电力系统继电保护.doc

第一章 电力系统继电保护的基础知识第一节 电力系统继电保护的目的和任务一、电力系统继电保护的概念二、电力系统的故障及不正常工作状态电力系统由于受自然如雷击、风灾、人为（如误操作）等因素的影响，会发生故障和异常运行状态。1电力系统故障2电力系统异常运行状态指系统的正常工作受到干扰，设备的运行参数偏离正常值。如：过负荷、频率降低等。3故障和异常运行可能引起的后果电弧；绝缘老化；设备变形；电压降低，影响用户正常工作；破坏系统运行稳定性。三、电力系统继电保护的任务1. 继电保护的任务故障时，将故障设备切除；出现异常时，发出告警信号或减负荷、跳闸。2.电力系统继电保护装置反应电气设备故障或异常状态，动作于断路器跳闸或发信号的一种自动装置。3.装设继电保护装置的目的预防或缩小事故范围，提高系统运行可靠性。避免或减轻故障对电器设备造成的损坏。第二节 对电力系统继电保护的基本要求一、选择性将故障设备从系统中切除，减小停电范围，保证系统中非故障设备继续安全运行。二、速动性快速地切除故障设备：可提高系统运行稳定性；使电压尽快恢复，减轻对用户的影响；减轻电气设备损坏程度；防止事故扩展，提高重合成功率。故障切除的时间保护动作时间断路器分闸时间三、灵敏性系统最大运行方式广义：根据系统最大负荷的需要，电力系统中所有可以投入的发电设备都投入运行（全部或绝大部分），以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式称为系统最大运行方式。继电保护：短路时通过该保护的短路电流为最大的系统的可能运行方式。系统最小运行方式广义：根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电机组且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为系统的最小运行方式。继电保护：短路时通过该保护的短路电流为最小的系统的可能运行方式。灵敏度：继电保护装置对其保护范围内发生故障或异常运行状态的反应能力。1.对反应故障时参数量增加的保护装置2.对反应故障时参数量降低的保护装置四、可靠性正常时不误动；内部故障时应可靠动作；不该动作的情况下应可靠不动作。第三节 继电保护的基本原理及分类一、继电保护的基本原理利用正常运行与故障或异常运行状态时，各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器将故障切除或发出告警信号。例：电流增大、电压降低、阻抗减小、温度升高等二、继电保护装置的分类 1.按继电保护装置的构成原理分类：电流保护、电压保护、差动保护、功率方向保护、距离保护和高频保护等。2.按被保护的对象分类：线路保护、变压器保护、发电机保护、母线保护、电动机保护、电容器保护等。3.按构成保护装置的元件分类：机电型保护装置、静态型保护装置、微机型继电保护装置；4.按照保护的功能分类：主保护、后备保护、辅助保护等。三、继电保护装置的基本组成1继电保护装置的基本工作过程2继电保护装置的基本组成第四节 继电保护的实现一、机电型继电保护装置图形符号、文字符号 LJ（KA）、YJ（KV）、SJ（KT）、 ZJ（KC）、XJ（KS）二、静态型继电保护装置三、微机型继电保护装置硬件电路的基本组成；软件模块的基本结构继电保护技术发展趋势：计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化。第二章 输配电线路相间短路的电流保护第一节 电流保护及电流元件的基本概念一、电流保护1电流保护的概念2电流保护的分类：二、电流元件1电流元件的作用2动作电流 3返回电流 4返回系数 三、电流互感器的极性和电流保护的接线方式1.电流互感器的作用2.电流互感器的极性3.电流互感器的误差及二次负载四、电流保护的接线方式指电流继电器的线圈或电流变换器的一次绕组与电流互感器二次绕组的连接方式。1三相完全星形接线方式 接地短路故障时：三相完全星形接线方式：可以反映各种类型的相间短路及接地故障。主要用于大电流接地系统中输电线路的保护以及发电机、变压器保护等。2两相不完全星形接线方式两相不完全星形接线方式：可以反映各种类型的相间短路故障，但不能完全反映接地故障。该接线方式多用于小电流接地系统的相间短路保护。电流互感器必须装设在A相和C相上。3两相电流差接线方式正常运行时： ；UV或VW两相短路时： 或 ；UW两相短路时：两相电流差接线方式：可以反映各种类型的相间短路故障， 对于不同类型的故障，其灵敏度不同。一般用于10KV及以下小接地电流系统的配电线路、电动机等的相间短路保护。4接线系数 三相完全星形接线方式、两相不完全星形接线方式： 。两相电流差接线方式：。五、电流保护的整定一次动作电流：根据被保护设备中电流的大小，按一定条件计算得出；二次动作电流：根据一次动作电流、电流互感器的变比、电流保护的接线方式折算得出。 设：， 取：则： 整定计算：对保护装置的动作值、灵敏度进行计算；整定原则：计算动作值的条件、灵敏度检验的条件；对保护装置进行整定：把计算出的动作值告知保护装置；第二节 反映线路相间短路的电流保护一、瞬时电流速断保护（一）瞬时电流速断保护的原理及整定原则 1瞬时电流速断保护的原理1）当线路上任一点发生三相短路时，流过保护1的短路电流。 