第6章 继电保护与安全自动装置

1、第第6章章 继电保护与安全自动装置继电保护与安全自动装置6.1 概述概述什么是继电保护装置什么是继电保护装置?当电力系统中的电力元件当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等如发电机、线路等)或电力或电力系统本身发生了故障（如短路）或者不正常运行状态系统本身发生了故障（如短路）或者不正常运行状态（如过负荷）危及电力系统安全运行时，能够向运行（如过负荷）危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时值班人员及时发出警告信号发出警告信号，或者直接向所控制的断，或者直接向所控制的断路器路器发出跳闸命令发出跳闸命令以终止这些事件进一步发展的一种以终止这些事件进一步发展的一种自动化装置和设备，一般通称为继

2、电保护装置。自动化装置和设备，一般通称为继电保护装置。电力系统安全自动装置电力系统安全自动装置则用以快速恢复电力系统则用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生长期大面积停电的重大系统的完整性，防止发生长期大面积停电的重大系统事故，如系统失去稳定、电压崩溃和频率崩溃等事故，如系统失去稳定、电压崩溃和频率崩溃等1. 自动重合闸装置自动重合闸装置:是指断路器跳闸之后，经过整定的是指断路器跳闸之后，经过整定的动作时限，能够使断路器重新合闸的自动装置。自动动作时限，能够使断路器重新合闸的自动装置。自动重合闸装置的英文名称为重合闸装置的英文名称为Automatic Recloser，缩，缩写为写为AR。2.

3、 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置:将两路电源线路分为工作电将两路电源线路分为工作电源线路和备用电源线路。仅当工作电源线路发生故障源线路和备用电源线路。仅当工作电源线路发生故障退出运行时，备用电源线路才自动投入运行。退出运行时，备用电源线路才自动投入运行。6.1.1 继电保护的作用继电保护的作用继电保护在电力系统中的任务是什么继电保护在电力系统中的任务是什么?1. 当被保护的电力系统元件当被保护的电力系统元件发生故障时发生故障时，应该由该元件，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令（路器发出跳闸命令（自动

4、、迅速、有选择性自动、迅速、有选择性），使故），使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电如保持电力系统的暂态稳定性等力系统的暂态稳定性等)。2. 反映电气设备的反映电气设备的不正常工作情况不正常工作情况，并根据不正常工作，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班例如有无经常值班人员人员)发出信号发出信号，以便值班人员进

5、行处理，或由装置，以便值班人员进行处理，或由装置自动地自动地进行调整（减负荷）进行调整（减负荷），或将那些继续运行会引，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除起事故的电气设备予以切除（调闸）。（调闸）。反映不正常工反映不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。6.1.2 继电保护的基本原理继电保护的基本原理继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量常情况时的电气量(电流增大、电压降低、电流电电流增大、电压降低、电流电压间相位角、功率、频率等压间相位角、功率、频率等)的变化，构成继电

6、保的变化，构成继电保护动作的原理护动作的原理（过电流保护、低电压保护、方向（过电流保护、低电压保护、方向保护等），保护等），也有其他的物理量，如变压器油箱内也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯故障时伴随产生的大量瓦斯（瓦斯保护）（瓦斯保护）和油流和油流速度的增大或油压强度的增高、电机绕组温度升速度的增大或油压强度的增高、电机绕组温度升高高（过负荷保护）。（过负荷保护）。大多数情况下，不管反映哪大多数情况下，不管反映哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值和定值调整部分调整部分)、逻辑部分、执行部分。、逻辑部分、执行部分。测量部分测量

7、部分:测量保护对象输入信号，并与整定值进测量保护对象输入信号，并与整定值进行比较行比较(如如流入继电保护装置中的电流是通过电流流入继电保护装置中的电流是通过电流互感器与电流继电器的连接来实现。互感器与电流继电器的连接来实现。)逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分的输出量进行逻辑运算根据测量部分的输出量进行逻辑运算产生控制指令产生控制指令执行部分：执行部分：根据逻辑部分输出的控制指令执行相根据逻辑部分输出的控制指令执行相关保护动作（跳闸、发出信号等）关保护动作（跳闸、发出信号等）6.1.3 继电保护的分类继电保护的分类1. 按构成原理分类按构成原理分类电流保护；电压保护；阻抗保护（距离保护）；电流保

8、护；电压保护；阻抗保护（距离保护）；方向保护；纵联保护；序分量保护；其他保护，方向保护；纵联保护；序分量保护；其他保护，如瓦斯保护、行波保护。如瓦斯保护、行波保护。2. 按构成元件分类按构成元件分类电磁型保护、感应型保护、整流型保护、晶体管型保护、电磁型保护、感应型保护、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护和微机保护。集成电路型保护和微机保护。3. 按被保护设备分类按被保护设备分类线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护和电容线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护和电容补偿装置保护。补偿装置保护。4. 按职责分类按职责分类(1)主保护；主保护；(2)后备保护（近后备和远后备保护）；后

