继保原理课件(2013版)

1、电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理教案教案 主讲教师：穆大庆（电气与信息工程学院）1 绪论绪论 1-1 1-1 继电保护的作用继电保护的作用一、故障及不正常运行状态 I 危害 故障元件 故 障 U - 非故障元件 (各种短路) f 用户 电力系统 过负荷 不正常运行状态过电压 危害 元件不能正常工作 f - 长时间将损坏设备 系统振荡 发展成故障二、继电保护的任务 故障时：自动、快速、有选择性地切除故障元件,保证非故障系统事故 部分恢复正常运行。 不正常运行时：自动、及时、有选择地动作于信号、 减负荷或跳闸1-2 1-2 继保的基本原理和保护装置的组成继保的基本原理和保护装置的组成一、反

2、应系统正常运行与故障时电气元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理） 运行参数：I、U、Z 反应 I过电流保护 反应 U低电压保护 反应 Z低阻抗保护(距离保护) 问题：单端测量的运行参数无法区分本线路末端问题：单端测量的运行参数无法区分本线路末端d1点短点短路（内部短路）与下条线路首端路（内部短路）与下条线路首端d2点短路（外部短路）点短路（外部短路）二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理） 以A-B线路为例：规定电流正方向：保护处母线被保护线路规定电压正方向：母线高于中

3、性点1、外部d2点短路时： (包括正常运行时)2、内部d1点短路时：（双端测量原理可很好地区分内部短路与外部短路）（双端测量原理可很好地区分内部短路与外部短路）180)()()()()()(. 2. 2AAAdBBBdPUIPUI0)()()()()()(. 1. 1AAAdBBBdPUIPUI1-3 1-3 对电力系统继电保护的基本要求对电力系统继电保护的基本要求一、选择性：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。 d3点短路：6动作：有选择性； 5动作：无选择性 如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护) d1

4、点短路：1、2动作：有选择性； 3、4动作：无选择性后备保护（本元件主保护拒动时）： (1)由前一级保护作为后备叫远后备. (2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备. 二、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障(微机保护一般可做到30ms以下)。三、灵敏性：保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力（保护应该动作的情况所测电气量与保护设定门槛相差越大灵敏度）。 一般用灵敏系数Klm（或保护范围）来衡量灵敏度。四、可靠性：不拒动、不误动。 大型贵重电气设备的保护强调不拒动； 长距离、弱联系、重负荷的高压联络线的保

5、护强调不误动。 （主保护对动作快速性要求相对较高；（主保护对动作快速性要求相对较高； 后备保护对灵敏性要求相对较高）后备保护对灵敏性要求相对较高）2 2 电网的电流保护和方向性电流保护电网的电流保护和方向性电流保护2-1 2-1 单侧电源网反映相间短路的电流保护（过量保护）单侧电源网反映相间短路的电流保护（过量保护）过量保护：反映所测电气量上升而动作的保护低（欠）量保护：反映所测电气量下降而动作的保护一、过电流继电器1、电磁型过电流继电器J电磁型继电器的动作量Idz.J与返回量Ih.J一般不相等，定义返回系数：Kh= Ih.J / Idz.J（过量J：Kh 1）继电特性：继电器J无论起动或返回

6、，动作都是明确干脆的，不会停留在某个中间位置。2、集成电路型过电流继电器（主要用于（主要用于35KV35KV及以下线路的相间短路保护）及以下线路的相间短路保护）3ms延时：防止干扰信号引起的误动(干扰持续时间一般 I(3)d.B.max IIdz.2 I(3)d.c.max 取：IIdz.1= KkII(3)d.B.max IIdz.2= KkII(3)d.C.max（可靠系数：KkI = 1.21.3）3、灵敏性校验该保护不能保护本线全长。该保护不能保护本线全长。用保护范围来衡量灵敏性：max：最大保护范围.min：最小保护范围.可见L越短、Zs.max与Zs.min相差越大，则（min/

7、L）越小校验保护范围：要求（min/ L） 15% 20% LzZEKlzZEsxxIksxx1min.min1max.3/3/23由：)23(123min.max.1minsIksIkZKZLzKLl可求得：三、限时电流速断保护（电流II段） 限时电流速断保护：以较小的动作延时切除本线路全线范围内的故障1、动作电流的整定：与下条线路的电流I段配合。 即：保护范围延伸到下条线路，但不超出下条线路电流I段保护范围的末端。 即：躲开下条线路电流I段保护范围末端短路时（即流过下条线路的短路电流刚好为其电流I段整定值时），流过本保护的最大短路电流。 IIIdz.1= KkIIIIdz.2 = KkII

8、KkII(3)d.C.max 可靠系数： KkII = 1.11.2（Id中非周期分量已 衰减，故比KkI稍小） 2、动作时限的配合 为保证本线路电流II段与下条线路电流I段的保护范围重叠区内短路时的动作选择性，动作时限按下式配合： tII1=tI2+t=t （t取：0.3s0.5s）3、保护装置灵敏性的校验 对于过量保护,校验灵敏系数的计算式：（校验时电流保护的故障参数计算值：系统最小运行方式下被保护线路末端发生两相短路时，流过本保护的最小短路电流）保护的动作参数值短路时的故障参数计算被保护区内发生金属性lmK对保护1的电流II段：Klm= 要求：Klm 1.31.5 若Klm不满足要求，可