2）系统最大运行方式、系统最小运行方式2动作电流的整定原则1）（满足选择性要求）动作电流按躲过本线路末端可能出现的最大短路电流整定。 图2-6 3保护范围及灵敏度校验1）瞬时电流速断保护的灵敏度，可以用保护范围的长度占被保护线路全长的百分比表示。2）计算方法3）要求： 应不小于线路全长的50； 应不小于线路全长的1520。 （二）瞬时电流速断保护的构成1. 机电型瞬时电流速断保护（图2-7）2. 微机型瞬时电流速断保护（图2-8）3. 几个问题 1）避雷器对瞬时电流速断保护的影响。微机型：10-20ms；机电型：不用加时间继电器。 2）瞬时电流速断保护的特点，较短线路不采用。 3）线路变压器组，瞬时电流速断保护可以保护整个线路的全长。二、限时电流速断保护（一）限时电流速断保护的原理及整定原则1限时电流速断保护的原理1）作用：切除瞬时电流速断保护范围以外的故障，作为瞬时速断的后备。2）要求：在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏度。3）原理说明（图2-10）2动作电流的整定原则（选择性与速动性）限时电流速断保护的动作电流按与相邻线路瞬时电流速断保护配合整定。 一般取1.11.2；3动作时限的整定原则限时电流速断保护的动作时限，按与相邻线路瞬时电流速断保护配合整定。 时限级差4灵敏度校验 1）限时电流速断保护的灵敏度，按本线路末端发生相间短路故障时的最小短路电流校验。 2）当灵敏度不满足要求时，限时电流速断保护的动作电流、动作时限可按与相邻线路限时电流速断保护配合整定。 （二）限时电流速断保护的构成1机电型限时电流速断保护2微机型限时电流速断保护限时速断压板投入&0I限时速断出口setset三、定时限过电流保护（一） 主保护和后备保护主保护、后备保护（近后备保护、远后备保护）I段和II段构成35kV及以下电压等级线路的主保护定时限过电流保护被广泛用来作为线路、变压器、发电机等电气设备的后备保护。（二）定时限过电流保护的原理及整定原则1定时限过电流保护的原理及动作电流1） 图2-13，过电流保护的保护范围，对其动作电流的要求。2）动作电流的整定； ； ； 3）最大负荷电流：被保护线路实际可能出现的最严重情况。2定时限过电流保护的动作时限1）图2-15 选择性要求 ；2）阶梯形原则： ； ；（动作时限保证选择性）3）图2-16，动作时间的计算4）定时限过电流保护的动作时限是一定的，与短路电流的大小没有关系。3灵敏度校验作近后备保护时，要求；作远后备保护时，要求。定时限过电流保护具有较高的灵敏度，但不能快速切除故障。一般用来作为本线路和相邻元件的后备保护。 四、阶段式电流保护（一） 阶段式电流保护的构成1阶段式电流保护的构成1）三段式电流保护的构成2）实际上，对于不同的线路，应根据具体情况来选择配置三段式或两段式电流保护。2机电型三段式电流保护的接线图1）原理接线图：以二次元件（如继电器）的整体形式表示各二次元件之间的电气联系，二次元件之间的连线按实际工作顺序画出。（图2-17（a）2）展开接线图：按供电给二次回路的每个独立电源来划分，它将二次回路划分为交流电流回路、交流电压回路、直流控制回路、直流信号回路等。（图2-17（b）三段式电流保护整定计算举例如图所示，线路L-1、L-2上均配置有三段式电流保护。已知系统在最大、最小运行方式下的系统电抗分别为, ；线路L-1、L-2的长度分别为L1=25KM , L2=62KM ； 线路每公里正序电抗为X1=0.4；保护2中定时限过电流保护的动作时限为；线路L-1的最大负荷功率为9MW，电动机自起动系数。试对线路L-1上配置的三段式电流保护进行整定计算。解：（1） 选择短路点并计算最大、最小短路电流 K1点短路时的三相短路电流： 最大运行方式下： 最小运行方式下： K2点短路时的三相短路电流： 最大运行方式下： 最小运行方式下：（2）对电流保护I段，即瞬时电流速断保护进行整定计算1）动作电流 2）计算保护范围、校验灵敏度 灵敏度满足要求。（3）对电流保护II段，即限时电流速断保护进行整定计算1） 动作电流 2） 动作时限 3)校验灵敏度 ，灵敏度满足要求。（4）对电流保护III段，即定时限过电流保护进行整定计算1） 动作电流 2） 动作时限 3） 校验灵敏度作为本线路的近后备保护时： ，灵敏度满足要求。作为相邻线路远后备保护时：， 灵敏度满足要求。练习题如图所示为35kV单侧电源辐射形网络，其线路AB拟装设三段式电流保护，电流互感器采用不完全星形接线。已知线路AB正常运行时流过的最大负荷电流Il,max=174A,电流互感器变比为300/5,在最大、最小运行方式下k1、k2和k3点的三相短路电流见表。表 k1k1、k2和k3点的三相短路电流短路点K1K2K3最大运行方式下（A）34001310520最小运行方式下（A）22801100490线路BC过电流保护的动作时限=2.5s,试计算线路AB三段式电流保护的启动电流及动作时限，并校验各段的灵敏度。（已知：=1.3，=1.1，=1.2，=1.3，=0.85，=0.5s；II段电流保护的灵敏度要求不小于1.25；III段电流保护作为本线路后备保护时灵敏度要求不小于1.5，作为相邻下一线路后备保护时灵敏度要求不小于1.2）第三节 反映线路相间短路的方向电流保护一、方向电流保护的原理（一）方向电流保护的基本原理1）电力网的结构（三段式电流保护不能满足多电源环网对选择性的要求）2）双电源辐射形网络的保护的动作行为分析（双电源 两侧断路器）图2-19，以保护2、保护3的定时限过电流保护为例当K1点短路时：应由保护3、4先动作将故障线路切除：当K2点短路时：应由保护1、2先动作将故障线路切除：。 