《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二版》讀書筆記

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》讀書筆記

1.緒論

1.1電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)

一般將電能通過的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，定一次備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、

控制和保護(hù)的設(shè)備稱為二次設(shè)備。

一般正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，其發(fā)電、輸電和變電設(shè)備還保持一定的備用容量，能滿足

負(fù)荷隨機(jī)變化的需要，同時(shí)在保證安全的條件下，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；能承受常見的干撓，

從一個(gè)正常狀態(tài)和不正常狀態(tài)、故障狀態(tài)通過預(yù)定的控制連續(xù)變化到另一個(gè)正常狀態(tài)，而不

致于進(jìn)一步產(chǎn)生有害的后果。

不正常運(yùn)行狀態(tài)指部分參量超過安全工作限額但乂不是故障的工作狀態(tài)，如因負(fù)荷潮流

超過電氣設(shè)備的額定上限造成的電流升高（又稱為過負(fù)荷），系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的

頻率降低，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)頻率升高，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和非有效接地系統(tǒng)

中的單相接地引起的非接地相對(duì)地電壓的升高，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等。

電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種類型的短路，包括三相短

路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路，其中以單相接地短路為主:，其次為兩相短.路。

電力系統(tǒng)自動(dòng)化（控制）：為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)

與裝備，主要進(jìn)行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作速度相對(duì)緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個(gè)

電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對(duì)象。

為了在故障后迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，消除故障，保證持續(xù)供電，常采用以下的

自動(dòng)化措施：輸電線路自動(dòng)重合閘，備用電源自動(dòng)投入，低電壓切負(fù)荷，按頻率自動(dòng)減負(fù)荷,

電氣制動(dòng)、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)，完成這些任

務(wù)的自動(dòng)裝置統(tǒng)稱為電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置。

繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于

斷路器跳閘或發(fā)生信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。

1.2繼電保護(hù)的基本原理及構(gòu)成

實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)需區(qū)分電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的差異，具有明顯差異的電氣量有：流

過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的

電壓與電流的比值即“測(cè)量阻抗”等。

線路短路后，從電源端至短路點(diǎn)，離短路點(diǎn)越近，電壓降得越低，短路點(diǎn)的相間或?qū)Φ?/p>

電壓降低到零。而對(duì)短路電流，不同的短路點(diǎn)隨距電源端的距離變化，短路電流相應(yīng)連續(xù)變

化，短路點(diǎn)越運(yùn)電流越小，

在正常運(yùn)行時(shí)，線路始端的電壓與電流之比反映的是該線路與供電負(fù)荷的等值阻抗及負(fù)

荷阻抗角（即功率因數(shù)角，電流與電壓之間的相位角，正常運(yùn)行時(shí)一般小于30°）,阻抗值

一般較大，阻抗角較小。短路后，線路始端的電壓與電流之比反映的是該測(cè)量點(diǎn)到短路點(diǎn)之

間線路段的阻抗，其值較小，如不考慮分布電容時(shí)，一股正比于該線路段的距離（長(zhǎng)度），

阻抗角為線路阻抗角，較大。利用測(cè)量阻抗幅值的降低和阻抗角的變大，可以構(gòu)成距離（低

阻抗）保護(hù)。

如果電力系統(tǒng)發(fā)生的不是三相對(duì)稱短路，而是不對(duì)稱短路，則在供電網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)某些

不對(duì)稱分量，如負(fù)序或零序電流和電壓等，并且其幅值較大，利用這些序分量構(gòu)成的保護(hù)，

一般都有良好的選擇性和靈敏性。

保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值，常用的方法是預(yù)先給定各電力元件保護(hù)的保護(hù)范圍，求出保護(hù)

范圍末端發(fā)生短路時(shí)的電氣量，并考慮適當(dāng)?shù)目煽啃栽６群笞鞒鲋怠?/p>

階段式保護(hù)特性：為單端電氣最的保護(hù)，需要上、下級(jí)保護(hù)（離電源的近、遠(yuǎn)）動(dòng)作整

定值和動(dòng)作時(shí)間的配合來切除不同點(diǎn)的短路。

電力元件的主保護(hù)，只在被保護(hù)元件內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作，可以快速切除被保護(hù)元件內(nèi)部任

意點(diǎn)的故障，被認(rèn)為具有絕對(duì)的選擇性。常見主保護(hù)有：利用每個(gè)電力元件在內(nèi)部與外部短

路時(shí)兩側(cè)電流相量的差別可以構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)，利用兩側(cè)電流相位的差別可以構(gòu)成電流相

位差動(dòng)保護(hù)，利用兩側(cè)功率方向的差別可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，利用兩側(cè)測(cè)后阻抗的

大小和方向等還可以構(gòu)成其他原理的縱聯(lián)保護(hù)。利用某種通信通道同時(shí)比較被保護(hù)元件兩側(cè)

正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣量差異的保護(hù)，稱為縱聯(lián)保護(hù)。

保護(hù)裝置的構(gòu)成:相應(yīng)輸入量一測(cè)量比較元件f邏輯判斷元件一執(zhí)行輸出元件一跳閘或

信號(hào)。

測(cè)量比較元件：測(cè)量值與給定值比較并給出0、1邏輯信號(hào)，有被測(cè)電氣量超過給定值

動(dòng)作的過量繼電器，如過流繼電器、過壓繼電器、高周波繼電器等：低于給定值動(dòng)作的欠量

繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器、低周波繼電器；被測(cè)電壓、電流之間相位角滿足一

定值而動(dòng)作的功率方向繼電器等。

在堆電保護(hù)的工作⑼路中一般包括：

將通過一次電力做缶的電流.電1k線性地

傳變?yōu)檫m合緡電保護(hù)等二次設(shè)笛使用的電

流、電壓.并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離

的設(shè)備,如電流、電壓瓦感器及其與保護(hù)

裝置連接的電韁等?斷路器跳閘線圖及與

保護(hù)裝置出口間的連接電纜.指示保護(hù)裝

置動(dòng)作情況的信號(hào)設(shè)備；保護(hù)裝宣及跳

閘、信號(hào)回路設(shè)備的工作電源等.圖1.4

以過電流保護(hù)為例,展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的保

護(hù)工作回路的原理接線.

電泡互感器TA將一次穩(wěn)定電流變換

0B1.4過電施保護(hù)工作回路瞟理接域圖為二次蝮定電流5A或IA?送入電流繼電

HKA（測(cè)依比較元件）,當(dāng)流過電潦繼電器的電流大于其憤定的動(dòng)作值（整定值.可調(diào)整）

時(shí)其輸出啟動(dòng)時(shí)間韁電器KT（邃輯部分）?經(jīng)預(yù)定（可兩整）的建時(shí)《邏輯運(yùn)算）后，時(shí)

間堪電器的輸出啟動(dòng)中間繼電器KM（執(zhí)行輸出）并使K接點(diǎn)閉合,接通斷路器的跳閘回

Wh同時(shí)使信號(hào)繼電器KS發(fā)出動(dòng)作信號(hào).在正常運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)荷電流小于電流繼電睛的

整定電流，電流繼電器不動(dòng)作，整套保護(hù).不動(dòng)作.當(dāng)被保護(hù)的線路發(fā)生短路后，線路中渡過

的短路電流一般是U定負(fù)荷電流的數(shù)倍至數(shù)十倍，電流互感器二次側(cè)臨出的電流線性增大.

