電力系統(tǒng)繼電保護(hù)全套課件.pptx

1、主 編 馬永翔 副主編 藍(lán) 蔚 蘭 琴 吳耀華,電力系統(tǒng)繼電保護(hù),目 錄,第1章 緒 論 1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用 1.2 繼電保護(hù)的基本原理 1.3 繼電保護(hù)的組成及分類 1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求 1.4.1 選擇性 1.4.2 速動(dòng)性 1.4.3 靈敏性 1.4.4 可靠性,1.5 繼電保護(hù)的發(fā)展概況 第2章 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù) 2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù) 2.1.1 反應(yīng)單一電氣量的繼電器 2.1.2 無時(shí)限電流速斷保護(hù) 2.1.3 限時(shí)電流速斷保護(hù) 2.1.4 定時(shí)限過電流保護(hù) 2.1.5 階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià) 2.1.6 電流保護(hù)的接線方式

2、 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù),2.2.1 方向性電流保護(hù)的工作原理 2.2.2 功率方向繼電器 2.2.3 功率方向繼電器的90接線方式 2.2.4 方向性電流保護(hù)的整定舉例 2.2.5 對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 2.3 大電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù) 2.3.1 接地故障時(shí)零序電流、零序電壓及零序功率的特點(diǎn) 2.3.2 零序分量濾序器 2.3.3 零序電流速斷保護(hù) 2.3.4 限時(shí)零序電流速斷保護(hù),2.3.5 零序過電流保護(hù) 2.3.6 方向性零序電流保護(hù) 2.3.7 零序電流保護(hù)整定計(jì)算舉例 2.3.8 對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 2.4 小電流接地系統(tǒng)的接地保護(hù) 2.4.1 中性點(diǎn)不接地

3、系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn) 2.4.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地保護(hù) 2.4.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地的特點(diǎn) 2.4.4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的接地保護(hù),第3章 電網(wǎng)的距離保護(hù) 3.1 距離保護(hù)的作用原理 3.1.1 距離保護(hù)的基本原理 3.1.2 距離保護(hù)的時(shí)限特性 3.1.3 距離保護(hù)的主要組成元件 3.2 阻抗繼電器 3.2.1 用復(fù)數(shù)阻抗平面分析阻抗繼電器的特性 3.2.2 比幅原理和比相原理 3.2.3 全阻抗繼電器 3.2.4 方向阻抗繼電器 3.2.5 偏移特性阻抗繼電器,3.3 單相阻抗繼電器的接線方式 3.3.1 阻抗繼電器接線方式的要求及分類 3.3.2 相間短路的

4、0接線方式 3.3.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中兩相接地短路 3.3.4 阻抗繼電器的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù) 3.4 影響距離保護(hù)正確工作的因素 3.4.1 概述 3.4.2 過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響 3.4.3 分支電路對(duì)距離保護(hù)的影響 3.4.4 電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖,3.5 距離保護(hù)的整定原則和計(jì)算方法 3.5.1 距離保護(hù)的整定原則 3.5.2 距離保護(hù)的整定計(jì)算 3.5.3 阻抗繼電器的精確工作電流校驗(yàn) 3.5.4 距離保護(hù)整定計(jì)算舉例 第4章 高頻保護(hù) 4.1 高頻保護(hù)的工作原理和分類 4.1.1 高頻保護(hù)的作用原理及分類 4.1.2 高頻通道的構(gòu)成 4.1.3 高頻通道

5、的工作方式和高頻信號(hào)的作用,4.2 方向高頻保護(hù) 4.2.1 高頻閉鎖方向保護(hù) 4.2.2 高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù) 4.2.3 高頻閉鎖距離保護(hù) 4.2.4 高頻閉鎖零序保護(hù) 4.3 相差動(dòng)高頻保護(hù) 4.3.1 相差動(dòng)高頻保護(hù)的工作原理 4.3.2 相差動(dòng)高頻保護(hù)的構(gòu)成 4.4 高頻保護(hù)的反事故措施及運(yùn)行維護(hù)中的注意事項(xiàng) 4.4.1 相差動(dòng)高頻保護(hù),4.4.2 高頻閉鎖距離保護(hù) 4.5 光纖保護(hù)簡(jiǎn)介 第5章 輸電線路的自動(dòng)重合閘 5.1 自動(dòng)重合閘的作用及其基本要求 5.1.1 自動(dòng)重合閘在電力系統(tǒng)中的作用 5.1.2 自動(dòng)重合閘裝置的基本要求 5.2 單側(cè)電源線路的三相一次自動(dòng)重合閘 5.2.

6、1 電磁型三相一次自動(dòng)重合閘裝置 5.2.2 工作原理 5.3 雙側(cè)電源線路的三相一次自動(dòng)重合閘,5.3.1 雙側(cè)電源線路重合閘的特點(diǎn) 5.3.2 雙側(cè)電源線路重合閘的主要方式 5.4 自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合 5.4.1 自動(dòng)重合閘前加速 5.4.2 自動(dòng)重合閘后加速 5.5 單相自動(dòng)重合閘與綜合自動(dòng)重合閘 5.5.1 單相重合閘的特點(diǎn) 5.5.2 綜合重合閘 第6章 電力變壓器保護(hù) 6.1 電力變壓器的故障、異常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式,6.2 變壓器的勵(lì)磁涌流 6.3 變壓器的差動(dòng)保護(hù) 6.3.1 變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理 6.3.2 不平衡電流產(chǎn)生的原因 6.3.3 減小不平衡電流的措施

7、 6.4 變壓器的瓦斯保護(hù) 6.5 變壓器相間短路的后備保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù) 6.5.1 過電流保護(hù) 6.5.2 低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù) 6.5.3 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù),6.5.4 負(fù)序過電流保護(hù) 6.5.5 過負(fù)荷保護(hù) 6.6 變壓器零序電流、電壓保護(hù) 6.6.1 中性點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流 保護(hù) 6.6.2 中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行時(shí)變壓器的零序電流、電壓保護(hù) 6.7 整定計(jì)算實(shí)例 第7章 發(fā)電機(jī)保護(hù) 7.1 發(fā)電機(jī)的故障類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)方式,7.1.1 發(fā)電機(jī)的故障和異常運(yùn)行狀態(tài) 7.1.2 大型發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)及對(duì)繼電保護(hù)的要求 7.1.3 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝設(shè)的原則 7.

