電力系統(tǒng)繼電保護 教案全套 劉學(xué)軍 第1-10章 緒論-微機保護軟件原理

電力系統(tǒng)繼電保護課程教案第31頁課程教案（學(xué)年第2學(xué)期）課程名稱：電力系統(tǒng)繼電保護授課學(xué)時：48授課班級：任課教師：課程編號授課班級電氣工程及其自動化20-1、2學(xué)生人數(shù)90課程名稱電力系統(tǒng)繼電保護課程類型學(xué)科基礎(chǔ)課（）；專業(yè)方向課程（√）；公選課程（）；授課方式理論（√）實驗（√）實習(xí)（）考核方式考試（√）考查（）課程總學(xué)時48學(xué)分3學(xué)時分配課堂講授40學(xué)時；實驗課程8學(xué)時教材名稱電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）教學(xué)參考書1．主編.電力系統(tǒng)繼電保護.機械工業(yè)出版社，20122．主編.電力系統(tǒng)繼電保護學(xué)習(xí)指導(dǎo).中國電力出版社，20163．賀家李等編.電力系統(tǒng)繼電保護原理（第五版）.中國電力出版社，20184．張保會，尹項根主編.電力系統(tǒng)繼電保護原理.中國電力出版社，20235．主編.繼電保護原理（第三版）.中國電力出版社，20236．江蘇省電力公司編電力系統(tǒng)繼電保護原理及實用技術(shù)，中國電力出版社，2006授課教師職稱教授電氣部電氣工程授課時間年3月3日第1周第1次課年月日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：第一章緒論教學(xué)目的及要求：1.了解電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)、作用2．理解繼電保護的基本要求3．了解繼電保護裝置工作原理、構(gòu)成及分類。教學(xué)重點：繼電保護的基本要求教學(xué)難點：理解繼電保護四性即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性之間的辯證關(guān)系。建立主保護、后備保護、輔助保護的基本概念。教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：教師啟發(fā)式講述，關(guān)鍵問題和學(xué)生共同討論解決，對于較好理解的部分，如教學(xué)目的3可以學(xué)生自學(xué)為主，教師輔導(dǎo)。作業(yè)（習(xí)題）：1-3；1-4；1-5教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配（min）教學(xué)過程設(shè)計第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)和作用電力系統(tǒng)的故障及不正常工作狀態(tài)繼電保護裝置繼電保護裝置的基本任務(wù)2．第二節(jié)對繼電保護的基本要求（1）選擇性；（2）速動性；（3）靈敏性（4）可靠性3．第三節(jié)繼電保護的工作原理、構(gòu)成及分類（1）繼電保護工作原理（2）繼電保護裝置的分類即構(gòu)成1）機電型；2）靜態(tài)型；3）繼電保護裝置構(gòu)成4．繼電保護課程的特點1055151020101051.由電力系統(tǒng)故障引出繼電保護裝置，引出繼電保護裝置的基本任務(wù)。2.對繼電保護基本要求主要講述清楚選擇性，其它三性好理解。3.繼電保護工作原理用過流保護的模型說明，繼電保護裝置以機電型為基礎(chǔ)，以整流型為主，以微機型為發(fā)展研究方向4.課程特點講清首先要有預(yù)備知識，同時注意理論和實踐并重。第1章緒論第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)及作用一、電力系統(tǒng)故障及不正常運行狀態(tài)電力系統(tǒng)短路故障引起嚴重后果，發(fā)生短路后1.損壞電器設(shè)備，縮短使用年限。2.部分地區(qū)電壓下降，影響供電電能質(zhì)量。3.影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴大事故，瓦解系統(tǒng)。二、繼電保護裝置由繼電器構(gòu)成的一種自動裝置，“繼電保護”一詞即可指繼電保護技術(shù)或由繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。三、保護裝置任務(wù)1.切除故障元件，保證其它非故障元件迅速恢復(fù)正常運行。2.反映電氣元件不正常工作狀態(tài)。3.與其它自動裝置配合，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。第二節(jié)對繼電保護裝置的基本要求四條：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。1.選擇性G7G75318962TK3K1K4ABCDWL5WL1WL3圖1-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動作的說明實現(xiàn)選擇性：點短路動作，跳閘。點短路和動作，和跳閘。2）后備保護：如故障即短路，拒動，則由動作，跳閘切除故障線路，故稱為后備保護，因在遠處實現(xiàn)又稱為遠后備保護。3）主保護：一般把反映被保護元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護裝置稱為主保護，而把在主保護系統(tǒng)失敗時備用的保護裝置稱為后備保護。2.速動性快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，故障切除時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和?？焖俦Ｗo動作時間，最快有一般斷路器動作時間，最快有3.靈敏性（最小靈敏性）根據(jù)保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或非正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力，在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，不論各種情況下都能敏銳感覺，正確反應(yīng)。通常用靈敏系數(shù)反應(yīng)。4.可靠性在規(guī)定保護范圍內(nèi)發(fā)生它應(yīng)動作的故障時不拒動，而在任何其他該保護不應(yīng)該動作時不錯誤動作。以上四條基本要求，選擇性是關(guān)鍵，靈敏性必須足夠高，速動性達到必要即可，最重要的是保證可靠性。第三節(jié)繼電保護的工作原理，構(gòu)成分類一、繼電保護的原理根據(jù)電力系統(tǒng)故障后電氣量變化特征構(gòu)成各種繼電保護。（1）構(gòu)成電流保護，構(gòu)成電流速斷保護。（2）構(gòu)成低電壓保護，電壓速斷保護。（3）與之間相角變化構(gòu)成功率方向保護。（4）測量阻抗變化構(gòu)成距離保護（5）被保護元件兩端電流相位、大小變化構(gòu)成差動保護。根據(jù)反應(yīng)非電氣量的保護如氣體（瓦斯）保護、過熱保護等。二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成（1）分類數(shù)字型（微機保護）圖1-2模擬型繼電保護裝置原理框圖如線路過電流保護裝置單相原理框圖如圖1-3圖1-3線路過流保護單相原理接線圖（2）數(shù)字型微機保護如圖1-4多路模擬量輸入計算人機對話接口機系開關(guān)量輸入統(tǒng)開關(guān)量輸出 外部通訊接口圖1-4微機繼電保護硬件部分原理框圖主要由五部分組成：1．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。完成將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。2．微機主系統(tǒng)包括微處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、定時器及并行口等。3．開關(guān)量輸入輸出通道。由若干并行口、光電耦合器件及中間繼電器組成。4．通訊接口。包括通訊接口電路及接口。5．電源。供給微處理器、數(shù)字電路、模擬轉(zhuǎn)換芯片及繼電器所需弱電電壓。