繼電保護原理——教案1

1、電力系統(tǒng)繼電保護原理課程教案目錄第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第一章緒論一、電力系統(tǒng)繼電保護的作用1. 繼電保護包括繼電保護技術(shù)和繼電保護裝置。 繼電保護技術(shù)是一個完整的體系，它主要包括電力系統(tǒng)故障分析、各種繼電保護原理及實現(xiàn)方法、繼電保護的設(shè)計、繼電保護運行及維護等技術(shù)。 繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核心。P1繼電保護裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。2. 電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)：（三相交流系統(tǒng)）* 故障：各種短路（d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1)）)和斷線（單相、兩相），其中最

2、常見且最危險的是各種類型的短路。其后果：1.電流I增加 危害故障設(shè)備和非故障設(shè)備；2電壓U降低或增加 影響用戶的正常工作；3破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，使事故進一步擴大（系統(tǒng)振蕩，電壓崩潰）4發(fā)生不對稱故障時，出現(xiàn)I2，使旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生附加發(fā)熱；發(fā)生接地故障時出現(xiàn) I0，對相鄰?fù)ㄓ嵪到y(tǒng)造成干擾* 不正常運行狀態(tài)：電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障的運行狀態(tài)。如：過負荷、過電壓、頻率降低、系統(tǒng)振蕩等。3繼電保護的作用：（1） 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障設(shè)備迅速恢復(fù)正常運行； 緒論 電網(wǎng)的電流保護和方向性電

3、流保護 電網(wǎng)的距離保護 輸電線縱聯(lián)保護 自動重合閘 電力變壓器的繼電保護 發(fā)電機的繼電保護 母線的繼電保護（2） 反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（例如有無經(jīng)常值班人員）而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。二、繼電保護的基本原理、構(gòu)成與分類：1 基本原理：為區(qū)分系統(tǒng)正常運行狀態(tài)與故障或不正常運行狀態(tài)必須找出兩種情況下的區(qū)別。 I增加 故障點與電源間 >過電流保護 U降低 母線電壓 >低電壓保護 相位變化， UargI變化； 正常：為負荷的功率因數(shù)角一般為0-30°左右短路：為輸電線路的阻抗角一般為60°85°>方向保護.U 測量阻抗

4、降低，Z=I 模值減少 增加 >阻抗保護 雙側(cè)電源線路外部故障：I入=I出 內(nèi)部故障：I入I出 電流差動保護。 反映I2 ，0 的 序分量保護等。非電氣量：瓦斯保護，過熱保護原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可找出一種原理，且差別越明顯，保護性能越好。2 構(gòu)成以過電流保護為例：正常運行：I=Ifh/nLH LJ不動故障時：I=Id/nLH>Idzj LJ動>SJ動>信號TQ動> 跳閘（常用繼電器及觸點的表示方法參考 附錄1 P230）保護裝置由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件三部分組成。（1） 測量元件作用：測量從被保護對象

5、輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。（2） 邏輯元件作用：根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的布爾邏輯及時序邏輯工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。（3） 執(zhí)行元件：作用；根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如：故障時跳閘；不正常運行時發(fā)信號；正常運行時不動作。3.分類：幾種方法如下：（1

6、） 按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等；（2） 按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；（3） 按保護所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；（4） 按構(gòu)成繼電保護裝置的繼電器原理分類：機電型保護（如電磁型保護和感應(yīng)型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；（5） 按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等；主保護能以最快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。后備保護主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又

7、分為遠后備保護和近后備保護兩種。遠后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。 近后備保護：當(dāng)主保護拒動時，由本設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)近后備保護。輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當(dāng)主保護和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護。三、對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求：對動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。 即保護的四性。（一） 選擇性：P4選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件從系統(tǒng)中切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。 例：當(dāng)d

8、1點短路時，保護1、2動跳1DL、2DL，有選擇性當(dāng)d2點短路時，保護5、6動跳5DL、6DL，有選擇性當(dāng)d3點短路時，保護7、8動跳7DL、8DL，有選擇性當(dāng)d3點短路時，若保護7拒動或7DL拒動，保護5動跳5DL（有選擇性）若保護7和7DL正確動作于跳閘，保護5動跳5DL，則保護5為誤動，或稱保護5越級跳閘（保護5失去選擇性）小結(jié)：選擇性就是故障點在區(qū)內(nèi)就動作，在區(qū)外不動作。當(dāng)主保護未動作時，由近后備或遠后備切除故障，使停電面積最小。因遠后備保護比較完善（對保護裝置拒動、DL拒動、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起后備作用）且實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，應(yīng)優(yōu)先采用。但遠后備保護切除故障的時間

9、較長。在高壓電網(wǎng)中，應(yīng)加強主保護。（二） 速動性：1提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；2減少用戶在保護的動作速度應(yīng)盡可能快速?？焖偾谐收系暮锰帲?3減少故障元件的損壞程度 ，避免故障進一步擴大。 低電壓下的動作時間；t=tbh+tDL；t故障總切除時間；tbh-保護動作時間；tDL-斷路器動作時間；一般的快速保護動作時間為0.060.12s，最快的可達0.010.04s。一般的斷路器的動作時間為0.060.15s，最快的可達0.020.06s。所以，切除故障的最快時間為：0 。030。1s。（三） 靈敏性：P5指在最不利的條件下，保護裝置對故障的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應(yīng)在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，不論運行方

