电力系统继电保护1 - 2

1、 电力系统护与控制电力系统护与控制主讲教师：周玲主讲教师：周玲Email: 选用教材：n电力系统继电保护 张保会 尹项根 主编 中国电力出版社电力系统自动装置原理 杨冠城主编中国电力出版社电力系统继电保护第一章 绪论第二章 电网的电流保护第三章 电网距离保护第四章 输电线纵联保护电力系统继电保护第五章 自动重合闸第六章 电力变压器保护第七章 发电机保护第八章 母线保护第九章 数字式继电保护基础 n 同步发电机的自动并列 同步发电机励磁控制。电力系统自动装置原理 电力系统保护与控制电力系统保护与控制教材教学的安排教材教学的安排章章一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七 自自合合计计学学时时21

2、0 8455 640 1-1电力系统的正常工作状态、不 正常工作状态和故障状态1-2继电保护的基本原理及其组成1-3对继电保护的要求1-4继电保护的技术发展简史第一章第一章 绪论绪论1.1电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态1.1.1正常工作状态 约束条件:系统发出有功功率和无功功率应在任一时刻与系统中随机变化的负荷功率相等。 供电质量和电力设备安全运行的某些参数，应处于安全运行的范围内。0QQQSLjGik.maxkSS0PPPSLjGii.maxii.minUUUij.maxijIImaxminfff1.1电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态1.1.2常见的不正常工

3、作状态及其危害 定义：所有等式约束条件均满足，部分不等式约束条件不满足但又不是故障的电力系统工作状态。 危害：加速设备老化，增加有功损耗，不利于经济、安全运行，引发频率、电压崩溃。电力系统故障1.1.3故障状态及其危害 所谓短路是指相与相相与相之间或相与地相与地之间的短接，以及电机或变压器同一相绕组不同线匝之间同一相绕组不同线匝之间的短接。电力系统短路的基本形式有三相短路三相短路、两相短路两相短路、单相接地短单相接地短路路、两相接地短路两相接地短路及发电机或变压器同一相绕组不同同一相绕组不同线匝之间的短接线匝之间的短接（简称匝间短路）。 电力系统故障的危害有哪些？n故障点的电弧使故障设备损坏。

4、n短路电流使故障回路中的设备遭到损坏。n短路时可能使电力系统的电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏，影响用户产品质量。严重时可能造成电压崩溃，引起大面积停电。n破坏电力系统运行的稳定性。可能引起系统振荡，甚至造成电力系统的瓦解。 故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故是事故是指系统或其中一部分的正常工作遭到指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，造成对用户少送电或电能质量变坏到破坏，造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。设备的损坏。1.1电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态 1.1.

5、4电力系统继电保护的作用 继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护与一次侧电力系统设备之间的连接简图。继电保护就是通过二次侧弱电系统来控制（如跳开、闭合）一次侧强电系统设备。内部故障时发出跳闸命令不正常工作时发出告警信号继电保护的接线简图1.1.4 继电保护的作用它的基本任务是： （1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行； （2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于发出信号或跳闸。 继电保护泛指继电保护技术或由各种继

6、电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置指各种具体的装置。1.2继电保护的基本原理及其组成1.2.1继电保护的基本原理基本原理 保护类型反应电气量的保护反应于发生短路后电流增大而动作过电流保护反应于发生短路后电压降低而动作低电压保护反应于短路点到保护安装地点间距离而动作距离保护反应于内部故障与外部故障时两侧电流相位的区别纵联差动保护相差高频保护反应于内部故障与外部故障时两侧功率方向的区别方向高频保护反应非电气量的保护当变压器油箱内部的绕组短路时反应于油被分解所产生的气体瓦斯保护反应于电动机绕组温度升高过负荷或过热保护1.2继电保护的基本原理及其组成1.2.2保护装置的组成 以上各种原理的保护

