線路保護知識

關(guān)于線路保護知識第1頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三教學內(nèi)容知識點1知識點2知識點3繼電保護基本知識常規(guī)線路保護不同電壓等級線路保護的配置第2頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。

（2）當發(fā)生不正常工作情況時，能自動、及時地選擇信號上傳給運行人員進行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設備。

（一）問題討論

繼電保護

（1）當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復正常運行，防止故障進一步擴大。繼電保護基本任務

一、繼電保護的基本知識第3頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三美加大停電事故2003年8月14日北美發(fā)生有史以來最大規(guī)模的停電災難：一連串相繼開斷－暫態(tài)電壓跌落－系統(tǒng)振蕩－發(fā)電機自我保護退出－大范圍停電雪崩式停運停運100多個電廠(20多個核電廠）停運幾十條高壓線路擾亂5000萬人生活停電29小時經(jīng)濟損失高達300億美元！第4頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三（二）繼電保護的基本要求可靠性快速性

靈敏性

保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，保護裝置可靠動作，而在任何不應動作的情況下，保護裝置不應誤動。

保護裝置應盡快將故障設備從系統(tǒng)中切除，目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。

保護裝置在其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行時的反應能力。

保護四性選擇性

保護裝置動作時僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡可能縮小，以保證系統(tǒng)中無故障部分繼續(xù)運行。第5頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三選擇性問題分析：由上圖所示，以保護5為例。當本線路末端K2點短路時，希望速斷保護5能夠瞬時動作切除故障，而當相鄰線路C—D的始端K1點短路時，按照選擇性的要求，速斷保護5就不應該動作，該處的故障應由速斷保護6動作切除。實際上，K1點和K2點短路時，從保護5安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的。因此，希望K2點短路時速斷保護5能動作，而K1點短路時又不動作的要求不可能同時得到滿足。

第6頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三選擇性問題的解決：為解決這個矛盾，可采取兩種辦法：第一，優(yōu)先保證動作的選擇性，即從保護裝置啟動參數(shù)的整定上保證下一條線路出口處短路時保護不啟動，在繼電保護技術(shù)中，這又稱為按躲開下一條線路出口處短路的條件整定；第二，當快速切除故障為首要條件時，就采用無選擇性的電流速斷保護，而以自動重合閘來糾正這種無選擇性動作。第7頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三（三）保護裝置的發(fā)展過程

1891年8月，出現(xiàn)最簡單有效的保護裝置1901年發(fā)明了電磁繼電保護裝置1960年發(fā)明晶體管繼電保護裝置1970年發(fā)明了集成電路繼電保護裝置1972年發(fā)明了微機保護裝置發(fā)展歷程第8頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三繼電保護分類1、按照保護對象可分為線路保護、變壓器保護、母線保護、發(fā)電機保護、電容器保護、電抗器保護等等。2、按保護故障類型：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護等。3、按照保護作用可分為：主保護、后備保護、輔助保護等。（四）保護裝置分類的標準

第9頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

邏輯判斷部分采用軟件方式實現(xiàn)傳統(tǒng)保護微機保護

方便可靠，易于實現(xiàn)復雜的保護原理。實現(xiàn)方式比較

邏輯判斷部分采用硬件方式實現(xiàn)

對于比較復雜原理的繼電保護，難于實現(xiàn)。

繼電保護分類第10頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三（五）繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測量回路保護裝置單、三相操作箱跳合閘機構(gòu)控制部分PTCT二次回路第11頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三3、繼電保護裝置基本構(gòu)成框圖保護裝置基本構(gòu)成框圖第12頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三1．測量部分輸入測量部分是測量從被保護對象輸人的信號有關(guān)電氣量，并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等于“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該起動。2．邏輯部分

邏輯部分是根據(jù)測量部分各輸出量的大小、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邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應該使斷路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護中常用的邏輯回路有“或”、“與”、“否”、“延時起動”、“延時返回”以及“記憶”等回路。

3．執(zhí)行部分

執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分輸出的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如故障時，動作于跳閘；不正常運行時，發(fā)出信號；正常運行時，不動作等。（微機保護）基本構(gòu)成框圖說明第13頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三220kV線路，雙母線接線，雙套縱聯(lián)保護配置一次系統(tǒng)示意圖第14頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三保護柜示意圖保護柜端子排操作箱保護光纖接口第15頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三思考題：線路保護就是保護線路,保護范圍是否只限于線路呢？答案：不是。第16頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三二常規(guī)線路保護單相接地故障.相間故障（兩相短路）兩相接地故障三相短路（三相短路接地故障）各類性質(zhì)的開路1.1線路故障的類型第17頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三1.2故障時電氣量的變化電流增大出現(xiàn)差流