10、式大小、短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地反應(yīng)。通常，靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，并表示為Klm。對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護（如電流保護）Klm=保護范圍末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值Idmin 保護的動作參數(shù)IdzU保護的動作參數(shù)dz 保護范圍末端金屬性短路時故障參數(shù)的最大計算值Ud.max對反應(yīng)于數(shù)值下降而動作的欠量保護（如低電壓保護） Klm=其中故障參數(shù)的最小、最大計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點位置來計算的。在繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（DL40091）中，對各類保護的靈敏系數(shù)Klm的要求都作了具體規(guī)定（參見附錄2，P231）。（四） 可靠性：

11、P5指發(fā)生了屬于某保護裝置動作的故障，它應(yīng)能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作（拒動）；而在發(fā)生不屬于本保護動作的故障時，保護應(yīng)可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作（誤動）。影響可靠性有內(nèi)在的和外在的因素：內(nèi)在的：裝置本身的質(zhì)量，包括元件好壞、結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、制造工藝水平、內(nèi)外接線簡明，觸點多少等；外在的：運行維護水平、安裝調(diào)試是否正確。上述四個基本要求是設(shè)計、分析研究繼電保護的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個基本線索。在它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。四、發(fā)展：原理：隨電力系統(tǒng)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步而發(fā)展（1901年） （1908年） （1910年）距離保護 行波保護、光纖保護（1920年）

12、（1927年） （50年代） （70年代誕生、50年代有設(shè)想） 從構(gòu)成保護裝置的元件看：機電型 微機型（我校80年代）(電磁型、感應(yīng)型、電動型) 晶體管20世紀50年代 60 70繼電保護的基本知識一 互感器：（1） 電流互感器：1 作用：（一次）大電流變換為（二次）小電流（額定值為5A或1A）；隔離作用。 2 工作特點和要求：1） 一次繞組與高壓回路串聯(lián)，I1只取決于所在高壓回路電流，而與二次負荷大小無關(guān)。2） 二次回路不允許開路，否則會產(chǎn)生危險的高電壓，危及人身及設(shè)備安全。3） CT二次回路必須有一點直接接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產(chǎn)生對地高電壓，但僅一點接地。4） 變換的準確性。3

13、極性：“減極性”原則：當(dāng)同時從一、二次繞組的同極性端子通入相同方向電流時，它們在鐵芯中產(chǎn)生磁通的方向相同。當(dāng)從一次繞組“*”標(biāo)端通入交流電時，則在二次側(cè)感應(yīng)電流從“*”標(biāo)端流出。從兩側(cè)，I 反方向，稱為減極性標(biāo)記。此時鐵芯中的合成磁勢為同極性端觀察時，I12=N1I =I '。這表明I ，I -NI =0，則I 同相位。 N1I21112212N24 誤差：表現(xiàn)在兩方面：幅值誤差和相位誤差。ZL很小，Zu大。I= '-I2I1*100%10% 7。 'I1（2） 電壓互感器：1 作用：一次高電壓變換為二次低電壓（額定線電壓100V；相電壓為57。7V） 2 工作特點和要

14、求：1） 一次繞組與高壓電路并聯(lián)。2） 二次繞組不允許短路（短路電流會燒毀PT）,裝有熔斷器。3） 二次繞組有一點直接接地。且只能有一點接地。4） 變換的準確性。3 電磁式電壓互感器其工作原理與變壓器相同。ZL>>Z1 ,Z2 , Zu大。幅值誤差U,角度誤差。二 各種小型變換器（1） 電壓變換器YB（2） 電流變換器 I LB 通常在二次接有電阻，將二次電流變?yōu)殡妷盒盘?。?） 電抗變壓器 I U 鐵芯帶氣隙。因帶氣隙，Zu很小，ZL>>Zu, Z近似零。=ZI E2M1=KII1，ZM 模擬阻抗，阻抗角為KI 阻抗量綱變換系數(shù)，又稱轉(zhuǎn)移阻抗。R的作用：改變角，對幅值

15、稍有影響。RIR , E2三 對稱分量濾過器三相不對稱電量可在一定系統(tǒng)中分解成對稱分量。=1(F +aF +a2F )Fa1abc.'133a=ej120=-+j22 =1(F +a2F +aF ) 其中，F(xiàn)a2abc3132j240.a=e=-j22 =1(F +F +F )Fa0abc31 零序電壓濾過器：1）=1(U +U +U )=13U UmnABC0nn2）1 =0,U U=0,U=3U0，K為電容分壓。 mn1mn2mn0K2 零序電流濾過器：'=I +I +I =1(I +I +I -I -I -I )=1(3I -I ) 3I0abcABCuAuBuC0bpn