8、2 發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù) 7.2.1 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理 7.2.2 采用BCH-2型差動(dòng)繼電器的縱差動(dòng) 保護(hù) 7.3 發(fā)電機(jī)定子匝間短路保護(hù) 7.3.1 匝間短路的特點(diǎn) 7.3.2 橫差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成及工作原理,7.3.3 保護(hù)裝置的整定計(jì)算及其他有關(guān)問題 7.3.4 定子繞組零序電壓原理的匝間短路 保護(hù) 7.4 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù) 7.4.1 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn) 7.4.2 定子繞組單相接地的零序電流保護(hù) 7.5 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù) 7.5.1 勵(lì)磁回路接地故障的危害及保護(hù)裝設(shè)原則 7.5.2 勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù) 7.5.3 勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù),7.6 發(fā)電機(jī)

9、失磁保護(hù) 7.6.1 發(fā)電機(jī)失磁的物理過程及特點(diǎn) 7.6.2 發(fā)電機(jī)失磁時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗 7.6.3 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的構(gòu)成方式 7.7 整定計(jì)算舉例 第8章 母線保護(hù) 8.1 母線的故障及裝設(shè)母線保護(hù)的原則 8.2 母線的完全電流差動(dòng)保護(hù) 8.2.1 完全的電流差動(dòng)保護(hù)原理 8.2.2 保護(hù)的整定計(jì)算 8.3 電流相位比較式母線保護(hù),8.3.1 電流相位比較式母線保護(hù)的基本原則 8.3.2 保護(hù)的構(gòu)成 8.4 雙母線保護(hù) 8.4.1 雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)，元件固定連接的電流差動(dòng)保護(hù) 8.4.2 雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)，元件非固定連接的母聯(lián)電流相位比較式母線保護(hù) 8.5 整定計(jì)算舉例 第9章 微機(jī)保護(hù) 9

10、.1 概述 9.1.1 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成,9.1.2 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn) 9.2 微機(jī)保護(hù)的硬件組成原理 9.2.1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的硬件組成 9.2.2 電壓形成回路 9.2.3 采樣保持電路與模擬低通濾波器 9.2.4 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MUX) 9.2.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D) 9.2.6 高度集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS 9.2.7 CPU主系統(tǒng) 9.2.8 開關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng) 9.2.9 與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的接口部分,9.3 微機(jī)保護(hù)的軟件基礎(chǔ) 9.3.1 數(shù)字濾波 9.3.2 微機(jī)保護(hù)的算法 9.4 微機(jī)保護(hù)舉例 9.4.1 概述 9.4.2 微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和算法 9.4.3 微機(jī)變壓

11、器差動(dòng)保護(hù)的軟件流程 9.5 提高微機(jī)保護(hù)可靠性的措施 9.5.1 抗電磁干擾的措施 9.5.2 模擬量的自糾錯(cuò) 9.5.3 故障自診斷,1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是各種類型的短路。發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下后果： 1)通過故障點(diǎn)的短路電流和所燃起的電弧使故障設(shè)備或線路損壞。 2)短路電流通過非故障設(shè)備時(shí)，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起電氣設(shè)備損傷或損壞，導(dǎo)致使用壽命大大縮減,第1章 緒論,3)電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至

12、導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)瓦解。 繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常的運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是： 1)自動(dòng)地、迅速地和有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行,2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件(如有無經(jīng)常值班人員)而動(dòng)作于信號(hào)，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會(huì)引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備切除。此時(shí)一般不要求保護(hù)動(dòng)作迅速，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免不必要的動(dòng)作和由于干擾而引起的誤動(dòng)作。 1.2 繼電保

13、護(hù)的基本原理 為了完成上述第一個(gè)任務(wù)，繼電保護(hù)裝置,必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。 電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是： 1)電流增大。短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。 2)電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下,降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。 3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20；三相短路

14、時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定，一般為6085；而在保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的限額將則是180+(6085)。 4)不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如單相接地短路及兩相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的,利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。例如，據(jù)短路故障時(shí)電流的增大，可構(gòu)成過電流保護(hù)；據(jù)短路故障時(shí)電壓的降低，可構(gòu)成電壓保護(hù)；據(jù)短路故障時(shí)電流與電壓之間相角的變化，可構(gòu)成功率方向保護(hù)；據(jù)電壓與電流比值的變化，可構(gòu)成距離保護(hù)；據(jù)故障時(shí)被保護(hù)元件兩端電流相位和大小的變化，可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)；據(jù)不對(duì)稱短路故障時(shí)出現(xiàn)的電流、電

15、壓相序分量，可構(gòu)成零序電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)；高頻保護(hù)則是利用高頻,通道來傳遞線路兩端電流相位、大小和短路功率方向信號(hào)的一種保護(hù)。 1.3 繼電保護(hù)的組成及分類 模擬型繼電保護(hù)又可分為機(jī)電型繼電保護(hù)和靜態(tài)型繼電保護(hù)兩類。 機(jī)電型繼電保護(hù)由若干個(gè)不同功能的繼電器所組成。繼電器是一種能自動(dòng)動(dòng)作的電器，只要加入某種物理量(如電流或電壓等)，或者加入的物理量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，它就會(huì)動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，輸出電信號(hào),靜態(tài)型繼電保護(hù)是應(yīng)用晶體管或集成電路等電子元件來實(shí)現(xiàn)的，它由若干個(gè)不同功能的回路，如測(cè)量、比較或比相、觸發(fā)、延時(shí)、邏輯和輸出等回路組成。具有體積小、重量輕、功耗

16、小、靈敏度高、動(dòng)作快和不怕震動(dòng)、可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。 1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求 1.4.1 選擇性 1.4.2 速動(dòng)性,圖1.1 電網(wǎng)有選擇性地切除故障的說明圖,圖1.2 電力系統(tǒng)并列運(yùn)行示意圖,1.4.3 靈敏性 保護(hù)裝置的靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量。靈敏系數(shù)表示式為： 1)對(duì)于反應(yīng)故障參數(shù)量增加(如過電流)的保護(hù)裝置： 2)對(duì)于反應(yīng)故障參數(shù)量降低(如低電壓)的保護(hù)裝置,1.4.4 可靠性 1.5 繼電保護(hù)的發(fā)展概況 隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)將朝著計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化的方向發(fā)展，這對(duì)繼電保護(hù)工作者

17、提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動(dòng)的廣闊天地?？梢哉f微機(jī)保護(hù)代表著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的未來，必將成為未來電力系統(tǒng)的重要組成部分,第2章 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù),2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù) 2.1.1 反應(yīng)單一電氣量的繼電器 (1)電磁型繼電器 電磁型繼電器在35 kV及以下電網(wǎng)的電氣線路和電氣設(shè)備繼電保護(hù)裝置中大量地被采用。電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)形式有螺管線圈式、吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式三種，如圖2.1所示,電流繼電器在電流保護(hù)中用作測(cè)量和起動(dòng)元件，它是反應(yīng)電流超過一整定值而動(dòng)作的繼電器。電磁型繼電器是利用電磁原理工作的，現(xiàn)以吸引銜鐵式繼電器為例進(jìn)行分析，如圖2.2所示,圖2.1 電