7、，可以由一个或若干个继电器连接在一起组成保护装置来实现。 就一般情况而言，整套继电保护装置是由测量比较元件、逻辑判断元件、执行输出元件组成的，其原理结构部分如下图所示： 1.2继电保护的基本原理及其组成1.2.3继电保护的工作回路1.将一次设备的电流、电压转变为二次设 备的电流、电压并使两者隔离的设备；2.断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的 连接电缆，指示保护装置动作情况的信 号设备；3.保护装置及跳闸、信号回路设备的工作 电源。1.2继电保护的基本原理及其组成1.2.4电力系统继电保护的工作配合 目标：任一个元件故障均被可靠切除，且对系统影响最小。 主保护：快速切除； 后备保护：延时动作。

8、1.3对继电保护的基本要求1.3对继电保护的基本要求 指在该保护装置的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作（信赖性），而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作（安全性）。可靠性可靠性我乱动我乱动误动误动敌一动敌一动我不动我不动拒动拒动敌不动敌不动可靠性可靠性12345678ABCD例例1： 12k1选择性选择性例例2： 选择性选择性1.3对继电保护的基本要求 在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须 考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性 远后备保护近后备保护即当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护；当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的

9、有关断路器动作实现后备。速动性速动性作用作用于断于断路器路器跳闸跳闸的保的保护都护都要求要求动作动作迅速迅速可以提高系统稳定性可以提高系统稳定性减少用户在低电压下工作时间减少用户在低电压下工作时间减少故障元件损坏程度减少故障元件损坏程度避免故障进一步扩大避免故障进一步扩大 指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态 的反应能力。 满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常由灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。灵敏性灵

10、敏性 1.4继电保护发展简史n原理最初 熔断器 串联于供电线路中1890年出现电磁型过电流继电器 直接装于断路器1901年出现感应型过电流继电器1908年提出比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理1910年出现方向性电流保护,并出现了将电流与电压比较的保护原理1920年出现距离保护1927年出现高频保护1950年提出1975年诞生行波保护1980年研究1990年应用工频故障分量(工频突变量)保护1.4继电保护发展简史n结构,型式,制造工艺机电式保护装置 20世纪50年代以前由电磁型、感应型或电动型继电器组成，其都有机械转动部件晶体管式继电保护装置 20世纪50年代开始出现了晶体管式继电保护装

11、置，它体积小、功耗小、动作速度快，无机械转动部分,无触点集成电路式继电保护装置 80年代后期微型计算机继电保护（微机保护）80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟,进入90年代,微机保护在我国大量应用。 本章重点： 1.继电保护的作用 2.继电保护的第二章 电网的电流保护和方 向性电流保护21单侧电源网络相间短路的电流保护22双侧电源网络电网相间短路的方向性电流保护24中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护23中性点直接接地系统中接地 短路 的零序电流及方向保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.1继电器1.分类和要求何谓继电器?继电器是一种能自动执行断续控制的部件,当其输入

12、量达到一定值时,能使其输出的被控制量发生预计的状态变化,如触点打开、闭合或电平由高变低、由低变高等,具有对被控电路实现“通” 、“断”控制的作用。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.1继电器 1.分类和要求按动作原理分：电磁型、感应型、整流型、 电子型和数字型按反应的物理量分：电流继电器、电压继电器、功 率方向继电器、阻抗继电器、 周波继电器、气体继电器按在保护回路中所起作用分：启动继电器、时间继 电器、中间继电器、信号继电 器、出口继电器等基本要求：工作可靠，动作过程具有“继电特性”2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.过电流继电器原理框图2.1单侧电源网络相间短路的电流保护3.

13、 继电器的继电特性opIreIoprereIIKreII2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行时，越靠近电源侧电流越大。用户负荷同时接入时形成最大电流。各条线路中流过的最大电流幅值如左图折线1所示。图2.32.1单侧电源网络相间短路的电流保护 当供电网络任一点发生短路时，流过短路点与电源间线路中的电流包括短路工频周期分量、暂态高频分量和衰减直流分量，其短路工频周期分量近似为： 图2.3kskZZEKZEI2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 两种系统运行方式： 1.相同点发生相同类型短路流过保护安装处的电流最大，称为系统最大运行方式 2.相同点