16、CTnCT,I ,I 為勵磁電流，I 為不平衡電流。若CT型號相同，對稱運行時，不其中，IuAuBuCbp平衡電流近似零，三相短路時，電流增加， 因鐵芯飽和，Ibp增加，零序電流保護定值應(yīng)躲過該不平衡電流。3 電阻電容式負序電壓濾過器參數(shù)：R1=3XC1,XC2=3R21） 加入零序電壓時：因為UAB0=0,UBC0=0,I1=I2=0 所以Umn0=0。2） 加入正序電壓時：=-U ,U =U +U =0 UR1C2mn1R1C23） 通入負序電壓時：ej60=1.U ej30，若改變輸入電壓的相序為A,C,B，則變UUmn2=UR1+UC2=1.5AB2A2為正序濾過器。4 負序電流濾過器

17、電阻電感型濾過器圖中C是作角度誤差補償用的。 參數(shù)：wA=wB=wC,w0=1wA 3-I IA0 =U -E . R ;UEM=j(IB-IC)XM ;UR=mnRMnLB1） 加入零序電流：=j(I -I )X=0;EMB0C0M-I IA00 R=0. UR= nLBUmn0=02） 加入正序電流：=E-U=0;則要使Umn1MR1RIA1R=XMIBC1，即：=3XM nLBnLBLB有角度誤差，DKB的轉(zhuǎn)移阻抗不是純電抗，故在LB副邊加一電容，以補償角誤差。3） 加入負序電流：Umn2=UR+EM=2UR5 復(fù)合電流濾過器+KI ;I +KI;I +KI +KI 。選擇1R I121

18、011220nLB四 繼電特性以過電流繼電器為例： XM，則正序分量不能消除。IJIdzJ動作 ；IJIhJ 返回。繼電器的動作電流：能使繼電器動作的最小電流值。IdzJ 繼電器的返回電流：能使繼電器返回的最大電流值。IhJ繼電特性的兩個要點：1） 永遠處于動作或返回狀態(tài)，無中間狀態(tài)。2） Idz不等于Ih，使接點無抖動。Kh=IhJ 返回系數(shù)。過量繼電器，Kh小于1；欠量繼電器，Kh大于1 IdzJ第二章 電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護第一節(jié) 單測電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護保護的配置：一般由三段式構(gòu)成。三段式一、電流速斷保護（第段）： 主保護 后備保護對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作電流保護，

19、稱為電流速斷保護。1、短路電流的計算：圖中、1最大運行方式下d2最小運行方式下d(2)3保護1第一段動作電流 (3)I(3)d=EZs.min+Zd=EZs.min+Z1ld(2) ； Id=E 2Zs.max+Z1ld可見，Id的大小與運行方式、故障類型及故障點位置有關(guān)最大運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最大的方式。（Zs.min） 最小運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最小的方式。（Zs.max）2、整定值計算及靈敏性校驗為了保護的選擇性，動作電流按躲過本線路末端短路時的最大短路短路整定III Idz=KIK注）.1kd.B.maxk=1.

20、21.3(參看p15保護裝置的動作電流：能使該保護裝置起動的最小電流值，用電力系統(tǒng)一次測參數(shù)表示。（IdZ） IIdz.1在圖中為直線3，與曲線1、2分別交于a、b點可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護線路的全長靈敏性：用保護范圍的大小來衡量 lmax 、lmin一般用lmin來校驗、 lmin100% l要求：（1520）方法： 圖解法，按比例作圖，可求出最小保護范圍。 解析法：IIdZ.1=E2Zsmax+Z1ld.min 可得式中 ZL=Z1l被保護線路全長的阻抗值動作時間t=0s3、構(gòu)成中間繼電器的作用： 接點容量大，可直接接TQ去跳閘 當(dāng)線路上裝有管型避雷器時，利用其固有動作時間（

21、60ms）防止避雷器放電時保護誤動4、小結(jié) 僅靠動作電流值來保證其選擇性 能無延時地保護本線路的一部分（不是一個完整的電流保護）。二、限時電流速斷保護（第段）1、 要求 任何情況下能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性 在滿足要求的前提下，力求動作時限最小。因動作帶有延時，故稱限時電流速斷保護。2、 整定值的計算和靈敏性校驗為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護范圍不超出下一條線路第段的保護范圍。即整定值與相鄰線路第段配合。I動作電流：IdZ KIK.1kdZ.2k=1.11.2(非周期分量已衰減）若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第段配合。此時：動作時間：t1=t2+t 3、 構(gòu)成：與第段類同：

22、但須加一個時間繼電器，由時間繼電器的延時接點去起動出口中間繼電器。4、 小結(jié)： 限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長 依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性 與第段共同構(gòu)成被保護線路的主保護，兼作第段的后備保護。三、定時限過電流保護（第段）1、 作用：作為本線路主保護的近后備以及相鄰線下一線路保護的遠后備。其起動電流按躲最大負荷電流來整定的保護稱為過電流保護，此保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。2、 整定值的計算和靈敏性校驗：1）、動作電流：躲最大負荷電流 IdZK.1kIf.max （1）在外部故障切除后，電動機自起動時，應(yīng)可靠返回。電動機自起動電流要大于它正常工作電流

