第4-5章 方向电流保护与接地保护1203

1、第四章 电网相间短路的方向电流保护n4.1方向性问题的提出及解决方法方向性问题的提出及解决方法n4.2 功率方向继电器功率方向继电器n4.3 功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式n4.4 方向电流保护的整定原则方向电流保护的整定原则4.1方向性问题的提出及解决方法方向性问题的提出及解决方法 n为提高供电可靠性可采用双电源或单电源为提高供电可靠性可采用双电源或单电源环形电网供电更可靠，但却带来新问题环形电网供电更可靠，但却带来新问题: :n(1)(1)、段灵敏度可能下降段灵敏度可能下降n(2)(2)无法保证无法保证段动作选择性段动作选择性在两侧电源辐射形电网及单电源环形电在两侧电源辐

2、射形电网及单电源环形电网，须考虑保护的方向性问题。网，须考虑保护的方向性问题。(a) 两侧电源辐射形电网两侧电源辐射形电网 (b) 单侧电源环形电网单侧电源环形电网(1)、段灵敏度可能下降段灵敏度可能下降以以P3段为例，整定电流应躲过本线路末端短路时的最大短路电流，除段为例，整定电流应躲过本线路末端短路时的最大短路电流，除了躲过了躲过P母线处短路时母线处短路时A侧电源提供的短路电流，还必须躲过侧电源提供的短路电流，还必须躲过N母线背侧短路母线背侧短路时时B侧电源提供的短路电流。当两侧电源相差较大且侧电源提供的短路电流。当两侧电源相差较大且B侧电源强于侧电源强于A侧电源侧电源时，可能使整定电流增

3、大，缩短时，可能使整定电流增大，缩短段保护区，严重时丧失保护区；电流保护段保护区，严重时丧失保护区；电流保护段时也有类似的问题，除了与段时也有类似的问题，除了与P5的的段配合，还须与段配合，还须与P2的的段配合，可段配合，可能导致灵敏度下降。能导致灵敏度下降。(2)无法保证无法保证段动作选择性段动作选择性 段动作时限采用段动作时限采用“阶梯特性阶梯特性”，保护，保护P2、P3的的段动作段动作时限分别为时限分别为t2、 t3，当，当k1故障时，保护故障时，保护P2、P3的电流的电流段同时启动，按选择性要求应该保护段同时启动，按选择性要求应该保护P3动作，即要求动作，即要求t3t2，显然无法同时满

4、足两种情况下后备保护选择性显然无法同时满足两种情况下后备保护选择性。原因分析原因分析 n造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是需要考虑需要考虑“反向故障反向故障” .n以上图中保护以上图中保护P3为例为例 .n从保护安装处看出去，在从保护安装处看出去，在“母线指向线路母线指向线路”方向方向上发生的故障称为正向故障，反之称为反向故障上发生的故障称为正向故障，反之称为反向故障。解决办法解决办法 n利用方向元件与电流元件结合就构成了方向电流利用方向元件与电流元件结合就构成了方向电流保护。保护。n正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方正方向故障时方向电

5、流保护才可能动作，按正方向分组，图中保护可以分为两组：向分组，图中保护可以分为两组：P1、P3、P5为一组，整定动作电流时考虑为一组，整定动作电流时考虑A侧电源提供的短侧电源提供的短路电流；路电流；P2、P4、P6为另一组，整定时考虑为另一组，整定时考虑B侧电源提供的短路电流。侧电源提供的短路电流。双侧电源电网线路方向过流保护时限特性双侧电源电网线路方向过流保护时限特性(a)网络图；网络图；(b)保护时限特性保护时限特性n加装了方向元件的电流保护叫做方向电流保护。加装了方向元件的电流保护叫做方向电流保护。n这样，当双侧电源网络上的电流保护加装了方向元件后，这样，当双侧电源网络上的电流保护加装了

6、方向元件后，就可以把它们拆开看成两个单侧电源网络的保护，其中保就可以把它们拆开看成两个单侧电源网络的保护，其中保护护13反应于反应于G1供给的短路电流而动作，保护供给的短路电流而动作，保护26反应反应于于G2供给的短路电流而动作，这样前面所讲的三段式电供给的短路电流而动作，这样前面所讲的三段式电流保护的工作原理和整定计算就可应用了。流保护的工作原理和整定计算就可应用了。n保护保护1、3、5为一组，保护为一组，保护2、4、6为另一组，各同方向为另一组，各同方向保护间的时限配合仍按阶梯原则来整定。当保护间的时限配合仍按阶梯原则来整定。当k1点短路时，点短路时，保护保护1、3、4、6因短路功率由母线

7、流向线路，故都能起因短路功率由母线流向线路，故都能起动，其中按动作方向时限最短的保护动，其中按动作方向时限最短的保护3和和4动作，跳开动作，跳开QF3、4，将，将wl2切除，保护切除，保护1、6返回，保证动作选择性。返回，保证动作选择性。方向过流保护原理接线图方向过流保护原理接线图方向过电流保护主要由方向过电流保护主要由方向元件（功率方向方向元件（功率方向继电器）、启动元件（电流继电器）、时间继电器）、启动元件（电流继电器）、时间元件元件组成组成 。 两相式方向过电流保护接线图两相式方向过电流保护接线图（原理图及展开图）（原理图及展开图） n阶段式方向电流保护主要用于双电源辐射阶段式方向电流保

