继电保护培训教材

一、电力系统继电保护的概念与作用 1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。 ﹡ 继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。 ﹡ 继电保护装置是完成继电保护功能的核心。P1 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 2. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统） * 故障：各种短路（d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1)）)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。其后果： 1​ I增加 危害故障设备和非故障设备； 1​ U增加 影响用户正常工作； 1​ 破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统震荡，互解） 1​ I2（I0）旋转电机产生附加发热 I0—相邻通讯系统 * 不正常运行状态： 电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统震荡等。 3．继电保护的作用： 故障和不正常运行状态 —>事故（P1），不可能完全避免且传播很快（光速） 要求： 几十毫秒内切除故障 人（×），继电保护装置（√） 任务：P2. 被形象的比喻为“静静的哨兵” 二、继电保护的基本原理、构成与分类： 1．​ 基本原理： 为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别：特征。 1​ 增加 故障点与电源间 —>过电流保护 1​ U降低 —>低电压保护 1​  变化； 正常：20°左右 —>短路：60°～85°—>方向保护. 1​ Z= 模值减少 —>阻抗保护 1​  —> ——电流差动保护 1​ I2 、I0 序分量保护等。 另非电气量：瓦斯保护，过热保护 原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。 1．​ 构成 以过电流保护为例： 正常运行：Ir=If LJ不动 故障时：Ir=Id>Idz LJ动—>SJ动（延时）—>XJ动—>信号 TQ动—>跳闸 （常用继电器及触点的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示方法参考 附录1 P230） 一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。 （1）​ 测量元件 作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 （1）​ 逻辑元件 作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。 逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。 （1）​ 执行元件： 作用；根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时→跳闸；不正常运行时→发信号；正常运行时→不动作。 3.分类： 几种方法如下： （1）​ 按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等； （1）​ 按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等； （1）​ 按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等； （1）​ 按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等； （1）​ 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等； 主保护 满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。 ①远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 ②近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。 三、对继电保护的基本要求： 对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。 即保护四性。 （1）​ 选择性：P4 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当d1短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性 当d2短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性 当d3短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性 若保护7拒动或7DL拒动，保护5动→跳5DL（有选择性） 若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL，则越级跳闸（非选择性） 小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。 （1）​ 速动性： 快速切除故障。