23、，因此引入自起動系數(shù)KZqKkKZqIhI=Ifmax （2） KhKhdZ顯然，應(yīng)按（2）式計算動作電流，且由（2）式可見，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，為了提高靈敏系數(shù)，要求有較高的返回系數(shù)。（過電流繼電器的返回系數(shù)為0.850.9）2）、動作時間在網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時，從故障點至電源之間所有線路上的電流保護第段的測量元件均可能動作。例如：下圖中d1短路時，保護14都可能起動。為了保證選擇性，須加延時元件且其動作時間必須相互配合。即 、t3+t t1>t2>t3>t4t4+t 、t2t3+t、t1t2這就是階梯時間特性。注：當(dāng)相鄰有多個元件，應(yīng)選擇與相鄰時限

24、最長的保護配合3）、靈敏性 近后備：Klm1=Id1.min1.3 IdZId1.min本線路末端短路時的短路電流 遠后備：Klm2=Id2.min1.2 Id2min 相鄰線路末端短路時的短路電流 IdZ3、 構(gòu)成：與第段相同，只是電流繼電器的定值與時間繼電器定值不同。4、 小結(jié)： 第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其靈敏度比第、段更高； 在后備保護之間，只有靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，才能保證選擇性； 保護范圍是本線路和相鄰下一線路全長； 電網(wǎng)末端第段的動作時間可以是保護中所有元件的固有動作時間之和（可瞬時動作），故可不設(shè)電流速斷保護；末級線路保護亦可簡化（或II+III），越接近電

25、源，t越長，應(yīng)設(shè)三段式保護。四、電流保護的接線方式1、 定義：指保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。2、 常用的兩種接線方式：三相星形接線和兩相星形接線。1）、三相星形接線的特點： 每相上均裝有CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點并聯(lián)（或）2）、兩相星行接線的特點： 僅在兩相上裝設(shè)CT和LJ、構(gòu)成不完全Y形接線 LJ的觸點并聯(lián)（或）（通常接A、C相）上述兩種接線方式中，流入電流繼電器的電流IJ與電流互感器的二次電流I2相等。接線系數(shù)： Kcon=IJ=1 I2III1 dZ=nl 或IdZ.J=dZ I2IdZ.Jnl3、 IdZ與IdZ.J之間的關(guān)系： nl=4、 比較： 對各種

26、相間短路，兩種接線方式均能正確反映。 在小接地電流系統(tǒng)中，發(fā)生異地兩點接地時，一般只要求切除一個接地點，而允許帶一個接地點繼續(xù)運行一段時間。異地兩點接地發(fā)生在相互串聯(lián)的兩條線路上：a、 三相星行接線：保護1和保護2之間有配合關(guān)系，100切除后一線路b、 兩相星行接線：2/3機會切除NP線。（即1/3機會無選擇性動作）異地兩點接地發(fā)生在同一母線的兩條并行線路上：a、三相星行接線：當(dāng)線路I和線路II的過流保護動作時間相同時，保護1和保護2同時動作，切除線路、。b、 兩相星行接線：2/3機會只切一條線路。 Y接線變壓器后d(2)以Y11接線降壓變?yōu)槔?dAB (2)IA=-IB IC=0.1.2.I

27、a=Ic=IA Ib=-IA 33.Y.Y.Y.Y.IA=IC IB=-2IA結(jié)論：當(dāng)在Y/變壓器的側(cè)發(fā)生兩相短路時，滯后相電流是其它兩相電流的兩倍并與它們反相位。當(dāng)在Y/變壓器的Y側(cè)發(fā)生兩相短路時：超前相電流是其它兩相電流的兩倍，并與它們反相位。（作業(yè)：推導(dǎo)此結(jié)果） 經(jīng)濟性：兩相不完全星形接線優(yōu)于三相星形接線三相星形接線靈敏度是兩相星形接線的兩倍為提高電流保護對Y/變壓器后兩相短路的靈敏度，采取的措施：在兩相星行接線的中線上再接入一個LJ，此種接線方式稱為兩相三繼電器接線方式。其電流為：(IA+IC)/nl=-IB/nl，以提高靈敏性。5、 應(yīng)用三相星形接線：發(fā)電機、變壓器的后備保護，采用電

28、流保護作為大電流接地系統(tǒng)的保護（要求較高的可靠性和靈敏性）。兩相星形接線：中性點不接地電網(wǎng)或經(jīng)高阻接地電網(wǎng)中。（注：所有線路上的保護裝置應(yīng)安裝在相同的兩相上。A、C相）五、評價：1、 選擇性：在單測電源輻射網(wǎng)中，有較好的選擇性（靠IdZ、t），但在多電源或單電源環(huán)網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中可能無法保證選擇性。2、 靈敏性：受運行方式的影響大，往往滿足不了要求。電流保護的缺點例：第段：運行方式變化較大且線路較短，可能使保護范圍為零；第段：長線路重負荷（If增大，Id減?。?，靈敏性不滿足要求。3、 速動性：第、段滿足；第段越靠近電源，t越長缺點4、 可靠性：線路越簡單，可靠性越高優(yōu)點六、應(yīng)用范圍：35KV及以

