电力系统继电保护 教案全套 刘学军 第1-10章 绪论-微机保护软件原理

电力系统继电保护课程教案第31页课程教案（学年第2学期）课程名称：电力系统继电保护授课学时：48授课班级：任课教师：课程编号授课班级电气工程及其自动化20-1、2学生人数90课程名称电力系统继电保护课程类型学科基础课（）；专业方向课程（√）；公选课程（）；授课方式理论（√）实验（√）实习（）考核方式考试（√）考查（）课程总学时48学分3学时分配课堂讲授40学时；实验课程8学时教材名称电力系统继电保护（第二版）教学参考书1．主编.电力系统继电保护.机械工业出版社，20122．主编.电力系统继电保护学习指导.中国电力出版社，20163．贺家李等编.电力系统继电保护原理（第五版）.中国电力出版社，20184．张保会，尹项根主编.电力系统继电保护原理.中国电力出版社，20235．主编.继电保护原理（第三版）.中国电力出版社，20236．江苏省电力公司编电力系统继电保护原理及实用技术，中国电力出版社，2006授课教师职称教授电气部电气工程授课时间年3月3日第1周第1次课年月日教学时数2章节：第一章绪论教学目的及要求：1.了解电力系统继电保护的任务、作用2．理解继电保护的基本要求3．了解继电保护装置工作原理、构成及分类。教学重点：继电保护的基本要求教学难点：理解继电保护四性即选择性、速动性、灵敏性和可靠性之间的辩证关系。建立主保护、后备保护、辅助保护的基本概念。教学手段：多媒体课件教学方法：教师启发式讲述，关键问题和学生共同讨论解决，对于较好理解的部分，如教学目的3可以学生自学为主，教师辅导。作业（习题）：1-3；1-4；1-5教学内容提要（教学过程）时间分配（min）教学过程设计第一节电力系统继电保护的任务和作用电力系统的故障及不正常工作状态继电保护装置继电保护装置的基本任务2．第二节对继电保护的基本要求（1）选择性；（2）速动性；（3）灵敏性（4）可靠性3．第三节继电保护的工作原理、构成及分类（1）继电保护工作原理（2）继电保护装置的分类即构成1）机电型；2）静态型；3）继电保护装置构成4．继电保护课程的特点1055151020101051.由电力系统故障引出继电保护装置，引出继电保护装置的基本任务。2.对继电保护基本要求主要讲述清楚选择性，其它三性好理解。3.继电保护工作原理用过流保护的模型说明，继电保护装置以机电型为基础，以整流型为主，以微机型为发展研究方向4.课程特点讲清首先要有预备知识，同时注意理论和实践并重。第1章绪论第一节电力系统继电保护的任务及作用一、电力系统故障及不正常运行状态电力系统短路故障引起严重后果，发生短路后1.损坏电器设备，缩短使用年限。2.部分地区电压下降，影响供电电能质量。3.影响系统稳定性，扩大事故，瓦解系统。二、继电保护装置由继电器构成的一种自动装置，“继电保护”一词即可指继电保护技术或由继电保护装置组成的继电保护系统。三、保护装置任务1.切除故障元件，保证其它非故障元件迅速恢复正常运行。2.反映电气元件不正常工作状态。3.与其它自动装置配合，提高电力系统运行的可靠性。第二节对继电保护装置的基本要求四条：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1.选择性G7G75318962TK3K1K4ABCDWL5WL1WL3图1-1单侧电源网络中有选择性动作的说明实现选择性：点短路动作，跳闸。点短路和动作，和跳闸。2）后备保护：如故障即短路，拒动，则由动作，跳闸切除故障线路，故称为后备保护，因在远处实现又称为远后备保护。3）主保护：一般把反映被保护元件严重故障，快速动作于跳闸的保护装置称为主保护，而把在主保护系统失败时备用的保护装置称为后备保护。2.速动性快速切除故障可以提高电力系统稳定性，故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和。快速保护动作时间，最快有一般断路器动作时间，最快有3.灵敏性（最小灵敏性）根据保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力，在规定的保护范围内发生故障，不论各种情况下都能敏锐感觉，正确反应。通常用灵敏系数反应。4.可靠性在规定保护范围内发生它应动作的故障时不拒动，而在任何其他该保护不应该动作时不错误动作。以上四条基本要求，选择性是关键，灵敏性必须足够高，速动性达到必要即可，最重要的是保证可靠性。第三节继电保护的工作原理，构成分类一、继电保护的原理根据电力系统故障后电气量变化特征构成各种继电保护。（1）构成电流保护，构成电流速断保护。（2）构成低电压保护，电压速断保护。（3）与之间相角变化构成功率方向保护。（4）测量阻抗变化构成距离保护（5）被保护元件两端电流相位、大小变化构成差动保护。根据反应非电气量的保护如气体（瓦斯）保护、过热保护等。二、继电保护装置的分类及构成（1）分类数字型（微机保护）图1-2模拟型继电保护装置原理框图如线路过电流保护装置单相原理框图如图1-3图1-3线路过流保护单相原理接线图（2）数字型微机保护如图1-4多路模拟量输入计算人机对话接口机系开关量输入统开关量输出 外部通讯接口图1-4微机继电保护硬件部分原理框图主要由五部分组成：1．数据采集系统（模拟量输入系统）包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能。完成将模拟量转换为数字量。2．微机主系统包括微处理器、只读存储器、随机存储器、定时器及并行口等。3．开关量输入输出通道。由若干并行口、光电耦合器件及中间继电器组成。4．通讯接口。包括通讯接口电路及接口。5．电源。供给微处理器、数字电路、模拟转换芯片及继电器所需弱电电压。第1周第2次课2009年3月4日教学时数1章节：第2章2.1.1互感器教学目的及要求：理解互感器工作原理、误差、准确度级和额定容量，掌握互感器极性和接线方式及使用注意事项。了解电磁型继电器结构及工作原理教学重点：1.用向量图、等值电路分析互感器的极性、误差、准确度级、额定容量2．保护用电流互感器的四种接线。引入保护装置接线系数。教学难点：1.的10%误差即允许二次负荷阻抗；2.的接线及接线系数3.的接线，电压变比。教学手段：板书，手工绘图教学方法：教师启发性讲述，重点内容和学生一起讨论，提问，等互动和学生交流学习。作业（习题）：2-1，2-6，2-8，2-12教学内容提要（教学过程）时间分配备注电流互感器（1）工作原理（2）误差（3）准确度级和额定容量（4）极性及接线（5）使用注意事项2．电压互感器（1）工作原理（2）误差（3）接线3．、使用注意事项4.继电器介绍20555502055551、互感器主要讲TA的工作原理及接线。讲清楚TA的接线系数。2、继电器主要分析电磁型电流继电器，理解继电器的动作电流，返回电流的物理意义。其他继电器自学。3、讲清楚继电器的文字符号和图形符号，继电器常开、常闭接点,延时接点。教后记：2.1.1互感器及变换器一、电流互感器（）工作原理同变压器，相当于工作在短路情况下的小容量升压变压器。电流变比：图2-1原理图图2-2等值电路图2-3相量图2.误差eq\o\ac(○,1)电流误差eq\o\ac(○,2)相位误差3.