第6章 繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置

第6章繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置6.1概述什么是繼電保護(hù)裝置?當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機(jī)、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障（如短路）或者不正常運(yùn)行狀態(tài)（如過(guò)負(fù)荷）危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)，能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件進(jìn)一步發(fā)展的一種自動(dòng)化裝置和設(shè)備，一般通稱為繼電保護(hù)裝置。電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置則用以快速恢復(fù)電力系統(tǒng)的完整性，防止發(fā)生長(zhǎng)期大面積停電的重大系統(tǒng)事故，如系統(tǒng)失去穩(wěn)定、電壓崩潰和頻率崩潰等自動(dòng)重合閘裝置:是指斷路器跳閘之后，經(jīng)過(guò)整定的動(dòng)作時(shí)限，能夠使斷路器重新合閘的自動(dòng)裝置。自動(dòng)重合閘裝置的英文名稱為AutomaticRecloser，縮寫為AR。備用電源自動(dòng)投入裝置:將兩路電源線路分為工作電源線路和備用電源線路。僅當(dāng)工作電源線路發(fā)生故障退出運(yùn)行時(shí)，備用電源線路才自動(dòng)投入運(yùn)行。6.1.1繼電保護(hù)的作用繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的任務(wù)是什么?當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令（自動(dòng)、迅速、有選擇性），使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開(kāi)，以最大限度地減少對(duì)電力系統(tǒng)元件本身的損壞，降低對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求(如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等)。反映電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同(例如有無(wú)經(jīng)常值班人員)發(fā)出信號(hào)，以便值班人員進(jìn)行處理，或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整（減負(fù)荷），或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除（調(diào)閘）。反映不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。6.1.2繼電保護(hù)的基本原理繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時(shí)的電氣量(電流增大、電壓降低、電流電壓間相位角、功率、頻率等)的變化，構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作的原理（過(guò)電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、方向保護(hù)等），也有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯（瓦斯保護(hù)）和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高、電機(jī)繞組溫度升高（過(guò)負(fù)荷保護(hù)）。大多數(shù)情況下，不管反映哪種物理量，繼電保護(hù)裝置都包括測(cè)量部分(和定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。測(cè)量部分:測(cè)量保護(hù)對(duì)象輸入信號(hào)，并與整定值進(jìn)行比較(如流入繼電保護(hù)裝置中的電流是通過(guò)電流互感器與電流繼電器的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。)邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分的輸出量進(jìn)行邏輯運(yùn)算產(chǎn)生控制指令執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分輸出的控制指令執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作（跳閘、發(fā)出信號(hào)等）6.1.3繼電保護(hù)的分類1.按構(gòu)成原理分類 ①電流保護(hù)；②電壓保護(hù)；③阻抗保護(hù)（距離保護(hù)）；④方向保護(hù)；⑤縱聯(lián)保護(hù)；⑥序分量保護(hù)；⑦其他保護(hù)，如瓦斯保護(hù)、行波保護(hù)。2.按構(gòu)成元件分類 電磁型保護(hù)、感應(yīng)型保護(hù)、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保護(hù)和微機(jī)保護(hù)。3.按被保護(hù)設(shè)備分類 線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)和電容補(bǔ)償裝置保護(hù)。4.按職責(zé)分類(1)主保護(hù)；(2)后備保護(hù)（近后備和遠(yuǎn)后備保護(hù)）；(3)輔助保護(hù)6.1.4對(duì)繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求：這四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一?？煽啃允侵冈诒Ｗo(hù)該動(dòng)作時(shí)（在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或異常）應(yīng)可靠地動(dòng)作而不拒絕動(dòng)作。不該動(dòng)作時(shí)（在正常時(shí)或保護(hù)范圍外發(fā)生故障）應(yīng)可靠不動(dòng)作而不誤動(dòng)作?？煽啃允菍?duì)繼電保護(hù)裝置性能的最根本的要求。如何保證繼電保護(hù)的可靠性?繼電保護(hù)的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置以及正常的運(yùn)行維護(hù)和管理來(lái)保證。任何電力設(shè)備(線路、母線、變壓器等)都不允許在無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。220kV及以上電網(wǎng)的所有運(yùn)行設(shè)備都必須由兩套交、直流輸入、輸出回路相互獨(dú)立，并分別控制不同斷路器的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)任一套繼電保護(hù)裝置或任一組斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能由另一套繼電保護(hù)裝置操作另一組斷路器切除故障。在所有情況下，要求這套繼電保護(hù)裝置和斷路器所取的直流電源都經(jīng)由不同的熔斷器供電。選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，以盡量減少停電范圍；當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備保護(hù)、線路保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障（后備保護(hù)）。為保證對(duì)相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護(hù)和同一保護(hù)內(nèi)有配合要求的兩元件（如啟動(dòng)與跳閘元件或閉鎖與動(dòng)作元件）的選擇性，其靈敏系數(shù)及動(dòng)作時(shí)間在一般情況下應(yīng)相互配合。靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或者異常時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)，不論短路點(diǎn)位置、類型、最大運(yùn)行方式或最小運(yùn)行方式都可正確靈敏反映。如果保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時(shí)地反應(yīng)動(dòng)作，即具有足夠的反應(yīng)能力，說(shuō)明保護(hù)裝置的靈敏度高。保護(hù)裝置靈敏與否，一般都用靈敏系數(shù)（ks）來(lái)衡量。靈敏系數(shù)標(biāo)志著在故障發(fā)生初期，繼電器保護(hù)反應(yīng)故障的能力。高靈敏度的保護(hù)裝置使故障易于反應(yīng)，從而減少了故障對(duì)系統(tǒng)的影響和波及范圍。各類保護(hù)的最小靈敏系數(shù)在規(guī)程中有具體規(guī)定。選擇性和靈敏性的要求，通過(guò)繼電保護(hù)的整定實(shí)現(xiàn)。對(duì)于過(guò)電流保護(hù)裝置，靈敏度系數(shù)ks為：被保護(hù)區(qū)末端發(fā)生金屬短路時(shí)的最小短路電流保護(hù)裝置的一次側(cè)動(dòng)作電流對(duì)于低電壓保護(hù)裝置，靈敏度系數(shù)ks

被保護(hù)區(qū)末端發(fā)生金屬短路時(shí)的最高短路電壓保護(hù)裝置的一次側(cè)動(dòng)作電壓被保護(hù)的電氣設(shè)備

繼電保護(hù)裝置類型

最低靈敏度ks

變壓器、線路等所有電氣設(shè)備

過(guò)電流保護(hù)

