2022電力系統(tǒng)繼電保護原理講義

電力系統(tǒng)繼電保護原理培訓講義2023電流保護繼電特性繼電器的動作明確干脆，不可能停留在某一個中間位置,保證其動作確切可靠一、電流速斷保護(I段)

反應于電流增大而瞬時動作的電流保護，滿足快速性要求整定動作值選擇性條件實際整定（引入可靠系數）

2.短路電流變化規(guī)律

(1)短路距離故障離電源越遠,短路電流越小(2)故障類型根據電力系統(tǒng)故障分析,相間短路時(3)系統(tǒng)運行方式最大方式:通過保護的短路電流為最大的方式(ZS.min)最小方式:通過保護的短路電流為最小的方式(ZS.max)最大運行方式下三相短路通過保護的短路電流為最大最小運行方式下兩相短路時通過保護的短路電流最小兩種方式下分別有最大\最小保護范圍(4)最大/最小短路電流曲線2.校驗保護范圍對保護A要求:解法析令解得最小保護范圍越長，電流速斷保護動作越靈敏單位線路長度的阻抗：

Z1＝0.4/km（簡化計算時）二、電流定時限速斷保護(II段)切除本線路速斷范圍以外的故障，保護本線路的全長作為速斷的后備1.動作原理保護范圍延伸到下一條線路為保證選擇性，必須使保護的動作帶有一定的時限為了使動作時限盡量縮短，考慮使它的保護范圍不超出下一條線路速斷保護的范圍其動作時限比下一條線路的速斷高出一個時間階段2.整定動作值選擇性條件實際整定（引入可靠系數)3.保護裝置靈敏性的校驗

校驗條件:

系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路(即最不利情況下，動作最不靈敏)

靈敏性不能滿足要求時,考慮進一步延伸限時電流速斷的保護范圍，使之與下一條線路的限時電流速斷相配合

三、定時限過電流保護（III段）保護本線路及相鄰下條線路的全長本線路I、II段保護的近后備（裝置故障）相鄰線路的保護的遠后備（裝置故障及開關失靈）1.工作原理起動電流大于（躲開）最大負荷電流起動電流大于（躲開）最大自起動電流保護定值不能保證選擇性為保證選擇性，必須使保護的動作帶有一定的時限相鄰線路動作時限配合關系：階梯時限特性2.整定動作值（1）自起動電流故障切除后電壓恢復時，電動機有一個自起動的過程，且自起動電流大于正常工作電流

（2）動作值整定（引入可靠系)整定條件：返回電流大于最大自起動電流Kfh越小，則保護的起動電流越大，其靈敏性就越差，因此要求電流繼電器應有較高的返回系數。(3)動作時間整定保護動作值不能保證選擇性：（故障電流流過保護時過電流繼電器均起動）按階梯時限特性整定動作時間：單側電源網絡中過電流保護動作時限的選擇說明

3.保護裝置靈敏度的校驗

校驗條件:

系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路(即最不利情況下，動作最不靈敏)（1）近后備（校驗點取本線路末端）（2）遠后備（校驗點取相鄰線路末端）

四、電流保護的接線方式1、接線方式（LJ與LH二次繞組連接關系）2、不同接線方式性能比較

中性點直接接地、非直接接地電網各種接線方式均能正確反應各種相間故障中性點非直接接地電網（35KV以下）（1）單相接地故障特點故障相電壓為零，非故障相電壓升高倍只存在很小對地電容電流，無短路故障電流保持三相相間電壓對稱，允許繼續(xù)短時運行要求：不同點兩點接地短路時，只切除一個短路點以減少停電范圍（2）不完全星形接線兩繼電器方式AB、BC異地兩點接地故障：B相無LH、LJ，只切除A或C相故障（2/3幾率）AC異地兩點接地故障：同時切除A、C相故障（1/3幾率）（3）變壓器后兩相短路故障分析AB相故障三角形側故障相量分析故障特殊相為C相，有可作三角形側電流向量圖變壓器高、低壓側序分量相位關系：

可作星形側電流向量圖（4）不完全星形接線三繼電器方式根據降壓變壓器后兩相短路故障分析，變壓器高壓側B相電流是其它兩相電流的2倍在電流保護接于降壓變壓器的高壓側以作為低壓側線路故障的后備保護時，如果保護是采用三相星形接線，保護靈敏系數增大一倍

實際系統(tǒng)中多采用不完全星形接線三繼電器方式五、三段式電流保護整定計算舉例例題

如圖所示網絡中中，對保護A進行三段式電流保護整定計算，并計算繼電器的動作電流。線路AB的負荷電流為230A,Z1=0.4(歐姆/公里),Kk1=1.25;Kk2=1.1；Kk3=1.2;Kzq=1.5;Kh=0.85。nCT=300/5。1.線路AB的保護A速斷保護求動作電流為保證選擇性，按躲開線路BC末端的最大短路電流Id(3).B.max整定速斷不完全星形接線兩繼電器方式時繼電器的動作電流動作時間(固有動作時間)：靈敏度校驗：滿足要求2.線路AB的保護A的II段保護求動作電流與下條線路電流速斷動作值配合：不完全星形接線兩繼電器方式時繼電器的動作電流動作時間：靈敏度校驗：

系統(tǒng)最小運行方式下，本線路末端發(fā)生兩相短路

(最不利情況下，動作最不靈敏)

滿足要求3.線路AB的保護A的III段保護求動作電流躲過本線路最大負荷電：不完全星形接線兩繼電器方式時繼電器的動作電流動作時間（階梯時限特性）：靈敏度校驗（1）：近后備：系統(tǒng)最小運行方式下，本線路末端發(fā)生兩相短路

(最不利情況下，動作最不靈敏)

滿足要求靈敏度校驗（2）：遠后備：系統(tǒng)最小運行方式下，相鄰線路末端發(fā)生兩相短路

(最不利情況下，動作最不靈敏)

滿足要求六、功率方向繼電器的900接線方式按相接線時存在動作的電壓死區(qū)保護出口故障時例如：故障類型為時，A相功率方向繼電器工作電壓為零，出現(xiàn)動作死區(qū)改進：使用非故障相間電壓參與比相，即采用900

接線方式（另以電壓記憶消除三相出口短路電壓死區(qū)）

接線方式：純有功時，以上電壓電流間相位差為最大靈敏角為（電流滯后電壓為正角度）為GJ內角多電源網絡中方向電流III段保護按單側電源電流III段整定方式計算動作時間不能完全保證其選擇性一般應配置GJ保證其選擇性以下情況可不設GJ（1）同一母線上動作時間最長的電流III段，其動作時間可保證其選擇性（2）負載線路的保護。因無電源，其反向故障時無短路電流對方向性電流保護的評價多電源網絡中，必須采用方向性保護才有可能保證各保護的選擇性應用方向元件以后將使接線復雜，投資增加，同時保護出口附近正方向發(fā)生三相短路時，出現(xiàn)方向保護的“死區(qū)”只在必需時使用方向元件，如：

電流速斷保護定值不能保證選擇性過電流保護動作時限不能保證選擇性方向電流II段保護按單側電源電流II段整定方式計算,但需考慮:

分支系數有助增電流時，方向II段保護的整定分支電路中有電源時,故障線路中的短路電流增大的現(xiàn)象，稱為助增。如果前一級II段保護仍按原方式整定,則保護范圍將大大縮短需考慮分支系數以保證II段保護足夠的靈敏度實際整定保護AII段與保護BI段的保護范圍配合(消除助增電流的影響)

其中對應保護BI段的保護范圍末端故障時流過保護A的故障電流分支系數（減小了保護AII段定值）整定得:有助增電流時，分支系數的計算U=I1*Z1//ZS2I2=U/Z1Kfz=