8、护主要用于双电源辐射形网络和单电源环形网络，形网络和单电源环形网络，作为输电线路作为输电线路相间短路的主保护和后备保护相间短路的主保护和后备保护 。4.2 功率方向继电器功率方向继电器电压电流相量图电压电流相量图(a)正向故障时；正向故障时；(b)反向故障时反向故障时图中母线图中母线电压电压参考方向为参考方向为“母线指向大母线指向大地地”，电流参，电流参考方向为考方向为“母母线指向线路线指向线路”。正向故障正向故障1K反向故障反向故障2Kn利用判别短路功率的方向或电流与电压之间的相位关系，就可以判别故障方向。n即用短路功率的正负来判断故障的方向，依此原理构成的继电器称为功率方向继电器功率方向继

9、电器（方向元件）。nk1点短路时nk2点短路时 111cos0r rrPU If=& &222cos0r rrPU If=& &短路功率短路功率n所谓所谓短路功率，短路功率，一般指短路时某点电压一般指短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率，在无串与电流相乘所得到的感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路功率从电源流向短路点。时，认为短路功率从电源流向短路点。n由此可见，随着短路电流的方向不同，功由此可见，随着短路电流的方向不同，功率方向继电器感受的功率也不相同。对于率方向继电器感受的功率也不相同。对于正方

10、向的故障，其功率为正值，反方向故正方向的故障，其功率为正值，反方向故障，其功率为负值。因此，根据功率方向障，其功率为负值。因此，根据功率方向继电器的感受功率的正、负来判别短路功继电器的感受功率的正、负来判别短路功率方向即短路电流的方向，并决定保护是率方向即短路电流的方向，并决定保护是否动作于跳闸。这就是功率方向继电器之否动作于跳闸。这就是功率方向继电器之所以能判别短路电流方向的基本原理所以能判别短路电流方向的基本原理 。功率方向继电器的基本要求功率方向继电器的基本要求n 应具有明确的方向性，即在正方向发生各种应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障（包括故障点有过渡电阻）时能可靠动作，故障（

11、包括故障点有过渡电阻）时能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作。而在反方向故障时，可靠不动作。n故障时功率方向继电器的动作有足够的灵敏故障时功率方向继电器的动作有足够的灵敏度。度。n一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）随两者间相值不变时，其输出（转矩或电压）随两者间相位差的大小而改变，输出为最大时的相位差称位差的大小而改变，输出为最大时的相位差称为方向继电器的最大灵敏角。为方向继电器的最大灵敏角。功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程功率方向继电器动作方程(90)arg(90)90arg90

12、rrjrrUIU eI 或：未采用90接线方式:90arg90rrUI采用90接线方式:功率方向继电器比相式动作方程功率方向继电器比相式动作方程功率方向继电器比幅式动作方程功率方向继电器比幅式动作方程功率方向继电器的构成功率方向继电器的构成n相位比较的两相量为相位比较的两相量为: :n此时，动作方程为：此时，动作方程为：n比较两电气量相位原理构成的功率方向继电器，比较两电气量相位原理构成的功率方向继电器，称为相位比较式功率方向继电器。称为相位比较式功率方向继电器。n可按比较两电气量的可按比较两电气量的相位原理来构成相位原理来构成, ,也可按也可按幅值比较原理幅值比较原理来构成。来构成。CUrD

13、IrUK UUK I 90arg90CDUU (a)=90动作边界动作边界 (b) 90不动作不动作ADCBDCUUUUUU相位比较与幅值比较之间的转换关系相位比较与幅值比较之间的转换关系ABUU为动作量，为制动量。动作情况ABUU为动作量，为制动量。=90,AB当时， UU动作量等于制动量，继电器处于临界动作状态；90,AB当时， UU动作量大于制动量，继电器处于动作状态；90,AB当时， UU动作量小于制动量，继电器处于不动作状态；AB幅值比较动作方程： UUCDABUUUU将和代入，得到幅值比较的两电气量和。AIrUrBIrUrUK IK UUK IK U ABCDUUUU同样如果已知和

14、，也可求出相位比较和的两电气量。1()21()2CABDABUUUUUUABUU相位比较与幅值比较之间的关系相位比较与幅值比较之间的关系n相位比较与幅值比较之间具有互换性。相位比较与幅值比较之间具有互换性。n条件：条件： 均为正弦量。均为正弦量。n动作方程满足：动作方程满足：,ABCDUUUU90arg90CDUUABUUIC-11IC-11整流型功率方向继电器接线图（幅值比较）整流型功率方向继电器接线图（幅值比较）交流回路图（交流回路图（电压形成电压形成）直流回路图（直流回路图（电压比较电压比较）幅值比较回路由整流和滤波、幅值比较、幅值比较回路由整流和滤波、幅值比较、执行元件三个单元组成。常

15、用的有循环执行元件三个单元组成。常用的有循环电流比较式、均压比较式二种。电流比较式、均压比较式二种。幅值比较回路幅值比较回路循环电流式比较回路接线图循环电流式比较回路接线图均压式比较回路接线图均压式比较回路接线图1-铁芯；铁芯；2-永久磁铁；永久磁铁；3-衔铁；衔铁；4-触点；触点；5-右止档；右止档；6-左止档左止档极化继电器原理结构图极化继电器原理结构图晶体管零指示器晶体管零指示器*集成电路型功率方向继电器集成电路型功率方向继电器n 构成方向继电器的框图构成方向继电器的框图滤波滤波滤波滤波方波方波方波方波相位比较回路（用何种方法实现相位差比较？）相位比较回路（用何种方法实现相位差比较？）