渡過電源堆電If的電流大于整定電流而動(dòng)作?啟動(dòng)時(shí)間堆電器,經(jīng)陵定的延時(shí)后，時(shí)間堆電

皂的觸點(diǎn)閉合啟動(dòng)中間繼電券，中間繼電器的觸點(diǎn)瞬時(shí)閉合.當(dāng)斷路器QF處于合網(wǎng)位置

時(shí)，其位置觸點(diǎn)QF是閉合的.使斷路器的跳閘線圖YR帶電.在電磁力的作用下使脫扣機(jī)

構(gòu)野放，斷路儲(chǔ)在跳閘彈費(fèi)力F的作用下跳開?故障設(shè)備被切除,短路電流消失.電瓶韁

電11返回。整套保護(hù)裝置復(fù)歸,做好下次動(dòng)作的準(zhǔn)備.

每一套保護(hù)都有預(yù)先亞格劃定的保護(hù)范圍，一般借助于斷路器實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍的劃分。

近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，遠(yuǎn)后備保護(hù)安裝在上級(jí)（近電源側(cè)）元件的

斷路器處。

斷路器失靈保護(hù)：當(dāng)斷路器失靈時(shí)，由失靈保護(hù)啟動(dòng)跳開所有與故障元件相連的電源側(cè)

斷路器。

1.3對(duì)繼電保護(hù)的基本要求

繼電保護(hù)基本要求：（1）可靠性，即安全性（不誤動(dòng)），和信賴性（不拒動(dòng)）；（2）選擇

性；（3）速動(dòng)性；（4）靈敏性。

對(duì)220KV及以上電壓的超高壓電網(wǎng)，更強(qiáng)調(diào)保護(hù)不拒動(dòng)的信賴性，要求裝設(shè)兩套完全不

同的保護(hù)，各自獨(dú)立跳閘。對(duì)母線保護(hù)，更強(qiáng)調(diào)不誤動(dòng)的安全性，一般以兩套保護(hù)出口觸點(diǎn)

串聯(lián)后跳閘的方式。

2.電網(wǎng)的電流保護(hù)

2.1繼電器

繼電器分類：按動(dòng)作原理分電磁型、感應(yīng)型、整流r?—]

型、電子型和數(shù)字型；按反應(yīng)的物理量分電流繼電器、62’

電壓?、功率方向?、阻抗?、頻率?和氣體（瓦斯）?

等；按在保護(hù)回路中所起的作用分啟動(dòng)繼電器、量度?、

時(shí)間?、中間?、信號(hào)?、出口?。

防止當(dāng)輸入量在整定值附近波動(dòng)時(shí)輸出不停地跳

變，繼電器有一個(gè)返回值，返回值與啟動(dòng)值的比值稱為且...J?34

繼電器的返回系數(shù)，繼電器的啟動(dòng)和返回動(dòng)作明確、迅....?一

速、不可能停留在某一中間位置，這種特性稱之為“繼-71---------+------七—r

電特性”。

圖2.2維電特性曲線

2.2單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)

110KV及以上電網(wǎng)主要承擔(dān)輸電任務(wù)，形成多電源環(huán)網(wǎng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，其

主保護(hù)一般為縱聯(lián)保護(hù)；JOKV?以下電網(wǎng)主要承擔(dān)供配電任務(wù)，發(fā)生單相接地后為保證繼續(xù)

供電，中性點(diǎn)采用非直接接地方式，其主保護(hù)一般為階段式電流保護(hù)。

單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)：電流速斷保護(hù)，限時(shí)也流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流

保護(hù)，反時(shí)限過電流保護(hù)，

負(fù)荷電流與供電電壓之間的相位角就是通常所說的功率因數(shù)角，一般小于30°。

當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)與電源間線路中的短路電流包

括短路工頻周期分最、暫態(tài)高頻分晟和衰減直流分最。其短路T.頻周期分最近似計(jì)算式為

Ik=E，"Zx=K.X（E/Zs+Zk）,式中Et，為系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)，對(duì)應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)

行狀態(tài)，及為短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗，對(duì)應(yīng)于兩者的距離，Z,為保護(hù)安裝處到系統(tǒng)

等效電源之間的阻抗，對(duì)應(yīng)于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，降為短路類型系數(shù)，三相短路取1,兩相

短路取J3/2。隨整個(gè)電力系統(tǒng)開機(jī)方式、保護(hù)安裝處到電源之間電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?fù)荷水

平的變化，E,和Z：都會(huì)變化，造成短路電流r的變化。

隨短路點(diǎn)距等值電源的距高（阻抗ZC變化，短路電流連續(xù)變化，越遠(yuǎn)電流越小，并

且在本線路末端和下級(jí)線珞出口短路，電流沒有差別。

能快速切除全線路各種故障能力的保

護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。

對(duì)反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過量保護(hù)

裝置，靈敏系數(shù)的含義是K=保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)

生金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的計(jì)算值/保護(hù)

裝置的動(dòng)作參數(shù)值，要求大于1,故障參

數(shù)如電流、電壓等的計(jì)算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際

情況合理采用最不利于保護(hù)動(dòng)作的系統(tǒng)運(yùn)

行方式和故障類型來選定。

過電流保護(hù)作為下級(jí)線路主保護(hù)拒動(dòng)

和斷路器拒動(dòng)時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為

本線路主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)的近后備保護(hù)，也作

為過負(fù)荷時(shí)的保護(hù)。分定時(shí)限和反時(shí)限兩

國(guó)2.9限時(shí)電流速斷動(dòng)作時(shí)限的配合關(guān)系

種。保護(hù)范圍為本線路的全長(zhǎng)和相鄰線路

系統(tǒng)接線圖?(b)與電流速斷相合,

全長(zhǎng)。

(c)與限時(shí)電流速斷配合

定時(shí)限過流保護(hù)啟動(dòng)電流按躲開本元

件最大負(fù)荷電流來整定，同時(shí)還需考慮外

部故障切除后電壓恢更，負(fù)荷自啟動(dòng)電流

作用下保護(hù)裝置返【可，返同電流應(yīng)大于該

負(fù)荷自啟動(dòng)電流(I.即=KS」LMX),而負(fù)荷

自啟動(dòng)電流大于正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電

流(U/=K%I3)。定時(shí)限過流保護(hù)啟

動(dòng)電流為返回電流除以繼電器返回系數(shù)(I

，，l

Set=l/KreX)。上述表達(dá)式中K%為

可靠系數(shù)L15?1.25,L為自啟動(dòng)系數(shù)，圖2.11中測(cè)電源放射形網(wǎng)絡(luò)中過電

。為繼電器的返回系數(shù)0.85-0.95。流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限選擇說明

保護(hù)裝置過電流保護(hù)的啟動(dòng)和返回是

通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，因此繼電器返回電流與啟動(dòng)電流之間的關(guān)系也就代表著保擰裝置

返回電流與啟動(dòng)電流之間的關(guān)系。

各個(gè)過電流保護(hù)之間需要靈敏系數(shù)的配合，對(duì)同一故障點(diǎn)而言，要求越靠近故障點(diǎn)的保

護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)，

1*12.13階段式電流保護(hù)的配合和實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的示意圖

具有電潦速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過電源保護(hù)的垠相原理框圖如圖2.14所示.

電流速斷部分由電流元件KA1和信號(hào)元件KS?m

小限時(shí)電流速斷部分由電流元件KAL時(shí)間元件

KT11和信號(hào)元件KS■組成，過電流部分則由電流元

件KA，時(shí)間元件KT■和信號(hào)元件KS?組成.由

于三段的啟動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間整定的均不相同.因

此必須分別使用三個(gè)串聯(lián)的電流元件和網(wǎng)個(gè)不M時(shí)

限的時(shí)間元件，而信號(hào)元件則分別用以發(fā)出1?U.