准确度级和二次额定容量准确度级有0.2、0.5、1、3、10、。其对保护级（过流保护用，差动保护用，、）与测量级不同。由10%误差曲线查的最大允许负荷，则，准确度级和误差限值如表2-1（页）图2-4为10%误差曲线，为电流互感器的一次电流倍数。由查图2-5，用10%误差曲线确定互感器二次负荷。图2-410%误差曲线图2-5用10%误差曲线确定互感器二次负荷KK图2-7电流互感器极性表示及向量图图2-6电流互感器二次回路接线系数4.极性及接线方式（1）极性（减极性标示）（2）接线保护拥有四种接线1）单相式接线2）两相电流差接线3）二相星形接线4）三相星形接线图2-10完全星形接线两相星形接线2-9两相电流差接线（1）当采用两相电流差接线时：1)正常或三相短路2）两相短路3）、两相短路图2-11不完全星形接线（2）三相完全星形接线，各种短路情况下（3）二相不完全星形接线，各种短路情况下保护装置二次动作电流为：5．电流互感器接线及应用（1）在小接地电流系统6~10kV采用两相不完全星形接线。（2）在110及以上或变压器保护中采用三相星形接线。（3）在6~10线路及高压电动机采用两相电流差接线。6．（1）二次侧不允许开路；，在二次绕组产生过电压。（2）二次侧一端必须接地，防止高压窜入二次侧。（3）连线注意端子的极性。二、电压互感器（）1、电磁式电压互感器1工作原理同变压器，相当于工作在空载状态下的小容量升压变压器。图2-13等值电路图2-14相量图1）变比：2)电压误差：3)角度误差：4)电压互感器接线方式eq\o\ac(○,1)单相式eq\o\ac(○,2)两个单相eq\o\ac(○,3)三个单相接成星形eq\o\ac(○,4)三个单相三绕组接成（开口三角形）。其变比为2．使用注意事项（1）二次侧不允许短路；（2）一次和二次侧必须装置熔断器保护；（3）二次侧必须接地；（4）连接时注意极性。图2-15三个单相三绕组接成（开口三角形）接线第1周第2次课2009年3月10日教学时数1章节：第2章一、复习前课主要内容二、变换器教学目的及要求：理解变换器的工作原理，了解其结构。教学重点：电抗变换器；教学难点：电抗变换器的工作原理、特性、参数转移电抗的物理意义。教学手段：板书，手工绘图教学方法：重点内容启发式讲授为主，对于部分内容如其他分量滤过器学习采用以教师辅导学生讨论自学形式。作业（习题）：2-6；2-8；2-12教学内容提要（教学过程）时间分配（分钟）备注前课回顾电压变换器电流变换器电抗变换器本次课小结101010105静态继电器、微机继电器需要弱电信号输入，并与强电隔离，因此需要电量变送器把电流互感器、电压互感器输出的强电信号转换为弱电型号。电流变换器、电压变换器的工作原理可用变压器原理分析，。重点讲解电抗变换器。教后记：第三节变换器电压变换器1．工作原理同变压器2．电压变换器一次绕组串接电阻。改变的大小，可以改变角的大小。图2-9电压变换器一次绕组串接电阻（a）原理接线图（b）相量图二、电流变换器将输入电流变成与其成正比的电压图2-10电流变换器原理接线及相量图三、电抗变换器作用是将输入电流转换为与其成正比的输出电压，其物理意义是其相当于一个电抗器图2-10电抗变换器的原理图、等值电路和相量图——电抗变换器的转移阻抗，是一个复数，当铁心未饱和时，是一个常数。电抗变换器物理意义分析如下：当、开路，空气隙较大，磁阻大磁导小即电感小，励磁电流则大大增加，由于二次阻抗很大，负荷电流可以忽略不计，因此，可以认为一次电流全部流入励磁回路。即。故把看成一个电抗器。第2周第3次课2009年3月11日教学时数2章节：第2章电网相间短路的电流电压保护2.1.2电流保护常用的继电器；2.1.3无时限电流速断保护；教学目的及要求：1、理解继电器的分类。掌握电磁型、静态型、感应性、整流型和微机型继电器的结构及工作原理。教学重点：1电磁型继电器的工作原理及结构。电流继电器的动作电流、返回电流。返回系数，继电特性。教学难点：无时限电流瞬断保护的工作原理、结构。教学手段：利用继电器实物讲授其结构及动作原理。教学方法：启发性讲授，在实验室现场继电器实物动作演示。教具型继电器。作业（习题）：教学内容提要（教学过程）时间分配（分）备注2.1.2电流保护常用的继电器电磁型继电器1．结构及工作原理2．电流继电器3．其他继电器二、静态型继电器微机型继电器三、到试验室观看各种类型及电器，了解其结构，动作特性，图形符号，工作原理四、无时限电流速断保护301010103030重点讲述电磁型继电器，主要讲述，电流继电器，其他继电器简要介绍介绍电流保护第一段，无时限电流速断保护。教后记：第2章2.1.2电流保护常用的继电器电流保护常用的继电器有电磁型、静态型、和感应型三种。一、电磁性继电器1．电磁型继电器磁路结构如图3-1三种。图2-1电磁型继电器原理结构图螺管绕组式；(b)吸引衔铁式；(c)转动舌片式电磁转矩为：继电器的文字符号及图形符号电流继电器KADL-10电压继电器KVDJ-131时间继电器KTDS-100中间继电器KMDZ-10信号继电器KSDX-11图2-2DL-10型电流继电器图2-3GL-10型电流继电器二、感应型电流继电器结构：由电磁元件和感应元件构成。如图3-3GL-10型电流继电器，具有反时限动作特性，见图3-4。1．感应元件工作原理图2-4向量图反时限。输入电流产生磁通，在短路环中产生感应电势，产生感应电流，产生短路磁通从图3-4向量图中可以看出，和在空间相差一个电角度，而在时间上又相差一个电角度。根据电机学理论可知，两个在空间、时间上有电角差的磁势必然合成一个旋转磁场，即铝盘被旋转磁场切割，相似于异步电动机的笼型转子的作用。故产生旋转转矩。2．电磁元件电磁元件由装在电磁铁上侧衔铁10和电磁铁芯、绕组构成，衔铁左端有摇把。由它瞬时闭合触点12。调整瞬动电流倍数的螺丝（即调整磁路空气隙长度）可改变瞬动电流的大小。瞬动电流倍数为：图3-4GL-10型电流继电器时限特性三、整流型电流继电器结构：由电流变换器和晶体管整流滤波构成。如LL-10型反时限电流继电器。图2-5时间继电器图2-6信号继电器四、继电器动作特性—继电器的动作电流，使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流。返回系数。DL型取0.85~0.9；GL型—继电器的返回电流，使继电器返回的最最大电流称为继电器的返回电流。“1”“0”图2-7继电特性由于继电器在动作过程中存在很大的剩余转矩，所以继电器从起始位置至最终位置动作是突发性的，不可能停留在中间某一个中间位置上，这种动作特性称为继电器的继电特性。2468246813取0.8~0.85。五、改变电流继电器动作电流的方法。（1）调整电流继电器的把手，改变弹簧的反作用力。（2）粗调改变继电器线圈串、并联。如图3-8所示，绕组串联，4-6，两绕组并联2-4，6-8图2-8继电器绕组线圈接法第2周4次课2009年3月17日教学时数2章节：2.1.3无时限电流速断保护；2.1.4带时限的流速断保护教学目的及要求：掌握保护工作原理、接线及整定计算教学重点：无时限速断保护、带时限速断丢保护的工作原理、整定计算教学难点：保护范围的确定、整定计算教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲授法作业（习题）：2-12，2-15教学内容提要（教学过程）时间分配分备注复习回顾及提问无时限电流速断保护带时限电流速断保护分支系数本次课总结及布置作业1030201010101、计算输电线路在系统最大、最小运行方式下的短路电流。