16、n目前广泛使用的目前广泛使用的相位比较方法之一是测量两个电相位比较方法之一是测量两个电压瞬时值同时为正（或同时为负）的持续时间来压瞬时值同时为正（或同时为负）的持续时间来进行的，进行的，例如当同相位时，其瞬时值同时为正的例如当同相位时，其瞬时值同时为正的时间等于工频的半个周期，对时间等于工频的半个周期，对50HZ而言，即为而言，即为10ms，而当两个电压的相位差增至，而当两个电压的相位差增至90时，其时，其瞬时值同时为正的时间减至瞬时值同时为正的时间减至5ms，因此，比较的，因此，比较的相位差，可通过一定的逻辑关系，用测量两个电相位差，可通过一定的逻辑关系，用测量两个电压量同时为正的时间来实现

17、相位比较，当两者之压量同时为正的时间来实现相位比较，当两者之间的相差间的相差90时，其瞬时值同时为正的时间必时，其瞬时值同时为正的时间必然然5ms，满足这个关系时，继电器应该动作。，满足这个关系时，继电器应该动作。n (a) 临界动作条件临界动作条件n (b) 动作最灵敏条件动作最灵敏条件arg90jrrU eIarg0jrrU eI功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性4.3 4.3 功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式n功率方

18、向继电器的接线方式:继电器与电流继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式互感器和电压互感器之间的连接方式。n应满足如下要求：n(1)必须保证功率方向继电器具有良好的方向性。即正向发生任何类型的故障都能动作，而反向故障时则不动作。n(2)尽量使功率方向继电器在正向故障时具有较高的灵敏度， k接近 sen 。 减小电压死区的措施减小电压死区的措施AIBCU 为减小和消除死区，实际上广泛采用非故为减小和消除死区，实际上广泛采用非故障相的相间电压作为参考量去判别电流的障相的相间电压作为参考量去判别电流的相位相位，如对如对A A相的方向继电器加入电流相的方向继电器加入电流 和电压和电压 。对于相间短

19、路保护用的功率方向继电器为满足上对于相间短路保护用的功率方向继电器为满足上述要求，广泛采用述要求，广泛采用9090接线接线，所谓，所谓9090接线是指接线是指系统三相对称且相电流与相电压又同相（即当系系统三相对称且相电流与相电压又同相（即当系统为纯有功负荷时的功率因数），每个功率方向统为纯有功负荷时的功率因数），每个功率方向继电器的电流之间的相位角都为继电器的电流之间的相位角都为9090，这个定义，这个定义仅是为了称呼，无特别物理意义仅是为了称呼，无特别物理意义。 功率方向继电器的功率方向继电器的90o接线接线 功率方向继电器功率方向继电器90接线方式的相量图和接线图接线方式的相量图和接线图(

20、a)以以a相为例的相量图；相为例的相量图；(b)接线图接线图功率方向继电器的功率方向继电器的9090o o接线接线n优点：n各种两相故障均没有电压死区，因为继电器加入的是非故障的两相电压，其值很高。n适当选择a角后，对线路上各种相间故障都保证动作的方向性。n缺点：n正方向出口三相短路时仍有死区。正方向出口三相短路时仍有死区。非故障相电流的影响及按相起动接线非故障相电流的影响及按相起动接线n不对称故障时非故障相仍有电流，称为非不对称故障时非故障相仍有电流，称为非故障相电流。故障相电流。n小电流接地系统中非故障相电流为负荷电小电流接地系统中非故障相电流为负荷电流。流。n大电流接地系统中还应考虑接地

21、故障时由大电流接地系统中还应考虑接地故障时由于零序电流分布系数与正负序电流分布系于零序电流分布系数与正负序电流分布系数不同造成的非故障电流。数不同造成的非故障电流。两相短路对非故障相电流的影响两相短路对非故障相电流的影响F所谓所谓“按相启动按相启动”接线是指接入同名相电流的电接线是指接入同名相电流的电流测量元件和方向元件的触点直接串联，而后再接流测量元件和方向元件的触点直接串联，而后再接入时间继电器线圈的接线形式。入时间继电器线圈的接线形式。可避免反方向不对称短路时仅非故障相电流测量元可避免反方向不对称短路时仅非故障相电流测量元件动作导致的保护误动或仅由于功率方向元件误动件动作导致的保护误动或

22、仅由于功率方向元件误动而导致的保护误动。而导致的保护误动。非按相启非按相启动动按相启动按相启动4.4 方向电流保护的整定原则方向电流保护的整定原则 n方向电流保护的整定有两个方面的内容：方向电流保护的整定有两个方面的内容：n一是电流部分的整定，即动作电流、动作一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验；时间与灵敏度的校验；n二是方向元件是否需要装设二是方向元件是否需要装设(投入投入)。1.1.方向电流保护电流部分的整定方向电流保护电流部分的整定n对于其中电流部分的整定，其原则与前述的对于其中电流部分的整定，其原则与前述的三段式电流保护整定原则基本相同。不同的三段式电流保护整定原则基

23、本相同。不同的是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻的同方向保护的定值进行配合的同方向保护的定值进行配合 。n在两端供电或单电源环形网络中，在两端供电或单电源环形网络中，段、段、段电流部分的整定计算可按照一般的不带方段电流部分的整定计算可按照一般的不带方向的电流向的电流段、段、段整定计算原则进行。段整定计算原则进行。第段整定原则 n一、一、段保护动作电流段保护动作电流n 段动作电流需躲过被保护线路的段动作电流需躲过被保护线路的最大负荷电流，即最大负荷电流，即n其中其中IL.max为考虑故障切除后电动机自为考虑故障切除后电动机自启动的最大负荷电流启动的最大负