18、磁型繼電器的原理結(jié)構(gòu) (a)螺管線圈式；(b)吸引銜鐵式；(c)轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式 1線圈；2可動(dòng)銜鐵；3電磁鐵；4止擋；5接點(diǎn)；6反作用彈簧,圖2.2 電磁型電流繼電器的原理結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩曲線 (a)原理結(jié)構(gòu)圖；(b)電磁轉(zhuǎn)矩與反作用轉(zhuǎn)矩與舌片行程的關(guān)系 1線圈；2鐵心；3空氣隙；4固定觸點(diǎn)；5可動(dòng)觸點(diǎn)；6止擋；7彈簧；8被吸引的可動(dòng)舌片；9起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩；10起動(dòng)時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩；11返回時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩；12返回時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩,首先分析使繼電器觸點(diǎn)閉合的力矩(即動(dòng)作力矩)。在線圈1中通以電流IJ，則產(chǎn)生與其成正比的磁通,即 ，通過由鐵心、空氣隙和可動(dòng)舌片而成的磁路，使舌片磁化與鐵心的磁極產(chǎn)生電磁吸力，其大小

19、與2成正比，這樣由電磁吸引力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)矩Mdc可表示為 式中 K1、K2比例常數(shù)； 電磁鐵與可動(dòng)鐵心之間的氣隙,其次分析使繼電器觸點(diǎn)閉合的阻力矩。正常工作情況下，線圈中流入負(fù)荷電流，繼電器不工作，這是由于彈簧對(duì)應(yīng)于空氣隙長度1產(chǎn)生一初始力矩Mth1。由于彈簧的張力與伸長量成正比，因此，當(dāng)空氣隙長度由1減小到2時(shí)，彈簧產(chǎn)生的反作用力矩為 Mth=Mth1+K3(1-2) 式中 K3比例常數(shù)。 1)繼電器動(dòng)作的條件。 MdcMth+Mm,2)動(dòng)作電流。 3)繼電器的返回條件。 MthMdc+Mm或MdcMth-Mm 4)返回電流。 5)返回系數(shù),6)動(dòng)作電流的調(diào)整方法： 改善繼電器線圈的

20、匝數(shù)； 改變彈簧的張力； 改變初始空氣隙長度。 7)剩余力矩。 (2)晶體管型繼電器 1)晶體管過電流繼電器的組成 2)工作過程 正常工作時(shí)：電流變換器的輸入電流小于繼電器的動(dòng)作電流,UR30,晶體管VT1因正向偏置而導(dǎo)通,VT2完全截止,輸出電壓Usc接,圖2.3 繼電器的“繼電特性,近于+E1,對(duì)應(yīng)于繼電器不動(dòng)作狀態(tài)。 起動(dòng)時(shí)：當(dāng)輸入繼電器的電流大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，UR3增大，a點(diǎn)電位降低,圖2.4 晶體管型過電流繼電器的原理接線圖,致使VD5導(dǎo)通，VT1截止，其集電極電位升高，使晶體管VT2導(dǎo)通，輸出電壓Usc降至0.10.3 V，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)繼電器的輸入電流減小至返回電流

21、時(shí)，UR3減小，a點(diǎn)電位增高使VD5截止，VT1重新導(dǎo)通，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，繼電器返回，繼電器的返回電流小于繼電器的動(dòng)作電流，其返回系數(shù)小于1。 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)過程中正反饋的存在將使繼電器具有良好的“繼電特性”，同時(shí)繼電器的返回系數(shù)主要由I2和VT1的飽和深度決定,3)時(shí)間繼電器 式中 UCD電容器C上的起始電壓； Ec電源電勢(shì)； UVS穩(wěn)壓管反向擊穿電壓,圖2.5 晶體管型時(shí)間繼電器原理接線圖,2.1.2 無時(shí)限電流速斷保護(hù) (1)幾個(gè)基本概念 1)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 2)最小運(yùn)行方式 3)最小短路電流與最大短路電流 4)保護(hù)裝置的起動(dòng)值 5)保護(hù)裝置的整定 (2)工作原理 對(duì)于單側(cè)電源供電線路，在每回

22、線路的電源側(cè)均裝有電流速斷保護(hù)。在輸電線路上發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流可用,下式計(jì)算,圖2.6 電流速斷保護(hù)的動(dòng)作特性分析 最大運(yùn)行方式下三相短路電流；最小運(yùn)行方式下兩相短路電流,式中 I (3)dmax最大三相短路電流； I (2)dmin最小兩相短路電流； EX電源等值計(jì)算相電勢(shì)； Xsmin從保護(hù)安裝地點(diǎn)到電源的最小等值電抗； Xsmax從保護(hù)安裝地點(diǎn)到電源的最大等值電抗； Xl輸電線路單位長度的正序電抗； L短路點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)的距離。 (3)整定計(jì)算 1)動(dòng)作電流,2)保護(hù)范圍(靈敏度Klm)計(jì)算(校驗(yàn)) 式中 Ue輸電線路的額定線電壓。 3)動(dòng)作時(shí)限 (4)電流速斷保護(hù)

23、的接線圖 1)單相原理接線圖,2)展開圖 (5)對(duì)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià) 2.1.3 限時(shí)電流速斷保護(hù) (1)對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的要求 增設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)的主要目的是為了保護(hù)線路全長，因此，對(duì)它的要求是在任何情況下都能保護(hù)線路全長并具有足夠的靈敏性，在滿足這個(gè)前提下具有較小的動(dòng)作時(shí)限。 (2)工作原理,圖2.7 單相原理接線圖,圖2.8 速斷保護(hù)裝置展開接線圖 (a)交流回路；(b)直流回路,圖2.9 系統(tǒng)運(yùn)行方式變化較大的情況 圖2.10 短路時(shí)保護(hù)范圍較小的情況,1)為了保護(hù)本條線路全長，限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍必須延伸到下一條線路去，這樣當(dāng)下一條線路出口短路時(shí)，它就能切除 故障。 2)為

24、了保證選擇性，必須使限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作帶有一定的時(shí)限。 3)為了保證速動(dòng)性，時(shí)限應(yīng)盡量縮短。時(shí)限的大小與延伸的范圍有關(guān)，為使時(shí)限量小，使限時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍不超出下一條線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的范圍。因而動(dòng)作時(shí)限t比下一條線路的速斷保護(hù)時(shí)限t高出,一個(gè)時(shí)間階段t。即限時(shí)電流速斷在時(shí)間上躲過電流速斷的動(dòng)作，這樣當(dāng)下一條線路出口處短路時(shí)，它就能切除故障。 (3)整定計(jì)算 1)動(dòng)作電流。 式中 Idz下一線下一條相鄰線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流； Kk可靠系數(shù)，一般取1.11.2； Idz本條線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流,2)動(dòng)作時(shí)限。 t1=t2+t (2.10) 式中 t1線路L-1限