1提高系统稳定性；2减少用户在低电压下的动作时间；3减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。 ； t－故障切除时间； tbh-保护动作时间； tDL-断路器动作时间； 一般的快速保护动作时间为0.06～0.12s，最快的可达0.01～0.04s。 一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，最快的可达0.02～0.06s。 （1）​ 灵敏性：P5 指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护） 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护） 其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。 在《继电保护和安全自动装置技术规程（DL400－91）》中，对各类保护的灵敏系数Klm的要求都作了具体规定（参见附录2，P231）。 （1）​ 可靠性：P5 指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。 影响可靠性有内在的和外在的因素： 内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等； 外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。 四、发展： 原理：随电力系统的发展和科学技术的进步而发展 过电流保护（最早熔断器） 电流差动保护 方向性电流保护 （1901年） （1908年） （1910年） 距离保护 高频保护 微波保护 行波保护、光纤保护 （1920年） （1927年） （50年代） （70年代诞生、50年代有设想） 结构型式： 机电型 电子型 微机型（我校80年代） (电磁型、感应型、电动型) 晶体管 集成电路 20世纪50年代 60年代末提出 70年代后半期出样机 第二章 电网的电流保护和方向性电流保护 第一节 单测电源网络相间短路的电流保护 配置： 一、电流速断保护（第Ⅰ段）： 对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。 1、短路电流的计算： 图中、1――最大运行方式下d(3) 2――最小运行方式下d(2) 3――保护1第一段动作电流 可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关 最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min） 最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max） 2、整定值计算及灵敏性校验 为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定 保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。（IdZ） 在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点 可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长 灵敏性：用保护范围的大小来衡量 lmax 、lmin 一般用lmin来校验、 要求：≥（15～20）％ 希望值50％ 方法：① 图解法 ② 解析法： 可得 式中 ZL=Z1l――被保护线路全长的阻抗值 动作时间t=0s 3、构成 中间继电器的作用： ① 接点容量大，可直接接TQ去跳闸 ② 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动 4、小结 1​ 仅靠动作电流值来保证其选择性 1​ 能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。 二、限时电流速断保护（第Ⅱ段） 1、​ 要求 1​ 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性 1​ 在满足要求①的前提下，力求动作时限最小。 因动作带有延时，故称限时电流速断保护。 1、​ 整定值的计算和灵敏性校验 为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。即整定值与相邻线路第Ⅰ段配合。 动作电流： 动作时间： Δt取0.5"，称时间阶梯，其确定原则参看P18. 灵敏性： 要求：≥1.3～1.5 若灵敏性不满足要求，与相邻线路第Ⅱ段配合。此时： 动作电流： 动作时间： 1、​ 构成： 与第Ⅰ段相同：仅中间继电器变为时间继电器。 1、​ 小结： 1​ 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长 1​ 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性 1​ 与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的金后备保护。 三、定时限过电流保护（第Ⅲ段） 1、​ 作用： 作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。 1、​ 整定值的计算和灵敏性校验： 1）、动作电流：①躲最大负荷电流 （1） ②在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。 