最大短路电流为三相短路电流，校验保护的灵敏度时，用最小运行发下的两相短路电流。2、用无时限电流速断保护，也称为第一段电流保护。用第一段保护整定计算说明图，分析电流保护第一段动作电流的整定，时限，保护范围。3、讲解第一段电流速断保护原理接线图。4、第一段电流保护有死区，为扩大保护范围，可以采用电压、电流连锁保护。5、自适应无时限电流瞬断保护不作要求。6、第一段电流保护有死区，不能保护线路全长，根据选择性要求，引入第二段电流保护，即带时限的电流速断保护。用第二段电流保护整定计算说明图，分析电流保护第二段动作电流的整定，时限，保护范围。7、讲解第二段电流速断保护原理接线图。要求掌握断路器、继电器、电流互感器的图形符号和文字符号。教后记：第2章2.1.3无时限电流速断保护利用输电线路发生短路故障时短路电流增大，电压降低可以构成电流、电压保护。电流保护可以分为三种。电流保护可以分为无时限电流速断保护，称为第I段；带时限电流速断保护，称为第II段；定时限（反时限）过流保护。一、电力系统的运行方式电力系统有最大、最小运行方式。GG图2-9网络图最小运行方式KK图2-10（a）最大运行方式KK图2-10（b）系统最大运行方式系统最大运行方式系统最小运行方式图2-10（c）供电网络短路电流曲线最大运行方式短路阻抗：最小运行方式短路阻抗：短路电流：（1）最小运行方式（2）最大运行方式二、无时限电流速断保护（电流保护I段）工作原理、接线及整定计算（一）工作原理以单侧电源网络为研究对象。无时限电流速断保护整定计算说明从图2-10c可看出短路电流为，。动作电流整定为保证相邻线路出口处点短路时，保护1不误动作，则保护1第1段动作电流，引入可靠系数，则保护1第1段动作电流为：。式中可靠系数DL继电器型取1.2～1.3，GL继电器型取1.5～1.6。灵敏系数校验第1段电流保护有死区，不能保护线路全长，保护的灵敏性用保护区长度与被保护线路全长的百分比表示。随系统运行方式和短路类型改变而改变，要求在最大运行方式下，在最小运行方式下。。最大保护范围：最小保护范围：3．无时限电流速断保护接线图2-11．无时限电流速断保护单相接线原理接线图（1）电流继电器KA作为启动元件。(2)中间继电器KM的作用，触点容量大，增强电流。利用中间继电器的短延时（0.06~0.08s）作用，躲过避雷器短路线路的放电时间(10ms)。4．无时限电流速断保护的保护评价1）优点：动作迅速，简单可靠。2）缺点：不能保护本线路的全长，故不能单独使用，而且它的保护范围随运行方式的变化而变化。当运行方式变化很大、被保护的线路很短时，甚至没有保护区图2-12线路—变压器组无时限电流速断保护图2-13被保护线路不同长度对无时限电流速断保护的影响。图2-14被保护线路不同长度对无时限电流速断保护的影响。5．线路—变压器组电流速断保护把线路和变压器看成一个整体，当变压器故障时，切除变压器和切除线路的后果是一样的，因此变压器故障时可以用线路速断保护切除，此时保护可以保护线路的全长。动作电流：按躲过变压器二次母线在最大运行方式下三相短路电流整定。2.1.4带时限电流速断保护电流保护I段有死区，不能保护线路全长，为了保证速动性，用尽可能短的时间切除故障。可以增设第二套保护即电流速断保护II段。为了获得选择性，II段速断电流保护带时限，以便与相邻的I段电流速断保护相配合。II段速断电流保护的工作原理及整定计算1．带时限电流速断保护的单相原理接线图电流保护II段单相原理接线图如图2-152.II段保护的工作原理如图3-17所示，II段保护范围包括线路全长并延伸到相邻线路一部分，但不会超出相邻线路保护I段保护范围，更不会进入相邻线路保护II段范围。它的动作时限大于I段一个时限级差，从而保证了他们之间的选择性。2．保护动作电流：可靠系数，取1.1~1.15时限：图2-15带时限电流速断保护的单相原理接线图图2-16带时限电流速断保护的整定计算说明图三、分支系数GGGG12ABC图2-17具有助增电流的电网流过故障点电流，被保护线路电流为，，分支电路相当于一个电源，使故障电路电流增大了，故称为助增电流，这样使增大了倍，将使保护范围缩短，所以在整定计算时要缩小倍。保护1的II段动作电流应用下式计算。——分支系数。G1G12A图2-18具有汲出电流的电网当分支电路为并联电路，WL2的K点短路电流，并联支路WL1的存在，使故障线路电流减小了，故称为汲出电流。减小了倍，从而使保护范围伸长，导致无选择性的误动作。因此在整定计算时，应增大倍。保护1的II段动作电流应用下式计算。——分支系数。第3周第5次课2009年3月19日教学时数2章节：2.1.5定时限电流速断保护；2.1.6三段式电流保护教学目的及要求：掌握三段式电流保护的工作原理、接线及整定计算教学重点：定时限电流保护的工作原理、接线及整定计算，时限特性。教学难点：三段式电流保护的整定计算及时限图，展开图、安装图的识读；教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲述作业（习题）：3-18教学内容提要（教学过程）时间分配备注复习回顾及提问1．定时限电流保护工作原理、接线及整定计算时限特性2．三段式电流保护阶段式电流保护的构成原理1、展开图、安装图的识读；2、线路保护整定计算。本次课总结及布置作业1035151553510151010复习电流保护第一、二段的工作原理.2、总结其优缺点应根据选择性引入定时限电流保护即第三段电流保护。3、第一段、二段电流保护是根据短路电流大小实现选择性，第三段电流保护是根据时间长短实现象征性的。4、三段式电流保护的工作原理如上所述，重点讲解他的应用，整定计算。了解在什么情况下设置三段式电流保护。5、要求能够读懂三段式电流保护的原理接线图和咱开接线图。这对于以后学生参加电力工程工作到现场奠定基础。教后记：2.1.4定时限过流保护工作原理定时限过流保护（电流保护III段）是按躲过线路最大负荷电流整定动作电流的，并以时限保证动作的选择性。不仅可以保护线路全长，还可保护相邻线路的全长。不仅作为本级线路的近后备保护，还可以作为相邻线路的远后备保护。图2-20定时限过流保护时限特性——指相邻下一级母线具有分支电路，其分支电路保护时限最长的时限。二、定时限过流保护的整定计算1．动作电流的整定(1)按躲过最大负荷电流整定（2）过流保护的返回电流要大于故障切除后线路的自启动电流。即取保护装置一次侧动作电流为，则继电器动作电流为动作时限灵敏系数校验（1）近后备保护（2）远后备保护各保护之间的配合如图3-20点短路时，对同一个故障点而言，越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。2.1.5三段式电流保护三段式电流保护的构成瞬时电流速断保护只能作为线路首端一部分的主保护，限时电流速断保护可作为瞬时电流速断的近后备，且可作为线路末端的主保护，过电流保护能作为本线路全长的近后备，同时又可作为相邻下一线路的远后备。