第1周第2次課2009年3月4日教學(xué)時數(shù)1章節(jié)：第2章2.1.1互感器教學(xué)目的及要求：理解互感器工作原理、誤差、準確度級和額定容量，掌握互感器極性和接線方式及使用注意事項。了解電磁型繼電器結(jié)構(gòu)及工作原理教學(xué)重點：1.用向量圖、等值電路分析互感器的極性、誤差、準確度級、額定容量2．保護用電流互感器的四種接線。引入保護裝置接線系數(shù)。教學(xué)難點：1.的10%誤差即允許二次負荷阻抗；2.的接線及接線系數(shù)3.的接線，電壓變比。教學(xué)手段：板書，手工繪圖教學(xué)方法：教師啟發(fā)性講述，重點內(nèi)容和學(xué)生一起討論，提問，等互動和學(xué)生交流學(xué)習(xí)。作業(yè)（習(xí)題）：2-1，2-6，2-8，2-12教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注電流互感器（1）工作原理（2）誤差（3）準確度級和額定容量（4）極性及接線（5）使用注意事項2．電壓互感器（1）工作原理（2）誤差（3）接線3．、使用注意事項4.繼電器介紹20555502055551、互感器主要講TA的工作原理及接線。講清楚TA的接線系數(shù)。2、繼電器主要分析電磁型電流繼電器，理解繼電器的動作電流，返回電流的物理意義。其他繼電器自學(xué)。3、講清楚繼電器的文字符號和圖形符號，繼電器常開、常閉接點,延時接點。教后記：2.1.1互感器及變換器一、電流互感器（）工作原理同變壓器，相當(dāng)于工作在短路情況下的小容量升壓變壓器。電流變比：圖2-1原理圖圖2-2等值電路圖2-3相量圖2.誤差eq\o\ac(○,1)電流誤差eq\o\ac(○,2)相位誤差3.準確度級和二次額定容量準確度級有0.2、0.5、1、3、10、。其對保護級（過流保護用，差動保護用，、）與測量級不同。由10%誤差曲線查的最大允許負荷，則，準確度級和誤差限值如表2-1（頁）圖2-4為10%誤差曲線，為電流互感器的一次電流倍數(shù)。由查圖2-5，用10%誤差曲線確定互感器二次負荷。圖2-410%誤差曲線圖2-5用10%誤差曲線確定互感器二次負荷KK圖2-7電流互感器極性表示及向量圖圖2-6電流互感器二次回路接線系數(shù)4.極性及接線方式（1）極性（減極性標示）（2）接線保護擁有四種接線1）單相式接線2）兩相電流差接線3）二相星形接線4）三相星形接線圖2-10完全星形接線兩相星形接線2-9兩相電流差接線（1）當(dāng)采用兩相電流差接線時：1)正?；蛉喽搪?）兩相短路3）、兩相短路圖2-11不完全星形接線（2）三相完全星形接線，各種短路情況下（3）二相不完全星形接線，各種短路情況下保護裝置二次動作電流為：5．電流互感器接線及應(yīng)用（1）在小接地電流系統(tǒng)6~10kV采用兩相不完全星形接線。（2）在110及以上或變壓器保護中采用三相星形接線。（3）在6~10線路及高壓電動機采用兩相電流差接線。6．（1）二次側(cè)不允許開路；，在二次繞組產(chǎn)生過電壓。（2）二次側(cè)一端必須接地，防止高壓竄入二次側(cè)。（3）連線注意端子的極性。二、電壓互感器（）1、電磁式電壓互感器1工作原理同變壓器，相當(dāng)于工作在空載狀態(tài)下的小容量升壓變壓器。圖2-13等值電路圖2-14相量圖1）變比：2)電壓誤差：3)角度誤差：4)電壓互感器接線方式eq\o\ac(○,1)單相式eq\o\ac(○,2)兩個單相eq\o\ac(○,3)三個單相接成星形eq\o\ac(○,4)三個單相三繞組接成（開口三角形）。其變比為2．使用注意事項（1）二次側(cè)不允許短路；（2）一次和二次側(cè)必須裝置熔斷器保護；（3）二次側(cè)必須接地；（4）連接時注意極性。圖2-15三個單相三繞組接成（開口三角形）接線第1周第2次課2009年3月10日教學(xué)時數(shù)1章節(jié)：第2章一、復(fù)習(xí)前課主要內(nèi)容二、變換器教學(xué)目的及要求：理解變換器的工作原理，了解其結(jié)構(gòu)。教學(xué)重點：電抗變換器；教學(xué)難點：電抗變換器的工作原理、特性、參數(shù)轉(zhuǎn)移電抗的物理意義。教學(xué)手段：板書，手工繪圖教學(xué)方法：重點內(nèi)容啟發(fā)式講授為主，對于部分內(nèi)容如其他分量濾過器學(xué)習(xí)采用以教師輔導(dǎo)學(xué)生討論自學(xué)形式。作業(yè)（習(xí)題）：2-6；2-8；2-12教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配（分鐘）備注前課回顧電壓變換器電流變換器電抗變換器本次課小結(jié)101010105靜態(tài)繼電器、微機繼電器需要弱電信號輸入，并與強電隔離，因此需要電量變送器把電流互感器、電壓互感器輸出的強電信號轉(zhuǎn)換為弱電型號。電流變換器、電壓變換器的工作原理可用變壓器原理分析，。重點講解電抗變換器。教后記：第三節(jié)變換器電壓變換器1．工作原理同變壓器2．電壓變換器一次繞組串接電阻。改變的大小，可以改變角的大小。圖2-9電壓變換器一次繞組串接電阻（a）原理接線圖（b）相量圖二、電流變換器將輸入電流變成與其成正比的電壓圖2-10電流變換器原理接線及相量圖三、電抗變換器作用是將輸入電流轉(zhuǎn)換為與其成正比的輸出電壓，其物理意義是其相當(dāng)于一個電抗器圖2-10電抗變換器的原理圖、等值電路和相量圖——電抗變換器的轉(zhuǎn)移阻抗，是一個復(fù)數(shù)，當(dāng)鐵心未飽和時，是一個常數(shù)。電抗變換器物理意義分析如下：當(dāng)、開路，空氣隙較大，磁阻大磁導(dǎo)小即電感小，勵磁電流則大大增加，由于二次阻抗很大，負荷電流可以忽略不計，因此，可以認為一次電流全部流入勵磁回路。即。故把看成一個電抗器。第2周第3次課2009年3月11日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：第2章電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護2.1.2電流保護常用的繼電器；2.1.3無時限電流速斷保護；教學(xué)目的及要求：1、理解繼電器的分類。掌握電磁型、靜態(tài)型、感應(yīng)性、整流型和微機型繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)重點：1電磁型繼電器的工作原理及結(jié)構(gòu)。電流繼電器的動作電流、返回電流。返回系數(shù)，繼電特性。教學(xué)難點：無時限電流瞬斷保護的工作原理、結(jié)構(gòu)。教學(xué)手段：利用繼電器實物講授其結(jié)構(gòu)及動作原理。教學(xué)方法：啟發(fā)性講授，在實驗室現(xiàn)場繼電器實物動作演示。教具型繼電器。作業(yè)（習(xí)題）：教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配（分）備注2.1.2電流保護常用的繼電器電磁型繼電器1．結(jié)構(gòu)及工作原理2．電流繼電器3．其他繼電器二、靜態(tài)型繼電器微機型繼電器三、到試驗室觀看各種類型及電器，了解其結(jié)構(gòu)，動作特性，圖形符號，工作原理四、無時限電流速斷保護301010103030重點講述電磁型繼電器，主要講述，電流繼電器，其他繼電器簡要介紹介紹電流保護第一段，無時限電流速斷保護。教后記：第2章2.1.2電流保護常用的繼電器電流保護常用的繼電器有電磁型、靜態(tài)型、和感應(yīng)型三種。一、電磁性繼電器1．電磁型繼電器磁路結(jié)構(gòu)如圖3-1三種。圖2-1電磁型繼電器原理結(jié)構(gòu)圖螺管繞組式；(b)吸引銜鐵式；(c)轉(zhuǎn)動舌片式電磁轉(zhuǎn)矩為：繼電器的文字符號及圖形符號電流繼電器KADL-10電壓繼電器KVDJ-131時間繼電器KTDS-100中間繼電器KMDZ-10信號繼電器KSDX-11圖2-2DL-10型電流繼電器圖2-3GL-10型電流繼電器二、感應(yīng)型電流繼電器結(jié)構(gòu)：由電磁元件和感應(yīng)元件構(gòu)成。如圖3-3GL-10型電流繼電器，具有反時限動作特性，見圖3-4。1．感應(yīng)元件工作原理圖2-4向量圖反時限。輸入電流產(chǎn)生磁通，在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生短路磁通從圖3-4向量圖中可以看出，和在空間相差一個電角度，而在時間上又相差一個電角度。根據(jù)電機學(xué)理論可知，兩個在空間、時間上有電角差的磁勢必然合成一個旋轉(zhuǎn)磁場，即鋁盤被旋轉(zhuǎn)磁場切割，相似于異步電動機的籠型轉(zhuǎn)子的作用。