两个要求矛盾，需要采取新的办法去解决。3）短路功率及其方向某点电压与电流的乘积，从电源流向短路点；当K1点短路时：保护2，保护3；当K2点短路时：保护3，保护2；结论：装设判断短路功率方向的元件，当短路功率由母线指向线路时才让保护动作。4）方向电流保护的几个基本概念方向电流保护；功率方向元件（方向元件）；正方向（图2-20）机电型功率方向继电器；微机型对输入的电流、电压进行相位判断的一段程序。5）双向阶梯形原则（双侧电源辐射形网络 定时限过电流保护）（二）方向电流保护的构成1机电型方向过电流保护1）构成元件及其联接（图2-21）2）动作条件（过程）2微机型带低电压闭锁的方向过电流保护低电压元件；方向元件；过电流元件二、功率方向元件（一）功率方向元件的原理图2-23，对保护3，K1点短路时：。K2点短路时：。（二）功率方向元件的最大灵敏角和动作范围1最大灵敏角2动作范围 。实际动作范围小于180.（电流互感器、电压互感器的角度误差、计算误差以及短路电流中非工频分量）（三）功率方向元件的潜动和死区1.潜动：在只加电流，没有加电压；或只加电压，没有加电流的情况下，方向元件误动现象。电流潜动；电压潜动。整流型功率方向继电器，通常采用调整电路元件参数的方法消除潜动；微机型功率方向元件，通常采用软件判定或调零漂的方法消除潜动。2.死区原因：靠近保护安装处正方向发生相间短路故障，母线电压很低，近似为零。定义：有可能造成方向元件拒动的区域，称为方向元件的死区。防止措施：微机型功率方向元件，取故障前的电压与故障后的短路电流进行计算，以消除死区。（四）功率方向元件的接线方式定义：指加入方向元件的电流与电压的组合方式。整流型功率方向继电器；微机型保护装置1.对动率方向元件接线方式的要求2.90接线方式1）电压与电流的组合方式：（反映相间短路故障）故障相的电流+另外两相线电压（表2-2）2）90的含义：在假设三相对称且同名相电流与电压同相位的情况下3）实际电力线路的短路阻抗角，及方向元件的最大灵敏角。（五）按相起动原则在机电型保护装置中，要求仅同名相的电流继电器与功率方向继电器的常开触点串联连接。在微机型继电保护装置中，其电流元件、方向元件均应取故障相的电流及其对应的电压进行计算、判别。第三章 输配电线路的接地保护第一节 中性点直接接地电网的故障分析图3-1（a）所示的中性点直接接地电网1.正常运行时：零序电流、零序电压都为零。2.当线路MN发生接地短路时：1）零序等效网络如图3-1（b）所示。2）故障点处、母线M 和母线N 的零序电压为：3）当K点发生单相接地故障时，故障点处的零序电流4）当U相发生接地时，电流、电压相量如图3-1（d）所示。分析后可得结论： （1）由图3-1（b）零序网络和式（3-1）可知，故障点的零序电压最高，变压器中性点的零序电压最低，为零。（2）零序电流由故障处产生，其大小与中性点接地变压器的数目和分布有关，而与系统的运行方式无直接关系。（3）零序电流仅在故障点与接地中性点之间形成回路，它是由故障点的零序电压产生的（即为-），其实际的流动方向是由故障点流向变压器的中性点，-与的夹角取决于保护背后的零序阻抗角（约为700）。所以零序功率的方向为：线路指向母线。（4）零序电流和零序电压的大小与故障点位置的关系为：故障点离保护安装处越近，值就越大；故障点离保护安装处越远，值就越小。其变化类似于相间电流随故障点变化的规律。所以零序方向元件动作无死区。第二节 中性点直接接地电网中线路的接地保护一、阶段式零序电流保护的构成原理（一）瞬时零序电流速断保护（零序I段）1.躲过被保护线路末端接地短路时的最大零序电流整定。（I0,max的取法）2躲过断路器三相触头不同期合闸时的最大零序电流整定。3当被保护线路采用单相重合闸时，躲过单相重合闸过程中出现非全相振荡时的零序电流整定。（综合重合闸线路：灵敏I段、不灵敏I段）4.零序电流I段保护和相间电流I段保护比较，有以下优点：（1）保护范围比相间I段长。（2）保护范围较稳定。 （二）限时零序电流速断保护（零序段）1. 动作电流整定原则: 零序II段的动作电流应与相邻线路的零序段相配合。即躲过相邻线路（即BC线路）的零序段保护范围末端接地短路时，流过本保护的最大零序电流的计算值整定。2动作时限的整定原则:比下一线路I段多出一个时间级差t = 0.5秒。3校验灵敏度：按本线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流3校验。当灵敏度不满足要求时，可采取下列措施：（1）动作电流和动作时限与下一段线路零序段相配合。（2）保留的零序段，再增加一个按（1）整定的灵敏段（3）改用接地距离保护。（三）零序过电流保护（零序段） 1动作电流整定原则: (1)按躲过最大不平衡电流整定。 （3-12）（2）各零序段保护之间在灵敏度上要相互配合。即本保护零序段的保护范围，不能超出相邻线路上零序段的保护范围。2.