5（如滿足此要求將使保護(hù)復(fù)雜時(shí)，靈敏度可降為1.25）電流速斷保護(hù)

2.0后備保護(hù)

1.2（如滿足此要求將使保護(hù)過(guò)分復(fù)雜或在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，可僅按常見(jiàn)的運(yùn)行方式和故障類型校驗(yàn)靈敏度）

變壓器

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

2.03～10kV電纜線路

中性點(diǎn)不直接接地電力網(wǎng)中的零序電流保護(hù)

1.253～10kV架空線路

1.50我國(guó)電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范規(guī)定的各類保護(hù)裝置的靈敏度系數(shù)有一個(gè)要求見(jiàn)表所示：速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)盡快地切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動(dòng)重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動(dòng)投入的效果等。切除故障時(shí)間＝保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間(目前最快可達(dá)0.02s)＋斷路器跳閘時(shí)間(目前最快可達(dá)0.04s)6.2電力線路的繼電保護(hù)繼電器是組成繼電保護(hù)裝置的基本元件。根據(jù)繼電器反應(yīng)的物理量分，有電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器等。根據(jù)繼電器的工作原理分，有電磁式、感應(yīng)式等。按其反應(yīng)參量變化情況分，有過(guò)電流繼電器、過(guò)電壓繼電器、欠電壓繼電器等。按其與一次電路的聯(lián)系分，有一次式和二次式：一次式繼電器的線圈與一次電路直接相連，二次式繼電器的線圈連接在電流互感器或電壓互感器的二次側(cè)。各種繼電器的表示符號(hào)和圖形符號(hào)電流繼電器是保護(hù)裝置主要起動(dòng)元件。電流繼電器分為電磁式和感應(yīng)式的。電磁式繼電器的電流時(shí)間特性是定時(shí)限特性，電流超過(guò)設(shè)定電流值就動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)限是固定的，與外加電流無(wú)關(guān)。感應(yīng)式繼電器是反時(shí)限特性，動(dòng)作時(shí)限與通入電流大小平方成反比。6.2.1三段式電流保護(hù)定時(shí)限和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的比較定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作時(shí)間準(zhǔn)確，容易整定。而且不論短路電流大小，動(dòng)作時(shí)間是一定的，不會(huì)因短路電流小而動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的缺點(diǎn)是：繼電器數(shù)目較多，接線比較復(fù)雜。在靠近電源處短路時(shí)，保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：可采用交流操作，接線簡(jiǎn)單，所用保護(hù)設(shè)備數(shù)量少，因此這種方式簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，在工廠供電系統(tǒng)中的車間變電所和配電線路上用得較多。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的缺點(diǎn)是：整定、配合較麻煩，繼電器動(dòng)作時(shí)限誤差較大，當(dāng)距離保護(hù)裝置安裝處較遠(yuǎn)的地方發(fā)生短路時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，延長(zhǎng)了故障持續(xù)時(shí)間。一.電流繼電器電流繼電器是反映故障電流增大而自動(dòng)動(dòng)作的電器，在此作為代表來(lái)分析繼電器原理和特性電磁型電流繼電器線圈通電流在鐵芯中產(chǎn)生磁通，通過(guò)鐵芯、空氣隙和轉(zhuǎn)動(dòng)舌片組成磁路，舌片磁化產(chǎn)生電磁力偶Fdc若舌片力臂為L(zhǎng)k

，則電磁轉(zhuǎn)矩Mdc為：（以上Mf和M分別為彈簧反抗力矩和摩擦力矩）因此調(diào)整繼電器啟動(dòng)電流方法可有：改變線圈匝數(shù)Wk；改變彈簧的Mf；改變能引起磁阻Rc變化的空氣隙當(dāng)流過(guò)線圈的電流Ik減小時(shí)，舌片在彈簧作用下將返回原位置，返回條件為：返回系數(shù)恒小于1，一般取0.85繼電特性繼電特性

為保證繼電器動(dòng)作后可靠地有輸出，防止當(dāng)輸入電流在整定值附近波動(dòng)時(shí)輸出不停地跳變，對(duì)繼電器有明確的動(dòng)作特性要求。

例如過(guò)電流繼電器，流過(guò)正常狀態(tài)下的電流I時(shí)不動(dòng)作，輸出高電平E0（或其觸點(diǎn)是開(kāi)的）；只有其流過(guò)的電流大于動(dòng)作電流Iop時(shí)才能夠迅速起動(dòng)、穩(wěn)定可靠地輸出低電平E1（或閉合其觸點(diǎn)）；一旦流過(guò)繼電器的電流減小，并小于返回電流Ire（其值能夠確保繼電器復(fù)位到初始狀態(tài)），繼電器又能立即返回到輸出高電平E0（或觸點(diǎn)重新打開(kāi)）。無(wú)論起動(dòng)和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確的，它不可能停留在某一個(gè)中間位置，這種動(dòng)作特性常稱之為“繼電特性”。

二.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)：通常指其啟動(dòng)電流按照躲開(kāi)（大于）最大負(fù)荷電流來(lái)進(jìn)行整定的一種保護(hù)裝置。即應(yīng)該使Ist>IL·max，以保證正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作時(shí)限特性：只要通過(guò)繼電器的電流大于其動(dòng)作電流時(shí)，保護(hù)就能按預(yù)定時(shí)間動(dòng)作（階梯原則），動(dòng)作時(shí)間一定，與電流大小無(wú)關(guān)為了滿足選擇性要求，可依靠各保護(hù)裝置帶有不同的延時(shí)來(lái)滿足。保護(hù)裝置同時(shí)啟動(dòng)但不同時(shí)動(dòng)作跳閘（YT跳閘線圈）工作原理：正常情況下，斷路器QF閉合，保持正常供電，線路中流過(guò)正常電流，此時(shí)電流繼電器不會(huì)啟動(dòng)。當(dāng)線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，線路中流過(guò)的電流迅速增加，使電流繼電器KA瞬時(shí)動(dòng)作，啟動(dòng)時(shí)間繼電器KT，經(jīng)過(guò)延時(shí)，KT延時(shí)觸點(diǎn)閉合，使串聯(lián)的信號(hào)繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動(dòng)作，KS觸點(diǎn)閉合接通報(bào)警線路，KM觸點(diǎn)閉合，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。在短路故障切除后，繼電保護(hù)裝置除KS外的其他所有繼電器都自動(dòng)返回起始狀態(tài)，而KS需手動(dòng)復(fù)位。按選擇性要求整定過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限

