继电保护教材

1、第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用一、电力系统的故障和不正常运行状态一、电力系统的故障和不正常运行状态1. 电力系统的故障：三相短路 f (3)、两相短路 f (2)、单相短路接地 f (1)、两相短路接地 f (1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。2. 不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。二、发生故障可能引起的后果是：二、发生故障可能引起的后果是：1、 故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；2、 系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿

2、命； 3、 因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。事故：事故：指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。三、电保护装置及其任务三、电保护装置及其任务1继电保护装置：就是指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它的基本任务是：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护

3、条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。第二节第二节 继电保护的基本原理和保护装置的组成继电保护的基本原理和保护装置的组成一、一、继电保护的基本原理继电保护的基本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。1、 利用基本电气参数的区别发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护。（1）过电流保护：反映电流的增大而动作，如图 1-1 所示，（2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。（3）距离保护（或低阻抗保护）：反应于短路点到保护安装

4、地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。2、利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别。如图 1-2 所示双侧电源网络。规定电流的正方向是从母线流向线路。正常运行和线路 AB 外部故障时，A-B 两侧电流的大小相等相位相差 180；当线路 AB 内部短路时，A-B 两侧电流一般大小不相等，相位相等，从而可以利用两侧电流相位或功率方向的差别可以构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如纵联差动保护，相差高频保护、方向高频保护等。3、对称分量是否出现电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些

5、分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。4、反应非电气量的保护反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。二、继电保护装置的组成二、继电保护装置的组成继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如图 1-3 所示。图 1-3 继电保护装置的原理结构图1、测量部分 测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较。从而判断保护是否应该起动。2、逻辑部分 逻辑部分的作用是根据测量部

6、分各输出量的大小，性质，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。3、执行部分 执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。举例说明：举例说明：第三节第三节 对继电保护的要求对继电保护的要求 一、选择性一、选择性 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。如图下图所示d3 点短路：保护 6 动作，6QF 跳闸；保护 6 或 6QF 拒动，5QF 跳闸；d2 点短路：保护 5 动作，5QF 跳闸；保护 5 或 5QF 拒动，2QF、4QF

7、 跳闸；d1 点短路：保护 1 和保护 2 动作，1QF 跳闸、2QF 跳闸；保护 2 或 2QF 拒动，4QF 跳闸。主保护：能有选择性地快速切除全线故障的保护。后备保护：当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。近后备保护：作为本线路主保护的后备保护。远后备保护：作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳后备保护。二、速动性二、速动性 速动性是指尽可能快地切除故障短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。三、灵敏性三、灵敏性 灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵

8、敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。 四、可靠性四、可靠性 可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。此四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。根据保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足其相应的要求。第四节第四节 继电保护技术发展简史继电保护技术发展简史继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在 20 世纪 50 年代及以前，电磁型继电器。60 年

9、代，整流型元件组成的装置。70 年代以后，集成电路构成的装置。到 80 年代，微型机继电保护装置中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 第一节第一节 单侧电源电网相间短路的电流保护单侧电源电网相间短路的电流保护继电器的分类继电器的分类继电器是一种能自动断续的控制器件，当其输入量达到一定值时，能使输出回路的被控电量发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通” 、 “断”控制的执行机构。按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：

10、电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。对继电器的要求对继电器的要求（1）工作可靠。（2）动作值误差小。（3）接点可靠。（4）消耗的功率要小。（5）动作迅速。（6）热稳定、动稳定要好。（7）安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。 一、电磁型继电器一、电磁型继电器电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如图 2-1 所示。图图 2-1 电磁型继电器的原理结构电磁型继电器的原理结构电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器是

11、利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如图 2-2 所示。 图 2-2 电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线首先分析使继电器触点接通的力矩。在线圈 1 中通以电流 Ij，则产生与其成正比的磁通，即，由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转矩 Mdc可表示为Mdc=K12=K2 使继电器触点闭合的阻力矩Mth=Mth1+K3（ 1 2 ）在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩 Mm，其值可以认为是不随变化的一个常数。 1、继电器动作的条件：、继电器动作的条件： Mdc Mth+Mm 2、动作电流、动作电流 能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值 Ij，称为继电器的动作电流（起动电

12、流），记作 IdzjJ。对应此时的电磁转矩为3、继电器的返回条件、继电器的返回条件 继电器动作后，当 IJ减小时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电器返回，必须: Mth Mdc+Mm或 MdcMth-Mm4、返回电流、返回电流 满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记为 Ih.j.对应此时的电磁转矩为 Mh=K2（I2h j/2） (22)总结：总结：当 Ij Idzj时，继电器不动作， 当 IjIdzj时，则继电器迅速动作，触点闭合； 当减小 Ij 使 IjIhjJ时，继电器又立即返回原位，触点打开。5、返回系数、返回系数 返回电流与起动电流的比值称为继电器的返