9、继续延伸保护范围使得：IIIdz.1= KkIIIIIdz.2 (与下条线路的电流II段保护配合） 同时进一步提高时限（保证重叠区内故障的动作 选择性）：tII1=tII2+t= tI3+t+t=2t四、定时限过流保护（电流III段，主要作为后备保护，对灵敏性要求高）1、动作电流的整定原则 按躲开流过保护的最大负荷电流来整定：IIIIdz Ifh.max1.min.)2(dzIIBdII 实际整定原则：考虑到其他线路故障（外部故障）被切除后电压恢复时，本线路所带电动机负荷的自启动电流大于正常负荷电流，此时保护应可靠返回，则要求： IIIIhKzqIfh.max 即要求：IIIIdz(Kzq/K

10、h)Ifh.max (自启动系数Kzq 1，取决于电动机负荷情况；继电器返回系数KhIIdz.2 电流III段保护：tIII3tIII2 d1点短路时（要求：2动作，3不动），虽然此时可能满足选择性（3不误动）； 但若出现d2点短路，则：2误动 非选择性动作。规定保护正方向：保护安装处母线 被保护线路分析可知： 被保护线路正方向短路时：保护不会出现误动； 反方向短路时：由对侧电源供给的短路电流可能造成该保护误动作，此时的功率方向：线路 母线 为防止保护误动,增设功率方向闭锁元件GJ(装于误动保护上) 正方向（母线 线路）：GJ动作启动保护 短路点位于 反方向（线路 母线）：GJ不动闭锁保护 增

11、设GJ后,双侧电源网可以按单侧电源网的三段电流保护进行配合 。二、GJ的工作原理 保护1上装设GJ,假设GJ接线方式为：加入GJ的电压 相电压（以相应相高于中性点N为正极性）电流 相电流（以母线流向线路为正极性）。则：d1点三相短路时： d2点三相短路时：设计一个直线动作边界：*正向短路时位于动作区，GJ动作 *反向短路时位于非动作区，GJ闭锁 （注：若GJ的接线方式或短路类型变化，则正向短路时 与 的相位差将变化，因此GJ的动作边界应可调整） xJUUxJII正方向）超前即(:1dJJdJJIUZIU反方向）超前即：()180(:dJJIUJUJI2)(dJJZIU1、相位比较式GJ相位比较

12、器：两输入量： 动作条件： （锐角型） 或 （钝角型）锐角型相位比较式GJ：两输入量：动作条件： 即：其中定义GJ的内角：(动作条件也可写为 ，其中： )JJJIUargDC、90arg90DC90arg270DCJJIU、iuKKarg90arg90JiJuIKUK0)cos(J90argarg90iuJJKKIU即：调 调GJ的动作边界 当 超前 的角度： 时： 垂直于动作边界，位于动作范围的正中央，GJ动作最为灵敏可靠，此时的 称为GJ的最灵敏角 ，可见： 微机保护一般不用 而用 作为GJ的整定参数， 其动作条件可写为：2、幅值比较式GJ幅值比较器：两输入量：动作条件：90arg90JJ

13、IUJUJIJJIJlmlmBA、|BAlm0)cos(lmJ幅值比较器与锐角型相位比较器的关系（互换条件）：若取： 则： 当相位比较器位于动作区，即： 即幅值比较器也位于动作区 当相位比较器位于非动作区，即： 即幅值比较器也位于非动作区当满足： 时（ 为任意相量），幅值比较器与锐角型相位比较器具有相同的动作特性。（幅值比较器与钝角型相位比较器的互换关系为： )KDCBKDCA)(;)(|90arg90BADC有：时，|90arg90BADC有：时，KDCBKDCA)(;)(KDCBKDCA)(;)(K 幅值比较式GJ：两输入量： 则两比较量： 其特性与相位比较式GJ完全相同。 三、集成电路型

14、GJ 1、相位比较式原理分析：相位比较 时间比较 当 时： 的持续时间5ms。（当夹角为钝角时，相应持续时间5ms）JJIU、JiJuJiJuIKUKDCBIKUKDCA90arg9021UU同时为负同时为正2121,uuuu秒）（005. 05021414fT2、集成电路型GJ 具体构成:3、GJ的动作特性 理想GJ动作条件: 90 J 0实际GJ: 固有起动电压Udz.J.min：电压回路形成方波电压U3所需最小电压。 固有起动电流Idz.J.min：电流回路形成方波电压U4所需最小电流。 当线路正向出口附近故障使： UJ Udz.J.min时， GJ拒作，出现电压死区 （由于故障时电流I

15、J较大，不存在电流死区）。 GJ的“潜动”问题： 在只加电压UJ或只电流加IJ时，GJ就能动作。 （零点飘移造成，是不利因素） 集成电路GJ采用“同为正”及“同为负”的持续时间皆大于5ms的“与”门输出来消除“潜动”，但同时也就增大了死区。四、相间短路GJ的接线方式 要求：(1)正方向任何相间故障: GJ动作 反方向任何相间故障: GJ不动 (2)加入GJ的UJ、IJ应尽量大, 且使正向故障的J lm 90接线方式: 线路正方向各种相间短路时,90接线方式的工作情况分析：1、正方向三相短路三相完全对称以GJA为例分析(GJB、GJC相同): （d ：线路阻抗角）当Zd 0时，UJ 0 Udz.