动作时限的整定原则:（同一接地系统中，阶梯型） 3校验灵敏度 近后备：为合格 远后备： 为合格（四）三段式零序电流保护的接线第二节 中性点直接接地系统中线路的接地保护二、零序方向电流保护（一）零序方向电流保护的工作原理功率方向元件闭锁图3-8（a）双电源系统接线图k1点短路时：零序网络如图3-8（b）；选择性要求；保护3 无方向元件可能误动k2点短路时：零序网络如图3-8（c）；选择性要求；保护2 无方向元件可能误动（二）零序功率方向元件1.工作原理基本原理：比较接入方向元件的零序电压和零序电流之间的相位差判断零序功率的方向。以保护2为例进行分析：k1点短路时：流过保护2的零序电流、零序电压的表达式及零序电流与零序电压之间的夹角。k2点短路时：流过保护2的零序电流、零序电压的表达式及零序电流与零序电压之间的夹角。2.接线方式零序功率方向继电器的最大灵敏角7085整流型或晶体管型公路方向继电器接线方式微机型零序保护装置接线方式当故障点较远时，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏度（三）三段式零序方向电流保护三段式零序方向电流保护的原理接线，如图3-11所示。第三节 中性点非直接接地电网的故障分析一、中性点不接地电网发生单相接地故障的特点（图3-12(a)）1.正常运行情况下：电压、电流的大小及分布特点。2.当U相发生接地故障时：各相对地电压； 故障点的零序电压； 从接地点流回的电流。3.非故障线路I上，在线路始端反应的零序电流4.发电机上零序电流的大小和方向5.故障线路II上零序电流的大小和方向6.中性点不接地系统发生单相接地故障时的零序等效网络（图3-13（a），零序电压与零序电流的向量关系（图3-13（b）6.分析结论：(1)发生单相接地时，电网各处故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至电网的线电压；零序电压大小等于电网正常运行时的相电压。(2)非故障线路上零序电流的大小等于其本身的对地电容电流，方向由母线指向线路。(3)故障线路上零序电流的大小等于全系统非故障元件对地电容电流的总和，方向为由线路指向母线。二、中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的特点1.装设消弧线圈的原因弧光过电压、绝缘损坏、电感线圈、感性电流2.装设消弧线圈的条件 2266kV电网，故障点的电容电流总和大于10A 10kV电网，故障点的电容电流总和大于20A 36kV电网，故障点的电容电流总和大于30A3.中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地故障时，电流的分布 电容容电流的大小和分布与不接消弧线圈时是一样的；电感电流 从接地点流回的总电流： 零序等效网络 图3-14（b）4.消弧线圈的补偿方式（对电容电流的补偿程度）1）完全补偿（） 优点：使从接地点流回的电流总和近似为零，避免出现孤光过电压 缺点：形成串联谐振回路，在正常运行情况下线路三相对地电容不完全相等时、及当断路器三相触头不同时合闸时，中性点对地电压升高，破坏设备的绝缘。 结论：不可取2）欠补偿（） 当某些线路因检修备切除或因短路跳闸，有可能出现完全补偿的现象 结论：不可取3）过补偿（） 残余电流；优点；补偿度P（表达式、取值范围）5.中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的分析结论第四节 中性点非直接接地电网中线路的接地保护中性点非直接接地系统发生单相接地短路时，保护的作用形式（系统可继续运行12小时，动作于发信号）。一、零序电压保护（中性点非直接接地系统）零序电压、绝缘监视装置（无选择性接地保护）原理接线如图3-16 工作原理：（1）正常运行时；（2）当发生单相接地短路时（选择故障线路的方法）二、零序电流保护（中性点不接地系统）1.构成原理：故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流（出线较多的系统中）2.应用条件：有条件装设零序电流互感器的线路；架空线路零序电流滤过器中不平衡电流3.整定原则：零序电流保护的动作电流应大于本线路的电容电流4.灵敏度的校验，按在被保护线路上发生单相接地短路时，流过保护的最小零序电流来校验 Ks= = 校验时应采用系统最小运行方式时的电容电流。三、零序功率方向保护（出线较少的中性点不接地系统）采用零序电流保护不能满足灵敏性要求故障线路与非故障线路零序电流方向相反四、反映高次谐波分量的接地保护（中性点经消弧线圈接地系统）当系统采用过补偿方式时，无法利用零序电流的大小和方向判断故障线路和非故障线路5次谐波分量数值最大，消弧线圈的感抗增加5倍，线路对地电容的容抗减小5倍根据5次谐波电流的大小和方向判断故障线路与非故障线路第五节 小电流接地系统的接地选线装置小电流接地选线装置的作用是：当小电流接地系统发生接地故障时，正确地选择出故障线路，为工作人员的检修提供方便。一、工作原理小电流接地选线装置应用的选线判据一般有:（1）接地故障时出现大的零序电压和零序电流；（2）故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流；（3）故障线路的零序电流滞后零序电压900，非故障线路的零序电流超前零序电压900。