然而动作时限较长。因此，为了迅速、可靠地切除被保护线路的故障，可将上述三种电流保护组合在一起构成一整套保护，称为阶段式电流保护，一般是构成三段式电流保护，通常将瞬时电流速断保护称为I段，限时电流速断保护称为II段，过电流保护称III段。I、II段共同构成主保护，第III段作为后备保护。特别地指出：阶段式电流保护不一定都用三段，也可以只用I、II段。图3-21示意出三段式电流保护各段动作电流，保护范围及动作时限的配合情况。1．时限特性图2-21三段式电流保护的接线图继电保护的接线图一般有框图、原理图、安装图三种。对于采用机电型继电器构成的继电保护来说，用得最多的是原理图和安装图。原理图又分为归总式和分开原理图。（一）归总式原理图该图的目的是为了表示出保护的全部组成元件和它们之间的联系及其动作原理。原理图下所有组成元件都以完整的图形符号表示，便于阅读，适于初学者阅读。图2-22归总式单相原理接线图（二）展开图特点：将保护的交流电流电压回路、直流回路、信号回路分开绘制。各继电器的线圈和触点分开，分别画在它们各自所属的回路中。同一元件在同一图上为同一符号。阅读方法：坚持“同一图上同一元件同一符号”原则，一般按先交流后直流，由上而下，从左到右的顺序阅读。例1：在图2-21所示的35kV单侧电源辐射形电网中，线路Ll和L2均考虑装设三段式电流保护。已知线路Ll长20Km，线路L2长55Km，均为架空线路，线路的正序电抗为0.4Ω/Km。系统的等值电抗为：最大运行方式时，最小运行方式时。线路Ll的最大负荷电流为150A，负荷的自起动系数为1.5。线路L2的过电流保护的动作时限为2s。各短路点以37KV为基准的三相短路电流数值见表2-3。表2-3例题中各点短路电流数值短路点K1K2K3最大运行方式下三相短路电流（A）39001585.4602.3最小运行方式下三相短路电流（A）2836.41375.7569.3试计算线路L1三段式电流保护的动作电流、动作时限，并校验保护的灵敏系数。解（1）第I段瞬时电流速断保护。保护装置的动作电流按躲过线路Ll末端K2点短路时的最大短路电流整定，即动作时限为保护范围为（2）第Ⅱ段限时电流速断保护。要计算线路Ll的第Ⅱ段动作电流，必须首先算出线路L2的第I段的动作电流。按躲过线路L2末端K3点短路时的最大短路电流整定，即动作时限为灵敏系数按线路Ll末端K2点短路来校验。（3）第Ⅲ段定时限过电流保护。保护装置动作电流为动作时限为作近后备保护时，灵敏系数按线路Ll末端K2点短路来校验。作远后备保护时，灵敏系数按线路L2点短路来校验例题2-1解〕（一）线路WL1的无时限电流速断保护==1.3×1310=1700A=＝×1700＝28.3A选取动作电流整定范围为12.5～50A的DL-21/50型电流继电器。灵敏系数校验，可采用简化计算公式计算：＝×＝1.16＜1.5不合格也可按下式计算出最小保护段范围的百分值：×100%＝×100%＝××100%＝34.5%＞15%～20%从保护范围来看尚能满足要求，可以装设。(二)线路WL1带时限电流速断保护==1.3×520=676A==1.1×676=744A继电器的动作电流=＝×1＝12.4A由附录C表C-1选取电流整定值范围5～20A的DL-21C/20型电流继电器。，取=0.1S，Δt=0.5S，则=0.6S，此时可选用附录C表C-3中时限整定范围为0.15～1.5S的DS-11型时间继电器。＝＝＝×＝1.34＞1.3故合格（三）过流保护装置=IL·max=A继电器的动作电流为==A选取电流整定范围为2.5～10A的DL-21C/10型电流继电器，其动作时限应与线路WL2定时限过电流保护时限相配合，即=2.5+0.5=3S选取时间整定范围为1.2～5S的DS-22型时间继电器。在线路WL1末端K2点短路时，过流保护的灵敏系数为：近后备保护：=＝＝＝3.1＞1.5在线路WL2末端K3点短路时，过流保护的灵敏系数为：远后备保护：=＞1.2合格作业：3-17，3-18第3周第6次课20093月24日教学时数2章节：2.2.1方向过流保护的工作原理2.2.2功率方向继电器教学目的及要求1.掌握方向过流保护的工作原理、接线及时限特性2.了解功率继电器的结构及工作原理教学重点：1.掌握方向过流保护的工作原理2.功率继电器的结构及工作原理教学难点：1.方向过流保护的工作原理、时限特及整定计算2.功率继电器的构成、动作特性方程3.幅值比较及相位比较教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲述作业（习题）：2-27，2-30教学内容提要（教学过程）时间分配备注1、复习第2章2.1，引入2.22、方向过流保护的工作原理、时限特及整定计算。3.功率继电器的结构及工作原理，幅值比较及相位比较。4、对方相电流保护的评价4.布置作业。10354051、对双侧电源或单侧电源环形网络电流保护失去选择性。2、用图2-47分析方向电流保护，按保护正方向获将保护1、3、5分为一组；2、4、6、分为一组。每组保护工作原理分析方法如前所述。3、电流保护加装功率方向继电器，解决了电流保护选择性，，但并不是都要求装设，只有仅靠时限不能满足选择性时装设。4、分析功率方向继电器的工作原理，以幅值比较原理和相位比较原理构成功率方向继电器。。5、LG-11功率继电器有两个自大灵敏角可选择。（-30°或45°）。教后记：2.2电网相间短路的方向电流保护2.2.1方向电流保护的工作原理一、工作原理如图4-1所示，当在K1点发生短路时，要求保护3、4动作，断开3、4两个断路器；如在K2点发生短路，要求保护1、2动作，断开1、2两个断路器。对K1点短路，为实现选择性要求；对K2点短路，为实现选择性要求。可见，一般电流保护不能满足保护选择性要求。因此，要采用方向电流保护来解决这个问题。方向过流保护是在过流保护基础上加装方向元件的保护。在一般过流保护2和3上各加一个方向元件（功率方向继电器），它只有当短路功率由母线流向线路时，才允许保护动作，这样就解决了过流保护的选择性问题。图2-46网络图如图2-46（a）两侧电源供电的辐射形电网中，1～6均为方向过流保护，其中保护1、3和5为一组，2、4和6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。WL2上K1点短路时，保护1、3、4、6因短路功率由母线流向线路，故都能启动，而其中按动作方向时限最短的保护3和4动作，跳开断路器3、4，将故障线路WL2切除，保护1和6便返回，从而保证了动作选择性。WL1上K2点短路时，只有保护1、2、4和6能启动，其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开断路器1和2，将故障线路WL1切除，保护4和6便返回，同样保证了动作的选择性。tt1t3t5t4t6t2图2-47方向过流保护的时限特性图4-3方向过流保护单相原理接线图方向过流保护装置由三个主要元件组成，启动元件（电流继电器），功率方向元件（功率方向继电器）和时限元件（时间继电器）。工作原理是方向元件KW和启动元件KA构成与门，二者同时动作才能启动时间继电器KS。