I1/I2=(Z1+ZS2)/ZS2=1+Z1/ZS2=1+(ZS1+ZAB)/ZS2七、例題：在雙電源系統(tǒng)中，負荷潮流方向、饋電線路過電流保護動作時限如圖所示。問:(1)輸電線路過電流保護動作時間;(2)哪些線路過電流保護必須安裝功率方向元件?(3)在給定潮流方向的情況下,線路Lab,Lbc上功率方向元件的動作行為如何？解：(1)按階梯時間特性計算保護1—4的過電流保護動作時限?？紤]電源EM

單獨作用:保護8為其末端線路保護，以其為基準進行計算：

t3=t8+

t=1.5+0.5=2st1=max{t3,t6,t7}+

t=t3+

t=2.5考慮電源EN

單獨作用時保護5為其末端線路保護，以其為基準進行計算：

t2=t5+

t=1+0.5=1.5st4=max{t2,t6,t7}+

t=t7+

t=2.5s(2)必須安裝功率方向元件的過電流保護a.母線A出線的保護：保護5為負載線路保護，則保護1不需設置功率方向元件。b.母線C出線的保護：保護8為負載線路保護，則保護4不需設置功率方向元件。c.母線B出線的保護：保護3，7的動作時間相等，均為最大動作時間:tmax=t3=t7=2s則保護2，3均需設置功率方向元件（方向標于圖中，與保護正方向相同）保護6，7為負載線路保護，則保護6，7不需設置功率方向元件。(3)給定潮流方向下功率方向元件動作行為分析a.線路Lab上潮流方向與保護2動作正方向相反：保護2功率方向元件不動作。b.線路Lbc上潮流方向與保護3動作正方向相同：保護3功率方向元件動作。（但此時保護3電流元件不動作，因此方向性電流保護不動作。）八、(方向性)零序電流保護

零序電流的分布:取決于變壓器中性點接地的位置與數量要點：零序方向電流保護的主要特點靈敏I段和不靈敏I段保護的差別與使用條件限時零序電流速斷保護的靈敏系數不滿足要求時所采取的措施（四段式零序電流保護）零序方向電流保護的主要特點(1)零序方向電流保護的靈敏度高，動作時限短，無電壓死區(qū)。(2)零序電流保護受運行方式變化的影響較小。(3)零序保護不受三相對稱的系統(tǒng)振蕩、短時過負荷等的影響。(4)在110kV及以上的高壓系統(tǒng)中，單相接地故障約占全部故障的70％——90％，采用專門的零序保護具有顯著的優(yōu)越性。靈敏I段和不靈敏I段保護的差別與應用區(qū)別:零序電流靈敏I段與零序電流不靈敏I段的定值整定原則不同，動作靈敏度不同應用：零序電流靈敏I段動作靈敏度高，作為全相運行、發(fā)生接地故障時的接地保護，非全相運行時需退出運行；零序電流不靈敏I段的動作靈敏度低，作為非全相運行、發(fā)生接地故障時的接地保護越靠近故障點的零序電壓越高，因此零序方向元件沒有電壓死區(qū)

當故障點距保護安裝地點很遠時，由于保護安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，可能存在動作死區(qū)作為相鄰元件的后備保護時，必須校驗方向元件的靈敏系數:采用相鄰元件末端短路時，保護安裝處的最小零序功率與GJ的最小起動功率之比來計算，并要求

Klm>2零序電流速斷保護(靈敏I段和不靈敏I段保護)采用單相自動重合閘時，若不能躲開在非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流，則：（a)設置靈敏一段：用于切除全相運行時接地故障；非全相運行狀態(tài)時退出運行（閉鎖靈敏一段）（b)設置不靈敏一段：用于切除非全相運行狀態(tài)下又發(fā)生接地故障距離保護距離保護要點

圓特性阻抗繼電器的動作方程、動作特性、交流接線圓特性阻抗繼電器性能分析比較（允許Rg、躲Zf.min、躲振蕩能力）三段式距離保護的整定計算原則和整定計算方法系統(tǒng)振蕩及其影響一、阻抗繼電器的動作特性分析與實現(xiàn)方法接線方式：相間/接地（零序補償）阻抗繼電器00接線方式

ZJAB(UJAB,IJAB)/ZJA(UJA,IJA+k3I0)1.全阻抗繼電器動作特性(1)幅值比較方式阻抗比幅方程|ZJ|

|Zzd|

電壓比幅方程|UJ|=|ZJIJ|

|ZzdIJ|

(2)相位比較方式阻抗比相方程

電壓比相方程

比相電壓D為工作電壓，比相電壓C為極化電壓（即比相參考電壓）2.方向阻抗繼電器動作特性

(最大特點：動作具有方向性)以整定阻抗Zzd

為直徑的過原點的圓(1)幅值比較方式阻抗比幅方程

電壓比幅方程(2)相位比較方式阻抗比相方程

電壓比相方程

比相電壓D為工作電壓，比相電壓C為極化電壓（即比相參考電壓）,出口故障時存在電壓死區(qū)，需使用電壓記憶回路消除死區(qū)正方向故障時，繼電器的起動阻抗隨測量阻抗角變化當

J=

d

時，繼電器的起動阻抗最大，為整定阻抗Zzd，對應的阻抗角為最大靈敏角

lm

lm<

d時，允許Rg能力增強改變電抗變換器DKB副邊線圈中的電阻大小，可以改變最大靈敏角

lm方向阻抗繼電器方向性明確，要求電流、電壓線圈接入電流電壓時不要接錯極性；否則方向阻抗繼電器正向故障拒動或反向故障誤動3.偏移阻抗繼電器動作特性偏移阻抗繼電器的動作特性是以整定阻抗

(1+)Zzd為直徑的過原點(保護安裝點)的圓其正向整定阻抗(I相限)為Zzd

其反向整定阻抗(III相限)為

Zzd(=0.1~0.2)繼電器的圓心向量為

Z0=(1–)Zzd/2

繼電器的半徑為

Zr=(1+)Zzd/2(1)幅值比較方式阻抗比幅方程電壓比幅方程(2)相位比較方式阻抗比相方程

電壓比相方程

（3）

=0時，為方向阻抗繼電器

=1時，為全阻抗繼電器+R軸方向動作區(qū)域越大，受過渡電阻影響越??；但同時躲負荷能力越小，受振蕩影響越大。單側電源時，過渡電阻使得測量阻抗增大，區(qū)內故障可能拒動雙側電源時，過渡電阻使得測量阻抗增大/減小，區(qū)內/區(qū)外故障可能拒動/誤動交流接線與動作方程的關系二、分支系數的影響與分支系數的考慮1.助增電流的影響有助增電流時的測量阻抗有助增電流時分支系數使測量阻抗大于實際短路阻抗距離保護II段區(qū)內故障可能被反應為區(qū)外故障，使實際保護范圍縮短保護靈敏度校驗時取可能的最大分支系數，對應實際保護范圍最小的最不利情況Kfz=IBC/IAB=IBC/[IBCZ

/(Zs1+ZAB)]Kfz=[1+(Zs1+ZAB)/Zs2];Kfz.min=[1+(Zs1.min+ZAB)/Zs2.max]Kfz.max=[1+(Zs1.max+ZAB)/Zs2.min]有助增電流時分支系數2.有外吸電流的影響有外吸電流時的測量阻抗有外吸電流時分支系數使測量阻抗小于實際短路阻抗距離保護II段區(qū)外故障可能被反應為區(qū)內故障，使實際保護范圍延伸保護整定時取可能的最小分支系數，對應實際保護范圍最大的情況，以保證其選擇性（不延伸進入下條線路II段保護范圍）Kfz=IBC/IAB=[IAB(Zd//