16、J.min ，GJ拒动，存在死区。为使GJ动作灵敏，应尽量使lm -(90-d), 即:(90-d) abJcJCcaJbJBbcJaJAUUIIGJUUIIGJUUIIGJ；：；：；：)90()arg()arg(dabcJJJIUIU2、正方向两相短路以BC两相短路为例分析：A相为非故障相，Ifh方向不定，故GJA动作情况不定(但由于IAIfh很小，A相电流元件LJA不起动，则不需考虑GJA)分析故障相方向元件GJB、GJC的情况：(为简便分析，假设故障前为空载)dCdCCdBdBBZIUUZIUUACBdSdSCBBdSBBdCdBAACBEEEZZZZEEEZZIEUUEUII212)(

17、)(2)(,(1) d(2)点位于保护安装处附近（ZdZS）)60()arg(:dcabJCIUGJCCBBAACBEUEUEUII,同理可分析AB、CA两相短路的情况 3、结论： 在线路正方向各种相间故障情况下,故障相GJ的J是在以-(90- d)为中心左右偏离不超过30的范围内。（反方向各种相间故障时,故障相GJ的J是在以180-(90- d)=90+ d为中心左右偏离不超过30的范围内） 对三相短路存在死区（保护安装处正向出口附近），但对各种两相短路不存在死区（UJ中包含非故障相电压，其值较大）。 若线路阻抗角为d ，为降低死区，应尽量使： lm -(90-d ) 即：(90-d ) 功

18、率方向元件GJ与电流元件LJ应采用按相启动原则(即相应相的GJ与相应相的LJ相“与”后作为该相出口，然后各相出口再相“或”输出）。 常规电流保护一般只采用两个方向元件（微机电流保护三个方向元件功能皆投入）。 三相短路的死区，常规保护对动作速度要求不高且由远后备切除故障造成的停电影响不大的线路可由前级线路保护作为远后备来切除；对动作速度要求高、扩大停电范围造成的影响大的线路或微机保护可利用记忆作用来消除死区（由于故障前的电压UJ0与故障后的电压UJ同相，故可用UJ0代替UJ与电流IJ比相，而UJ0的值较大，无死区）4、方向性电流保护原理接线图（以常规保护的两相式为例）五、多电源网中电流保护整定的

19、特点1、电流I段的特殊整定方法由电流I段保护整定原则：IIdz.1I(3)d1.max.E1；IIdz.2I(3)d2.max.E2若取：IIdz.1=IIdz.2= KkIMaxI(3)d1.max.E1，I(3)d2.max.E2则d1点及d2点短路，保护1、2皆不会动作。即保护的反方向短路皆不误动，故保护1、2皆不需装设GJ。 但这样整定后，原整定值较小的保护由于其整定值提高保护范围（灵敏度），所以必须在最小保护范围满足要求的前提下，才可采用这种整定方法。2、分支电路对电流II段整定的影响分支系数：(1)助增电流的影响 保护2的电流I段的保护范围末端M短路（即IBC=IIdz.2时），流

20、过保护1的电流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz IIIdz.1=KkIIIAB=KkIIIIdz.2/KfzKfz的求取：ABBCfzIIK流过的短路电流前一级保护所在线路上流故障线路流过的短路电1121 2 21SABSSSABSABBCfzZZZZZZZIIK(2)外汲电流的影响 IIIdz.1=KkIIIAB= KkIIIIdz.2/Kfz (3) 根据实际可能的多种运行方式，在电流II段整定时Kfz应按可能的最小值考虑。 六、方向元件GJ的装设(投入)原则GJ存在死区问题，一般只在必须装GJ的保护上装(投)GJ GJ装设(投入)原则：(1)所有负荷支路(对侧无电源的线路，

21、即馈线)上不装(投)GJ12122BCBMBCBMBCfzZZZZZK(2)电流I段：在保护反方向短路时，若流过保护的短路电流大于保护整定值，则该保护上必须装(投) GJ。 在双端电源线路两端的保护中，整定值较小的保护上必须装(投)GJ，整定值较大的保护不装(投)GJ。例如IIdz.1IIdz.2， 则IIdz.1I(3)d2.max,则保护1反方向短路不会误动。 若电流I段采用特殊整定方法（线路两端保护整定值相同），则两端保护皆可不装(投)GJ。(3)电流II段：在该保护反方向线路的电流I段保护范围末端以外发生短路时，若流过该保护的短路电流大于保护整定值，则该保护上必须装(投) GJ。 在双

22、端电源线路两端的保护中，整定值较小的保护上必须装(投)GJ，整定值较大的保护上可不装(投)GJ。例如： IIIdz.1IIIdz.2,则有IIIdz.1IIdz.3,即保护1电流II段反方向保护范围 不超过保护3电流I段保护范围，即保护1反方向保护范围内短 路将由保护3的电流I段动作，而保护1的电流II段不会误动）(4)电流III段：在某一母线各侧有源支路的保护中，动作时限唯一最长的保护上不装(投)GJ（考虑到误差，一般要求比其他保护动作时限长t以上），其余的必须装(投)GJ。 例如保护1动作时限唯一最长，则其反方向短路时皆由其他保护先动作跳闸，而保护1不会误动。3-1 3-1 中性点接地方式

23、及特点中性点接地方式及特点 1、中性点接地方式 2、单相接地故障时，不同中性点接地方式的特点 (1)中性点不接地系统 *无短路回路，无Id，只有经等效对地C形成的大容抗回路，故障点只有较小的IC，允许系统继续运行12h，保护不需跳闸，因此供电可靠性相对较高。 *故障相对地电压降低，但非故障相对地电压升高（若为金属性接地故障，非故障相对地电压将由正常时的相电压升高为线电压），因此对系统中设备的对地绝缘要求高。经高阻接地经消弧线圈接地不接地非有效接地小电阻接地直接接地有效接地3 3 电网接地故障的零序保护电网接地故障的零序保护(2)中性点直接接地系统 *有短路回路，有很大的Id，不允许系统继续运行

