啟訊，兩端保護(hù)啟動(dòng)元件皆啟動(dòng)，方向元件皆判為正方向使兩端皆停訊，則兩端保護(hù)動(dòng)作跳閘。*單側(cè)有電源時(shí)：無電源端保護(hù)不動(dòng)；有電源端啟訊元件首先啟訊，保護(hù)啟動(dòng)元件啟動(dòng)，方向元件判為正方向而停訊，則有電源端保護(hù)動(dòng)作跳閘。(4)閉鎖式方向高頻保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部短路并伴隨高頻通道破壞時(shí)，仍可正確跳閘。129凌云書苑2、閉鎖式普通方向高頻保護(hù)(1)構(gòu)成 靈敏元件1LJ：啟動(dòng)發(fā)訊機(jī)（整定值?。┎混`敏元件2LJ：啟動(dòng)跳閘回路（整定值大，Idz.2LJ=(1.62.0)Idz.1LJ）方向元件GJ：正方向（母線線路）：動(dòng)作于停訊 反方向（線路母線）：不動(dòng)作 130凌云書苑(2)采用兩個(gè)啟動(dòng)元件的作用*如果用一個(gè)啟動(dòng)元件LJ來代替1LJ和2LJ （啟訊與保護(hù)啟動(dòng)公用）若兩端啟動(dòng)元件誤差造成：Idz.LJ.A Idz.LJ.B 當(dāng)B端外部遠(yuǎn)處短路時(shí)，可能出現(xiàn)：Idz.LJ.A Id Idz.LJ.B，則：靠近短路點(diǎn)端的保護(hù)B（為反方向）：LJ不啟動(dòng)，保護(hù)不動(dòng)但也發(fā)不出閉鎖訊號(hào)。遠(yuǎn)離短路點(diǎn)端的保護(hù)A（為正方向）：LJ啟訊，但GJ啟動(dòng)后停訊，則保護(hù)誤動(dòng)。131凌云書苑*用兩個(gè)啟動(dòng)元件1LJ，2LJ：Idz.2LJ=(1.62.0)Idz.1LJ 若B端外部遠(yuǎn)處短路時(shí)出現(xiàn)：Idz.1LJ.AIdIdz.1LJ.B，必有：IdIdz.2LJ.A且IdIdz.2LJ.B，即兩端的2LJ皆不啟動(dòng)保護(hù)。盡管發(fā)不出閉鎖訊號(hào)，保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)。若B端外部遠(yuǎn)處短路時(shí)出現(xiàn)：Idz.2LJ.AId Idz.1LJ.A且IdIdz.1LJ.B，兩端的1LJ皆可正常啟訊。靠近短路點(diǎn)的B端（反方向不停訊）發(fā)出的閉鎖訊號(hào)閉鎖兩端保護(hù)。(3)時(shí)間元件的作用 *展寬t1（100ms）：防止外部d2點(diǎn)短路 被切除后，本線路 靠近d2點(diǎn)的B端保護(hù)先返回（閉鎖訊號(hào)先消失），遠(yuǎn)離d2點(diǎn)的 A端保護(hù)后返回，導(dǎo)致A端保護(hù)誤動(dòng)。132凌云書苑*延時(shí)t2（7ms）：防止外部d2點(diǎn)短路時(shí)，由于線路的傳輸延 遲，靠近d2的A端發(fā)出的閉鎖訊號(hào)尚未到達(dá)遠(yuǎn)離d2點(diǎn)的B端 造成B端保護(hù)誤動(dòng)。（雖有7