13、回系数，可表示为 在实际应用中，要求有较高的返回系数，如 0.850.9。返回系数越大则保护装置的灵敏度越高，但过大的返回系数会使继电器触点闭合不够可靠。6、动作电流的调整方法、动作电流的调整方法（1）（1） 改善继电器线圈的匝数；（2）改变弹簧的张力；（3）改变初始空气隙长度。二、晶体管型继电器二、晶体管型继电器1、晶体管型电流继电器、晶体管型电流继电器 （1）正常工作时：电流变换器的输入电流小于继电器的动作电流，UR30，晶体管 V1因正向偏置而导通，V2完全截止。输出电压 Usc接近于+E1，对应于继电器不动作状态。（2）起动时：当输入继电器的电流大于继电器的动作电流时，UR3增大，a

14、点电位降低，致使 D5导通，V1截止，其集电极电位升高，使晶体管 V2导通，输出电压 Usc降至 0.10.3V，继电器处于动作状态。（3）当继电器的输入电流减小至返回电流时，UR3减小，a 点电位增高使D5截止，V1重新导通，触发器翻转，继电器返回，继电器的返回电流小于继电器的动作电流，其返回系数小于 1。2、晶体管型时间继电器、晶体管型时间继电器晶体管型时间继电器由两个三极管及阻容延时电路组成。其原理接线如图 2-5 所示。在正常情况下，VT3饱和导通，电容器 C 被短接，电容器 C 上的电压为 V3集电极与发射极之间的饱和压降 Uces1和二级管 D8的正向压降 UD之和： UCD=UD

15、+Uces10.6+0.2=0.8V其值小于稳压管 D9的方向击穿电压，V4截止，输出电压 USC近于 0V，表示继电器延时输出三、电流互感器三、电流互感器电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成 5A 或 1A 的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。电流互感器由铁心及绕组组成。一、二次绕组磁势有以下平衡关系： I1W1-I2W2=0 图电流互感器 （a） 原理图（b）示意图1、 1、 电流互感器的极性电流互感器的极性 在图 2-（a）中，一、二次绕组中感应电势.1E及.2E同时为高电位点，称同极性或对应端。一般用L、K表示或以“*”标注。2、 2、 电流互感器的等值电路及相量

16、图电流互感器的等值电路及相量图电流互感器与普通变压器的等值电路有着相同的形式。其等值电路如图所示，图中原边的参数都已归算到二次绕组。- fZIU22. 222XIjUULC. 3、 3、 误差分析误差分析(1) 电流误差。归算到二次绕组的一次绕组一次电流.1I与二次绕组电流.2I的数量差,一般用百分数表示，即 .lclcLCjXUIlcIII21而 )XZ(fjX)ZjX(IIlcflcf22.lc电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载阻抗 Zf与短路电流倍数 m 的函数，可表示为 I%=f(Zf ,m) 按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电流误差不允许大于 10%，角误差 不得大于

17、 7 在满足 10%误差的条件下，m=)(fZf的关系曲线叫电流互感器的 10%误差曲线，它由厂家提供。结论：结论：电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励磁电流.LCI的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗 Zf成正比，与励磁阻抗LCX成反比。一般误差小于 1%。（3）暂态短路电流引起的误差。当发生短路时，电流互感器的原边流有短路电流的周期分量 Idz和非周期分量 Id.f。非周期分量的误差 ifi, 总误差电流fci。 从误差曲线可以看出，最大误差发生在短路后 35 个周波，短路回路非周期电流衰减以后，其值比稳态短路误差大许多倍，且含有很大的直流成分。（4）减小电流互感器误差的措施。a.