出現(xiàn)序分量

（零序、負序）電流電壓電壓降低

電流電壓間相角發(fā)生變化

電流與電壓比值發(fā)生變化

出現(xiàn)序分量

(零序、負序）第18頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三1.3線路保護類型

線路保護一般分為電流保護

零序電流

阻抗保護

縱聯(lián)保護

電壓保護

第19頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三1.4主保護與后備保護

主保護近后備保護

后備保護

主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。

主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護線路和設備的保護。遠后備保護

主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備保護。

主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護實現(xiàn)的后備保護。

第20頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三后備保護：在要求繼電保護動作有選擇性的同時，必須考慮繼電保護或斷路器有拒絕動作的可能性，因而就需要考慮后備保護的問題。當k1點短路時，距短路點最近的保護6本應動作切除故障，但由于某種原因，該處的繼電保護或斷路器拒絕動作，故障便不能消除，此時如其前面一條線路（靠近電源側(cè)）的保護5能動作，故障也可消除。能起保護5這種作用的保護稱為相鄰元件的后備保護。同理。按以上方式構(gòu)成的后備保護是在遠處實現(xiàn)的，因此又稱為遠后備保護。分析：一般情況下遠后備保護動作切除故障將使供電中斷的范圍擴大。第21頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

在復雜的高壓電網(wǎng)中，當實現(xiàn)遠后備保護在技術(shù)上有困難時，也可以采用近后備保護的方式。即當本元件的主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護作為后備保護；為此，在每一元件上應裝設單獨的主保護和后備保護，并裝設必要的斷路器失靈保護。由于這種后備作用是在主保護安裝處實現(xiàn)，因此，稱它為近后備保護。

分析：遠后備的性能是比較完善的，它對相鄰元件的保護裝置、斷路器、二次回路和直流電源所引起的拒絕動作，均能起到后備作用，同時它的實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，因此，在電壓較低的線路上應優(yōu)先采用，只有當遠后備不能滿足靈敏度和速動性的要求時，才考慮采用近后備的方式。

第22頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三2電流保護原理類型分析故障電流I>Iset

階段式電流保護優(yōu)點：簡單、可靠，能反映各種性質(zhì)的故障。缺點：直接受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響瞬時電流速斷定時限過電流限時電流速斷反時限過電流保護第23頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

配置原則：

在

35kV

及以上中性點非直接接地電網(wǎng)的線路上，應裝設反映相間短路的保護裝置，一般裝設三段式電流保護。①對單相接地*故障，一般裝設單相接地信號裝置。有條件時，應裝設單相接地保護。

②在單側(cè)電源的鏈式單回線路上，應盡量采用階段式的電流電壓保護，當不能滿足快速性和靈敏性要求時，可允許速斷保護無選擇性動作，而以重合閘來補救。

③在運行中可能經(jīng)常出現(xiàn)過負荷的電纜線路應裝設過負荷保護，一般作用于信號。必要時動作于跳閘。

配電線路保護－（35--60）kv電網(wǎng)（國網(wǎng)教材）第24頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

配置原則：在

10kV

中性點非直接接地電網(wǎng)中的架空線和電纜線路上，應裝設相間短路及單相接地的保護裝置。

①對于單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)的單回路，可裝設兩段過電流保護：第一段為不帶時限的電流速斷保護；第二段為帶時限的過電流保護。（允許只裝設I、III段或II、III段或只裝設第III段電流保護。）

②對于單相接地故障，在出線不多的情況下，一般裝設反應零序電壓信號的選線裝置。在出線較多的情況下，則應裝設接地保護動作于信號。只有在根據(jù)人身及設備安全的要求需要時，才裝設動作于跳閘的接地保護。

③對運行中可能出現(xiàn)過負荷的電纜線路或者元件保護，可裝設過負荷保護，一般動作于信號，必要時動作于跳閘。

配電線路保護－10kv及以下電網(wǎng)（國網(wǎng)教材）第25頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

6kv配電線路保護—段河35KV站6KV下井回路定值

序號定值名稱整定值控制字1過流I段定值45A過流I段投入12過流I段時間0S過流II段投入13過流Ⅱ段定值28A過流III段投入14過流II段時間0.3S過流III段投反時限05過流III段定值9A過流I段經(jīng)復壓閉鎖06過流III段時間0.7S過流II段經(jīng)復壓閉鎖07過流加速段定值99A過流III段經(jīng)復壓閉鎖08過流加速時間99S過流I段經(jīng)方向閉鎖09過流低壓閉鎖定值2V過流II段經(jīng)方向閉鎖010過流負序電壓閉鎖定值2V過流III段經(jīng)方向閉鎖011過負荷保護定值15APT斷線檢測投入112過負荷保護時間99SPT斷線退電流保護013零序過流I段定值12A過流加速段投入014零序過流I段時間99S零序加速段投入015零序過流II段定值12A前加速投入016零序過流II段時間99S過負荷投入017零序過流III段定值12A零序過流I段投入018零序過流III段時間99S零序過流II段投入019零序過流加速段定值12A零序過流III段投入020零序過流加速時間99S零序過流III段投反時限021低周保護低頻定值48.25Hz低周保護投入122低周保護低壓閉鎖定值65VDF/DT閉鎖投入123DF/DT閉鎖定值6Hz/s重合閘投入024低頻保護時間0.2S重合閘檢同期025重合閘同期角89°重合閘檢無壓026重合閘時間99S投低壓保護027低電壓定值2V投過流閉鎖低壓028低壓電流閉鎖定值99A投過壓保護029低電壓動作時間99S投零序過壓保護030過電壓定值160V投高周保護031過電壓時間99S投過流閉鎖032零序過壓定值99V出口1000010000000011133零序過壓時間99S34高周保護定值55HZ出口2000000000000000035高周保護時間99S36過流閉鎖定值99A37過流III段反時限特性038零序III段反時限特性0第26頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三三段式第Ⅰ段――瞬時電流速斷保護第Ⅱ段――限時電流速斷保護第Ⅲ段――定時限過電流保護主保護后備保護優(yōu)點：反應電流電壓（如電壓閉鎖方向電流保護，多電源時）變化，原理簡單、可靠；缺點：受系統(tǒng)運行方式影響大，保護范圍變化大，靈敏度低，不適合高壓電網(wǎng)。三段式電流保護三段式電流保護：第27頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅰ段（瞬時電流速斷）僅反應于電流增大而瞬時動作，和其它線路間沒有配合關(guān)系。保護范圍：只能保護線路一部分,最大運行方式約全長的50%，最小保護范圍不應小于全長的15％—20％,(不能到80%左右，過負荷20%范圍就到線路末端了，會失去選擇性。)動作速度快，但有0.06左右延時。構(gòu)成：硬件結(jié)構(gòu)如圖：第28頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