故產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。2．電磁元件電磁元件由裝在電磁鐵上側(cè)銜鐵10和電磁鐵芯、繞組構(gòu)成，銜鐵左端有搖把。由它瞬時閉合觸點12。調(diào)整瞬動電流倍數(shù)的螺絲（即調(diào)整磁路空氣隙長度）可改變瞬動電流的大小。瞬動電流倍數(shù)為：圖3-4GL-10型電流繼電器時限特性三、整流型電流繼電器結(jié)構(gòu)：由電流變換器和晶體管整流濾波構(gòu)成。如LL-10型反時限電流繼電器。圖2-5時間繼電器圖2-6信號繼電器四、繼電器動作特性—繼電器的動作電流，使繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流。返回系數(shù)。DL型取0.85~0.9；GL型—繼電器的返回電流，使繼電器返回的最最大電流稱為繼電器的返回電流?！?”“0”圖2-7繼電特性由于繼電器在動作過程中存在很大的剩余轉(zhuǎn)矩，所以繼電器從起始位置至最終位置動作是突發(fā)性的，不可能停留在中間某一個中間位置上，這種動作特性稱為繼電器的繼電特性。2468246813取0.8~0.85。五、改變電流繼電器動作電流的方法。（1）調(diào)整電流繼電器的把手，改變彈簧的反作用力。（2）粗調(diào)改變繼電器線圈串、并聯(lián)。如圖3-8所示，繞組串聯(lián)，4-6，兩繞組并聯(lián)2-4，6-8圖2-8繼電器繞組線圈接法第2周4次課2009年3月17日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2.1.3無時限電流速斷保護；2.1.4帶時限的流速斷保護教學(xué)目的及要求：掌握保護工作原理、接線及整定計算教學(xué)重點：無時限速斷保護、帶時限速斷丟保護的工作原理、整定計算教學(xué)難點：保護范圍的確定、整定計算教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講授法作業(yè)（習(xí)題）：2-12，2-15教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配分備注復(fù)習(xí)回顧及提問無時限電流速斷保護帶時限電流速斷保護分支系數(shù)本次課總結(jié)及布置作業(yè)1030201010101、計算輸電線路在系統(tǒng)最大、最小運行方式下的短路電流。最大短路電流為三相短路電流，校驗保護的靈敏度時，用最小運行發(fā)下的兩相短路電流。2、用無時限電流速斷保護，也稱為第一段電流保護。用第一段保護整定計算說明圖，分析電流保護第一段動作電流的整定，時限，保護范圍。3、講解第一段電流速斷保護原理接線圖。4、第一段電流保護有死區(qū)，為擴大保護范圍，可以采用電壓、電流連鎖保護。5、自適應(yīng)無時限電流瞬斷保護不作要求。6、第一段電流保護有死區(qū)，不能保護線路全長，根據(jù)選擇性要求，引入第二段電流保護，即帶時限的電流速斷保護。用第二段電流保護整定計算說明圖，分析電流保護第二段動作電流的整定，時限，保護范圍。7、講解第二段電流速斷保護原理接線圖。要求掌握斷路器、繼電器、電流互感器的圖形符號和文字符號。教后記：第2章2.1.3無時限電流速斷保護利用輸電線路發(fā)生短路故障時短路電流增大，電壓降低可以構(gòu)成電流、電壓保護。電流保護可以分為三種。電流保護可以分為無時限電流速斷保護，稱為第I段；帶時限電流速斷保護，稱為第II段；定時限（反時限）過流保護。一、電力系統(tǒng)的運行方式電力系統(tǒng)有最大、最小運行方式。GG圖2-9網(wǎng)絡(luò)圖最小運行方式KK圖2-10（a）最大運行方式KK圖2-10（b）系統(tǒng)最大運行方式系統(tǒng)最大運行方式系統(tǒng)最小運行方式圖2-10（c）供電網(wǎng)絡(luò)短路電流曲線最大運行方式短路阻抗：最小運行方式短路阻抗：短路電流：（1）最小運行方式（2）最大運行方式二、無時限電流速斷保護（電流保護I段）工作原理、接線及整定計算（一）工作原理以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為研究對象。無時限電流速斷保護整定計算說明從圖2-10c可看出短路電流為，。動作電流整定為保證相鄰線路出口處點短路時，保護1不誤動作，則保護1第1段動作電流，引入可靠系數(shù)，則保護1第1段動作電流為：。式中可靠系數(shù)DL繼電器型取1.2～1.3，GL繼電器型取1.5～1.6。靈敏系數(shù)校驗第1段電流保護有死區(qū)，不能保護線路全長，保護的靈敏性用保護區(qū)長度與被保護線路全長的百分比表示。隨系統(tǒng)運行方式和短路類型改變而改變，要求在最大運行方式下，在最小運行方式下。。最大保護范圍：最小保護范圍：3．無時限電流速斷保護接線圖2-11．無時限電流速斷保護單相接線原理接線圖（1）電流繼電器KA作為啟動元件。(2)中間繼電器KM的作用，觸點容量大，增強電流。利用中間繼電器的短延時（0.06~0.08s）作用，躲過避雷器短路線路的放電時間(10ms)。4．無時限電流速斷保護的保護評價1）優(yōu)點：動作迅速，簡單可靠。2）缺點：不能保護本線路的全長，故不能單獨使用，而且它的保護范圍隨運行方式的變化而變化。當(dāng)運行方式變化很大、被保護的線路很短時，甚至沒有保護區(qū)圖2-12線路—變壓器組無時限電流速斷保護圖2-13被保護線路不同長度對無時限電流速斷保護的影響。圖2-14被保護線路不同長度對無時限電流速斷保護的影響。5．線路—變壓器組電流速斷保護把線路和變壓器看成一個整體，當(dāng)變壓器故障時，切除變壓器和切除線路的后果是一樣的，因此變壓器故障時可以用線路速斷保護切除，此時保護可以保護線路的全長。動作電流：按躲過變壓器二次母線在最大運行方式下三相短路電流整定。2.1.4帶時限電流速斷保護電流保護I段有死區(qū)，不能保護線路全長，為了保證速動性，用盡可能短的時間切除故障。可以增設(shè)第二套保護即電流速斷保護II段。為了獲得選擇性，II段速斷電流保護帶時限，以便與相鄰的I段電流速斷保護相配合。II段速斷電流保護的工作原理及整定計算1．帶時限電流速斷保護的單相原理接線圖電流保護II段單相原理接線圖如圖2-152.II段保護的工作原理如圖3-17所示，II段保護范圍包括線路全長并延伸到相鄰線路一部分，但不會超出相鄰線路保護I段保護范圍，更不會進入相鄰線路保護II段范圍。它的動作時限大于I段一個時限級差，從而保證了他們之間的選擇性。2．保護動作電流：可靠系數(shù)，取1.1~1.15時限：圖2-15帶時限電流速斷保護的單相原理接線圖圖2-16帶時限電流速斷保護的整定計算說明圖三、分支系數(shù)GGGG12ABC圖2-17具有助增電流的電網(wǎng)流過故障點電流，被保護線路電流為，，分支電路相當(dāng)于一個電源，使故障電路電流增大了，故稱為助增電流，這樣使增大了倍，將使保護范圍縮短，所以在整定計算時要縮小倍。保護1的II段動作電流應(yīng)用下式計算?！种禂?shù)。G1G12A圖2-18具有汲出電流的電網(wǎng)當(dāng)分支電路為并聯(lián)電路，WL2的K點短路電流，并聯(lián)支路WL1的存在，使故障線路電流減小了，故稱為汲出電流。減小了倍，從而使保護范圍伸長，導(dǎo)致無選擇性的誤動作。因此在整定計算時，應(yīng)增大倍。保護1的II段動作電流應(yīng)用下式計算?！种禂?shù)。第3周第5次課2009年3月19日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2.1.5定時限電流速斷保護；2.1.6三段式電流保護教學(xué)目的及要求：掌握三段式電流保護的工作原理、接線及整定計算教學(xué)重點：定時限電流保護的工作原理、接線及整定計算，時限特性。教學(xué)難點：三段式電流保護的整定計算及時限圖，展開圖、安裝圖的識讀；教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講述作業(yè)（習(xí)題）：3-18教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注復(fù)習(xí)回顧及提問1．定時限電流保護工作原理、接線及整定計算時限特性2．三段式電流保護階段式電流保護的構(gòu)成原理1、展開圖、安裝圖的識讀；2、線路保護整定計算。