25、時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限； t2線路L-2無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，一般人為延時(shí)為0； t時(shí)限階段。 3)靈敏度校驗(yàn),式中 I (2)dmin被保護(hù)線路末端兩相短路時(shí)流過限時(shí)電流速斷保護(hù)的最小短路電流； I dz限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。 (4)限時(shí)電流速斷保護(hù)的接線圖 1)單相原理接線 2)展開圖 (5)對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià) 限時(shí)電流速斷保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，能保護(hù)本條線路全長，但不能作為相鄰元件(下一條線路)的后備保護(hù)(有時(shí)只能對(duì)相鄰元件的一部分起后備保護(hù)作用)。因此，必須尋求新的保護(hù)形式,2.1.4 定時(shí)限過電流保護(hù) (1)工作原理 (2)整定計(jì)算,圖2.11 限時(shí)電流速斷

26、保護(hù)單相原理接線圖,圖2.12 展開圖 (a)交流回路；(b)直流回路,1)動(dòng)作電流。 式中 可靠系數(shù)，取1.151.25； Kzq自起動(dòng)系數(shù)，取13； Kh繼電器的返回系數(shù)，對(duì)于電磁型繼電器，取0.85； Ifmax被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流。 2)靈敏校驗(yàn),3)時(shí)間整定。 式中 下一條線路電流段的動(dòng)作延時(shí),圖2.13 定時(shí)限過電流保護(hù)原理分析圖,3)靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限的配合 (4)接線圖 電流段保護(hù)的原理接線、展開圖與電流段保護(hù)相同。 (5)對(duì)定時(shí)限過電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 定時(shí)限過電流保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，對(duì)單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動(dòng)作。不僅能作本線路的近后備(有時(shí)作為主保護(hù))，而且

27、能作為下一條線路的遠(yuǎn)后備。在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，一般在35 kV及以下網(wǎng)絡(luò)中作為主保護(hù)。定時(shí)限,過電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)是越靠近電源端其動(dòng)作時(shí)限越大，對(duì)靠近電源端的故障不能快速切除,圖2.14 電流三段式保護(hù)特性及時(shí)限特性分析圖,2.1.5 階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià) (1)階段式電流保護(hù)的應(yīng)用 (2)階段式電流保護(hù)的時(shí)限特性,圖2.15 具有電流、段保護(hù)的單相原理接線圖,3)階段式電流保護(hù)的選擇性 (4)對(duì)階段式電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 三段式電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，并且一般情況下都能較快切除故障，一般用于35 kV及以下電壓等級(jí)的單側(cè)電源電網(wǎng)中。缺點(diǎn)是它的靈敏度和保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式

28、和短路類型的影響，此外，它只在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性。 2.1.6 電流保護(hù)的接線方式 (1)相間短路電流保護(hù)的主要接線形式 1)三相完全星形接線方式,2)兩相不完全星形接線方式 3)兩相電流差接線方式 (2)各種接線方式在不同故障時(shí)的性能分析,圖2.16 展開圖 (a)交流回路；(b)直流回路,圖2.17 完全星形接線圖 圖2.18 不完全星形接線圖,圖2.19 兩相電流差接線圖,1)中性點(diǎn)直接接地或非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路。 2)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的兩點(diǎn)接地 短路,圖2.20 串聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地的示意圖 圖2.21 放射性線路上兩點(diǎn)接地的示意圖,圖2.22 Y/-11變壓器后

29、面的兩相短路示意圖,3)各種接線方式的應(yīng)用范圍,圖2.23 Y/-11接線降壓變壓器兩相短路時(shí)的電流分析及過電流保護(hù)的接線 (a)接線圖；(b)側(cè)電流相量圖；(c)Y側(cè)電流相量圖,三相星形接線方式能反應(yīng)各種類型的故障，保護(hù)裝置的靈敏度不因故障相別的不同而變化。主要應(yīng)用于如下方面： 1)廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器、大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中。 2)用在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中(大接地電流系統(tǒng)中)，作為相同短路的保護(hù)，同時(shí)也可保護(hù)單相接地(對(duì)此一般都采用專門的零序電流保護(hù))。 3)在采用其他更簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的接線方式不能滿足靈敏度的要求時(shí)，可采用這種接線 方式,兩相星形接線方式較為經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，能反應(yīng)各種類型的相

30、同短路。主要應(yīng)用于如下方面： 1)在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，廣泛地采用它作為相間短路的保護(hù)。在10 kV及以上，特別在35 kV非直接接地電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。 2)在分布很廣的中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，兩點(diǎn)接地短路常發(fā)生在放射型線路上。在這種情況下，采用兩相星形接線以保證有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條線路(要使保護(hù)裝置均安裝在相同的兩相上，一般為AC兩相)。如在610 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中對(duì)單相接地可,不立即跳閘，允許運(yùn)行2小時(shí)，因此在6 10 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的過流保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用兩相星形接線方式。 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù) 2.2.1 方向性電流保護(hù)的工作原理

31、(1)問題的提出 (2)幾個(gè)概念 1)短路功率 2)故障方向 3)功率方向繼電器 4)方向性電流保護(hù),3)解決措施 (4)方向過電流保護(hù)的原理接線圖 2.2.2 功率方向繼電器 (1)功率方向繼電器的分類,圖2.24 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)保護(hù)動(dòng)作方向的分析和規(guī)定,在常規(guī)保護(hù)中，方向元件有電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型等，常用的是整流型和晶體管型。兩者的區(qū)別在于,圖2.25 方向過電流保護(hù)的原理接線圖 (a)原理圖；(b)相量圖,整流型方向元件的執(zhí)行元件是極化繼電器，而晶體管型方向元件的執(zhí)行元件則是靈敏度較高的零指示器。此外，也可采用相應(yīng)的集成電路或直接測(cè)量電壓電流間的夾角，以判別故障方向

32、。 (2)功率方向繼電器的構(gòu)成和工作原理 1)構(gòu)成 整流型方向繼電器的基本環(huán)節(jié)包括：電壓形成回路、整流濾波回路、比較回路和執(zhí)行元件等幾部分。這幾部分的作用是：將輸入電流、電壓經(jīng)過中間變壓器或電抗變換器轉(zhuǎn)換,成適合于測(cè)量的電壓，然后將該電壓經(jīng)過整流濾波回路變換成與之成正比的直流電壓，再送到比較回路進(jìn)行比較，以決定執(zhí)行元件是否動(dòng)作,圖2.26 LLG-3型功率方向繼電器原理接線圖,2)工作原理 2.2.3 功率方向繼電器的90接線方式 (1)功率方向繼電器的接線方式 (2)方向過電流保護(hù)裝置的接線圖 2.2.4 方向性電流保護(hù)的整定舉例 (1)方向性電流保護(hù)的整定計(jì)算 1)動(dòng)作電流的整定 躲過最大