各級(jí)過(guò)電流保護(hù)中時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)限是按階梯原則來(lái)整定的確定△t時(shí)，考慮斷路器的動(dòng)作時(shí)間tQF，前一級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)限可能發(fā)生提前動(dòng)作的負(fù)誤差t(+)；后一級(jí)保護(hù)裝置滯后的正誤差t(+),還要一定的裕度儲(chǔ)備時(shí)間tch，過(guò)電流保護(hù)的接線方式可以完全反映各種短路，但設(shè)備最多，主要應(yīng)用于110KV及以上電流系統(tǒng)不能完全反映單相短路，但設(shè)備可減少1/3，主要用于10～35KV線路設(shè)備最簡(jiǎn)單，可靠性最低，主要用于不太重要的6～10KV線路過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)整定計(jì)算：就是正確地選擇保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)，主要是動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限（時(shí)限階段△t一般選0.5~0.6s)動(dòng)作電流基本要求：當(dāng)被保護(hù)元件流過(guò)最大負(fù)荷電流時(shí)保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作跳閘，在外部短路切除后能可靠地返回（保護(hù)1啟動(dòng)后又會(huì)返回）。Ist>IL·maxIr>IL·max由于電壓恢復(fù)時(shí)，電機(jī)有個(gè)自啟動(dòng)過(guò)程，自啟動(dòng)電流將大于電機(jī)正常工作電流，因此引入自啟動(dòng)系數(shù)Kast(>1)，同時(shí)為確保Ir大于自啟動(dòng)時(shí)最大電流，引入可靠系數(shù)Krel(一般用1.15~1.25)，有Ir=Krel

Kast

IL·max考慮返回系數(shù)Kr(一般用0.85)有Ist=Krel

Kast

IL·max/Kr靈敏度Ksen=Ik·min/Ist（Ksen>1.2)Ik·min——保護(hù)范圍末端發(fā)生金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的最小短路電流定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置的時(shí)限一經(jīng)整定便不能變動(dòng)，如下圖所示，

當(dāng)k3處發(fā)生三相短路故障時(shí)，斷路器QF3處繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間必須經(jīng)過(guò)才能動(dòng)作，達(dá)不到速動(dòng)性的目的。為了減小本段線路故障下的事故影響范圍，當(dāng)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于0.7s時(shí)，便需設(shè)置反應(yīng)電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)即電流速斷保護(hù)，以保證本段線路的短路故障能迅速地被切除。三.電流速斷保護(hù)為了滿足速動(dòng)性要求，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)越快越好，可取消時(shí)限特性。如在右圖中，k-2發(fā)生短路時(shí)，只有保護(hù)2動(dòng)作，讓保護(hù)1不動(dòng)作。即無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定原則為：必須選擇保護(hù)1的動(dòng)作電流大于其保護(hù)范圍外的最大短路電流

Ist=Krel

Ik·max特點(diǎn)：動(dòng)作迅速，但保護(hù)范圍較小，且受運(yùn)行方式影響電流速斷的靈敏度用保護(hù)范圍來(lái)表示，不應(yīng)小于線路全長(zhǎng)的15％～20％1.無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)速斷保護(hù)動(dòng)作電流的確定為了保證選擇性，在下一段線路發(fā)生最大短路電流時(shí)保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作在本段線路內(nèi)發(fā)生最小短路電流時(shí)應(yīng)動(dòng)作線路電流速斷保護(hù)的保護(hù)區(qū)

2.限時(shí)電流速斷保護(hù)在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，為了能保護(hù)線路全長(zhǎng)，必須將保護(hù)范圍延伸到下一個(gè)保護(hù)器的范圍，這樣為了保證動(dòng)作的選擇性，就必須使保護(hù)動(dòng)作帶有一定的時(shí)限，時(shí)限應(yīng)越小越好，通常比過(guò)電流保護(hù)時(shí)限更小（0.35~0.6s）。一般應(yīng)使下段電流速斷和本段限時(shí)電流速斷保護(hù)配合工作：四.三段式電流保護(hù)三種電流保護(hù)區(qū)別1.選擇動(dòng)作電流原則：電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)按照躲開(kāi)某點(diǎn)的最大短路電流整定，其保護(hù)范圍必然是有限的；過(guò)電流保護(hù)是按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的。2.作用范圍：（無(wú)時(shí)限）電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)；限時(shí)電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng)，但由于保護(hù)范圍仍然有限，不能作為相鄰元件的后備保護(hù)；過(guò)電流保護(hù)一旦超過(guò)最大負(fù)荷電流將動(dòng)作，可作為相鄰元件的后備保護(hù)；將三種保護(hù)組合構(gòu)成三段式電流保護(hù)，可同時(shí)滿足速動(dòng)、選擇性和可靠性接線圖階段性電流保護(hù)總體評(píng)價(jià)電流速斷、限時(shí)電流速斷和過(guò)電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)裝置。它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來(lái)選擇起動(dòng)電流，即速斷是按照躲開(kāi)某一點(diǎn)的最大短路電流來(lái)整定，限時(shí)速斷是按照躲開(kāi)前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流而整定。而過(guò)電流保護(hù)則是按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定。電流速斷(電流Ⅰ段)、限時(shí)電流速斷(電流Ⅱ段)和過(guò)電流保護(hù)(電流Ⅲ段)組成的三段式電流保護(hù)優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，并且在一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。因此，在電網(wǎng)中特別是在35kV及以下的較低電壓的網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是它直接受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式來(lái)選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式來(lái)校驗(yàn)，這就使它往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護(hù)范圍的要求。6.2.2方向電流保護(hù)1.方向電流保護(hù)的提出現(xiàn)代電力系統(tǒng)是多電源系統(tǒng)。三段式電流保護(hù)應(yīng)用于多電源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，存在固有的選擇性難題。如圖所示兩端有電源的線路上，為了切除線路上的故障必須在線路兩側(cè)均裝設(shè)斷路器及其相應(yīng)的保護(hù)。