24、荷电流。.maxIIIrelopLreKIIKn段动作电流还需要躲过非故障相的电段动作电流还需要躲过非故障相的电流流I Iunfunf。n在小接地电流电网中，非故障相电流为负荷电流。n对于大电流接地系统，非故障相电流除了负荷电流外，还包括零序电流I0，则按照下式整定动作电流n式中K为非故障相中的零序电流与故障相电流的比例系数，显然，对于单相接地故障K为1/3。0(3)IIIoprelunfrelLIKIKIK In段保护动作时间段保护动作时间 方向电流保护方向电流保护段动段动作时间按照同方向阶梯原则整定，即前一作时间按照同方向阶梯原则整定，即前一段线路保护的动作时间比同方向后一段线段线路保护的

25、动作时间比同方向后一段线路保护的动作时间长一个级差。路保护的动作时间长一个级差。n保护的灵敏度配合保护的灵敏度配合 方向电流保护的方向电流保护的灵敏度，主要由电流元件决定，其电流元灵敏度，主要由电流元件决定，其电流元件的灵敏度校验方法与不带方向性的电流件的灵敏度校验方法与不带方向性的电流保护相同。对于方向元件，一般因为方向保护相同。对于方向元件，一般因为方向元件的灵敏度较高，故不需要校验灵敏度。元件的灵敏度较高，故不需要校验灵敏度。n图中标明了各个保护的动作方向，其中1、3、5、7为动作方向相同的一组保护，2、4、6、8为另一组同方向保护，于是它们的动作电流、动作时间的配合关系应为：13571

26、357, IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIopopopopIIIItttt86428642 , IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIopopopopIIIItttt方向电流保护的动作时限方向电流保护的动作时限是否装设方向元件 n图中如果图中如果t t4 4 t t5 5 +t , +t ,则动作时间较长的则动作时间较长的一侧一侧( (保护保护4)4)可以不装方向元件可以不装方向元件, ,保护保护5 5必须必须加装方向元件加装方向元件. .n结论结论: :对装设在同一母线上的保护来说对装设在同一母线上的保护来说, ,动作动作时间较长者时间较长者, ,可不装设方向元件可

27、不装设方向元件; ;动作时间较动作时间较短者短者, ,必须装设方向元件必须装设方向元件; ;如两保护动作时间如两保护动作时间相同相同, ,则在两保护上都必须装设方向元件则在两保护上都必须装设方向元件. .单侧电源环形网络同方向保护的灵单侧电源环形网络同方向保护的灵敏系数配合问题敏系数配合问题22465314, 2 4 6co，以保护 、为例，保护的动作电流k ，为配合系数，一般取1.1。IIIOPIIIIIIIIIopopopIIIIIIIIIopopopIIIopcoIIIIIIIIK双侧电源网络中电流保护整定特点双侧电源网络中电流保护整定特点 在两个及两个以上电源的网络接线中，必须采用方向

28、性保护才有可能保证各保护之间动作的选择性，这是方向保护的主要优点。但当增加方向元件后将使接线复杂、投资增加；同时方向元件还存在电压死区的问题。n鉴于此，在继电保护中，应根据各个地点、各段电流保护的工作情况和具体的整定计算来确定是否有必要加设方向元件。 电流速断保护n图中红色曲线为电源图中红色曲线为电源EI 供给的电流，紫色曲线供给的电流，紫色曲线为电源为电源E供给的电流，两端电源容量不同，因供给的电流，两端电源容量不同，因此电流大小也不同。此电流大小也不同。EI 的容量的容量E的容量。的容量。 n对保护对保护1而言，如果反方向线路出口处而言，如果反方向线路出口处K1点短路点短路时，由电源时，由

29、电源EII供给的最大短路电流供给的最大短路电流IK1max小于本小于本保护装置的起动电流，则反方向任何地点短路时，保护装置的起动电流，则反方向任何地点短路时，由电流由电流EII供给的短路电流都不会引起保护供给的短路电流都不会引起保护1误动误动作。这时保护作。这时保护1的第的第I段已从定值上躲开了反方向段已从定值上躲开了反方向短路，因此可不设方向元件（短路，因此可不设方向元件（电源容量大的一侧电源容量大的一侧的保护可不设方向的保护可不设方向）。但保护）。但保护2必须装设方向元必须装设方向元件。这样保护件。这样保护1和保护和保护2的电流的电流I段整定仍按前面段整定仍按前面介绍的进行。介绍的进行。n

30、 max21krelopIKImax12krelopIKI限时电流速断保护限时电流速断保护n对用于双侧电源网络中的限时电流速断对用于双侧电源网络中的限时电流速断保护，其整定原则基本同于单侧电源网保护，其整定原则基本同于单侧电源网络，仍应与下一级保护的电流速断相配络，仍应与下一级保护的电流速断相配合，但要考虑保护安装地点与短路点之合，但要考虑保护安装地点与短路点之间有电源或有分支电路的影响。间有电源或有分支电路的影响。电网相间短路方向电流保护的总体评价电网相间短路方向电流保护的总体评价 n选择性n电流速断保护是依靠选择动作电流的方法来获得选择性；n限时电流保护则同时依靠选择动作电流和动作时限的方