18、减小电流互感器的励磁电流。b.尽量加大电流互感器的励磁电抗 XLC，增大铁心截面或用高导磁率的铍莫合金做铁芯。c.应尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗 Zf，降低励磁电压 ULC；d.选择同型号的电流互感器串联使用，使每个电流互感器的励磁电压仅为负载压降的一半；e.选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。四、电压互感器四、电压互感器电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。电压互感器分为电磁式和电容式两种。（一）（一） （一）（一） 电磁式电压互感器电磁式电压互感器 1、工作原理

19、、工作原理电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相似。其等值电路与相量图如图 2-11 所示。以副边电压.2U为参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如图 2-11（b）所示。图 2-11 电压互感器的等值电路及相量图 （a）等值电路 (b) 相量图2、电压误差分析、电压误差分析 电压互感器的电压误差是指归算到副边的原边电压.1U与副边实际电压.2U的数量差，用百分数表示： %100UUU%U121当原副边电压的相角差 较小时，其电压误差可近似为： 结论结论: 电压互感器的误差是由电压互感器的阻抗压降引起的。减小负载电流能提高电压互感器的精确度。（二）电容式电压互感器（二）电容式

20、电压互感器电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。最简单的电容式电压互感器如图 2-12 所示。C1、C2为分压电容，T 为隔离变压器。二次开路时的电压.20U为 1211.20UCCCU有载时的输出电压为 则 20.2UU 利用可调电感 L 补偿分压器容性电抗，大大降低电压互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了电压互感器的精确度。五、无时限电流速断保护五、无时限电流速断保护(电流电流 I 段段)反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护，称为电流速断保护也称为无时限电流速断保护。1、1、 几个基本概念几个基本概念 （1）系统最大运行方式与系统最小运行方式 最大运行方式：

21、就是在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。 最小运行方式：就是在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。 （2）最小短路电流与最大短路电流在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，称之为最大短路电流。在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路电流。（3）保护装置的起动值对应电流升高而动作的电流保护来讲，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作 Idz。bh。（4）保护装置的整定所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时

22、限等过程。2、工作原理、工作原理无时限电流速断保护为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分，具体工作原理如图 2-13 所示。 图 2-13 电流速断保护动作特性分析短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算：结论：结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置变化， 且与系统的运行方式和短路类型有关。 3、整定计算、整定计算（1）动作电流为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即 IdzId。d2max=KK Id。Bmax 式中可靠系数KK=1.21.3， 继电器动作电流： jxTAdzjdzKnII K

23、jx电流互感器的接线系数结论结论:电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路，其最大和最小保护范围 Lmax 和Lmin。 （1）（1） 保护范围（灵敏度 KLm）计算（校验）规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的相对值 Lb%（15%20%）时，为合乎要求，即由图 2-13 可知 dsxdzXXEImax.23 （2-7） 其中 Xd=X1Lmin代入式（2-7）整理得 （2-8）式中 Ue输电线路的额定线电压；LAB一被保护线路的总长度。（2）（2） 动作时限无时限电流速断保护没有人为延时,在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器。一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过

24、管型避雷器的放电时间，防止误动作。t=0s4、电流速断保护的接线图、电流速断保护的接线图（1）单相原理接线图原理图以整体形式表示各二次设备之间的电气联接。 （2）展开图展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。分为交流回路和直流回路。 5、对电流速断保护的评价、对电流速断保护的评价优点：是简单可靠，动作迅速。缺点：（1）不能保护线路全长；（2）运行方式变化较大时，可能无保护范围。注意注意: (1) 在最大运行方式下整定后，在最小运行 方式下无保护范围。图 2-16 系统运行方式变化较大情况 图 2-17 短路时保护范围较小的情况（2）在线路较短时，可能无保护范围。如图 2-17 所示(3)在

25、特殊情况下，电流速断可以保护线路全长。在采用线路变压器组的接线方式的电网中，如图 2-18 所示。速断保护按 d1点短路来整定，保护的起动电流大为减小，以至保护线路的全长。 图 2-18 用于线路变压器组六、限时电流速断保护六、限时电流速断保护 (电流电流 II 段段)的电流速断保护的电流速断保护限时电流速断保护：限时电流速断保护：按与相邻线路电流速断保护相配合且以较短时限获得选择性的电流保护。1、工作原理、工作原理 （1）为了保护本条线路全长，限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线路中去如图 2-19 所示。（2）为了保证选择性，就必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限。如图 2-

26、19（3）为了保证速动性，时限应尽量缩短。2、整定计算、整定计算 （1）（1） 动作电流 动作电流 dzI按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定： (2-9) 继电器动作电流： Klm1.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。 下一线dzKdzIKI（a）可能存在非金属性短路，使短路电流 Id较小；（b）实际的短路电流小于计算值；（c）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件中的电流变小；（d）继电器的实际起动值可能有正误差，使 IdzJ变大；(e) 考虑一定裕度。思考问题：思考问题：灵敏性不满足要求，怎么办？解决方法解决方法:（1）与下一条线路的限时电流速断相配合 (2

