继电保护PPT课件

1、第一章 继电保护的一般概念第二章 电流、电压及方向保护第一节 电磁式继电器第二节 电流保护第四节 方向电流保护第三节 电压保护第三章 自动装置第一节 自动重合闸(ZCH)的作用及要求第二节 单侧电源线路的ZCH第三节 双侧电源线路的ZCH第四节备用电源自动投入装置（BZT）第1页/共159页第三节 ZKJ接线方式第四节 影响距离保护正确工作的因素第五节 距离保护的整定计算 第五章 交流牵引网的保护 第一节 交流牵引负荷的特点 第二节 交流牵引网的距离保护第三节 一般牵引网保护方式选择及整定原则 第六章 变压器的保护 第一节 变压器的故障类型和不正常运行状态第二节 变压器的差动保护 第四章 距离

2、保护及阻抗继电器第一节 距离保护的作用原理第二节 阻抗继电器(ZKJ)第2页/共159页第一章第一章 继电保护的一般概念继电保护的一般概念第3页/共159页一、继电保护的作用一、继电保护的作用 1、断路器的作用：带电情况下，切断或接通电路。 2、对断路器的要求： 正常运行时，处于合闸状态； 正常停电时，人工操作完成远端控制（在调度中心)距离控制（在主控室）就地控制（在设备上） 发生短路故障时，使故障部分退出运行相关DL自动跳闸。110kV27.5kV问题：DL如何知道发生了故障？ DL如何自动分闸？继电保护完成第4页/共159页二、继电保护的原二、继电保护的原理理TQ跳闸线圈LH电流互感器LJ

3、电流继电器 辅助常闭（与主接点状态相反） 辅助常开（与主接点状态相同）辅助接点主接点：串在一次回路中DL的接点 正常运行时，I 很小，LJ不动作; 发生短路故障时，Id 很大，LJ动作，其接点闭合，回路接通，TQ受电，将DL分闸。 3、继电保护的作用 正确识别出短路故障状态，并给DL发出跳闸命令，有选择的仅使离 故障点最近的DL跳闸，从而切除故障，保证其余部分仍能正常运行； 出现不正常运行状态时，发出预告信号； 与自动重合闸配合使用，使瞬时自消性故障跳闸后重新 自动合闸，不至于造成停电时间过长。DL主接点DL辅助接点第5页/共159页原理：反映系统发生故障时，所出现的一些不同于正常运 行的参数

4、变化而动作。 对电流变化进行检测，构成电流保护，若对其他参数进 行检测，也可构成其他保护 。例如： Id电流保护 Ud低电压保护 Zd=Ud/Id阻抗保护（距离保护） 出现负序或零序分量负序或零序保护 方向发生变化方向性保护 谐波含量发生变化谐波电流保护第6页/共159页变换电路测量比较部分逻辑电路整定值跳闸信号共同特点（构成）LH或YH第7页/共159页IIII对装置本身而言，要求装置元件及其接线随时处于良好状态，不误动，不拒动。三、对继电保护的要求指系统发生故障后，保护装置仅将距离故障点最近的DL跳闸，保证停电范围最小；母线电压降低母线电压降低线路电流增大线路上的DL起动离故障点最近的DL

5、动作1、选择性2、速动性故障发生后，保护装置尽可能快的动作，避免发展成更大的故障；3、灵敏性在保护范围内发生故障时，能灵敏地反应。通常用灵敏系数Klm来衡量；4、可靠性第8页/共159页四、继电保护的分类及发四、继电保护的分类及发展展（一）分类 1、根据原理分： 2、根据构成保护的元件分： 3、根据被保护对象分：电流保护电压保护阻抗保护电磁型感应型晶体管型集成电路型数字型线路保护变压器保护母线保护发电机保护 第9页/共159页（二）发展电磁型感应型第10页/共159页感应型电磁型数字型（微机型）晶体管、集成电路型有接点的机电型软接点静止型晶体管、集成电路型数字型（微机型）第11页/共159页第

6、二章第二章 电流、电压及方向保护电流、电压及方向保护第12页/共159页第一节第一节 电磁式继电器电磁式继电器 1、原理分析：当线圈中通入电流Ij时， 产生磁通j （Fdc） Mdz使衔铁有转 动的趋势。一、动作原理Mdz = kWjIj 2吸引衔铁式制动力矩：Mz MthMWjMdzIjIj第13页/共159页 （2）Ij继续增大衔铁开始顺时针转动，则MMdz-Mz,使得衔铁的转动迅速完成，接点闭合； （继电器的动作） （3）IjjMdz=Mz=Mth-M逆时针旋转的临界件； （4）Ij继续减小Mdz1电流继电器：KfhV第17页/共159页3、时间继电器SJt延时闭合的常开接点延时打开的常

7、开接点延时闭合的常闭接点延时打开的常闭接点第18页/共159页4、中间继电器ZJ 5、信号件电器XJ:给信号扩大接点的数量增大接点的容量第19页/共159页第二节第二节 电流保护电流保护 当线路中发生短路故障时，特征之一是电流急剧增大构成电流保护电流保护过电流保护电流速断保护限时电流速断保护组成三段电流保护一、过电流保护1、原理接线图分析 第20页/共159页TQLHILJtSJXJ 电力系统正常运行时, Ij为正常时的值IdzLJ动作，其接点闭合 回路+LJ接点SJ的线圈-通SJ线圈受电其常开接点 经过规定的延时闭合回路+SJ接点XJ线圈(给信号) DL辅助常开接点TQ（DL跳闸）-通 第2