11!段動(dòng)作的信號(hào).

ffl2.Iln行三段式電流保護(hù)的

不相原理祖田

反時(shí)限過電流繼電器電流元件和時(shí)間元件的職能由同一個(gè)繼電器來完成,在一定程度上

具有三段式電流保護(hù)的功能。

反時(shí)限過電流保護(hù)主要用于單側(cè)電源供電的終端線路和較小容量的電動(dòng)機(jī)上。

電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中的電流繼電器與電流互感器之間的連接方式，目前廣泛

采用的是三相星形和兩相星形接線方式。

兩相星形接線川裝設(shè)在A、C相上的兩相電流互感器與兩個(gè)電流繼電器分別按相連接在

一起，B相未裝設(shè)保護(hù)，E相接地時(shí)，保護(hù)不能動(dòng)作，AB和BC相間短路時(shí)只有A相或C相

一個(gè)繼電器動(dòng)作。

變壓器三角形側(cè)繞組中1a+ib+ic=0,各相出線電流1A、IB、1C與各相繞組中的電流

la、Tb>Ic關(guān)系為lA=Ia—lb,TB=Tb—Ic,lC=Ic—Ia?

圖2.22Ydll接線降壓變壓器兩相短躇時(shí)的電流分析及過電流保護(hù)的原理接線

(a)電流保護(hù)原理接線圖?(b＞饒組中電流分布?(c)三角形例

電流相知圖?型形例電流相融圖

CT三相星形接線或兩相星形接線的電流保護(hù)可以反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)和非直接接

地系統(tǒng)中的各種相問短路和中性點(diǎn)再接接地系統(tǒng)中的單用接地短路＜CT兩相星形接線時(shí)不

能反應(yīng)B相接地)。

中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)短時(shí)運(yùn)行。因此在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)生多處的

接地故障點(diǎn)時(shí)，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)，以最大限度縮小停電范圍。

中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路時(shí)，故障相電壓為0,故障相電流與零序電流3[.相

等；發(fā)生相間短路時(shí)，短路兩相電壓大小和方向都相同，而電流則大小相同，方向相反；中

性點(diǎn)接地系統(tǒng)中發(fā)生任何接地或相間短路時(shí)所有非故障用電流為0。

Ydll接線的變壓器,某側(cè)A—B或B—C短路時(shí),在另一側(cè)有IA=IC,lB=-2lA,即接

于B相I：的繼電器有較其他兩相大1倍的電流，因此靈敏系數(shù)增大1倍，但如保護(hù)采用兩相

星形接線，則需在兩相星形接線的中性線上再接入一個(gè)繼電器不能提高靈敏系數(shù)。

圖2.23三段式電流保護(hù)的原理接線圖

(a)*現(xiàn)接線兩：(b)交源回路?開圖.(e)?渡回路?開圖

2.3雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)

多電源網(wǎng)絡(luò)中相間短用時(shí)需采用方向性電流保護(hù)，在線路兩側(cè)的保護(hù)中加裝功率方向元

件。

圖2.24雙惻電源網(wǎng)絡(luò)及其保護(hù)動(dòng)作方向的規(guī)定

（c）各保妒動(dòng)作方向的規(guī)定，（d》方向過電流保妒的階梯方時(shí)限制性

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時(shí)流過線路的短路功率一般指短路時(shí)母線電壓與線路電流相乘

所得到的感性功率，方向是從電源經(jīng)由線路流向短路點(diǎn)。短路功率的流動(dòng)方向正是保擴(kuò)應(yīng)該

動(dòng)作的方向。

方向性電流保護(hù)即在電流保護(hù)的

基礎(chǔ)上加裝?個(gè)判別短路功率流動(dòng)方

向元件。當(dāng)功率方向由母線流向線路

（正方向）時(shí)才動(dòng)作，而反方向故障時(shí)，

使保護(hù)閉鎖。并與電流保護(hù)共同工作。

方向性電流保護(hù)既利用甩流的幅值特

征，又利用功率方向的特征。

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的方向電流保護(hù)可

以拆開看成是不同方向上的兩組單側(cè)

電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，各組保護(hù)反應(yīng)于各側(cè)

電源供給的電流。兩組保護(hù)之間不要求

有配合關(guān)系。

圖2.25方向過電流保護(hù)的單相原理接線圖

功率的方向即電流、電壓之間的相

位關(guān)系，而電流滯后對(duì)應(yīng)相電壓的角度稱為線路阻抗角”口電力系統(tǒng)任何線路任何情況下

0。<MV90°。如果規(guī)定流過保護(hù)的電流正方向是從母線指向線路，在正方向故障時(shí)流過

保護(hù)的電流Ir=h,滯后母線電壓U的相角為6k,0°V@kV90°；而在反方向故障時(shí)1r=

-h,滯后母線電壓U的相角為180。+*,180°<（180°+M）<270°,即兩種情況下

相位相差180°。

用以判別功率的方向或測(cè)定電流、電壓之間相位角的元件稱為功率方向元件（繼電器）。

由于它主要反應(yīng)于加入繼電器中電流和電壓之間的相位而工作，因此用相位比較方式來實(shí)現(xiàn)

最為簡(jiǎn)單。

功率方向元件（即功率方向繼電器）接入向量為電區(qū)。r,電流Ir,兩者的相角為arg（0

r/Ir）,用S表示。功率方向繼電器當(dāng)輸入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出值（轉(zhuǎn)矩或

電壓）隨兩者相位差的大小而改變。功率方向元件動(dòng)作最靈敏時(shí)的角度稱為其最大靈敏角

63明。又為了保證當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電阻、線路阻抗角3在0°?90°范圍內(nèi)變化情況下正

方向故障時(shí)，繼電器都能可靠動(dòng)作，功率方向元件動(dòng)

作的角度應(yīng)該有一個(gè)范圍，考慮實(shí)現(xiàn)的方便性，這個(gè)

范圍通常取為力Q±90°。當(dāng)Ur、Ir為故障相電壓

和電流時(shí)，功率方向元件動(dòng)作角度范圍為垂直于最大

靈敏角的一條直線，方程式4>8en-90°<arg（Cr/I

r）<e刈+90°,即一90°<arg（Orej，,":on/Ir）<

90°,功率形式表示為Urhcos（3一小及）>3臨

界條件為COS（<|>.—4>?.n）=1,即小『=小刈。最大

靈敏角力…=線路阻抗角3=60°。

功率方向元件為消除短路時(shí)的電壓死區(qū)，采用非

圖2.27三相短路外=60?時(shí)的相搔圖

故障相的相間電玉作為接入功率方向元件的電壓參

考相量，判別故障相電流的相位。（非故障的相間電壓與故障和電壓相差90°角），即所謂

90°接線（當(dāng)cose=l時(shí)，IA和。BC相位相差90°,只是稱呼方便，沒有物理意義），

當(dāng)采用90°接線方式特性的功率方向元件時(shí)，功率方向元件的最大靈敏角@加=如一

90°=-30°,取90。一帆=a（稱為功率方向繼電器的內(nèi)角），則功率方向元件的動(dòng)作特

性方程式為一90°—u<arg（Dr/Ir）<90°-a,功率形式表式為Urlrcos（（!>,+a）

>0,功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏的條件應(yīng)根據(jù)三相短路時(shí)使cos（<1）,+a）=1來決定。