14、发生相同类型短路流过保护安装处的电流最小，称为系统最小运行方式 。 求最大运行方式下的三相短路和最小运行方式下的两相短路时，流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的两条曲线（图2.3曲线3、2）。s.minsZZs.maxsZZ2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 系统所有运行方式下，不同类型的短路电流都介于这两个值 之间。 影响保护安装处短路电流的大小的因素： 1.系统运行方式（ ）的变化； 2.正常运行状态（ ）的变化； 3.不同短路类型（ ）； 4.随短路点距等值电源的距离变化，短路电流连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端和下级线路出口短路，电流没有差别。sZEK2.1单侧电源网络

15、相间短路的电流保护2.1.3电流速断保护（I段保护） 对于仅反应于电流增大而瞬间动作的电流保护称为电流速断保护。 1.工作原理： 以上图为例，假定在每条线路上均装有电流速断保护。对速断保护2来说，k1点和k2点短路时，从保护2安装处所流过的电流的数值几乎是一样的，因此，希望k1点短路时保护2能动作，而k2点短路时又不动作的要求就不可能同时得到满足。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 同样，保护1也无法区别k3和k4点的短路。为解决这个矛盾，通常都是优先保证动作的选择性，即从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动。 2.电流速断保护的整定计算原则 （1）动作电流的整定 为保证

16、电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其整定动作电流 必须大于k4点短路时可能出现的最大短路电流，即大于Iset.1I2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流Ik.c.max，即动作电流为 可靠系数 是考虑非周期分量影响、实际短路电流可能大于计算值、保护装置实际动作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。 同理可得： 继电器的二次动作电流： 为TA的接线系数C-Bs.mink.C.maxset.1ZZEIIIk.C.maxrelset.1IKIII1.31.2KIrelk.B.maxIrelIset.2IKIconIsetIopKnIITAconK2.1

17、单侧电源网络相间短路的电流保护 （2）保护范围的校验 定义：在已知保护动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域。 保护的最小范围的计算： 要求大于被闭合线路全长的（1520）% min1s.maxk.L.minIsetLzZE23II 3.电流速断保护的构成 如图所示。过流继电器接于电流互感器TA 的二次侧，当流过它的 电流大于它的动作电流 后，比较环节KA有输 出。某些情况下需要闭 锁跳闸回路，设置闭锁 环节。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护opI2.1单侧电源网络相间短路的电流保护4.电流速断保护的主要优、缺点 电流速断保护的主要 优点：优点：简单可靠，动作迅速。 缺点：

18、缺点：不可能保护线路的全长； 保护范围直接受系统运行方式的 影响。 但在个别情况下，有选择性的电流速断保护也可以保护线路的全长，例如当电网的终端线路上采用线路变压器组的接线方式时。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.4限时电流速断保护 1.工作原理 由于有选择的电流速断不能保护本线路的全长，因此可以考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时电流速断保护。 对这个新设保护的要求: 在任何情况下都能保护线路的全长，并且具有足够的灵敏性。 力求具有最小的动作时限。 （3）在下级线路短路时，保证下级线路优先切除故障，满足选择性。2.1单侧电源

19、网络相间短路的电流保护2.限时电流速段保护的整定（1）启动电流的整定 设保护1装有电流速断，其起动电流为 ， 保护2的限时电流速断不 应超出保护1电流速断的 范围，在单侧电源供电 时其起动电流应为： 引入可靠系数则： 一般取为一般取为1.11.11.21.2。Iset.1IIset.1IIset.2IIIset.1IIrelIIset.2IKIIIrelK2.1单侧电源网络相间短路的电流保护（2）动作时限选择： 限时速断的动作时限 ，应选择比下一条线 路速断保护的 动作时限高出一 个时间阶段t即: 在保护1电流速断 范围以内的故障 以时间 被切除， II2tI1ttttI1II2I1t确定t的

20、原则应包括故障线路断路器的跳闸时间应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定时间大的正误差应包括保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差应包括如果保护2中的测量元件(电流继电器)在外部故障切除后,由于惯性的影响而不能立即返回的时间考虑一定的裕度.2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 当故障发生在保护2电流速断的范围以内时则以时间 被切除，当故障发生在速断范围以外同时又在线路A-B以内时则以时间 被切除。3.保护装置灵敏性的校验 为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个反应能力用灵敏系数Ksen来衡量。