8、1页/共159页遵循原则: 系统正常运行时,保护不应该动作，IdzIfmax； 外部故障切除后，应该保证保护可靠返回；2、过电流保护的整定计算 IZQ=KZQIfmax (KZQ=1.53) 为保证2DL处的保护可靠返回，要求IhIZQ Kfh =IhIdz=KkIZQIdz=KkKZQIf.maxIdz= Idz=KkKZQKfhIf.max根据：其中Kk=1.2-1.3,KZQ=1.5-3,Kfh=0.85-0.9III母线电压降低母线电压降低线路电流增大线路上的DL起动DL被保护动作切除M电动机被制动M母线电压正常电动机起动(IZQ很大)M第22页/共159页3、时限特性 III1DL2

9、DL3DLd1d2d3按照选择性的要求：即： t1=t2+t 其中t=t3DL+tf2+tz2+t t2=t3+t 一般取t=0.30.5sd1点短路，保护1动作将1DL跳闸；d2点短路，保护1、2均起动，仅保护2动作将2DL跳闸；d3点短路，保护1、2、3均起动，仅保护3动作将3DL跳闸；第23页/共159页123tt1t2t3tt阶梯时限特性图l12345例题：已知t1、t2、t4，求t3、t5 ?解：若 t1t2 t3=t1+t ；t3t4 t5=t3+t第24页/共159页4、灵敏系数的校验 Klm=Id.minIdz1其中Id.min为保护范围内出现的最小短路电流 规程规定：主保护K

10、lm=1.31.5 后备保护Klm=1.2二、电流速断保护定义：是一种反映电流增大而瞬时动作的电流保护123最大运行方式最小运行方式Idzl1l2第25页/共159页为了保证选择性 在过电流保护中：t1t2t3 在电流速断保护中：Idz1Idz2Idz3 1、整定计算Idz=KkId.max (Kk1)其中：Idmax最大运行方式下，保护末端的三相保护电流 Kk=1.21.3 Idz1= KkI Idz1=KkI Idz1=KkI整定结果：电流速断不能保护到线路全长Kk取大于1的原因：在实际中，上一段线路末端（d1点）发生短路时的电流数值与下一段线路首端（d2点）短路时的电流数值相差很小d2点

11、短路时被保护1误判为d1点短路而引起误动作。第26页/共159页结论：电流速断不能保护到线路全长，不适宜单独作为线路的 主保护，主要是和其他保护配合使用。2、电流速断保护的灵敏系数校验 旧规程：最小保护范围不得小于线路全长的15%新规程：Klm=Id/Idz1 其中：Id正常运行方式下，线路首端的最小短路电流3、电流速断保护的动作时限123tt1lt2t3其中：t1、t2、t3为保护装置本身固有动作时间第27页/共159页4、原理接线图TQLHILJZJ(快速ZJ)XJ采用ZJ的原因：当线路上装有避雷装置时，利用ZJ来增大保护 装置本身的固有动作时间，以防止避雷器放电 时引起电流速断保护误动作

12、。 DL第28页/共159页三、三段电流保护（一）、限时电流速断保护 123tt1t2t3ld1t1t2t3保护1的电流速断不动作，如果在1处设过电流保护作为电流速断的后备保护（1）切除d1点短路的时限太长； （2）在过电流保护拒动时，d1点短路故障将无法 切除设置限时电流速断保护II图中d1点短路时，超出了保护1的电流速断保护范围第29页/共159页1、对限时电流速断保护的要求 （1）作为电流速断保护的后备，以较短的时限来切除电流速断 保护以外的故障，保护到线路的末端；（2）限时电流速断的保护范围不能超过下一段线路电流速断的 保护范围；2、限时电流速断保护的整定计算 Idz1=KkIdz2

13、Kk=1.1 1.5Idz2=KkIdz33、校验 Klm=Id.minIdz1.54、时限特性 其中： Id.min本段线路末端的最小短路电流第30页/共159页123tt1t2ld2t1t2t3d1d3d4 注：在速断电流保护范围内就一定在限时速断保护内IIII d3点故障发生时，Id3Idz2同时，Id3Idz2, Id3Idz1所以，保护2的速断、限时速断均起动，由于t2t2,因此由保护2的速断动作将2DL跳闸，切除故障，限时速断返回。 若保护2的速断拒动，则t2延时到达后，由保护2的限时速断动作切除故障，体现了限时速断作为速断的后备作用。第31页/共159页5、原理接线图 TQLHI

14、LJSJXJDLt(二)、三段电流保护 段：电流速断段：限时电流速断线路的主保护第32页/共159页段：过电流保护作为本段线路主保护的近后备保护， 同时作为相邻线路保护的远后备保护。1、时限特性配合图123tt1t2ld2t1t2t3d1d3I I”II I”IIIt1t2t3ttttd3点发生故障：保护1的三段，保护2的一段、二段、三段均起 动，即有四种保护。第33页/共159页2、单相原理接线图TQLHI1LJZJ1XJDLI2LJ1SJ2XJI3LJ3XJt2SJt第34页/共159页四、电流保护的接线方式1、三相星形接线TQLHIA1LJZJXJDLIB2LJIC3LJABC第35页/

15、共159页特点：任何一个LJ动作，可使后面的ZJ或SJ动作去跳闸和给信 号，主要用于三相变压器保护。2、两相星形接线LHIA1LJDLIC3LJABC特点：不能反映B相中 流过的短路电 流，因此不能 完全反应单相 接地短路。应用：很广泛，主要用于反映相间短路。第36页/共159页3、三相差电流接线LHIA1LJDLIC3LJABC特点：灵敏系数较低，主 要用于10kV以下电 网中，作为馈线及 较小容量高压电动 机的保护。4、三相星形接线和两相星接的优劣比较（1）对于中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相 间短路第37页/共159页相同之处：均能正确反映这些故障；不同之处：动作的继电器数目