24、，保护必须立即切除故障，供电可靠性相对较低。 *由于中性点对地电压被钳制为0，则各相对地电压不会超过相电压(或超过不多)，因此系统中设备的对地绝缘要求不高。3、不同中性点接地方式的应用特点由于110kV以上系统，其设备费用将随着对地绝缘要求的提高而大幅增加，因此我国规定110kV及以上系统采用中性点直接接地系统（其供电可靠性可通过其他措施来保证，例如采用双回线供电、环网供电等）； 110kV以下系统采用中性点非直接接地系统（不接地系统） 。当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，若故障点对地电容电流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，则可在中性点增设消弧线圈（或高阻）来降低IC 。3-2

25、3-2 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护（用于电流及方向保护（用于35kV35kV及以下电网）及以下电网）一、零序分量的滤取 1、零序电压的滤取:cbaUUUU03cbaIIII032、零序电流的滤取:二、中性点不接地电网中单相接地故障的特点 以线路II上A相金属性接地故障为例：(忽略线路上阻抗压降) 1、零序电压： ACCDABBDADEEUEEUU 0AACABCDBDADCBAEEEEEUUUUEEE3300则：又：2、零序电流： 各元件对地电容电流：各元件出口处所 测零序电流：* 非故障元件： * 故障元件：（C

26、：系统所有元件对地电容的总和） 003)(3UCjUUUCjIIIIICDBDADICIBIAII0033UCjIIIII0033UCjITT000333UCjIIIII000333UCjIITTT000003)(3)()33(3UCCjUCCjIIIIITITIII3、结论：(1)系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 (2)流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 方向：母线 元件（ ：90） (3)流过故障元件的零序电流等于全系统所有非故障元件对地电容电流的总和。 方向：元件 母线（ ：90）三、中性点不接地电网中单相接地保护（一般只发信号） 1、绝缘监视装置 (1)系统正

27、常及相间短路时： UJUbp Udz.J 装置延时动作于发信号。 * 此装置可确定故障相别， （UA0，UBUC EX ）* 但无法确定故障线路，无选择性。 需由运行人员手动依次短时拉开各线路QF加以判断（或按接地检查按钮，短时跳开QF，再由重合闸重合），若接地信号短时消失，则接地故障点位于本线路上。（要求不高且出线少的变电所，仅装设绝缘监视装置即可） 32、零序电流保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路时：3I00 其他线路单相接地时：3I0Cb3EX (小) 本线路单相接地时：3I0(CCb)3EX (大) 保护整定动作电流：IdzKKCb3EX 灵敏系数： (出线越少CKlm)3、零序

28、功率方向保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路：3U00 3I00 GJ0不动 单相接地时的非故障元件： ：90GJ0不动 单相接地时的故障元件： ：90 GJ0动作 保护中只有方向元件GJ0，无电流启动元件LJKlm bKbXbKXblmCKCCECKECCK)(33)(min.min.0033IU超前0033IU超前四、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点 1、零序电压：同中性点不接地电网 系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压2、零序电流： 消弧线圈L的作用：降低单相接地时故障点的接地电流。 故障点总电流： )13(3000. 0LCUjLjUUCjIIILCdAEU33

29、0三种补偿方式： 完全补偿：3C=1/(L) IC.=IL Id0.0 但在系统正常运行时，若线路断路器分合操作时三相触头不同时闭合或雷击等则将造成一个零序分量电压源串在回 路中串联谐振很大的谐振电流 中性点过电压。 故不能采用完全补偿。 欠补偿：3C1/(L) IC.IL 当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）C 3C=1/(L) 谐振过电压，不宜采用。 过补偿：3C1/(L)IC.IL ,相当于L不起作用（同中性点不接地电网）。 因此，可构成反映高次谐波（一般为5次）的零序电流及零序方向保护。 高次谐波接地保护的不足： 谐波分量较小，不易测量； 谐波分量大小与许多因素有关，不易确定

30、，使整定困难； 出线较少时，Klm低。 (3)反映暂态电流的保护 设线路II上A相接地： 暂态过程中：* 消弧线圈中iL0 (电感中电流不能突变) * A相对地电容直接放电，放电电流不经电源，回路中阻抗小，时间常数小，放电电流振荡频率高（几千Hz），衰减快。* B、C相对地电容经电源回路充电。充电电流经过电源，回路中阻抗大，时间常数大，充电电流振荡频率低（几百Hz），衰减慢。 因此，在暂态过程中（首半波），主要是B、C相电容的充电电流，而A相电容的放电电流和消弧线圈的电感电流基本不起作用，类似于中性点不接地电网。 故可构成反映暂态分量的零序电流及零序方向保护。不足：暂态分量不易测量，且需要自保

31、持； 当相电压瞬时值过零点附近发生该相接地故障时，暂态分量不能区分故障元件与非故障元件； 出线较少时，Klm低。(4)其他方法：注入法；有功分量法；负序分量法；相间工频变化量比较法；零序导纳法；能量法；小波变换法等。（在电缆出线特别多的情况下，一般可采用小电阻接地方式，一旦某条电缆单相接地，则形成短路电流，直接切除该电缆线路，而供电可靠性采取其他方式保证） 3-3 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、电网中发生接地短路时零序分量的特点 规定正方向：零序电流：母线线路； 零序电压：线路高于大地）(1)故障点零序电压最高， 距故障点