功率方向判別元件的作用是比較加在元件上電壓與電流的相位，并在滿足一定關(guān)系時(shí)動(dòng)

作。其實(shí)現(xiàn)方法有相位比較法和幅值比較法。其實(shí)現(xiàn)手段有感應(yīng)型、集成電路型、和數(shù)字型

等。目前廣泛采用的相位比較法是相量Or和Ir轉(zhuǎn)換成電壓，測(cè)量?jī)蓚€(gè)電壓瞬時(shí)值同時(shí)為正

（或同時(shí)為負(fù)）的持續(xù)時(shí)間來進(jìn)行的。

對(duì)功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性問題，否則

會(huì)造成正方向短路拒動(dòng)，而反方向上誤動(dòng)。

電流保護(hù)及方向性電流保護(hù)應(yīng)用特點(diǎn)：在電流速斷保護(hù)中能用電流整定值和動(dòng)作時(shí)限保

證選擇性的，盡量不加方向元件；對(duì)線路兩端的保護(hù)能在一端保護(hù)中加方向元件后滿足選擇

性要求的，不在兩端保護(hù)中加方向元件。

當(dāng)一條母線上有多條電源線路時(shí)，除動(dòng)作時(shí)限最長(zhǎng)的一個(gè)過電流保護(hù)不需要裝方向元件

外，其余都要裝方向元件，

線路中，保護(hù)安裝地點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電流或線路兩種分支電路，參與的電流分別稱為

助增電流和外汲電流，上級(jí)限時(shí)電流速斷保護(hù)整定時(shí)，應(yīng)引入分支系數(shù)Kb,得I\,.2=（K"

2.4中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)

正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)是三相對(duì)稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓理論上為零；多數(shù)的短路

故障是三相不對(duì)稱的，其零序、負(fù)序電流和電壓會(huì)很大。

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時(shí)（如單相接地或兩相

接地短路），將出現(xiàn)很大的零序電壓和零序流。利用零序電壓、零序電流來構(gòu)成接地短路的

保護(hù)，被廣泛應(yīng)用在U0KV及以上電壓等級(jí)的直接接地（中性點(diǎn)接地變壓器）的電網(wǎng)中。

在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，可以利用對(duì)稱分量的方法將電流和電壓分解為正序、負(fù)序、零

序分量，并利用復(fù)合序網(wǎng)來表示它們之間的關(guān)系。

零序電流是由在故障點(diǎn)施加的零序電壓產(chǎn)生的，由故障點(diǎn)經(jīng)由線路、大地和接地的中性

點(diǎn)（或接地變壓器的接地支路）構(gòu)成回路。零序電源在故障點(diǎn)（接地點(diǎn)）的零序電壓最高，

距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，取決于測(cè)量點(diǎn)到大地間阻抗的大小。

零序電流的規(guī)定正方向?yàn)橛赡妇€流向線路，零序電壓的正方向規(guī)定線路高于大地的電壓

為正。對(duì)于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)嶋H上

都是由線路流向母線的。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如果輸電線路和中性點(diǎn)接地變壓器位置、數(shù)目不變，則零

序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。而此時(shí)，系統(tǒng)的正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著運(yùn)行方式而

變化，會(huì)間接影響零序分量的大小。

如忽略線路【可路電阻（包括輸電線路零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗）時(shí)，故

障點(diǎn)兩側(cè)零序電流將超前零序電壓90°,當(dāng)計(jì)及回路電阻時(shí)，此值將大于90°。

零序電流的分布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，而

與電源的數(shù)目和位置無關(guān)，

零序電壓3口（=0a+Ub+Uc）的取得：⑴電壓互感器二次繞組接成開口三角形；⑵保

護(hù)裝置內(nèi)部加法器合成零序電壓；（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器（或消弧線圈）接地時(shí)\

可以從它的二次繞組取得，零序電壓保護(hù)應(yīng)躲開正常運(yùn)行和相間短路產(chǎn)生的不平衡電壓的影

響。

零序電流的取得：（1）電流互感器采用三相星形接線，在中性線上的電流就是3L；⑵保

護(hù)裝置內(nèi)部將三個(gè)相電流相最相加獲得；（3）電纜線路采用零序電流互感器。

在正常運(yùn)行和一切非接地的相間短路，三個(gè)相電流的相量和理論上是為零的，只是電流

互感器由于勵(lì)磁電流的不相等（鐵芯的磁化曲線不完全相同），在二次側(cè)產(chǎn)生了不平衡電流。

零序電流保護(hù)應(yīng)躲開它們的影響。

三段零序電流保護(hù)：零序電流I段（速斷）分⑴靈敏I段，按躲開下級(jí)線路出口處單相

或兩相接地時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3L皿和斷路器三相觸頭不同期合閘出現(xiàn)的最大零序

電流3L）.unb（如果裝置動(dòng)作時(shí)間大于不同期合閘時(shí)間，則可以不考慮這一條件）整定，相應(yīng)

整定式為ILI=K；1X3IQ皿和lLi=K：iX3Io.unb,K；1為可靠系數(shù)取1.2?1.3。整定值選

取以上兩者中較大者。當(dāng)按照后者考慮時(shí)，有時(shí)會(huì)使啟動(dòng)電流過大而使保護(hù)范圍縮小，可以

采用在手動(dòng)合閘以及三相自動(dòng)重合閘時(shí)，使零序【段帶有一個(gè)小延時(shí)（約0.1s）,以躲開三

相不同期合閘的時(shí)間，這樣在定值上就無需考慮此條件了；⑵不靈敏I段，按躲開線路上采

用單相重合閘而在非全相運(yùn)行狀態(tài)下又發(fā)生系統(tǒng)振蕩時(shí)所出現(xiàn)的最大零序電流整定。

零序II段保護(hù)啟動(dòng)電流首先考慮與下級(jí)線路的零序電流速斷保護(hù)范圍的末端相配合，井

帶有高出?個(gè)At的時(shí)限。零序IH段保護(hù)整定原則是按照躲開在下級(jí)線路出口處相間短路時(shí)

所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定。

零序電流HI段保護(hù)的作用相當(dāng)于相間短路的過電流保護(hù)，繼電器啟動(dòng)電流按照躲開在下

級(jí)線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，-晨=為可靠系

數(shù)取1.1?1.2。

用2.44零序過電流保護(hù)的時(shí)跟特性

方向性零序電流保護(hù)：在雙側(cè)或多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器的中性點(diǎn)一般至少有一

臺(tái)要接地，多臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作方向。零序功率方向元件接

入零序電壓3U0和零序電流3L,反應(yīng)于零序功率的方向而動(dòng)作。3L超前于3U0為95°?110°,

對(duì)應(yīng)于保護(hù)安裝地點(diǎn)背后的零序阻抗角85°?70°,Me=-95°?-110。。由于越靠近

故障點(diǎn)的零序電壓越高，因此零序功率方向元件沒有電壓死區(qū)。而當(dāng)故障點(diǎn)距離保護(hù)安裝處

越遠(yuǎn)時(shí)，保護(hù)安裝處的零序電壓較低，零序電流較小，必須校驗(yàn)方向元件在這種情況下的靈

敏系數(shù)。

零序電流保護(hù)與相電流保護(hù)相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):①零序過電流保護(hù)按躲開不平衡電流整

定，且發(fā)生單相接地短路時(shí)，故障相的電流與零序電流3L相等，因此它比相電流保護(hù)靈敏

度高，動(dòng)作時(shí)限也較短；②相電流保護(hù)直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響很大，而零序電流保

護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響小很多。另外由于線路零序阻抗較遠(yuǎn)較正序阻抗大，Xo=（2-3.5）X?