16、不一样两相：一个三相：两个（2）对中性点非直接接地电网和非直接接地系统中的两点接地 短路（前提：希望只切除一个故障点，因为允许单相接地 时继续短时运行）、两条线路串接21A B CA B C线路1线路2 发生两点接地短路，也希望切除距离电源较远的线路2，保证对线路1的供电。A、若采用三相星接 由于保护与保护整定值时限都是按照选择性要求配合整定的，故能保证100%切除线路2，使线路1继续短时运行。B、若采用两相星接 由于线路2上是B相接地，保护2不动作而只能由保护1动作将线路1停电，扩大了停电范围。结论：三相星接优于两相星接第38页/共159页21A B C线路1线路2、两条线路并接 希望任意切

17、除一个故障点，假设t1=t2，B相上设有保护，因此保护1不动作，仅保护2动作将2DL跳闸。结论：两相星接优于三相星接第39页/共159页第四节 方向电流保护一、基本原理135624ttt1t3t5t2t4t6ll d1点短路时，根据选择性要求保护3、4动作跳闸但是t2t3，t5MZ（阻力矩）时，GJ动作。把刚好使GJ动作的UjIj称为起动功率，用Sdz表示。KUjIjcos(j+)=MzSdz=MzKcos(j+)当j=-时，起动功率最小，即GJ的动作最灵敏。对 应于此时j的称为GJ的最灵敏角，用lm表示。第44页/共159页三、方向性过电流保护的接线方式TQLHIaSJXJDLtYHIbIc

18、A BCabc第45页/共159页要求：正方向短路时，至少有一个GJ动作，反方向短路时， 任何一个GJ均不动作。正方向短路时，尽量使输入GJ的Uj和Ij大一些，并尽 量使j等于或接近lm采用90接线方式。UaUcUbUja- UbcIja- Iaja第46页/共159页1、正方向发生三相短路UaUcUbUbc= UjbIja=IajdIcIb对于A相GJ：j=-(90- d)= d-90 j+a=d+a-90A相GJ可以动作，同理可分析知B、C相GJ均会动作，但存在动 作死区，需加电流速断保护作为辅助保护。假设：d=65a=30、45 第47页/共159页EAECEBEBCjBIBUA=ICU

19、B= UCUCA=UjBaM=KUjBIjBcos(jB+)jB=-(90- d)0母线附近发生B、C两相间 短路时，不存在动作死区。2、母线附近发生B、C两相间短路UA= EAUB= UC=UA-12IA=0IB=IC=EA-2-Zz第48页/共159页第三节 电压保护当系统发生短路故障时，母线电压降低电压保护V母线Udz=Udz.minKk其中： Kk=1.11.2 Udz.min在保护范围末端短路时， 保护所在处母线最小残余 电压。第49页/共159页12TQLHIDLYHV1 不能满足要求 为保证KlmIdz=KkKZQIe/Kfh当出现If.max有可能使保护误动作增加一个电压元件因

20、为If.max很大Idz很大第51页/共159页YMaYMbYJLJLJYJSJSJXJDLXJ交流电压回路交流电流回路起动回路跳闸回路信号回路 系统正常运行 出现If.max Idz LJ动作，但YJ 不动作电压 元件起到了闭 锁作用。TQ 发生短路时， LJ动作，YJ动作 保护动作跳闸第52页/共159页第三章 自动装置第53页/共159页第一节 自动重合闸(ZCH)的作用及要求一、ZCH的作用1、故障分类永久性故障瞬时自消性故障跳闸故障原因依然存在故障原因已消失满足恢复供电的条件ZCH2、ZCH的作用：自动将跳闸后的断路器合闸，恢复由于瞬时自 消性故障引起的停电。第54页/共159页二、

21、对ZCH的要求 1、正常分闸时，ZCH不应动作；2、手动合闸到故障线路上时，ZCH不应动作；3、DL处于不正常运行状态时，不应进行重合；4、ZCH动作的次数应符合规定；5、ZCH动作后应能自动复归；6、ZCH动作后应能给出信号；7、在双侧电源线路上进行重合时，应考虑合闸时的同步问题；8、考虑与继电保护的配合； 前加速：ZCH动作前加速继电保护动作无选择性 后加速：ZCH动作后加速继电保护动作可保证选择性 第55页/共159页第二节 单侧电源线路的ZCH三、ZCH的起动方法 1、“不对应”原理： 利用DL的状态与控制开关的位置不对应来起动。 2、利用保护装置起动应该加记忆电路来实现自保持。正常运

22、行时： DL合闸状态 WK“合后”位 分闸状态 “分后”位短路故障时：保护动作，DL分闸状态，WK“合后”位第56页/共159页其中：TWJ跳闸位置 继电器SJ加速继电器 TBJ跳跃闭锁 继电器BH闭合表示线 路上所设的 任一种保护 动作WKWK2SJ21 23-+2 4220VV2SJ1TWJ 起动回路闭锁重合闸出口回路加速继电器灯光监视手动合闸回路防跳闸线圈手动分闸回路跳闸位置继电器保护跳闸回路继电保护回路加速跳闸回路3R1SJ2CZJ2R重合闸继电器内部接线1SJ1SJ11RBD4RZJ4VIWK25 28WK5 8WKI2SJ2JSJZJ3ZJ2ZJ1ZJXJJSJTBJ1TBJHCD