27、) 动作时限比下一条线路时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t，即ttt 下一线本 3、限时电流速断保护的接线图（） 单相原理接线 （） 展开图 4、对限时电流速断保护的评价、对限时电流速断保护的评价 （优点）（优点）限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长。（缺点）（缺点）不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，受系统运行方式变化较大。 七、定时限过电流保护（电流七、定时限过电流保护（电流 III 段）段）定义：其动作电流按躲过被保护线路的最大负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则进行整定以实现过电流保护的动作选择性，并且其动作时间与短路电流的大小无关。1、 工作原理工

28、作原理反应电流增大而动作,它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。过电流保护在最大负荷时，保护不应该动作。 下一线dzKdzIKI 2、整定计算、整定计算（1）动作电流按躲开被保护线路的最大负荷电流max. fI，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定： max. fhzqKdzIKKKI （）灵敏度校验 低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点断开。当电压低于整定值时，常开触点断开，常闭触点闭合。正常运行时，KV 触点打开，KA 触点打开。最大负荷电流：KV 触点打开，KA 触点闭合。短路时：KV 触点

29、闭合，KA 触点闭合。（3） 时间整定 为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时是按阶梯原则整定的，即本线路的过电流保护动作延时应比下一条线路的电流段的动作时间长一个时限阶段t:maxzqhIImax maxfzqkzqkhIKKIKI dzhhIIk max. fhzqKdzIKKKI 3、接线图、接线图电流段保护的原理接线、展开图与电流段保护相同。4、对定时限过电流保护的评价、对定时限过电流保护的评价优点：优点：结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路的近后备（有时作为主保护） ，而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在 35

30、 千伏及以下网络中作为主保护。缺点：缺点：动作时间长，而且越靠近电源端其动作时限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。 八、电流三段保护小结八、电流三段保护小结电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护，因此，必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。1、三段式电流保护、三段式电流保护： 由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。2、电流三段式保护的保护特性及时限特性、电流三段式保护的保护特性及时限特性3、电流三段式保护接线图、电流三段式保护接线图 （1）单相原理接线图（2）展开图。

31、4、三段式电流保护的评价、三段式电流保护的评价优点：优点：简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于 35 千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点：缺点：灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。 例例 2-1如图 2-33 所示网络，试对保护 1 进行电流速断，限时电流速断和定时限过电流保护整定计算（起动电流，动作时限和灵敏系数） ，并画出时限特性曲线。 （计算电压取 115KV） 。 解： 1、对保护 1 进行电流速断保护的整定计算九、电流保护的接线方式九、电流保护的接线方式 电流保护的接线方式就是指保护中电流继电器与电流互感器

32、二次线圈1、1、 相间短路电流保护的主要接线形式相间短路电流保护的主要接线形式（1）（1） 三相星形接线 （2）两相星形接线（不完全星形接线）三相星形接线方式的保护对各种故障都能动作。两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但 B 相发生单相短路时，保护装置不会动作。（3）电流差接线三相短路时流过继电器电流是 倍的短路电流；AC 两相短路时流过继电器电流是 2 倍的短路电流；AB 或 CB 两相短路时流过继电器电流是 1 倍的短路电流。接线系数 Kjx ：流过继电器的电流 IJ 与电流互感器二次侧短路电流之比，数值为2LHjjxIIK故对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路时，Kjx= ；在

33、 AC 两相短路时，Kjx=2；在 AB或 BC 两相短路时，Kjx=1。对于三相和两相星形接线方式任何短路型式 Kjx=1. 2、 各种接线方式在不同故障时的性能分析各种接线方式在不同故障时的性能分析（1）中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相间短路。前述三种接线方式均能反应这些故障，不同之处在于各种接线的保护装置灵敏度有所不同。（2）中性点非直接接地电网中的两点接地短路。在中性点非直接接地电网（小接地电流）中，对于两点接地故障，希望只切除一个故障点。 串联线路上两点接地情况如下图所示，在 dA 点和 dB 点发生接地短路。若保护 1 和保护 2 均采用三相星形接线时，100%地只切除33

34、线路故障。如采用两相星形接线，只能有 2/3 的机会有选择地切除后面的一条线路。 放射性线路上两点接地情况如下图所示，在 dA 、dB点发生接地短路时：如采用三相星形接线时，两套保护均将起动。如采用两相星形接线，则保护有 2/3 的机会只切除任一线路。因此，在放射性的线路中，两相星形比三相星形应用较广。 对 Y，d11接线变压器后面的两相短路当侧发生 AB 两相短路时，该侧电流相量图如下图（b）所示。 Y 侧电流相量图，如下图（C）所示。结论结论:三相星形接线比两相星形接线灵敏系数增大一倍。过电流保护接于降压变压器的高压侧（Y 侧）以作为低压侧（侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有其