在双侧电源线路上，并不是所有过流保护装置中都需要装设功率方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设功率方向元件。无时限电流速断保护在原理上用于双侧电源线路时，其动作电流要按同时躲过线路首端和末端短路的最大短路电流，才能保证动作的选择性。但是，由于线路两侧电源的容量和系统阻抗不同，当在线路发生短路时，两侧电源供给的短路电流大小并不相同，甚至数值相差很大，这时安装在小电源一侧的电流速断保护范围就不能满足灵敏度的要求，甚至可能没有保护范围。在这种情况下，小电源一侧需要采用方向电流速断保护，当保护背后发生短路时，利用功率方向元件闭锁，使保护只根据小电源一侧的短路功率方向来动作。因此，这时小电源侧方向电流速断保护只需躲过线路末端短路时通过该保护处的短路电流来整定即可，从而大大提高了保护的灵敏性，满足保护范围的要求。2.2.2功率方向继电器一、功率方向继电器工作原理功率方向继电器的任务是测量送入继电器的电压Ur和电流Ir之间的相位，以判别正、反向故障。目前使用的功率方向继电器为感应型、整流型和晶体型。整流型继电器灵敏性好，无电压死区、调试方便及动作速度快等。功率方向继电器有感应型、整流型和半导体型，按相位比较或幅值比较原理构成。图4-4功率方向继电器工作原理说明图以母线电压为参考相量，电压高于地时为正，电流以母线流向线路为正。当保护正方向（K1）短路时：电流为正，滞后r相角。=（0°＜＜90°)。短路功率PK1=UrIr1cos＞0；当保护反方向K2点发生短路时，=+180°（0°＜＜90°，180°＜＜270°)。短路功率PK2=UrIr2cos＜0。在保护装置动作的正方向和反方向发生短路时，功率方向继电器测量的功率方向相反。功率方向继电器的工作原理：实质就是判断母线电压和流入线路的电流之间的相位角。动作方程可表示为：－90°≤arg≤90°(4-1)继电器动作的临界情况是一条与相量相垂直的直线，通常称为功率方向继电器的动作特性。（a）(b)图4-5功率方向继电器的动作特性(a)对应式（4-1）(b)对应式（4-2）在实际应用中，为适应判别各种正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性，继电器中应有可以调整的内角α，这时功率方向继电器的动作方程为：—（90°+α）≤arg≤（90°—α）（4-2）或—90°≤arg≤90°（4-3）其动作特性为逆时针移动的一条直线，移动的角度为继电器内角α，α常取45°或30°。当电流相量垂直于动作特性时，功率方向继电器的动作最灵敏，这一位置称为最大灵敏线，最大灵敏与电压之间夹角称为最大灵敏角，=－α，因为这时超前，所以，是负角度。功率方向继电器可以直接比较电气量和之间的相位，也可以间接比较电气量和的线性函数和之间的相角来构成。即动作条件可以表示为：—90°≤arg≤90°二、相位比较原理与幅值比较原理的关系功率方向继电器的幅值比较的两个电气量A和B，可以通过C和D经过线性变换得到：图4-6相位比较与幅值比较之间的转换关系若以为动作量，为制动量。则当C与D相位差θ=90°时，=，动作量等于制动量，动作的临界状态；当θ＜90°时，＞动作量大于制动量，继电器处于动作状态；当θ＞90°时，＜，动作量小于制动量，继电器不动作。电气量间变换关系：三、幅值比较回路幅值比较回路是由整流和滤波、幅值比较、执行元件三个单元构成的。1、直接比较式比较回路极化继电器KP有两个绕组，其中W1为动作绕组，W2为制动绕组。动作量经整流滤波后产生动作电流I1以带“·”号极性端子流入W1绕组，产生动作安匝；制动量经整流滤波后产生制动电流I2，从非极性端子流入W2，产生制动安匝。若极化继电器的动作安匝为，则极化继电器动作条件为ZA：工作回路阻抗；ZB：制动回路阻抗；0.9：有效值转换为平均值的系数。当ZA=ZB且（IW）OP≈0时，继电器动作条件为－≥0。2、循环电流式比较回路动作量经整流滤波后得到电流I1，制动量经整流滤波后得到电流I2，通过执行元件KP的电流为I1—I2，继电器的动作电流为Iop。r，则继电器动作条件为I1—I2≥Iop.r，即当Z1=Z2，R1=R2，并满足Z1+R1=Z2+R2=Z，则极化继电器动作条件为：忽略Iop.r时,上式变为—≥0循环电流式比较回路接线简单，在执行元件的输入端，当动作电流小时，制动侧整流桥U2中二极管正向电阻大，分流小，故有较高的灵敏性。而当动作电流大时，上述二极管又能限幅，起到保护执行元件的作用，因此这种比较回路使用广泛。3、均压式比较回路执行元件的输入端m、n所加电压是两电气量、整流电压的差值，所以称这种接线方式为均压式接线。动作量整流滤波后接于电阻R1上，其电压为U1；制动量整流滤波后接于电阻R2上，其电压为U2，执行元件的电压为Umn=U1－U2，若极化继电器动作电压为Uop.r，则继电器动作条件为：当Z1=Z2，R1=R2，并忽略UOP，则动作条件为—≥0四、功率方向继电器的执行元件继电器幅值比较回路中要求动作具有方向性，消耗功率小，动作迅速的直流继电器作执行元件，目前常用极化继电器或晶体管零指示器。差分式极化继电器属于电磁式直流继电器。图4-7极化继电器原理结构图极化继电器是由绕组,永久磁铁,可动舌片,接点,铁芯等组成。其主要特点:是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。当线圈没有电流时:d2<d1，f2>f1,舌片被吸引向右边，接点断开.当线圈中通以电流Ij时:φ1＞φ2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φ1减小，φ2增加，当φ2＞φ1时，则舌片又被吸向右侧磁极，继电器返回，当继电器线圈通入相反方向的电流时，F1的磁通更减小，F2的磁通更增加，继电器不动作。结论：该继电器的动作具有方向性。，,，；，。五、整流型功率方向继电器继电器的原理及动作区按幅值比较原理构成的，故动作方程为≥，即图2-52LG-11整流型功率方向继电器接线图根据幅值比较和相位比较互换关系有继电器动作条件也可以用余弦函数表）。临界动作条件为垂直于最大灵敏线且过原点的直线，动作区在带有阴影的半平面范围，最大灵敏线为超前相角的一条直线。图2-53LG-11继电器动作范围及最大灵敏线。图2-54落在最大灵敏线时向量图电流的相位可以改变，顺时针旋转落在动作边界线AB直线上时，－是继电器动作下边界，逆时针转到直线AB上时，=－（90°+）为继电器动作上边界。当落在动作区内，继电器动作。当电流落在最大灵敏线上，即=－，电压分量与超前相角90°的电压分量同相位，此时动作量最大，制动量最小，故继电器最灵敏，所以称－为方向继电器的最大灵敏角。（2）最小动作功率时，与同相位当Ir足够大，使继电器动作的最小电压为方向继电器的最小动作电压：（KUUr+KIIr）—（KIIr—KUUr）≥U0将Ur=Uop·min代入上式，则：Uop·min=当电压Ur足够大时，使继电器动作的最小电流为方向继电器的最小动作电流。（KUUr+KIIr）—（KUUr—KIIr）≥U0将Ir=Iop·min代入上式，则：Iop·min=幅值比较原理方向继电器的最小动作功率，用Sop·min表示Sop·min=Uop·minIop·min=方向继电器的最小动作电流、电压和功率是衡量方向继电器灵敏性的参数。