32、越远，零序电压越低；零序电流分布取决于零序网。(2) 某点零序电压U0取决于该点至接地中性点的零序阻抗， 零序电流I0超前零序电压U0：(180-d0)， 零序功率实际方向：线路母线（与正序相反）。(3)零序分量受系统运行方式变化的影响小（零序网基本不变）20001000) () (TBTAZIUZIU；二、零序电流速断保护（零序电流I段）1、动作电流整定原则：(1) 躲开下条线路出口 处(即本线末端)接地短路时, 本保护所测的最大零序电流： IIdzKkI3Id0.bm.max （KkI：取1.21.3）(2) 躲开QF三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流： IIdzKkI3I0.btq

33、若保护动作时限ttQF，可不考虑此条件(例如在手动合闸或自动重合闸时，使保护带0.1s的小延时)(3) 当线路具有单相重合闸时（例如220kV及以上线路），躲开非全相运行状态下系统又发生振荡时所出现的最大零序电流： IIdzKkI3I0.fqx （其值较大Klm） 对具有单相重合闸的线路可设置两个零序电流I段： * 灵敏I段：按条件(1)或(2)整定 （动作值小，灵敏度高） * 不灵敏I段：按条件(3)整定 （动作值大，灵敏度低） 系统全相运行时： 灵敏I段起作用 （单相故障时保护首次动作由灵敏I段切除）。 系统非全相运行时（保护已首次动作跳开故障相QF）： 灵敏I段退出（即被闭锁），不灵敏I

34、段起作用 （若重合闸重合于永久性故障上，保护由不灵敏I段再次切除；若不灵敏I段动不了，则只能由带延时的II段或后备保护切除）2、保护范围： 零序电流I段也不能保护本线路全长， 但保护范围比相间短路电流I段大3、动作时限一般设定为：tI=0s相差小，曲线曲线大，曲线陡minmax0Z三、零序电流限时速断保护（零序电流II段）1、整定原则：与下条线路的零序电流I段配合。 动作电流整定：躲开下条线路零序电流I段保护范围末端接地短路时（即流过下条线路的零序电流刚好为其零序电流I段整定值时）流过本保护的最大零序电流。IIIdz.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2 /Kfz.min Kk

35、II：取1.11.2； 分支系数Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。动作时限：tII1tI2+tt （ t一般为0.30.5秒） 2、校验灵敏度： 要求：Klm1.5 （3Id0.bm.min：本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流） 若Klm不满足要求，采用以下方式解决： (1)本线路零序电流II段与下条线路的零序电流II段相配合： IIIdz.1KkIIIIIdz.2 /Kfz.min ； tII1tII2+t2t（若保护装置具有足够多的设置段，可保留与下条线路零序电流I段配合的零序电流II段）(2)改用接地距离保护 dzIIbmdlmIIKmin.

36、 03四、零序过电流保护（零序电流III段）1、整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时所测的最大不平衡电流： IIIIdzKkIII3I0.bp.max 实际整定：为可靠地防止越级跳闸，本线路零序电流III段与下条线路的零序电流III段配合，即本保护零序电流III段的保护范围不超出下条线路零序电流III段的保护范围末端，即： IIIIdz.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2） 动作时限按“阶梯原则”配合. （保证各级线路保护的动作选择性） 由于零序电流不会穿越Y/接线的变压器T，因此安装在受端T上的零序电流III段保护可以瞬动，即零序电流III段是以受端T为

37、时限配合起点（相间短路电流III段是以整个电网终端负荷支路为时限配合起点）。 零序网范围 正序网范围 零序电流III段动作时限 IIdz.3 ,保护3的I段会误动 若 tIII2 tIII3， 保护3的III段会误动 d2短路：若 IIdz.3 IIdz.2 ,保护2的I段会误动 若 tIII3 tIII2， 保护2的III段会误动 为防止误动，在可能误动的保护上增设零序功率方向元件GJ0 （规定保护正方向：安装处母线被保护线路） 通常加入GJ0的 以高于大地为正极性； 以母线线路为正极性。03I03U 保护正方向接地短路时： 超前 ：(180- d0) 则GJ0的最灵敏角应为：lm =(18

38、0- d0) 例如d0 =70，则lm取为110 保护越靠近接地短路点，3U0越大， 则零序电流保护的零序电流保护的GJGJ0 0不存在死区。不存在死区。03U03I2、三段式方向性零序电流保护的原理接线： 六、对零序电流保护的评价1、优点： (1) 相间短路的电流III段：IIIIdz Ifh.max (大) 零序电流III段： IIIIdz Ibp.max (小) 故：零序电流III段Klm 零序网 Zdz 保护不动作； ZJ Zdz 保护动作 特点：* 故障时：即反映U,又反映IKlm * 系统运行方式变化时，ZJ不变，故不受运行方式 变化的影响 （主要用于（主要用于110KV110KV

39、及以上线路）及以上线路） JJJIUZ二、三段式距离保护基本配置原则I段：ZIdz.1=KIkZAB ； ZIdz.2=KIkZBC （KIk取0.80.9） tI = 0s II段：ZIIdz.1=KIIk(ZAB+ZIdz.2) (KIIk取0.80.9) tII1= tI2+t =t （t取0.30.5s）III段：ZIIIdz Zfh.min tIII按阶梯原则配合 三、三段式距离保护基本逻辑框图 4-2 4-2 阻抗测量元件（阻抗继电器）阻抗测量元件（阻抗继电器）ZKJZKJ 一、ZKJ基本概念 一次阻抗与二次阻抗的折算：TVTAdTABCTVBJJJnnZnInUIUZ/)( 动作