35、不同的特点。 （a）采用三相星形接线时，则 B 相上继电器中的电流较其它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍 。（b）采用两相星形接线时，使 B 相的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。 （c）采用两相电流差接线时，流入继电器的电流为零，保护不动作。因此，这种接线方式不能用来保护变压器。3. 各种接线方式的应用范围 (1)三相星形接线方式能反应各种类型的故障，用在中性点直接接地电网中，作为相间短路的保护，同时也可保护单相接地。(2)两相星形接线方式较为经济简单，能反应各种类型的相间短路。主要应用在 35 千伏及以下电压等

36、级的中性点直接接地电网和非直接接地电网中，广泛地采用它作为相间短路的保护。（3）两相电流差接线方式接线简单，投资少，但是灵敏性较差，这种接线主要用在 610 千伏中性点不接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。十、反时限特性的过电流保护十、反时限特性的过电流保护1、 感应型电流继电器（感应型电流继电器（GL-10 系列）系列）（1）继电器结构 GL-10 感应式电流继电器的结构如图 2-34 所示由感应系统和电磁系统组成，它们分别构成反时限部和无时限部分。（2）工作原理 当线圈通以交流电流 I 时，线圈的安匝磁势 IW 在铁芯中产生磁通1，在铁芯的一个分支上的短路环中的磁通2 不能突

37、变，2 滞后于1 一个角度，在铝盘产生 Mdc，当 Mdc 克服了弹簧的反转矩 M1 时，整个框架将绕轴 18 顺时针方向转动。蜗轮蜗杆啮合，这时称为继电器起动。所需的安匝数称为继电器的起动安匝。继电器起动以后，扇形轮随蜗转动而上升，扇形轮升高到一定程度时，接点闭合。(3) 时限特性扇形轮在最低位置与最高位置，继电器动作时间与电流的关系曲线如下图所示。 当电流增大时，动作时限减少，如图中 ab 部分,具有反时限特性。 当电流大到一定值时，铁芯饱和，在图上出现曲线 1、2 的平直部分，具有定时限特性。当电流继续增大时，衔铁瞬时被吸下，横担将接点闭合，如图中 de 部分，具有速断特性。 2. 反时

38、限过电流保护反时限过电流保护 （1）工作原理 反应电流增大而动作，其延时与通入电流的平方成正比，一般可作 610kV 线路或电动机的保护。 （2）整定计算 动作电流的整定原则与定时限过电流保护相同，即 灵敏度校验 ： 512. )(min.dzdlmIIK本末时间整定 两级反时限过电流保护的配合:反时限继电器的延时与被保护线路短路点位置的关系如下图所示。若已知保护 2 反时限过电流保护的整定参数，其反时限动作曲线如下图曲线 2 所示。在保护 1、保护 2 反时限过电流保护重叠保护区内，只要在电源侧的起始点 d1 处用动作延时保证选择性，重叠保护区的其他部分都能保证选择性，d1 点叫配合点，在配

39、合点的 反时限过电流保护与电源侧的定时限过电流保护配合 如下图所示。已知 1QF 定时限过电流保护的整定参数，1QF 过电流保护的保护范围到 d1 点，2QF 反时限过电流保护的时间特性如下图中的 t2QF 所示。重叠保护区的末端 d1 叫配合点，此点发生故障时若能保证选择性，则整个重叠保护区都能保证选择性。在配合点 d1 3. 接线图接线图 反时限过电流保护多用于 10kV 线路及电动机保护。电流互感器采用两相星型接线，如下图所示。 max fhzqKdzIKKKItttQFQF21tttQFQF 1 2 4、反时限过电流保护应用范围、反时限过电流保护应用范围 优点：在线路靠近电源处短路时，

40、短路电流大，动作时限短且保护接线简单。缺点：时限的配合较复杂，当短路点存在较大的过渡电阻时，或在最小运行方式下远处短路时，由于 Id 较小，保护的动作时限可能较长。因此，反时限过电流保护主要用在 610 千伏的网络中，作为馈线和电动机的保护。对 10 千伏以上的网络，由于上述缺点一般都不采用。 第二节第二节 多侧电源电网相间短路的方向性电流保护多侧电源电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性电流保护的工作原理一、方向性电流保护的工作原理1、问题的提出问题的提出 2.解决办法解决办法d1 点短路：保护 1 的短路功率由线路指向母线，保护 6 的短路功率由母线指向线路 。d2 点短路：保护 1 的