执行元件越灵敏（U0越小），则KU、KI越大，方向功率继电器的Iop·min、Uop·min和Sop·min就越小，方向继电器也就越灵敏。功率方向继电器的动作特性：伏安特性：六、LG-11整流型功率方向继电器电压死区和潜动在保护安装处附近发生金属性三相短路时，母线残压接近于零，此时，继电器不能可靠动作，使功率继电器不能可靠动作的靠近保护按装处这段范围称为继电器的死区。消除死区的方法是在继电器电压回路串如入电容C，以便和电压变换器UV一次绕组的等效电感、电阻一起构成50Hz频率的串联谐振回路。功率继电器潜动是指当输入电压或输入电流中只要有一个量输入继电器时，继电器不应动作。实际中，由于比较回路各元件参数不完全对称，继电器可能动作，这称为潜动。潜动分为电压潜动和电流潜动，正向潜动和反向潜动。潜动的危害表现在保护安装处正向出口短路时，继电器可能误动；反向出口短路时，继电器可能拒动或灵敏系数降低。消除电流潜动，调整电阻R2,消除电压潜动，调整电阻R1。第4周第7次课2009年3月26日教学时数2章节：2-2.2功率方向继电器的接线2.2.3功率继电器的按相启动2.24非故障相电流带来的影响及按相启动教学目的及要求：1.了解KW的接线方式，掌握90°接线方式2.理解按相启动的原因及方法教学重点：1.KW90°接线方式，继电器内角的确定2.非故障相电流带来的影响及按相启动教学难点：1.继电器内角的确定2.按相启动教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲述作业（习题）：2-31，2-33教学内容提要（教学过程）时间分配备注1.复习前节内容2.功率继电器的接线方式3.按相启动4.布置作业10354051、讲述功率方向继电器90°接线方式，对电压、电流的组合要求。2、分析继电器在在各种断路情况下，继电器内角。继电器能动作。3、功率继电器有两个内角，可以根据线路短路阻抗角选择最大灵敏角。4、讲述非故障相电流的影响和按相启动。5、讲述分析方向保护的整定计算保护、教后记：2.2.2相间短路保护中功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的90°接线方式图2-55功率方向继电器90°接线图功率方向继电器接线方式，是指它与电流互感器和电压互感器的接线方式。功率方向继电器的接线方式必须保证在各种短路故障形式下，能正确的判断短路功率方向，并使加到继电器上的电压和电流值尽可能大，使接近于最大灵敏角，以提高功率方向继电器的灵敏性和动作可靠性。90°接线方式：这种接线方式在三相对称且功率因数cos=1的情况下，接入继电器的电流超前电压的相角是90°。图2-56功率方向继电器90°接线图向量图表2-290°接线方式电流电压的组合功率方向继电器序号输入电流输入电压IKW2KW3KW（一）三相短路（取a相）图2-57三相短路时KW的电流、电压向量图三相对称短路时，流入继电器电流，加入继电器的电压，超前的相角为，在一般情况下，0°≤≤90°，则任何下，满足动作时，0°≤≤90°（二）两相短路当发生AB、BC、CA两相短路时，接入故障相的继电器电流和间相位差的变化范围相同，故以BC两相短路为例说明的变化范围。图4-14近处两相短路时KW的向量图1、近处两相短路当短路故障点靠近保护安装处时，短路阻抗ZK远小于系统阻抗ZS，在极限情况下，取ZK=0，短路电流由电动势产生，滞后于的相角为，取决于短路回路的阻抗。电流，保护安装处母线电压为：接入各相继电器的电压分别为1KW：，A相继电器不动作2KW：,，则相角为3KW：，，则相角为2、远处两相短路当短路点远离保护安装处，且系统容量很大时，ZK＞＞ZS，极限情况取ZS=0，短路电流滞后的相角为，，B相短路点电压为，C相短路点电压为，保护安装处母线电压为接入继电器的电压分别为1KW：，1KW不动作2KW：，，3KW：，，为了满足以上两种极限情况下发生两相短路时，使功率方向继电器均能动作的条件是30°≤≤60°综上：0°≤≤90°时，继电器内角取30°和45°，可见能满足上述要求。以上讨论的继电器内角的范围，只是继电器在各种短路情况下，可能动作的条件，而不是动作最灵敏条件，继电器最灵敏条件应按cos（+）=1的条件来考虑，因此对某一已确定了阻抗角的线路，应该根据这个条件来选择适当的内角，以使继电器动作最灵敏。90°接线的优点：①适当选择最大灵敏角，对于线路上各种相间短路都能正确动作，而且对于各种两相短路都有较高继电器输入电压，保证了有较高的灵敏性。②在发生两相和单相接地短路时，没有死区，在三相短路时出现的电压死区较小，有利于用电压记忆回路消除出口短路时的电压死区。2.2.3功率方向继电器按相起动在电网中发生不对称短路时，非故障相仍有电流流过，此电流称为非故障相电流。当线路WL-2上发生B、C两相短路时，BC两相中有短路电流流向故障点K，而非故障相A相仍有负荷电流通过保护G1G2G1G21ABC图4-15两相短路对非故障相电流的影响按相起动：同名相电流元件与功率方向元件的常开触点串联后再与其他相别回路并联。图4-16方向电流保护的直流回路启动接线（a）按相启动；（b）非按相启动；（c）第四节方向过电流保护整定计算第五节、方向电流速断保护的整定计算在两端供电或单电源环形网络中，同样可构成瞬时方向电流速断保护和限时方向电流速断保护。它们的整定计算可按一般不带方向的电流速断保护整定计算原则进行。2、方向过流保护的整定计算躲开被保护线路中最大负荷电流IL·max，即Iop=（4-28）式中IL·max——考虑电动机自启动最大负荷电流。躲过非故障相电流整定在小接地电流电网中，非故障相电流为负荷电流，故保护装置的动作电流只需按式（4-28）整定即可。在大接地电流电网中，非故障相电流除负荷电流外，还包括故障电流的零序分量3，可用下式计算：式中K为非故障相中零序电流与故障相电流的比例系数启动元件动作电流按下式计算：（4-29）3、保护的相继动作和灵敏系数校验相继动作：当短路点靠近A母线时，几乎全部短路电流经过1QF，流向故障点，经过2、3、4、5、6QF流向短路点的电流可忽略不计。故保护2只有在保护1动作断开1QF后，2QF才能动作。保护的这种动作称为相继动作，能产生相继动作的某段区域称为相继动作区。方向电流保护灵敏系数，主要取决于电流元件的灵敏系数，其校验方法与不带方向的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元件的最小灵敏系数不应小于1.5，作相邻线路后备保护时，在相邻线路末端短路时最小灵敏系数为1.2。同方向的保护，它们的灵敏系数应互相配合。方向过流保护通常做下一段线路的后备保护，应使前一段线路保护的动作电流大于后一段线路保护的动作电流。即沿着同一保护方向，保护的动作电流从远离电源最远处开始逐渐增大。即4、保护装置的动作时限方向过流保护的动作时限是按逆向阶梯原则整定的，即同一动作方向的保护装置，其动作时限按阶梯原则来整定。；第4周第8次课20093月31日教学时数2章节：2.3.1中性点直接接地电网接地短路时的零序电流保护和零序方向电流保护；教学目的及要求：掌握零序电流、电压和功率分布和零序保护教学重点：1.