23、L1TBJ2TWJ5RTBJDL2TQBH1、正常运行时 DL处于合闸状态DL辅助常开接点闭合，辅助常闭接点断开。电容C充电（1520S）BD亮2、发生故障时，保护动作 BH闭合2SJ1 、2SJ2闭合ITQ受电DL跳闸DL1闭合TWJ受电其接点闭合TWJ闭合1SJ受电其接点闭合1SJ1闭合电容C放电ZJ(V)受电VZJ13闭合IZJ(I)受电实现自保持DL2断开XJ受电动作给出信号HC受电动作将DL重合闸 DL2闭合若故障是瞬时自消性的 DL1断开ZJ4断开WK在“合后”位 6 7第57页/共159页WK在“合后”位其中：TWJ跳闸位置 继电器SJ加速继电器 TBJ跳跃闭锁 继电器BH闭合表

24、示线 路上所设的 任一种保护 动作WKWK2SJ21 23-+2 4220VV2SJ1TWJ 起动回路闭锁重合闸出口回路加速继电器灯光监视手动合闸回路防跳闸线圈手动分闸回路跳闸位置继电器保护跳闸回路继电保护回路加速跳闸回路3R1SJ2CZJ2R重合闸继电器内部接线1SJ1SJ11RBD4RZJ4VIWK25 28WK5 8WKI2SJ2JSJZJ1ZJ2ZJ3ZJXJJSJTBJ1TBJHCDL1TBJ2TWJ5RTBJDL2TQBH2、发生故障时，保护动作 若故障是瞬时自消性的 TWJ失电其接点断开TWJ断开SJ失电SJ1断开C重新充电1520s后充满 表明ZCH复归若故障是永久性的，DL重

25、新合闸后，故障依然存在，保护再次动作。 JSJ受电其接点闭合JSJ接点闭合ITQ受电DL第二次跳闸C再次放电，但由于充电时间短，C上电压低，不足以起动ZJ(V)重合不成功 6 7第58页/共159页其中：TWJ跳闸位置 继电器SJ加速继电器 TBJ跳跃闭锁 继电器BH闭合表示线 路上所设的 任一种保护 动作WKWK2SJ21 23-+2 4220VV2SJ1TWJ 起动回路闭锁重合闸出口回路加速继电器灯光监视手动合闸回路防跳闸线圈手动分闸回路跳闸位置继电器保护跳闸回路继电保护回路加速跳闸回路3R1SJ2CZJ2R重合闸继电器内部接线1SJ1SJ11RBD4RZJ4VIWK25 28WK5 8W

26、KI2SJ2JSJZJ1ZJ2ZJ3ZJXJJSJTBJ1TBJHCDL1TBJ2TWJ5RTBJDL2TQBHIWK在“合后”位6 7、手动操作分闸时（要求ZCH不动作）WK在“分”位TQ受电DL被手动分闸电容C迅速放电保证不重合、手动合闸到故障线路上时（要求ZCH不动作）WK在“合”位HC受电DL合闸JSJ受电其接点闭合JSJ闭合C开始充电由于线路上有故障，故BH闭合2SJ受电其接点闭合2SJ2闭合TQ受电DL跳闸启动ZCHC开始放电由于充电时间短C上充电电压低放电电流不足以起动ZJ重合不成功第59页/共159页WKWK2SJ21 23-+2 4220VV2SJ1TWJ 3R1SJ2CZJ

27、2R1SJ1SJ11RBD4RZJ4VIWK25 28WK5 8WKI2SJ2JSJZJ1ZJ2ZJ3ZJXJJSJTBJ1TBJHCDL1TBJ2TWJ5RTBJDL2TQBHI6 75、TBJ的作用目的：防止断路器发生跳跃现象。跳跃现象：由于ZJ常开接点粘连， 使得当发生永久性故障时，DL 被保护动作跳闸后，经粘连的 ZJ接点使断路器重复发生“分 合分合”现象。措施：加入TBJ 假设ZJ13接点粘连，线路上发生永久性故障时： TQ受电DL分闸TBJ(I)受电动作TBJ1闭合 因为ZJ13粘连，故TBJ(V)实现自保持，保证TBJ2断开，从而使得ZCH的重新合闸回路始终保持断开，避免跳跃现象

28、的发生。 、1SJ的时限整定 DL跳闸后，短路点绝缘介质的恢复需要一定的时间 DL动作后，DL操作机构的复位需要一定时间取0.33S 第60页/共159页第三节 双侧电源线路的ZCH一、双侧电源线路ZCH的特点及要求 1、当线路发生故障时，两侧保护可能以不同的时限将两侧的 DL跳闸两侧的ZCH必须保证在两侧的DL都跳闸以后，再 进行重合。2、在某些情况下，DL跳闸后，线路两侧的电源之间失去同步 进行重合时，必须考虑电源是否同步或是否允许非同步 合闸。二、双侧电源线路ZCH工作方式1、非同步重合闸：同单侧电源线路的ZCH2、检查无电压和检查同步的ZCH第61页/共159页V V-VZCH+ V+

29、 V-V ZCHA BTJJYJ YH DL LP由图可知：线路两侧除装设ZCH外，其中一侧（例如A侧）还装 设了检查线路有无电压的低电压继电器YJ，另一侧 装设检查两侧电源是否同步的同步检定继电器TJJ。第62页/共159页同步检定继电器（TJJ）： 反应两个电压差而动作同步时：TJJ不动作，接点闭合 不同步时：TJJ动作，接点断开 V-VU母线U线路第63页/共159页V V-VZCH+ V+ V-V ZCHA BTJJYJ YH DL LP当故障发生时，保护动作将两侧DL跳闸若： 故障是瞬时自消性的 故障是永久性的U线=0YJ动作,接点闭合ZCH动作进行重合A侧重合成功U线0TJJ检查是