9、备保护（近后备和远后备保护）；(3)辅辅助保护助保护6.1.4 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求继电保护装置应满足继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵可靠性、选择性、灵敏性敏性和和速动性速动性的要求：这四的要求：这四“性性”之间紧之间紧密联系，既矛盾又统一。密联系，既矛盾又统一。1. 可靠性可靠性是指在保护该动作时（在保护范围是指在保护该动作时（在保护范围内发生故障或异常）应可靠地动作而不拒内发生故障或异常）应可靠地动作而不拒绝动作。不该动作时（在正常时或保护范绝动作。不该动作时（在正常时或保护范围外发生故障）应可靠不动作而不误动作。围外发生故障）应可靠不动作而不误动作。可靠性是对继电

10、保护装置性能的最根本的可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。要求。如何保证继电保护的可靠性如何保证继电保护的可靠性?继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备证。任何电力设备(线路、母线、变压器等线路、母线、变压器等)都不允许在都不允许在无继电保护的状态下运行。无继电保护的状态下运行。220kV及以上电网的所有及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立，并分别控制不

11、同断路器的继电保护装置进行保独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时，能由另一套继电保护装置操作另一组断路器切除时，能由另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要求这套继电保护装置和断路故障。在所有情况下，要求这套继电保护装置和断路器所取的直流电源都经由不同的熔断器供电。器所取的直流电源都经由不同的熔断器供电。2.选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，以尽量减少停电范围；当故障设备或线路本身的保护或以尽量减少停电范围

12、；当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障（后备保护）。路器失灵保护切除故障（后备保护）。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间在一与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间在一般情况下应相互配合。般情况下应相互配合。3.灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障或者是指在设备或线路的被保护范围内发

13、生故障或者异常时，保护装置应具有必要的灵敏系数，不论短路点异常时，保护装置应具有必要的灵敏系数，不论短路点位置、类型、最大运行方式或最小运行方式都可正确灵位置、类型、最大运行方式或最小运行方式都可正确灵敏反映。敏反映。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks）来衡量。灵敏系数标志着在故障发生初期，继电来衡量。灵敏系数标志着在故障发生初期，继电器保护反应故障的能

14、力。高灵敏度的保护装置使故障易器保护反应故障的能力。高灵敏度的保护装置使故障易于反应，从而减少了故障对系统的影响和波及范围。于反应，从而减少了故障对系统的影响和波及范围。各各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。保护装置的动作参数时参数的最小计算值保护范围末端发生故障灵敏系数对于对于过电流保护过电流保护装置，灵敏度系数装置，灵敏度系数ks为：为： 被保护区末端发生金属短路时的最小短路电流被保护区末端发生金属短路时的最小短路电流 保护装置的一次侧动作电流保护装置的

15、一次侧动作电流opnksIIk)()(nkIopI对于对于低电压保护低电压保护装置，灵敏度系数装置，灵敏度系数ks 被保护区末端发生金属短路时的最高短路电压被保护区末端发生金属短路时的最高短路电压 保护装置的一次侧动作电压保护装置的一次侧动作电压)(nkopsUUk )(nkUopU被保护的电气设备被保护的电气设备 继电保护装置类型继电保护装置类型 最低灵敏度最低灵敏度ks 变压器、线路等变压器、线路等所有电气设备所有电气设备 过电流保护过电流保护 5（如满足此要求将使保护复杂时，灵（如满足此要求将使保护复杂时，灵敏度可降为敏度可降为1.25）电流速断保护电流速断保护 2.0 后备保护后备保护

16、 1.2（如满足此要求将使保护过分复杂（如满足此要求将使保护过分复杂或在技术上难以实现时，可仅按常见的或在技术上难以实现时，可仅按常见的运行方式和故障类型校验灵敏度）运行方式和故障类型校验灵敏度） 变压器变压器 纵联差动保护纵联差动保护 2.0 310kV电缆线路电缆线路 中性点不直接接地电力网中中性点不直接接地电力网中的零序电流保护的零序电流保护 1.25310kV架空线路架空线路 1.50我国电力设计技术规范规定的各类保护装置的灵敏度系数我国电力设计技术规范规定的各类保护装置的灵敏度系数有一个要求见表所示：有一个要求见表所示：4. 速动性速动性是指保护装置应尽快地切除短路故是指保护装置应尽

17、快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。备自动投入的效果等。切除故障时间保护装置动作时间切除故障时间保护装置动作时间(目前最快目前最快可达可达0.02s)断路器跳闸时间断路器跳闸时间(目前最快可达目前最快可达0.04s)6.2 电力线路的继电保护电力线路的继电保护继电器继电器是组成继电保护装置的基本元件。是组成继电保护装置的基本元件。根据继电器反应的物理量分，有电流继电器、根据继电器反应