电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq （2） 式中， 显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.85～0.9） 2）、动作时间 在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护1～4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。 即 、 、 、 ―――――阶梯时间特性 注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合 3）、灵敏性 近后备： Id1.min―――本线路末端短路时的短路电流 远后备： Id2min ―――相邻线路末端短路时的短路电流 1、​ 构成：与第Ⅱ段相同Ⅲ 1、​ 小结： 1​ 第Ⅲ段的IdZ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高； 1​ 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性； 1​ 保护范围是本线路和相邻下一线路全长； 1​ 电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近电源，tⅢ越长，应设三段式保护。 四、电流保护的接线方式 1、​ 定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。 1、​ 常用的两种接线方式：三相星行接线和两相星行接线。 1）、三相星行接线的特点： ① 每相上均装有CT和LJ、Y形接线 ② LJ的触点并联（或） 2）、两相星行接线的特点： ① 某一相上不装设CT和LJ、Y形接线 ② LJ的触点并联（或） （通常接A、C相） 上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等。接线系数： 1、​ IdZ与IdZ..J之间的关系： 或 1、​ 比较： 1​ 对各种相角短路，两种接线方式均能正确反映。 1​ 在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。 串联线路 a、​ 三相星行接线：保护1和保护2之间有配合关系，100％切除NP线 a、​ 两相星行接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作） 并行线路上：（可能性大） a、三相星行接线：保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。 b、​ 两相星行接线：2/3机会只切一条线路。 1​ Y／△接线变压器后d(2) 以Y／△－11接线降压变为例 结论：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位 Y／△－11升压变：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。（作业：推得此结果） 1​ 经济性：两相星行接线优于三相星行接线 三相星行接线灵敏度是两相星行接线的两倍 针对 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ：在两相星行接线的中线上再接入一个LJ，其电流为： ，以提高灵敏性。 1、​ 应用 三相星行接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。 两相星行接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。） 五、评价： 1、​ 选择性： 在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠IdZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。 1、​ 灵敏性： 受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的缺点 例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围； 第Ⅲ段：长线路重负荷（If增大，Id减小），灵敏性不满足要求。 1、​ 速动性： 第Ⅰ、Ⅱ段满足； 第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点 1、​ 可靠性： 线路越简单，可靠性越高——优点 六、应用范围： 35KV及以下的单电源辐射状网络中；第Ⅰ段：110KV等，辅助保护 作业：习题集：P11,题1；预习实验一、二 第二节 电网相间短路的方向性电流保护 1.​ 问题的提出 双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。 对电流速断保护：d1处短路， d2处短路， 对过电流保护：d1处短路， d2处短路， 有选择性，但是产生了矛盾。上述矛盾的要求不可能同时满足。 原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。 解决办法：加装方向元件——功率方向继电器。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。 保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配 合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。 二、功率方向继电器的工作原理 电流规定方向：从母电流向线路为正。 