33、負(fù)荷電流,圖2.27 兩相式方向過電流保護(hù)的原理接線圖與展開圖 (a)原理接線圖；(b)交流回路；(c)直流回路,躲過非故障相電流。 Idz=KkIfg 式中 Kk可靠系數(shù)，一般取1.21.3。 與相鄰線路保護(hù)裝置靈敏度的配合。 Idz4Idz3Idz2 Idz8Idz7Idz6 Idz7=KphIdz6 2)保護(hù)裝置的靈敏度校驗(yàn) 方向過電流保護(hù)電流元件的靈敏度校驗(yàn)方法與不帶方向的過電流保護(hù)相同。作為本,線路的近后備保護(hù)時(shí)，其靈敏系數(shù)Klm要求為1.251.5；作為下一相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，其靈敏系數(shù)要求Klm1.2。 3)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限,圖2.28 方向過電流保護(hù)的時(shí)限特性,t2t3t4

34、 t6t7t8 (2)方向過電流保護(hù)的三相原理接線圖,圖2.29 方向過電流保護(hù)的三相原理接線圖,2.2.5 對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 方向過電流保護(hù)，常用于35 kV以下的兩側(cè)電源輻射型電網(wǎng)和單電源環(huán)型電網(wǎng)中作為主要保護(hù)，在電壓為35 kV及110 kV輻射型電網(wǎng)，常常與電流速斷保護(hù)配合使用，構(gòu)成三段式方向電流保護(hù)，作為線路相間短路的整套保護(hù)。 2.3 大電流接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù) 2.3.1 接地故障時(shí)零序電流、零序電壓及零序功率的特點(diǎn) 1)故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低。如圖2.30(c)所示,2)零序電流的分布，決定于線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗及變壓器接

35、地中性點(diǎn)的數(shù)目和位置，而與電源的數(shù)量和位置無關(guān),圖2.30 接地短路時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò) (a)系統(tǒng)接線；(b)零序網(wǎng)絡(luò)；(c)零序電壓分布,3)故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反，是由線路流向母線的。 4)某一保護(hù)(如保護(hù)1)安裝地點(diǎn)處的零序電壓與零序電流之間(如UA0與I0)的相位差取決于背后元件(如變壓器)的阻抗角，而與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無關(guān)。 5)在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，正、負(fù)序阻抗的變化，引起Ud1、Ud2、Ud0之間電壓分配的改變，因而間接地影響零序分量的大小。 2.3.2 零序分量濾序器 (1)零序電流濾過器,2)零序電流互感器 對(duì)于采用電纜引出的送電線路,還廣

36、泛采用零序電流互感器接線以獲得3I0,如圖2.31(b)所示。它和零序電流濾過器相比，主要是沒有不平衡電流，同時(shí)接線也更簡(jiǎn)單。 (3)零序電壓互感器,圖2.31取得零序電流的方式 (a)由三個(gè)電流互感器構(gòu)成的零序電流濾過器； (b)由一個(gè)電流互感器構(gòu)成的零序電流互感器,2.3.3 零序電流速斷保護(hù) (1)整定計(jì)算 1)躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3I0max,即,圖2.32幾種取得零序電壓的方式 (a)用三個(gè)單相電壓互感器；(b)用三相五柱式電壓互感器,I0dz=Kk3I0max (2.17) 式中 Kk可靠系數(shù)，一般取1.21.3； I0max單相接地短

37、路時(shí)的零序電流I (1)0和兩相接地短路時(shí)的零序電流I (1,1)0的最大值。 2)躲過斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)出現(xiàn)的零序電流3I0bt，即 I0dz=Kk3I0bt (2.18) 式中 Kk可靠系數(shù)，取1.11.2； I0bt斷路器不同期接通所引起的最大零序電流。 先合一相，相當(dāng)于斷開兩相，最嚴(yán)重情況,下(系統(tǒng)兩側(cè)電源電勢(shì)相差180)流過斷路器的零序電流為 先合兩相，相當(dāng)于斷開一相，最嚴(yán)重情況下通過斷路器的零序電流為 (2)幾點(diǎn)說明 1)如果保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間大于斷路器三相,不同期合閘的時(shí)間，則可不考慮式(2.18)所決定的整定值。 2)采用非全相退出措施。此時(shí)可不考慮非全相振蕩時(shí)出現(xiàn)的最

38、大零序電流。 2.3.4 限時(shí)零序電流速斷保護(hù) (1)整定計(jì)算 1)動(dòng)作電流 零序段的起動(dòng)電流應(yīng)與下一段線路的零序段保護(hù)相配合。 當(dāng)該保護(hù)與下一段線路保護(hù)之間無中性點(diǎn)接地變壓器時(shí)，該保護(hù)的起動(dòng)電流I0dz為,I0dz=KkI0dz下一線 (2.21) 式中 Kk可靠系數(shù)，取1.11.2； I0dz下一線下一段線路零序段保護(hù)的起動(dòng)值。 當(dāng)該保護(hù)與下一段線路保護(hù)之間有中性點(diǎn)接地變壓器時(shí)，該保護(hù)的起動(dòng)電流I0dz為 I0dz=KkId0js (2.22) 式中 Kk可靠系數(shù)，取1.11.2； Id0js在下一段相鄰線路保護(hù)零序段保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí)，流過本保護(hù)裝置的零序電流計(jì)算值,2)動(dòng)作時(shí)限

39、 零序段的動(dòng)作時(shí)限與相鄰線路零序段相配合，動(dòng)作時(shí)限一般取0.5 s。 (2)靈敏度校驗(yàn) 零序段的靈敏系數(shù)，應(yīng)按照本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流來校驗(yàn)，并滿足Klm1.5的要求，即 式中 I0min本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流,2.3.5 零序過電流保護(hù) (1)整定計(jì)算 躲開在下一條線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流Ibpmax,即 式中 可靠系數(shù)，取1.11.2； Ibpmax下一條線路出口處相間短路時(shí)的最大不平衡電流。 與下一線路零序段相配合就是本保護(hù)零序段的保護(hù)范圍，不能超出相鄰線路上零序段的保護(hù)范圍。當(dāng)兩個(gè)保護(hù)之間,具有分支電路時(shí)(有中性點(diǎn)接地變壓器時(shí))，起動(dòng)電流整定為

40、 式中 可靠系數(shù)，取1.11.2； Id0js在相鄰線路的零序段保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí)，流過本保護(hù)范圍的最大零序電流計(jì)算值。如與相鄰線路保護(hù)間有分支電路時(shí)，則Id0js取下一條相鄰線路零序段的起動(dòng)值。起動(dòng)值取、中最大者。 (2)靈敏度校驗(yàn),1)作為本條線路近后備保護(hù)時(shí)，按本線路末端發(fā)生接地故障時(shí)的最小零序電流3I0min來校驗(yàn)，要求Klm2，即 2)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，按相鄰線路保護(hù)范圍末端發(fā)生接地故障時(shí)，流過本保護(hù)的最小零序電流3I0min來校驗(yàn)，要求Klm 1.5，即,3)動(dòng)作時(shí)限 2.3.6 方向性零序電流保護(hù) (1)構(gòu)成方向性零序電流保護(hù)時(shí)應(yīng)注意的問題 1)在多電源大接地電