雙電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)的選擇性若兩個(gè)電源同時(shí)存在，使得線路上短路電流的大小與短路點(diǎn)位置的關(guān)系變復(fù)雜，速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流難以整定。如當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)，按選擇性要求，應(yīng)由距故障點(diǎn)最近的保護(hù)2和6動(dòng)作切除故障。距k1點(diǎn)較近的保護(hù)1本是以電源EI為起點(diǎn)整定的，然而此時(shí)由電源EII產(chǎn)生的短路電流將通過(guò)保護(hù)1，該短路電流可能會(huì)大于保護(hù)1的起動(dòng)電流，則保護(hù)1的電流速斷或過(guò)電流保護(hù)會(huì)誤動(dòng)作。同理，其它地點(diǎn)短路時(shí)，對(duì)有關(guān)的保護(hù)裝置也能得出相應(yīng)的結(jié)論。誤動(dòng)作的保護(hù)都是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障時(shí)，由對(duì)側(cè)電源供給的短路電流引起的。對(duì)誤動(dòng)作的保護(hù)而言，實(shí)際短路功率的方向都是由線路流向母線的。為了消除這種無(wú)選擇性的動(dòng)作，需要在可能誤動(dòng)作的保護(hù)上裝設(shè)一個(gè)功率方向閉鎖元件，該元件只當(dāng)短路功率方向由母線流向線路(規(guī)定此方向?yàn)檎?時(shí)動(dòng)作，由線路流向母線(規(guī)定此方向?yàn)樨?fù))時(shí)不動(dòng)作，從而繼電保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性。方向性過(guò)電流保護(hù)主要由方向元件，電流元件和時(shí)間元件組成。方向元件和電流元件必須都動(dòng)作以后，才能起動(dòng)時(shí)間元件，再經(jīng)過(guò)預(yù)定延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。2.方向電流保護(hù)的構(gòu)成圖中，TV為電壓互感器；TA為電流互感器；KA為電流測(cè)量元件；KW為功率方向測(cè)量元件，在保護(hù)線路正方向短路時(shí)動(dòng)作，即短路功率為正(由母線流向線路)時(shí)動(dòng)作；KT為延時(shí)邏輯元件；KS為信號(hào)元件。為簡(jiǎn)化保護(hù)接線和提高保護(hù)的可靠性，電流保護(hù)每相的第I、II、III段可共用一個(gè)方向元件。一般來(lái)說(shuō)，電流保護(hù)的第I段在動(dòng)作電流滿足選擇性時(shí)，不加方向元件；電流保護(hù)的第II段在動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間能滿足選擇性時(shí)，不加方向元件。方向電流保護(hù)的構(gòu)成原理3.功率方向元件功率方向元件是利用在保護(hù)正、反方向短路時(shí)，保護(hù)安裝處母線電壓和流過(guò)保護(hù)的電流之間的相位變化構(gòu)成的為了保證功率方向元件的方向性和靈敏度，相間短路的功率方向元件一般采用90°接線方式。所謂90°接線方式是指系統(tǒng)在三相對(duì)稱且功率因數(shù)為1的情況下，接入功率方向元件的電流超前所加電壓90°的接線。功率方向元件的動(dòng)作方程為：功率方向元件的動(dòng)作特性圖

(a)動(dòng)作區(qū)

(b)角度特性

(c)伏安特性功率方向元件的動(dòng)作特性 4.三段式電流保護(hù)整定舉例【例6-1】圖6-11所示網(wǎng)絡(luò)中，已知

（1）線路裝有三段式電流保護(hù)1、2、3和4。流過(guò)線路AB和線路BC的最大負(fù)荷電流分別為120A和100A，負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)為1.8；（2）保護(hù)3的第II段保護(hù)的延時(shí)為0.5s，第III段保護(hù)的延時(shí)為1.0s；線路AB第II段保護(hù)的延時(shí)允許大于1s；（3）A電源電抗，；B電源電抗，；線路電抗，；（4）AB電源振蕩時(shí)，流過(guò)A側(cè)開(kāi)關(guān)最大電流為1770A；（5）可靠系數(shù)；躲開(kāi)最大振蕩電流的可靠系數(shù)；返回系數(shù)；

試對(duì)保護(hù)1進(jìn)行整定(即計(jì)算其動(dòng)作電流、靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限)。

圖6-11例6-1網(wǎng)絡(luò)一次接線圖【解】(1)電流I段整定

AB線路接有雙電源，因此動(dòng)作電流必須大于流過(guò)A側(cè)開(kāi)關(guān)的可能最大電流。A電源最大運(yùn)行方式下，B母線處最大三相短路電流B電源最大運(yùn)行方式下，A母線處最大三相短路電流

因?yàn)?.15×1770=2040>1.25×1210=1513A，所以動(dòng)作電流整定應(yīng)以躲過(guò)AB電源振蕩時(shí)流過(guò)A側(cè)開(kāi)關(guān)最大電流為原則，即

其靈敏度(保護(hù)范圍)應(yīng)通過(guò)最小運(yùn)行方式下兩相短路電流來(lái)校驗(yàn)。對(duì)應(yīng)動(dòng)作電流的最小保護(hù)范圍(距離可用電抗表示)可由式(6-3)推得

用百分值表示的最小保護(hù)范圍

可見(jiàn)，滿足靈敏性要求。電流I段的動(dòng)作時(shí)限為0s。

(2)電流II段整定電流II段的動(dòng)作電流按式(6-4)整定，即

此處，

最小分支系數(shù)(按電抗分流計(jì)算)

故動(dòng)作電流：

靈敏系數(shù)：

靈敏系數(shù)不滿足要求。

計(jì)算電流II段動(dòng)作時(shí)限。如前所述，當(dāng)該保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，動(dòng)作電流可采用和相鄰線路電流保護(hù)第Ⅱ段整定值配合方案，即

(3)電流III段整定

作近后備時(shí)的靈敏系數(shù)，同(2)理求得

可見(jiàn)靈敏性滿足要求。

作遠(yuǎn)后備時(shí)，應(yīng)以C母線處兩相最小短路電流，并考慮分支電流的影響，此時(shí)分支系數(shù)應(yīng)取最小運(yùn)行方式下的最大值，即

靈敏性滿足要求。電流III段的動(dòng)作時(shí)限6.2.3零序電流保護(hù)接地短路是電力系統(tǒng)中架空線路上出現(xiàn)最多的一類故障，尤其是單相接地故障可能占所有故障中的90%左右。前述電流保護(hù)如果采用三相完全星形接線，雖然也可以反映中性點(diǎn)接地電網(wǎng)的單相接地短路，但靈敏度不夠理想，時(shí)限也較長(zhǎng)，因此要考慮裝設(shè)專用的接地保護(hù)即零序電流保護(hù)。