故線路始端與末端短路時(shí)，零序電流變化顯著，因此零序保護(hù)的保護(hù)范圍較大，也較穩(wěn)定；

③系統(tǒng)不正常運(yùn)行狀態(tài)如系統(tǒng)振蕩、短時(shí)過負(fù)荷等時(shí)，三相是對(duì)稱的，相間短路的電流保護(hù)

要受它們的影響，而零序電流保護(hù)則不會(huì)：④方向性零層保護(hù)沒有電壓死區(qū)。另外其它故障

往往是由單相接地故障發(fā)展起來的，零序保護(hù)為絕大部分的故障情況提供了保護(hù)。

當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個(gè)不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)（如110KV,和220KV電網(wǎng)），則仟一電

網(wǎng)中的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流。

2.5中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)

中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性經(jīng)電阻接地等系統(tǒng)，統(tǒng)稱為中性點(diǎn)非直接

接地系統(tǒng)，又稱小接地電流系統(tǒng)。發(fā)生單相接地時(shí)故障電流很小，而且三相之間的線電壓仍

然保持對(duì)稱，三相負(fù)荷電流對(duì)稱，相對(duì)?于故障前沒有變化，對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響，因此,

在一般情況下，都允許再繼續(xù)運(yùn)行1—2h。

非直接接地系統(tǒng)在單相接地時(shí)，一般只要求繼電保護(hù)能選出發(fā)生接地的線路并及時(shí)發(fā)出

信號(hào)，而不必跳閘；但當(dāng)堂相接地對(duì)人身和設(shè)備的安全有危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)動(dòng)作于跳閘。能完成

這種任務(wù)的保護(hù)裝置稱為接地選線裝置。

愉電線路的零序電阻遠(yuǎn)小于電容

產(chǎn)生的零序電流，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的

零序電流由系統(tǒng)各元件對(duì)地的等值電

容產(chǎn)生，并由各元件對(duì)地的等值電容構(gòu)

成通路，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很大。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，在

接地點(diǎn)處接地相對(duì)地電壓為零，對(duì)地電

容被短接，電容電流為零，而其他兩相

的對(duì)地電壓升高J3倍，對(duì)地電容電流

也用應(yīng)增大J3倍。發(fā)生單相接地時(shí)，

相當(dāng)于在故障點(diǎn)產(chǎn)生了一個(gè)值與該接

地電故障前相電壓大小相等，方向相反

圖2.48單相接地時(shí).用三相系統(tǒng)的零序電壓，從而全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序

表示的電容電流分布圖電壓。接地相對(duì)地電壓、電流為零，非

接地相中的零序電流為其本身的對(duì)地

電容電流，而接地相中流過的零序電流（等于流過接地點(diǎn)的電流）為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地

電容電流之總和（相量和）（但不包括故障線路本身），其有效值（絕對(duì)值）是正常運(yùn)行時(shí)單

相對(duì)地電容電流的3倍。故障相電容性無功功率的方向?yàn)橛删€路流向母線，而非故障相電容

性無功功率的方向?yàn)橛赡妇€流向線路。利用各相零序電流大小的不同或功率方向的差另!可判

別故障線路。

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地后零序網(wǎng)絡(luò)由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對(duì)?地的等值電容構(gòu)

成通路，與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)由接地的中性點(diǎn)構(gòu)成通路有極大的不同，網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗很

大。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地故障特點(diǎn)：在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，當(dāng)單相

接地時(shí)，在接地點(diǎn)就有一個(gè)電感分量的電流流過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消（兩

電流相位相差】80。），可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流，熄滅電弧，因此稱為消弧線圈。

當(dāng)全系統(tǒng)電容電流超過下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧戰(zhàn)圈：3—6KV電網(wǎng)30A,10KV電網(wǎng)20A,

22—66KV電網(wǎng)10A。

圖2.50消弧線圖接地電網(wǎng)中單相接地時(shí)的電流分布

（A）用三相系境依東,零序等依網(wǎng)絡(luò)

消弧線圈電流補(bǔ)償由于在完全補(bǔ)償時(shí)會(huì)產(chǎn)生LC串聯(lián)諧振，欠補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)有線路切除時(shí),

又會(huì)形成完全補(bǔ)償，因此均不能采用，而應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。過補(bǔ)償度P=（L—Ic。/lex,

范圍為5%?10%。

在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，只要本級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單相接地故障，則在同一電壓等

級(jí)所有發(fā)電廠和變電所的母線上，都將出現(xiàn)數(shù)值較高的零序電壓。利用這一特點(diǎn)，可在母線

上裝設(shè)監(jiān)視裝置，通過取自接于電壓互感器一次側(cè)開口一:角形的繞組的零序電壓，形成零序

電壓保護(hù)。零序電壓保護(hù)是沒有選擇性的，需要依次分合每一條線路來找出故障線路。

3.電網(wǎng)距離保護(hù)

3.1距離保護(hù)的基本原理成構(gòu)成

測(cè)量阻抗乙:定義式）=IZ.I/如，（極坐標(biāo)）=R”+jt（直角坐標(biāo)），匕、L

為保護(hù)安裝處測(cè)量電壓與則量電流，<1、為測(cè)量阻抗的阻抗角，電為測(cè)量阻抗的實(shí)部，即測(cè)

量電阻，X“為測(cè)量阻抗的虛部，即測(cè)量電抗。

正常運(yùn)行時(shí)，Z.為負(fù)荷阻抗，以電阻性為主，阻抗角<鼠為功率因數(shù)角（cos<i>20.9,

則叫《25.8°），發(fā)生短路時(shí)，阻抗角較大，阻抗性質(zhì)以電感性為主。

對(duì)某相：0=Uk+（H-kX3L,）Z1UOk為故障點(diǎn)k處的電壓，L為至故障點(diǎn)的距離，口、I

為保護(hù)安裝處的相電壓、電流，保護(hù)裝置可取口=。，L=I+kX3L,k為零序電流補(bǔ)償系數(shù)

=（Z<-Z.）/3Z.,ZI、Z,,分別為單位長(zhǎng)度的正序、零序阻抗。

3.2阻抗繼電器及其動(dòng)作特性

實(shí)際情況下，由于互感器誤差，故障點(diǎn)過渡電阻等因數(shù)，繼電器實(shí)際測(cè)量到的方一般

并不能嚴(yán)格地落在與Z.相同的直線上，而是落在該直線附近的一個(gè)區(qū)域中，在阻抗復(fù)平面

上為一個(gè)包括Z,z對(duì)應(yīng)線段在內(nèi)，但在Z"方向上不超過Z，”的區(qū)域。

阻抗繼電器在阻抗復(fù)平面動(dòng)作區(qū)域的形狀，稱為動(dòng)作特性。動(dòng)作特性既可以用阻抗復(fù)平

面上的幾何圖形來描述，也可以用復(fù)數(shù)的數(shù)學(xué)方程來描述，這種方程稱為動(dòng)作方程。

阻抗保護(hù)元件最大靈敏角力”“為正方向整定阻抗Zz的阻抗角，此方向上動(dòng)作阻抗值

最大，保護(hù)范圍最大。即當(dāng)測(cè)量阻抗Z,阻抗角在靈敏角時(shí)，阻抗繼電器工作最靈敏。為使

阻抗元件工作在最大靈敏角條件下，常將阻抗元件的最大靈敏角整定為線路阻抗角。

偏移圓特性的阻抗繼電器在反向故障時(shí)有動(dòng)作區(qū)，通常用在距離保護(hù)的后備段（如第川

段中）。方向圓特性的阻抗元件通常用在距離保護(hù)的主保護(hù)段（I段和n段）中。

與圓特性阻抗元件相比，蘋果形特性的阻抗元件在R方向上的動(dòng)作區(qū)較大，測(cè)量阻抗中

含有較大電阻性成分時(shí)也可能進(jìn)入其動(dòng)作區(qū)，所以區(qū)內(nèi)經(jīng)較大過渡電阻短路時(shí)也能夠動(dòng)作,