工作原理：正常運行時，負荷電流流過線路，反映在電流繼電器1中的電流小于啟動電流，1不動作，其常開觸點是斷開的，2常開觸點也是斷開的，信號繼電器3線圈和斷路器QF跳閘線圈中無電流，斷路器主觸頭閉合處于送電狀態(tài)。

當線路短路時，短路電流超過保護裝置的啟動電流，電流繼電器1常開觸點閉合啟動中間繼電器2,2常開觸點閉合將正電源接入3的線圈，并通過斷路器的常開輔助觸點QFI，接到跳閘線圈TQ構(gòu)成通路，斷路器DL執(zhí)行跳閘動作，DL跳閘后切除故障線路。第29頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

中間繼電器2的作用:一方面是利用2的常開觸點（大容量）代替電流繼電器1的小容量觸點，接通TQ線圈；另一方面是利用帶有0.06一0.08s延時的中間繼電器，以增大保護的固有動作時間，躲過避雷器放電時間（一般放電時間可達0.04—0.06s)，以防止避雷器放電引起保護誤動作。

信號繼電器3的作用是用于指示該保護動作，以便運行人員處理和分析故障。第30頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅰ段（瞬時電流速斷）

對每一套保護裝置來講，在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路故障時，通過保護裝置的短路電流為最大，稱為系統(tǒng)最大運行方式；在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，則短路電流為最小，則稱為系統(tǒng)最小運行方式。(系統(tǒng)正序和負序等值阻抗相等時，有兩相短路電流等于該點三相短路電流的√3/2=0.866

倍)

對每套保護裝置來講：一般情況下，應按系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路故障時運行方式和故障類型來整定其保護范圍。第31頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅰ段（瞬時電流速斷）IdZⅠ的整定：

IdZⅠ=（1.2-1.3）×I本線路末端三相短路時流過本保護的電流

瞬時電流速斷保護的校驗：一般情況下，應按系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路時的運行方式和故障類型來校驗其保護范圍。規(guī)程規(guī)定，最小保護范圍不應小于線路全長的15％—20％。第32頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅱ段（限時電流速斷）

由于保護的動作時限與短路電流的大小無關(guān)(大于門限值)，是固定的，故稱為限時電流速斷。

限時電流速斷保護用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，能保護本線路的全長，同時也能作為本段瞬時速斷保護的近后備保護。

保護范圍：可以保護本線路全長，通常要求Ⅱ段延伸到下一段線路的保護范圍，但不能超出下一段線路Ⅰ段的保護范圍。第33頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅱ段（限時電流速斷）

在線路上裝設了電流速斷和限時電流速斷保護以后，它們的聯(lián)合工作就可以保證全線路范圍內(nèi)的故障都能在0.5s的時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能滿足速動性的要求。具有這種性能的保護稱為該線路的主保護。

分析：動作時間帶延時的原因，由于要求限時電流速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發(fā)生短路時，它就要誤動。為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶有一定的時限。一般動作時限比下一條線路的電流速斷保護（Ⅰ段）高出一個Δt的時間階段，通常取0.5s，微機保護取0．3s。第34頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅱ段（限時電流速斷）構(gòu)成：硬件結(jié)構(gòu)與第Ⅰ段類似。

IdZⅡ的整定：為了使Ⅱ段電流保護能保護本線路全長，且不能超出下一段線路Ⅰ段的保護范圍。則Ⅱ段電流保護的動作電流:IdZⅡ=（1.1-1.2）×I下一段線路Ⅰ段電流保護的動作電流第35頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅲ段（定時限過電流）

采用電流第Ⅲ段的原因：Ⅰ段電流速斷保護可無時限地切除故障線路，但它不能保護線路的全長（15%-50%）。Ⅱ段限時電流速斷保護雖然可以較小的時限切除線路全長上任一點的故障，但它不能作相鄰線路故障的后備，即不能保護相鄰線路的全長.