1.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中接地時(shí)零序分量的特點(diǎn)當(dāng)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)(或者大接地電流系統(tǒng))中發(fā)生接地短路時(shí)，系統(tǒng)中將出現(xiàn)很大的零序電流，這在正常運(yùn)行時(shí)是不存在的，因此利用零序電流來(lái)構(gòu)成接地保護(hù)就具有很大的優(yōu)點(diǎn)。在大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生接地短路時(shí)，可以利用對(duì)稱分量法將電流、電壓分解為正序、負(fù)序和零序分量，并利用復(fù)合序網(wǎng)表示它們之間的關(guān)系。單相接地時(shí)零序電流與零序電壓從圖可以看出：當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)出現(xiàn)了零序電壓，規(guī)定零序電壓的方向，是線路高于大地為正。零序電流可以看成是由故障點(diǎn)的零序電壓所產(chǎn)生的，它們經(jīng)過(guò)變壓器中性點(diǎn)構(gòu)成回路。零序電流的正方向，仍然采用由母線流向故障點(diǎn)為正。

由零序網(wǎng)絡(luò)圖可見(jiàn)，零序分量具有以下特點(diǎn)：(1)故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，到變壓器接地的中性點(diǎn)處零序電壓為0。(2)由于零序電流是由零序電壓產(chǎn)生的，因此零序電流的大小和相位由零序電壓和電網(wǎng)中性點(diǎn)至接地故障點(diǎn)的零序阻抗所決定。(3)零序功率的正方向與正序功率的正方向相反，是由故障點(diǎn)指向母線。(4)保護(hù)安裝處(例如A點(diǎn))的零序電壓為

亦即接入保護(hù)裝置的零序電壓與零序電流的相位差，只取決于保護(hù)安裝處背后變壓器的零序阻抗而與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。

2.大接地電流系統(tǒng)的零序電流保護(hù)

在大接地電流系統(tǒng)中的零序電流保護(hù)是利用中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地故障時(shí)出現(xiàn)零序電流的特點(diǎn)而構(gòu)成。在110kV以上的單電源輻射形網(wǎng)絡(luò)，常常采用無(wú)方向的三段式零序電流保護(hù)作為接地故障的主保護(hù)及后備保護(hù)。通常三段式零序電流保護(hù)由以下三部分組成：1)無(wú)時(shí)限零序電流速斷保護(hù)，又稱零序I段保護(hù)；2)帶時(shí)限零序電流速斷保護(hù)，又稱零序Ⅱ段保護(hù)；3)零序過(guò)電流保護(hù)，又稱零序Ⅲ段保護(hù)。從保護(hù)構(gòu)成情況看，三段式零序電流保護(hù)與三段式相間電流保護(hù)相類似，其主要區(qū)別在于零序電流保護(hù)的測(cè)量元件(電流繼電器)接入的電流量的性質(zhì)不同，零序電流保護(hù)的測(cè)量元件是接在零序電流濾過(guò)器的出口。3.中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)接地短路的零序方向電流保護(hù)

在雙側(cè)或多側(cè)電源中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，電源處變壓器中性點(diǎn)一般至少有一臺(tái)是接地的。由于零序電流的實(shí)際流向是由故障點(diǎn)流向各個(gè)中性點(diǎn)接地的變壓器。因此在變壓器接地?cái)?shù)目比較多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，如果僅配置無(wú)方向的零序電流保護(hù)，就可能失去選擇性，導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)作。為了解決這一矛盾，應(yīng)在零序電流保護(hù)的基礎(chǔ)上，加裝方向元件，以判別正、反方向的故障，這樣的保護(hù)就稱之為零序方向電流保護(hù)。取保護(hù)安裝處零序電流的正方向?yàn)橛赡妇€指向線路，零序電壓的方向是線路高于大地的電壓為正方向。通常保護(hù)背側(cè)系統(tǒng)零序阻抗角約為70°～80°，故零序電流超前零序電壓的相角一般95°～110°。零序功率方向繼電器的電流線圈接于零序電流濾過(guò)器回路，輸入電流3I0；電壓線圈接于電壓互感器二次側(cè)開(kāi)口三角形繞組的輸出端，輸入電壓為3U0。零序功率方向繼電器只反映被保護(hù)線路正方向接地短路時(shí)的零序功率方向。當(dāng)前，在電力系統(tǒng)中實(shí)際使用的零序功率方向繼電器都是把最大靈敏角制成70°～85°，即若從其正極性端輸入的電流3I0滯后于按正極性端子接入的電壓3U0為70°～85°，繼電器最靈敏。實(shí)際工作中，應(yīng)把零序功率方向繼電器的電流線圈中標(biāo)有“*”號(hào)的端子與零序電流濾過(guò)器上有“*”的端子相連(即同極性相連)，以取得3I0。而把繼電器電壓線圈上有“*”的端子與零序電壓濾過(guò)器上沒(méi)有“*”的端子相連(即異極性相連)，以取得-3U0，保證正方向發(fā)生接地故障時(shí)，繼電器工作在最靈敏的狀態(tài)下。

4.中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)保護(hù)(1)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn)。正常情況下電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為0，各相對(duì)地電壓即為相電勢(shì)。三相對(duì)地電壓之和與三相電容電流之和均為0，此時(shí)電網(wǎng)中沒(méi)有零序電壓和零序電流。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地

當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地相(例如A相)的對(duì)地電容被短接，則A相電位變?yōu)?，此時(shí)大地的電位不再和電網(wǎng)中性點(diǎn)等電位，而B(niǎo)、C兩相對(duì)地電壓將升高√3倍，而電網(wǎng)中性點(diǎn)電壓則由0升高至相電壓。由于故障相(本例A相)為0，所以電網(wǎng)內(nèi)所有線路A相對(duì)地電容電流均為零，而非故障相(本例B、C相)由于電壓升高其電容電流不為0，從而出現(xiàn)了零序電容電流。而所有零序電流將全部匯流到接地點(diǎn)(即故障點(diǎn))，亦即接地點(diǎn)處的電流為各條線路非故障相對(duì)地電容電流的總和。由圖6-13可以看出，所有非故障相的電流都是從母線流向線路的。故障線路始端的零序電流為整個(gè)電網(wǎng)非故障線路的零序電流之和，其方向由線路流向母線。根據(jù)對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地時(shí)電流電壓分析，可以總結(jié)為：1)接地相電壓為0，非接地相電壓升高√3倍，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)零序電壓，其大小等于故障前電網(wǎng)的相電壓，且系統(tǒng)各處零序電壓相等。2)非故障線路的保護(hù)安裝處通過(guò)的零序電流為該線路本身非故障相對(duì)地電容電流之和，方向從母線流向線路，超前零序電壓90°。3)故障線路的保護(hù)通過(guò)的零序電流為所有非故障線路零序電流之和，其方向從線路指向母線，滯后零序電壓90°。