有較高的耐受過渡電阻的能力,但當(dāng)負(fù)荷阻抗中的電阻較小時(shí)，可能進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，因而它耐

受過負(fù)荷的能力比較差。而橄欖形特性的阻抗元件與蘋臭形特性阻抗元件正好相反，耐受過

負(fù)荷能力較強(qiáng)，但耐過渡電阻能力較差。

3.3阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法

阻抗繼電器一般根據(jù)已經(jīng)導(dǎo)出的

絕對(duì)值比較動(dòng)作方程和相位比較動(dòng)作

方程來實(shí)現(xiàn)，也可以按照也離保護(hù)原理

的要求由其他的方法來實(shí)現(xiàn)。

絕對(duì)值比較阻抗繼電器的動(dòng)作方

程式為IZBIWIZAI，相位為較原理的阻

抗元件動(dòng)作條件的一般表達(dá)式為一90°

WargZc/ZnW90°。當(dāng)乙和Zn之間滿

足所在關(guān)系式時(shí)，ZA和ZB之間必然滿足

所在關(guān)系式；反之亦反。

絕對(duì)值比較式的阻抗元件，既可以

用阻抗比較的方式實(shí)現(xiàn)，也可以用電壓

比較的方式實(shí)現(xiàn)，即在阻抗比較的方程

式兩端同乘以測(cè)審電流L得電壓比較

的方程式。

距離保護(hù)中的工作電壓又稱為補(bǔ)

償電壓，通常用心，表示，定義為保護(hù)安

裝處測(cè)量電壓0.與測(cè)量電流1的線性組

合，即0（B>=。.一IZet,Zat一整定阻抗,

即從母線M到整定點(diǎn)Z的線路阻抗。Um、

八即分別為母線M處和整定點(diǎn)z點(diǎn)的殘比

余電壓。以又作為參考相量，根據(jù)不同較

囹

故障情況下%對(duì)口相位的“差異”，就B

可以“區(qū)分”出故障點(diǎn)所在區(qū)段，即心

與工相位相反時(shí)，判斷為區(qū)內(nèi)故障，即U

nr與，相位相同時(shí)，判斷為區(qū)外故障。

電壓M的作用就是作為判斷必相位的參

圖3.19相位比較的電壓形成

考，所以又稱為參考電壓或極化電壓，

參考電壓或極化電壓除可以選測(cè)量電壓工外，還可以選用正序電壓或記憶電壓。

線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地相電壓為0,非接地相故障前后電壓基本相等，正序電流等

負(fù)序電流等于零序電流，接地相電流等于零序電流的3倍。

線路相間短路時(shí)，短珞點(diǎn)相間電壓為0,保護(hù)安裝處短路相間電壓為UAB=（LLWZ”。

發(fā)生接地、短路故障前后，接地故障相或短路兩相相間的正序電壓的相位與該正序電壓

故障前相位相同，而幅值大小在單相接地故障時(shí)為故障前的2/3,在兩相接地短路時(shí)為故障

前的1/3（包括故障相電后和故障相間電壓），在兩相短路時(shí)為故障前的1/2（包括故障相電

壓和故障相間電壓）。

3.4距離保護(hù)整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)

當(dāng)距離保護(hù)用于雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)時(shí)，一般要求I、1【段采用具有方向性的測(cè)量元件,

第IH段為后備段，包括對(duì)本線路I、II段保護(hù)的近后備、相鄰下一級(jí)線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備和反

向母線保護(hù)的后備，所以通常采用帶有偏移特性的測(cè)量元件，用較大的延時(shí)保證其選擇性。

距離I段為無延時(shí)的速動(dòng)段，按躲過

本線路末端短路時(shí)的測(cè)量阻抗來整定。ZIt

=K：Lz”L為被保護(hù)線路的長(zhǎng)度，zi為被

保護(hù)線路單位長(zhǎng)度的正序殂抗，Q/km,K'

向?yàn)榭煽肯禂?shù)，取0.8?0.85。

距離II段整定應(yīng)考慮助增分支電路和

外汲分支電路對(duì)測(cè)量阻抗的影響，Zk.尸K

1

%（Z?+Kb.ninZa?）,ZI為本線路的正序阻

抗，Kb人為分支系數(shù),助漕分支時(shí)大于1,

外汲分支時(shí)小于1。

距禽保護(hù)II段的整定阻抗，應(yīng)按兩個(gè)

原則進(jìn)行計(jì)算：1）能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并與

圖距高保護(hù)各段動(dòng)作區(qū)域示意圖

相鄰線路距離保護(hù)I段配合，其動(dòng)作范圍3.24

不應(yīng)該超過下級(jí)保護(hù)I段的動(dòng)作范圍，并較之延時(shí)大一個(gè)時(shí)間級(jí)差A(yù)t；2）與相鄰變壓器的

快速保護(hù)（一般是變壓器差動(dòng)保護(hù)）相配合，不應(yīng)超出該保護(hù)動(dòng)作范圍。

當(dāng)被保護(hù)線路末端母線上的出線或變壓器采用電流速斷保護(hù)時(shí)，為了整定計(jì)算以形成保

護(hù)配合，應(yīng)將電流保護(hù)的動(dòng)作范圍換算成阻抗。

距離保護(hù)的阻抗測(cè)量原理.，除可以應(yīng)用于輸電線路的保護(hù)外，還可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變

壓器保護(hù)中，作為后備保護(hù)。

3.5距離保護(hù)的振蕩閉鎖

并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)

振蕩。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)間的相角差（即功角）6可能在0。?360°

范圍內(nèi)作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓、線路電流、功率大小和方向以及距離保護(hù)

的測(cè)量阻抗也都呈現(xiàn)周期性的變化。

電力系統(tǒng)的失步振蕩屬于嚴(yán)重的不正常運(yùn)行狀態(tài)，而不是故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠

通過自動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)自行恢復(fù)同步。因此為防止誤動(dòng)，雷進(jìn)行振蕩閉鎖。振蕩閉鎖一般用在

較高電壓等級(jí)電力系統(tǒng)的距離保護(hù)中。

圖3,31系統(tǒng)振蕩時(shí)的電流和電壓

（.）相量圖,（b）電流有效值變化曲戰(zhàn)，（O電壓有效值變化曲蛭

電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電壓最低的這一點(diǎn)稱為振蕩中心，在系統(tǒng)各部分的阻抗角都相等的情

況下，振蕩中心的位置就位于阻抗中心1/2Z、處。當(dāng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)間的夾角（即功角）6

為0°時(shí),兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)相量氏、%與振蕩中心的電壓相量。0S相同,當(dāng)6=180。時(shí)，Uos=Oo

電力系統(tǒng)振蕩與短路時(shí)電氣量的差異：（1）振蕩時(shí)三相完全對(duì)稱，沒有負(fù)序分量和零序

分量出現(xiàn)；而當(dāng)短路時(shí)總要長(zhǎng)時(shí)（不對(duì)?稱短路過程中）或瞬時(shí)（在三相短路開始時(shí)）出現(xiàn)負(fù)