本次課總結(jié)及布置作業(yè)1035151553510151010復(fù)習(xí)電流保護第一、二段的工作原理.2、總結(jié)其優(yōu)缺點應(yīng)根據(jù)選擇性引入定時限電流保護即第三段電流保護。3、第一段、二段電流保護是根據(jù)短路電流大小實現(xiàn)選擇性，第三段電流保護是根據(jù)時間長短實現(xiàn)象征性的。4、三段式電流保護的工作原理如上所述，重點講解他的應(yīng)用，整定計算。了解在什么情況下設(shè)置三段式電流保護。5、要求能夠讀懂三段式電流保護的原理接線圖和咱開接線圖。這對于以后學(xué)生參加電力工程工作到現(xiàn)場奠定基礎(chǔ)。教后記：2.1.4定時限過流保護工作原理定時限過流保護（電流保護III段）是按躲過線路最大負荷電流整定動作電流的，并以時限保證動作的選擇性。不僅可以保護線路全長，還可保護相鄰線路的全長。不僅作為本級線路的近后備保護，還可以作為相鄰線路的遠后備保護。圖2-20定時限過流保護時限特性——指相鄰下一級母線具有分支電路，其分支電路保護時限最長的時限。二、定時限過流保護的整定計算1．動作電流的整定(1)按躲過最大負荷電流整定（2）過流保護的返回電流要大于故障切除后線路的自啟動電流。即取保護裝置一次側(cè)動作電流為，則繼電器動作電流為動作時限靈敏系數(shù)校驗（1）近后備保護（2）遠后備保護各保護之間的配合如圖3-20點短路時，對同一個故障點而言，越靠近故障點的保護應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。2.1.5三段式電流保護三段式電流保護的構(gòu)成瞬時電流速斷保護只能作為線路首端一部分的主保護，限時電流速斷保護可作為瞬時電流速斷的近后備，且可作為線路末端的主保護，過電流保護能作為本線路全長的近后備，同時又可作為相鄰下一線路的遠后備。然而動作時限較長。因此，為了迅速、可靠地切除被保護線路的故障，可將上述三種電流保護組合在一起構(gòu)成一整套保護，稱為階段式電流保護，一般是構(gòu)成三段式電流保護，通常將瞬時電流速斷保護稱為I段，限時電流速斷保護稱為II段，過電流保護稱III段。I、II段共同構(gòu)成主保護，第III段作為后備保護。特別地指出：階段式電流保護不一定都用三段，也可以只用I、II段。圖3-21示意出三段式電流保護各段動作電流，保護范圍及動作時限的配合情況。1．時限特性圖2-21三段式電流保護的接線圖繼電保護的接線圖一般有框圖、原理圖、安裝圖三種。對于采用機電型繼電器構(gòu)成的繼電保護來說，用得最多的是原理圖和安裝圖。原理圖又分為歸總式和分開原理圖。（一）歸總式原理圖該圖的目的是為了表示出保護的全部組成元件和它們之間的聯(lián)系及其動作原理。原理圖下所有組成元件都以完整的圖形符號表示，便于閱讀，適于初學(xué)者閱讀。圖2-22歸總式單相原理接線圖（二）展開圖特點：將保護的交流電流電壓回路、直流回路、信號回路分開繪制。各繼電器的線圈和觸點分開，分別畫在它們各自所屬的回路中。同一元件在同一圖上為同一符號。閱讀方法：堅持“同一圖上同一元件同一符號”原則，一般按先交流后直流，由上而下，從左到右的順序閱讀。例1：在圖2-21所示的35kV單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，線路Ll和L2均考慮裝設(shè)三段式電流保護。已知線路Ll長20Km，線路L2長55Km，均為架空線路，線路的正序電抗為0.4Ω/Km。系統(tǒng)的等值電抗為：最大運行方式時，最小運行方式時。線路Ll的最大負荷電流為150A，負荷的自起動系數(shù)為1.5。線路L2的過電流保護的動作時限為2s。各短路點以37KV為基準的三相短路電流數(shù)值見表2-3。表2-3例題中各點短路電流數(shù)值短路點K1K2K3最大運行方式下三相短路電流（A）39001585.4602.3最小運行方式下三相短路電流（A）2836.41375.7569.3試計算線路L1三段式電流保護的動作電流、動作時限，并校驗保護的靈敏系數(shù)。解（1）第I段瞬時電流速斷保護。保護裝置的動作電流按躲過線路Ll末端K2點短路時的最大短路電流整定，即動作時限為保護范圍為（2）第Ⅱ段限時電流速斷保護。要計算線路Ll的第Ⅱ段動作電流，必須首先算出線路L2的第I段的動作電流。按躲過線路L2末端K3點短路時的最大短路電流整定，即動作時限為靈敏系數(shù)按線路Ll末端K2點短路來校驗。（3）第Ⅲ段定時限過電流保護。保護裝置動作電流為動作時限為作近后備保護時，靈敏系數(shù)按線路Ll末端K2點短路來校驗。作遠后備保護時，靈敏系數(shù)按線路L2點短路來校驗例題2-1解〕（一）線路WL1的無時限電流速斷保護==1.3×1310=1700A=＝×1700＝28.3A選取動作電流整定范圍為12.5～50A的DL-21/50型電流繼電器。靈敏系數(shù)校驗，可采用簡化計算公式計算：＝×＝1.16＜1.5不合格也可按下式計算出最小保護段范圍的百分值：×100%＝×100%＝××100%＝34.5%＞15%～20%從保護范圍來看尚能滿足要求，可以裝設(shè)。(二)線路WL1帶時限電流速斷保護==1.3×520=676A==1.1×676=744A繼電器的動作電流=＝×1＝12.4A由附錄C表C-1選取電流整定值范圍5～20A的DL-21C/20型電流繼電器。，取=0.1S，Δt=0.5S，則=0.6S，此時可選用附錄C表C-3中時限整定范圍為0.15～1.5S的DS-11型時間繼電器。＝＝＝×＝1.34＞1.3故合格（三）過流保護裝置=IL·max=A繼電器的動作電流為==A選取電流整定范圍為2.5～10A的DL-21C/10型電流繼電器，其動作時限應(yīng)與線路WL2定時限過電流保護時限相配合，即=2.5+0.5=3S選取時間整定范圍為1.2～5S的DS-22型時間繼電器。在線路WL1末端K2點短路時，過流保護的靈敏系數(shù)為：近后備保護：=＝＝＝3.1＞1.5在線路WL2末端K3點短路時，過流保護的靈敏系數(shù)為：遠后備保護：=＞1.2合格作業(yè)：3-17，3-18第3周第6次課20093月24日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2.2.1方向過流保護的工作原理2.2.2功率方向繼電器教學(xué)目的及要求1.掌握方向過流保護的工作原理、接線及時限特性2.了解功率繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理教學(xué)重點：1.掌握方向過流保護的工作原理2.功率繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理教學(xué)難點：1.方向過流保護的工作原理、時限特及整定計算2.功率繼電器的構(gòu)成、動作特性方程3.幅值比較及相位比較教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講述作業(yè)（習(xí)題）：2-27，2-30教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注1、復(fù)習(xí)第2章2.1，引入2.22、方向過流保護的工作原理、時限特及整定計算。3.功率繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理，幅值比較及相位比較。4、對方相電流保護的評價4.布置作業(yè)。10354051、對雙側(cè)電源或單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)電流保護失去選擇性。2、用圖2-47分析方向電流保護，按保護正方向獲將保護1、3、5分為一組；2、4、6、分為一組。每組保護工作原理分析方法如前所述。3、電流保護加裝功率方向繼電器，解決了電流保護選擇性，，但并不是都要求裝設(shè)，只有僅靠時限不能滿足選擇性時裝設(shè)。4、分析功率方向繼電器的工作原理，以幅值比較原理和相位比較原理構(gòu)成功率方向繼電器。。5、LG-11功率繼電器有兩個自大靈敏角可選擇。（-30°或45°）。教后記：2.2電網(wǎng)相間短路的方向電流保護2.2.1方向電流保護的工作原理一、工作原理如圖4-1所示，當(dāng)在K1點發(fā)生短路時，要求保護3、4動作，斷開3、4兩個斷路器；如在K2點發(fā)生短路，要求保護1、2動作，斷開1、2兩個斷路器。對K1點短路，為實現(xiàn)選擇性要求；對K2點短路，為實現(xiàn)選擇性要求?？梢姡话汶娏鞅Ｗo不能滿足保護選擇性要求。因此，要采用方向電流保護來解決這個問題。方向過流保護是在過流保護基礎(chǔ)上加裝方向元件的保護。在一般過流保護2和3上各加一個方向元件（功率方向繼電器），它只有當(dāng)短路功率由母線流向線路時，才允許保護動作，這樣就解決了過流保護的選擇性問題。