工作原理门槛电压，2030V；幅值法，选出数值靠前的34条线路；比相法；若所有的零序电流同相，则可判断为母线发生了故障中性点不接地基波零序量；经消弧线圈接地5次谐波分量二、硬件组成小电流接地选线装置的硬件主要由以下几部分组成：零序电流和零序电压变送器、滤波抗干扰电路、多路开关、A/D转换器、CPU、信号装置、人机对话接口等等。其各部分的关系如图3-17所示。各部分的作用是：（1）零序电流、零序电压变换器。它是把从互感器传来的电流和电压转换成适用于计算机数据采集系统的电压，通常为05V的弱电信号，然后送至滤波和抗干扰电路。（2）滤波和抗干扰电路。它是由阻容滤波电路、光电耦合电路组成，用来抑制杂散干扰信号进入计算机系统，以提高系统的测控精度和可靠性。（3）多路开关。其作用是将各路信号依次地分时送入A/D转换器，依次对各模拟信号进行A/D转换。（4）A/D转换器。其作用是将模拟信号转换成数字信号，便于计算机使用。（5）主机。其包括CPU、只读存储器EPROM、随机存储器RAM等，用于控制和计算，并将计算结果输出至信号部分。（6）人机对话接口。供监测人员与计算机进行信息交换，以便修改整定值。（7）灯光板和光字牌。用来显示故障线路。三、装置软件组成装置软件一般由监控软件、选线运行软件两部分组成，完成信号检测任务、采样任务、选线计算任务、时钟任务、键盘显示任务以及打印任务，其框图如图318所示第五章 输电线路的距离保护电流、电压保护的优点和缺点。距离保护的使用范围：35kV及以上、运行方式变化较大、多电源复杂系统。第一节距离保护的基本原理一、距离保护的基本原理1.距离保护：是指反应保护安装处到故障点之间的距离，并根据这一距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。2.以图5-1所示系统为例，分析距离保护的基本原理。（1）电网正常运行时 保护装置感受的阻抗（测量阻抗）为负荷阻抗。（2）当线路发生短路时：母线残余电压；短路电流；保护装置感受的阻抗为短路阻抗。反应测量阻抗的保护比电流保护灵敏度高。 当线路发生故障时，保护装置的测量阻抗为线路的短路阻抗，该阻抗的大小与故障点到保护安装处的距离成正比。二、阶段式距离保护的构成1.三段式距离保护，为距离保护的I段、段和段。距离保护I段和段共同作用，构成本线路的主保护。距离保护段是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。2.三段式距离保护的动作范围及其时限特性，图5-2.（1）距离保护段保护范围：本线路全长的80%85%；动作时限：保护装置本身的固有动作时间。（2）距离保护段保护范围：本线路的全长，（并延伸至下一相邻线路距离保护I段保护范围的一部分。）动作时限：与下一相邻线路距离保护I段的动作时限相配合，并大一个时限级差。（3）距离保护段保护范围：较大；动作时限：按阶梯形原则整定。三、阶段式距离保护的实现1阶段式距离保护的主要元件1）从硬件方面讲常规型保护：采用多个继电器组成独立的距离保护装置。微机型保护装置中：一个独立的CPU系统或者和其他保护共用一个CPU系统实现。2）从保护构成的基本原理讲：起动元件、测量元件、时间元件、逻辑判别回路、振荡闭锁元件、电压互感器二次回路断线检测等。3）图5-3，三段式距离保护的构成原理框图。（1）起动元件 作用：判断被保护线路是否发生故障。实现。（2）测量元件 作用：测量，判断，决定。实现：阻抗继电器；专业程序段。（3）时间元件（4）振荡闭锁元件 作用：防止系统振荡引起距离保护误动作。（5）电压互感器二次回路断线闭锁元件 作用：防止TV二次回路断线时距离保护误动作。（6）逻辑回路 作用：分析、判断保护是否动作、怎样动作发出跳闸命令。2阶段式距离保护工作原理1）正常运行情况下；2）当系统发生短路时。第二节 阻抗元件核心元件。作用：测量、比较、确定。一、基本概念1.阻抗元件的分类（1）按构成原理分：常规型阻抗元件、微机型阻抗元件。（2）按输入阻抗元件的补偿电压多少分：单相式（第一类阻抗元件）、多相式（第二类）。（3）按反映的电压量和电流量不同分：工频量、工频变化量。短路前负荷状态、短路附加状态；叠加电路、电压工频量、故障分量工频变化量2.阻抗元件的三个阻抗（1）测量阻抗 测量电压与测量电流的比值，变量。（2）动作阻抗 （3）整定阻抗 动作阻抗的整定值，对应一定的保护范围。第二节阻抗元件一、基本概念1阻抗元件的分类（1）常规型阻抗元件和微机型阻抗元件；（2）单相式阻抗元件和多相式阻抗元件；（3）工频量阻抗元件和工频变化量阻抗元件2阻抗元件的三个阻抗（1）测量阻抗Zr；（2）动作阻抗Zop；（3）整定阻抗Zset二、阻抗元件的动作特性1阻抗圆特性（1）全阻抗圆特性以保护安装处为坐标原点，以坐标原点为圆心，以整定阻抗的绝对值为半径的圆。全阻抗圆特性的阻抗元件其特点是:保护动作没有方向性。动作条件（2）方向阻抗圆特性以保护安装处为坐标原点，以整定阻抗为直径，圆周通过坐标原点。阻抗元件的最大灵敏角，sen=set，整定为线路阻抗角。具有很好的方向性，正方向第象限，反方向第象限。在保护安装处有“死区”，阻抗元件不动作。动作条件（3）偏移特性阻抗圆以保护安装处为坐标原点，以正向整定阻抗与反向整定阻抗的幅值之和为直径，圆心坐标为（向量）；半径为。式中，通常称为偏移系数。实用中取。其主要特点是：保护动作在一定范围内有方向性，且消除了保护安装处的 “死区”。动作条件2.