中性点直接接地电网接地短路时的零序分量的分布2.三段式零序电流保护的工作原理及整定计算教学难点：三段式零序电流保护的整定计算及时限特性教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲述作业（习题）：2-36，2-38教学内容提要（教学过程）时间分配备注复习第2章2.31.中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率；2.中性点直接接地电网接地短路时。零序电流保护。3.布置作业10354051、中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率先分析单相接地零序分量的特点，提出中性点直接接地电网的零序电流保护。2、讲述零序保护的构成，架空线采用零序电流虑过器组成，电缆线采用零序电流互感器组成。3、三段式零序电流包护的整定计算。三段式零序电流保护整定计算同三段式电流保护整定计算相似，只不过要求计算最大3倍零序电流和最小3倍零序电流。4、接地保护动作时限比相间短路保护动作时限要短。5、分析保护安装处零序电流和零序电压的相位关系，以此确定零序功率方向继电器的接线。教后记：第2章2.3电网的接地保护2.3.1中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性点直接接地，在故障相中流过很大的短路电流，这种电网称为大接地电流电网。在中性点直接接地电网发生单相接地故障时，要求继电保护装置尽快切除故障。采用前面电流保护虽然也能反应中性点直接接地电网的单相短路，但应为这种保护灵敏性低和动作时间长，所以，必须装设专用的接地保护装置。如图2-63接地短路的零序等值网络。一、单相接地零序分量特点（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。（2）零序电流超前零序电压90°（3）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。（4）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。短路点零序功率最大。（5）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。图2-63接地短路时的零序等值网络电网接线；（b）零序网络；（c）零序电压分布变压器中性点的选择不使系统出现危险的过电压不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。中性点直接接地电网的零序电流保护零序保护的构成零序电流滤过器的不平衡的电流零序电流滤过器由三个TA构成，由于短路电流中含有很大的非周期分量，造成TA的铁芯严重饱和，由于三个TA饱和程度不同，造成励磁电流有很大差别，因而产生很大不平衡电流。零序电流滤过器的最大不平衡电流为：零序电流保护接线图2-65三段式零序电流保护原理接线图三段式零序电流保护整定计算零序电流保护I段保护工作原理见图67，整定计算如下：零序电流保护I段：，零序电流保护II段：，，零序电流保护III段：，，GG～图2-68零序电流保护I段保护整定计算说明图图2-69零序电流保护II段保护整定计算说明图二、零序电流保护时限特性零序电流保护时限比相间短路过流保护动作时限缩短了。因为变压器Yd接线，所以高压侧无零序电流，所以零序保护4可以瞬时动作，不必和保护3配合。所以零序保护动作时限从保护4开始逐级加大一个时限级差。,。从图5-5中可以看出接地保护时限比相间短路保护时限缩短了。图2-70零序电流保护的时限特性3中性点直接接地电网的零序方向电流保护零序功率方向继电器需要输入保护处的零序电流和零序电压，零序电流可通过零序电流滤过器提供，而零序电压则由零序电压滤过器提供。零序电压滤过器由三个单相电压互感器构成或由三相五柱式电压互感器构成，如图2-70a所示，电压互感器一次侧的三相绕组接成星形接线并将中性点接地，接于被保护线路母线上，二次侧三相绕组接成开口三角形，其端子m、n上的电压与一次系统的三倍零序电压成正比，即零序电压滤过器如下图图2-71零序电压滤过器（4）零序功率方向继电器的接线零序功率方向继电器的接线如图2-72a所示，其电流绕组接于零序电流滤过器回路，输入电流，电压线圈接于电压互感器二次侧开口三角形绕组的输出端，输入电压为。2-72零序功率方向继电器的接线及相量图当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向继电器没有死区当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向继电器没有死区。在同一方向上零序方向电流保护动作电流和动作时限的整定同前面介绍的三段式零序电流保护相同。零序电流元件的灵敏度校验也与前面相同。只是由于零序电压分布的特点可知，在靠近保护安装处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地点发生接地短路时，流过保护的零序电流很小，零序电压也很低，方向元件有可能不动作，为此应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数（2-108）式中3U0·min、3I0·min——分别为相邻线路末端接地短路时，加在方向元件上的最小3倍零序电压和电流；U0。op·min、I0.op·min——分别为零序方向元件的最小动作电压和电流，也可用下式校验方向元件的灵敏系数。（2-109）式中S0。op——零序功率方向元件的动作功率；3U0·min×3I0·min——保护区末端短路时，保护安装处的最小零序功率。图2-73三段式零序方向电流保护原理接线图第5周第9次课2009年1月4日教学时数2章节：2.3.2中性点非直接接地电网的接地保护教学目的及要求：1.掌握零序方向保护工作原理，整流型零序功率方向继电器LG-12的构成、原理、接线，三段式零序电流保护的接线。2．掌握中性点非直接接地电网的单相接地故障特点及保护装置，教学重点：零序方向电流保护工作原理，LG-12功率方向继电器的构成、原理及接线，三段式方向电流保护的接线。教学难点：接地短路时保护安装处零序电压与零序电流之间的相位关系，零序功率继电器的接线。LG-12继电器的工作原理。教学手段：多媒体课件教学方法：启发性讲述作业（习题）：2--40，2-41教学内容提要（教学过程）时间分配备注1、复习前节内容2、中性点非直接接地电网的接地保护本次课内容提要，小结，布置作业103535101、首先、分析单相接地时零序电压、电流的分布，得出结论。2、讲解中性点不接地系统的接地保护。有1、绝缘监视；2、零序电流保护；3、零序功率方向保护。3、讲述三段式零序电流保护。4、中性点经消弧线圈接地电网的单相接地保护不做要求，学生可以自学。