41、流系統(tǒng)中，每個(gè)變電站至少有一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地，以防止單相接地短路時(shí)，非故障相產(chǎn)生危險(xiǎn)的過 電壓,圖2.33 零序過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限,2)在圖2.34所示雙側(cè)電源供電系統(tǒng)中，它的兩側(cè)電源處的變壓器中性點(diǎn)均直接接地,圖2.34 零序方向保護(hù)工作原理分析 (a)網(wǎng)絡(luò)接線；(b)D1點(diǎn)短路的零序網(wǎng)絡(luò)；(c)D2點(diǎn)短路的零序網(wǎng)絡(luò),2)動(dòng)作特性 仍以圖2.34為例，在D1點(diǎn)接地短路時(shí)，一部分零序電流要經(jīng)過TM-2變壓器構(gòu)成回路，一部分零序電流要經(jīng)過TM-1變壓器構(gòu)成回路。斷路器1QF4QF處的零序電流保護(hù)均可能動(dòng)作，為保證動(dòng)作的選擇性，2QF、3QF的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為 t02t03 同理，在D2點(diǎn)發(fā)生

42、接地故障時(shí)，要求 t03t02 顯然，零序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限同時(shí)滿足這兩個(gè)條件是不可能的，必須加裝功率方向元件，構(gòu)成方向性零序電流保護(hù),3)解決措施 1)假設(shè)母線零序電壓為正，零序電流由母線流向線路方向?yàn)檎?2)接地故障時(shí)的相量圖 (4)零序功率方向繼電器 1)構(gòu)成 零序功率方向繼電器LG-12原理接線圖如圖2.36所示，它由幅值比較的電壓形成回路及相應(yīng)的執(zhí)行回路組成。 2)動(dòng)作特性,圖2.35 零序電流在保護(hù)安裝地點(diǎn)的相量圖,整流型功率方向繼電器，相位比較的電壓量為 式中 kd零序功率方向繼電器整定阻抗角，使接地短路時(shí)動(dòng)作最靈敏。 相位比較繼電器的動(dòng)作和邊界條件為 幅值比較電量為,幅值比較

43、的零序功率方向繼電器的動(dòng)作和邊界條件為,圖2.36 整流型零序功率方向繼電器LG-12的原理接線圖 (a)電壓形成回路；(b)幅值比較回路；(c)執(zhí)行回路,5)三段式方向性零序電流舉例 具有方向性零序電流三段保護(hù)的原理接線圖如圖2.37所示,圖2.37 方向性零序電流三段保護(hù)的原理接線圖,2.3.7 零序電流保護(hù)整定計(jì)算舉例,圖2.38 大電流接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)整定例圖 (a)系統(tǒng)圖；(b)(d)不同運(yùn)行方式時(shí)的正序(負(fù)序)、零序等值序網(wǎng)圖,2.3.8 對(duì)零序電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 零序電流保護(hù)有下述優(yōu)點(diǎn)： 1)零序電流保護(hù)比相間短路的電流保護(hù)有較高的靈敏度。對(duì)零序段，由于線路的零序阻抗大于正序阻抗

44、。使線路始末兩端電流變化較大，因此使零序段的保護(hù)范圍增大，即提高了靈敏度；對(duì)零序段，由于起動(dòng)值是按不平衡電流來整定的，所以比相間短路的電流保護(hù)的起動(dòng)值小，即靈敏度高。 2)零序過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限較相間電流保護(hù)短，如圖2.33所示,3)零序電流保護(hù)不受系統(tǒng)振蕩和過負(fù)荷等不正常運(yùn)行狀態(tài)的影響。相間短路電流保護(hù)均將受它們的影響而可能誤動(dòng)作，因而需要采取必要的措施予以防止。 4)零序功率方向元件無死區(qū)。 5)結(jié)構(gòu)與工作原理簡(jiǎn)單。零序電流保護(hù)以單一的電流量作為動(dòng)作量，而且每段只用一個(gè)繼電器就可對(duì)三相中任一相接地故障作出反應(yīng)，使用繼電器數(shù)量少，接線簡(jiǎn)單，試驗(yàn)維護(hù)方便，所以其正確動(dòng)作率高于其他復(fù)雜保護(hù),零

45、序保護(hù)的缺點(diǎn)是不能反映相間短路。 2.4 小電流接地系統(tǒng)的接地保護(hù) 2.4.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn) (1)單電源單線路系統(tǒng)的單相接地 (2)單電源多線路系統(tǒng)的單相接地,圖2.39 單電源單線路系統(tǒng)單相接地示意圖 圖2.40 A相接地時(shí)的相量圖,2.4.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地保護(hù) (1)零序電流保護(hù),圖2.41 單電源多線路系統(tǒng)單相接地時(shí)的電流分布圖,2)方向性零序電流保護(hù) 2.4.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地的特點(diǎn) (1)完全補(bǔ)償法 (2)欠補(bǔ)償法,圖2.42 零序電流保護(hù)原理接線圖,3)過補(bǔ)償法 2.4.4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的接地 保護(hù),圖2.43 消弧線圈

46、接地系統(tǒng)單相接地時(shí)的電流分布,1)絕緣監(jiān)視裝置 (2)采用反應(yīng)五次諧波電流的接地保護(hù),圖2.44 絕緣監(jiān)視裝置原理接線圖,第3章 電網(wǎng)的距離保護(hù),3.1 距離保護(hù)的作用原理 3.1.1 距離保護(hù)的基本原理 距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)裝置。測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離，實(shí)際上是測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小，故有時(shí)又稱阻抗保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的線路阻抗為負(fù)荷阻抗Zfh，即,當(dāng)發(fā)生線路故障時(shí),母線測(cè)量電壓為 ,輸電線路上測(cè)量電流為 ,這時(shí)的測(cè)量阻抗為保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的短路阻抗Zd，即 在短路以后，母線電壓下降,而流經(jīng)保護(hù)安

47、裝處的電流增大,這樣短路阻抗Zd比正常時(shí)測(cè)量到的Zfh大大降低，所以距離保護(hù)反應(yīng)的信息量Zcl在故障前后變化比電流變化要大，因而比反應(yīng)單一物理量的電流保護(hù)靈敏度高,3.1.2 距離保護(hù)的時(shí)限特性 3.1.3 距離保護(hù)的主要組成元件 1)起動(dòng)元件 2)測(cè)量元件 3)時(shí)間元件 4)振蕩閉鎖元件 5)電壓回路斷線失壓閉鎖元件,圖3.1 三段式距離保護(hù)時(shí)限特性,3.2 阻抗繼電器 3.2.1 用復(fù)數(shù)阻抗平面分析阻抗繼電器的特性 運(yùn)行中的阻抗器是接入電流互感器TA和電壓互感器TV的二次側(cè)，其測(cè)量阻抗與系統(tǒng)一次側(cè)阻抗之間的關(guān)系為,圖3.2 阻抗相量在復(fù)平面上的表示,式中 Ucl、Icl阻抗繼電器的測(cè)量電壓