18、的物理量分，有电流继电器、电压继电器、气体继电器等。电压继电器、气体继电器等。根据继电器的工作原理分，有电磁式、感应式根据继电器的工作原理分，有电磁式、感应式等。等。按其反应参量变化情况分，有过电流继电器、按其反应参量变化情况分，有过电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器等。过电压继电器、欠电压继电器等。按其与一次电路的联系分，有一次式和二次式：按其与一次电路的联系分，有一次式和二次式：一次式继电器的线圈与一次电路直接相连，二一次式继电器的线圈与一次电路直接相连，二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧感器的二次侧 。各种继电器的表示符号和

19、图形符号各种继电器的表示符号和图形符号电流继电器是保护装置主要起动元件。电流继电电流继电器是保护装置主要起动元件。电流继电器分为电磁式和感应式的。器分为电磁式和感应式的。电磁式继电器的电流时间特性是电磁式继电器的电流时间特性是定时限特性定时限特性，电流超，电流超过设定电流值就动作，动作时限是固定的，与外加电过设定电流值就动作，动作时限是固定的，与外加电流无关。流无关。感应式继电器是感应式继电器是反时限特性反时限特性，动作时限与通入电流大，动作时限与通入电流大小平方成反比。小平方成反比。6.2.1 三段式电流保护三段式电流保护定时限和反时限过电流保护的比较定时限和反时限过电流保护的比较 定时限过

20、电流保护的定时限过电流保护的优点优点是：动作时间准确，容易整定。是：动作时间准确，容易整定。而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不会因短而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不会因短路电流小而动作时间长。路电流小而动作时间长。定时限过电流保护的定时限过电流保护的缺点缺点是：继电器数目较多，接线比是：继电器数目较多，接线比较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太长。长。 反时限过电流保护的反时限过电流保护的优点优点是：可采用交流操作，接线简是：可采用交流操作，接线简单，所用保护设备数量少，因此这种方式简单经济，在单，所用保护设备数量少

21、，因此这种方式简单经济，在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。 反时限过电流保护的反时限过电流保护的缺点缺点是：整定、配合较麻烦，继电是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。一一.电流继电器电流继电器电流继电器是反映故障电流增大电流继电器是反映故障电流增大而自动动作的电器，在此作为代而自动动作的电器，在此作为代表来分析继电器原理和特性表来分析继电器原理和特

22、性1.电磁型电流继电器电磁型电流继电器线圈通电流在铁芯中产生磁线圈通电流在铁芯中产生磁通，通过铁芯、空气隙和转通，通过铁芯、空气隙和转动舌片组成磁路，舌片磁化动舌片组成磁路，舌片磁化产生电磁力偶产生电磁力偶Fdc所经过的磁路的磁阻磁通继电器线圈匝数比例常数；ck12121RW)(KRWIKKFckkdc若舌片力臂为若舌片力臂为Lk ，则电磁转矩，则电磁转矩Mdc为：为：（以上（以上Mf和和M分别为弹簧反抗力矩和摩擦力矩）分别为弹簧反抗力矩和摩擦力矩）因此调整继电器启动电流方法可有：因此调整继电器启动电流方法可有： 改变线圈匝数改变线圈匝数Wk； 改变弹簧的改变弹簧的Mf； 改变能引起磁阻改变能

23、引起磁阻Rc变化的空气隙变化的空气隙当流过线圈的电流当流过线圈的电流Ik减小时，舌片在弹簧作减小时，舌片在弹簧作用下将返回原位置，返回条件为：用下将返回原位置，返回条件为：返回系数恒小于返回系数恒小于1，一般取，一般取0.85继电特性继电特性继电特性继电特性为保证继电器动作后可靠地有输出，为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变近波动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。，对继电器有明确的动作特性要求。 例如过电流继电器，流过正常状态下的电流例如过电流继电器，流过正常状态下的电流I时不时不动作，输出高电平动作，输出高电平E

24、0（或其触点是开的）；只有其流（或其触点是开的）；只有其流过的电流大于动作电流过的电流大于动作电流Iop时才能够迅速起动、稳定可时才能够迅速起动、稳定可靠地输出低电平靠地输出低电平E1（或闭合其触点）；一旦流过继电（或闭合其触点）；一旦流过继电器的电流减小，并小于返回电流器的电流减小，并小于返回电流Ire（其值能够确保继（其值能够确保继电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出高电平高电平E0（或触点重新打开）。（或触点重新打开）。无论起动和返回，继无论起动和返回，继电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间电器的动作都是明确的，它不可能停