因此，引入定時限過電流保護，又稱為Ⅲ段電流保護。

保護范圍：它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，作為本線路Ⅰ段、Ⅱ段主保護的近后備以及相鄰下一線路保護的遠后備。第36頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅲ段（定時限過電流）第Ⅲ段的IdZⅢ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多。其靈敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；動作電流IdZⅢ的整定：①按躲過被保護線路最大負荷電流整定，②返回電流：要求在相鄰下段線路上的短路故障切除后保護能可靠返回（即保護裝置的返回電流應大于外部短路故障切除后流過本保護的最大自啟動電流）。這樣就可保證電流保護Ⅲ段在正常運行時不啟動，而在發(fā)生短路故障時啟動，并以延時來保證選擇性。第37頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電流保護Ⅲ段（定時限過電流）構(gòu)成：硬件結(jié)構(gòu)與第Ⅱ段類似。時限整定：為了保證選擇性，各段電流保護Ⅲ段（定時限過電流）的動作時限按階梯原則整定，這個原則是從用戶到電源的各段線路保護的第Ⅲ段的動作時限逐段增加一個Δt。見下頁說明：第38頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三定時限過電流保護(Ⅲ段)動作時間

在網(wǎng)絡中某處發(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Ⅲ段的測量元件均可能動作。例如：下圖中d點短路時，保護1～4都可能起動。為了保證選擇性，須對各段線路的定時限過電流保護加延時元件且其動作時間必須相互配合，越接近電源，延時tiⅢ越長。第39頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三總結(jié)：

Ⅲ段式電流保護構(gòu)成I段：保護本線路一部分，動作時間快。II段：可保護本線路全長及相鄰線路一部分，動作時間有延時。III段：保護本線路和相鄰線路，動作時間長。線路首端附近發(fā)生的短路故障，由第I段切除，線路末端附近發(fā)生的短路故障，由第II段切除，第III段只起后備作用。（圖上說明：上級線路II段可保護相鄰線路一部分，不超出下級線路I段范圍；上級線路III段延時比下級線路III段長）第40頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三總結(jié)：Ⅲ段式電流保護保護范圍(國網(wǎng)教材）I段：只能保護線路一部分,最大運行方式約全長的50%，最小保護范圍不應小于全長的15％—20％,

II段：可以保護本線路全長，通常要求Ⅱ段延伸到下一段線路的保護范圍，但不能超出下一段線路Ⅰ段的保護范圍。III段：不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長。第41頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三總結(jié)：Ⅲ段式過電流保護整定特點（1）瞬時電流速斷的電流整定：是按躲過被保護線路末端的最大短路電流整定。一般整定電流取線路末端最大短路電流Ik.max的1.2～1.3

倍。（2）第Ⅱ段電流整定：其整定電流一般取下一段線路的瞬時電流速斷的

1．1～1．2

倍，并在本線末端故障最小短路電流時，可靠動作。（3）第Ⅲ段的IdZ啟動電流按照躲開最大（過）負荷電流來整定的一種保護裝置。返回電流也應躲過下一級線路故障切除后本線路的最大自啟動負荷電流。第42頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三終端線路過電流保護構(gòu)成

特點：(國網(wǎng)教材）終端線路往往不裝設Ⅱ段,末級線路保護簡化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ）

對終端線路可裝設兩段過電流保護，第一段為不帶時限的電流速斷保護（保護范圍可伸到變壓器內(nèi)部）；第二段為帶時限的過電流保護，保護可采用定時限(Ⅲ段)或反時限特性。根據(jù)被保護線路在系統(tǒng)中的地位，在保證滿足選擇性、靈敏性和速動性的前提下，允許只裝設I、III段或II、III段或只裝設第III段電流保護。第43頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三微機型三段式電流保護的原理框圖

Tn為n段保護時限（n=1，2，3）在電流保護投入運行狀態(tài)時，當任一相電流大于電流定值且時間大于整定延時后，裝置動作即出口跳閘，并發(fā)出“保護動作”信號以及遠傳或就地顯示“過流信號”。各段電流及時間定值可獨立整定，通過分別設置保護壓板或控制字來投退。

微機型三段式電流保護的原理框圖

第44頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三微機型三段式電流保護的定值單-川底35KV站（10KV）

定值種類定值項目整定值定值種類定值項目整定值過流過流Ⅰ段46A零序零序Ⅰ段99A閉鎖電壓99V零序Ⅱ段99A過流Ⅱ段30A零序Ⅱ段延時22S過流Ⅱ段延時0.25S零序Ⅲ段99A過流Ⅲ段6.5A零序Ⅲ段延時22S過流Ⅲ段延時0.6S低周頻率45Hz反時限電流99A滑差10Hz/s最小延時22S低周延時22S重合閘重合閘延時22S閉鎖電流5A同期壓差150V閉鎖電壓150V無壓元件150V低壓解列10V啟動元件電流突變量0.5A解列延時22S過負荷元件5A參數(shù)PT變比10/0.1無電流元件0.5ACT變比500/5第45頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三方向過電流保護多電源網(wǎng)絡增加方向元件保證選擇性:

分析：雙側(cè)電源供電情況下，K1故障，對誤動作的保護3而言，實際短路功率的方向都是由線路流向母線，這與在線路故障時正確動作的保護2的短路功率方向剛好相反。第46頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三方向過電流保護

解決方法：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。方向過電流保護

第47頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三方向元件配置+整定

即為了消除這種無選擇的動作，就需要在可能誤動作的保護上增設一個功率方向閉鎖元件，該元件只當短路功率方向由母線流向線路時，才允許保護動作。從而使繼電保護的動作具有一定的方向性。

從硬件配置上看：方向性繼電保護的主要特點就是在原有保護的基礎上增加一個功率方向判別元件，以保證在反方向故障時把保護閉鎖使其不致誤動作。同方向的保護，它們的靈敏度應相互配合:IdZⅢ。1＞

IdZⅢ.3＞IdZⅢ.5t1＞

t3＞

t5

第48頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三方向過電流保護的構(gòu)成

功率方向繼電器4、6是方向元件。由于加裝了功率方向繼電器，因此線路發(fā)生短路時，雖然電流繼電器都可能動作，但只有流入功率方向繼電器的電流與功率方向繼電器規(guī)定的方向一致時（當規(guī)定指向線路時，即一次電流從母線流向線路時），功率方向繼電器才動作，從而使斷路器跳閘。第49頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電壓閉鎖方向電流保護①電壓元件做閉鎖元件，電流元件做測量元件；②I,II段電流元件整定同前電流保護，電壓元件保證靈敏度；③在

III

段整定時，III段電流元件躲過最大負荷電流（事故性），電壓元件保證躲過(低于)保護安裝處最低運行電壓，由于有電壓閉鎖元件所以可不用考慮電動機的自啟動系數(shù)，因而保護靈敏度和可靠性得到提高。④電壓電流保護一般用于多電源或較復雜的電網(wǎng)。第50頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三小接地電流系統(tǒng)的零序保護

在中性點非直接接地的電網(wǎng)（又稱小接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生單相接地時，由于故障點的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，對負荷的供電沒有影響，在故障不擴大的情況下，可以運行一段時間。注意，在單相接地以后，其他兩相的對地電壓要升高倍。

因此，在小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，一般只要求繼電保護能發(fā)出信號（①無選擇性、②有選擇性），而不必跳閘。但當單相接地對人身和設備的安全有危險時，則應動作于跳閘。特別是對配電網(wǎng)供電可靠性要求越來越高的今天，更是應該如此。第51頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三①無選擇性的零序電壓過濾器

取得零序電壓的接線圖

(a）用三個單相式電壓互感器；(b）用三相五柱式電壓互感器

第52頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

②有選擇性的電纜零序電流互感器接線這種保護安裝在電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路上。其整定的動作電流為2-5倍的本線路的對地電容電流。第53頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三思考題：哪些可以保護本段線路全長？哪些可以延伸到其他段線路？哪些只能保護本段線路部分長度？全長：縱聯(lián)保護延伸：零序二段、過流二段、距離二段部分：電流速斷（15％～20％以上）、距離保護的一段（80％～85％）、零序一段第54頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三3、中低壓線路保護－110kv線路保護配置原則：110kV

中性點直接接地的電網(wǎng)中，裝設反映接地短路和相間短路的保護裝置。

應配置反應相間故障的三段式相間距離保護。應配置反應接地故障的三段式接地距離保護和三段式或四段式零序電流保護。

第55頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三3、中低壓線路保護（110kv）的實際配置①接地故障保護：階段式零序保護（IV段）和接地距離保護（III段式）。②相間故障保護：階段式相間距離保護（III段式）。③后備保護：一般采用遠后備。④重合閘：三相一次重合閘?，F(xiàn)在也逐漸在重要線路配置縱聯(lián)保護作為110kv線路保護，再以距離和零序作為后備保護。第56頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三距離保護原理類型分析Z=U/I

接地距離保護優(yōu)點：保護范圍較為穩(wěn)定，不受負荷電流和系統(tǒng)方式變化的影響；能反映各種性質(zhì)的故障。

缺點：保護范圍受過渡電阻的影響較大。

相間距離保護第57頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

電網(wǎng)的距離保護距離保護反映故障點到保護安裝處的距離，它基本上不受系統(tǒng)的運行方式的影響。圖上發(fā)生短路時：ZK1＜ZK2第58頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三距離保護的特點

1.選擇性在、多電源的復雜網(wǎng)絡中能保證動作的選擇性。距離保護范圍穩(wěn)定，I段基本不受系統(tǒng)運行方式影響。其它段受系統(tǒng)運行方式影響也比電流電壓保護小。電流保護在長距離加重載情況下，由于末端短路和正常差別可能不大，會失去選擇性。