Zd’)/Zd]/IAB=Zd’/(Zd+Zd’)=[ZBC’+(1-K1)ZBC]/2ZBC=1-K1/2有外吸電流時分支系數三、距離保護的整定計算（一）、距離保護I段（速斷）

反應于阻抗降低而瞬時動作；不能保護本線路的全長對線路AB的距離保護I段，有保護范圍為線路全長的80~85%，不受系統(tǒng)運行方式變化的影響動作時間:(二)、距離保護II段（限時速斷）與相間電流保護類似,需考慮分支系數的影響1.與相鄰線路I段配合2.躲開線路末端變壓器低壓側出口短路實際整定值取1，2計算值中的最小值3.動作時間:

4.靈敏度校驗距離保護II段保護本線路全長,則校驗點為本線路末端:5.不滿足要求時,與相鄰線路II段配合動作時間為:(三)、距離保護III段1.按躲開最小負荷阻抗整定與相間電流保護III段類似,在考慮電機自啟動時保證距離III段可靠返回注意整定2.靈敏度的校驗

(1）近后備（校驗點取本線路末端）（2）遠后備（校驗點取相鄰線路末端）在校驗靈敏度時,取Kfz=max(使靈敏系數減小的最不利情況)變壓器容量很小時,ZT

很大,難以滿足遠后備靈敏度要求,允許KLM<1.23.用方向阻抗繼電器

提高靈敏度按躲開最小負荷阻抗條件整定時,高于全阻抗繼電器線路阻抗角大于負荷阻抗角

d>f整定:4.動作時間:

保護動作值不能保證選擇性；需按階梯時限特性整定動作時間5.

一次測量阻抗與二次測量阻抗ZJ=UJ/IJZj=Uj/Ij=(UJ/ny)/(IJ/nl)=(UJ/IJ)(nl/ny)四、系統(tǒng)振蕩時電流電壓的變化規(guī)律

以雙側電源網絡為例分析:振蕩中心

Z

/2考慮全相運行振蕩三相對稱，只需分析單相系統(tǒng)（1）M母線處測量阻抗為（2）任意點保護安裝處測量阻抗的變化規(guī)律保護安裝處背側阻抗為ZM

時，有保護安裝處測量阻抗為

m=1/2，測量阻抗軌跡過原點

m<1/2，測量阻抗軌跡在保護正方向

m>1/2，測量阻抗軌跡在保護反方向

系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響振蕩中心位于保護范圍的正方向(m<0.5)若測量阻抗軌跡進入阻抗繼電器動作區(qū)，阻抗繼電器將受振蕩影響而周期性誤動作阻抗繼電器將受振蕩影響的程度與阻抗繼電器的動作特性有關振蕩中心在保護范圍的反方向時(m>0.5)，阻抗繼電器不受振蕩影響一般距離保護III段動作時間大于振蕩周期，因此不受振蕩影響

反應測量阻抗變化速度的振蕩閉鎖振蕩時，如果振蕩中心在保護I段范圍內，測量阻抗沿振蕩中心周期性移動；測量阻抗按Z,Z’’,Z’順序進入動作區(qū)；短路初瞬，測量阻抗突變?yōu)闉槎搪纷杩梗?/p>

Z’,Z’’,Z同時動作(短路點在I段范圍內)可根據Z’,Z’’,Z動作時間的差別識別振蕩五、例題：

如圖所示，在一百一十千伏輸電線路中，線路AB的負荷電流為335A,Kzq=1.5;Kfh=1.15,Kk’=0.85;Kk=1.25。負荷電流功率因數為cos

=0.8,其余參數見附圖(電力圖書館公眾號)。

110KV25KM36KM18KM

計算：線路AB零度接線相間方向阻抗距離保護一段、三段動作值。其中：阻抗繼電器最大動作靈敏角為:75度；短路阻抗角為:75度；系統(tǒng)阻抗為:Xs=9.5歐姆；單位線路長度的阻抗為:X1=0.4(歐姆/公里)；電流互感變比為NLH=1200/5。解：（1）距離保護一段動作值整定Zdz.A’

=Kk’

ZAB=0.850.425=8.5Zdz.A’.J=Zdz.A’.NLH/NYH=1.86

（2）距離保護三段動作值ZfA.max=0.9UN/IfA.max=170.62全阻抗動作值：Zdz.A=ZfA.max/(KkKzqKh)=79.13方向阻抗動作值：

f=arccos(0.8)=36.870Zdz.A*=Zdz.A

/cos(d-f)=79.13/cos(750

-36.870)=100.6Zdz.A*J=Zdz.A*.NLH/NYH=21.95

高頻保護高頻（載波保護）保護要點高頻保護保護范圍為線路全長，動作時間為0秒（不考慮裝置固有動作時間），用于220KV及以上超高壓輸電線路主保護高頻通道的工作方式(故障時發(fā)信、長期發(fā)信和移頻(混合)方式)及其特點高頻信號(閉鎖、允許和跳閘信號)的性質及其特點高頻閉鎖方向保護相差高頻保護高頻通道工作方式短時發(fā)訊方式正常不發(fā)訊，僅線路故障時發(fā)訊優(yōu)點：減少干擾，延長發(fā)訊機壽命缺點：需定時手動發(fā)訊，檢查通道完好性長時發(fā)訊方式正常發(fā)訊,優(yōu)點：加快保護動作速度；可實時檢測通道完好性缺點：對其它通訊干擾強；對發(fā)訊機性能要求高混合方式正常時只發(fā)小功率監(jiān)頻訊號，實現(xiàn)對通道完

好性的檢測線路故障時增大發(fā)訊功率，發(fā)出跳頻信號應用廣泛的復用載波機均采用混合方式工作優(yōu)點：減少干擾，延長發(fā)訊機壽命自動檢查通道完好性訊號的作用方式保護動作：P=1；收訊動作：GSX=1保護動作跳閘：L=1（1）跳閘訊號常以一端的電流速斷、零序速斷、距離I段啟動發(fā)訊，則收訊即可跳閘收訊為跳閘的充分必要條件：

L=P+GSX（2）允許訊號常以一端的電流、零序、距離II段配合允許訊號工作，收訊為跳閘的必要條件：

L=P·GSX（3）閉鎖訊號常以一端的方向零序、距離III段配合閉鎖訊號工作，停訊為跳閘的必要條件：

高頻閉鎖方向保護（一）基本原理保護區(qū)內故障：兩側保護方向元件S+動作，均不發(fā)訊，保護動作跳閘保護區(qū)外故障：近故障側保護方向元件S+不動作，啟動發(fā)訊，閉鎖對側保護（二）電流啟動方式的高頻閉鎖方向保護1.原理框圖2.元件功能說明故障起動元件I，I’靈敏度不同I為靈敏電流元件，起動發(fā)訊I’為不靈敏電流元件，開放功率方向元件區(qū)外故障時，遠故障側I’

動作時，近故障側I必然動作，可靠起動發(fā)訊閉鎖對側（考慮CT誤差的影響）S+

：保護正方向故障時動作的功率方向元件區(qū)內故障：兩側S+

，I’

動作后停訊，經t2延時后出口跳閘區(qū)外故障：近故障側S+

不動作，I動作后起動發(fā)訊閉鎖對側延時t1作用：區(qū)外故障切除后，近故障端保護繼續(xù)發(fā)訊t1以閉鎖對端保護用于防止近故障端保護I先返回（停止發(fā)訊）、遠故障端S+

，I’