41、短路功率由母线指向线路，保护 6 的短路功率由线路指向母线。 利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动；凡是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负） ，保护就不起动。 d1 点短路：保护 2、3、6、7、起动，根据阶梯时限原则 t2 t3，t6 t7 ,保护 2 和 6 动作，保护3、7 返回，从而保证有选择地切除故障d2 点短路：保护 1、2、3、7 起动，t1 t2 t3 ，故保护 1 和 7 起动，保护 2、3 返回， 判断短路功率方向，一般采用功率方向继电器。 d1 点短路时：Pd1 =UId1 cos 1 为正值，功率方向

42、继电器动作。d2 点短路时：Pd2 =UId2 cos 2 为负值 ，功率方向继电器不动作。 式中 为电压 U 与电流 I 之间的夹角 3.方向过电流保护方向过电流保护方向过电流保护:增加了功率方向元件的过电流保护。即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护装置，其原理接线图下图所示。 二二. 整流型功率方向继电器整流型功率方向继电器 组成：电压形成回路、比较回路、执行元件 1. 电压形成回路电压形成回路 电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相位，经过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的电压，该电压经整流滤波后变成与变流量成正比的直流电压，然后送到比较回路进行比较，以确定

43、继电器是否动作，最后由执行元件表示继电器的工作状态（动作或返回） 。（1） 、电抗变换器（TX） 作用：将输入的一次侧较大电流量按比例地变换成二次侧的 较低电压 U2 。 kjjIeIKU.2（2）电压变换器（TM） 作用：将一次侧的强电压成比例地变换成二次侧的弱电压。 式中 KU 为电压变换器的变换系数。 a.相位比较式： 设以电网对地电压为基准且为正，电流由母线流向线路为电流的正方向。当电压与电流之间的相位角小于 90时，对应的输出功率为正；电压与电流之间的相位差大于 90时，输出功率为负，正功率的条件就是： 功率方向继电器是反应正功率动作，负功率不动作的继电器，也就是说，功率方向继电器反

44、应加于继电器的电压及电流之间的相位差 。令 动作条件变为： b.幅值比较式 令.DCA (2)幅值比较回路即把和分别整流后进行幅值比较，分为均衡电压式和循环电流式。 a.均衡电压式：其原理接线如下图所示。 整流后接于电阻 R1 ，R1 两端电压为 Ua ， 整流后接于电阻 R2 ，R2 两端电压为 Ub 。作为执行元件的继电器 J 接于两个电压之差上，反应于 Ua -Ub =Uab 而动作。 902jjUeUKU.9090IUargkjJIeIKC.90jJUeUKD.9090.argCD.DCB b.循环电流式 执行元件反应于和整流后的电流之差 Ia -Ib 而动作。 3.执行元件执行元件

45、极化继电器：由绕组,永久磁铁, 可动舌片,接点,铁芯等组成。主要特点: 继电器的可动舌片处于两个磁通的作用之下，一个是由线圈的电流产生的工作磁通，另一个是由永久磁铁产生的极化磁通（它的方向是不变的） 。 极化磁通 j自 N 极流出后就分为两部分，j1经过空气隙 1而连通，j2 经过空气隙 2而连通。 1 =g +j12 = j2 - g当线圈没有电流时，21,舌片被吸引向右边，接点断开.当线圈中通以电流 Ij 时， 1 2 时，舌片被吸向左侧磁极，继电器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流。继电器动作以后，逐渐减小工作电流，则 1 减小，2 增加，当 21 时，则舌片又被吸向右

46、侧磁极，继电器返回。 当继电器线圈通入相反方向的电流时，1 的磁通加强， 2的磁通减弱，继电器不动作。 结论：结论：该继电器的动作具有方向性。 如果把极化继电器的工作线圈，接入幅值比较回路，且当 Uab （或 Ia-Ib ）为正时，使继电器动作，那么，当 Uab （或 Ia-Ib ）为负时，它就不动作，正好满足继电器具有方向性的要求。 整流型继电器：用极化继电器作为执行元件而构成的继电器。 4. 动作特性动作特性功率方向继电器的动作特性示于下图。 5.举一实例举一实例三、相间短路功率方向继电器的接线方式三、相间短路功率方向继电器的接线方式 对方向继电器的要求： 1、正方向任何形式的短路，继电器