21、II2tI2t2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 例如保护2的限时电流速断而言，即应采用系统最小运行方式下线路A-B末端发生当两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值。则灵敏系数为： 要求：保护装置的动作参数值值短路时故障参数的计算保护范围内发生金属性senKIIset.2k.B.minsenIIK5.13.1Ksen2.1单侧电源网络相间短路的电流保护？ 故障点都不是金属性短路，而是存在有过渡电故障点都不是金属性短路，而是存在有过渡电阻，它将使短路电流减小；阻，它将使短路电流减小； 实际的短路电流由于计算误差或其它原因而小实际的短路电流由于计算误差或其它原因而小于计算值；于计算值； 保护装

22、置所使用的电流互感器，在短路电流通保护装置所使用的电流互感器，在短路电流通过的情况下，一般都具有负误差，因而使实际过的情况下，一般都具有负误差，因而使实际流入保护装置的电流小于按额定变比折算的电流入保护装置的电流小于按额定变比折算的电流；流； 保护装置中的继电器，其实际启动数值可能具保护装置中的继电器，其实际启动数值可能具有正误差；有正误差； 考虑一定的裕度。考虑一定的裕度。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护4.限时电流速断保护的单相原理接线 如图所示。它与电流 速断保护接线区别是 增加了时间继电器KT。 这样当继电器KA启动 后，还必须经过延时 才能动作于跳闸。如果故障在延时前已经切除则K

23、A立刻返回，保护恢复原状。 思考题nP63 ：2.3，2.4，2.5，2.62.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.5定时限过电流保护 过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。 过电流保护分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护1.工作原理和启动电流 如图所示： k2点 短路时，应该只 有保护2动作， 而保护35在故 障切除之后应立 即返回。k2点故 障切除后35的电流是 仍然在继续运行中的负荷电流。故障切除后恢复， 电机自启动。引入自启动系数：

24、则：KssL.maxssss.maxIKI2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 保护35在各自启动电流作用下必须立即返回。因此保护的返回电流要大于自启动最大电流。则： 继电器返回电流与启动电流之间的关系就代表了保护装置返回电流与启动电流之间的关系。引入继电器的返回系数则：L.maxssIIIrelss.maxIIIrelreIKKIKIL.maxressIIIrelrereIIIsetIKKKIK1I =2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 保护2则 以此类推 若如下图所示的电力系统，对于保护4来说应同时满足13的动作时间的要求： ttttttmaxtIII3III2III1III4，tttI

25、II1III22.1单侧电源网络相间短路的电流保护3.过电流保护灵敏系数的校验 在各个过电流保护之间，必须要求灵敏系数互相配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。 在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都相互配合时，才能切实保证动作的选择性。sen.4sen.3sen.2sen.1KKKKset.4k.B.minsenIIK对后备保护）对主保护）(25. 1(5 . 13 . 12.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.6阶段式电流保护的配合及应用 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 如图所示，保护1采用瞬时动作的过电流保护；如果C-D的故障不要求瞬时切除，

26、保护2只装设0.5过电流保护；反之保护2增设一个电流速断保护；保护3的过电流保护要配合保护2的过电流保护，故动作时限要整定为11.2s，一般要增设电流速断保护或同时装设电流速断保护和限时速断保护。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护具有三段式电流保护的单相原理框图：2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.7反时限特性的电流保护 为什么要采用反时限特性的继电器？ 采用动作时间与流过继电器中电流大小有关的继电器，利用继电器的反时限动作特性，构成反时限过电流保护，电流大保护动作时限短，电流小动作时限长。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 1.反时限动作特性 反时限过电流继电器的 动作特性方程：

27、 2.反时限过电流保护的整定配合（1）反时限特性上下级间的配合；（2）反时限过电流保护与电源侧定时限过电流保护的配合；（3）反时限过电流继电器电流速断段的整定。10.14Ktop0.02II）（反时限过电流保护的整定和配合2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.8电流保护的接线方式 电流保护的接线方式，就是指保护中电流继电器与互感器二次线圈之间的连接方式。对相间短路的电流保护，目前广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 现对上述两种接线方式在各种故障时的性能分析比较如下：（1）对中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相间短路 两种接线