根據(jù)以上分析，又考慮到單相接地故障時(shí)，故障電流數(shù)值不大，三個(gè)線電壓仍然對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電短時(shí)不致有很大影響，線路可以繼續(xù)供電1~2h。(2)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地保護(hù)對(duì)策。1)絕緣監(jiān)視裝置。利用單相接地時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)零序電壓這一特征而構(gòu)成的絕緣監(jiān)視裝置是最簡(jiǎn)單實(shí)用的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)方式。2)零序電流保護(hù)。利用故障線路的零序電流大于非故障線路零序電流的特點(diǎn)，可以構(gòu)成有選擇性的零序電流保護(hù)并可動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。3)零序方向保護(hù)。利用接地時(shí)故障線路與非故障線路保護(hù)安裝處零序電流的方向恰好相差180°的特點(diǎn)，可以構(gòu)成有選擇性的零序方向保護(hù)。(3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn)及其保護(hù)。我國(guó)對(duì)小電流接地系統(tǒng)規(guī)定了接地電容電流的限制，那么，當(dāng)電網(wǎng)實(shí)際的電容電流超過(guò)限值時(shí)，就必須采取措施，即在電源中性點(diǎn)處接入消弧線圈使系統(tǒng)變?yōu)橹行渣c(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。所謂消弧線圈，是一種帶鐵芯的特殊電抗器。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，零序電容電流的分布與未接消弧線圈前是相同的，其不同點(diǎn)在于，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓時(shí)，消弧線圈中有一感性電流流過(guò)，這樣流過(guò)接地點(diǎn)的電流變成電感電流和電容電流的向量和。因?yàn)殡姼须娏髋c電容電流的方向相反，故電感電流實(shí)際上是起“補(bǔ)償作用”，從而使接地電流減小。根據(jù)電感電流對(duì)電容電流的補(bǔ)償程度，可分為完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。為避免諧振，一般采用過(guò)補(bǔ)償(IL>ICΣ)方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)單相接地如圖6-14所示。

圖6-14中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地

電流、電壓保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)，但是，系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不可能總工作于最大運(yùn)行方式下，因此當(dāng)運(yùn)行方式變小時(shí)，電流保護(hù)的保護(hù)范圍將縮短，靈敏度降低。對(duì)于容量大、電壓高或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，它們難于滿足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。電流、電壓保護(hù)一般只適用于35kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。而距離保護(hù)，顧名思義它測(cè)量的是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較小，保護(hù)范圍穩(wěn)定。常用于對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)的復(fù)雜網(wǎng)線路保護(hù)。6.2.4距離保護(hù)距離保護(hù)是利用阻抗元件來(lái)反映保護(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（用電壓與電流的比值U/I=Z）大小，故有時(shí)又稱之為阻抗保護(hù)。距離保護(hù)反應(yīng)的信息量比反應(yīng)單一物理量的電流保護(hù)靈敏度高。距離保護(hù)的實(shí)質(zhì)是用整定阻抗Zzd與被保護(hù)線路的測(cè)量阻抗Zcl比較。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時(shí)，即Zcl

>Zzd時(shí)繼電器不動(dòng)。當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，即Zcl

<Zzd時(shí)繼電器動(dòng)作。因此，距離保護(hù)又稱為低阻抗保護(hù)。1.距離保護(hù)的基本概念2.距離保護(hù)的時(shí)限特性當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處近時(shí)，其量測(cè)阻抗小，動(dòng)作時(shí)間短;當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時(shí)，其量測(cè)阻抗大,動(dòng)作時(shí)間就增長(zhǎng)，這樣保證了保護(hù)有選擇性地切除故障線路。距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間(t)與保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)距離(l)的關(guān)系t=f(l),稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。為了滿足繼電保護(hù)速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動(dòng)作范圍的時(shí)限特性。三段分別稱為距離保護(hù)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，它們分別與電流速斷、限時(shí)電流速斷及過(guò)電流保護(hù)相對(duì)應(yīng)。距離保護(hù)的第Ⅰ段是瞬時(shí)動(dòng)作的，它的保護(hù)范圍為本線路全長(zhǎng)的80～85％;第Ⅱ段與限時(shí)電流速斷相似,它的保護(hù)范圍應(yīng)不超出下一條線路距離第Ⅰ段的保護(hù)范圍，并帶有高出一個(gè)△t的時(shí)限以保證動(dòng)作的選擇性;第Ⅲ段與過(guò)電流保護(hù)相似，其起動(dòng)阻抗按躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷參量來(lái)選擇，動(dòng)作時(shí)限比保護(hù)范圍內(nèi)其他各保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)△t。