25、留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为位置，这种动作特性常称之为“继电特性继电特性”。 二二.定时限过电流保护定时限过电流保护过电流保护：过电流保护：通常指其启动电流按照躲开（大于）最大负荷通常指其启动电流按照躲开（大于）最大负荷电流来进行整定的一种保护装置。电流来进行整定的一种保护装置。即应该使即应该使 IstILmax，以保，以保证正常运行时不动作证正常运行时不动作时限特性：只要通过继电器的电流大于其动作电流时，保护时限特性：只要通过继电器的电流大于其动作电流时，保护就能按预定时间动作（阶梯原则），动作时间一定，与电流就能按预定时间动作（阶梯原则），动作时间一定，与电流大小无关大小无关为

26、了满足选择性要求，可依靠各保护装置带有不同的延时来为了满足选择性要求，可依靠各保护装置带有不同的延时来满足。保护装置满足。保护装置同时启动但不同时动作跳闸同时启动但不同时动作跳闸（YT跳闸线圈）跳闸线圈）工作原理：工作原理：正常情况下，断路器正常情况下，断路器QF闭合，闭合，保持正常供电，线路中流过正保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故启动。当线路发生相间短路故障时，线路中流过的电流迅速障时，线路中流过的电流迅速增加，使增加，使电流继电器电流继电器KA瞬时动瞬时动作，启动作，启动时间继电器时间继电器KT，经过经过延时，延时，K

27、T延时触点闭合，使串延时触点闭合，使串联的联的信号继电器（电流型）信号继电器（电流型）KS和和中间继电器中间继电器KM动作，动作，KS触触点闭合接通报警线路，点闭合接通报警线路，KM触点触点闭合，接通跳闸线圈闭合，接通跳闸线圈YR回路，回路，使断路器使断路器QF跳闸，切除短路故跳闸，切除短路故障。障。在短路故障切除后，继电在短路故障切除后，继电保护装置除保护装置除KS外的其他所有继外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位需手动复位。 按选择性要求整定过电流保护的动作时限按选择性要求整定过电流保护的动作时限 各级过电流保护中时间继电器各级过电流保护中时间继

28、电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的的延时时限是按阶梯原则来整定的 确定确定t时，考虑断路器的动作时间时，考虑断路器的动作时间tQF，前一级保护装置动作时限可能发生提，前一级保护装置动作时限可能发生提前动作的负误差前动作的负误差t(+) ；后一级保护装置滞后的正误差；后一级保护装置滞后的正误差t(+),还要一定的裕度储备还要一定的裕度储备时间时间tch，chQFttttt)()(过电流保护的接线方式过电流保护的接线方式a)可以完全反映各种短路，但设备最多，主要应用于可以完全反映各种短路，但设备最多，主要应用于110KV及以上电流及以上电流系统系统b)不能完全反映单相短路，但设备可减少不能完全

29、反映单相短路，但设备可减少1/3，主要用于，主要用于1035KV线路线路c)设备最简单，可靠性最低，主要用于不太重要的设备最简单，可靠性最低，主要用于不太重要的610KV线路线路过电流保护的整定计算和灵敏度校验过电流保护的整定计算和灵敏度校验整定计算：就是正确地选择保护装置的动作参数，整定计算：就是正确地选择保护装置的动作参数，主要是动作电流和动作时限（时限阶段主要是动作电流和动作时限（时限阶段t一般一般选选0.50.6s)动作电流基本要求：当被保护元件流过最大负荷动作电流基本要求：当被保护元件流过最大负荷电流时保护装置不应动作跳闸，在外部短路切除电流时保护装置不应动作跳闸，在外部短路切除后能

30、可靠地返回（保护后能可靠地返回（保护1启动后又会返回）。启动后又会返回）。1. IstILmax2. IrILmax由于电压恢复时，电机有个自启动过程，自启动由于电压恢复时，电机有个自启动过程，自启动电流将大于电机正常工作电流，因此引入自启动电流将大于电机正常工作电流，因此引入自启动系数系数Kast (1) ，同时为确保，同时为确保Ir大于自启动时最大电大于自启动时最大电流，引入可靠系数流，引入可靠系数Krel(一般用一般用1.151.25) ，有，有Ir= Krel Kast ILmax考虑返回系数考虑返回系数Kr (一般用一般用0.85)有有Ist= Krel Kast ILmax / K

31、r灵敏度灵敏度Ksen = Ikmin/ Ist （ Ksen 1.2) Ikmin保护范围末端发生金属性短路时流过保护装置的最保护范围末端发生金属性短路时流过保护装置的最小短路电流小短路电流 定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下图所示，定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下图所示，当当k3处发生三相短路故障时，断路器处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时间必须经过处继电保护动作时间必须经过 才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流保护的动作时限大于当过

32、电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。 02tt 三三.电流速断保护电流速断保护为了满足速动性要求，保护动作为了满足速动性要求，保护动作应越快越好，可取消时限特性。应越快越好，可取消时限特性。如在右图中，如在右图中，k-2发生短路时，只发生短路时，只有保护有保护2动作，让保护动作，让保护1不动作。不动作。即无时限电流速断保护的整定原则即无时限电流速断保护的整定原则为：为：必须选择保护必须选择保护1的动作电