四边形阻抗特性 图5-9 简单的四边形阻抗特性3多边形的阻抗特性多边形动作特性的阻抗元件容许故障点过渡电阻的能力和躲过负荷阻抗的能力均较强，且在微机保护中容易实现，应用广泛。典型的方向多边形阻抗特性：多边形以内为动作区，以外为非动作区，多边形的几条边，为动作边界。其动作判据为（1）为防止保护区末端经过渡电阻短路时，使测量阻抗中电阻分量增加，造成保护拒动。通常取。（2）为防止保护区末端经过渡电阻短路时，使测量阻抗中电抗分量可能减小，而造成保护误动, 通常取。（3）为保证保护安装处经过渡电阻（X=0）短路时，保护能可靠动作，通常取。（4）为保证被保护线路发生金属性（R=0）短路时，保护能可靠动作，取。三、阻抗元件的接线方式定义：指接入阻抗元件一定相别电压和一定相别电流的组合方式。又称为距离保护的接线方式。1.对阻抗元件接线方式的要求2相间短路阻抗元件的接线方式 （1）0接线方式（2）30接线方式3接地故障阻抗元件的接线方式反应接地故障的阻抗元件主要用在接地距离保护中。 接地距离保护通常配置在中性点直接接地系统的电网上。第三节 影响距离保护正确工作的因素及防止措施一、电力系统振荡对距离保护的影响1振荡的一般概念振荡：电力系统中任意两个并列运行的电源间失去同步运行的现象。特点：振荡时两电源电势之间的夹角随时间作周期性变化，从而使系统中各点电压及阻抗元件测量阻抗的幅值和相位也作周期性的变化。2.引起系统振荡的原因 由于输电线路输送功率过大而超过静稳定极限； 由于无功功率不足而引起系统电压降低； 由于短路故障切除缓慢； 由于采用非同期自动重合闸不成功。等3电力系统振荡时的电流、电压的分布与变化（1）以两侧电源辐射形网络为例（图-1） 系统全相运行时发生振荡，三相总是对称的，可以按照单相系统分析。 图中给出了系统和线路的参数以及电动势、电流的假定正方向。 （2）在任意一个角时，振荡电流的变化 两侧电源的电动势差为：式（1）； 振荡电流：式（2）； 振荡电流幅值随的变化曲线：图-2（3）振荡时系统各点电压的变化系统中性点电位仍保持为零；线路两侧母线的电压（式3）；输电线路上的电压降（式4） ；当全系统的阻抗角相等，且h=1时，矢量图如图-3；当系统发生振荡时，继电保护装置不应动作切除振荡中心所在的线路。装置必须具备区分三相短路和系统振荡的能力。当系统阻抗角和线路阻抗角不同时，矢量图如图-44.电力系统振荡对距离保护的影响（1）距离保护安装在变电站M，振荡电流、M处电压及测量阻抗的表达式。（2）假定h=1，系统和线路的阻抗角相同，则继电器测量阻抗随角的变化关系。（3）系统振荡时测量阻抗的变化的矢量图如图-5.（4）Zm/Z取不同值时的测量阻抗曲线图-6。（5）系统振荡时距离保护所受的影响。图-7。（6）结论 1）当=180时，振荡电流最大，电压最低，阻抗降低，距离保护可能误动作。在振荡中心，由于电压为零，距离保护将误动作。 2）阻抗元件的动作特性为全阻抗特性圆时，受振荡影响最严重；动作特性为方向特性阻抗圆时，受振荡的影响次之；多边形动作特性的阻抗元件受振荡影响最小。3）当保护动作时限大于振荡周期时，保护装置将不受振荡的影响。5振荡闭锁（1）系统振荡与三相短路的区别1）系统振荡时，振荡电流和系统各点的电压随振荡角周期性变化，但变化速度较缓慢；而系统发生短路时，短路电流突增，电压突降，变化速度较快。2）系统振荡时，三相对称，无负序、零序分量产生；而系统短路时，在不对称短路或三相短路（开始时）瞬间，均有负序、零序分量产生。（2）对振荡闭锁回路的要求1）系统发生振荡而没有故障时，应可靠地将保护闭锁，且振荡不停息，闭锁不应解除。2）系统发生各种类型的故障（包括转换性故障），保护应不被闭锁而能可靠地动作。3）在振荡的过程中发生不对称故障时，保护应能快速地正确动作。对于对称故障则允许保护带延时动作。4）先故障而后又发生振荡时，保护不致无选择性的动作。（2）振荡闭锁实现的方法1）利用负序、零序的出现与否，实现振荡时闭锁有关误动的保护。2）利用电流变化率或电压变化率的不同，实现振荡时闭锁有关误动的保护。3）选用合适阻抗特性的阻抗元件作为测量元件，以躲过系统振荡的影响。如选用工频变化量阻抗元件等。二、电压互感器二次回路断线对距离保护的影响影响：当电压互感器二次回路断线时，距离保护将会失去电压。此时，测量阻抗减小为零，从而引起保护的误动作。消除影响的措施：利用电压互感器二次回路断线时，其二次回路产生零序电压的特点实现。但为了区别于系统一次侧发生接地短路，采用在电压互感器二次侧的星形绕组断线时，该绕组二次回路出现零序电压，而电压互感器二次侧开口三角形绕组端口没有零序电压的特点实现。第四节 距离保护的整定计算以图516所示系统为例：设线路AB、BC都装设三段距离保护，试整定计算保护1各段的动作阻抗和动作时限。一、距离段整定计算1.动作阻抗 整定原则：按躲过下一线路出口处（本线路末端）短路时的正序阻抗来整定。即： 说明：，的意义及单位。2动作时限距离保护的段瞬时动作,即不附加延时。所以，一般距离段保护的动作时限为保护装置的固有动作时限。二、距离段整定计算1动作阻抗要求：距离段的保护范围是本线路的全长，并力求与相邻下一级快速保护相配合，使距离保护第段动作时限尽可能短。整定原则：按躲过下一级快速保护的保护范围末端短路时的正序阻抗整定。即以下两个条件中的较小值作为整定阻抗。（1）与下一段线路的距离段相配合 说明： ， ， 的意义及取值。（2）与下一变电所的变压器速动保护相配合；式中，、，的意义及取值。 