圖2-46網(wǎng)絡(luò)圖如圖2-46（a）兩側(cè)電源供電的輻射形電網(wǎng)中，1～6均為方向過流保護，其中保護1、3和5為一組，2、4和6為另一組，各同方向保護間的時限配合仍按階梯原則來整定。WL2上K1點短路時，保護1、3、4、6因短路功率由母線流向線路，故都能啟動，而其中按動作方向時限最短的保護3和4動作，跳開斷路器3、4，將故障線路WL2切除，保護1和6便返回，從而保證了動作選擇性。WL1上K2點短路時，只有保護1、2、4和6能啟動，其中按動作方向時限最短的保護1和2動作，跳開斷路器1和2，將故障線路WL1切除，保護4和6便返回，同樣保證了動作的選擇性。tt1t3t5t4t6t2圖2-47方向過流保護的時限特性圖4-3方向過流保護單相原理接線圖方向過流保護裝置由三個主要元件組成，啟動元件（電流繼電器），功率方向元件（功率方向繼電器）和時限元件（時間繼電器）。工作原理是方向元件KW和啟動元件KA構(gòu)成與門，二者同時動作才能啟動時間繼電器KS。在雙側(cè)電源線路上，并不是所有過流保護裝置中都需要裝設(shè)功率方向元件，只有在僅靠時限不能滿足動作選擇性時，才需要裝設(shè)功率方向元件。無時限電流速斷保護在原理上用于雙側(cè)電源線路時，其動作電流要按同時躲過線路首端和末端短路的最大短路電流，才能保證動作的選擇性。但是，由于線路兩側(cè)電源的容量和系統(tǒng)阻抗不同，當(dāng)在線路發(fā)生短路時，兩側(cè)電源供給的短路電流大小并不相同，甚至數(shù)值相差很大，這時安裝在小電源一側(cè)的電流速斷保護范圍就不能滿足靈敏度的要求，甚至可能沒有保護范圍。在這種情況下，小電源一側(cè)需要采用方向電流速斷保護，當(dāng)保護背后發(fā)生短路時，利用功率方向元件閉鎖，使保護只根據(jù)小電源一側(cè)的短路功率方向來動作。因此，這時小電源側(cè)方向電流速斷保護只需躲過線路末端短路時通過該保護處的短路電流來整定即可，從而大大提高了保護的靈敏性，滿足保護范圍的要求。2.2.2功率方向繼電器一、功率方向繼電器工作原理功率方向繼電器的任務(wù)是測量送入繼電器的電壓Ur和電流Ir之間的相位，以判別正、反向故障。目前使用的功率方向繼電器為感應(yīng)型、整流型和晶體型。整流型繼電器靈敏性好，無電壓死區(qū)、調(diào)試方便及動作速度快等。功率方向繼電器有感應(yīng)型、整流型和半導(dǎo)體型，按相位比較或幅值比較原理構(gòu)成。圖4-4功率方向繼電器工作原理說明圖以母線電壓為參考相量，電壓高于地時為正，電流以母線流向線路為正。當(dāng)保護正方向（K1）短路時：電流為正，滯后r相角。=（0°＜＜90°)。短路功率PK1=UrIr1cos＞0；當(dāng)保護反方向K2點發(fā)生短路時，=+180°（0°＜＜90°，180°＜＜270°)。短路功率PK2=UrIr2cos＜0。在保護裝置動作的正方向和反方向發(fā)生短路時，功率方向繼電器測量的功率方向相反。功率方向繼電器的工作原理：實質(zhì)就是判斷母線電壓和流入線路的電流之間的相位角。動作方程可表示為：－90°≤arg≤90°(4-1)繼電器動作的臨界情況是一條與相量相垂直的直線，通常稱為功率方向繼電器的動作特性。（a）(b)圖4-5功率方向繼電器的動作特性(a)對應(yīng)式（4-1）(b)對應(yīng)式（4-2）在實際應(yīng)用中，為適應(yīng)判別各種正方向短路故障時，功率方向繼電器的測量功率最大，具有最好的靈敏性，繼電器中應(yīng)有可以調(diào)整的內(nèi)角α，這時功率方向繼電器的動作方程為：—（90°+α）≤arg≤（90°—α）（4-2）或—90°≤arg≤90°（4-3）其動作特性為逆時針移動的一條直線，移動的角度為繼電器內(nèi)角α，α常取45°或30°。當(dāng)電流相量垂直于動作特性時，功率方向繼電器的動作最靈敏，這一位置稱為最大靈敏線，最大靈敏與電壓之間夾角稱為最大靈敏角，=－α，因為這時超前，所以，是負角度。功率方向繼電器可以直接比較電氣量和之間的相位，也可以間接比較電氣量和的線性函數(shù)和之間的相角來構(gòu)成。即動作條件可以表示為：—90°≤arg≤90°二、相位比較原理與幅值比較原理的關(guān)系功率方向繼電器的幅值比較的兩個電氣量A和B，可以通過C和D經(jīng)過線性變換得到：圖4-6相位比較與幅值比較之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系若以為動作量，為制動量。則當(dāng)C與D相位差θ=90°時，=，動作量等于制動量，動作的臨界狀態(tài)；當(dāng)θ＜90°時，＞動作量大于制動量，繼電器處于動作狀態(tài)；當(dāng)θ＞90°時，＜，動作量小于制動量，繼電器不動作。電氣量間變換關(guān)系：三、幅值比較回路幅值比較回路是由整流和濾波、幅值比較、執(zhí)行元件三個單元構(gòu)成的。1、直接比較式比較回路極化繼電器KP有兩個繞組，其中W1為動作繞組，W2為制動繞組。動作量經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生動作電流I1以帶“·”號極性端子流入W1繞組，產(chǎn)生動作安匝；制動量經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生制動電流I2，從非極性端子流入W2，產(chǎn)生制動安匝。若極化繼電器的動作安匝為，則極化繼電器動作條件為ZA：工作回路阻抗；ZB：制動回路阻抗；0.9：有效值轉(zhuǎn)換為平均值的系數(shù)。當(dāng)ZA=ZB且（IW）OP≈0時，繼電器動作條件為－≥0。2、循環(huán)電流式比較回路動作量經(jīng)整流濾波后得到電流I1，制動量經(jīng)整流濾波后得到電流I2，通過執(zhí)行元件KP的電流為I1—I2，繼電器的動作電流為Iop。r，則繼電器動作條件為I1—I2≥Iop.r，即當(dāng)Z1=Z2，R1=R2，并滿足Z1+R1=Z2+R2=Z，則極化繼電器動作條件為：忽略Iop.r時,上式變?yōu)椤?循環(huán)電流式比較回路接線簡單，在執(zhí)行元件的輸入端，當(dāng)動作電流小時，制動側(cè)整流橋U2中二極管正向電阻大，分流小，故有較高的靈敏性。而當(dāng)動作電流大時，上述二極管又能限幅，起到保護執(zhí)行元件的作用，因此這種比較回路使用廣泛。3、均壓式比較回路執(zhí)行元件的輸入端m、n所加電壓是兩電氣量、整流電壓的差值，所以稱這種接線方式為均壓式接線。動作量整流濾波后接于電阻R1上，其電壓為U1；制動量整流濾波后接于電阻R2上，其電壓為U2，執(zhí)行元件的電壓為Umn=U1－U2，若極化繼電器動作電壓為Uop.r，則繼電器動作條件為：當(dāng)Z1=Z2，R1=R2，并忽略UOP，則動作條件為—≥0四、功率方向繼電器的執(zhí)行元件繼電器幅值比較回路中要求動作具有方向性，消耗功率小，動作迅速的直流繼電器作執(zhí)行元件，目前常用極化繼電器或晶體管零指示器。差分式極化繼電器屬于電磁式直流繼電器。圖4-7極化繼電器原理結(jié)構(gòu)圖極化繼電器是由繞組,永久磁鐵,可動舌片,接點,鐵芯等組成。其主要特點:是繼電器的可動舌片處于兩個磁通的作用之下，一個是由線圈的電流產(chǎn)生的工作磁通，另一個是由永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通。當(dāng)線圈沒有電流時:d2<d1，f2>f1,舌片被吸引向右邊，接點斷開.當(dāng)線圈中通以電流Ij時:φ1＞φ2時，舌片被吸向左側(cè)磁極，繼電器觸點閉合，對應(yīng)此時所加入的電流，即為繼電器的起動電流繼電器動作以后:逐漸減小工作電流，則φ1減小，φ2增加，當(dāng)φ2＞φ1時，則舌片又被吸向右側(cè)磁極，繼電器返回，當(dāng)繼電器線圈通入相反方向的電流時，F(xiàn)1的磁通更減小，F(xiàn)2的磁通更增加，繼電器不動作。結(jié)論：該繼電器的動作具有方向性。，,，；，。五、整流型功率方向繼電器繼電器的原理及動作區(qū)按幅值比較原理構(gòu)成的，故動作方程為≥，即圖2-52LG-11整流型功率方向繼電器接線圖根據(jù)幅值比較和相位比較互換關(guān)系有繼電器動作條件也可以用余弦函數(shù)表）。臨界動作條件為垂直于最大靈敏線且過原點的直線，動作區(qū)在帶有陰影的半平面范圍，最大靈敏線為超前相角的一條直線。圖2-53LG-11繼電器動作范圍及最大靈敏線。