教后记：2.3.1中性点直接接地电网的零序方向电流保护一、零序方向电流保护的工作原理在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序功率的方向总是由故障点指向各个中性点的，即零序电流方向是由故障点流向各个中性点的变压器。因此，在变压器接地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向性。图2-71零序方向电流保护工作原理说明图当K1接地短路时，按选择性的要求，保护1、2动作切除故障，加装零序功率方向元件，将保护3闭锁。K2点接地故障时，保护3、4动作，保护2应装设零序功率方向元件将保护2闭锁，保证了动作的选择性。二、零序电压滤过器零序功率方向继电器需要输入保护处的零序电流和零序电压，零序电流可通过零序电流滤过器提供零序电压则由零序电压滤过器提供。图2-72a)零序电流滤过器图2-72b)零序电流互感器零序电压滤过器由三个单相电压互感器构成或由三相五柱式电压互感器构成，电压互感器一次侧的三相绕组接成星形接线并将中性点接地，接于被保护线路母线上，二次侧三相绕组接成开口三角形，其端子m、n上的电压与一次系统的三倍零序电压成正比，即图2-73零序电压滤过器接地短路保护安装处零序电压与零序电流的相位关系当保护1正向K1点发生接地故障时，取保护安装点零序电流参考方向为由母线指向线路，零序电压参考方向由母线指向地。Z0·T1——变压器T1的零序阻抗；——接地短路点至保护安装处的线路之间的零序阻抗。零序功率方向继电器输入电压和零序电流之间相角决定于保护安装处背后变压器的零序阻抗。超前相角=－（180°—），通常约为70°～85°，故零序电流超前零序电压的相位角一般为95°～110°。当保护1背后K2点发生接地故障时，保护安装处的零序电压和零序电流之间关系为：为Z0Σ的阻抗角，背后故障时超前角度为。Z0·Σ——保护正向系统零序总阻抗。四、零序功率方向继电器接线KW接线如图5-9（b）所示，其电流绕组接于零序电流滤过器，输入电流为。电压绕组接于电压互感器开口三角形绕组的输出端，输入电压为。零序功率方向继电器只反应正向故障，超前95~110°。此时，继电器应正确动作，并应在最大灵敏角条件下。图2-74功率方向继电器接线电力系统中实际使用的零序功率方向继电器最大灵敏角=70°～80°，即当从其正极性输入端的电流滞后于按正极性输入的电压的相角70°～85°，这时，继电器最灵敏。把和不加改变均从正极性端子输入继电器，则继电器将不工作在最灵敏状态下，如果把以反极性加到继电器正极性端子上，这时接入的电压为，加入电流为，滞后70°，即°，亦即，这样才能使继电器工作在最灵敏的条件下。在实际工作中，把继电器电流绕组中标有“·”号的端子与零序电流滤过器标有“·”号的同极性端子相连接，以得到继电器，把继电器电压绕组中不带“·”号的端子与电压滤过器中带有“·”号的异性端子相连接，以得到继电器的输入电压。当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向继电器没有死区。五、整流型零序功率方向继电器图5-9为LG-12型功率方向继电器原理接线，它是专门用于接地保护的继电器，由电抗变换器UX、电压变换器UV，均压法幅值比较回路和极化继电器组成。电抗变换器UX的二次侧有三个绕组，W2和W3获得正比输入电流的电压分量，的阻抗角为70°，即输出电压分量超前的相位角70°。W4经电阻R3短接，用来获得UX所需转移阻抗阻抗角°。电压变换器UV二次侧有两个绕组W2和W3，用来获得与成正比的电压分量，因为常数，故与同相位。由UX的W2和UV的W2顺极性接成动作回路，得到动作电气量，由UX的W3和UV的W3反极性接成制动回路，得到制动气量，即和为式中——电压变换器UV的变换系数，其幅角；——电抗变换器UX的转移阻抗，其幅角。只有动作回路电压UA大于制动回路电压UB时，极化继电器KP才能动作，即方向继电器的动作条件为根据幅值比较和相位比较的转换关系，-90°≤arg≤90°因为arg代入上式，可得方向继电器动作条件-20°≤arg≤160°以电压为基准，画出相位相对于变化的动作区。滞后的相角为最大灵敏角。六、三段式零序方向电流保护在同一方向上零序方向电流保护动作电流和动作时限的整定同前面介绍的三段式零序电流保护相同。零序电流元件的灵敏度校验也与前面相同。三段式零序方向电流保护接线如图5-11所示。由于零序电压分布的特点可知，在靠近保护安装处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地点发生接地短路时，流过保护的零序电流很小，零序电压也很低，方向元件有可能不动作，为此应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数。式中3U0·min、3I0·min——分别为相邻线路末端接地短路时，加在方向元件上的3倍零序电压和电流；U0。op·min、I0.op·min——分别为零序方向元件的最小动作电压和电流，也可用下式校验方向元件的灵敏系数。Ks·min=（3U0·min×3I0·min）≥1.5～2S0。op——零序功率方向元件的动作功率；3U0·min×3I0·min——保护区末端短路时，保护安装处的最小零序功率。图2-75三段式零序方向电流保护单相原理接线图图2-75，零序电流滤过器接功率方向继电器电流绕组，零序电压滤过器接功率方向继电器的电压绕组，与电流继电器KA1、KS1、KCO、YT构成零序电流保护I段,KA2、KT1、KS2、YT构成零序电流保护II段,KA3、KT2、KS3、YT构成零序电流的第III段保护。2.3.2中性点非直接接地电网的接地保护在中性点非直接接地电网中，发生单相接地时，一般只要求继电保护装置能无选择性地发出预告信号，不必跳闸。但对人身和设备的安全造成危险时，应有选择性地动作于断路器跳闸。一、中性点不接地电网单相接地故障的特点假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容CO相等。在正常运行时，三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即。忽略电源和线路压降，各相对地电压为各相电势。在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压90°。单侧电源单线路电网的单相接地设在A相线路上发生金属性单相接地，则接地相对地电容CO被短路，中性点对地电位升至，线路各相对地电压、母线上零序电压分别为2-75中性点不接地电网单相短路电流电压向量图两非故障相在电压和作用下，出现超前相电压90°的电容电流和，非故障相电流为，即接地点流回的接地电流用表示相电势的有效值，则、、的有效值为。故障线路始端的零序电流为零，即对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路的零序电流为零，所以零序电流保护不能反应。（二）单侧电源多条线路电网的单相接地图2-81单电源多线路中性点不接地电网单相接地时电流电压向量图设线路WL3的A相接地短路，忽略负荷电流及电容电流在线路阻抗上的电压降，则电网A相对地电压均为零，各元件A相对地电容电流为零，B相、C相对地电压和电容电流升高倍。各元件B