30、否同步同步：TJJ接点闭合ZCH动作进行重合B侧重合成功不同步：TJJ等待至同步后进行重合ZCH动作保护动作重新将DL跳闸A侧重合不成功TJJ检查到不同步B侧不进行重合A侧DL动作两次,条件艰苦LP轮换LP轮换 因某种原因使检查无电压侧（如：A侧）DL误跳闸DL误跳闸YJ不动作不进行重合措施：并联一个TJJ第64页/共159页第四节备用电源自动投入装置（BZT）一、BZT的作用 当工作电源因故障而断开以后，自动而迅速地将备用电源投入运行或将用户切换到备用电源。 二、对BZT的要求1、BZT在工作电源因任何原因失电时，必须迅速地动作； 2、BZT应保证停电时间最短；3、BZT只应动作一次；4、B

31、ZT应在工作电源确已断开后，在将备用电源投入；5、当电压二次侧的熔断器熔断时，BZT不应该动作；6、当备用电源没有电压时，BZT不应该动作；第65页/共159页合闸部分：将备用电源投入运行BZT的组成低压起动部分：判断工作电源是否失电三、BZT的原理接线图分析 第66页/共159页V-+ +-+-3HQ-4HQ- 馈线1YJ2YJ3SJ4ZJ5ZJ 6ZJ7ZJ3YJ B2（备用） 4DL13DL12DL2DL131DL1DL11号电源进线 2号电源进线110KV110KV27.5KVV 馈线 馈线、正常运行时（号系统工作，号系统备用） 2、因任何原因使27.5KV母线失电时3DL4DL1DL

32、合闸2DL合闸3DL分闸4DL分闸110kV母线有电110kV母线有电3YJ受电接点闭合7ZJ受电接点闭合27.5kV母线也有电1YJ、2YJ接点断开1YJ、2YJ接点闭合3SJ动作接点延时闭合4ZJ动作接点闭合1TQ受电2TQ受电1DL跳闸2DL1、2DL3跳闸5ZJ失电接点延时打开6ZJ受电接点闭合3HQ受电4HQ受电3DL合闸4DL合闸号系统投入运行5ZJ延时结束接点打开若自投不成功5ZJ接点已打开不再进行自投第67页/共159页、展开原理图 3SJ1YJ2YJ 3SJ 4ZJ 4ZJ11TQ1DL14ZJ2 2TQ2DL12DL25ZJ2DL36ZJ 5ZJ3YJ7ZJ 7ZJ13HC

33、 6ZJ17ZJ24HC 6ZJ23DL14DL1低压起动部分1DL跳闸回路2DL跳闸回路合闸起动部分3DL合闸回路4DL合闸回路第68页/共159页第69页/共159页一、基本概念 第一节 距离保护的作用原理 在110kV线路及27.5kV馈线中，采用电流保护，存在以下问题： 1、高电压、重负荷线路中，电流保护灵敏系数较低，电流速断保护范围不稳定，而过电流保护动作时间太长； 2、多电源环形网络中用方向性电流保护已不能满足选择性要求。高电压：Zx.1大Id小Klm低重负荷：If.maxIdz大Klm低 第70页/共159页123654d1d2 假设16处均设置了方向性电流保护为了保证动作的选择

34、性，要求： d1点短路时：t2 t4t6d2点短路时：t4 t6t2矛盾第71页/共159页3、电流速断保护范围不稳定，过电流保护动作时间长，不能 满足高电压，重负荷输电线路对保护速动性的要求基于上述三点距离保护：是反应故障点与保护安装点之间的 距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种 保护。二、距离保护的时限特性 阶梯形时限特性：具有三段保护范围段：和电流速断保护类似，为保证选择性，不让其保护到本 段线路全长，一般选为（0.80.85）l全Zdz.1=(0.80.85)ZABZdz.2=(0.80.85)ZBC时限t，取保护本身固有的动作时间 123第72页/共159页段：和限时电

35、流速断类似，要求保护到本段线路末端，不能 超过相邻线路段保护范围Zdz.1=Kk(ZAB+ Zdz.2) Kk=0.8时限t.1=t.2+t 段+段构成线路的主保护段：作为本段线路的近后备保护，相邻线路的远后备保护 时限t =tmax+t tmax本保护范围内最大动作时限 123tl第73页/共159页三、距离保护的主要组成元件1-起动元件作用：在故障发生时，起动整套保护装置采用：LJ，ZKJ2-方向元件作用：判别短路方向采用：GJ，方向元件和阻抗元件组合而成的方向ZKJIZZttLHYH1234567跳闸3、4-测量元件作用：判断故障的位置采用：ZKJ5、6-时间元件作用：建立、段的延时采用

36、：SJ7-执行元件采用：电磁式LJ第74页/共159页动作情况分析：系统正常运行时系统发生短路故障时123tla、假设故障点在段保护范围内；b、假设故障点超出段保护范围而在段保护范围内；c、假设故障点超出、段保护范围或、段保护拒动；第75页/共159页第二节 阻抗继电器(ZKJ)一、ZKJ的构成基本原则 Z若d1点短路，要求ZjZdz不动作d1d2Zdz第76页/共159页二、ZKJ的分类(1)按动作特性分 全ZKJ方向ZKJ 圆特性ZKJ(2)按比较的对象分 整流式ZKJ：比较两个电压的幅值 感应式ZKJ：比较两个电压的相位差角 (3)按实现的元件分 晶体管型ZKJ 集成电路型ZKJ 数字电