序分量或零序分量，三相對(duì)稱短路時(shí)，一般由不對(duì)稱短路發(fā)展而來，短時(shí)也會(huì)有負(fù)序、零序

分量輸出。（2）振蕩時(shí)，電氣量呈周期性的變化，其變化速度（dU/dt、dl/dt、dZ/dt

等）與系統(tǒng)功角的變化速度一致，比較慢，當(dāng)兩側(cè)功角擺開至180。時(shí)相當(dāng)于在振蕩中心發(fā)

生三相短路；而電氣量從短路前到短路后其值會(huì)突然變化，速度很快，而短路后短路電流、

各點(diǎn)的殘余電壓和測(cè)量阻抗在不計(jì)衰減時(shí)是不變的。（3）振蕩時(shí)，若阻抗測(cè)量元件誤動(dòng)作，

則在一個(gè)振蕩周期內(nèi)動(dòng)作和返回各一次；而短路時(shí)，阻抗測(cè)量元件如果動(dòng)作（區(qū)內(nèi)短路），

則一直動(dòng)作，直至故障切除，如果不動(dòng)作（區(qū)外短路），則一直不動(dòng)作。

距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施：1.利用電流的負(fù)序、零序分量或突變量實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖；2.

利用測(cè)量阻抗變化率不同構(gòu)成振蕩閉鎖；3.利用動(dòng)作的廷時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖，即讓距離保護(hù)III

段動(dòng)作的延時(shí)大于系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗落入其動(dòng)作區(qū)的時(shí)間。

反映電流突變量的故障判斷元件是根據(jù)在系統(tǒng)正常運(yùn)行或振蕩時(shí)電流變化比較慢，而在

系統(tǒng)故障時(shí)，電流會(huì)出現(xiàn)突變這一特點(diǎn)來進(jìn)行故障判斷H勺。

電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，測(cè)量阻抗Z”由負(fù)荷阻抗Zi突變?yōu)槎搪纷杩筞K：在系統(tǒng)振蕩

時(shí)，測(cè)最阻抗由負(fù)荷阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處到振蕩中心點(diǎn)的線路阻抗，這樣，根據(jù)測(cè)最阻

抗的變化速度不同就可以構(gòu)成振蕩閉鎖。即在一個(gè)限定的時(shí)間內(nèi)，阻抗值能由預(yù)設(shè)的一

個(gè)較大值KZ1變?yōu)橐粋€(gè)較小值KZ2,則保護(hù)才開放。

距離保護(hù)啟動(dòng)元件用來完成系統(tǒng)是否發(fā)生短路的判斷，它僅需要判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了短

路，而不需要判斷短路的遠(yuǎn)近及方向。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)元件即動(dòng)作，在固定輸

出時(shí)間內(nèi)若阻抗判別元件動(dòng)作，則允許距離保護(hù)動(dòng)作。整組復(fù)歸元件在故障或振蕩消失后再

經(jīng)過一個(gè)延時(shí)動(dòng)作，將觸發(fā)器復(fù)歸。

距離保護(hù)中故障判斷的啟動(dòng)元件主要有反映電壓、電流中負(fù)序分量或零序分量的判斷元

件和反映電流突變量的判斷元件兩種。

3.6故障類型判別和故障選相

目前數(shù)字式保護(hù)常用相電流差（即兩相電流的相量差）的突變量進(jìn)行選相。

根據(jù)測(cè)量電流是否含有零序分量判定是接地還是不接地短路。如果是接地短路，在三個(gè)

相電流差突變量中如有兩個(gè)值遠(yuǎn)大于另一個(gè)值則判斷出是某單相接地短路，如為一個(gè)值大于

另外兩個(gè)值，則為兩相接地短路，該值對(duì)應(yīng)的兩相就是故障相。兩相非接地短路根據(jù)兩相電

流突變量遠(yuǎn)大于第三相電流突變量值判定。

根據(jù)測(cè)顯電流中是否含有負(fù)序分量，可確定故障是兩相短路還是三相短路，在判為兩相

故障的情況下，求三個(gè)相電流差突變量的最大值，與之對(duì)應(yīng)的兩相就是故障相。

3.7距離保護(hù)特殊問題的分析

短路點(diǎn)的過渡電阻R,是指當(dāng)接地短路或相間短路時(shí)，短路點(diǎn)電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地

流回中性點(diǎn)或由一相流到另一相的路徑中所通過物質(zhì)的電阻，包括電弧電阻，中間物質(zhì)的電

阻，相導(dǎo)線與大地之間的接觸電阻，金屬桿塔的接地電阻等。

相間故障時(shí)，過渡電阻主要由電弧電阻組成。電弧電阻大小馬電弧弧道的長(zhǎng)度成正比，

而成電弧電流的大小成反比。相間故障的電弧電阻一般在數(shù)歐至十幾歐之間。

導(dǎo)線接地短路時(shí)，對(duì)于500KV的線路，最大過渡電阻可達(dá)300Q,而對(duì)220KV線路，最

大過渡電阻約為100

距離保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過渡電阻影響越大；同時(shí)，保護(hù)裝置的整定阻抗越小

（相當(dāng)于被保護(hù)線路越短），受過渡電阻的影響越大。

單側(cè)電源線路上在沒有助增和外汲分支時(shí)，過渡電阻中的短路電流與保護(hù)安裝處的電流

為同一個(gè)電流。過渡電阻的存在總是使繼電器的測(cè)量阻抗值增大，阻抗角變小，保護(hù)范圍縮

短，會(huì)出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)或越級(jí)跳閘。

雙側(cè)電源線路上，保護(hù)安裝處的總測(cè)量阻抗可能會(huì)因過渡電阻的影響而減小，嚴(yán)重情況

下，可能使測(cè)量阻抗落入其距離保護(hù)I段范圍內(nèi)，造成誤動(dòng)，這種因過渡電阻的存在而導(dǎo)致

保護(hù)測(cè)量阻抗變小，進(jìn)一步引起保護(hù)誤動(dòng)作的現(xiàn)象稱為距離保護(hù)的穩(wěn)態(tài)超越。也可能造成測(cè)

量阻抗的增大，使II段保護(hù)拒動(dòng)。

接地故障時(shí)，過渡電阻遠(yuǎn)大于相間故障的過渡電阻，所以過渡電阻對(duì)接地距離元件的影

響要大于對(duì)相間距離元件的影響。

在整定值相同的情況下，動(dòng)作特性在+R軸方向所占的面積越小，受過渡電阻上的影響

就越大。反之，耐受過渡電阻的能力越強(qiáng)。因此偏移圓阻抗動(dòng)作特性比方向圓耐受過渡電阻

的能力強(qiáng)。

四邊形特性測(cè)量元件的上邊適當(dāng)?shù)南蛳聝A斜一個(gè)角度，可以有效地避免穩(wěn)態(tài)超越問題。

在遠(yuǎn)距離的高壓或超高壓輸電系統(tǒng)中，為了增大線路的傳輸能力和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，

可以采用線路串聯(lián)補(bǔ)償電容的方法來減小系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)阻抗。

系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路后，負(fù)序電源在故障點(diǎn)處，負(fù)序電流由故障點(diǎn)經(jīng)線路等流向系統(tǒng)中

性點(diǎn)。

3.8工頻故障分量距離保護(hù)

系統(tǒng)故障時(shí)，相當(dāng)于系統(tǒng)故障分量狀態(tài)突然接入，電壓、電流的故障分量，就相當(dāng)于無

源系統(tǒng)對(duì)于故障點(diǎn)處突然加上的附加電壓源的響應(yīng)。

在任何運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的全電壓小、全電流in

可以看作是故障前狀態(tài)下電壓u⑻、電流iM與故障分量電壓Au、電流Ai的疊加。即u?