电流本身无法判定方向，需要一个基准——电压。 d1处短路 d2处短路 因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。 实现： 1、最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角 。 2、​ 动作范围： 动作方程： 或 2、​ 动作特性: 当 线路发生三相短路 所以 2、​ 死区：当正方向出口短路时， ，GJ不动——电压死区。 消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。 三、幅值比较原理和相位比较原理及其互换关系 对于比较两个电气量的继电器，可按幅值比较原理或相位比较原理来实现。 幅值比较原理： 相位比较原理： 用四边形法则来分析它们之间的关系： 或 可见，幅值比较远路与相位比较原理之间具有互换性。 注： 1 必须是同一频率的正弦交流量 2 相位比较原理的动作边界为 四、LG－11整流型功率方向继电器 它是按幅值比较原理来实现的： 1、​ 构成： 1​ 电压形成回路：由DKB、YB组成： R1、R2——消除潜动、调整平衡。 C1——与YB的励磁电抗形成谐振，使超前90o,其记忆作用用于消除死区，记忆时间为几十毫秒； 1​ 比较回路： 由半导体整流桥BZ1,BZ2组成的环流是比较回路。 1​ 执行元件——极化继电器J,非常灵敏 标记“＊”，当电流从＊端流入时，J动作，反之则不动。 时，J动作； 1、​ 动作方程： 1、​ 动作特性： ――内角（由继电器决定） 1、​ 死区： 虽然J的动作功率很小，但 ———最小工作电压。 当出口接地短路时， ，GJ不动作——死区。 在记忆时间内消除死区。 1、​ 角度特性： 当IJ为常数时，动作电压UJ与φJ之间的关系曲线，以α＝ 30º为例： 当φJ＝－α＝－30º时，继电器的动作电压最小，J最灵敏。 J动作范围：以φJ＝－30º为中心的 90º的区域，即图中阴影区。 1、​ 潜动： 从理论上讲，当 或 时，J不动。 但由于比较回路中各元件参数的不完全对称，可能使得在仅有 或 时，J动作,即潜动。 仅有 时动，叫电压潜动，仅有 时动，叫电流潜动 潜动对保护的影响： 对正方向接地短路时，有利于保护正确动作； 当反方向接地短路时，可能导致GJ误动，使得保护误动； 另外，增大GJ的动作功率，可降低灵敏性； 消除方法：调R1（电流潜动时），调R2（电压潜动时）。 五、相间短路功率方向继电器的接线方式： 1、​ 要求：良好的方向性（与故障类型无关）和较高的灵敏性。 1、​ 90º接线方式： 指系统三相对称且cosφ=1时， 的接线方式。 注：90º接线方式仅为了称呼方便，且仅在定义中成立。 采用该接线方式构成的三相式方向过电流保护的原理接线图参看第40页，图2－37。 提示：三相星形接线且按相启动（指接入同名相电流的测量元件和功率方向元件的结点串联，而后于其他元件相并联后启动逻辑元件。） 1、​ 相间短路情况下90º接线功率方向继电器动作行为分析： （1）​ 正方向三相短路： 由于三相对称，三只继电器动作情况相同，故以A相为例分析： 从图中可见，φJA＝φJd－90º 1​ 为使功率方向继电器动作最灵敏 1​ 为使PJA>0 一般 当 ， 当 ， 所以,在三相短路时,选择,可保证GJ动作。 （1）​ 正方向两相短路，以BC两相短路为例,且空载运行. 有两种极限情况:出口和远处 ①出口短路 GJA: ,不动作； GJB： ，同三相短路； GJC： ，同三相短路。 所以应选择 ，使得 时GJ能动作 注：出口BC两相短路， 、 幅值很大，B、C相功率方向继电器动作。 该接线方式可消除各种两相短路的死区。 ②远处短路 GJA: ,不动作； GJB： ，所以应选择 ，使得B相GJ能动作； GJC： ，所以应选择 ，使得C相GJ能动作 综合两种极限情况：在正方向任何地点 ： ： ： 同理： 和 时可得到相应的结论，参看P43表2—2。 综上所述：为保证 时，GJ在正方向任何相间短路时均能动作： （例：LG—11型 或 ） 总结：优点：①对各种两相短路都没有死区； ②适当选择内角后，对线路上各种相间故障保证动作的方向性； 缺点：不能清除 死区。 顺便指出：在正常运行情况下，位于送电侧的GJ在负荷电流的 作用下一般都处于动作状态。 六．双侧电源网络中电流保护整定的特点： 1．​ 电流速断保护 无方向元件： 有方向元件： 此时保护1不需方向元件。 1．​ 限时电流速断保护 原则与单侧电源网络中第Ⅱ段的整定原则相同，与相邻线路Ⅰ段保护配合。但需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。 助增：使故障线路电流增大的现象 外汲：使故障线路电流减小的现象 引入分支系数： 当仅有助增时：∵ ∴ 仅有外汲时：∵ ∴ 无分支时： 既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1 整定时，应取实际可能的最小值以保证选择性。 七．对方向性电流保护的评价 1．​ 在多电源网络及单电源环网中能保证选择性 1．​ 快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护 1．​ 接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资 1．​ 出口 时，GJ有死区，使保护有死区——缺点 ∴力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性） 原则：①对于电流速断保护（第Ⅰ、Ⅱ段） 如： 故障， 保护1可不加GJ 故障， 保护2要加GJ ②对过流保护 故障时，∵ ∴ 保护2、3要加GJ 故障时，∵ ∴保护3要加GJ 保护1可不加GJ 即：动作延时长的可不加GJ，动作延时小的或相等的要加GJ。 