37、路型ZKJ(4)按动作特性形状分圆特性ZKJ四边形ZKJL形ZKJ组合形ZKJ偏移ZKJ第77页/共159页1、整流型ZKJ(1) 动作特性分析jxR4=Zzd0Zj落在圆周外时，不动作；根据动作特性形状可得：动作特性方程为： |Zj|Zzd| 动作Zj落在圆周上时，动作边界；Zj落在圆周内时，动作；第78页/共159页组成：1 中间变压器YB 2 电抗变换器DKB 3 极化继电器执行元件 4、5 桥式整流器 交流直流 Uj K1UjIj K2IjJ45213UjIj通过桥式整流桥K1UjK1Uj=I1K2Ij=I2K2Ij I2-I1 加到极化继电器上I2I1I2-I1第79页/共159页极

38、化继电器动作条件：I2-I1=0 动作边界I2-I10 动作I2-I1K1UjK2Ij分析：K1UjK2Ij=UjIjK1=令K2K1K2=|Zzd|Zj|=|Zzd| 动作边界同理可得：|Zj|Zzd| 不动作第80页/共159页通过分析可知：动作特性形状动作特性方程原理接线图(2) ZKJ的精确工作电流Ijq |Zj|Zzd|动作,是从理想条件出发，而实际上由于ZKJ存在阻力矩为使ZKJ动作，输入的电流Ij必须满足一定的要求。Zzd.jIj00.9ZzdIzd.xIT把Zzd.j= 0.9Zzd对应的电流称为精确工作电流IjqIjq的意义： 要求在保护范围末端短路时最小短路电流与Ijq之比

39、大于或等于1.5，以保证ZKJ的误差在10%。第81页/共159页2、整流型方向ZKJ全阻抗ZKJ的优点：简单缺点：无方向性方向ZKJ(1) 动作特性分析RZzd0jx圆外为非动作区；圆内为动作区；圆周上为动作边界；第82页/共159页根据动作特性形状可得：动作特性方程|Zj- Zzd| Zzd|动作两边同乘IjUj-12IjZzd12IjZzd根据动作特性方程可得方向ZKJ的原理接线图：UjJJ12IjZzd12IjZzdIjUj 实际中，由于JJ存在阻力矩当保护出口处发生三相或两相短路时Uj=0Uj-12IjZzd12IjZzd=ZKJ不动作 现有方向ZKJ存在动作死区1212第83页/共

40、159页措施 在现有方向ZKJ引入极化电压 偏移ZKJ(2) 具有极化电压Uj的整流型方向ZKJIjUkIjZaz=UkRmDKB1BZ2BZUyUjab= KyUjYBRJCJLJUjabR5R6abc第84页/共159页原有方向ZKJ：1BZ2BZ12IjZzd=12UkUj-12IjZzd= Uj-12Uk引入 后：UjUJ+ Uk- UjUJ+ Uj- Uk原有方向ZKJ的动作条件：12UkUj-12Uk引入 后：UjUJ+ Uk- UjUJ+ Uj- Uk 当满足 和 同相位，则引入 不改变原有方向ZKJ动作条件。UJUjUJUk2UJ UJ- Uj2UJ- Uk推导临界条件为：12

41、Uk=Uj-Uk12Uk=2UJ- UkUk+ UJ- Uj=2UJ- Uk+( UJ- Uj)Uk+ UJ- Uj2UJ- Uk+( UJ- Uj)第85页/共159页ZKJ的动作条件为： |Zj-Z0|Zzd-Z0| | - Zzd(1-)| Zzd(1+)| Uj12Ij12Ij根据动作特性方程构建原理接线图：IjIjZ0RmDKB2BZ1BZUjKyYBR3C2R5IjZ0R42BZN2R1C1R21BZN1JJU2U1Uj第86页/共159页三、圆特性ZKJ的普遍规律动作条件：全ZKJ： | | Zzd| 方向ZKJ： | - Zzd| Zzd| 偏移ZKJ： | - Zzd(1-)

42、| Zzd(1+)|U112IjUjIjUj12Ij12IjUj12Ij| | |U2制动电压 工作电压按比较绝对值原理构成的ZKJ原理框图：电压形成回路整流整流绝对值比较元件LHYHIjUjU1U2U1U2U1U2输出第87页/共159页1、电压形成回路 Zzd 由DKB完成 Ky 由YB完成IjUjIjUj2、绝对值比较元件由极化继电器完成| | |Ig=I1-I2产生g 12,接点1-3断开，接点1-2接通JJ动作ZKJ动作L1中1=01+ gL2中2=02+ g当| | |时Ig方向相反JJ不动作ZKJ不动作U1U2U1U2JJ未动作时，由于01| |时| |90当| |90U3U1U

43、2U4U1U2U1U2U1U2U1U2U3U4U3U4U3U4第89页/共159页 和比较两个电压的绝对值类似，可以通过比较两个电压 、 的相位差角来构成ZKJ U3U4电压形成回路相位比较元件LHYHIjUjU3U4输出| |90U3U4相位比较元件同极圆筒式感应元件构成晶体管构成晶体三极管相位比较回路二极管环形相位比较回路第90页/共159页第三节 ZKJ接线方式一、对接线方式的基本要求 1、ZKJ的测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离 2、ZKJ的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化采用0接线方式满足要求：继电器 A相 B相 C相IjUjIaUab-IbIbU