后返回時引起的誤動延時t2作用：通道配合延時區(qū)外故障時，遠故障端S+

，I’動作，需經t2延時才能出口，以保證可靠收到對側閉鎖信號（三）功率方向元件啟動方式的高頻閉鎖方向保護1.原理框圖（S–

：保護反方向故障時動作的功率方向元件）2.動作過程說明區(qū)內故障：兩側S+

元件動作，S–不動作，經t2延時后出口跳閘區(qū)外故障：近故障側S+

不動作，S–

動作后起動發(fā)訊閉鎖對側要求：S–

動作靈敏度高于S+

，保證區(qū)外故障時近故障側S–可靠發(fā)訊3.高頻閉鎖方向的功率方向元件（1）基本要求

1)可反應所有類型的故障

2)沒有電壓死區(qū)

3)振蕩時不誤動分析900接線功率方向元件有電壓死區(qū)，振蕩時可能誤動零序功率方向元件只能反應K(1),K(1,1)都不能滿足要求（2）負序功率方向元件的特點1)可反應所有不對稱故障;增加電壓記憶后,也可反應三相對稱故障;2)沒有電壓死區(qū);保護區(qū)外故障時,近故障側負序電壓(功率)高于遠故障側負序電壓(功率),容易實現(xiàn)靈敏度配合3)振蕩時三相對稱,不存在負序分量,負序功率方向元件不誤動因此,負序功率方向元件在高頻閉鎖保護中得到了廣泛的應用相差高頻保護基本原理原理框圖

元件功能說明故障起動元件(I2+KI0)低定值元件為靈敏電流元件，起動發(fā)訊高定值元件為不靈敏電流元件，開放相差保護比相元件區(qū)外故障時，遠故障側高定值元件動作時，近故障側低定值元件必然動作，可靠起動發(fā)訊閉鎖對側，防止單側發(fā)訊導致保護誤動(I2+KI0)可反應各種不對稱故障；對于三相對稱故障，故障初瞬(I2+KI0)短暫動作后以記憶回路保持其動作狀態(tài)，或以電流、阻抗元件輔助起動操作電流元件(I1+KI2)相差高頻保護中，將三相電流綜合為復合電流(I1+KI2)比相，可正確反映各種不同類型的故障(I1+KI2)控制高頻發(fā)訊機發(fā)訊（對高頻電流進行調制），稱為操作電流K=6~8，保證了各種區(qū)內各種不對稱故障的靈敏性；

I1保證了在區(qū)內三相對稱故障時操作元件的可靠工作相差保護相繼動作區(qū)區(qū)內故障最不利情況：K(3),

max=arg(EM/EN)=700M側考慮線路阻抗角：

d=600N側考慮電機、變壓器阻抗角：

d=900

max=arg(IM/IN)=1000考慮LH誤差角(電流互感器容量滿足10%誤差曲線時，二次電流角度誤差小于70)、信號傳輸延遲產生的誤差角度，有

max=1220

60×l/100N側保護高頻信號相位差為

max=1220–60×l/100

高頻信號間斷角

=1800

–

max>

b,保護動作M側保護高頻信號相位差為

max=1220+60×l/100

高頻信號間斷角

=1800

–

max<

b,保護拒動注意：此時M側高頻信號相位差大于(1800-

b)

N側保護動作跳閘后停止發(fā)訊，M側保護單側發(fā)訊，高頻信號間斷角為1800，可靠跳閘：稱為：相繼動作第五章自動重合閘5.1自動重合閘的作用1、輸電線路特點—易發(fā)生瞬時性故障瞬時性故障（又稱自消性故障、暫時性故障）由繼電保護裝置動作斷開電源后，故障點的電弧自行熄滅，絕緣介質重新恢復強度，故障自行消除，此時若重新合上斷路器，就能恢復供電。永久性故障在故障線路電源被斷開之后，若重新合上斷路器，由于故障依然存在，線路還要被繼電保護裝置切除，因而就不能恢復正常的供電。1kV及以上電壓的架空線路或電纜與架空線路的混合線路上，只要裝有斷路器，一般應裝設ARC。2、自動重合閘概念自動重合閘裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置，簡稱ARC（舊稱ZCH）。瞬時性故障?重合成功永久性故障?重合不成功3、自動重合閘的作用：（1）對暫時性故障，可迅速恢復供電，提高供電的可靠性。輸電線路80%~90%為瞬時性故障；一次重合成功率60%~70%

二次重合成功率80%~90%（2）對兩側電源線路，可提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，從而提高線路的輸送容量。聯(lián)絡線跳開?功率不平衡?功角δ↑?失步

P（Q）不足→→f↓（U↓）

P（Q）過剩→→f↑（U↑）（3）可以糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。誤跳閘：繼保動作、QF操作機構不良、認為誤碰（4）加快事故后電力系統(tǒng)電壓恢復速度。電機未完全制動，自起動電流小（5）節(jié)省建設輸電線路投資。緩建或不建第二回線（6）彌補輸電線路耐雷水平降低的影響。4、自動重合閘的不利影響采用自動重合閘后，當重合于永久性故障時，也將帶來一些不利影響。(1)電力系統(tǒng)將再次受到短路電流的沖擊，對超高壓系統(tǒng)還可能降低并列運行的穩(wěn)定性，可能引起系統(tǒng)振蕩。(2)使斷路器的工作條件更加惡劣。因在短時間內連續(xù)兩次切斷短路電流，對于油斷路器必須予以注意，因為第一次跳閘時，由于電弧的作用，已使絕緣介質的絕緣強度降低；在重合后第二次跳閘時，是在絕緣強度已經降低的不利條件下進行的，因此，油斷路器在采用了重合閘以后，其遮斷容量也要不同程度的降低(一般降低到80%左右)。5.2自動重合閘的基本要求（1）ARC動作應迅速；（2）由運行人員手動或通過遙控裝置將斷路器斷開時，自動重合閘裝置不應動作；