2.快速性距離保護的第一段能保護線路全長的85%，對雙側(cè)電源的線路，至少有30%（帶方向，15%+15%

）的范圍保護要以II段時間切除故障（可見不能做到全線速動，不能作為220KV主保護）。3.靈敏性由于距離保護同時反應電壓和電流，靈敏度高。4.可靠性由于阻抗繼電器構(gòu)成復雜，距離保護的直流回路多，振蕩閉鎖、斷線閉鎖等使接線復雜，可靠性較電流保護低。

第59頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

距離保護的工作原理

斷路器處所裝距離保護測量元件的輸入是該處的母線電壓和流過該線路上的電流。是反應電流增大和電壓降低（即測量阻抗降低）而動作的一種保護。當故障點距保護安裝處越近時，保護裝置感受的距離越小，保護的動作時間就越短(Ⅰ段）；反之，當故障點離保護安裝處遠時，保護裝置感受的距離越大，保護的動作時限就越長(Ⅱ段）。這樣，故障將總是由距故障點近的保護首先切除，從而保證在任何形狀電網(wǎng)中，故障線路都能有選擇地切除。因此，距離保護的測量元件應能測量故障點到保護安裝處的距離。而測量故障點到保護安裝處的距離，實際上是測量故障點至保護安裝處的線路阻抗。

第60頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

距離保護的工作原理

正常運行時母線上的工作電壓在額定值附近，一般說，線路的負荷電流，相對短路電流又小得多，故線路在負荷狀態(tài)下的測量阻抗值較大，且其角度為負荷功率因數(shù)角。而在BC線上發(fā)生金屬性三相短路時，在斷路器

2QF處所測量的測量阻抗值小(等于該處母線殘余電壓與流經(jīng)該處保護的電流的比值)為：

第61頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三距離保護通過阻抗繼電器來完成對線路阻抗的測量。單相式阻抗繼電器是指加入繼電器只有一個電壓（可以是相電壓或線電壓）和一個電流（可以是相電流或兩相電流差）的阻抗繼電器，加入繼電器的電壓與電流比值稱為繼電器的測量阻抗。測量阻抗可表示為：第62頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

（１）對阻抗繼電器接線的要求：

①阻抗繼電器的測量阻抗應正比于短路點到保護安裝地點之間的距離；②阻抗繼電器的測量阻抗應與故障類型無關(guān)，也就是保護范圍不隨故障類型而變化；③阻抗繼電器的測量阻抗應不受短路故障點過渡電阻的影響。（２）阻抗繼電器的工作方式：按絕對值比較方式的，按相位比較方式。（3）阻抗繼電器接線方式：反應相間短路的有00接線、+300接線、-300接線；反應接地故障的接線。第63頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三常規(guī)距離保護的構(gòu)成框圖：由起動元件、方向元件、測量元件、時間元件和執(zhí)行部分組成。第64頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三距離保護構(gòu)成起動元件：發(fā)生短路故障時瞬時起動保護裝置。方向元件：判斷短路方向。測量元件：測量短路點至保護安裝處距離（阻抗繼電器）。時間元件：根據(jù)預定的時限特性動作的時限，保證保護動作的選擇性。執(zhí)行元件：作用于斷開斷路器。第65頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三微機型距離保護的主要組成元件框圖三段式距離保護的原理框圖第66頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三微機型距離保護的主要組成元件框圖帶閉鎖的三段式距離保護的原理框圖第67頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三距離保護的振蕩閉鎖

系統(tǒng)振蕩特點：兩側(cè)相位在0—360度間變化，電氣量作周期性平滑變化，且各點的電流電壓相角是變化的，振蕩中心電壓最低，電壓電流保持對稱，不會出現(xiàn)負序和靈序分量。振蕩可在系統(tǒng)的穩(wěn)定控制裝置（連鎖切機、切負荷）、自動裝置、調(diào)節(jié)器等作用下恢復正常。為防止振蕩時誤動，應設置閉鎖。其利用的區(qū)分方式為：不對稱短路存在負序和靈序分量，三相短路的電壓電流存在突變。對振蕩閉鎖裝置的要求：發(fā)生短路時快速開放保護；出現(xiàn)振蕩時快速閉鎖保護；振蕩平息后復歸保護。第68頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三方向阻抗繼電器元件為了提高距離保護動作的選擇性、可靠性，應采用方向元件，即使用方向阻抗繼電器元件，使保護性能有較顯著改善。第69頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

（1）距離保護第Ⅰ段的整定：一般按躲開下一條線路出口處相間短路故障的原則來整定，一般為本線路阻抗的70%整定。（2）距離保護第Ⅱ段的整定：

距離Ⅱ段定值，按本線路末端發(fā)生金屬性相間故障有足夠靈敏度整定。與相鄰線距離保護第Ⅰ段相配合，考慮原則與限時電流速斷保護相同。

(3）距離保護第Ⅲ段的整定：

距離Ⅲ段定值按可靠躲過本線路的最大事故過負荷電流對應的最小阻抗整定，并與相鄰線路距離Ⅱ段配合。距離保護的整定計算第70頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