44、bc-IcIcUca-Ia第91页/共159页( - )IaIbZdz( - )IbIcZdz( - )IcIaZdz二、相间短路时ZKJ的测量阻抗1、三相短路lDZA相ZKJ： = = ZllD- ZllD=( - )ZllDUjUABIAIBIAIB = -IjIAIBZj=ZllDUjIj 测量阻抗等于短路点到保护安装点之间的距离，ZKJ动作。第92页/共159页2、两相短路lDZA相ZKJ： = = ZllD- ZllD=( - )ZllDUjUABIAIBIAIB = -IjIAIBZj=Z1lDUjIjB相ZKJ： 引入非故障相电压数值较 高， 只有一个故 障相电流，数值较 - 低

45、BC相的ZKJ不动作只 有A相ZKJ能够准确测量短路阻抗而动作UjUABIjIAIB3、中性点直接接地系统中的两点接地短路与两相短路差别：地中有电流 IAIBA相ZKJ： = = - =( ZDlD+ ZmlD)-( ZllD+ ZmlD)UjUABIAIBIAIBUAUB = -IjIAIBZj=(Zl-Zm)lD=Z1lDUjIjZl:自阻抗Zm:互阻抗第93页/共159页第四节 影响距离保护正确工作的因素一、过渡电阻的影响过渡电阻：在短路点处存在着过渡电阻(Rh) 原因： 物体； 电弧电阻；特点：刚短路时，Rh不大，0.10.5秒后，Rh1、影响：12AZZ由于Rh的影响： Zj1=Zj

46、1+ Rh 可能超出段保护范围 Zj2= ZAB+Zj+ Rh 仍位于段保护范围内 使保护1、2同时以第段的时限动作dR0jxZzd没有Rh的影响：Zj1=Zj 在段保护范围内Zj1RhZj1第94页/共159页RAjxRjxB 选择躲过过度电阻能力强 的ZKJ2、措施： 采用瞬时测量装置将刚短 路时的测量阻抗固定下来 作为保护动作的依据实质：使动作特性沿R方向增大一 些，在整定值相同的情况 下：椭圆形方向圆偏移圆 全ZKJ四边形第95页/共159页二、电力系统振荡的影响 1、电力系统振荡的一般概念 任何复杂的环形供电网络，均可以简化为： EAEBAB系统正常运行时， 和 完全同步； EAEB

47、系统振荡时，以为参考向量，围绕 旋转或摆动 EAEBEAEAEB01Zj.2保护范围变小第100页/共159页2、外汲电流 BCAIABIBCIBCZj.2= =ZAB+ Zd= ZAB+KfzZdZAB+ ZdIABIABIBCIBCIAB 由于 = +IBCIABIBC措施：整定保护2 的段时，考虑分支系数的影响，使整定 值减小一些。四、电压互感器二次回路断线的影响 措施： 振荡闭锁回路在YH二次回路断线时起闭锁作用； YH二次回路断线信号装置给出信号； ZZ21 Kfz1Zj.2保护范围变大第101页/共159页第五节 距离保护的整定计算 一、整定计算 BCA123、段的整定：按躲开下一

48、条线路出口处短路的原则整定 Zzd.1=KkZABZzd.2=KkZBCKk=0.80.85、段的整定： (1) 与相邻线路段配合，同时考虑分支系数的影响 Zzd.1=KkZAB+KkKfz.min Zzd.1 其中Kk=0.85 Kk=0.8第102页/共159页(2) 按躲开线路末端变压器低压侧出口处短路阻抗来整定 Zzd.2=Kk(ZAB+Kfz.min Zb) 其中Kk=0.7 Zb：变压器的等效阻抗 两者取小，作为最终整定结果 t2=t1+t校验：按保护范围末端发生金属性短路来校验 Klm= 1.3ZzdZAB、段的整定 (1) 整定：采用ZKJ作为起动元件，按躲开最小负荷阻抗 Zf

49、.min来整定 Zf.min=Uf.minIf.max第103页/共159页整定规则： 在正常情况下出现Zf.min时，ZKJ不应动作； 外部故障切除后，电动机自动起动条件下，保 护能可靠返回； = =Zf.minKkKfhKZQ0.9UeKkKfhIf.max其中:Kk=1.21.3 Kfh=1.151.25 KZQ=1.53 若起动元件采用全ZKJ : Zzd=Zzd 若起动元件采用方向ZKJ : Zzd=Zzdcos(m-f)f：负荷阻抗角(2) 校验: 远后备：Klm.2=Zzd.2ZAB+Kf.max ZBC1.2近后备：Klm.2=ZAB1.5Zzd Zzd 第104页/共159页

50、4、ZKJ的精确工作电流校验 应分别按各段保护范围末端短路时的最小短路电流对各段ZKJ的工作电流进行校验Id.minIjq1.5第105页/共159页第五章 交流牵引网的保护 第106页/共159页第一节 交流牵引负荷的特点 1、牵引负荷是移动的，负荷电流变化范围较大(0600A)； 2、牵引网供电距离长，而单位阻抗较大，故末端发生短路时， 短路电流较小； 3、电力机车变压器空载投入时将产生励磁涌流，数值较大； 4、电流的相位角是变化的， 牵引状态下：2540 ，起动状态下：5560 短路时：65左右5、电流非正弦，含有大量谐波，短路时，三次谐波23%6、牵引负荷造成的不对称，产生负序电流采用

51、四边形ZKJ构成距离保护第107页/共159页第二节 交流牵引网的距离保护一、四边形特性ZKJ (一)、四边形ZKJ的基本原理 00RRjxjx+第108页/共159页1、两条边折线的构成原理及实现方法 (1) 构成原理 0RjxZ1Z2Z3Z1、Z2两条边的方向；Z3折线顶点；(2) 特点 0RjxZ1Z2ZjZ3-Zj Z1、Z2、Z3-Zj中任意相邻两相量间夹角小于180 当Zj落在动作区内时:第109页/共159页0RjxZ1Z3ZjZ3-ZjZ2 Z1、Z2、Z3-Zj中任意相邻两相量间夹角总有一个等于180 0RjxZ1ZjZ3-ZjZ2 Z1、Z2、Z3-Zj中任意相邻两相量间夹