圖2-54落在最大靈敏線時向量圖電流的相位可以改變，順時針旋轉(zhuǎn)落在動作邊界線AB直線上時，－是繼電器動作下邊界，逆時針轉(zhuǎn)到直線AB上時，=－（90°+）為繼電器動作上邊界。當(dāng)落在動作區(qū)內(nèi)，繼電器動作。當(dāng)電流落在最大靈敏線上，即=－，電壓分量與超前相角90°的電壓分量同相位，此時動作量最大，制動量最小，故繼電器最靈敏，所以稱－為方向繼電器的最大靈敏角。（2）最小動作功率時，與同相位當(dāng)Ir足夠大，使繼電器動作的最小電壓為方向繼電器的最小動作電壓：（KUUr+KIIr）—（KIIr—KUUr）≥U0將Ur=Uop·min代入上式，則：Uop·min=當(dāng)電壓Ur足夠大時，使繼電器動作的最小電流為方向繼電器的最小動作電流。（KUUr+KIIr）—（KUUr—KIIr）≥U0將Ir=Iop·min代入上式，則：Iop·min=幅值比較原理方向繼電器的最小動作功率，用Sop·min表示Sop·min=Uop·minIop·min=方向繼電器的最小動作電流、電壓和功率是衡量方向繼電器靈敏性的參數(shù)。執(zhí)行元件越靈敏（U0越小），則KU、KI越大，方向功率繼電器的Iop·min、Uop·min和Sop·min就越小，方向繼電器也就越靈敏。功率方向繼電器的動作特性：伏安特性：六、LG-11整流型功率方向繼電器電壓死區(qū)和潛動在保護安裝處附近發(fā)生金屬性三相短路時，母線殘壓接近于零，此時，繼電器不能可靠動作，使功率繼電器不能可靠動作的靠近保護按裝處這段范圍稱為繼電器的死區(qū)。消除死區(qū)的方法是在繼電器電壓回路串如入電容C，以便和電壓變換器UV一次繞組的等效電感、電阻一起構(gòu)成50Hz頻率的串聯(lián)諧振回路。功率繼電器潛動是指當(dāng)輸入電壓或輸入電流中只要有一個量輸入繼電器時，繼電器不應(yīng)動作。實際中，由于比較回路各元件參數(shù)不完全對稱，繼電器可能動作，這稱為潛動。潛動分為電壓潛動和電流潛動，正向潛動和反向潛動。潛動的危害表現(xiàn)在保護安裝處正向出口短路時，繼電器可能誤動；反向出口短路時，繼電器可能拒動或靈敏系數(shù)降低。消除電流潛動，調(diào)整電阻R2,消除電壓潛動，調(diào)整電阻R1。第4周第7次課2009年3月26日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2-2.2功率方向繼電器的接線2.2.3功率繼電器的按相啟動2.24非故障相電流帶來的影響及按相啟動教學(xué)目的及要求：1.了解KW的接線方式，掌握90°接線方式2.理解按相啟動的原因及方法教學(xué)重點：1.KW90°接線方式，繼電器內(nèi)角的確定2.非故障相電流帶來的影響及按相啟動教學(xué)難點：1.繼電器內(nèi)角的確定2.按相啟動教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講述作業(yè)（習(xí)題）：2-31，2-33教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注1.復(fù)習(xí)前節(jié)內(nèi)容2.功率繼電器的接線方式3.按相啟動4.布置作業(yè)10354051、講述功率方向繼電器90°接線方式，對電壓、電流的組合要求。2、分析繼電器在在各種斷路情況下，繼電器內(nèi)角。繼電器能動作。3、功率繼電器有兩個內(nèi)角，可以根據(jù)線路短路阻抗角選擇最大靈敏角。4、講述非故障相電流的影響和按相啟動。5、講述分析方向保護的整定計算保護、教后記：2.2.2相間短路保護中功率方向繼電器的接線方式功率方向繼電器的90°接線方式圖2-55功率方向繼電器90°接線圖功率方向繼電器接線方式，是指它與電流互感器和電壓互感器的接線方式。功率方向繼電器的接線方式必須保證在各種短路故障形式下，能正確的判斷短路功率方向，并使加到繼電器上的電壓和電流值盡可能大，使接近于最大靈敏角，以提高功率方向繼電器的靈敏性和動作可靠性。90°接線方式：這種接線方式在三相對稱且功率因數(shù)cos=1的情況下，接入繼電器的電流超前電壓的相角是90°。圖2-56功率方向繼電器90°接線圖向量圖表2-290°接線方式電流電壓的組合功率方向繼電器序號輸入電流輸入電壓IKW2KW3KW（一）三相短路（取a相）圖2-57三相短路時KW的電流、電壓向量圖三相對稱短路時，流入繼電器電流，加入繼電器的電壓，超前的相角為，在一般情況下，0°≤≤90°，則任何下，滿足動作時，0°≤≤90°（二）兩相短路當(dāng)發(fā)生AB、BC、CA兩相短路時，接入故障相的繼電器電流和間相位差的變化范圍相同，故以BC兩相短路為例說明的變化范圍。圖4-14近處兩相短路時KW的向量圖1、近處兩相短路當(dāng)短路故障點靠近保護安裝處時，短路阻抗ZK遠小于系統(tǒng)阻抗ZS，在極限情況下，取ZK=0，短路電流由電動勢產(chǎn)生，滯后于的相角為，取決于短路回路的阻抗。電流，保護安裝處母線電壓為：接入各相繼電器的電壓分別為1KW：，A相繼電器不動作2KW：,，則相角為3KW：，，則相角為2、遠處兩相短路當(dāng)短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大時，ZK＞＞ZS，極限情況取ZS=0，短路電流滯后的相角為，，B相短路點電壓為，C相短路點電壓為，保護安裝處母線電壓為接入繼電器的電壓分別為1KW：，1KW不動作2KW：，，3KW：，，為了滿足以上兩種極限情況下發(fā)生兩相短路時，使功率方向繼電器均能動作的條件是30°≤≤60°綜上：0°≤≤90°時，繼電器內(nèi)角取30°和45°，可見能滿足上述要求。以上討論的繼電器內(nèi)角的范圍，只是繼電器在各種短路情況下，可能動作的條件，而不是動作最靈敏條件，繼電器最靈敏條件應(yīng)按cos（+）=1的條件來考慮，因此對某一已確定了阻抗角的線路，應(yīng)該根據(jù)這個條件來選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)角，以使繼電器動作最靈敏。90°接線的優(yōu)點：①適當(dāng)選擇最大靈敏角，對于線路上各種相間短路都能正確動作，而且對于各種兩相短路都有較高繼電器輸入電壓，保證了有較高的靈敏性。②在發(fā)生兩相和單相接地短路時，沒有死區(qū)，在三相短路時出現(xiàn)的電壓死區(qū)較小，有利于用電壓記憶回路消除出口短路時的電壓死區(qū)。2.2.3功率方向繼電器按相起動在電網(wǎng)中發(fā)生不對稱短路時，非故障相仍有電流流過，此電流稱為非故障相電流。當(dāng)線路WL-2上發(fā)生B、C兩相短路時，BC兩相中有短路電流流向故障點K，而非故障相A相仍有負荷電流通過保護G1G2G1G21ABC圖4-15兩相短路對非故障相電流的影響按相起動：同名相電流元件與功率方向元件的常開觸點串聯(lián)后再與其他相別回路并聯(lián)。圖4-16方向電流保護的直流回路啟動接線（a）按相啟動；（b）非按相啟動；（c）第四節(jié)方向過電流保護整定計算第五節(jié)、方向電流速斷保護的整定計算在兩端供電或單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，同樣可構(gòu)成瞬時方向電流速斷保護和限時方向電流速斷保護。它們的整定計算可按一般不帶方向的電流速斷保護整定計算原則進行。2、方向過流保護的整定計算躲開被保護線路中最大負荷電流IL·max，即Iop=（4-28）式中IL·max——考慮電動機自啟動最大負荷電流。躲過非故障相電流整定在小接地電流電網(wǎng)中，非故障相電流為負荷電流，故保護裝置的動作電流只需按式（4-28）整定即可。在大接地電流電網(wǎng)中，非故障相電流除負荷電流外，還包括故障電流的零序分量3，可用下式計算：式中K為非故障相中零序電流與故障相電流的比例系數(shù)啟動元件動作電流按下式計算：（4-29）3、保護的相繼動作和靈敏系數(shù)校驗相繼動作：當(dāng)短路點靠近A母線時，幾乎全部短路電流經(jīng)過1QF，流向故障點，經(jīng)過2、3、4、5、6QF流向短路點的電流可忽略不計。故保護2只有在保護1動作斷開1QF后，2QF才能動作。保護的這種動作稱為相繼動作，能產(chǎn)生相繼動作的某段區(qū)域稱為相繼動作區(qū)。方向電流保護靈敏系數(shù)，主要取決于電流元件的靈敏系數(shù)，其校驗方法與不帶方向的過流保護相同。即當(dāng)作本線路主保護時，在本線路末端發(fā)生短路時，電流啟動元件的最小靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5，作相鄰線路后備保護時，在相鄰線路末端短路時最小靈敏系數(shù)為1.2。