①階梯型三段式距離保護I段的保護范圍為線路全長的（80％—85％），動作時限為各繼電器固有動作時間之和，約0.1s以內(nèi)，稱為瞬時動作。作為本線路的主保護。②距離保護Ⅱ段的保護范圍為被保護線路的全長及下一線路的（30％—40％），不超過相鄰線路距離I段的保護范圍，動作時限要與下一線路距離I段動作時限配合，一般取0.5S左右。作為本線路的主保護。③距離保護III段為后備保護，一般其保護范圍較長，包括本線路和下一線路的全長乃至更遠。距離III段的動作時限是按階梯原則整定的，即本線路距離III段動作時限比下一線路距離III段的動作時限大Δt(約0．5S)。主要作為相鄰線路的后備保護。

三段式距離保護的保護范圍及時限配合（國網(wǎng)教材）第71頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三成莊110KV站110kV線路156保護配置及定值保護裝置種類定值時間跳開關(guān)號保護范圍或靈敏度備注一次值二次值接地距離Ⅰ段3.2Ω0.35Ω0″15670%線末校接地距離Ⅱ段13.2Ω1.44Ω0.3″1562.7線末校接地距離Ⅲ段50Ω5.5Ω2.4″15610線末校相間距離Ⅰ段3.66Ω0.4Ω0″15680%線末校相間距離Ⅱ段15.5Ω1.69Ω0.3″1563.4線末校相間距離Ⅲ段60.5Ω6.6Ω2.4″15613.3線末校零序過流Ⅰ段0″156零序過流Ⅱ段0.3″1561線末3I0（1）校零序過流Ⅲ段0.6″1561.8線末3I0（1）校零序過流Ⅳ段2.7″1562.5線末3I0（1）校TV斷線過流Ⅰ段0.3″156TV斷線過流Ⅱ段2.4″156重合閘1.5″普通重合閘第72頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三4零序保護原理類型分析

系統(tǒng)發(fā)生接地短路，會出現(xiàn)零序電流和零序電壓?？筛鶕?jù)有無零序分量，判斷系統(tǒng)是否發(fā)生接地短路，從而構(gòu)成接地短路保護。零序電流保護（階段式零序保護，零序方向過流保護）受系統(tǒng)接地點和運行方式的影響較大零序電流保護只反映接地性質(zhì)故障

零序電壓保護第73頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電網(wǎng)零序保護

分析：110kV

中性點直接接地系統(tǒng)，線路接地故障占所有故障的

80%以上，三相完全星形接線的過電流保護雖然也能保護接地短路，但其靈敏度低，保護時限長。采用輸電線路零序電流保護能克服這一不足。因為：①系統(tǒng)正常和兩相短路時，不會出現(xiàn)零序電流和零序電壓，②零序電流的整定電流較小，可提高保護的靈敏度；③Y，d

接線的降壓變壓器△側(cè)的零序電流不會反映到

Y

側(cè)，所以零序保護的時限可能取得較短。因此，零序電流保護為

110kV

輸電線路接地故障的主要保護之一。

第74頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序電流保護的特點①零序過電流保護的靈敏度較高。零序過電流保護的動作時限受零序網(wǎng)絡的限制也較短。原理簡單、結(jié)構(gòu)可靠。②相間短路的電流速斷和限時電流速斷保護直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響很大，而零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化的影響要小得多。

③當系統(tǒng)中發(fā)生某些不正常運行狀態(tài)時（例如，系統(tǒng)振蕩、短時過負荷等）三相是對稱的，相間短路的電流保護均受它們的影響而可能誤動作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保護則不受它們的影響。④在11OkV及以上的高壓和超高壓系統(tǒng)中，單相接地故障約占全部故障的70％一90%,而且其他的故障也往往是由單相接地發(fā)展起來的，因此，采用專門的零序保護就具有顯著的優(yōu)越性。第75頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序電流過濾器

零序電流過濾器(a）原理接線第76頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三電網(wǎng)零序保護原理大電流接地系統(tǒng):（系統(tǒng)中主變壓器中性點直接接地）國內(nèi)：X0/X1<4~5

國外：X0/X1<3零序等值阻抗：網(wǎng)絡中性點接地方式，主要是與變壓器接地中性點分布、故障點位置、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)等有關(guān)。零序保護原理:

利用系統(tǒng)中發(fā)生d(1),d(1,1)故障,系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序分量,而正常運行時無零序分量。根據(jù)這一特性，可利用零序分量構(gòu)成接地短路的保護。

第77頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三接地故障零序分量分布第78頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三接地故障零序分量特點①零序電壓：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。②零序電流分布：中性點接地變壓器的位置、短路點位置等有關(guān)，變壓器中性點必須接地才能形成零序通路。中性點接地的變壓器可以視為零序電流的電源。大小：與線路及中性點接地變壓器的零序阻抗有關(guān)。③零序功率：短路點最大(與U0相同)。

方向：與正序相反,從線路→母線④零序電流零序電壓相位角取決于背側(cè)阻抗角。第79頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三階段式零序電流保護構(gòu)成三段式