29、下的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)中；第段：110KV等，輔助保護作業(yè)：習(xí)題集：P11,題1；預(yù)習(xí)實驗一、二第二節(jié) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護一. 問題的提出為提高供電的可靠性，出現(xiàn)了單電源環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)、雙電源或多電源網(wǎng)絡(luò)。但在這樣的網(wǎng)絡(luò)種簡單的電流保護不能滿足要求。針對以下雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)，分析如下：對電流速斷保護：d1處短路，若Id1>Idz3，則保護3誤動，d2處短路，若Id2>Idz2則保護2誤動。 II對過電流保護：d1處短路，要求 t3>t2 d2處短路，要求 t2>t3顯然，這種要求是矛盾的。 上述矛盾的要求不可能同時滿足。原因分析：反方向故障時對側(cè)電源提供的短路電流

30、引起保護誤動。解決辦法：加裝方向元件功率方向繼電器。當(dāng)方向元件和電流測量元件均動作時才啟動邏輯元件。這樣雙側(cè)電源系統(tǒng)保護系統(tǒng)變成針對兩個單側(cè)電源的子系統(tǒng)。由上圖可見，保護1、3、5只反映由左側(cè)電源提供的短路電流，它們之間應(yīng)相互配合。而保護2、4、6僅反映由右側(cè)電源提供的短路電流，它們之間應(yīng)相互配合，矛盾得以解決。二、功率方向繼電器的工作原理電流規(guī)定方向：從母線流向線路為正方向。電流本身無法判定方向，需要一個基準母線電壓。d1處短路 （對保護2為正方向） d2處短路（對保護2為反方向）UNA=Id1Z1ld1 UNA=-Id2Z1ld2 =argUNAId1A=d1 NA =argU=+180d

31、2Id1A0 <<90 180 <<270P=UAIAcos>0 P=UAIAcos<0因此：利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系，就可以判別發(fā)生故障的方向。 實現(xiàn)：1、最大靈敏角：在UJ、IJ幅值不變時，其輸出（轉(zhuǎn)矩或電壓）值隨兩者之間的相位差的大小而改變。當(dāng)輸出為最大時的相位差稱最大靈敏角lm。2、 動作范圍： lm±90動作方程：-90argUJe-jlmIJ90 或-90 +lmarg3、 動作特性: UJIJ90 +lm當(dāng)UJ=UA,IJ=IA,d1=60,線路發(fā)生三相短路所以lm=d1=60 4、 死區(qū)：當(dāng)正方向出口短路時，U

32、J=UA0，GJ不動電壓死區(qū)。 消除辦法：采用90度接線方式，加記憶回路。三、幅值比較原理和相位比較原理及其互換關(guān)系對于比較兩個電氣量的繼電器，可按幅值比較原理或相位比較原理來實現(xiàn)。幅值比較原理：UAB相位比較原理：-90 argUCUD90用四邊形法則來分析它們之間的關(guān)系：argUCUD<90 argUCUD=90 argUCUD>90A>B A=B A<BUA=UC+UD 或 UB=UC+UDUC=2(UA+UB) UD=(UA+UB)可見，幅值比較原理與相位比較原理之間具有互換性。注： 1 UA,UB,UC,UD必須是同一頻率的正弦交流量2 相位比較原理的動作邊界

33、為±90四、LG11整流型功率方向繼電器它是按幅值比較原理來實現(xiàn)的： 1、構(gòu)成： 電壓形成回路：由DKB、YB組成：UA=KUUJ+KIIJ UB=KUUJ-KIIJR1、R2消除潛動、調(diào)整平衡。oC1與YB的勵磁電抗形成諧振，使超前90,其記憶作用用于消除死區(qū)，記憶時間為幾十毫秒； 比較回路：由半導(dǎo)體整流橋BZ1,BZ2組成的環(huán)流是比較回路。Aia Bib 執(zhí)行元件極化繼電器J,非常靈敏標(biāo)記“”，當(dāng)電流從端流入時，J動作，反之則不動。ia-ib0時，J動作；2、 動作方程： ABKUUJ+KIIJKUUJKIIJKUUJKIIJ -90arg 903、 動作特性：KI:I=45 或

34、60 KU:U=90(串聯(lián)C1)=u-I=30 內(nèi)角（由繼電器決定）-90 -argUJIJ90-lm=-=-304、 死區(qū)：雖然J的動作功率很小，但A-BU0最小工作電壓。 當(dāng)出口接地短路時，UJ0，GJ不動作死區(qū)。 在記憶時間內(nèi)消除死區(qū)。5、 角度特性：當(dāng)IJ為常數(shù)時，動作電壓UJ與J之間的關(guān)系曲線，以 30º為例：當(dāng)J30º時，繼電器的動作電壓最小，J最靈敏。 J動作范圍：以J30º為中心的±90º的區(qū)域，即圖中陰影區(qū)。6、 潛動：從理論上講，當(dāng) UJ=0或IJ=0 時，J不動。但由于比較回路中各元件參數(shù)的不完全對稱，可能使得在僅有UJ或