距離保護(hù)的原理與時(shí)限特性距離I段，為保證選擇性，其保護(hù)范圍應(yīng)限制在本線路內(nèi)。以保護(hù)1為例，它的整定阻抗應(yīng)小于ZAB，通常整定為(0.8~0.85)ZAB。由于不必和其他線路的保護(hù)配合，故第I段動(dòng)作不需帶時(shí)限，僅由繼電器的固有動(dòng)作時(shí)間決定。距離II段，用以彌補(bǔ)第I段之不足，盡快切除本線路末端15％~20％范圍內(nèi)的故障，但為了切除全線上的故障，勢(shì)必延伸到下一條線路首端部分區(qū)域。為了縮短動(dòng)作時(shí)限，距離II段的保護(hù)范圍要與相鄰下一線距距離I段配合。時(shí)限也與相鄰下一線的I段時(shí)限配合。距離I段和距離II段共同作為線路的主保護(hù)。距離III段，作為本線路距離I段和距離II段的近后備及相鄰線路的遠(yuǎn)后備。其時(shí)限可與相鄰下一線的III段或II段時(shí)限配合。在超高壓網(wǎng)絡(luò)中，為簡(jiǎn)化距離保護(hù)的接線，也可采用只有I、II段或只有II、III段的兩段式簡(jiǎn)化距離保護(hù)。一般情況下,距離保護(hù)裝置由以下4種元件組成。①起動(dòng)元件：在發(fā)生故障的瞬間起動(dòng)整套保護(hù)，并可作為距離保護(hù)的第Ⅲ段。起動(dòng)元件常取用過(guò)電流繼電器或低阻抗繼電器。②方向元件：保證保護(hù)動(dòng)作的方向性，防止反方向故障時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。方向元件可取用單獨(dú)的功率方向繼電器，也可取用功率方向繼電器與距離元件結(jié)合構(gòu)成方向阻抗繼電器。③距離元件：距離保護(hù)裝置的核心部分。它的作用是量測(cè)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。一般采用阻抗繼電器。④時(shí)限元件：配合短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近得到所需的時(shí)限特性，以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性。一般采用時(shí)間繼電器。3.距離保護(hù)評(píng)價(jià)距離保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于阻抗繼電器同時(shí)反應(yīng)電壓的降低與電流的增大而動(dòng)作，因此距離保護(hù)較電流電壓保護(hù)有較高的靈敏度;保護(hù)范圍不受運(yùn)行方式的變化的影響而保持恒定。距離保護(hù)的主要缺點(diǎn)是：(1)不能實(shí)現(xiàn)全線瞬動(dòng)。對(duì)雙側(cè)電源線路，將有全線30％～40％的范圍采用第II段時(shí)限。這使得距離保護(hù)可能不滿足一般220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路的暫態(tài)穩(wěn)定要求的極限切除時(shí)間，因而不便采用作為主保護(hù)。(2)裝置本身構(gòu)成的元件多、接線復(fù)雜，因而維護(hù)較難，可靠性相對(duì)也較低。距離保護(hù)的應(yīng)用很廣。對(duì)于不要求全線速動(dòng)的高壓和部分超高壓線路(如35kV、110kV及部分220kV線)可作為相間主保護(hù)；對(duì)于一般的220kV及以上線路(包括部分110kV線)，可作為相間及接地故障的后備保護(hù)。6.2.5高頻保護(hù)高頻保護(hù)是將線路兩端的電流相位或功率方向轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，然后利用輸電線路本身或?qū)Ｓ猛ǖ缹⑿盘?hào)送至對(duì)端，以比較兩端電流相位或功率方向而決定保護(hù)是否動(dòng)作的一種保護(hù)。因?yàn)樗环磻?yīng)于被保護(hù)輸電線范圍以外的故障，在定值選擇上也無(wú)需與下一條線路相配合，故可不帶動(dòng)作延時(shí)。利用輸電線路本身作為高頻通道時(shí)，在傳送50Hz工頻電流的輸電線上，疊加傳送一個(gè)高頻信號(hào)(或稱載波信號(hào))，高頻信號(hào)一般采用40~300kHz的頻率，以便與輸電線路的工頻相區(qū)別。輸電線經(jīng)高頻加工后就可作為高頻通道。高頻加工所需的設(shè)備稱高頻加工設(shè)備。高頻保護(hù)廣泛應(yīng)用于高壓和超高壓輸電線路，是比較成熟和完善的一種無(wú)時(shí)限快速原理保護(hù)。目前廣泛采用的高頻保護(hù)，按工作原理的不同可分為兩大類：（1）方向高頻保護(hù)：其基本原理是比較線路兩端的功率方向。（2）相差高頻保護(hù)：其基本原理則是比較兩端電流的相位。1.高頻閉鎖方向保護(hù)是比較被保護(hù)線路兩側(cè)功率的方向，規(guī)定功率方向由母線指向某線路為正，指向母線為負(fù);線路內(nèi)部故障，兩側(cè)功率方向都由母線指向線路，保護(hù)動(dòng)作跳閘，信號(hào)傳遞方式相同。目前廣泛應(yīng)用的高頻閉鎖方向保護(hù)，是以高頻通道經(jīng)常無(wú)電流而在外部故障時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)的方式構(gòu)成的。此閉鎖信號(hào)由短路功率方向?yàn)樨?fù)的一端發(fā)出，這個(gè)信號(hào)被兩端的受信機(jī)所接收，而把保護(hù)閉鎖，故稱為高頻閉鎖方向保護(hù)。這種保護(hù)的工作原理是利用非故障線路的一端發(fā)出閉鎖該線路兩端保護(hù)的高頻信號(hào)，而對(duì)于故障線路的兩端則不需要發(fā)出高頻信號(hào)使保護(hù)動(dòng)作于跳閘，這樣就可以保證在內(nèi)部故障并伴隨有通道的破壞是（例如通道所在的一相接地或是斷線），保護(hù)裝置仍能夠正確動(dòng)作，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，也是這種高頻信號(hào)工作方式得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。對(duì)接于相電流和相電壓（或線電壓）上的功率方向元件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí)，由于兩端的功率方向均為正，保護(hù)將要誤動(dòng)，這是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。而對(duì)于反應(yīng)負(fù)序或另序的功率方向元件，則不受振蕩的影響。

由以上分析可以看出，距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)一端的保護(hù)所感覺(jué)到的情況，和內(nèi)部故障時(shí)完全一樣，此時(shí)主要是利用靠近故障點(diǎn)一端的保護(hù)發(fā)出的高頻閉鎖信號(hào)，來(lái)防止遠(yuǎn)端保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在外部故障時(shí)保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件是靠近故障點(diǎn)一端的高頻發(fā)信機(jī)必須起動(dòng)，而如果兩端起動(dòng)元件的靈敏度不相配合時(shí)，就可能發(fā)生誤動(dòng)作。由于采用了兩個(gè)靈敏度不同的起動(dòng)元件，在內(nèi)部故障時(shí)，必須起動(dòng)遠(yuǎn)端元件動(dòng)作后才能跳閘，因而降低了整套保護(hù)的靈敏度，同時(shí)也使接線復(fù)雜化。此外，對(duì)于這種工作方式，當(dāng)外部故障時(shí)在遠(yuǎn)離故障點(diǎn)一端的保護(hù)，為了等待對(duì)端發(fā)來(lái)的高頻閉鎖信號(hào)，還必須要求起動(dòng)元件遠(yuǎn)端的動(dòng)作時(shí)間大于近端起動(dòng)元件的動(dòng)作時(shí)間，這樣就降低了整套保護(hù)的動(dòng)作速度。以上是這種保護(hù)的主要缺點(diǎn)。2.相差高頻保護(hù)其基本原理在于比較被保護(hù)線路兩端短路電流的相位。在此仍采用電流的給定正方向是由母線流向線路。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，理想情況下，兩端電流相位相同，兩端保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作，使兩端的斷路器跳閘；當(dāng)保護(hù)范圍外部故障時(shí)，兩端電流相位相差接近180°，保護(hù)裝置則不應(yīng)動(dòng)作。區(qū)內(nèi)故障：兩側(cè)電流同相位，發(fā)出跳閘脈沖；區(qū)外故障：兩側(cè)電流相位相差180°，保護(hù)不動(dòng)作