31、法获得选择性。而过电流保护依靠选择动作时限的方法保证选择性。n当它们用于单侧电源电网组成三段式保护时，一般能满足电力系统对选择性的要求；n当它们用于双侧电源网络或单电源环形网络时，借助于方向元件，一般也能满足电力系统对选择性的要求。n 快速性快速性n速段保护无时间元件，只有保护本身继速段保护无时间元件，只有保护本身继电器固有动作时间（电器固有动作时间（0.060.1s0.060.1s），所以），所以动作迅速；动作迅速；n限时电流速断保护的动作时间一般为限时电流速断保护的动作时间一般为（0.51s0.51s），动作较快。），动作较快。n过电流保护动作时间较长，特别是靠近过电流保护动作时间较长，特

32、别是靠近电源的保护，有时可长达数秒，所以只电源的保护，有时可长达数秒，所以只能作为后备保护。能作为后备保护。n灵敏性n电流保护的灵敏性和保护范围直接受系统运行方电流保护的灵敏性和保护范围直接受系统运行方式的影响，当系统运行方式变化时，灵敏性和保式的影响，当系统运行方式变化时，灵敏性和保护范围往往不能满足要求。护范围往往不能满足要求。n对电流对电流I I段，当被保护线路阻抗与保护背后系统阻段，当被保护线路阻抗与保护背后系统阻抗之比很小时，它的保护范围降到零；抗之比很小时，它的保护范围降到零；n对电流对电流IIII段，当相邻线路阻抗很小时，灵敏度也段，当相邻线路阻抗很小时，灵敏度也往往达不到要求。

33、往往达不到要求。n过电流保护的灵敏度一般很高，但用在重负荷的过电流保护的灵敏度一般很高，但用在重负荷的长线路时，灵敏度也不能满足要求，当线路阻抗长线路时，灵敏度也不能满足要求，当线路阻抗很大时，作为远后备其灵敏度也达不到要求。很大时，作为远后备其灵敏度也达不到要求。n保护范围受运行方式影响大及灵敏度低，是电流保护范围受运行方式影响大及灵敏度低，是电流保护的主要缺点。保护的主要缺点。 可靠性可靠性n电流保护的组成元件都是简单的继电器，且数量电流保护的组成元件都是简单的继电器，且数量不多，整定计算和调试也较简单，所以可靠性高，不多，整定计算和调试也较简单，所以可靠性高，电流、电压保护是继电保护中最

34、简单、最可靠的电流、电压保护是继电保护中最简单、最可靠的保护。保护。n方向过电流保护常用于方向过电流保护常用于35KV35KV及以下两侧电源辐射及以下两侧电源辐射型电网和单电源环网中作为相间短路主保护，在型电网和单电源环网中作为相间短路主保护，在35KV35KV及及110KV110KV辐射型电网，常与电流辐射型电网，常与电流I I段配合使用，段配合使用，构成三段方向电流保护，作为线路相间短路的整构成三段方向电流保护，作为线路相间短路的整套保护。套保护。n电流、电压保护广泛用于电流、电压保护广泛用于35KV35KV及以下电网，在此及以下电网，在此电压等级的电网中，保护的电压等级的电网中，保护的“

35、四性四性”均能满足要均能满足要求，而在超高压电网中，不再使用，代替它们的求，而在超高压电网中，不再使用，代替它们的是距离保护、高频保护及零序电流保护。是距离保护、高频保护及零序电流保护。第四章作业第四章作业n如下图所示，各断路器上定时限过电流如下图所示，各断路器上定时限过电流保护的动作时间为多少？哪些过电流保保护的动作时间为多少？哪些过电流保护应装方向元件？（提示：分别在断路护应装方向元件？（提示：分别在断路器器9QF和和12QF后取短路点后取短路点K1和和K2）保护方向相同的保护有：一组保护1、2、4、6、12；另一组保护5、5、7、8.t1=3s、t2=2.5s、t3=1.5s、t4=1.

36、5s、t5=2.5s、t6=1s、t7=3s、t8=3.5s、t13=2.5s保护3、4、6要装方向元件；保护2、5、7可不装方向元件。第五章 电网的接地保护n5.1 中性点直接接地电网接地故障保护中性点直接接地电网接地故障保护n5.2 中性点非直接接地电网接地故障保护中性点非直接接地电网接地故障保护n电网中性点运行方式电网中性点运行方式：n中性点不接地、中性点经消弧线圈接地中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地和中性点直接接地三种。电网中性点运行方式电网中性点运行方式n中性点直接接地的系统X0/X145,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（

37、大于500A），则出现很大的零序电流，n110kV及以上的电压等级电网及380V以下低压部分中性点直接接地系统中性点直接接地系统( (大接地电流系统大接地电流系统) )n3-35KV及以下的电压等级电网中性点不接地、中性点不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地系统经消弧线圈接地或经电阻接地系统( (小接地电流系小接地电流系统统) )。n运行接地方式的选择，需要综合考虑电网的绝缘水平、电压等级、通信干扰、单相接地短路电流、继电保护配置、电网过电压水平、系统接线、供电可靠性和稳定性等因素。2002年220KV电网输电线路故障统计表在大接地电流电网中，线路发生单相接地短路故障在大接地电流电网中，线路发生