(3)手動合閘于故障線路時，繼電保護跳開后，自動重合閘裝置不應動作；（4）對于雙側電源，應考慮合閘時兩側電源間的同步問題；采用重合閘的目的有兩點：一是保證并列運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性；二是盡快恢復瞬時故障元件的供電，從而自動恢復整個系統(tǒng)的正常運行。（5）動作的次數應符合預先的規(guī)定。如一次重合閘就只能重合一次；當重合于永久性故障而斷路器再次跳閘后，就不應再重合。（6）動作后應能自動復歸，為下一次動作做好準備；（7）重合閘時間應能整定，并有可能在重合閘以前或重合閘以后加速繼電保護的動作，以便更好地與繼電保護相配合，加速故障地切除。（8）當斷路器處于不正常狀態(tài)時(如操動機構中使用的氣壓、液壓異常等)，應將ARC裝置閉鎖。自動重合閘的類型按照自動重合閘裝置作用于斷路器的方式可分為：1.三相重合閘不論發(fā)生單相短路還是相間短路，繼保動作后均使斷路器三相同時斷開，然后重合閘再將三相同時投入。當前一般只允許重合閘一次，故稱三相一次自動重合閘裝置。2.單相重合閘在110kV及以上系統(tǒng)，架空線路的線間距大，相間故障機會很少，主要是單相接地故障。在單相接地只把故障相斷開，再進行單相重合，其余兩相繼續(xù)運行，這樣大大提高供電的可靠性和系統(tǒng)并列的穩(wěn)定性。如果是永久性故障，且系統(tǒng)又不允許非全相長期運行，則重合后保護將跳閘，并不再重合。3.綜合重合閘單相重合閘和三相重合閘綜合到一起，發(fā)生單相接地故障時，采用單相重合閘方式工作；當發(fā)生相間短路時，采用三相重合閘方式工作。綜合考慮這兩種重合閘方式的裝置稱為綜合重合閘裝置。對一個具體的線路，究竟使用何種重合閘方式，要結合系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析選取，一般遵循下列原則：(1)沒有特殊要求的單電源線路，采用一般的三相重合閘；(2)凡是選用簡單的三相重合閘能滿足要求的線路，都應選用三相重合閘；(3)當發(fā)生單相接地短路時，如果使用三相重合閘不能滿足穩(wěn)定性要求而出現(xiàn)大面積停電或重要用戶停電者，應當選用單相重合閘和綜合重合閘。5.3單側電源輸電線路的三相一次自動重合定義：當輸電線路上不論發(fā)生單相接地短路還是相間短路時，繼電保護裝置均將線路三相斷路器斷開，然后自動重合閘裝置啟動，經預定延時(一般為0.5s～1.5s)發(fā)出重合脈沖，將三相斷路器同時合上。對單側電源線路三相自動重合閘的基本要求安裝地點：線路電源側適用范圍：35kV及以下線路（三相一次重合閘）線路特點：只有一個電源供電（不存在非同期合閘問題）重合閘的實現(xiàn)元件有電磁型、晶體管型、集成電路型及微機型等，它們的工作原理是相同的，只是實現(xiàn)的方法不同。主要由重合閘啟動、重合閘時間、一次合閘脈沖、手動跳閘后閉鎖、手動合閘于故障時保護加速跳閘等元件組成。(1)重合閘啟動。當斷路器由繼電保護動作跳閘或其他非手動原因而跳閘后，重合閘均應啟動。(2)重合閘時間。啟動元件發(fā)出啟動指令后，時間元件開始記時，達到預定的延時后，發(fā)出一個短暫的合閘命令。(3)一次合閘脈沖。當延時時間到后，它立即發(fā)出一個可以合閘的脈沖命令，并且開始記時，準備重合閘的整組復歸，復歸時間一般為15s～25s。在這個時間內，即使再有重合閘時間元件發(fā)出命令，它也不再發(fā)出可以合閘的第二次命令。三相一次重合閘的構成(4)手動跳閘后閉鎖。當手動跳開斷路器時，也會啟動重合閘回路，為消除這種情況造成的不必要合閘，常設置閉鎖環(huán)節(jié)，使其不能形成合閘命令。(5)重合閘后加速保護跳閘回路。對于永久性故障，在保證選擇性的前提下，盡可能地加快故障的再次切除，需要保護與重合閘配合。5.4雙側電源線路的三相一次自動重合閘雙側電源應考慮的兩個因素：（1）時間的配合：考慮兩側保護可能以不同的延時跳閘，此時須保證兩側均跳閘后，故障點有足夠的去游離時間。（2）同期問題：重合時兩側系統(tǒng)是否同步的問題以及是否允許非同步合閘的問題。2、兩側電源線路上的主要合閘方式（1）快速自動重合方式：當線路上發(fā)生故障時，繼電保護快速動作而后進行自動重合。其特點是快速，須具備下列條件：a、線路兩側均裝有全線瞬時保護。b、有快速動作的DL，如快速空氣斷路器。c、沖擊電流<允許值。（P158，下表）（2）非同期重合閘方式：就是不考慮系統(tǒng)是否同步而進行自動重合閘的方式（期望系統(tǒng)自動拉入同步，須校驗沖擊電流，防止保護誤動）。（3）檢查雙回線另一回線電流的重合閘方式在沒有其他旁路聯(lián)系的雙回線路上，當不能采用非同步合閘時，可采用檢定另一回線路上有無電流的重合閘。采用這種重合方式的優(yōu)點是因為電流檢定比同步檢定簡單。（4）自動解列重合閘方式：雙側電源單回線上d點短路，保護1動→1DL跳閘，小電源側保護動→跳3DL，1DL處ZCH檢無壓后重合，若成功，恢復對非重要負荷供電，在解列點實行同步并列→恢復正常供電。5.5具有同步檢定和無壓檢定的重合閘：在兩側的斷路器上，除裝有單側電源線路的ZCH外，在一側（M側）裝有低電壓繼電器，用以檢查線路上有無電壓（檢無壓側），在另一側（N側）裝有同步檢定繼電器，進行同步檢定（檢同步側）。1）工作過程：2）兩點說明：a、通常兩側都裝設低電壓繼電器和同步檢定繼電器，利用連結片定期切換其工作方式，以使兩側工作條件接近相同。b、在檢無壓側也同時投入同步檢定繼電器，使兩者的觸點并聯(lián)工作。注：在使用同步檢定的一側，絕對不允許同時投入無壓檢定繼電器。5.6、重合閘動作時限的選擇原則1、單側電源線路的三相重合閘：原則上越短越好，但應力爭重合成功，保證：（1）故障點電弧熄滅、絕緣恢復；（2）斷路器觸頭周圍絕緣強度的恢復及消弧室重新充滿油，準備好重合于永久性故障時能再次跳閘，否則可能發(fā)生DL爆炸，如果采用保護裝置起動方式，還應加上DL跳閘時間。根據運行經驗，采用1s左右。2、兩側電源線路的三相重合閘除上述要求外，還須考慮時間配合，按最不利情況考慮：本側先跳，對側后跳。動作時限配合示意圖不對應起動方式保護起動5.7自動重合閘與繼電保護的配合1、重合閘前加速保護（簡稱“前加速”）當任一線路發(fā)生故障，保護瞬時動作予以切除，若重合不成功，第二次動作切除故障是有選擇性的切除故障。L1、L2、L3上任一點故障，保護1速斷動，跳1DL——>ZCH重合，若成功，恢復正常供電；若不成功，按選擇性動作。優(yōu)點：(1)能快速切除暫時性故障。(2)可能使暫時性故障來不及發(fā)展成為永久性故障，從而提高重合閘的成功率。(3)能保證發(fā)電廠和重要變電站的母線電壓在0.6～0.7倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質量。（4）使用設備少，只需一套ARC，簡單、經濟。缺點：(1)裝有ARC線路的斷路器工作條件惡劣，動作次數較多。(2)重合于永久性故障時，再次切除故障的時間會延長。(3)若重合閘裝置或QF1拒動，則將擴大停電范圍，甚至在最末一級線路上故障時，都會使連接在這條線路上的所有用戶停電。主要用于35kV以下由發(fā)電廠或重要變電所引出線，以便快速切除故障，保證母線電壓。2、重合閘后加速保護（簡稱“后加速”）所謂后加速就是當線路第一次故障時，保護有選擇性動作，然后進行重合。如果重合于永久性故障，則在斷路器合閘后，再加速保護動作，瞬時切除故障，而與第一次動作是否帶有時限無關。每條線路上均裝有選擇性的保護和ZCH。采用后加速的優(yōu)點：(1)第一次跳閘是有選擇性的，不會擴大停電范圍，特別是在重要的高壓電網中，一般不允許保護無選擇性的動作，而后以重合閘來糾正(前加速的方式)。(2)保證了永久性故障能瞬時切除，并仍然具有選擇性。(3)和前加速保護相比，使用中不受網絡結構和負荷條件的限制，一般來說是有利而無害的。采用后加速的缺點是：(1)第一次切除故障可能帶時限。(2)每個斷路器上都需要裝設一套重合閘，相比較為復雜。廣泛應用于35kV以上的網絡及對重要負荷供電的送電線路上。2、應考慮潛供電流的影響：3、考慮非全相運行狀態(tài)的影響（1）I2對發(fā)電機的影響：在轉子中產生倍頻交流分量，產生附加發(fā)熱。（2）零序電流對鄰近的通信線路直接產生干擾。（3）繼電保護的影響：保護性能變壞，甚至不能正確動作。對會誤動的保護采取閉鎖措施等。當故障相線路自兩側切除后，由于非故障相與斷開相之間存在有靜電（通過電容）和電磁（通過互感）的聯(lián)系，在故障點的弧光短路通道中仍有一定數值的電流，此電流即為潛供電流。三、故障選相元件對選相元件的基本要求有：(1)應保證選擇性，即選相元件與繼電保護相配合只跳開發(fā)生故障的一相，而接于另外兩相上的選相元件不應動作。(2)在故障相末端發(fā)生單相接地短路時，接于該相上的選相元件應保證足夠的靈敏性。（3）故障選相元件拒動時，應能延時的跳開三相線路。常用選相元件有如下幾種：①電流選相元件：在每相上裝設一個過電流繼電器，其啟動電流按照大于最大負荷電流的原則進行整定，以保證動作的選擇性。這種選相元件適于裝設在電源端，且短路電流比較大的情況，它是根據故障相短路電流增大的原理而動作的。②低電壓選相元件：用三個低電壓繼電器分別接于三相的相電壓上，低電壓繼電器是根據故障相電壓降低的原理而動作。它的啟動電壓應小于正常運行時以及非全相運行時可能出現(xiàn)的最低電壓。這種選相元件一般適于裝設在小電源側或單側電源線路的受電側，因為在這一側如用電流選相元件，則往往不能滿足選擇性和靈敏性的要求。③阻抗選相元件、相電流差突變量選相元件等，由于其有較高的靈敏度和選相能力，故常用于高壓輸電線路上。相間電容、相間電感提供潛供電流，使熄弧時間長，所以單相重合閘動作時間一般應比三相重合閘的動作時間長。(1)不論是單側電源還是雙側電源，均應考慮兩側選相元件與繼電保護以不同時限切除故障的可能性。(2)潛供電流對滅弧所產生的影響。四、動作時限的選擇五、對單相重合閘的評價主要優(yōu)點：(1)能保證對用戶的連續(xù)供電，從而提高供電的可靠性；(2)在雙側電源的聯(lián)絡線，可以兩個系統(tǒng)之間的聯(lián)系，提高系統(tǒng)并列運行的動態(tài)穩(wěn)定性。缺點：(1)需要有按相操作的斷路器。(2)需要專門的選相元件與繼電器保護相配合，接線較為復雜。上在實現(xiàn)單相重合閘時，也總是把實現(xiàn)三相重合閘的問題結合在一起考慮，故稱為“綜合重合閘”5.9綜合重合閘簡介d(1)——>跳單相——>合單相。（單重方式）相間d——>跳三相——>合三相。（三重方式）四種運行方式：單重、三重、綜重、直跳。作業(yè)：實現(xiàn)綜合重合閘回路接線時，應考慮哪些因素？第九章發(fā)電機的繼電保護