同方向的保護，它們的靈敏系數(shù)應(yīng)互相配合。方向過流保護通常做下一段線路的后備保護，應(yīng)使前一段線路保護的動作電流大于后一段線路保護的動作電流。即沿著同一保護方向，保護的動作電流從遠離電源最遠處開始逐漸增大。即4、保護裝置的動作時限方向過流保護的動作時限是按逆向階梯原則整定的，即同一動作方向的保護裝置，其動作時限按階梯原則來整定。；第4周第8次課20093月31日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2.3.1中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時的零序電流保護和零序方向電流保護；教學(xué)目的及要求：掌握零序電流、電壓和功率分布和零序保護教學(xué)重點：1.中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時的零序分量的分布2.三段式零序電流保護的工作原理及整定計算教學(xué)難點：三段式零序電流保護的整定計算及時限特性教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講述作業(yè)（習(xí)題）：2-36，2-38教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注復(fù)習(xí)第2章2.31.中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時的零序電壓、零序電流和零序功率；2.中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時。零序電流保護。3.布置作業(yè)10354051、中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時的零序電壓、零序電流和零序功率先分析單相接地零序分量的特點，提出中性點直接接地電網(wǎng)的零序電流保護。2、講述零序保護的構(gòu)成，架空線采用零序電流慮過器組成，電纜線采用零序電流互感器組成。3、三段式零序電流包護的整定計算。三段式零序電流保護整定計算同三段式電流保護整定計算相似，只不過要求計算最大3倍零序電流和最小3倍零序電流。4、接地保護動作時限比相間短路保護動作時限要短。5、分析保護安裝處零序電流和零序電壓的相位關(guān)系，以此確定零序功率方向繼電器的接線。教后記：第2章2.3電網(wǎng)的接地保護2.3.1中性點直接接地電網(wǎng)接地短路時的零序電壓、零序電流和零序功率中性點直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，通過中性點直接接地，在故障相中流過很大的短路電流，這種電網(wǎng)稱為大接地電流電網(wǎng)。在中性點直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，要求繼電保護裝置盡快切除故障。采用前面電流保護雖然也能反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)的單相短路，但應(yīng)為這種保護靈敏性低和動作時間長，所以，必須裝設(shè)專用的接地保護裝置。如圖2-63接地短路的零序等值網(wǎng)絡(luò)。一、單相接地零序分量特點（1）故障點的零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低。（2）零序電流超前零序電壓90°（3）零序電流的分布，決定于線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗及變壓器接地中性點的數(shù)目和位置。（4）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。短路點零序功率最大。（5）某一保護安裝地點處的零序電壓與零序電流之間的相位差取決于背后元件的阻抗角。圖2-63接地短路時的零序等值網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)接線；（b）零序網(wǎng)絡(luò)；（c）零序電壓分布變壓器中性點的選擇不使系統(tǒng)出現(xiàn)危險的過電壓不使零序網(wǎng)絡(luò)有較大改變，以保證零序保護有穩(wěn)定的靈敏性。中性點直接接地電網(wǎng)的零序電流保護零序保護的構(gòu)成零序電流濾過器的不平衡的電流零序電流濾過器由三個TA構(gòu)成，由于短路電流中含有很大的非周期分量，造成TA的鐵芯嚴重飽和，由于三個TA飽和程度不同，造成勵磁電流有很大差別，因而產(chǎn)生很大不平衡電流。零序電流濾過器的最大不平衡電流為：零序電流保護接線圖2-65三段式零序電流保護原理接線圖三段式零序電流保護整定計算零序電流保護I段保護工作原理見圖67，整定計算如下：零序電流保護I段：，零序電流保護II段：，，零序電流保護III段：，，GG～圖2-68零序電流保護I段保護整定計算說明圖圖2-69零序電流保護II段保護整定計算說明圖二、零序電流保護時限特性零序電流保護時限比相間短路過流保護動作時限縮短了。因為變壓器Yd接線，所以高壓側(cè)無零序電流，所以零序保護4可以瞬時動作，不必和保護3配合。所以零序保護動作時限從保護4開始逐級加大一個時限級差。,。從圖5-5中可以看出接地保護時限比相間短路保護時限縮短了。圖2-70零序電流保護的時限特性3中性點直接接地電網(wǎng)的零序方向電流保護零序功率方向繼電器需要輸入保護處的零序電流和零序電壓，零序電流可通過零序電流濾過器提供，而零序電壓則由零序電壓濾過器提供。零序電壓濾過器由三個單相電壓互感器構(gòu)成或由三相五柱式電壓互感器構(gòu)成，如圖2-70a所示，電壓互感器一次側(cè)的三相繞組接成星形接線并將中性點接地，接于被保護線路母線上，二次側(cè)三相繞組接成開口三角形，其端子m、n上的電壓與一次系統(tǒng)的三倍零序電壓成正比，即零序電壓濾過器如下圖圖2-71零序電壓濾過器（4）零序功率方向繼電器的接線零序功率方向繼電器的接線如圖2-72a所示，其電流繞組接于零序電流濾過器回路，輸入電流，電壓線圈接于電壓互感器二次側(cè)開口三角形繞組的輸出端，輸入電壓為。2-72零序功率方向繼電器的接線及相量圖當(dāng)線路上發(fā)生接地故障時，接地點的零序電壓最高，而離故障點越遠，則零序電壓就越低，當(dāng)故障點發(fā)生在保護安裝處附近時，接入繼電器的零序電壓很高，因此，零序功率方向繼電器沒有死區(qū)當(dāng)線路上發(fā)生接地故障時，接地點的零序電壓最高，而離故障點越遠，則零序電壓就越低，當(dāng)故障點發(fā)生在保護安裝處附近時，接入繼電器的零序電壓很高，因此，零序功率方向繼電器沒有死區(qū)。在同一方向上零序方向電流保護動作電流和動作時限的整定同前面介紹的三段式零序電流保護相同。零序電流元件的靈敏度校驗也與前面相同。只是由于零序電壓分布的特點可知，在靠近保護安裝處附近不存在方向元件死區(qū)，但遠離保護安裝地點發(fā)生接地短路時，流過保護的零序電流很小，零序電壓也很低，方向元件有可能不動作，為此應(yīng)分別檢驗方向元件的電流和電壓靈敏系數(shù)（2-108）式中3U0·min、3I0·min——分別為相鄰線路末端接地短路時，加在方向元件上的最小3倍零序電壓和電流；U0。op·min、I0.op·min——分別為零序方向元件的最小動作電壓和電流，也可用下式校驗方向元件的靈敏系數(shù)。（2-109）式中S0。op——零序功率方向元件的動作功率；3U0·min×3I0·min——保護區(qū)末端短路時，保護安裝處的最小零序功率。圖2-73三段式零序方向電流保護原理接線圖第5周第9次課2009年1月4日教學(xué)時數(shù)2章節(jié)：2.3.2中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護教學(xué)目的及要求：1.掌握零序方向保護工作原理，整流型零序功率方向繼電器LG-12的構(gòu)成、原理、接線，三段式零序電流保護的接線。2．掌握中性點非直接接地電網(wǎng)的單相接地故障特點及保護裝置，教學(xué)重點：零序方向電流保護工作原理，LG-12功率方向繼電器的構(gòu)成、原理及接線，三段式方向電流保護的接線。教學(xué)難點：接地短路時保護安裝處零序電壓與零序電流之間的相位關(guān)系，零序功率繼電器的接線。LG-12繼電器的工作原理。