33、流的动作电流大于其保护范围外的最大短路电大于其保护范围外的最大短路电流流 Ist= Krel Ikmax特点：动作迅速，但保护范特点：动作迅速，但保护范围较小，且受运行方式影响围较小，且受运行方式影响电流速断的灵敏度用保护范电流速断的灵敏度用保护范围来表示，不应小于线路全围来表示，不应小于线路全长的长的15 201.无时限电流速断保护无时限电流速断保护速断保护动作电流的确定速断保护动作电流的确定1.为了保证选择性，在下一段线路发生最大短路电流时保护装为了保证选择性，在下一段线路发生最大短路电流时保护装置不应动作置不应动作2.在本段线路内发生最小短路电流时应动作在本段线路内发生最小短路电流时应动

34、作线路电流速断保护的保护区线路电流速断保护的保护区 2.限时电流速断保护限时电流速断保护在系统最小运行方式下在系统最小运行方式下，为了能保护，为了能保护线路全长，必须将保护范围延伸到下线路全长，必须将保护范围延伸到下一个保护器的范围，这样为了保证动一个保护器的范围，这样为了保证动作的选择性，就必须使保护动作带有作的选择性，就必须使保护动作带有一定的时限，时限应越小越好，通常一定的时限，时限应越小越好，通常比过电流保护时限更小（比过电流保护时限更小（0.350.6s）。）。一般应使下段电流速断和本段限时电一般应使下段电流速断和本段限时电流速断保护配合工作：流速断保护配合工作：四四.三段式电流保护

35、三段式电流保护三种电流保护区别三种电流保护区别1.选择动作电流原则：选择动作电流原则：电流速断和限时电流速断保护按照躲电流速断和限时电流速断保护按照躲开某点的最大短路电流整定，其保护开某点的最大短路电流整定，其保护范围必然是有限的；范围必然是有限的；过电流保护是按照躲开最大负荷电流过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的。来整定的。2.作用范围：作用范围：（无时限）电流速断保护不能保护线（无时限）电流速断保护不能保护线路全长；路全长；限时电流速断保护能保护线路全长，限时电流速断保护能保护线路全长，但由于保护范围仍然有限，不能作为但由于保护范围仍然有限，不能作为相邻元件的后备保护；相邻元件的后备

36、保护；过电流保护一旦超过最大负荷电流将过电流保护一旦超过最大负荷电流将动作，可作为相邻元件的后备保护；动作，可作为相邻元件的后备保护；将三种保护组合构成三段式电将三种保护组合构成三段式电流保护，可同时满足速动、选流保护，可同时满足速动、选择性和可靠性择性和可靠性接线图接线图阶段性电流保护总体评价阶段性电流保护总体评价电电流流速断、速断、限时电流速限时电流速断和断和过电流保过电流保护都护都是反应于电流升是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流，即速断是按照躲开某一点的最大的原则来选择起动电流，即速断是按

37、照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流而整定。而过电流保护则是按照躲流速断保护的动作电流而整定。而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整开最大负荷电流来整定。定。电流速断电流速断(电流电流段段)、限时电流速断、限时电流速断(电流电流段段)和过和过电流保护电流保护(电流电流段段)组成的三段式电流组成的三段式电流保护保护优点优点是是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。因此，在电网中特别是在障的要求。因此，在电网中特别是在35kV及

38、以下的较低电压及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应的网络中获得了广泛的应用。用。缺缺点点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。或保护范围的要求。6.2.2 方向电流保护方向电流保护1. 方向电流保护的提出方向电流保护的提出现代电力系统是多电源系统。三段式电流保护应用于多电现代电力系统是多电源系统。

39、三段式电流保护应用于多电源网络时，存在固有的选择性难题。源网络时，存在固有的选择性难题。如图所示两端有电源的线路上，为了切除线路上的故障必如图所示两端有电源的线路上，为了切除线路上的故障必须在线路两侧均装设断路器及其相应的保护。须在线路两侧均装设断路器及其相应的保护。 双双电源网络中电流保护的选择性电源网络中电流保护的选择性若若两个电源同时存在两个电源同时存在，使得线路上短路电流的大小与短路使得线路上短路电流的大小与短路点位置的关系变复杂，速断保护和过电流保护动作电流难点位置的关系变复杂，速断保护和过电流保护动作电流难以整定。以整定。如当如当k1点短路时，按选择性要求，应由距故障点点短路时，按

40、选择性要求，应由距故障点最近的保护最近的保护2和和6动作切除故障动作切除故障。距。距k1点较近的保护点较近的保护1本是本是以电源以电源EI为起点整定的，然而此时由为起点整定的，然而此时由电源电源EII产生的短产生的短路电路电流将流将通过保护通过保护1，该短路电流可能会大于保护，该短路电流可能会大于保护1的的起动电流，起动电流，则保护则保护1的电流速的电流速断或过断或过电流保电流保护会护会误误动作动作。同理，其它地。同理，其它地点短路时，对有关的保护装置也能得出相应的结点短路时，对有关的保护装置也能得出相应的结论。论。误误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，动作的保护都是在自己所保