9.1發(fā)電機的故障、不正常工作狀態(tài)

及其保護配置（一）發(fā)電機的故障1.定子繞組（1）定子繞組及引出線上的相間短路（2）定子繞組的匝間短路（3）定子繞組的單相接地故障2.轉子繞組（1）轉子繞組兩點接地（2）轉子勵磁回路勵磁電流消失

（二）發(fā)電機的不正常工作狀態(tài)（1）外部短路引起的定子繞組過電流（2）外部不對稱短路或不對稱負荷引起的負序過電流和過負荷；（3）突然甩負荷引起的定子繞組過電壓（4）失步（5）低勵、失磁（6）逆功率（7）過勵磁（8）頻率異常（9）轉子繞組的一點接地（10）發(fā)電機的誤上電（11）斷路器斷口閃絡（三）發(fā)電機應裝設的保護（1）縱聯(lián)差動保護（2）定子繞組匝間短路保護（橫差動保護）（3）定子繞組接地保護（4）發(fā)電機外部相間短路保護（5）定子繞組過負荷保護（6）定子繞組過電壓保護（7）轉子表層過負荷保護（8）勵磁繞組過負荷保護（9）勵磁繞組一點及兩點接地保護（10）失磁保護（11）過勵磁保護（12）逆功率保護（13）失步保護（14）大容量發(fā)電機還應考慮配置低頻保護、過頻保護、起停機保護、誤上電保護、斷口閃絡保護等；（15）發(fā)電機非電量保護，如采用水冷卻發(fā)電機應配置斷水保護；各種保護可動作于：（1）停機：跳閘、滅磁、關閉主汽門（2）解列、滅磁：跳閘、滅磁、原動機甩負荷（3）解列：跳閘、原動機甩負荷（4）增減出力：增加、減小原動機出力（5）縮小故障影響范圍：跳母聯(lián)斷路器（6）程序跳閘：首先關主汽門、跳閘、滅磁（7）信號（一）保護原理接線

兩組TA特性、變比一致

正常運行或區(qū)外故障時：

內部故障時：

一、縱聯(lián)差動保護9.2發(fā)電機的縱差動保護（二）整定計算

1.按躲外部故障時的最大不平衡電流整定

互感器穩(wěn)態(tài)最大誤差非周期分量系數1.5～2同型系數0.5或1外部短路時的最大短路電流二次值2.當電流互感器二次回路斷線時不誤動

當縱聯(lián)差動保護區(qū)外部發(fā)生短路故障時，按照圖中所示極性關系可知，流入制動線圈的兩個電流大小相等、方向相同，制動回路有輸出；而流人工作線圈的電流為零，差動回路無輸出。因此，縱聯(lián)差動保護不動作。當縱聯(lián)差動保護區(qū)內部發(fā)生短路故障時，如果流入制動線圈的兩側短路電流大小相等、方向相反，則兩側制動線圈的制動作用相抵消；而流入工作線圈的電流為兩側電流之和，差動回路有輸出。因此，縱聯(lián)差動保護動作于跳閘。無制動特性的縱聯(lián)差動保護定值高，保護的靈敏度低，一般用于中小型發(fā)電機；對于100MW及以上的發(fā)電機，廣泛采用具有比率制動特性的縱聯(lián)差動保護；當工作線圈匝數與制動線圈匝數人關系為：

保護的動作量為：

保護的制動量為：

（三）采用比率制動特性的差動保護

最小動作電流：拐點電流：（三）采用比率制動特性的差動保護

最大制動系數：一般取0.2~0.4；（三）采用比率制動特性的差動保護

比率制動特性的斜率（四）發(fā)電機縱差動保護的靈敏性

計算條件：（1）發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行以前，其出口發(fā)生兩相短路；（2）發(fā)電機采用自同期并列時，在系統(tǒng)最小運行方式下，其出口發(fā)生兩相短路；要求（五）評價(1)中性點附近存在死區(qū)距中性點處發(fā)生三相短路，故障點電阻為有必要設法減小定值以提高靈敏度，減小死區(qū)(2)不能反應匝間短路

(3)不能反映接地故障

短路電流很小，差動保護不能動作（三）評價(4)不受過負荷和系統(tǒng)振蕩的影響1.原理接線二、發(fā)電機的不完全縱聯(lián)差動保護

機端側的全電流和中性點側的分支電流構成不完全縱差保護。ABCTA2TA1

不僅可以反應相間短路，也可以反應匝間短路、分支開焊等故障。2.互感器變比的選擇：ABCTA1TA2(1)變比匹配二、發(fā)電機的不完全縱聯(lián)差動保護(2)由軟件實現(xiàn)平衡2.互感器變比的選擇：ABCTA1TA2二、發(fā)電機的不完全縱聯(lián)差動保護3.中性點側電流的選取

