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电力系统继电保护学习指导电力系统继电保护学习包电力系统继电保护学习指导第一章绪论第一节电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态一、电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果 在电力系统中，最常见的同时也是最危险的故障是各种形式的短路。其中以单相接地短路最为常见。 发生故障可能引起的后果是：l）故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏。2）系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命。3）因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。4）破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。 最常见的不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流超过了额定电流。此外，发电机有功功率不足所引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等都属于不正常运行状态。 由于过负荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。总之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的质量等。二、继电保护装置及其任务 继电保护装置，就是指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。它的基本任务是：l）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。第二节继电保护的基本原理及其组成一、继电保护的基本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。1 利用基本电气参数的区别 1.1过电流保护。反映电流的增大而动作，如图1-l所示。 1.2低电压保护。反应于电压的降低而动作，如图l-l。1.3距离保护（或低阻抗保护）。反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。如图1-1。 2利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别 3 对称分量是否出现 电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。 4 反应非电气量的保护 反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。二、继电保护装置的组成 继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如图13所示。 1 测量部分：测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。 2 逻辑部分： 逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。 3 执行部分：执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。第三节对继电保护的基本要求要求一、选择性 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。1 远后备保护 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。如 l4图dl点短路时，应该保护 3动作，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒绝动作时，此时如前一条线路BC的保护2动作，故障也可消除（使停电范围不致过大），线路BC的保护又称为相邻元件（下一条线路CD）的后备保护。由于这个保护 2相对于线路 CD是在远处实现的，因此又称为远后备保护。2 近后备保护 在复杂的高压电网中，当实现远后备保护有困难时，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护。如在线路CD上装设两套保护。当主保护拒绝动作时，由后备保护动作，由于这种后备保护是在主保护同一处实现的因此称它为近后备保护。二、速动性 短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。 三、灵敏性 是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。四、可靠性 是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。 习题一、填空1、电力系统相间短路的形式有（三相 ）短路和（ 两相 ）短路。2、电力系统接地短路的形式有（两相 ）接地短路和（ 单相 ）接地短路。3、继电保护装置，就是指电力系统中电气元件（ 发生故障）或（不正常运行状态 ）并动作于断路器的（跳闸）或（发出信号）的一种自动装置。4、电力系统发生相间短路时,（电压 ）大幅度下降,（ 电流 ）明显增大。5、系统如图所示，D1点发生相间短路，根据选择性，应由保护（ 4 ）动作切除故障，如拒绝动作，应由保护（ 3 ）动作，此保护称为前一级的（ 远后备保护 ）。6、电力系统发生故障时,继电保护装置应（将故障部分切除 ）,电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应（ 发出信号 ）。二、判断题1、电力系统发生故障时,继电保护装置如不能及时动作,就会破坏电力系统运行的稳定性。 （ )2、电气设备过负荷时,继电保护应将过负荷设备切除。 ( )3、电力系统继电保护装置通常应在保证选择性的前提下,使其快速动作。( )4、电力系统故障时,继电保护装置只发出信号,不切除故障设备。 ( )5、继电保护装置的测量部分是测量被保护元件的某些运行参数与保护的整定值进行比较。 ( ) 三、选择题1、电力系统最危险的故障是（ C ）。(A)单相接地； (B)两相短路； (C)三相短路。2、电力系统短路时最严重的后果是（ C ）。(A)电孤使故障设备损坏； (B)使用户的正常工作遭到破坏；(C)破坏电力系统运行的稳定性。1、电力系统短路可能产生什么样后果?答：可能产生的后果是： (1)故障点的电弧使故障设备损坏； (2)比正常工作电流大得多的短路电流产生热效应和电动力效应，使故障回路中的设备遭到伤害； (3)部分电力系统的电压大幅度下降，使用户正常工作遭到破坏，影响产品质量； (4)破坏电力系统运行的稳定性，引起振荡，甚至使电力系统瓦解，造成大面积停电的恶性事故。2、继电保护的基本任务是什么?答：(1)当电力系统出现故障时，继电保护装置应快速、有选择地将故障元件从系统中切除，使故障元件免受损坏，保证系统其他部分继续运行； (2)当系统出现不正常工作状态时，继电保护应及时反应，一般发出信号，通知值班人员处理。在无值班人员情况下，保护装置可作用于减负荷或跳闸。3、利用电力系统正常运行和故障时参数的差别,可以构成哪些不同原理的继电保.护?答：可以构成的继电保护有：(1)反应电流增大而动作的过电流保护； (2)反应电压降低而动作的低电压保护；(3)反应故障点到保护安装处距离的距离保护；(4)线路内部故障时，线路两端电流相位发生变化的差动保护。第二章电网的电流保护 输电线路发生短路故障时，电流突然增大，利用电流突然增大来使继电器动作而构成的保护装置，称为电流保护。电流保护在35kV及以下的电网中广泛采用。对于更高电压的网络，在能满足系统对保护装置的基本要求时，也可以考虑电流保护。只有当不满足要求时，才进一步考虑采用其它性能较好的保护。第一节单侧电源电网相间短路的电流保护一、电磁型继电器1 电磁型继电器基本结构型式如图2l所示。2 使继电器触点接通的力矩（动作力矩）的分析电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如图22所示。 （21）3 使继电器触点闭合的阻力矩分析：正常工作情况下，线圈中流入负荷电流，继电器不工作，这是由于弹簧对应于空气隙长度1产生一初始力矩Mth1。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，当空气隙长度由1减小到2时，弹簧产生的反抗力矩为 式中K3-比例常数。 另外，在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩Mm，其值可以认为是不随变化的一个常数。因此，阻碍继电器动作的全部机械反抗力矩为3.1 继电器动作的条件 3.2 动作电流能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值 IJ，称为继电器的动作电流（起动电流），记作。对应此时的电磁转矩为 3.3 继电器的返回条件继电器动作后，当IJ减小时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电器返回，弹簧的作用力矩Mth必须大于电磁力矩Mdc及摩擦力矩Mm之和，即 或3.4返回电流。满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记为。对应此时的电磁转矩为 （22） 在返回过程中，转矩 Mh和（Mth-Mm）与的关系如图2-2（b）的曲线3和曲线4。 由前所述，当时，继电器不动作，而当时，则继电器迅速动作，触点闭合；当减小IJ使IJIhJ时，继电器又立即返回原位，触点打开。继电器的起动和返回特性称为“继电特性”。如图23所示。3.5 返回系数。返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为 3.6 动作电流的调整方法： l）改善继电器线圈的匝数； 2）改变弹簧的张力； 3）改变初始空气隙长度。 吸引衔铁式结构的继电器一般被用作中间继电器，如 DZ 10系列。螺管线圈式结构继电器多被用作时间继电器，如 DS100系列。二、晶体管型继电器1 晶体管型电流继电器 晶体管型电流继电器由电压形成回路电流变换器TA将输入电流变换成与之成正比的电压；整流比较回路及执行回路单稳态触发器构成。其接线如图24所示。1.1正常工作时： 1.2起动时： 2 晶体管型时间继电器 其原理接线如图2-5所示 (2-3) 由上式可见，改变继电器的延时t可调节电阻R2或电容C的值。一般采用调节R2的值来改变时间继电器的延时t。三、电流互感器 电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。电流互感器由铁芯及绕组组成。按常规，电压、电动势及电流的正方向如图2-6所示。1 电流互感器的极性 在图26（a）中，一、二次绕组中感应电势及同时为高电位点，称同极性或对应瑞。一般用L1、K1表示或以“”标注。当一次绕组中的电流由L1或“”流入时，二次绕组中的电流由K1或“”流出，这种标注方式称为减极性标注。2 电流互感器的等值电路及相量图 电流互感器的相量图以二次电流为基准，可求得 及，在已知 时，可求得 则式中电流互感器的励磁电流。3 误差分析1.1电流误差。归算到二次绕组的一次绕组一次电流与二次绕组电流 的数量差，一般用百分数表示。 由向量图可知，当角比较小时， 而 由此可见，电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励磁电流广的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗Zf风成正比，与励磁阻抗 成反比。一般误差小于1。1.2稳态短路电流引起的误差。