38、单相接地短路故障占所有故障次数中的大多数，约为占所有故障次数中的大多数，约为80%90%。装设零序电流保护的好处n若用带方向和不带方向电流保护，且用三相完全若用带方向和不带方向电流保护，且用三相完全星形接线方式，也能反映接地短路，但灵敏度较星形接线方式，也能反映接地短路，但灵敏度较低和动作时间较长。由于接地短路时必有零序电低和动作时间较长。由于接地短路时必有零序电流，而在运行负荷状态下，零序电流是没有或很流，而在运行负荷状态下，零序电流是没有或很小的，因此采用只反映接地短路时所特有的零序小的，因此采用只反映接地短路时所特有的零序电流或零序电压的零序保护，可提高保护的灵敏电流或零序电压的零序保护

39、，可提高保护的灵敏性和快速性。性和快速性。而且三相只要一个电流继电器，使而且三相只要一个电流继电器，使接地保护装置非常简单。接地保护装置非常简单。 n因此，因此，线路除装设反映相间短路的保护外，还应线路除装设反映相间短路的保护外，还应装设反映接地故障的零序电流保护装置。装设反映接地故障的零序电流保护装置。中性点直接接地电网在发生中性点直接接地电网在发生各种故障时的电气参数特征各种故障时的电气参数特征n1正常运行或三相短路时，由于三相电压和电流是对称的，故0)(310CBAUUUU0)(310CBAIIII即没有零序电压和零序电流。即没有零序电压和零序电流。2 2两相短路（如两相短路（如BCBC

40、两相）时，在故障点两相）时，在故障点n因此故障点的零序电压和零序电流为：因此故障点的零序电压和零序电流为：AA1,0,2KKBKCAKAKBKCUUUUUIII ，0KKK1()03ABCUUUU01()03KAKBKCIIII在正常运行及相间短路时，均没有零序电在正常运行及相间短路时，均没有零序电压和零序电流。压和零序电流。3.3.单相接地短路故障时，如单相接地短路故障时，如A A相接地短路，相接地短路，则故障相电压则故障相电压、电流为：电流为：n故障点的零序电压、零序电流为故障点的零序电压、零序电流为 0,;KAKBBKCCUUUUU,0,0KAAKBKCIIII(1)011()33kKA

41、KBKCBCUUUUUUKAII31)1(0n4若两相接地短路，以若两相接地短路，以BC两相接地两相接地短路为例短路为例 ，则在故障点有，则在故障点有AKAkUUU3131)1 , 1(0)(31)1 , 1(0KCKBIII由此可见，出现零序电流和零序电压是接由此可见，出现零序电流和零序电压是接地故障区别于正常运行和相间短路的基本地故障区别于正常运行和相间短路的基本特征。特征。小结：小结：n系统图中假定零序电流的参考正方向为母线零序电流的参考正方向为母线指向线路，零序电压的参考正方向由线路指指向线路，零序电压的参考正方向由线路指向大地向大地。5.零序电流和零序电压的分布特点零序电流和零序电压

42、的分布特点故障点的零序电压故障点的零序电压0000111020221()()3 ()kABCo LO TLO TUUUUZIIZZIZZ 0110 22AOO TBOO TUI ZUIZ 故障点的零序电流故障点的零序电流120OEIZZZ零序电压和零序电流的特点零序电压和零序电流的特点n零序电压零序电压n故障点Uk0最高,离故障点越远, Uk0 越低,变压器中性点接地处Uk0=0 。n零序电流：零序电流：系统中出现零序电流，n大小大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关；n分布分布与变压器中性点接地的数目和位置有关，而与电源的数目和位置无关。n零序电压和零序电流的相位零序电压和零序

43、电流的相位n在正方向短路下，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗(一般为70o-80o)，而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关。n零序功率零序功率n在线路正方向故障时，零序功率由故障线在线路正方向故障时，零序功率由故障线路流向母线，为负值路流向母线，为负值；在线路反方向故障时，零序功率由母线流向故障线路，为正值。 变压器中性点接地方式的考虑变压器中性点接地方式的考虑n大电流接地电网中，中性点接地变压器的数目及分布，决定了零序网络结构，影响着零序电压和零序电流的大小和分布。n为了保持零序网络的稳定，有利于继电保护的整定，使接地保护有较稳定的保护区和灵敏性

44、，希望中性点接地变压器的数目及分布基本保持不变；为防止由于失去接地中性点后发生接地故障时引起的过电压，应尽可能地使各个变电所的变压器保持有一台中性点接地；同时为降低零序电流，应减少中性点接地变压器的数目。变压器中性点接地方式的选择原则变压器中性点接地方式的选择原则n中间变电所母线有穿越电流或变压器低压侧有电源，因此中间变电所母线有穿越电流或变压器低压侧有电源，因此至少要有一台变压器中性点接地，以防止由于接地短路引起至少要有一台变压器中性点接地，以防止由于接地短路引起的过电压。的过电压。n电厂并列运行的变压器，应将部分变压器的中性点接地。电厂并列运行的变压器，应将部分变压器的中性点接地。这样，当

45、一台中性点接地的变压器由于检修或其它原因切除这样，当一台中性点接地的变压器由于检修或其它原因切除时，将另一台变压器中性点接地，以保持系统零序电流的大时，将另一台变压器中性点接地，以保持系统零序电流的大小和分布不变。小和分布不变。n终端变电所变压器低压侧无电源，为提高零序保护的灵敏终端变电所变压器低压侧无电源，为提高零序保护的灵敏性，变压器应不接地运行。性，变压器应不接地运行。n对于双母线按固定连接方式运行的变电所，每组母线上至对于双母线按固定连接方式运行的变电所，每组母线上至少应有一台变压器中性点直接接地。这样，当母联开关断开少应有一台变压器中性点直接接地。这样，当母联开关断开后，每组母线上仍