每相并聯(lián)分支數為n，中性點處接入差動保護的支路數為N，一般應滿足下面關系：A二、發(fā)電機的不完全縱聯(lián)差動保護（一）定子繞組匝間短路的形式和特點

同相一分支的匝間短路同相不同分支之間的匝間短路9.3發(fā)電機橫差動保護（1）在中性點連線上產生零序電流；（2）發(fā)生匝間短路時，在機端專用電壓互感器的開口三角繞組兩端，產生零序電壓；（3）產生負序功率，其方向為由發(fā)電機內部指向外部；（a）正常情況（b）某一繞組內部匝間短路（c）同相不同繞組匝間短路（二）單元件橫差動保護

（零序橫差動保護）起動電流（二）單元件橫差動保護

（零序橫差動保護）1.接線簡單，經濟；2.對相間短路、匝間短路及分支開焊等故障都能反映；3.沒有由于互感器的誤差產生的不平衡電流，定值小，靈敏度高；

（三）裂相橫差動保護

用于每相多個分支的發(fā)電機，將全部分支分成兩部分構成差動保護，可反應幾乎發(fā)電機內部的所有故障，是大型多分支發(fā)電機的有效保護方式。（三）裂相橫差動保護

用于每相多個分支的發(fā)電機，將全部分支分成兩部分構成差動保護1)正常運行或外部故障時

各分支電流大小相同，選擇合適的TA變比，使此時的差動電流為0。2)內部故障時

相間、匝間短路或分支開焊故障時，各分支電勢不再平衡，各分支電流不再滿足正常時的關系，會有差動電流出現(xiàn)。（一）發(fā)電機定子繞組單相接地的特點故障點的各相對地電壓為：9.4發(fā)電機的單相接地保護（一）發(fā)電機定子繞組單相接地的特點

零序電壓的特點為：

故障點和機端的零序電壓隨故障點位置的不同而改變，而發(fā)電機機端零序電壓與故障點零序電壓相等；定子單相接地時零序電流的特點：發(fā)電機內部故障時：

當發(fā)電機定子繞組內部發(fā)生單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為外接元件電容電流，方向由發(fā)電機流向母線；定子單相接地時零序電流的特點：發(fā)電機外部故障時：

當發(fā)生外部單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為發(fā)電機本身的電容電流，方向由外部流向發(fā)電機；（1）有零序電壓出現(xiàn)，其大小與α成正比；（2）接地點通過容性零序電流，大小與α及C0G、C0l有關；（3）當發(fā)電機定子繞組內部發(fā)生單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為外接元件電容電流，方向由發(fā)電機流向母線；（4）當發(fā)生外部單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為發(fā)電機本身的電容電流，方向由外部流向發(fā)電機；零序分量的特點：（二）利用零序分量的定子接地保護

1.零序電流保護

（1）零序電流互感器裝在發(fā)電機出口；

當發(fā)電機定子繞組在中性點附近接地時，a很小，因而通過TA0的接地電容電流很小，保護存在死區(qū)；2.基波零序電壓保護

動作電壓整定值應躲開正常運行時的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側接地時在發(fā)電機端所產生的零序電壓；

一般為15V

在中性點附近發(fā)生接地故障時，a很小，零序電壓很小，也將存在死區(qū)；由于開口三角側電壓為100Ｖ，當定值為15Ｖ時，則死區(qū)為15%；（三）發(fā)電機100%定子接地保護

+發(fā)電機中性點加固定的工頻偏移電壓零序電壓保護（85%）

附加直流或低頻（20Hz或25Hz）電源利用發(fā)電機固有的三次諧波電勢用于消除死區(qū)

兩部分的保護區(qū)應相互重疊1.利用三次諧波電壓構成的定子接地保護(1)各種發(fā)電機中都存在三次諧波電壓；(2)

三次諧波電壓具有零序分量的特點，提取方便；(3)

三次諧波回路與主變高壓側系統(tǒng)無關。三次諧波電壓的優(yōu)勢：正常運行時的三次諧波電壓E·3U·N3U·T33LNTCg2Cg2Ct結論：在正常運行時，發(fā)電機中性點側的三次諧波電壓總是大于發(fā)電機機端側的三次諧波電壓；單相接地時三次諧波電壓時：時：比值的變化可以反應中性點側50%范圍內的接地故障；2.發(fā)電機100%定子接地保護裝置的構成

保護發(fā)電機定子繞組中性點側50%范圍內的單相接地故障，且當故障點越靠近中性點時靈敏度越高；第一部分：零序電壓保護

兩部分的保護區(qū)應有一部分相互重疊

第二部分：利用三次諧波電壓比值構成定子繞組接地保護

保護定子繞組機端側的85%以上，當故障點越靠近機端側時靈敏度越高；（一）負序過電流保護的作用

發(fā)電機負序過流保護是針對定子繞組電流不平衡而引起的轉子過熱的一種保護；負序電流在轉子中引起的熱量，正比于負序電流的平方和所持續(xù)的時間的乘積；采用負序電流作為后備保護，可以提高不對稱短路的靈敏性；由于負序電流保護不能反應三相短路，需加裝一個低電壓起動的過電流保護，專門反應三相短路；9.5發(fā)電機相間短路的后備保護（二）定時限負序過電流保護

1234567兩段式跳閘信號

保護時限特性與負序電流曲線不能很好配合。此外，也不能反應負序電流變化時發(fā)電機轉子的熱量積累過程，當出現(xiàn)負序電流忽升忽降或在較大的負序電流下持續(xù)一段時間后又降低到較小的數值時，保護來不及動作可能使轉子損壞。因此在100MW及以上A<10的發(fā)電機裝設負序反時限過電流保護。（三）反時限負序過電流保護

保護動作特性

或9.6發(fā)電機的失磁保護（一）發(fā)電機的失磁運行及其影響系統(tǒng)功角特性關系：轉子運動方程式：失步前開始失步完全失步(二)失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡1.失磁后到失步前（等有功阻抗圓）

系統(tǒng)機端測量阻抗的軌跡與P有密切關系，對應不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時圓的直徑越??；2.臨界失步點（臨界失步阻抗圓，等無功阻抗圓）

3.失步后的異步運行階段

(三)其他運行方式下發(fā)電機機端測量阻抗

發(fā)電機與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時的機端阻抗發(fā)電機外部故障時的機端阻抗發(fā)電機正常運行且向外輸送有功和感性無功時的機端阻抗發(fā)電機正常運行且只輸出有功時的機端阻抗發(fā)電機正常運行且輸出有功，同時吸收部分感性無功時時的機端阻抗(四)失磁保護的構成方式（1）雖失磁，但未形成危害時，及時發(fā)信號；失磁后，危及發(fā)電機和系統(tǒng)安全運行時，動作于切機；（2）水輪發(fā)電機失磁后，瞬時發(fā)信號。而在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機；（3）對于汽輪發(fā)電機，Q足夠時，應瞬時或經短延時動作于信號和自動減負荷裝置，或切換至備用勵磁系統(tǒng)，并以發(fā)電機允許無勵磁運行的時限切除發(fā)電機；Q不足時，立即發(fā)信號，在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機；1.功能（1）靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據