Ⅰ段:速動段保護

Ⅱ段(Ⅱ、III段)應能有選擇性切除本線路范圍的接地故障，其動作時間應盡量縮短。最末一段：后備即對III段式零序保護，其I段和II段作為本線路主保護，III段為相鄰線路遠后備；可見，三段式零序電流保護與三段式電流保護是相似的。四段式簡介：IV

段式同III段式相比，增加了一段不考慮對本線末端

有規(guī)定靈敏度的零序保護，其余同段式零序保護。（如零序第Ⅱ段在線路對端母線接地故障時靈敏度不足，就由零序第Ⅲ段保護線路全長，以保證對端母線接地故障時有足夠的靈敏度。這時，原來的零序第Ⅲ段就相應地變?yōu)榱阈虻冖舳?。國網(wǎng)教材））

第80頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三階段式零序電流保護原理圖從原理上講，三段式零序電流保護與三段式電流保護是完全相同的，不同的是零序電流保護只反應了短路電流中的一個分量。而過電流保護則反應的是整個短路電流。故三段式零序電流保護的整定與時限配合原則上和三段式電流保護是相似的。第81頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

①零序I段為瞬時零序電流速斷，按本線路末端接地故障最大三倍(零序電流互感器接線方式）零序電流的（1.3-1.5）倍整定。②零序Ⅱ段為限時零序電流速斷，按本線路末端接地故障有不小于約1.3的靈敏系數(shù)整定，并與相鄰線路零序過流Ⅱ段配合。③零序Ⅲ段為后備段，作為本線路及相鄰線路的后備保護，整定與相鄰線路零序過流Ⅲ

段配合，對相鄰線路末端金屬性接地故障的靈敏系數(shù)力爭不小于1.2，并躲本線路末端主變其它各側(cè)三相短路最大不平衡電流，其一次值不于300A。在終端線路，也可以作為主保護使用。零序電流保護各段的整定第82頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三

零序保護范圍和相間電流保護一樣，廣泛采用階段式，一般是三段，有時可用四段，①零序I段為瞬時零序電流速斷，只保護線路的一部分（達80%左右，與距離保護類似）；無時限（有I段元件的固有時限）。②零序Ⅱ段為限時零序電流速斷，可保護本線路全長，并與相鄰線路保護相配合，動作一般帶0．5s延時；③零序Ⅲ段為后備段，作為本線路及相鄰線路的后備保護，保護本線路全長及下一級線路全長。III段的動作時限是按階梯原則整定的，即本線路距離III段動作時限比下一線路距離III段的動作時限大Δt(約0．5)。

零序電流保護的保護范圍及時限配合(國網(wǎng)教材）第83頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序方向元件

在多電源線路中，為了提高繼電保護動作的選擇性、可靠性，應采用方向元件，使保護性能有較顯著改善。分析：在下圖中，K點短路，對保護I03來說是反方向故障，會產(chǎn)生I0.NQ零序電流，如不考慮方向，當時限tI03<tI02時，保護I03會先于保護I02出口，失去選擇性。第84頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序方向元件

零序方向元件一般用零序功率方向繼電器來實現(xiàn)。零序電流保護各段，經(jīng)核算在保護配合上可以不經(jīng)方向元件控制時，宜不經(jīng)方向元件控制。第85頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序保護對變壓器中性點接地方式要求（國網(wǎng)教材）

變壓器中性點接地運行方式的安排，應盡量保持變電所零序阻抗基本不變。遇到因變壓器檢修等原因，使變電所的零序阻抗有較大變化的特殊運行方式時，根據(jù)當時實際情況臨時處理。變電所只有一臺變壓器，則中性點應直接接地，計算正常保護定值時，可只考慮變壓器中性點接地的正常運行方式。當變壓器檢修時，可作特殊方式處理，例如改定值或按規(guī)定停用、起用有關(guān)保護段。第86頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三零序保護對變壓器中性點接地方式要求（國網(wǎng)教材）

變電所有兩臺及以上變壓器時，應只將一臺變壓器中性點直接接地運行，當該變壓器停運時，將另一臺中性點不接地變壓器改為直接接地。如果由于某些原因，變電所正常必須有兩臺變壓器中性點直接接地運行，當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時，若有第三臺變壓器則將第三臺變壓器改為中性點直接接地運行。否則，按特殊方式處理。雙母線運行的變電所有三臺及以上變壓器時，應按兩臺變壓器中性點直接接地方式運行，并把它們分別接于不同的母線上，當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時，將另一臺中性點不接地變壓器直接接地。若不能保持不同母線上各有一個接地點時，作為特殊運行方式處理。為了改善保護配合關(guān)系，當某一短線路檢修停運時，可以用增加中性點接地變壓器臺數(shù)的辦法來抵消線路停運對零序電流分配關(guān)系產(chǎn)生的影響。第87頁，講稿共99頁，2023年5月2日，星期三110kV線路微機保護裝置功能介紹一類：PSL-621D：配有光纖縱差、四段零序、二段過流、三段接地和相間距離、斷路器失