作业：P17题1，P14题4，P18题4 第三节 输电线路的接地保护 大接地电流系统:系统中主变压器中性点直接接地 在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流. 110KV及以上电网 中性点直接接地系统 60KV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统) 运行经验表明,在中性点直接接地系统中,d(1)几率占总故障率的70%∽90% .所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一.而在该系统中发生d(1),系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量.故可利用零序分量构成接地短路的保护. 1、​ 零序分量的特点 (一) 零序电压 : 故障点U0最高,离故障点越远, U0越低.变压器中性点接地处U0=0 (二) 零序电流 分布: 中性点接地变压器的位置有关 大小: 线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关 (三) 零序功率 短路点最大(与U0相同). 方向:与正序相反,从线路→母线 (四) 相位差由ZB10的阻抗角决定 与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关 1、​ 零序电流保护 三段式或四段式 Ⅰ段:速动段保护 Ⅱ段(Ⅱ、Ⅲ段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短 最末一段：后备 三段式零序电流保护原理与三段式电流保护是相似的 （一）Ⅰ段 <1>躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max ＝1.2∽1.3 求3 I0max ①故障点：本线路末端 ②故障类型： （假设X1∑＝X2∑） (串) （并） 当Z0∑>Z1∑ I0(1)>I0(1.1) 采用I0（1） 当Z0∑0, 电阻电感性 电抗部分增大 送电侧α<0, 电阻电容性 电抗部分减小 1.​ 单侧电源网络中过渡电阻的影响 BC线路出口经 短路 当 较大， 超出其Ⅰ段范围而落入Ⅱ段范围内，而 仍在Ⅱ段的保护范围内，则保护1和2将同时以第Ⅱ段时限动作，造成保护误动。 小结：①.短路点距保护安装处越近，影响越大，反之影响越小； ②.保护装置整定值越小，相对的受过渡电阻影响越大 1.​ 双侧电源网络中过渡电阻的影响： BC线路出口经 短路 M侧为送电侧 1.​ 保护3：正方向出口短路，α<0， 落在第四象限，拒动 1.​ 保护2：反方向出口短路， 落在第二象限，误动 1.​ 保护1：区外短路， 落入动作特性圆，误动 以上分析是针对方向阻抗继电器，对其它特性阻抗继电器也有类似的情形。一般而言， 阻抗继电器动作特性在＋R轴方向上所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小。 （二）.减小过渡电阻的措施： 两种措施： ①．在保护范围不变的前提下，采用动作特性在＋R轴方向上有较大面积的阻抗继电器（参看P105.图3－58） ②.采用瞬时测量装置： （ ——电弧长度， ——电弧电流） 短路初瞬， 较小， 较大（有非周期分量），所以 很小；0.1～0.15s后， 拉长， 减小（非周期分量衰减），所以 增大。 距离Ⅰ段：t小于40ms， 很小，可以忽略不计 距离Ⅱ段：t为 或很长，应采取措施。 距离Ⅲ段：因为特性圆较大，影响较小 所谓瞬时测量，就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来。当电弧电阻增大时，距离元件不会因为电弧电阻的增大而返回，仍以预定的动作时限跳闸。 短路初瞬，起动元件1：Ⅱ段阻抗元件2动作，因而起动中间继电器3，3起动后通过其触点①自保持。而当 ,阻抗元件2返回。保护仍能在时间元件4动作后，经中间继电器3的触点 ②去跳闸。 注： d点短路，保护3的Ⅰ段动作于跳闸，保护5Ⅱ段跳。 对保护1，因d点在其第Ⅱ段保护范围内，起动元件和Ⅱ段测量元件动作，若采用瞬时测量，则会误动。所以只在单回线辐射形电网中的距离Ⅱ段上采用。 二．电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路 振荡时，系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压，线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化，可能导致距离保护和企图确保护动作。但通常系统振荡若干周期后，多数情况下能自行恢复同步，若此时保护误动，势必造成不良后果，因而使不允许的。 （一）.系统振荡使，电压，电流的变化规律 几点假设：①.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析； ②.两侧电源电势 和 电势相等，相角差为 ③.系统中各元件阻抗角均相等，以 表示 ④．不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。 电流： 振荡电流的有效值随 变化（包络线） 电压： 系统中总有一点的电压为最低，其值为由0向 相量所做的垂线的长度，该点则称为振荡中心，以z表示。 当 且系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即 处）。 当 时， ，I最大，相当于在线路z点发生三相短路。 