41、护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流引由对侧电源供给的短路电流引起的。起的。对对误动作的保护而言，误动作的保护而言，实际短路功率的方向都是由线路流向母线的。实际短路功率的方向都是由线路流向母线的。为了消除这种无选择性的动作，需要在可能误为了消除这种无选择性的动作，需要在可能误动作的保护上装设一个动作的保护上装设一个功率方向闭锁元件功率方向闭锁元件，该，该元件只当短路功率方向由元件只当短路功率方向由母线流向线路母线流向线路(规定规定此方向为正此方向为正)时时动作动作，由，由线路流向母线线路流向母线(规定此规定此方向为负方向为负)时时不动作不动作，从而继电保护的动作具，从而继电保护的

42、动作具有一定的方向有一定的方向性。性。方方向性过电流保向性过电流保护主护主要由要由方向元件，电流元件方向元件，电流元件和和时间元件时间元件组成。方向元件和电流元件必须都组成。方向元件和电流元件必须都动作以后，才能起动时间元件，再经过预定延动作以后，才能起动时间元件，再经过预定延时后动作于跳闸。时后动作于跳闸。2. 方向电流保护的构成方向电流保护的构成图中，图中，TV为电压互感器；为电压互感器；TA为为电流互感器；电流互感器；KA为电流测量元为电流测量元件；件；KW为功率方向测量元件为功率方向测量元件，在保护线路正方向短路时动作，在保护线路正方向短路时动作，即短路功率为正即短路功率为正(由母线流

43、向线由母线流向线路路)时动作；时动作；KT为延时逻辑元件；为延时逻辑元件；KS为信号元件。为信号元件。为简化保护接线和提高保护的为简化保护接线和提高保护的可靠性，电流保护每相的第可靠性，电流保护每相的第I、II、III段可共用一个方向元件。一般段可共用一个方向元件。一般来说，电流保护的第来说，电流保护的第I段在动作段在动作电流满足选择性时，不加方向电流满足选择性时，不加方向元件；电流保护的第元件；电流保护的第II段在动作段在动作电流和动作时间能满足选择性电流和动作时间能满足选择性时，不加方向元件。时，不加方向元件。方方向电流保护的构成原理向电流保护的构成原理3. 功率方向元件功率方向元件功率方

44、向元件是利用在保护功率方向元件是利用在保护正、反方向短路时，保护安正、反方向短路时，保护安装处母线电压和流过保护的装处母线电压和流过保护的电流之间的相位变化构成的电流之间的相位变化构成的为了保证功率方向元件的方为了保证功率方向元件的方向性和灵敏度，相间短路的向性和灵敏度，相间短路的功率方向元件一般采用功率方向元件一般采用90接线方式。所谓接线方式。所谓90接线方接线方式是指系统在三相对称且功式是指系统在三相对称且功率因数为率因数为1的情况下，接入功的情况下，接入功率方向元件的电流超前所加率方向元件的电流超前所加电压电压90的接线。的接线。功率方向元件的动作方功率方向元件的动作方程为程为：90a

45、rg90oorrUI 功率方向元件的动作特性图功率方向元件的动作特性图 (a) 动作区动作区 (b) 角度特性角度特性 (c) 伏安特性伏安特性功功率方向元件的动作特性率方向元件的动作特性4. 三段式电流保护整定举例三段式电流保护整定举例【例【例6-1】图】图6-11所示网络中，已知所示网络中，已知 （1）线路装有三段式电流保护）线路装有三段式电流保护1、2、3和和4。流过线路。流过线路AB和线路和线路BC的最的最大负荷电流分别为大负荷电流分别为120A和和100A，负荷的自启动系数为，负荷的自启动系数为1.8； （2）保护）保护3的第的第II段保护的延时为段保护的延时为0.5s，第，第III

46、段保护的延时为段保护的延时为1.0s；线路；线路AB第第II段保护的延时允许大于段保护的延时允许大于1s； （3）A电源电抗电源电抗 ， ；B电源电抗电源电抗 ， ；线路电抗；线路电抗 ， ； （4）AB电源振荡时，流过电源振荡时，流过A侧开关最大电流为侧开关最大电流为1770A； （5）可靠系数）可靠系数 ；躲开最大振荡电流的可靠；躲开最大振荡电流的可靠系数系数 ；返回系数；返回系数 ； 试对保护试对保护1进行整定进行整定(即计算其动作电流、灵敏系数和动作即计算其动作电流、灵敏系数和动作时限时限)。 min15sAXmax20sAXmin20sBXmax25sBX40ABX24BCX1.25