40、条件为 ZJ Zdz（即|ZJ| Idz的电流测量元件在相量平面上的动作特性边界相当于以坐标原点为圆心，以|Idz|为半径的一个园，圆外为动作区，圆内为非动作区） 阻抗测量元件为满足某些特殊性能（例如为减小过渡电阻Rg的影响或为使阻抗元件本身具有方向判别功能等），其在阻抗平面上的动作边界往往不一定为全阻抗园，而是设计为其他形式的圆（或透镜形、苹果形、多边形等）。三种常用的圆特性ZKJ： 3个阻抗概念： * 测量阻抗ZJ：加入继电器的电压 与电流 的比。 * 动作阻抗Zdz.J：在某个角度方向上刚好使ZKJ动作时，加入ZKJ的电压 与电流 的比。 * 整定阻抗Zzd：在最灵敏角lm方向（特性圆直

41、径正方向）上的动作阻抗（即最大动作阻抗）。 JUJIJUJI二、圆特性ZKJ的动作特性分析 1、全阻抗ZKJ 以阻抗平面的坐标原点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径的一个圆。ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角J无关，无方向性。(1) 幅值比较式 动作条件：|ZJ| |Zzd| 即： 动作条件为 的幅值比较 器的两比较量：)(JJJZIU|zdJJZIU|BAJzdJUBZIA；(2) 相位比较式 动作条件： 即： （或： ） 动作条件为 的钝角 型相位比较器的两比较量：（当 时，幅值比较器与钝角型相位比较器具有相同的动作特性）90arg270zdJJzdJJZIUZIU90arg270DC

42、zdJJzdJJZIUDZIUC；KABDKABC)()(；90arg90JzdJJzdJUZIUZI90arg270zdJzdJZZZZ2、方向阻抗ZKJ 以整定阻抗Zzd为直径，且过坐标原点的一个圆。 ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与J有关，具有完全方向性。 (1) 幅值比较式 动作条件： 即： 动作条件为 的 幅值比较器的两比较量：(2) 相位比较式 动作条件：|21|21|zdzdJZZZ|21|21|zdJzdJJZIZIUzdJJzdJZIUBZIA2121；|BAzdJJJZIUABDUABC；90arg270zdJJJZIUU3、偏移特性ZKJ 正方向整定阻抗为Zzd时，向反方

43、向偏移一个Zzd ( 05ms6端7端：相“或”输出 不拒动为主时采用。若由于干扰等因素导致u2 的波形下漂(红色),则： u1正u2负的宽度 u2正u1负的宽度 则经5ms延时后，只有 u1正u2负的方波存在， 即存在的方波周期为20ms, 因此必须展宽20ms才能输出连续高电平，保证可靠动作。90arg270IIIUU6端8端： 相“与”输出 不误动为主时采用。当u1,u2相角差小于90度，即处于不该动作的情况，若因干扰使u2波形下漂，则u1正u2负的宽度，u6产生周期为20ms的窄方波，由于仅展宽10ms,则展宽后的波形并非连续高电平，再经12ms延时，则将漂移造成的周期为20ms，宽度

44、已展为10ms左右的误动方波消除。（例如穿越功率较大的弱联络线，误跳闸将会造成两侧系统的严重振荡，则采用这种相“与”输出方式）4-3 ZKJ4-3 ZKJ的接线方式的接线方式 一、对接线方式的基本要求 (1) ZJ 短路点到保护安装处间的距离 (2) ZJ应与故障类型无关（保护范围不随故障类型变化） 二、反映相间短路ZKJ的0接线方式 0接线方式 1、三相短路 由于三相对称，三个ZKJ情况相同，以ZKJ1为例： ZJ1能反映 l 而正确动作。（z1：线路单位正序阻抗；l：短路点至保护安装处距离）acJcaJcbJbcJbaJabJIIIUUZKJIIIUUZKJIIIUUZKJ；：；：；：32

45、1lzIIlzIlzIUUBABAABJ111)(lzIIUIUZBAABJJJ11)()(1lzIlzzIlzIlzIlzIIlzIlzIlzIlzIUAMLAMALAMCBLAMCMBLAA2、两相短路 以AB两相短路为例 ZKJ1： ZKJ1能反映 l 而正确动作 ZKJ2： （ 包含非故障相电压） ZJ2 ZJ1，不能正确反映z1l ，ZKJ2可能出现拒动。 ZKJ3：情况同ZKJ2 为确保保护正确动作，三个ZKJ出口采用“或”逻辑。 lzIIlzIlzIUUBABAABJ111)(lzIIUIUZBAABJJJ11)2|(|BBABCBBACBIIIIIIIIII；且：|ABBCUU

46、由于：|BCU3、中性点直接接地电网中的两相接地短路 以AB两相接地短路为例 ZKJ1： ZKJ1能反映 l 而正确动作 ZKJ2： ZJ.2 ZJ.1，不能正确反映z1l ，ZKJ2可能拒动。 ZKJ3：情况同ZKJ2lzIIUIUZBAABJJJ11 .|BACBIIII且：|ABBCUU由于：lzIlzIlzIUMCMBLAAlzIlzIlzIUMCMALBBlzIIlzzIIlzIlzIlzIlzIUBAMLBAMALBMBLAAB1)()( 因为保护区内两相或两相接地故障时，只有一个相应的ZKJ能正确动作。为了反映各种相间故障必须采用三个ZKJ（分别接于不同的相间），且三个ZKJ的出