28、方式均能正确反应这些故障，不同之处仅在于动作的继电器数目不一样，三相接线方式在各种两相短路时，均有两个继电器动作，2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 而两相星形接线方式在AB和BC相间短路时只有一个继电器动作。（2）对中性点非直接接地电网中的两点接地短路 串联线路上发生两点接地短路时和放射形线路上发生两点接地短路时，采用两相星形接线方式和三相星形接线方式的区别如表格所示：2.1单侧电源网络相间短路的电流保护在右上图中不同线路上两点接地时，两相式保护动作情况的分析 线路I故障相别 A A B B C C线路II故障相别 B C A C A B保护I动作情况 Y Y N N Y Y保护II动作情

29、况 N Y Y Y Y Nt1=t2时，停电路数 1 2 1 1 2 1ABCkAkBIIIkAkBACB中性点非直接接地电网中，允许单相接地时继续短时运行，因此希望只切除一个故障点。分析可见：串联线路放射性线路三相星形接线100%只切除线路B-C，即100%的选择性若t1=t2,则保护1和2将同时动作切除两条线路两相星形接线2/3的机会有选择性地切除后一条线路2/3的机会有选择性地切除任一条线路2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 （3）对Y,d接线变压器后面的两相短路 当过电流保护接于降压变压器的高压侧以作为低压侧线路故障的后备保护时，如果保护采用的是三相星形接线，则接于B相上的继电器由于

30、流有较其它两相大一倍的电流，因此灵敏系数增大一倍，这十分有利。如果采用的是两相星形接线，则由于B相上没有装设继电器，灵敏系数只能由A相和C相的电流决定，在同样的情况下，其数值较三相星形接线降低了一半。为克服这个缺点，可以在两相星形接线的中线上再接入一个继电器。2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 （4） 两种接线方式的经济性： 三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。它也可以用在中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。 两相星形接线在中性点直接接地电网和非直接接地电网中被广泛采用作为相间短路的保护。在分布很广的中性点

31、非直接接地电网中比三相星形接线有优越性。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.1双侧电源网络相间短路时的功率方向 如图k1短路时流过线路的短路功率方向是从电源经线路流向短路点，与2、3、4和6、7、8的正方向一致。k2点和其他任一点短路都有一样的特性：短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向，且短路点两侧的保护只需要按照单电源的配合方式整定即可。在保护中加装判断短路功率流动方向的元件，与电流保护同时工作。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.2方向性电流保护的基本原理 如图两个电源同时存在，在每个保护上加装功率方向元件，使保护继

32、电器的动作具有一定的方向性。这样可以把系统拆开看成两个单侧电源网络的保护，两组保护不需要配合关系。2.2.3功率方向判别元件 1.对功率方向元件的要求2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 利用判别短路功率的方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。 正方向短路时相角为 反方向短路时为 k1k1AArAIUargk2k2AArA180IUarg2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者间相位差的大小而变化，输出为最大时的相位差称为继电

33、器的最大灵敏角 。 1.对继电保护中方向继电器的基本要求是：（1）应具有明确的方向性，即正方向发生各种故障能可靠动作，反方向故障时可靠不动作。（2）故障时继电器的动作具有足够的灵敏度。sen90IeUarg90rrsenj2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 2.功率方向元件的动作特性 取 时，则应取 。 为使 在090范围变化时，继电器都能可靠动作，继电器动作的角度范围通常取为 。其特性和动作方程如下所示： 60ksen 60kk90sen动作区不动作区+j+1sen角输出为最大时的相位差称为继电角输出为最大时的相位差称为继电器的最大灵敏器的最大灵敏AUBUCUBCUk1AI6030k

34、2AI2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 当取 时，动作方程用功率形式可写成 当余弦项和Ur、Ir越大时，其值也越大，继电器的灵敏度越高，而任一项等于零或余弦项为负，继电器将不能动作。 为了减小和消除死区，在实际上广泛采用非故障的相间电压作为参考量去判别电流的相位，例：加入 和 ，正方向短路时 ，反方向时 。取 。60ksen0cosIUsenrrrAIBCU3090ksen150rA3090krA2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护其动作特性和动作方程如下所示： 称为 功能方向继电器的内角。 90IUarg9090IUarg90rrrk90jre，k090sen不动作区动 作区