（2）異步阻抗圓判據（3）無功方向判據（4）系統(tǒng)三相電壓降低3.失磁保護的主判據4.失磁保護的輔助判據（1）勵磁電壓下降

（2）不出現(xiàn)負序分量（3）用延時躲振蕩2.失磁保護的判據利用失磁后發(fā)電機定子參數的變化如：機端測量阻抗由第一象限進入第四象限；無功功率方向改變；機端電壓下降；功角增大；勵磁電壓降低；勵磁低電壓元件4.汽輪發(fā)電機失磁保護裝置阻抗元件母線低電壓元件1~1.5s0.5~1s按躲空載運行時的最低勵磁電壓整定4.汽輪發(fā)電機失磁保護裝置按臨界失步阻抗圓進行整定按保證系統(tǒng)安全運行所允許的最低電壓整定1~1.5s0.5~1s5.整定值能自動隨有功功率P變化的轉子低電壓失磁繼電器當失磁后勵磁電壓降低到整定值時，ＵＬ－Ｐ動作，使發(fā)電機減載；當達到靜穩(wěn)邊界時，反應定子判據的阻抗元件Ｚ動作，兩者組成與門后跳閘；轉子低電壓繼電器9.7發(fā)電機-變壓器組繼電保護（一）發(fā)電機-變壓器組縱差動保護的特點1.當發(fā)電機和變壓器之間無斷路器時

發(fā)電機變壓器組縱差動保護單相原理圖發(fā)變組差動發(fā)電機變壓器組縱差動保護單相原理圖發(fā)變機差動發(fā)變組差動2.當發(fā)電機和變壓器之間有斷路器時

變壓器差動發(fā)電機差動（二）發(fā)電機電壓側單相接地保護的特點采用普通零序電壓保護或100%定子接地保護并作用于信號（三）發(fā)電機過電流保護的特點（1）當發(fā)電機和變壓器間沒有分支線時，可以用發(fā)電機的過電流保護作為整組的保護;（2）當發(fā)電機和變壓器間有分支線時，發(fā)電機的過電流保護應有兩個時限，第I段時限動作于高壓側斷路器，第II段時限斷開所有側斷路器及勵磁開關;微機發(fā)電機差動保護（1）包括差動速斷部分、比率制動部分、電流互感器二次斷線及差流越限告警部分；差動速斷部分主要為了快速切除嚴重司內部故障;9.9微機發(fā)電機差動保護的功能框圖本章學習重點了解發(fā)電機可能產生的故障類型和異常運行狀態(tài)，以及發(fā)電機應有的保護方式。熟練掌握發(fā)電機縱差動保護的基本工作原理及其特點。熟練掌握發(fā)電機橫差動保護的基本工作原理及其特點。熟練掌握發(fā)電機接地保護的基本工作原理及其特點。掌握發(fā)電機失磁保護的基本工作原理及其特點。了解發(fā)電機相間短路保護的配置及特點。了解發(fā)電機－變壓器組繼電保護的應用及特點。變壓器的繼電保護第一節(jié)變壓器的故障類型

不正常運行狀態(tài)及其保護方式

變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響，同時大容量的變壓器也是十分貴重的元件，因此需要根據變壓器容量和重要程度裝設性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。變壓器內部故障

油箱內故障：繞組的相間短路、接地短路、 匝間短路、鐵心燒損等.油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生相間短 路和接地短路

油箱內部故障非常危險，高溫電弧不僅會燒毀繞組和鐵芯，還會使變壓器油絕緣分解產生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴重后果油箱內故障油箱外部故障變壓器不正常運行狀態(tài)主要包括：

由于變壓器外部相間短路引起的過電流（相間短路——過電流）由于變壓器外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓（接地短路——過電流、中性點過電壓）由于負荷超過額定容量引起的過負荷（過負荷）

由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）

在過電壓或低頻率等異常運行方式下，發(fā)生變壓器的過勵磁（過勵磁）

變壓器的不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行方式下會發(fā)生變壓器的過勵磁，引起鐵芯和其它金屬構件的過熱。

變壓器不正常運行時，繼電保護應根據其嚴重程度，發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。

保護方式

瓦斯保護

特點：動作迅速，靈敏性高，安裝接線簡單。反應油箱內的各種故障，不反應油箱外部的故障。對變壓器油箱內的各種故障、應裝設瓦斯保護，它反應于油箱內部所產生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側的斷路器。裝設范圍：800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內油浸式變壓器?？v差動保護或電流速斷保護

特點：反應變壓器油箱內外故障對變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應裝設差動保護或電流速斷保護?？v差動保護范圍：6300kVA以上并列運行的變壓器；10000kVA以上單獨運行的變壓器；容量為6300kVA以上的發(fā)電廠廠用變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器。電流速斷的保護適用：10000kVA以下的變壓器，且其過電流保護的時限大于0.5s時?？v差動保護和電流速斷動作后，均應跳開變壓器各電源側的斷路器。外部相間短路時，應采用的保護

對于外部相間短路引起的變壓器過電流，應采用下列保護：a、過電流保護：用于降壓變壓器，保護的整定值考慮在事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流b、復合電壓（負序電壓和線電壓）起動的過電流保護：用于升壓變壓器及過電流保護靈敏性不滿足要求的降壓變壓器上c、負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護：用于大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器d、阻抗保護：對升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器當采用b、c的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，采用阻抗保護。外部接地短路時，應采用的保護

a、中性點直接接地電力網內，應裝設零序電流保護

b、自耦變壓器和高、中壓側中性點都直接接地的三繞組變壓器，當有選擇性要求時，應增設零序方向元件。過負荷保護

對400kVA以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過勵磁保護

高壓側電壓為500kV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流的升高，應裝設過勵磁保護。（在變壓器過勵磁允許的范圍內，保護作用于信號，超過允許值，可動作于跳閘）

其它保護

對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應裝設可作用于信號或動作于跳閘的保護裝置。第二節(jié)變壓器縱差動保護

主要是變壓器內部繞組故障、外部套管及引出線故障構成變壓器縱差動保護的基本原則

雙繞組變壓器Ｉ-Ｉ高壓側低壓側為變壓器兩側的一次電流參考方向均由母線指向變壓器、分別為兩側電流互感器的變比。

則流入差動繼電器KD的電流為：因此縱差動保護的動作判據為：為相應的電流互感器二次電流設變壓器的變比為:忽略變壓器的損耗，正常運行和區(qū)外故障時有:Ｉ-Ｉ高壓側低壓側則差動電流可表示為：若選擇電流互感器的變比，使之滿足:則有：正常運行和變壓器外部故障時，差電流為零，保護不會動作；

由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為確保縱差動保護的正常工作，必須適當選取電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，即應使：其中：高壓側電流互感器變比：變壓器的變比：低壓側電流互感器變比基本原則要實現(xiàn)變壓器的縱差保護，必須適當的選擇兩側電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，即由于變壓器常采用Y，d11的接線方式，因此，其兩側電流的相位差為，若兩側電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會有一個差電流流入繼電器，為消除這種不平衡電流的影響，通常都是將變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形，并適當考慮聯(lián)接方式后，即可把二次電流的相位校正過來。Ｉ-ＩＩ-ＩＩ-Ｉ變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形外部故障時由于，三種制動電流都等于變壓器的穿越電流；內部故障時，制動電流的大小是不一樣的，在不考慮負荷電流影響時，后兩種方法的制動電流比較小。但應該指出，在故障電流很大，負荷電流影響可以忽略的情況下，各種方法都有很高的靈敏度；只有在故障電流與負荷電流差不多甚至更小時，分析各種制動電流的相對大小才是有意義的。

第三節(jié)變壓器的電流和電壓保護為反應變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內部故障時作為差動保護和瓦斯保護的后備（變壓器主保護的近后備保護，相鄰母線或線路的遠后備保護），變壓器應裝設過電流保護，根據變壓器容量和系統(tǒng)短路電流水平不同，實現(xiàn)保護的方式有：過電流保護，低電壓啟動的過電流保護，復合電壓起動的過電流保護及負序過電流保護。對并列運行的變壓器應考慮因故障突然切除一臺所出現(xiàn)的過負荷，當各臺變壓器容量相同時，可按：其中：n并列運行變壓器的最小臺數I