47、口采用“或”逻辑。 三、反映接地短路ZKJ的零序电流补偿接线方式 单相接地短路时（A相接地）： 故障相电压UA,故障相电流IA 对ZKJ1：假设： 可行性分析： 将故障点电压 与流过保护的故障相电流 分解为对称分量： AJAJIIUU；dAUAI保护安装处A相电压的各序分量：（z1 ：线路单位正序(负序)阻抗；z0 ：线路单位零序阻抗） 保护安装处A相电压： 不能正确反映z1l0021dAdAdAdAUUUU021AAAAIIIIlzIUUAdAA1111lzIUUAdAA1222lzIUUAdAA0000021AAAAUUUUlzIlzIlzIUUUAAAdAdAdA001211021lzI

48、lzIlzIlzIlzIlzIlzIlzIAAAAAAAA0010101211001211lzzIlzIIIAAAA)()(1001021lzzzzIIA11100)33(lzlzIIzzzIUIUZAAAJJJ1101101 .)331 (则：正确的接线方式（零序电流补偿接线方式）： 其中零序电流补偿系数： （K为常数，取决于线路参数） 由于单相接地故障时，只有一个ZKJ可正确动作，因此必须采用三个ZKJ（分别接于不同相），且三个ZKJ的出口采用“或”逻辑。 （由于接线方式不同，距离保护分相间距离与接地距离）030201333IKIIUUZKJIKIIUUZKJIKIIUUZKJCJCJBJ

49、BJAJAJ；：；：；：1103zzzK4-4 4-4 方向阻抗方向阻抗ZKJZKJ应用特点及实用集成电路型应用特点及实用集成电路型ZKJZKJ一、方向阻抗ZKJ的死区及消除死区的方法 保护安装处正方向出口各种短路时： 残余电压：Ucy0 UJ0 ZJ0, ZKJ拒动，出现死区。 减小和消除死区的方法：1、采用记忆作用 对于相间短路的两故障相间电压或单相接地短路的故障相电压，由于故障前电压UJ0与故障后电压UJ同相位，可用记忆的UJ0取代UJ，而UJ0较大，则不再有死区。 (1)常规的谐振记忆回路 在电压回路中利用电容C和电感L形成工频串联谐振电路。系统稳态时，UR反映UJ0（同相位） 当保护

50、出口短路时，UJ0， 回路谐振谐振电流IR UR = IRR 0（记忆作用） 一般按回路自由振荡频率经几个周波才衰减为0 利用此电压的记忆作用可消除死区。 (2)集成电路保护采用高Q（品质因数）值50HZ有源带通滤波器形成记忆。 高Q值50Hz有源带通滤波器具有记忆作用。Q=5，可记忆45个工频周波。 (3)微机保护利用内存中保存的故障前的电压采样值2、引入非故障相电压（该方法不能消除三相短路的死区） 两相短路时，故障相电压，非故障相电压仍很高，故 引入非故障相电压可消除两相短路的死区。（但引入量 后不应改变原相量的相位） 方向阻抗ZKJ原动作条件（以接于BC相间的ZKJ为例）： 引入非故障相

51、电压后动作条件：3、装设辅助保护（如：按同时躲过下条线路出口短路和反向出口短路的短路电流的特殊整定方法整定的电流速断） 90)(arg270zdCBBCBCZIIUU90)(arg27090zdCBBCjABCZIIUeUU二、记忆作用对ZKJ特性的影响 方向阻抗ZKJ动作条件： 采用记忆回路后，动作条件： （ ：故障前母线电压） (1)保护正方向短路时的暂态特性 动作条件：90arg270zdJJJZIUU0fhU90arg2700zdJJfhZIUUSJJZIUESJJJZIZIE即：SJJZZEI则：EZZZZZZIZIUSJzdJzdJJzdJJ)(则：90arg2700EUZZZZf

52、hzdJSJ 基本同相位（若短路前为空载: ） 动作条件： 此动作特性为向第三象限扩大 且包含原点的圆（相当于偏移特性） 可消除正方向短路时的死区， 且容许过渡电阻Rg的能力提高。(2) 保护反方向短路时的暂态特性 动作条件：/SJJZIEUEUfh与0EUfh090arg270zdJSJZZZZ/SJJJZIEZI即：/SJJZZEI则：/)(EZZZZZZIZIUSJzdJzdJJzdJJ则：90)arg(270/0/EUZZZZfhzdJSJ 动作条件： 此动作特性向上移至第一象限内部 的一个圆（相当于抛圆特性）, 而此时ZJ =Zd, 位于第三象限（特性圆外），故ZKJ不会误动。 三、

53、实用集成电路型方向阻抗ZKJ构成框图 基本同相位与/0EUfh90arg270/zdJSJZZZZ4-5 4-5 影响距离保护正确工作的因素及防止方法影响距离保护正确工作的因素及防止方法一、短路点过渡电阻Rg对距离保护的影响 1、Rg的性质 接地短路的Rg 相间短路的Rg 接地短路Rg：基本不随时间t变化 相间短路Rg：t Rg （主要是电弧电阻） 2、双侧电源线路上Rg的影响 若BC线路出口附近经Rg短路： /dddIIIgdddBRIZIU/)(gddABdARIZZIU)(/)(若Zd很小，尤其当角为负时，保护可能出现： 保护1，2的I段皆不动作，而由保护1的II段动作，失去了选择性。*