52、角总有一个大于180 当Zj落在动作边界上时： 当Zj落在动作区外时：第110页/共159页结论：通过判断Z1、Z2、Z3-Zj中任意相邻两相量间的夹角可决 定元件动作与否。 为了便于在电路上实现，令 = Z1， = Z2， = Z3- ，通过比较相量间的夹角来实现。U2U1IIU3IUj(3) 实现连续式多相量相位比较电路 原理接线图U1U2U3D1D3R3R2R1R4D4WYBG1BG2C+Ec0aUSC 组成D1D3 负或门BG1、BG2、C构成20ms的充电式延时电路第111页/共159页20mstUU1U2U320mstUU1U2U3 、 、 中任意两相量间的夹角小于180U1U2U

53、3 、 、 中存在两相量间的夹角大于180U1U2U3 在20ms内 、 、 中至少有一个电压波形为负,波形不间断U1U2U3 在20ms内 、 、 中至少有一个电压波形不为负,波形间断U1U2U3 波形分析第112页/共159页 工作原理U1U2U3D1D3R3R2R1R4D4WYBG1BG2C+Ec0aUSCA、无信号输入时，BG1由R1获得基流而导通，BG2截止USC= Ec 表明元件不动作；B、Zj在动作范围内时， 、 、 中任意一对相邻相量间的夹角 小于180 U1U2U3在20ms内 、 、 中至少有一个电压波形为负U1U2U3 BG1截止，电容C由+Ec经R2充电，当充至20ms

54、，UC达到WY二极管的反向击穿电压UWYa点电位一直为负BG2导通，USC=0元件动作导通截止截止充电20ms击穿导通第113页/共159页C、Zj在动作范围外时， 、 、 中任意一对相邻相量间的夹角 大于180 U1U2U3 BG1截止，C充电时间不及20ms负半波的持续时间小于20ms BG2未导通，BG1又导通，电容C经BG1放电，当负半波再次出现时，C又充电，但不足20ms，负半波又间断使得UC始终达不到UWY，BG2总不能导通元件不动作 工作原理U1U2U3D1D3R3R2R1R4D4WYBG1BG2C+Ec0aUSC导通截止充电20ms击穿尚未导通20msUC达不到UWY始终不导通

55、第114页/共159页、三条边折线的构成原理及实现方法(1) 构成原理 (2) 特点 0RjxZ4折线顶点；Z5、Z6外面两条边的方向；Z5Z4Z60RjxZ5Z6Z4-ZjZ4-Zj Z5、Z6、-Zj、Z4-Zj中任意一对相邻相量间夹角小于180 当Zj落在动作区内时:第115页/共159页0RjxZ5Z6-ZjZ4-Zj Z5、Z6、-Zj、Z4-Zj中至少有一对相邻相量间夹角等于1800RjxZ5Z6-ZjZ4-Zj Z5、Z6、-Zj、Z4-Zj中至少有一对相邻相量间夹角大于180 当Zj落在动作边界上时: 当Zj落在动作区外时:第116页/共159页结论：通过判断 = Z4- 、

56、= Z5、 = Z6、 =- 中任意相邻 两相量间的夹角可决定元件动作与否。U4IUjU5IU6IU7Uj(3) 实现连续式多相量相位比较电路 、四边形ZKJ的连续式多相量相位比较电路 原理：当Zj同时落于两组折线的动作区域之内时，ZKJ动作。 原理框图半波负或门半波负或门与门20ms延时输出U1U2U3U4U5U6U7第117页/共159页 原理接线图U1U2U3D1D7R4R9D8WYBG1BG20VaU4U5U6U7R1gR5D9D10m1m2D12R6D11D13R8BG3C3R7R11R10C4BG4R12C3R13-6V+18Va、无输入时，BG1导通，BG2截止，BG3导通，BG

57、4截止； 截止导通导通截止b、发生故障时，Zj落在四边形ZKJ动作范围内Zj落在两条边折线的动作范围内U1U3任意间夹角180Zj落在三条边折线的动作范围内U4U7任意间夹角180截止导通截止导通充电20ms被击穿充电第118页/共159页 原理接线图c、正常运行时或故障发生在保护范围外，Zj落在四边形ZKJ动作范围外Zj落在两条边折线的动作范围外或Zj落在三条边折线的动作范围外U1U2U3D1D7R4R9D8WYBG1BG20VaU4U5U6U7R1gR5D9D10m1m2D12R6D11D13R8BG3C3R7R11R10C4BG4R12C3R13-6V+18V截止导通导通截止截止导通截止

58、充电20ms负半波持续时间方向ZKJ全ZKJ第125页/共159页3、躲过渡电阻的能力较低R0jxZdRhZj考虑Rh的影响时，只有四边形ZKJ能动作；不考虑Rh的影响时，都要动作；、可省去断线闭锁装置 当 =0，与 相邻的两个相量之间的夹角必大于180UjUj保护不动作0RjxZjZ1-ZjZ1-ZjZj第126页/共159页(二) 缺点： 结构复杂，调试困难。 第三节一般牵引网保护方式选择 及整定原则 牵引网的供电方式： 单线单边供电 单线双边供电 复线单边供电 复线双边供电 一、单线单边供电方式27.5kV27.5kV第127页/共159页1、不考虑越区供电(1) 主保护：方案：电流保护 Id.min1.8If.min 方案：距离保护