47、,1.15,1.2IIIIIIrelrelrelKKK1.15osrelK0.85reK (3)max115001210( )3(15 40)kBIA图图6-11 例例6-1网络一次接线图网络一次接线图【解解】(1) 电流电流I段整定段整定 AB线路接有双电源，因此动作电流必须大于流过线路接有双电源，因此动作电流必须大于流过A侧开关的可侧开关的可能最大电流。能最大电流。A电源最大运行方式下，电源最大运行方式下，B母线处最大三相短路电流母线处最大三相短路电流B电源最大运行方式下，电源最大运行方式下，A母线处最大三相短路电母线处最大三相短路电流流(3)max115001110( )3(20 40)

48、kAIA 因为因为1.151.151770=20401.251770=20401.251210=1513 A1210=1513 A，所以动作电流，所以动作电流整定应以躲过整定应以躲过ABAB电源振荡时流过电源振荡时流过A A侧开关最大电流为原则，即侧开关最大电流为原则，即 其其灵敏度灵敏度(保护范围保护范围)应通过最小运行方式下两相短路电应通过最小运行方式下两相短路电流来校验。对应动作电流的最小保护范围流来校验。对应动作电流的最小保护范围(距离可用电抗距离可用电抗表示表示)可由式可由式(6-3)推得推得 用百分值表示的最小保护范围用百分值表示的最小保护范围 可见，满足灵敏性要求。可见，满足灵敏

49、性要求。 电流电流I段的段的动作时限动作时限为为0s。 1max1.15 17702040( )IosoprelosIK IA3minmin1115 1020 8.19( )22 2040LsBIopEXXIminmin8.19100%20.5% 15%40LABABlXlX(2) 电流电流II段整定段整定 电流电流II段的动作电流按式段的动作电流按式(6-4)整定，即整定，即 此处，此处， 最小分支系数最小分支系数(按电抗分流计算按电抗分流计算) 故故动作电流：动作电流： 灵敏系数：灵敏系数： 灵敏系数不满足要求。灵敏系数不满足要求。21m inIIIrelo pIIo pbKIIK(3)2

50、max115001.251.25 17202150( )3(15 40)/2024IIoprelkCIK IAmin15 40 253.225BCbABIKI21min1.15 2150773( )3.2IIIrel opIIopbK IIAK(2)3min11115 101.25 1.32 (20 40) 773IIkBrelIIopIKI 计算电流计算电流II段动作时限。如前所述，当该保护灵敏度不段动作时限。如前所述，当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第段整段整定值配合方案，即定值配合方案，即 (3) 电流电流III段

51、整定段整定 作作近后备近后备时的灵敏系数，同时的灵敏系数，同(2)理求得理求得 120.50.51.0 ( )IIIIopopttts 1max1.2 1.8120305( )0.85IIIIIIrelssopLreK KIIAK(2)3min11115 103.141.52(2040)305IIIkBrelIIIopIKI可见可见灵敏性灵敏性满足要求。满足要求。 作作远后备远后备时，应以时，应以C母线处两相最小短路电流，并考虑母线处两相最小短路电流，并考虑分支电流的影响，此时分支系数应取最小运行方式下的最分支电流的影响，此时分支系数应取最小运行方式下的最大值，即大值，即 20 40 2042

52、0BCbABIKI20 4020/ /4039 ( )2040X3(2)min115101470 ()239kIA311470 115 101.21 1.24 305 2 39IIIsenK灵灵敏性敏性满足要求。满足要求。电流电流III段的段的动作时限动作时限121.0 0.5 1.5( )IIIIIIopopttts 6.2.3 零序电流保护零序电流保护接地短路是电力系统中架空线路上出现最多的一类故障，接地短路是电力系统中架空线路上出现最多的一类故障，尤其是单相接地故障可能占所有故障中的尤其是单相接地故障可能占所有故障中的90%左右左右。前述。前述电流保护如果采用三相完全星形接线，虽然也可以

53、反映中电流保护如果采用三相完全星形接线，虽然也可以反映中性点接地电网的单相接地短路，但灵敏度不够理想，时限性点接地电网的单相接地短路，但灵敏度不够理想，时限也较长，因此要考虑装设专用的接地保护即零序电流保护。也较长，因此要考虑装设专用的接地保护即零序电流保护。 1. 中性点直接接地系统中接地时零序分量的特点中性点直接接地系统中接地时零序分量的特点当中性点直接接地电网当中性点直接接地电网(或者大接地电流系统或者大接地电流系统)中发生接中发生接地短路时，地短路时，系统中将出现很大的零序电流，这在正常系统中将出现很大的零序电流，这在正常运行时是不存在的运行时是不存在的，因此利用零序电流来构成接地保，