54、保护距短路点越近，受Rg影响越大。*保护整定值越小(如短线路距离保护)，受Rg影响越大。；jgddddBJeRIIZIUZ/)(2jgdddABdAJeRIIZZIUZ/)(1的角度）超前/:(ddII3、Rg对不同动作特性ZKJ的影响 保护范围内经Rg短路时： ZJ=Zd+Rg Rg Rg1,透镜型阻抗ZKJ开始拒动 Rg Rg2,方向阻抗ZKJ开始拒动 Rg Rg3,全阻抗ZKJ开始拒动 ZKJ动作特性在+R轴方向所占面积越大， 受Rg影响越小。 4、防止Rg影响的措施 (1)采用能容许较大Rg而不致拒动的ZKJ （动作特性在+R轴方向所占面积较大）(2)采用瞬时测量保持功能（只针对相间距

55、离II段） 对于相间短路，Rg主要是电弧电阻，该Rg是逐渐增大 的，在短路初瞬间其值很小。 对反映相间短路的距离 II段利用瞬时测量功能保 持短路瞬间保护动作状态。 （距离I段本身是瞬时动作；距离III段动作特性圆很大,不受电弧电阻Rg影响） (3)采用交叉极化阻抗继电器（多相补偿式ZKJ）(4)采用微机保护装置（利用微机对不同时刻的采样值的运算来消除Rg的影响） 二、系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路 系统振荡(同步振荡或异步运行) I，U Z 距离保护可能误动 1、系统振荡时的测量阻抗分析 以双侧电源辐射网为例:（因三相对称，只分析单相） 振荡时， 绕 摆动或旋转（ 与 的夹角在 间变

56、化） (其中h =EN/EM )。 MjMNMMMMMMMMJZZheZZEEEZIEIZIEIUZ11)(.NEMEMENE3600若 EM=EN（即：h=1），则： 变化 ZJ.M沿着直线OO变化，振荡中心位于全系统的（Z/2）处。若振荡中心在本保护动作特性区内，则本保护可能出现误动。 221)21(11.ctgZjZZZZeZMMjMJZjZZZMMJ21)21(0.时，)21(180.MMJZZZ时，ZjZZZMMJ21)21(360.时，系统振荡时，测量阻抗是周期性地进入和穿出动作特性圆对于相同Zzd的ZKJ，在系统振荡时： 全阻抗ZKJ误动区方向阻抗ZKJ误动区透镜型ZKJ误动区

57、一般而言：ZKJ动作特性沿OO方向所占面积越大，受系统振荡的影响越大。设：ZJ.M经过误动区的时间：twd. 若保护动作延时： t twd.（1.5S）， 则可躲过振荡的影响。（如距离III段） 2、振荡与短路的主要区别 振荡短路I,U幅值始终随周期性变化 短路后(不计衰减)：I,U幅值不变=180时最严重(I最大，U最低) 短路瞬间最严重电流I、电压U、阻抗Z为缓变 故障前后，I、U、Z为突变U,I夹角随变化 U,I夹角不变（为线路阻抗角d）三相对称 不对称短路：三相不对称（对称短路：初瞬间不对称） 3、振荡闭锁回路工作原理：(1) 利用负序(和零序)分量元件启动保护的振荡闭锁功能 系统正常

58、及振荡时： 无负序及零序电流分量（增量），保护不启动 系统不对称故障时： 有负序或零序电流分量（增量），保护启动并自保持 系统对称故障时： 初瞬间有负序或零序分量（增量），保护启动并自保持 （自保持时间一般为10s左右） 负序过滤器： )(311201202 .jcjbaaeUeUUU(利用负序、零序电流启动元件虽然可以构成振荡闭锁功能， 但是在振荡时又发生外部故障或外部故障时又出现振荡的 情况下，可能导致振荡闭锁失败) (2)反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路 保护范围内故障： ZI，ZII，ZIII几乎同时启动， 则允许保护动作跳闸。 振荡时：测量阻抗ZJ 先进入ZIII圆， 再进ZII圆

59、，启动ZII 再进ZI圆，启动ZI 则闭锁距离I、II段。 ZIII先启动，在ZI、ZII尚未启动时，由“&”门经0.5s展宽将ZI、ZII闭锁。 (由于III段动作时限较长， 大于ZJ进入误动区时间twd， 故III段不需振荡闭锁) *延时30ms的作用：防止区内故障时， ZIII与ZI、ZII启动稍有先后造成误闭锁。 *展宽0.5s（500ms）的作用：在振荡初期，振荡周期一般较大，ZJ进入动作区时，ZIII与ZI、ZII启动的先后间隔在30ms以上，可确保ZIII将ZI，ZII闭锁。但随着振荡发展，振荡周期缩短，ZIII与ZI、ZII启动的先后间隔可能小于30ms，造成闭锁失败。为防止此

60、情况，对闭锁信号展宽0.5s，在振荡初期，振荡闭锁回路动作后，使振荡闭锁信号自保持0.5s（大于振荡后期周期缩短后的半个振荡周期，在此期间ZI、ZII被闭锁），保证在振荡周而复始的过程中始终有一个持续的振荡闭锁信号。 三、分支电流的影响及分支系数 保护1测量阻抗： 分支系数Kfz=IBC / IAB 助增电源情况： 可见ZJ1在Zzd已定的情况下，保护范围 外汲电流情况： 可见ZJ1在Zzd已定的情况下，保护范围 dfzABdABBCABABdBCABABABAJZKZZIIZIZIZIIUZ)(111SbSaABfzZZZK122BCdBCfzZZZK4-6 4-6 距离保护整定计算原则及对