35、IJ時，J動作,即潛動。 僅有UJ時動，叫電壓潛動，僅有IJ時動，叫電流潛動 潛動對保護的影響：對正方向接地短路時，有利于保護正確動作；當(dāng)反方向接地短路時，可能導(dǎo)致GJ誤動，使得保護誤動；另外，增大GJ的動作功率，可降低靈敏性；消除方法：調(diào)R1（電流潛動時），調(diào)R2（電壓潛動時）。五、相間短路功率方向繼電器的接線方式：1、 要求：良好的方向性（與故障類型無關(guān)）和較高的靈敏性。2、 90º接線方式：指系統(tǒng)三相對稱且cos=1時，argIJUJ=90 的接線方式。注：90º接線方式僅為了稱呼方便，且僅在定義中成立。采用該接線方式構(gòu)成的三相式方向過電流保護的原理接線圖參看第40頁

36、，圖237。 提示：三相星形接線且按相啟動（指接入同名相電流的測量元件和功率方向元件的結(jié)點串聯(lián)，而后于其他元件相并聯(lián)后啟動邏輯元件。）3、 相間短路情況下90º接線功率方向繼電器動作行為分析：（1） 正方向三相短路：由于三相對稱，三只繼電器動作情況相同，故以A相為例分析：從圖中可見，JAJd90º 為使功率方向繼電器動作最靈敏cos(d-90 +)=1 =90 -d 為使PJA>0一般0 <d<90當(dāng)d=0 ，0<<180當(dāng)d=90 ，-90<<90所以,在三相短路時,選擇0<<90,可保證GJ動作。（2） 正方向兩相短

37、路，以BC兩相短路為例,且空載運行.有兩種極限情況:出口和遠處出口短路 Zd<<ZsGJA:IA=0,不動作；GJB：JB=d-90 ，同三相短路；GJC：JC=d-90 ，同三相短路。所以應(yīng)選擇0 <<90 ，使得0 <d<90 時GJ能動作注：出口BC兩相短路，UCA、UAB幅值很大，B、C相功率方向繼電器動作。該接線方式可消除各種兩相短路的死區(qū)。遠處短路 Zd>>ZsGJA: IA=0,不動作；GJB：JB=d-120 ，所以應(yīng)選擇30<<120，使得B相GJ能動作；GJC：JC=d-60 ，所以應(yīng)選擇綜合兩種極限情況：在正方向

38、任何地點dGJB： 30<<90GJC： 0<<60(2)(2) 同理： dAB和dCA時可得到相應(yīng)的結(jié)論，參看P43表22。 00(2) -30 <<60 ，使得C相GJ能動作 ： 00綜上所述：為保證00<d<900時，GJ在正方向任何相間短路時均能動作：30<<60 00（例：LG11型 =450或300）總結(jié)：優(yōu)點：對各種兩相短路都沒有死區(qū)；適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對線路上各種相間故障保證動作的方向性；缺點：不能清除d(3)死區(qū)。順便指出：在正常運行情況下，位于送電側(cè)的GJ在負荷電流的作用下一般都處于動作狀態(tài)。六雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護

39、整定的特點：1電流速斷保護III無方向元件：Idz1=Idz2=KKIdzmaxII有方向元件：Idz1=KKId2maxIIIdz2=KKId1max此時保護1不需方向元件。2限時電流速斷保護原則與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中第段的整定原則相同，與相鄰線路段保護配合。但需考慮保護安裝點與短路點之間有分支的影響，即分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。' IABIBC助增：使故障線路電流增大的現(xiàn)象外汲：使故障線路電流減小的現(xiàn)象 'IBC故障線路流過的電流引入分支系數(shù)：Kfz= =IAB被保護線路流過的電流IIIdz1=KIIKIIdz2 Kfz'當(dāng)僅有助增時：IBC&g

40、t;IABKfz>1' 僅有外汲時：IBC<IABKfz<1'無分支時：IBC=IAB Kfz=1既有助增，又有外汲時，可能大于1也可能小于1整定時，應(yīng)取實際可能的最小值以保證選擇性。七對方向性電流保護的評價1 在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性2 快速性和靈敏性同前述單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的電流保護3 接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資4 出口d(3)時，GJ有死區(qū)，使保護有死區(qū)缺點力求不用方向元件（如果用動作電流和延時能保證選擇性）原則：對于電流速斷保護（第、段） 如：Idz1>Idz2 d1故障，Id1<Idz1保護1可不加GJd2故障，Id2&g

41、t;Idz2保護2要加GJ對過流保護d1故障時， t2=t3<t1 保護2、3要加GJd2故障時， t2=t3 保護3要加GJt1>t2 保護1可不加GJ即：動作延時長的可不加GJ，動作延時小的或相等的要加GJ。作業(yè)：P17題1，P14題4，P18題4第三節(jié) 輸電線路的接地保護大接地電流系統(tǒng)：系統(tǒng)中主變壓器中性點直接接地X0/X13在此系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)生接地故障時,通過變壓器接地點構(gòu)成短路通路,使故障相流過很大的短路電流. 110KV及以上電網(wǎng) 中性點直接接地系統(tǒng)60KV及以下電網(wǎng) 中性點不接地或不直接接地(小接地電流系統(tǒng))運行經(jīng)驗表明,在中性點直接接地系統(tǒng)中,d(1)幾率占總故障率的