35、+1+j用功率的形式表示为：对A相的功率方向继电器，可具体表示为：v正方向出口附近发生三相短路时， ， 继电器具有很小的电压死区；v在其它任何包含A相的不对称短路时,IA的电流很大,UBC的电压很高，因此继电器不仅无死区，而且动作灵敏度很高。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护0rCOSIUrr0rABCCOSIU0UBC2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.4相间短路功率方向判别元件的接线方式 功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，对其接线方式有如下要求： （1）正方向任何形式的故障都能动作，而当反方向故障时则不动作。 （2）故障以后加入继电器的电流Ir和电压Ur应

36、尽可能大一些，并尽可能使接近于最灵敏角，以便消除和减少方向继电器的死区。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 为满足以上要求，功率方向继电器广泛采用的是90接线方式，所谓90接线方式是指在三相对称的情况下，当 cos =1时，加入继电器的电流IA和电压UBC相位相差90。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护正方向各种短路时，方向继电器能够正确动作的内角 的范围 故障类型继电器 三相 AB相 BC相 CA相 9009009009030600),(BCAAUIJ),(CABBUIJ),(ABCCUIJ903060060090302.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 90接线方式的

37、主要优点是： （1）对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相的电压，其值很高； （2）适当地选择继电器的内角 后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。 因此90接线得到了广泛的应用。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.5方向性电流保护应用的特点1.电流速断保护可以取消方向元件的情况 设 时，应取： 在保护2处装设方向元件， 保护2的起动电流就可以按 照躲开k1点短路来整定： k1.maxk2.maxIIk1k2.maxIrelIset.2Iset.1IKII2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护电流就可以按照躲开k1点短路来整定： 保护1处无需装设方向

38、元件，因为它从定值上已经可靠的躲开了反向短路流过保护的最大电流Ik1.max。2. 限时电流速断保护整定时分支电路的影响（1）助增电流的影响k1.maxIrelIset.2IKI2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 如图所示：分支电路中有电源，此时故障线路中的短路电流 将大于 ，这种使故障线路电流增大的现象，称为助增。 B.M-AIIrelII2setIKI流过的短路电流前一级保护所在线路上流故障线路流过的短路电bKB.M-AIset.1B.M-AC.M-BbIIIIKIset.1bIIrelIIset.2IKKIC-BIB-AI2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2双侧电源网

39、络相间短路的方向性电流保护 （2）外汲电流的影响 分支电路为一并联的线路，故障线路中的电流将减小，称之为外汲。此时分支系数小于1，有外汲电流影响时的分析方法同于有助增电流的情况，限时电流速断的起动电流仍应按下式整定：Iset.1bIIrelIIset.2IKKI2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 当变电所B母线上既有电源又有并联线路时，其分支系数可能大于1也可能小于1，此时应根据实际可能的运行方式，选取分支系数的最小值进行整定计算。对单侧电源供电的线路，即为系数为1的特殊情况。3.过电流保护装设方向元件的一般方法 过电流保护中，反方向短路电流一般都很难以电流整定值躲开，而主要决定于动作

40、时限的大小。当不能躲开反方向故障时,须装设方向元件。练习题：n.n.n.2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分布零序等效网络、零序分量的特点：中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流,而在正常的情况下它们是不存在的。因此利用零序电流来构成接地短路的保护，就具有显著的特点。2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护接地短路时的零序等效网络设0800 k2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 可见，零序分量的参数具有如下特点：（1）故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处零序电压越低。如图

41、(c)。（2）忽略回路的电阻时， 和 将超前 90，如图(d)。零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。（3）对于故障线路，零序功率的方向实际上都是由线路流向母线的。0I0I 0kU2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护（4） ,该处零序电流与零序电压之间的相位差由ZT1.0的阻抗角决定，而与被保护线路的零序阻抗及故障点位置无关。（5）电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。此时，系统的正序阻抗和负序阻抗要随之而变化，间接影响零序分量的大小。0T10A0ZI