振荡周期：电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间，一般发生在0.25~2.5s的范围内。 （二）.系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律 M侧： 因为 （参看P108） 所以 , , , , , , 可见，当 变化， 幅值变化，阻抗角亦变化。 注： 可能在第一象限，也可能在第三象限。 （三）.系统振荡时时距离保护的影响： 当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。全阻抗继电器误动的相角 ，方向阻抗继电器误动的相角 。 因为T＝0.25～2.5之间，所以 就可躲振荡的影响 小结：①.在相同定值下，全阻抗继电器所受（振荡）影响大 ②.当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大 措施：①.延长保护装置的动作时间（如距离Ⅲ段） ②.把定值压低，使振荡中心位于特性圆外 ③.增设振荡闭锁回路。 (四).振荡闭锁回路 1．​ 基本要求： ①.当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护； ②.区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护 ③.区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护。 根据上述基本要求，振荡闭锁回路目前主要采用两种原理： ①.利用短路时出现负序分量而振荡时无负序分量的原理 ②.利用振荡和短路时电气量变化速度不同的原理 1．​ 利用负序（和零序）分量元件起动的振荡闭锁回路 起动元件可以利用短路时出现的负序或零序分量起动，也可以利用这些分量的增量或突变量来起动（P115,图3-71） 具体接线参看附录四 ①.当系统只振荡，起动元件不动作，保护不会开放； ②.内部短路时，起动元件立即动作，然后自保持，短时开放保护(在此期间允许保护跳闸) ③.外部短路引起系统振荡： 起动元件立即起动（同②），短时开放保护，但在阻抗继电器误动前，短时开放回路已复归，将保护跳闸回路闭锁。 1．​ 反应阻抗变化速度的振荡闭锁回路 利用振荡时各段动作时间不同实现的振荡闭锁 区内故障时： ， ， 同时动作。 振荡时： 先动（t1）, 后动（t2） 第七节 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价 一、距离保护的整定计算原则 1. 距离保护I段的整定 A B C 1 2 3 4 5 6 原则：按躲过线路末端故障整定。 2. 距离保护II段的整定 原则1：与相邻线路的距离I段配合 原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定 （考虑到 的计算误差大） 取上述两项中数值小者作为保护II段定值。 动作时间： 灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度。 要求大于1.25。 若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护II段配合。 3. 距离保护III段整定 原则：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。 求最小负荷阻抗： 考虑外部故障切除后，电动机自启动时，距离保护III段应可靠返回。 对于全阻抗继电器，其整定值为： 对于方向阻抗继电器。其整定阻抗为： 动作时间按阶梯时限原则整定。 在负荷阻抗同样的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时，距离保护三段的灵敏度高。 灵敏度校验： 近后备的灵敏度： 要求大于1.5 远后备的灵敏度： 求大于1.2 说明方向阻抗比全阻抗继电器灵敏度高的图。 4. 最小精确工作电流校验 按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定。 二、对距离保护的评价 1. 选择性 在、多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。 2. 快速性 距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除故障。 3. 灵敏性 由于距离保护同时反应电压和电流，比单一反应电流的保护灵敏度高。 距离保护第一段的保护范围不受运行方式变化的影响。保护范围比较稳定。第二、第三段的保护范围受运行方式变化影响。（分支系数变化） 4. 可靠性 由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保护低。 应用：在35KV~110KV作为相间短路的主保护和后备保护，采用带零序电流补偿的接线方式，在110KV线路中也可作为接地故障的保护。 在220KV线路中作为后备保护。 另外，接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相元件，与高频收发信机配合，可构成高频闭锁（或允许）式距离保护。 作业：P32 习题1；P34习题6； P35 习题 2，3，5 第四章 输电线纵联保护 §4－1 输电线纵联差动保护 1、​ 基本原理： 1.反应单侧电气量保护的缺陷： ∵无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。∴无法实现全线速动。 原因：（1）电气距离接近相等。（2）继电器本身测量误差。 （3）线路参数不准确。 (4)LH、YH有误差。 （5）短路类型不同。 （6）运行方式变化等。 2. 输电线路纵联差动保护： （1）输电线路的纵联保护：（P129 第二自然段）。 （2）导引线纵联差动保护： 用导引线传送电流（大小或方向），根据电流在导引线中的流动情况， 可分为环流式和均压式两种。（P131 图4-2）自学。 （注意图中隔离变压器GB的极性） 例：环流法构成了导引线纵联保护： 线路两侧装有相同变比的LH 正常或区外短路：Im1=-In1 ∴Im2=-In2 IJ=Im2+In2=0 J不动 区内短路：IJ=Im2+In2=（Im1+ In1）/nLH = Id/ nLH > Idz ( 同时跳两侧DL)←J动作 可见纵联差动保护的范围是两侧LH之间，理论上具有绝对选择性可实现全线速动。但它只适用于< 5～7公里的短线路。若用于长线路技术上有困难且经济上不合理。 （P136 标题2） 它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛（后述） 3. 纵联保护信号传输方式： （1）辅助导引线（2）电力线载波：高频保护 （3）微波：微波保护 （4）光纤：光纤保护 §4-2 输电线的高频保护 1、​ 高频保护概述： 高频保护的定义：（P136） 分类：按照工作原理分两大类，方向高频保护和相差高频保护。 方向高频保护：比较被保护线路两侧的功率方向。 相差高频保护：比较被保护线路两侧的电流相位。 1、​ 高频通道的构成： 有“相-相”和“相-地”两种连接方式 ∨ “我国广泛运用” 构成示意图P137 图4-7 1.​ 阻波器：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。 对载波电流：Z>1000Ω——————限制在本线路。 对工频电流：Z<0.04Ω——————畅流无阻。 2．结合电容器 带通滤波器 ①通高频、阻工频 3．连接滤波器 ②阻抗匹配 4．高频电缆：将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。 5．高频收、发信机 1、​ 高频通道工作方式及高频信号的应用： 无高频电流是信号 1．​ 高频通道的工作方式 两种： 长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经常有高频电流） 故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通道中才有高频电流（经常无高频电流） 另：改变频率也是一种信号。 2．高频信号的分类及应用 有高频电流是信号 按高频信号的应用分三类：跳闸信号、允许信号、闭锁信号 （1）​ 跳闸信号 跳闸 “或”门：高频信号是跳闸的充分条件 （1）​ 允许信号 跳闸 “与”门：高频信号是跳闸的必要条件 (3)​ 闭锁信号： 跳闸 “否”门：收不到高频信号是跳闸的必要条件 o 1、​ 方向高频保护 1．​ 高频闭锁方向保护的基本原理 举例说明： d S+ S- S+ S+ S- S+ A 1 2 B 3 4 C 5 6 D 内部接地时：保护3、4：S+动，两侧都不发高频信号，保护动作跳3、4DL 外部接地时：保护2、5：S-动，他们发出高频闭锁信号，送至保护1、6、2、5。AB,BC线路均保持不动 它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁。故称高频闭锁方向保护。 注：这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号。因此，在故障线路上由于短路使高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的正确动作。 4 - 跳闸 + + + 1 2 3 5 - UJ 半套高频闭锁方向保护原理接线（电流启动方式） （1）​ 组成： I1 起动元件：灵敏度较高，起动发信机发信 I2 起动元件：灵敏度较低，起动保护的跳闸回路 3 功率方向元件：判断短路功率的方向 4ZJ 中间继电器：内部短路时，停止发信 5ZJ 极化继电器（双线圈）：工作线圈接方向元件输出，制动线圈接收信机的输出 （1）​ 工作情况： ①外部短路时：I1 I2 动 AB线，B侧S- I1 4ZJ常闭触点 起动 发信 3不动 5ZJ制动 A 侧S+ 3动 4动 停止发信 I+动 5ZJ 工作、制动线圈均有电流，不动，所以：1、2DL不跳闸 ②内部短路时： BC线：I1、I2、3、4ZJ均动作，停止发信，5ZJ有工作电流 跳闸 (3)为什么要用两个灵敏度不同的起动元件 I2/I1=1.5~2 防止区外故障误跳闸 若采用一个起动元件，当区外接地时，由于LH误差，起动元件误差。S+侧起动元 件动作，S-侧起动元件未动。S+侧误动。 采用两个起动元件I1I2，S+侧I2动作时，S-侧I1一定动作，故可防止误动 （4）时间配合 外部故障时，S+侧需等待对侧的高频闭锁信号，故跳闸回路应有一定延时。故障切除后，返回时，为防止误动，启信回路应延时返回。 （5）方向元件 要求 ：①能反映所有类型的故障 ②没有死区 ③正常负荷状态下不动作 ④系统震荡时不会误动作 ⑤线路两端在灵敏度上容易配合 满足要求的方向元件 ：负序方向元件（单相式、三相式） 相电压补偿式方向元件 行波方向元件 1．​ 高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向保护的基本原理（自学） 高频闭锁距离保护是距离保护与电力线载波通道相结合，利用收发信急的高频信号传送对侧保护的测量结果，两端同时比较两侧距离保护的测量结果，实现内部故障瞬时切除，区外故障不动作。 高频闭锁零序方向保护 工作原理与上同 此种构成方式，主保护和后备保护统一设计，减少了测量元件，简化了接线，相对的提高了可靠性。缺点：距离或零序保护检修时，主