48、和電流,U1、I1系統(tǒng)一次側(cè)電壓和電流； KTV電壓互感器的變比； KTA電流互感器的變比； Zcl系統(tǒng)一次側(cè)的測(cè)量阻抗。 3.2.2 比幅原理和比相原理,圖3.3 系統(tǒng)圖 圖3.4 任意網(wǎng)絡(luò)阻抗在復(fù)平面上的表示,當(dāng)| | |時(shí)，繼電器動(dòng)作；當(dāng)| | |時(shí)，繼電器不動(dòng)作。 (2)比相原理,圖3.5 過渡電阻對(duì)測(cè)量阻抗的影響,1)比幅原理 相量 和 的絕對(duì)值分別用| |和| |表示。比幅器的動(dòng)作邊界條件為,按比相原理構(gòu)成的繼電器的動(dòng)作條件一般可寫為 式中,符號(hào)arg 表示取復(fù)數(shù) 的相角，當(dāng)相,圖3.6 比幅式繼電器的實(shí)現(xiàn)方框圖,量 超前 時(shí)，相arg 為正，反之為負(fù)。 (3)比幅與比相之間的轉(zhuǎn)換

49、關(guān)系,圖3.7 余弦型比相器的動(dòng)作范圍 圖3.8 比相式繼電器的實(shí)現(xiàn)方框圖,圖3.9 兩種比較原理兩比較量之間的關(guān)系,3.2.3 全阻抗繼電器 (1)全阻抗繼電器的動(dòng)作特性 Zdz=Zzd (3.7) (2)比幅式全阻抗繼電器 1)動(dòng)作方程 由圖3.10全阻抗繼電器的動(dòng)作特性(比幅式),可知其動(dòng)作條件可用阻抗的幅值來表示,即,圖3.10 比幅式全阻抗繼電器動(dòng)作特性圖,阻抗繼電器的測(cè)量阻抗 整定阻抗是一常數(shù)，是人為給定的一個(gè)定數(shù)，可看作兩個(gè)常數(shù)之比，即 式中 KI電抗互感器TAV的變化(即TAV的轉(zhuǎn)移阻抗)，為一復(fù)系數(shù)，它的量綱是阻抗量綱,KU整定變壓器TAV的變比，為一實(shí)系數(shù)，無量綱。 將式(

50、3.9)、(3.10)的關(guān)系帶入式(3.8)，且兩側(cè)均乘以KUIcl，可得到用電壓幅值比較的全阻抗繼電器的動(dòng)作方程為 這樣,就將兩個(gè)阻抗的比較轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電壓的比較。 2)整流型全阻抗繼電器 (3)相位比較的全阻抗繼電器,1)動(dòng)作方程,圖3.11 整流型全阻抗繼電器原理圖,2)兩電氣量的電壓形成回路 圖3.13為比相式全阻抗繼電器的兩電氣量的電壓形成回路,圖3.12 全阻抗繼電器的相位比較量及動(dòng)作特性分析,圖3.13 比相式全阻抗繼電器兩電氣量的電壓形成回路,3.2.4 方向阻抗繼電器 (1)方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性 (2)比幅式方向阻抗繼電器 1)動(dòng)作方程 方向阻抗繼電器的動(dòng)作方程為,圖3.1

51、4 具有方向性的圓特性 圖3.15 比幅式方向阻抗繼電器的特性圓,2)電壓形成回路 (3)比相式方向阻抗繼電器,圖3.16 比相式方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性,1)動(dòng)作方程 2)方向阻抗繼電器相位比較電氣量的電壓形成回路 根據(jù)式(3.17)，可以設(shè)計(jì)出比相式方向阻抗繼電器的電壓形成回路，此略。 3.2.5 偏移特性阻抗繼電器 (1)偏移特性阻抗繼電器的特性圓 偏移度的定義是：在最大靈敏角方向上反向動(dòng)作阻抗與正方向動(dòng)作阻抗之比的百分?jǐn)?shù)，即,2)比幅式偏移特性阻抗繼電器特性分析,圖3.17 偏移特性阻抗繼電器的特性圓,圖3.18 比幅式偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性,圖3.18為比幅式偏移特性阻抗繼電器

52、動(dòng)作特性的示意圖，由圖中的幾何關(guān)系可以看出，偏移特性阻抗繼電器由比幅方式構(gòu)成時(shí)的動(dòng)作阻抗方程為 繼電器比幅方式的動(dòng)作電壓方程為 (3)比相式偏移特性阻抗繼電器特性分析,比相式偏移特性阻抗繼電器動(dòng)作阻抗方程為 其動(dòng)作電壓方程為 式中相位比較的兩個(gè)電氣量分別為,圖3.19 比相式偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性,3.3 單相阻抗繼電器的接線方式 3.3.1 阻抗繼電器接線方式的要求及分類,3.3.2 相間短路的0接線方式 (1)三相短路 設(shè)每1 km的正序電抗為Z1，當(dāng)在距保護(hù)安裝處l點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),因三相對(duì)稱短路中三相繼電器的工作情況完全相同,故以AB相繼電器為例進(jìn)行分析,加入繼電器中的電壓、電流分別

53、為,2)AB兩相短路 在距保護(hù)安裝處l km點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),以1kZ分析，IA=-IB，繼電器測(cè)量到的 (3)AB兩相接地短路 當(dāng)在距保護(hù)安裝處l km點(diǎn)發(fā)生AB兩相接地,短路故障時(shí)，電流IA和IB以輸電線路、大地、中性點(diǎn)形成回路。設(shè)每1 km自感阻抗為ZL,互感阻抗為ZM，則故障相電壓為,3.3.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中兩相接地短路 設(shè)每1 km的自感阻抗為ZL,互感阻抗為ZM，且ZL-ZM=Z1,兩相短路電流分別為IdB、IdC，則保護(hù)安裝處B相、C相對(duì)地電壓為 由表3.1可知,故障相(BC)阻抗繼電器的測(cè)量電壓為 故繼電器的測(cè)量電流為,阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為 3.3.4 阻抗繼電器的主要技