2动作时限 比与之相配合的相邻保护的动作时限大一个时间级差t（通常t取）。3 校验灵敏度距离保护的段应保证本线路末端发生金属性短路时有足够的灵敏度。若灵敏度不满足要求时，应与相邻下一保护的距离段配合整定。三、距离段整定计算1动作阻抗 距离保护段的动作阻抗按躲过最小负荷阻抗整定，同时还应考虑实际采用的阻抗元件的动作特性。参照过电流保护的整定原则，考虑外部短路切除后，在电动机自起动的条件下，保护的第段必须立即返回。保护1采用全阻抗圆特性阻抗元件或方向阻抗圆特性阻抗元件时，其第段的动作阻抗分别按下两式整定。全阻抗圆： 方向阻抗圆式中各个参数的意义及取值。 2动作时限距离保护第段的动作时限，应按比其保护范围内其它保护的最大动作时限大一时间级差整定。3 校验灵敏度 近后备时： ； 远后备时： 为相邻线路末端短路时，实际可能的最大分支系数。四、将一次动作阻抗转换为二次动作阻抗一、纵联差动保护的基本工作原理纵差保护的接线原理图（图6-1） TA装于线路两侧，型号和变比相同，极性端均置于靠近母线一侧；二次回路用电缆同极性端相连； 保护装置的电流元件并联在TA的二次侧。设线路两端一次侧电流的正方向为从母线流向被保护线路。在线路正常运行和外部故障时（图6-2（a） 流经线路两端TA的一次电流大小相等、方向相反。 （若不计两端TA的误差），二次电流大小相等、方向相反。 流入保护装置的电流为零。保护装置不动作。在被保护线路内部发生故障时 流经线路两端TA的一次电流方向相同，都流向故障点。短路点的总电流为两侧一次电流之和 流入保护装置的电流，为故障电流归算到二次侧的值。 当保护测量电流大于整定值时，保护动作于跳闸。 该保护可反应被保护线路两端TA之间任一点的故障。不需要与相邻线路的保护在整定值上配合，可实现全线速动。4.几个定义 输电线路纵联保护 纵联电流差动保护（或纵联差动保护，或纵差保护）二、不平衡电流不平衡电流的定义不平衡电流的特点 在正常运行时，其值较小；在外部短路时，其值可能达到很大的数值。稳态情况下的不平衡电流考虑励磁电流时的二次侧电流表达式，式6-2在正常运行及保护范围外部故障时，流入纵差保护的不平衡电流，式6-3影响TA误差的因素 二次侧的负载阻抗，Z2,l增大，I2减小，Im增大，误差增大。（选用TA时，要校验二次负载，不能超过允许值） TA的型号（铁芯质量、结构-励磁特性）：线路两端尽量选用型号相同的TA 与I1：应按I1,n大于等于线路的最大负荷Il,max来选择TA的变比。纵差保护中，最大不平衡电流稳态值的计算式，式6-44.暂态过程中得不平衡电流考虑外部短路的暂态过程的不平衡电流的原因一次侧非周期分量励磁电流增大误差Iunb增加； TA励磁回路及二次回路中得电感中得磁通不能突变在二次回路中引起非周期分量使Iunb偏向时间周的一侧，最大值出现的时间延迟。减小不平衡电流影响的措施减小不平衡电流的必要性减小差动保护动作电流的整定值，提高灵敏度。减小Iunb的措施 采用型号相同的TA；利用速饱和变流器抑制暂态不平衡电流；采用快速保护 引入制动分量，躲过不平衡电流的影响。三、比率制动式纵差保护的基本原理1.动作量、制动量、及动作判据选取2.当被保护线路内部发生故障时 动作量：表达式、最大；制动量：表达式、最小；保护可靠动作。 为提高内部故障保护的灵敏度，制动量一般取两端二次电流相量差得一半。3.当线路正常运行或外部故障时 动作量：不平衡电流，；制动量：正比于短路电流；保护不会误动4.比率的含义四、纵联差动保护的信号通道1.二次电缆通道2.电力载波线通道3.微波通道4.光纤通道一、光纤通信的特点1通信容量大2抗干扰能力强3原料资源丰富4线路架设方便二、光纤通道1调制器2光源把调制器输出的脉冲电信号调制成光信号。3光纤 用来传送光信号，完成信息传输的任务。4光缆5光检测器用来接收光信号，并将其转换成脉冲电信号。6解调器对接收信号进行解码和分路处理。7光中继器对衰减的光波信号进行放大，对失真的信号波形进行矫正。三、光纤纵联电流差动保护的原理光纤分相差动保护采用光纤通道，电流差动原理，目前广泛用于高压线路。（1）电流差动元件（2）电容电流问题（3）保护总启动元件启动元件可以反映相间电流工频变化量的过流继电器、反映全电流的零序过流继电器组成，两者构成或逻辑，互相补充。四、纵联电流差动保护的逻辑框图1差动保护正常投入2差动保护起动3差动保护动作（假设U相接地）4电流互感器二次回路断线保护经H2将零序差动保护的出口Y7闭锁。若控制字KG2.2整定为“1”，则电流互感器二次回路断线时，闭锁差动保护；此时由控制字KG2.3选择闭锁单相还是三相。如KG2.3整定为“1”，则经H2KG2.2KG2.3闭锁A、B、C三相的差动出口Y4、Y5、Y6；如KG2.3整定为“0”，则只闭锁断线相差动保护。如控制字KG2.2整定为“0”，则投入TA断线后的差动元件，此时断线相的差动元件采用断线后差动定值，非断线相的差动元件采用正常定值；TA断线后差动元件动作时，经Y18H7发三相永久跳闸指令。控制字KG2.2整定为“0”时，控制字KG2.3不起作用。第七章 电力变压器保护第一节 概 述一、变压器的故障和异常运行方式1、变压器的故障油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱外的故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。