教學(xué)手段：多媒體課件教學(xué)方法：啟發(fā)性講述作業(yè)（習(xí)題）：2--40，2-41教學(xué)內(nèi)容提要（教學(xué)過程）時間分配備注1、復(fù)習(xí)前節(jié)內(nèi)容2、中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護本次課內(nèi)容提要，小結(jié)，布置作業(yè)103535101、首先、分析單相接地時零序電壓、電流的分布，得出結(jié)論。2、講解中性點不接地系統(tǒng)的接地保護。有1、絕緣監(jiān)視；2、零序電流保護；3、零序功率方向保護。3、講述三段式零序電流保護。4、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地保護不做要求，學(xué)生可以自學(xué)。教后記：2.3.1中性點直接接地電網(wǎng)的零序方向電流保護一、零序方向電流保護的工作原理在中性點直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，零序功率的方向總是由故障點指向各個中性點的，即零序電流方向是由故障點流向各個中性點的變壓器。因此，在變壓器接地數(shù)目比較多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，必須考慮零序保護動作的方向性。圖2-71零序方向電流保護工作原理說明圖當(dāng)K1接地短路時，按選擇性的要求，保護1、2動作切除故障，加裝零序功率方向元件，將保護3閉鎖。K2點接地故障時，保護3、4動作，保護2應(yīng)裝設(shè)零序功率方向元件將保護2閉鎖，保證了動作的選擇性。二、零序電壓濾過器零序功率方向繼電器需要輸入保護處的零序電流和零序電壓，零序電流可通過零序電流濾過器提供零序電壓則由零序電壓濾過器提供。圖2-72a)零序電流濾過器圖2-72b)零序電流互感器零序電壓濾過器由三個單相電壓互感器構(gòu)成或由三相五柱式電壓互感器構(gòu)成，電壓互感器一次側(cè)的三相繞組接成星形接線并將中性點接地，接于被保護線路母線上，二次側(cè)三相繞組接成開口三角形，其端子m、n上的電壓與一次系統(tǒng)的三倍零序電壓成正比，即圖2-73零序電壓濾過器接地短路保護安裝處零序電壓與零序電流的相位關(guān)系當(dāng)保護1正向K1點發(fā)生接地故障時，取保護安裝點零序電流參考方向為由母線指向線路，零序電壓參考方向由母線指向地。Z0·T1——變壓器T1的零序阻抗；——接地短路點至保護安裝處的線路之間的零序阻抗。零序功率方向繼電器輸入電壓和零序電流之間相角決定于保護安裝處背后變壓器的零序阻抗。超前相角=－（180°—），通常約為70°～85°，故零序電流超前零序電壓的相位角一般為95°～110°。當(dāng)保護1背后K2點發(fā)生接地故障時，保護安裝處的零序電壓和零序電流之間關(guān)系為：為Z0Σ的阻抗角，背后故障時超前角度為。Z0·Σ——保護正向系統(tǒng)零序總阻抗。四、零序功率方向繼電器接線KW接線如圖5-9（b）所示，其電流繞組接于零序電流濾過器，輸入電流為。電壓繞組接于電壓互感器開口三角形繞組的輸出端，輸入電壓為。零序功率方向繼電器只反應(yīng)正向故障，超前95~110°。此時，繼電器應(yīng)正確動作，并應(yīng)在最大靈敏角條件下。圖2-74功率方向繼電器接線電力系統(tǒng)中實際使用的零序功率方向繼電器最大靈敏角=70°～80°，即當(dāng)從其正極性輸入端的電流滯后于按正極性輸入的電壓的相角70°～85°，這時，繼電器最靈敏。把和不加改變均從正極性端子輸入繼電器，則繼電器將不工作在最靈敏狀態(tài)下，如果把以反極性加到繼電器正極性端子上，這時接入的電壓為，加入電流為，滯后70°，即°，亦即，這樣才能使繼電器工作在最靈敏的條件下。在實際工作中，把繼電器電流繞組中標有“·”號的端子與零序電流濾過器標有“·”號的同極性端子相連接，以得到繼電器，把繼電器電壓繞組中不帶“·”號的端子與電壓濾過器中帶有“·”號的異性端子相連接，以得到繼電器的輸入電壓。當(dāng)線路上發(fā)生接地故障時，接地點的零序電壓最高，而離故障點越遠，則零序電壓就越低，當(dāng)故障點發(fā)生在保護安裝處附近時，接入繼電器的零序電壓很高，因此，零序功率方向繼電器沒有死區(qū)。五、整流型零序功率方向繼電器圖5-9為LG-12型功率方向繼電器原理接線，它是專門用于接地保護的繼電器，由電抗變換器UX、電壓變換器UV，均壓法幅值比較回路和極化繼電器組成。電抗變換器UX的二次側(cè)有三個繞組，W2和W3獲得正比輸入電流的電壓分量，的阻抗角為70°，即輸出電壓分量超前的相位角70°。W4經(jīng)電阻R3短接，用來獲得UX所需轉(zhuǎn)移阻抗阻抗角°。電壓變換器UV二次側(cè)有兩個繞組W2和W3，用來獲得與成正比的電壓分量，因為常數(shù)，故與同相位。由UX的W2和UV的W2順極性接成動作回路，得到動作電氣量，由UX的W3和UV的W3反極性接成制動回路，得到制動氣量，即和為式中——電壓變換器UV的變換系數(shù)，其幅角；——電抗變換器UX的轉(zhuǎn)移阻抗，其幅角。只有動作回路電壓UA大于制動回路電壓UB時，極化繼電器KP才能動作，即方向繼電器的動作條件為根據(jù)幅值比較和相位比較的轉(zhuǎn)換關(guān)系，-90°≤arg≤90°因為arg代入上式，可得方向繼電器動作條件-20°≤arg≤160°以電壓為基準，畫出相位相對于變化的動作區(qū)。滯后的相角為最大靈敏角。六、三段式零序方向電流保護在同一方向上零序方向電流保護動作電流和動作時限的整定同前面介紹的三段式零序電流保護相同。零序電流元件的靈敏度校驗也與前面相同。三段式零序方向電流保護接線如圖5-11所示。由于零序電壓分布的特點可知，在靠近保護安裝處附近不存在方向元件死區(qū)，但遠離保護安裝地點發(fā)生接地短路時，流過保護的零序電流很小，零序電壓也很低，方向元件有可能不動作，為此應(yīng)分別檢驗方向元件的電流和電壓靈敏系數(shù)。式中3U0·min、3I0·min——分別為相鄰線路末端接地短路時，加在方向元件上的3倍零序電壓和電流；U0。op·min、I0.op·min——分別為零序方向元件的最小動作電壓和電流，也可用下式校驗方向元件的靈敏系數(shù)。Ks·min=（3U0·min×3I0·min）≥1.5～2S0。op——零序功率方向元件的動作功率；3U0·min×3I0·min——保護區(qū)末端短路時，保護安裝處的最小零序功率。圖2-75三段式零序方向電流保護單相原理接線圖圖2-75，零序電流濾過器接功率方向繼電器電流繞組，零序電壓濾過器接功率方向繼電器的電壓繞組，與電流繼電器KA1、KS1、KCO、YT構(gòu)成零序電流保護I段,KA2、KT1、KS2、YT構(gòu)成零序電流保護II段,KA3、KT2、KS3、YT構(gòu)成零序電流的第III段保護。2.3.2中性點非直接接地電網(wǎng)的接地保護在中性點非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地時，一般只要求繼電保護裝置能無選擇性地發(fā)出預(yù)告信號，不必跳閘。但對人身和設(shè)備的安全造成危險時，應(yīng)有選擇性地動作于斷路器跳閘。一、中性點不接地電網(wǎng)單相接地故障的特點假定電網(wǎng)負荷為零，并忽略電源和線路上的電壓降，電網(wǎng)的各相對地電容CO相等。在正常運行時，三相對地電壓是對稱的，中性點對地電壓為零，即。忽略電源和線路壓降，各相對地電壓為各相電勢。在三相對稱電壓作用下，產(chǎn)生三相電容電流也是對稱的，并超前對應(yīng)相電壓90°。單側(cè)電源單線路電網(wǎng)的單相接地設(shè)在A相線路上發(fā)生金屬性單相接地，則接地相對地電容CO被短路，中性點對地電位升至，線路各相對地電壓、母線上零序電壓分別為2-75中性點不接地電網(wǎng)單相短路電流電壓向量圖兩非故障相在電壓和作用下，出現(xiàn)超前相電壓90°的電容電流和，非故障相電流為，即接地點流回的接地電流用表示相電勢的有效值，則、、的有效值為。故障線路始端的零序電流為零，即對于單條線路，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時，流過故障線路的零序電流為零，所以零序電流保護不能反應(yīng)。（二）單側(cè)電源多條線路電網(wǎng)的單相接地圖2-81單電源多線路中性點不接地電網(wǎng)單相接地時電流電壓向量圖設(shè)線路WL3的A相接地短路，忽略負荷電流及電容電流在線路阻抗上的電壓降，則電網(wǎng)A相對地電壓均為零，各元件A相對地電容電流為零，B相、C相對地電壓和電容電流升高倍。各元件B