47、都能动作；反方向短路，继电器不动作。2、故障以后，加入继电器能电流 和电压 尽可能大，灵敏度尽可能高。 反应相间短路的方向继电器广泛采用 90 接线。所谓 90 接线是假设三相电压对称负载为纯电阻时，对任何一个方向继电器所施加的电流和电压相位相差 90 的一种接线方式。 如下图所示。 过电流方向保护原理接线如下图所示。对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性，极性接反了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动的后果。1、三相对称短路 一般而言，0 d90,为使方向继电器在任何 d情况下均动作，必须使 -9090,即 -90 d-90+90， 所以 0 d+180当 d=0 时，0180当

48、 d=90 时，-9090同时满足以上两个条件为：090 2、正方向两相短路 1） 、短路点位于保护出口处设 B、C 两相短路，短路阻抗 Zd0，此时的相量图如下图所示。 短路点电压为 A 相继电器：IA0，故继电器不动作。 B 相继电器： CAJBUU.B=d- k= d-90+, C 相继电器： c=d- k= d-90+ 继电器动作条件：-90 90若在 0 d90 的范围内，使继电器均能动作，选择内角 为 090 （2） 、短路点远离保护安装地点 ZdZS 0 ，相量图如下图所示。 AdAAEUU.AdBBEUU21AdCCEUU.21BJBII.CJCII.ABJCUU.B 相继电器

49、：B=-(K-(d-30)=d-k-30=d-120+继电器动作条件-90B90,当 0d90 时则 30120C 相继电器：C=d+30-k=d-60+继电器动作条件为:-90c90,当 0d90,则 060结论：结论：正方向两相短路时，B 相继电器能够动作的条件是3090, C 相继电器为 060。 最终结论：最终结论：综合三相短路和各种两相短路分析得出：当 0d90 时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为：3060 用于相间短路的整流功率方向继电器提供了 =45 和 =30 两种内角，能够满足上述要求。应指出：要使继电器动作最灵敏，须使 =90-d。90 接线方式的主要优点：

50、 (1).对各种两相短路没有死区。(2)适当选择之后，对各种相间短路，都有能保证动作的方向性；且有较高能灵敏度 四、方向性电流保护的整定计算和三相原理接线图四、方向性电流保护的整定计算和三相原理接线图（一） 方向性电流保护的整定计算1、 保护装置的动作电流保护装置的动作电流方向过电流保护的动作电流按以下三个条件整定：（1）躲过最大负荷电流 max. fhzqKdzIKKKI （2）（2） 躲过非故障相电流Idz=KKIfg（3）（3） 与相邻线路保护装置灵敏度的配合 2 .3 .4 .dzdzdzIII 6 .7 .8 .dzdzdzIIIIdz7= KphIdz6 2、 保护装置的灵敏度校验

51、保护装置的灵敏度校验近后备保护:灵敏系数要求 Klm1.251.5；远后备保护:其灵敏系数要求 Klm1.2。方向过电流保护的方向元件（功率方向继电器）灵敏度较高。故不需校验。3、 保护装置的动作时限保护装置的动作时限方向过电流保护动作时限的整定，是将动作方向一致的保护，按逆向阶梯原则进行。如图 2-43 中的保护 2、3、4 为同一方向动作的保护。保护 6、7、8 也为同一方向动作的保护。它们的动作时限应为432ttt876ttt 图 2-43 方向过电流保护的时限特性 注意注意:(1)电流速断保护来讲，若从整定值上躲开了反方向的短路，这时可以不用方向元件。 (2)若靠延时能保证动作的选择性

52、时，就不需装设方向元件。 结论结论:加方向元件的原则是： 对装在变电所同一母线上的各元件保护，其动作时限较长的可以不装方向元件，而时限较短的必须装设方向元件；如果保护的时限相等，那就都应该装设方向元件。 思考题：思考题：画出下图保护 18 的时限配合。 五、对方向性电流保护的评价五、对方向性电流保护的评价优点：优点：方向保护能保证单电源环形网和多电源网各段电流保护之间动作的选择性。缺点：缺点：接线复杂，投资增加，且保护出口处三相短路时有死区。 第三节第三节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护 一、概述一、概述 二、接地故障时零序电流，

53、零序电压及零序功率的特点二、接地故障时零序电流，零序电压及零序功率的特点 （1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。（2）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置，而与电源的数量和位置无关。 （3）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。 （4）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。（5）在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引起 Ud1、Ud2 、Ud0之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。三、零序电流滤过器三、零序电流滤过器 采用三个电流互感器按下