42、70%90% .所以如何正確設(shè)置接地故障的保護是該系統(tǒng)的中心問題之一.而在該系統(tǒng)中發(fā)生d(1),系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序分量,而正常運行時無零序分量.故可利用零序分量構(gòu)成接地短路的保護.一、 零序分量的特點(一) 零序電壓 : 故障點U0最高,離故障點越遠, U0越低.變壓器中性點接地處U0=0(二) 零序電流分布: 與中性點接地變壓器的位置有關(guān)大小: 與線路及中性點接地變壓器的零序阻抗有關(guān)(三) 零序功率短路點最大(與U0相同). 方向:與正序相反,從線路母線(四) =argUd0Id0UM0=-I0ZB10相位差由ZB10的阻抗角決定與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關(guān)'二、 零序電流

43、保護三段式或四段式段:速動段保護段(、段)應(yīng)能有選擇性切除本線路范圍的接地故障，其動作時間應(yīng)盡量縮短最末一段：后備三段式零序電流保護原理與三段式電流保護是相似的（一）段<1>躲過下一個線路出口接地短路的最大三倍零序電流3I0maxI II0dzKK3I0ma xKI求3 I0max 故障點：本線路末端故障類型： （假設(shè)X1X2）(1) 3I0=3E2Z1+Z0 (串)3I0(1.1)=3EZ2E=3 （并） Z2Z0Z2+Z0Z1+2Z0Z1+Z2+Z0(1)(1.1)（1） 當(dāng)Z0>Z1 I0>I0 采用I0(1)(1.1)（1.1） 當(dāng)Z0<Z1 I0<

44、I0 采用I0(1)(1.1)當(dāng)Z0=Z1 I0=I0 任取運行方式各系統(tǒng)最大運行方式 Z1 Z2 接地點： 保護安裝側(cè) 接地點最多Z0m 對側(cè) 接地點最少Z0n （2）躲短路器三相觸頭不同時合閘而出現(xiàn)的三倍零序電流 3I0bt求 3I0bt ： 兩相先合 一相斷線 并 3I0btZ2EMENEMEN=3=3Z2Z0Z2+Z0Z1+2Z0Z1+Z2+Z0一相先合 兩相斷線 串3I0bt=3EMEN 2Z1+Z0取大者原則（2）所得定值一般較大，保護范圍縮小，靈敏度降低，此時可考慮使段帶一小的延時（0.1s）躲開不同時合閘時間。靈敏性： 要求與段電流保護相同 （15%20%）(二)段與相鄰線路零

45、序電流段配合IIIII I0dz1=KKI0dz2/Kf2min KK1.11.2 IIIt01=t02+t=t=0.5"靈敏性校驗：Klm=3I0min1.5 I0Idz若不滿足要求： 與相鄰線段配合或接地距離保護（三）段：(3)Ibp.max=KfzqKtxKerIdmaxKfzq 非周期分量系數(shù) t0s時取1.52 t=0.5 s時取1；Ktx 同型系數(shù)。同型時取0.5、不同型時取1；Ker CT誤差 取0.1；(3)Idmax線末變壓器另一側(cè)短路時流過保護的最大短路電流。靈敏性： 近后備和遠后備時均校驗動作時間（限）：從零序網(wǎng)的最末級開始按階梯原則向電源方向推算三、 方向性零

46、序電流保護在多電源的大接地電流系統(tǒng)中，為保證選擇性，需要裝設(shè)零序功率方向繼電器，構(gòu)成方向性零序電流保護（P55 圖255）1、 零序功率方向繼電器正方向接地故障0arg。180od0）UI。d070o80o o（110100） ooolm105左右（UJ=3U0 IJ=3I0）目前，整流型和晶體管型：lm70o85o接線: UJ=3U0 IJ=3I0 由于越靠近故障點的零序電壓越高 出口短路時 GT0無死區(qū)遠處故障時 U0 I0 可能不動 。為此須校驗靈敏性（作相鄰元件后備）Klm=Smin1.5 相鄰元件末端短路（二次側(cè)） Sdz（1）四、 評價 三相星形接線相間短路電流保護 ，也可反映d，

47、作比較優(yōu)點：（1） 零序電流保護更靈敏、受運行方式影響較小，段保護范圍長且穩(wěn)定，段靈敏性易于滿足 段躲不平衡電流，定值低更靈敏且時間較短（2） GT0 出口無死區(qū)，接線簡單、經(jīng)濟、可靠。（3） 系統(tǒng)振蕩、短時過負荷等情況下（三相對稱）I0不受影響缺點： 不能反映相間短路故障作業(yè) P22 題1 P25 題5、6第三章電網(wǎng)的距離保護第一節(jié)一基本概念電流保護的優(yōu)點：簡單可靠經(jīng)濟。缺點：選擇性靈敏性快速性很難滿足要求（尤其35kv以上的系統(tǒng)）。距離保護的性能比電流保護更加完善。 距離保護的作用原理UdZdZ1ld=Zd=UdId.<Zf=UeIf.，反映故障點到保護安裝處的距離距離保護，它基本上