[01[0，

=U+Au,ira=i+Ai,故障分量電壓、電流Au和》i中，既包含了系統(tǒng)短路引起的工

頻電壓、電流的變化量，還包含短路引起的暫態(tài)分量。

故障分量?jī)H在故障后存在，故障點(diǎn)的故障分量電壓最大，故障附加狀態(tài)下的電源電動(dòng)勢(shì)

的大小，等于故障前短路點(diǎn)電壓的大小，假定故障前為空載，非故障狀態(tài)下短路點(diǎn)電壓也⑹

的大小等于保護(hù)安裝處母線電壓的大小。系統(tǒng)中性點(diǎn)的故障分量電壓為零，故障分量中的工

頻故障分量和故障暫態(tài)分量都可以用來作為繼電保護(hù)的測(cè)量量，且可使保護(hù)的動(dòng)作性能基本

不受負(fù)荷狀態(tài)、系統(tǒng)振蕩因素的影響。

4.輸電線路縱聯(lián)保護(hù)

4.1輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述

將一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)，安裝于線路兩側(cè)的保護(hù)對(duì)兩側(cè)的電氣量同時(shí)比較、聯(lián)合

工作，縱向聯(lián)系。兩端的裝置組成一個(gè)保護(hù)單元，各端不能獨(dú)立。

輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)兩端比較的電氣量可以是流過兩端的電流（電流波膨）、流過兩端

電流的相位、流過兩端功率的方向和兩端的測(cè)量阻抗等，構(gòu)成不同原理的縱聯(lián)保護(hù)。

縱聯(lián)保護(hù)可以按通道類型或保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行分類，按信息通道分為4種類型：①導(dǎo)引

線保護(hù)；②電力線載波保護(hù)；③微波保護(hù)；④光纖保護(hù)。

按照保護(hù)動(dòng)作原理，縱聯(lián)保護(hù)可以分為兩類：

（1）方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測(cè)量阻抗是否在規(guī)定的

方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果傳送到對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障

還是區(qū)外故障。這類保護(hù)在通道中傳送的是邏輯信號(hào)，而不是電氣量本身，傳送的信息量較

少，但對(duì)信息可靠性要求很高。按照保護(hù)判別方向所利用的原理可將方向比較式縱聯(lián)保護(hù)分

為方向縱聯(lián)保護(hù)和距離縱聯(lián)保護(hù)。

（2）縱聯(lián)電流差動(dòng)俁護(hù)。利用通道將本側(cè)電流的波形或代表電流相位的信號(hào)傳送到對(duì)

側(cè)，直接比較兩側(cè)的電氣量。

輸電線路短路時(shí)兩側(cè)電氣量的故障特征：

（1）兩端電流相量和的故障特征：輸電線路（不考慮分布電容和電導(dǎo)及其它影響），在

正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，兩側(cè)電流相量和等于零；當(dāng)線路發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，在故障點(diǎn)有短路

電流流出，兩端電流相量和等于流入故障點(diǎn)的電流Ik。

（2）兩端功率方向的故障特征：正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，兩端的功率方向相反，其中

正常運(yùn)行時(shí)，線路送電端功率方向?yàn)檎?，受電端為?fù)，區(qū)外故障時(shí)，遠(yuǎn)故障點(diǎn)端功率由母線

流向線路，功率方向?yàn)檎?，近故障點(diǎn)端功率由線路流向母線，功率方向?yàn)樨?fù)；而發(fā)生區(qū)內(nèi)故

障時(shí)，兩端功率方向均為由母線流向線路，同為正方向。

（3）兩端電流相位特征：當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)短路時(shí)，兩側(cè)電流同相位；當(dāng)正常運(yùn)行和發(fā)生區(qū)

外故障時(shí)，兩側(cè)電流相位相差180。0

（4）兩端測(cè)量阻抗的特征：當(dāng)線路區(qū)內(nèi)短路時(shí)，輸電線路兩端的測(cè)量阻抗都是短路阻

抗，一定位于距離保護(hù)H段的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，兩側(cè)的II段同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的測(cè)審:

阻抗是負(fù)荷阻抗，距離保護(hù)II段不啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，兩側(cè)的測(cè)量阻抗也是短路阻抗,

但一側(cè)為反方向，至少有一側(cè)的距離保護(hù)II段不啟動(dòng)。

縱聯(lián)保護(hù)的基本原理：

（1）利用輸電線路兩端電流和（瞬時(shí)值或相量）的特征，可以構(gòu)成縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù),

（2）利用輸電線路兩端功率方向相同或相反的特征可以構(gòu)成方向比較式縱聯(lián)保護(hù)。當(dāng)

系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，兩端俁護(hù)的功率方向元件判別流過本端的功率方向，功率方向?yàn)樨?fù)者（近

故障點(diǎn)端）發(fā)出閉鎖信號(hào)，閉鎖兩端的保護(hù)稱為閉鎖式方向縱聯(lián)保護(hù)；或者功率方向?yàn)檎?/p>

（遠(yuǎn)故障點(diǎn)端）發(fā)出允許信號(hào)，允許兩端保護(hù)跳閘，稱為允許式方向縱聯(lián)保護(hù)。

（3）利用兩端電流相位的特征差異，比較兩端電流的相位關(guān)系構(gòu)成電流相位比較式縱

聯(lián)保護(hù)。兩端保護(hù)各將本側(cè)電流的正、負(fù)半波信息轉(zhuǎn)換為表示電流相位，并利于傳送的信號(hào),

送往對(duì)端，同時(shí)接收對(duì)端送來的電流相位信號(hào)，與本側(cè)比較。當(dāng)兩端電流相角差近似為0°

時(shí)，輸電線路發(fā)生區(qū)內(nèi)短路，保護(hù)動(dòng)作：當(dāng)差近似為180°時(shí)，為正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外短路,

保護(hù)不動(dòng)作。

（4）距陽縱聯(lián)保護(hù)，它的構(gòu)成原理和方向比較式縱聯(lián)保護(hù)相似，只是用方向阻抗元件

替代功率方向元件。它比較方向比較式縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)II段范圍內(nèi)

時(shí)相應(yīng)的方向阻抗元件才啟動(dòng)，減少了方向元件的啟動(dòng)次數(shù)，從而提高了保護(hù)的可靠性。一

般高壓線路配備距離保護(hù)作為后備保護(hù)，距離保護(hù)的I【段作為方向元件，簡(jiǎn)化了縱聯(lián)保護(hù)（主

保護(hù)）。

4.2輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換

（1）導(dǎo)引線通信，導(dǎo)引線通道電纜直接傳輸交流二次電量波形，常采用電流差動(dòng)原理,

其接線可分為環(huán)流式和均壓式兩種，動(dòng)作線圈接在導(dǎo)引線回路中，在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，

動(dòng)作線圈中沒有電流通過，當(dāng)出現(xiàn)差動(dòng)電流時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。導(dǎo)引線縱差保護(hù)不受電力系統(tǒng)振

蕩的影響，不受非全相運(yùn)行的影響，在單側(cè)電源運(yùn)行時(shí)仍能正確工作。但導(dǎo)引線發(fā)生開路或

短路時(shí)，會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)。導(dǎo)引線