46、然保留一台中性点直接接地的变压器。后，每组母线上仍然保留一台中性点直接接地的变压器。n变压器中性点绝缘水平较低时，中性点必须接地。变压器中性点绝缘水平较低时，中性点必须接地。零序电流和零序电压零序电流和零序电压的获取方法 n(1)微机保护自产：微机保护根据数据采集系统得到的三相电流值再用软件进行相加得到值。n(2)微机保护外接：如下图所示。零序电流的获取方法零序电流的获取方法n对于架空线路，可用零序电流滤过器。架空线路，可用零序电流滤过器。n对于对于电缆线路电缆线路，可用零序电流互，可用零序电流互感器（感器（TAN）来获得零序电流）来获得零序电流。零序电流滤过器零序电流滤过器n(3)零序电流滤

47、过器，其最大不平衡电流零序电流滤过器，其最大不平衡电流nKnp为短路电流非周期分量系数为短路电流非周期分量系数,采用重合采用重合闸加速时，取闸加速时，取1.52，否则取，否则取1。nKst为为TA的同型系数，相同型号取的同型系数，相同型号取0.5，不，不同型号取同型号取1；nKer为为TA的的10%电流误差，取电流误差，取0.1。n 最大外部三相短路电流。最大外部三相短路电流。 .max.max/unbnpsterkTAIK K K IK(3).maxkI零序电流互感器零序电流互感器零序电压的获取方法零序电压的获取方法1零序电压的获取方法零序电压的获取方法2三相五柱式电压互感器三相五柱式电压互

48、感器三相五柱式电压互感器三相五柱式电压互感器 n三相五柱式TV的磁路及接线n(a) 磁路 n(b)接线零序电压的获取方法零序电压的获取方法3、4n自产 3U0方式n微机保护根据数据采集系统得到的三相电压值再用软件进行矢量相加得到3U0值，在线路保护中3U0主要用于接地故障时判别故障方向。零序电压的获取方法零序电压的获取方法5零序电流保护零序电流保护n作为接地短路保护的后备保护，一般配置三段式或作为接地短路保护的后备保护，一般配置三段式或四段式零序电流保护。四段式零序电流保护。n(1)(1)零序电流零序电流段为无时限零序电流速断保护；段为无时限零序电流速断保护；n(2)(2)零序电流零序电流段为

49、带时限零序电流速断保护；段为带时限零序电流速断保护；n(3)(3)零序电流零序电流段为零序过电流保护。段为零序过电流保护。三段式零序电流保护原理接线图三段式零序电流保护原理接线图1. 无时限零序电流速断保护无时限零序电流速断保护(零序电流零序电流I段段)n无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限电流速断保护相似，靠整定零序无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。电流的大小来获得选择性。n为保证保护的动作选择性，零序电流为保证保护的动作选择性，零序电流I段段保护区不能超出本线路末端，其动作电保护区不能超出本线路末端，其动作电流按下述原则整定流按

50、下述原则整定：n(1)躲过被保护线路末端发生单相或两相躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时流过本线路的最大零序电流接地短路时流过本线路的最大零序电流，即：即：0.0.max3,1.21.3IIIoprelrelIKIK 取。n(2)躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器躲过手动合闸或自动重合闸期间断路器三相触头不同时合上所出现的最大零序电流三相触头不同时合上所出现的最大零序电流.n(3)躲过非全相运行期间振荡所造成的最大躲过非全相运行期间振荡所造成的最大零序电流：零序电流：n三个原则中取大值三个原则中取大值作为零序作为零序I段的动作电流，段的动作电流，零序电流保护零序电流保护I段的最小保护范

51、围要求不小段的最小保护范围要求不小于本线路全长的于本线路全长的15%20%，其动作时间，其动作时间为为0。0.op0.31.11.2IIIrelustrelIKIK，取。n零序零序段与电流段与电流段一样，也是按躲开线路未端段一样，也是按躲开线路未端短路整定，因此，它短路整定，因此，它只能保护本线路的一部分只能保护本线路的一部分，但由于线路的零序阻抗远较正序阻抗大但由于线路的零序阻抗远较正序阻抗大（ x0=(23.5)x1），），3I0=f(l) 曲线较陡，因此曲线较陡，因此零序零序段的保护范围比相间电流段的保护范围比相间电流段要大得多。段要大得多。另一方面由于零序电流受运行方式的变化影响小，另

52、一方面由于零序电流受运行方式的变化影响小，因此因此它的保护范围较稳定它的保护范围较稳定（由于系统运行方式变（由于系统运行方式变化时，一般变压器中性点接地数目和分布保护不化时，一般变压器中性点接地数目和分布保护不变，也即零序阻抗保护不变，所以零序变，也即零序阻抗保护不变，所以零序段受运段受运行方式变化影响小）。行方式变化影响小）。 带时限零序电流速段保护带时限零序电流速段保护(零序电流零序电流II段段) n带时限零序电流速断保护带时限零序电流速断保护动作电流动作电流的整的整定定原则与相间短路的限时电流速断保护原则与相间短路的限时电流速断保护相同相同。整定时应注意将零序电流的分流因素考虑在内。n动