48、不說系統(tǒng)的運行方式的影響。二距離保護的時限特性I距離保護分為三段式： I段：Zdz=(0.80.85)ZAB，瞬時動作 主保護 1IIIIIII段：Zdz，t=0.5 =K(Z+Z)KABdz12III段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性。后備保護第二節(jié) 阻抗繼電器阻抗繼電器按構(gòu)成分為兩種：單相式和多相式單相式阻抗繼電器：指加入繼電器的只有一個電壓UJ（相電壓或線電壓）和一個電流IJ（相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。ZJ=UJIJ.測量阻抗ZJ=R+jX 可以在復(fù)平面上分析其動作特性它只能反映一定相別的故障，故需多個繼電器反映不同相別故障。多相補償式阻抗繼電器：加入的是幾個相的補償后的電壓。它

49、能反映多相故障，但不能利用測量阻抗的概念來分析它的特性。本節(jié)只討論單相式阻抗繼電器。一阻抗繼電器的動作特J .ZJ=UJIJ=U1nPTI1nl.=U1I1.nln=ZdlnPTnPTBC線路距離I段內(nèi)發(fā)生單相接地故障，Zd在圖中陰影內(nèi)。由于1）線路參數(shù)是分布的， d有差異 2)CT,PT有誤差 3）故障點過渡電阻 4）分布電容等 因此為了盡量簡化繼電器接線，且便于制造和調(diào)試，把繼電器的動作特性擴大為一個圓，見圖。圓1：以od為半徑全阻抗繼電器（反方向故障時，會誤動，沒有方向性）圓2：以od為直徑方向阻抗繼電器（本身具有方向性） 圓3：偏移特性繼電器另外，還有橢圓形，橄欖形，蘋果形，四邊形等二

50、利用復(fù)數(shù)平面分析阻抗繼電器它的實現(xiàn)原理：幅值比較原理 AB.相位比較原理 -90 arg（一） 全阻抗繼電器UCUD.90 特性Zzd為半徑的圓。圓內(nèi)為動作區(qū)。 Zdz.J測量阻抗正好位于圓周上，繼電器剛好動作，這稱為繼電器的起動阻抗。無論d多大，Zdz.J=Zzd，它沒有方向性。1. 幅值比較原理：ZJZzd兩變同乘IJ，且IJZJ=UJ，所以JIJZzd，這也就是動作方程。2.J . -90arg Zzd+ZJ90 Zzd-ZJ分子分母同乘以IJ，.-90argIJZzd+UJI.90 JZzd-UJ（二） 方向阻抗繼電器.J-12I.JZ1.zd2IJZzd2. 相位比較原理：（三） 偏

51、移特性阻抗繼電器 正方向：整理阻抗Zzd以Zzd為直徑，通過坐標(biāo)原點的圓。圓內(nèi)為動作區(qū)。Zdz.J隨J改變而改變，當(dāng)J等于Zzd的阻抗角時，Zdz.J最大，即保護范圍最大，工作最靈敏。lm最大靈敏角，它本身具有方向性。1. 幅值比較原理：Z11J-2Zzd2Zzd-90 argZJ90 Zzd-ZJU.-90 argJ90 I.JZzd-UJ反方向：偏移-Zzd(<1) 圓內(nèi)動作。圓心Z10=2(Z-Z1zdzd)=2(1-)Zzd 半徑：12(1+)ZzdZdz.J隨 J變化而變化,但沒有安全的方向性。1. 幅值比較原理 Z1J-Z02(1+)ZzdZJ-11(1-)(1+)Zzd22

52、.11UJ-IJ(1-)ZzdIJ(1+)Zzd 22.2. 相位比較原理-90 argZJ+Zzd90 Zzd-ZJ-90 argUJ+IJZzdIJZzd-UJ.90總結(jié)三種阻抗的意義：1） 測量阻抗ZJ：由加入繼電器的電壓UJ與電流IJ的比值確定。 J=argUJIJ.2） 整定阻抗Zzd：一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗。全阻抗繼電器：圓的半徑方向阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上圓的直徑偏移特性阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上由原點到圓周的長度。3） 起動阻抗（動作阻抗）Zdz.J：它表示當(dāng)繼電器剛好動作時，加入繼電器的電壓UJ 和電流IJ的比值。除全阻抗繼電器以外：Zdz.J隨J的不同而改變。當(dāng)J=lm時，Zdz.J=Zzd，此時最大。 三阻抗繼電器的構(gòu)成主要由兩大基本部分組成：電壓形成路和幅值比較或相位比較回路。 交流回路 交流回路UAUBUCUD基本上是由UJ和IJZzd組合而成。而UJ可直接從PT二次側(cè)取得，必要時經(jīng)YB變換。而IJZzd則經(jīng)過DKB獲得。（一） 方向阻抗繼電器交流回路的原理接線