54、因此利用零序电流来构成接地保护就具有很大的优点。护就具有很大的优点。在大接地电流系统中发生接地短路时，可以利用对称在大接地电流系统中发生接地短路时，可以利用对称分量法将电流、电压分解为正序、负序和零序分量，分量法将电流、电压分解为正序、负序和零序分量，并利用复合序网表示它们之间的关系。并利用复合序网表示它们之间的关系。单单相接地时零序电流与零序电压相接地时零序电流与零序电压从从图可图可以看出：当发生单相接地时，故障点出现了零序电压，规定零序电以看出：当发生单相接地时，故障点出现了零序电压，规定零序电压的方向，是线路高于大地为正。压的方向，是线路高于大地为正。零序电流可以看成是由故障点的零序电零

55、序电流可以看成是由故障点的零序电压所产生的压所产生的，它们经过变压器中性点构成回路。零序电流的正方向，仍然，它们经过变压器中性点构成回路。零序电流的正方向，仍然采用由母线流向故障点为正。采用由母线流向故障点为正。 由零由零序网络图可见，零序分量具有以下特点：序网络图可见，零序分量具有以下特点：(1)故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，到变压故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，到变压器接地的中性点处零序电压为器接地的中性点处零序电压为0。(2)由于零序电流是由零序电压产生的，因此零序电流的大小和相位由由于零序电流是由零序电压产生的，因此零序电流的大小和相位由零序电

56、压和电网中性点至接地故障点的零序阻抗所决定。零序电压和电网中性点至接地故障点的零序阻抗所决定。(3)零序功率的正方向与正序功率的正方向相反，是由故障点指向母线。零序功率的正方向与正序功率的正方向相反，是由故障点指向母线。(4)保护安装处保护安装处(例如例如A点点)的零序电压为的零序电压为0010()ABUIZ 亦即接入保护装置的零序电压与零序电流的相位差，只取决于亦即接入保护装置的零序电压与零序电流的相位差，只取决于保护安装处背后变压器的零序阻抗而与被保护线路的零序阻抗及保护安装处背后变压器的零序阻抗而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。故障点的位置无关。 2. 大接地电流系统的零序电流

57、保护大接地电流系统的零序电流保护 在大接地电流系统中的零序电流保护是利用中性点直接在大接地电流系统中的零序电流保护是利用中性点直接接地电网中发生接地故障时出现零序电流的特点而构成。接地电网中发生接地故障时出现零序电流的特点而构成。在在110kV以上的单电源辐射形网络，常常采用无方向的三以上的单电源辐射形网络，常常采用无方向的三段式零序电流保护作为接地故障的主保护及后备保护。通段式零序电流保护作为接地故障的主保护及后备保护。通常三段式零序电流保护由以下三部分组成：常三段式零序电流保护由以下三部分组成：1)无时限零序电流速断保护无时限零序电流速断保护，又称零序，又称零序I段保护；段保护；2)带时限

58、零序电流速断保护带时限零序电流速断保护，又称零序，又称零序段保护；段保护；3)零序过电流保护零序过电流保护，又称零序，又称零序段保护。段保护。从保护构成情况看，三段式零序电流保护与三段式相间电从保护构成情况看，三段式零序电流保护与三段式相间电流保护相类似，其流保护相类似，其主要区别在于零序电流保护的测量元件主要区别在于零序电流保护的测量元件(电流继电器电流继电器)接入的电流量的性质不同接入的电流量的性质不同，零序电流保护的，零序电流保护的测量元件是接在零序电流滤过器的出口。测量元件是接在零序电流滤过器的出口。3.中性点直接接地电网接地短路的零序方向电流保中性点直接接地电网接地短路的零序方向电流

59、保护护 在双侧或多侧电源中性点直接接地电网中，电源处变压在双侧或多侧电源中性点直接接地电网中，电源处变压器中性点一般至少有一台是接地的。由于零序电流的实际器中性点一般至少有一台是接地的。由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器。因此在变流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器。因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，如果仅配置无方向的压器接地数目比较多的复杂网络中，如果仅配置无方向的零序电流保护，就可能失去选择性，导致保护的误动作。零序电流保护，就可能失去选择性，导致保护的误动作。为了解决这一矛盾，应在零序电流保护的基础上，加装方为了解决这一矛盾，应在零序电流保护的基础上，加

60、装方向元件，以判别正、反方向的故障，这样的保护就称之为向元件，以判别正、反方向的故障，这样的保护就称之为零序方向电流保护零序方向电流保护。取保护安装处零序电流的正方向为由母线指向线路，零序取保护安装处零序电流的正方向为由母线指向线路，零序电压的方向是线路高于大地的电压为正方向。通常保护背电压的方向是线路高于大地的电压为正方向。通常保护背侧系统零序阻抗角约为侧系统零序阻抗角约为7080 ，故零序电流超前零，故零序电流超前零序电压的相角一般序电压的相角一般95 110 。零序功率方向继电器的电流线圈接于零序电流滤过器回路，零序功率方向继电器的电流线圈接于零序电流滤过器回路，输入电流输入电流3I0；