53、作时限：比下一条线路零序电流I段的动作时限大一个时限级差t。3. .零序过电流保护零序过电流保护( (零序电流零序电流IIIIII段段) )n零序电流零序电流IIIIII段的作用与电流保护段的作用与电流保护段相同；但段相同；但其动作时限从其动作时限从零序网的最末级零序网的最末级开始按阶梯原则向开始按阶梯原则向电流方向推算。电流方向推算。 01maxoprelunbIKI动作电流的整定：(1)躲下一级线路出口三相短路时，流过保护的最大不平衡电流 相邻线路始端三相短路时，零序电流滤过器中相邻线路始端三相短路时，零序电流滤过器中出现的最大不平衡电流。出现的最大不平衡电流。maxunbIn在同一线路上

54、的在同一线路上的零序过电流保护零序过电流保护与相间短路的过与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护相比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点。电流保护的一大优点。零序保护相间保护方向性零序电流保护 n在变压器接地数目比较多的复杂环形网络中，为了简化整定计算及保护之间相互的配合，并保证保护的选择性，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。在零序电流保护上增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来闭锁可能误动作的保护，才能保证动作的选择性。零序方向电流保护工作原理说明图零序方向电流保护工作原理说明图(a)网络接线图；网络接线图；(b)K1点

55、短路零序网络；点短路零序网络；(c)K2点短路零序网络点短路零序网络零序电流保护零序电流保护+ 零序功率方向继电器零序功率方向继电器= 方向性零序方向性零序电流保护电流保护零序功率方向继电器的接线方式零序功率方向继电器的接线方式零序功率方向继电器的接线方式零序功率方向继电器的接线方式中性点非直接接地电网的零序电中性点非直接接地电网的零序电流保护流保护 中性点非直接接地电网的零序电流保护中性点非直接接地电网的零序电流保护 n中性点非直接接地电网（又称小接地电流系统）中性点非直接接地电网（又称小接地电流系统）发生单相接地故障时，虽然系统的中性点电位发生单相接地故障时，虽然系统的中性点电位发生变化，

56、相电压不对称，但由于故障的电流发生变化，相电压不对称，但由于故障的电流很小，而且三相线电压仍保持对称，对负荷供很小，而且三相线电压仍保持对称，对负荷供电没有影响，一般情况下允许带故障继续运行电没有影响，一般情况下允许带故障继续运行1-21-2小时，而不必立即跳开该故障线路的断路器小时，而不必立即跳开该故障线路的断路器（在危及人身、设备安全时则应立即跳闸），（在危及人身、设备安全时则应立即跳闸），但为防止事故扩大，应发出报警信号，以便运但为防止事故扩大，应发出报警信号，以便运行人员及时检查和排除故障。行人员及时检查和排除故障。中性点非直接接地电网的特点中性点非直接接地电网的特点中性点不接地系统单

57、相接地短路特点中性点不接地系统单相接地短路特点单电源多线路中性点不接地电网单相接地时电压、电流相量图单电源多线路中性点不接地电网单相接地时电压、电流相量图n故障线路的零序电流等于全系统非故障元件对地故障线路的零序电流等于全系统非故障元件对地电容电流之总和；电容电流之总和；n方向为从线路流向母线，恰好与非故障线路零序方向为从线路流向母线，恰好与非故障线路零序电流的方向相反。电流的方向相反。n在非故障线路在非故障线路WL1WL1上：上：零序电流为线路零序电流为线路I I 本本身的电容电流；方向为从母线流向线路；身的电容电流；方向为从母线流向线路；n发电机出线端的零序电流发电机出线端的零序电流：零序

58、电流为发：零序电流为发电机本身的电容电流；方向为从母线流向电机本身的电容电流；方向为从母线流向发电机。发电机。n在故障线路在故障线路WL3WL3上：上：故障线路的零序电流等故障线路的零序电流等于全系统非故障元件对地电容电流之总和；于全系统非故障元件对地电容电流之总和；方向为从线路流向母线，恰好与非故障线方向为从线路流向母线，恰好与非故障线路零序电流的方向相反。路零序电流的方向相反。中性点不接地系统发生单相接地时有以下特征中性点不接地系统发生单相接地时有以下特征n中性点不接地系统发生单相接地时，电网各处中性点不接地系统发生单相接地时，电网各处故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至故障相对地电

59、压为零，非故障相对地电压升高至电网电压，全系统中出现零序电压，大小等于电电网电压，全系统中出现零序电压，大小等于电网正常时的相电压。网正常时的相电压。 非故障线保护安装处流过的零序电流为非故障非故障线保护安装处流过的零序电流为非故障相的对地电容电流之和，方向由母线指向线路且相的对地电容电流之和，方向由母线指向线路且超前零序电压超前零序电压90度。度。n 故障线路保护安装处的零序电流为全系统其他故障线路保护安装处的零序电流为全系统其他元件非故障相的零序电容电流之和，其值远大于元件非故障相的零序电容电流之和，其值远大于非故障线的零序电流，其方向由故障线路指向母非故障线的零序电流，其方向由故障线路指

60、向母线，滞后零序电压线，滞后零序电压90度。度。n故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。相反。中性点不接地系统单相接地故障保护n根据中性点不接地系统发生单相接地时根据中性点不接地系统发生单相接地时的各种特征，这种系统可构成以下原理的各种特征，这种系统可构成以下原理的接地短路保护方式。的接地短路保护方式。n1 1、绝缘监视装置、绝缘监视装置 n2 2、零序电流保护、零序电流保护 n3 3、零序功率方向保护、零序功率方向保护 绝缘监视装置的构成及工作原理绝缘监视装置的构成及工作原理n用途：用途：利用发生单相接地故障时系统出现零序电压的特点，利用发生单相接地故障时系统出现零序电压的