42、U2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.2零序电压、电流过滤器1.零序电压过滤器： 用三个单相式电压互感器、用三相五柱式电压互感器、用接于发电机中性点的电压互感器、在集成电路保护装置内部合成零序电压。2.零序电流过滤器：有不平衡电流 零序电流互感器：没有不平衡电流2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 2.3.3零序电流速断（零序I段）保护（1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流 ，引入可靠系数 ，即为：（2）躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流 ，引入可靠系数 ，即为：（3）单相自动重合闸时，按躲开非全相运行下

43、又发生系统振荡时，出现最大零序电流整定。 0.maxIrelIset3IKImax. 03I0.unbIrelIset3IKI0.unb3IIrelKIrelK2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.4零序电流限时速断（零序II段）保护 Iset.10.bIIrelIIset.2IKKI 其的工作原理与相间短路限时电流速断保护一样，其启动电流可一样整定。两个保护之间的变电所母线上安有中性点接地的变压器时，零序电流发生变化，引入零序电流的分支系数K0.b之后，零序II段的起动电流应整定为：2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 零序II段的灵敏系数，应按照本

44、线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Ksen1.5的要求。当因下一条线路较短或运行方式变化较大，不能满足对灵敏系数的要求时，可以下列方式解决 （1）使零序II段保护与下一条线路的零序II段相配合，时限再抬高一级。 （2）保留0.5秒的零序II段，同时再增加一个按第（1）项原则整定的保护。 （3）从电网接线全局考虑，改用接地距离保护。2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 2.3.5零序过电流（零序III段）保护 在零序过电流保护中，继电器的起动电流，原则上是按照躲开下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡不平衡电流 来整定： 当两个保护之间具有分支电路时，保护装置

45、的起动电流应整定为： 保护装置的灵敏系数，当作为相邻元件的后备保护时，应按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流来校验。 unb.maxIunb.maxIIIrelIIIsetIKIIIIset.10.bIIIrelIIIset.2IKKI2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 为了便于比较，在下图中也绘出了相间短路过电流保护的动作时限，它是从保护2开始逐级配合的。由此可见，在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限，这也是它的一个优点。2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.6方向性零序电流保护1.方向性零序电流

46、保护原理 如图所示的网络接线中，两侧电源处的变压器中性点均直接接地，这样当k1点短路时，应由保护1和2动作，但是零序电流 流过保护3时，就可能引起它的误动作；同样当点k2短路时， 又可能使保护2误动作。因此，必须在零序电流保护上增加功方向元件，保证动作的选择性。0k1I 0k2I2.零序功率方向元件 零序功率方向元件接入零序电压 和零序电流 ，反应于零序功率的方向而动作。当保护内部故障时，按规定的电流、电压正方向， 超前于 为95110，2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护0I30U30I30U32.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 继电器此时应正确动作，并

47、应工作在最灵敏的条件之下。 越靠近故障点，零序电压越高，因此越靠近故障点，零序电压越高，因此零序方向元件没有死区零序方向元件没有死区。故障点距保护安装点越远，由于保护安装处的零序电压低，零序电流小必须校验方向元件在此情况下的灵敏系数。11095sen2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 2.3.7对零序电流保护的评价 优点优点：（1）零序过电流保护的灵敏度高。 （2）零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小的多。 （3）当系统中发生某些不正常运行状态时，如系统振荡，短时过负荷等，三相是对称的，相间短路的电流保护均将受到它们的影响而可能误动作，而零序保护不受影响。 2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 （4）在110KV以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70%90%，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。 缺点缺点：对于短线路或运行方式变化很大的情况，保护往往不能满足系统运行所提出的要求等。 实际上，在中性点直接接地的电网中，由于零序电流保护简单、经济、可靠因而得到了广泛的应用。2.4中性点非接地系统中单相接地故障的保护 2.4.1中性点不接地电网中单相接地故障的特点（1）在A相接地后，各相对地的电压为：（2）故障点k的零序电压为：0UAkej150AABBk