為了滿足以上要求，當(dāng)采用高頻通道經(jīng)常無(wú)電流，而在外部故障時(shí)發(fā)出高頻電流（即閉鎖信號(hào)）的方式來(lái)構(gòu)成保護(hù)時(shí)，在實(shí)際上可以做成當(dāng)短路電流為正半周，使它操作高頻發(fā)信機(jī)發(fā)出高頻電流，而在負(fù)半周則不發(fā)，如此不斷的交替進(jìn)行。這樣當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，由于兩端的電流同相位，它們將同時(shí)發(fā)出閉鎖信號(hào)也同時(shí)停止閉鎖信號(hào)，因此，兩端收信機(jī)所收到的高頻電流是間斷的。當(dāng)保護(hù)范圍外部故障時(shí)，由于兩端電流的相位相反，兩個(gè)電流仍然在它們自己的正半周發(fā)出高頻信號(hào)。因此，兩個(gè)高頻電流發(fā)出的時(shí)間就相差半個(gè)周期(0.01s)。這樣從兩端收信機(jī)中所收到的總信號(hào)就是一個(gè)連續(xù)不斷的高頻電流。相差動(dòng)高頻保護(hù)也是一種傳送閉鎖信號(hào)的保護(hù)，也具有閉鎖式保護(hù)所具有的缺點(diǎn)，需要兩套起動(dòng)元件。用來(lái)鑒別是連續(xù)的還是間斷的以及間斷角度大小的回路稱為相位比較回路。1．變壓器易產(chǎn)生的故障和不正常工作狀態(tài)變壓器故障及不正常工作狀態(tài)變壓器故障不正常工作狀態(tài)內(nèi)部故障線圈的相間短路、匝間或?qū)娱g短路、單相接地短路以及燒壞鐵心等。

外部故障套管及引出線上的短路和接地。

過(guò)負(fù)荷、溫升過(guò)高以及油面下降超過(guò)了允許程度等。

6.3變壓器保護(hù)2．電力變壓器上常見(jiàn)的繼電保護(hù)裝置對(duì)于電力變壓器的常見(jiàn)故障及異常運(yùn)行狀態(tài)，一般應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)：(1)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)

反應(yīng)變壓器的內(nèi)、外部故障，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。(2)瓦斯保護(hù)

反應(yīng)變壓器的內(nèi)部故障或油面降低，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。(3)過(guò)電流保護(hù)

反應(yīng)變壓器外部短路引起的過(guò)電流，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘，

可作為上述保護(hù)的后備。(4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)

反應(yīng)過(guò)載而引起的過(guò)電流，一般作用于信號(hào)。(5)溫度保護(hù)

反應(yīng)變壓器油、繞組溫度升高或冷卻系統(tǒng)的故障，

動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。6.3.2變壓器的瓦斯保護(hù)1.瓦斯保護(hù)工作原理

電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，在故障電流和故障點(diǎn)電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會(huì)因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體。氣體排出的多少以及排出速度，與變壓器故障的嚴(yán)重程度有關(guān)。利用這種氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置，稱為瓦斯保護(hù)。

對(duì)于容量在800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的戶內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯繼電器（氣體繼電器），安裝于變壓器油箱與油枕之間的連通管上，如圖所示。為讓變壓器的油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體順利通過(guò)與瓦斯繼電器連接的管道流入油枕，應(yīng)保證連通管對(duì)變壓器油箱頂蓋有2%～4%的傾斜度，變壓器安裝應(yīng)取1%～1.5%的傾斜度。

2.瓦斯繼電器的安裝瓦斯繼電器在變壓器上的安裝1變壓器油箱2聯(lián)通管3瓦斯繼電器4油枕FJ3-80型開(kāi)口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖1—蓋；2—容器；3—上油杯；4—永久磁鐵；5—上動(dòng)觸點(diǎn)；6—上靜觸點(diǎn)；7—下油杯；8—永久磁鐵；9—下動(dòng)觸點(diǎn)；10—下靜觸點(diǎn)；11—支架；12—下油杯平衡錘；13—下油杯轉(zhuǎn)軸；14—擋板；15—上油杯平衡錘；16—上油杯轉(zhuǎn)軸；17—放氣閥；18—接線盒3.瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)

瓦斯繼電器有浮筒式和開(kāi)口杯式

開(kāi)口杯式結(jié)構(gòu)及工作：

(1)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，上開(kāi)口杯3及下開(kāi)口杯7都浸在油內(nèi)，均受到浮力。因平衡錘的重量所產(chǎn)生的力矩大于開(kāi)口杯（包括杯內(nèi)的油重）一側(cè)的力矩，開(kāi)口杯處于向上傾斜的位置，此時(shí)上、下兩對(duì)觸點(diǎn)都是斷開(kāi)的。

(2)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體聚集在繼電器的上部，迫使繼電器內(nèi)油面下降，上浮子的開(kāi)口杯3逐漸露出油面，浮力逐漸減小，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落，這時(shí)上接點(diǎn)閉合而接通信號(hào)回路，這稱之為“輕瓦斯動(dòng)作”。

(3)當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生的大量氣體或強(qiáng)烈的油流將沖擊擋板14，使下開(kāi)口杯7立刻向下轉(zhuǎn)動(dòng)，使下觸點(diǎn)接通跳閘回路，這稱之為“重瓦斯動(dòng)作”。

(4)如果變壓器油箱漏油，使得瓦斯繼電器內(nèi)的油也慢慢流盡，先是繼電器的上油杯下降，發(fā)出信號(hào)，接著繼電器的下油杯下降，使斷路器跳閘。

瓦斯保護(hù)動(dòng)作快，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能反映變壓器油箱內(nèi)的各種故障，在工廠中使用相當(dāng)廣泛，但它不能反映變壓器引出端子以上的故障。

瓦斯保護(hù)的原理接線圖6.3.3變壓器縱差動(dòng)保護(hù)1.變壓器縱差動(dòng)保