54、图的方式连接，三相电流互感器二次侧此时流入继电器中的电流为 实际使用中，零序电流过滤器只要接入相间短路保护用电流互感器的中线上 。接地故障时流入继电器的电流为零序电流，即 在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器存在一个不平衡电流，即 对于采用电缆引出的送电线路，还广泛采用零序电流互感器接线以获得 3I0 ，如下图所示。它和零序电流过滤器相比，主要是没有不平衡电流，同时接线也更简单。 四、零序电压互感器四、零序电压互感器 零序电压的取得，通常采用如下图所示的三个单相电压互感器和三相五柱式电压互感器。 发生接地故障时，从 mn 端子上得到的输出电压为零序电压。即 .cbaJIIII.0.3IIII

55、IcbaJbpJII 03.UUUUUCBAmn正常运行和电网相间短路时，理想输出 Umn=0。实际上由于电压互感器的误差及三相系统对地不完全平衡，在开口三角形侧也有电压输出，此电压称为不平衡电压，以 Ubp表示。即Ubp=Umn 五、零序电流速断保护（零序五、零序电流速断保护（零序 I 段）段） 零序电流速断保护起动值的整定原则如下。 1、躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流 3I0max ,即max. 0. 03 . IKIKdz max. 0I 单相接地短路时的零序电流)1(0I和两相接地短路时的零序电流)1 , 1(0I最大值。 如果网络总的正序阻抗和负序

56、阻抗分别为01ZZ 和，当01ZZ 时，)1 , 1(0)1(0II，取)1(0max. 0II为；当01ZZ 时，)1 , 1(0)1(0II，取)1 , 1(0max. 0II为。 2、躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流btI. 03，即 btKdzIKI. 0. 03 . 先和一相，相当断开两相，最严重情况下（系统两侧电源电势相差 1800）流过断路器的零序电流 01. 02233ZZEIbt 先和两相，相当于断开一相 ，最严重情况下流过断路器的零序电流 01. 02233ZZEIbt 六、限时零序电流速断保护（零序六、限时零序电流速断保护（零序段）段）1、起动电流零序段的起动

57、电流应与下一段线路的零序段保护相配合。（1）当该保护与下一段线路保护之间无中性点接地变压器时 ，该保护的起动电流 . 0 dzI为. 0 . 0下一线dzKdzIKI （2）当该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器时，该保护的起动电流 . 0 dzI为2、 2、 动作时限零序段的动作时限与相邻线路零序段相配合，动作时限一般取 0.5 秒。3、灵敏度校验零序段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足 Klm1.5 的要求。即 式中 I0。min本线路末端接地短路时的最小零序电流。 七、定时限零序过电流保护（零序七、定时限零序过电流保护（零序段）段）零序三段的作用相

58、当于相间短路的过电流保护，一般作为后备保护，在中性点直接接地电网中的终端线路上也可作为主保护。1、起动电流(1) 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流 Ibp.max,即 max. . 0bpKdzIKI 式中 max.bpI下一条线路出口处相间短路时的最大不平衡电流。（2）与下一线路零序段相配合就是本保护零序段的保护范围，不能超出相邻线路上零序段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时(有中性点接地变压器时)，起动电流整定为 jsdKdzIKI. 0 0 2、灵敏度校验作为本条线路近后备保护时，按本线路末端发生接地故障时的最小零序电流 3I0。min来校验，要求2lmK，即

59、 23 0min. 0dzlmIIK 作为相邻线路的远后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时，流过本保护的最小零序电流 3I0min来校验，要求 K1.5 即5 . 13 0min. 0dzlmIIK 3、动作时限为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。如图下图所示。只有在两个变压器间发生接地故障时，才能引起零序电流，所以只有保护 4、5、6 才能采用零序保护，要求： 654ttt 八、方向性零序电流保护八、方向性零序电流保护1、工作原理在 D1点接地短路时，为保证动作的选择性，需满足 t02t03 ，必须加装功率方向元件。 假设母线零序电压为正，零序电流由母线流向线路方向为

60、正。故障线路两侧零序电流的实际方向为负，零序功率为负，非故障线路远离短路点侧的零序电流也为负，近短路点侧零序电流的方向为正。这时须加装反应零序功率而动作的继电器以保证选择性。在 D2点接地，只需满足 t02t03 在 D1点接地，只需满足 t02.B 3、方向性零序电流三段保护的原理接线图九、对零序电流保护和方向性零序保护的评价九、对零序电流保护和方向性零序保护的评价03UKDu.零序电流保护主要如下优点：（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。（2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。（3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。（4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，