2、变压器的不正常运行状态过电流，中性点过电压，过负荷、油面降低。大容量变压器的过励磁故障。二、变压器保护的配置原则1. 电力变压器的主保护（1）瓦斯保护容量在800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。（2）纵联差动保护或电流速断保护为防止变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据变压器容量的不同，应装设纵联差动保护或电流速断保护。2. 电力变压器的后备保护（1）对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护1）过电流保护。2）复合电压起动的过电流保护。3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护。4）阻抗保护。（2）对于外部接地短路引起的变压器过电流保护1）零序电流保护。2）零序方向元件。3）专用的保护装置，例如零序过电压保护，中性点装放电间隙及零序电流保护等。（3）过负荷保护（4）过励磁保护 (7)其他保护第二节 变压器的瓦斯保护一、变压器瓦斯保护的作用原理当变压器油箱内轻微故障或严重漏油时，轻瓦斯保护动作，延时作用于信号；当变压器内部发生严重故障时，重瓦斯保护动作，瞬时动作跳开变压器的各侧断路器。二、气体继电器变压器安装时，应使顶盖与水平面之间夹角应有115的坡度，连接管有24的升高坡度。当变压器内部发生轻微故障时，变压器油分解产生的气体汇集在气体继电器上部，继电器内油面下降，开口杯露出油面，因浮力减小而下沉，当永久磁铁靠近干簧触点时，干簧触点接通，发出轻瓦斯动作信号。当变压器漏油严重时，同样由于油面下降而发出轻瓦斯信号。当变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强大的气流伴随着油流冲击挡板，当油流的速度达到整定值时，挡板克服弹簧的反作用力向前移动，带动永久磁铁靠近干簧触点，使干簧触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，断开变压器各侧的断路器。通过移动重锤的位置，可调整轻瓦斯保护的动作值。其动作值采用气体容积大小表示，整定范围通常为250300cm。通过调整调节螺杆，改变弹簧的松紧程度，调整重瓦斯的动作值，其动作值采用油流速度大小表示，整定范围通常为0.61.5ms。气体继电器安装完毕，从排气口打进空气，检查轻瓦斯动作的可靠性；通过探针检查重瓦斯动作的可靠性。三、瓦斯保护的接线1常规接线： 瓦斯保护接线特点：由于油流冲击,接点接触不稳定,所以出口继电器必需装设自保持线圈。XB可在必要时将保护退出；Rf起续流电阻的作用。2瓦斯保护与微机保护的接口对于微机型变压器保护装置，通常将气体保护的重瓦斯触点采用开关量经光电隔离器输入的方法引入微机保护的输入端，实现保护的出口跳闸；发信号的轻瓦斯触点仅作为遥信开关量由微机监控系统采集。四、瓦斯继电器运行中常遇见的问题1、新投运变压器，轻瓦斯动作：新变压器投运后，线圈发热，变压器油发热循环流动，将变压器内部一些空气排除，积聚在变压器上部，使变压器油面下降，造成轻瓦斯动作。 处理方法：将瓦斯继电器放气阀打开，排出变压器本体内气体即可。2、瓦斯继电器接线盒内进水，造成轻、重瓦斯保护动作：下雨天，瓦斯继电器接线盒封闭不严，雨水进入继电器接线盒内，造成接线柱短路，使轻、重瓦斯保护动作。3、瓦斯继电器接点线破损接地，也会造成轻、重瓦斯保护动作。五、轻瓦斯动作后的处理:瓦斯继电器动作后，应立即收集瓦斯继电器内聚积的气体，通过鉴别气体的性质，做进一步判断。一般将专用玻璃瓶倒置，使瓶口靠近瓦斯继电器的放气阀来收集气体。n 如果气体无色无味，且不能点燃，是油内排出空气所致;n 如果收集到的气体为黄色，且不易点燃，为木质部分出现了故障；n 如果气体为淡黄色并带强烈臭味，又可燃烧，则表明是纸质部分故障.气体保护接线简单，灵敏性高动作迅速，但它只能反映油箱内部故障，因此不能单独作为变压器的主保护，需要与纵联差动保护或电流速断保护共同使用，构成变压器的主保护。第三节 变压器的纵联差动保护一、变压器纵联差动保护的基本原理 1.变压器纵差保护的构成原理 2.变压器纵差保护的原理接线 （图8-3）3.变压器纵差保护的保护范围4.变压器纵差保护的工作原理（以图8-3所示的双绕组变压器为例）1）正常时： （，稳态，较小）2）外部故障时：（k1短路） （，暂态，较大） 只要，保护不动作。3）内部故障时（k2短路）（图8-3（b） ， 只要，保护能可靠动作。 4）变压器连接为单侧电源时的情况二、变压器纵差保护的特点 1.可以正确区别保护区内、区外的故障；2.能瞬时切除保护区内的故障； 3.时变压器的主保护之一；三、变压器纵差保护的特殊问题 1.特殊问题 变压器纵差保护不平衡电流产生的原因和减小它对保护的影响。 选择性：；各侧电压等级、绕组接线方式、电流互感器形式或变比不同及励磁涌流影响，使不平衡电流较大，降低了保护的灵敏性。2.各侧电流相位不同产生的不平衡电流及相位补偿1）各侧电流相位不同产生的不平衡电流（图8-4）2）相位补偿（1）常规型变压器纵差保护的相位补偿 补偿措施 将变压器星形侧三个电流互感器的二次绕组接成三角形，变压器三角形侧三个电流互感器的二次绕