54、術(shù)指標(biāo)和參數(shù) (1)最小動(dòng)作電流Idzmin (2)精確工作電流 其臨界動(dòng)作方程 或?qū)懗勺杩剐问?式中 1.1有效值轉(zhuǎn)換為平均值的系數(shù)。 在臨界狀態(tài)下，測(cè)量阻抗即動(dòng)作阻抗，即 ZclZdz 將上述關(guān)系式代入式(3.29)，則有 由式(3.30)可見： 1)由于U0的存在，使繼電器的動(dòng)作阻抗實(shí)際上小于整定阻抗，使保護(hù)范圍減小; 2)等式右邊第二項(xiàng)1.1U0/KUIcl與流過繼,電器電流Icl大小有關(guān)，因此動(dòng)作阻抗的減小與Icl有關(guān)。在其他參數(shù)一定的條件下，當(dāng)Icl較小時(shí)，動(dòng)作阻抗減小較多，只有Icl足夠大(或U0足夠小)時(shí)，動(dòng)作阻抗才近似等于整定阻抗,3)由于Icl是通過電抗互感器起作用的，當(dāng)I

55、cl過小或過大時(shí)，電抗互感器均工作在非線性區(qū)域，轉(zhuǎn)移阻抗下降，所以整定阻抗Zzd均隨之下降,圖3.20 全阻抗繼電器Zdz與Icl的關(guān)系曲線 1理想特性；2實(shí)際特性,3.4 影響距離保護(hù)正確工作的因素 3.4.1 概述 3.4.2 過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響 (1)短路點(diǎn)過渡電阻的特性 電弧電阻的數(shù)值為 Raclac/Iac (3.31,圖3.21 短路時(shí)產(chǎn)生的電弧 (a)電弧電阻隨時(shí)間變化的曲線; (b)經(jīng)電弧短路時(shí)電流、電壓的波形圖,2)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響 1)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò) 過渡電阻的存在，給距離保護(hù)的性能帶來較大的影響，但對(duì)不同地點(diǎn)的保護(hù)裝置影響是 不一樣的。例如，在圖3.22(a)

56、的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路L2的出口通過Rgd短路時(shí)，L1、L2兩條線路上的距離保護(hù)裝置的測(cè)量阻抗分別是： KZ2：Zcl2Rgd (3.32) KZ1：Zcl1ZL1Rgd (3.33,圖3.22 經(jīng)過過渡電阻Rgd短路示意圖,2)雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)由雙側(cè)電源供電，在線路L2出口經(jīng)過渡電阻Rgd短路時(shí)，兩側(cè)電源均向短路點(diǎn)供給短路電流Id和Id，流經(jīng)過渡電阻的電流為Id+Id，此時(shí)，過渡電阻Rgd上的電壓降為,圖3.23 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)過渡電阻對(duì)不同安裝地點(diǎn)距離保護(hù)影響情況分析,UR=(Id+Id)Rgd (3.34) M側(cè)阻抗繼電器KZ1的測(cè)量阻抗為,圖3.24 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過渡電阻短路時(shí)對(duì)測(cè)

57、量阻抗的影響,3)過渡電阻對(duì)不同動(dòng)作特性阻抗繼電器的 影響 在圖3.25的網(wǎng)絡(luò)中，假定在保護(hù)1處的距離段采用不同特性的阻抗繼電器，它們的整定值選擇都一樣,即Z1bh10.85ZAB。如果在距離段保護(hù)范圍內(nèi)阻抗為Zf處，通過電阻Rgd發(fā)生短路，則保護(hù)KZ1的測(cè)量阻抗為 Zk1=Zf+Rgd (3.36,3)防止過渡電阻影響的措施 1)采用帶偏移特性的阻抗繼電器 2)采用瞬時(shí)測(cè)量裝置,圖3.25 過渡電阻對(duì)不同特性阻抗繼電器影響的比較,3.4.3 分支電路對(duì)距離保護(hù)的影響 (1)助增電流的影響 阻抗繼電器KZA的測(cè)量阻抗為,圖3.26 瞬時(shí)測(cè)量電路框圖 圖3.27 有接點(diǎn)的瞬時(shí)測(cè)量電路,式中,Kf

58、z稱為分支系數(shù)(助增系數(shù))，其定義為 (2)汲出電流的影響 距離保護(hù)KZA第段的測(cè)量阻抗為,圖3.28 助增電流對(duì)阻抗繼電器工作的影響,電力系統(tǒng)未受擾動(dòng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)處于同步運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)間的相位差較小并且保持恒定不變，此時(shí)系統(tǒng)中各處的電壓、電流有效值都是常數(shù)。當(dāng)電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)或小的干擾而失去運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，機(jī)組間的相,圖3.29 外汲電流對(duì)阻抗繼電器工作的影響,3.4.4 電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響及振蕩閉鎖 (1)電力系統(tǒng)振蕩的基本概念,對(duì)角度隨時(shí)間不斷增大，線路中的電流亦產(chǎn)生較大的波動(dòng)。在繼電保護(hù)范圍內(nèi)，把這種并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象稱為振

59、蕩。 (2)系統(tǒng)振蕩時(shí)電氣量的變化特點(diǎn),圖3.30 系統(tǒng)振蕩時(shí)的等效電路,取A側(cè)電源電勢(shì)EA為參考相量，即EA=EA或EA=EA0，兩側(cè)電源電勢(shì)EA和EB之間的夾角為，在系統(tǒng)振蕩時(shí)可以認(rèn)為是EB圍繞EA旋轉(zhuǎn)，因此EB落后于EA的角度在0360范圍內(nèi)變化，即EB=EAe-j,它們之間的相量關(guān)系如圖3.31所示。兩側(cè)電源電勢(shì)之差為,在電源電勢(shì)差E的作用下，線路中產(chǎn)生的振蕩電流為 振蕩電流IAB滯后于電勢(shì)差(EA-EB)的角度為,系統(tǒng)的總阻抗角 由式(3.40)可得到振蕩電流的有效值為 電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，電源中性點(diǎn)的電位仍然為零，由圖3.30可知，線路兩側(cè)母線A和B的電壓為,振蕩中心的電壓UZ是的函數(shù)，其有效值的變化為,圖3.31 系統(tǒng)振蕩時(shí)電源電勢(shì)相量圖 圖3.32 振蕩電流變化曲線,3)系統(tǒng)振蕩時(shí)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗 在系統(tǒng)振蕩時(shí)，由于電壓電流的變化，其測(cè)量阻抗為,圖3.33 電力系統(tǒng)振蕩時(shí)各點(diǎn)電壓變化圖,圖3.34 系統(tǒng)阻抗角與線路阻抗角相等時(shí)的相量圖,將上述關(guān)系代入式(3.40)，則可得到在阻抗復(fù)平面上的直線方程，即,當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，在某一值下，保護(hù)A的測(cè)量阻抗為,圖3.35 系統(tǒng)振蕩時(shí)在某一值時(shí)測(cè)量阻抗的變化軌跡,在系統(tǒng)振蕩周期為T的情況下，阻抗繼電器受系統(tǒng)振蕩影響而閉合,其常開接點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間為,圖3.36 振蕩時(shí)，不同安裝點(diǎn)距離保護(hù)測(cè)量阻抗的軌跡,圖 3.37 阻抗繼電器受