当电流互感器原边流过大的短路电流时，尽管二次有很大的去磁安匝，由于二次负载压降加大，二次电压仍会升高，即铁芯中磁感应强度大大增加，以至铁芯饱和，磁阻增加，励磁阻抗下降，励磁电流增加，二次侧电流将减小且波形发生变化。电流互感器二次侧与一次侧电流的关系如图28所示。 电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载阻抗与短路电流倍数的函数，可表示为 式中 短路电流倍数，； 流过电流互感器原边的短路电流； 电流互感器的一次额定电流。 按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电流误差不允许大于10，角误差不得大于70（角误差为电流互感器原到达电流的相位差），即 在满足 10误差的条件下，的关系曲线叫电流互感器的 10误差曲线，它由厂家提供。例如 LGC型的电流互感器的10误差曲线如图29所示。在已知流过电流互感器的最大短路电流倍数时，通过查该电流误差不超过10的副边最大允许负载阻抗，也就是按 10误差校核的二次负载阻抗。1.3暂态短路电流引起的误差。1.4减小电流互感器误差的措施。从使用角度看，应尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗，降低励磁电压；选择同型号的电流互感器串联使用，使每个电流互感器的励磁电压仅为负载压降的一半；选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。 电流互感器为恒流源，其输出阻抗接近无穷大（一般约为20k）。互感器副边不应开路，否则将产生 1000 V以上的高电压。在副边不接负载时应将它短路。其副边必须接地，以免高低压损坏时危及人身及设备的安全。四、电压互感器 电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。 电压互感器分为电磁式和电容式两种。1 电磁式电压互感器1.1工作原理。电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相似。主要差别是二者的任务不同和功率水平不同。前者要求准确地反映电压的变化，因此要求电压损耗小，以保证其准确性；同时变送的功率很小。后者要求将某一电压等级的大功率电能变为另一电压等级的同样功率的电能，因此要求在变换过程中能量损耗尽量小，对电压损耗的要求较低。电磁式电压互感器的等值电路与相量图如图211所示。以副边电压为参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如图 211（b）所示。1.2电压误差分析。电压互感器的电压误差是指归算到副边的原边电压与副边实际电压的数量差，用百分数表示 当原副边电压的相角差较小时，其电压误差可近似为 从上式可看出，电压互感器的误差是由电压互感器的阻抗压降引起的。减小负载电流能提高电压互感器的精确度。2 电容式电压互感器 电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。最简单的电容式电压互感器如图212所示。C1、C2为分压电容，T为隔离变压器。二次开路时的电压为 由图212（b）等值电路并根据戴维南定理可知，有载时的输出电压为 为隔离变压器漏抗与调节电抗之和。调节，使 利用可调电感L补偿分压器容性电抗，大大降低电压互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了电压互感器的精确度。五、无时限电流速断保护（电流I段） 在满足可靠性和保证选择性的前提下，当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护，称为电流速断保护也称为无时限电流速断保护。1 几个基本概念1.1系统最大运行方式与系统最小运行方式。所谓最大运行方式就是在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。最小运行方式就是在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少等有关。1.2最小短路电流与最大短路电流。对某一保护而言，在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，称之为最大短路电流。而在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路电流。1.3保护装置的起动值。对应与电流升高而动作的电流保护来讲，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作，保护装置的起动值是用电力系统一次侧的参数表示的。1.4保护装置的整定。所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置起动值（一般情况下是指电力系统一次例的参数），灵敏系数，动作时限等过程。2 工作原理 无时限电流速断保护为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分，具体工作原理如图213所示。 对于单侧电源供电线路，在每回线路的电源侧均装有电流速断保护。在输电线路上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算 3 整定计算3.1 动作电流为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处（如D2点即B变电所）短路时，通过保护的最大短路电流（最大运行方式下的三相短路电流）来整定。即 从而保证了在 D2点发生各种短路时，保护 2都不动作。引入可靠系数 1.2 1.3，目的是：考虑存在的各种误差；实际短路电流要大于理论计算值；考虑必要的裕度。所以对保护2来讲，起动电流，同理对保护1有 （26） 把起动电流标于图213中，可见在交点M至保护2安装处的一段线路上短路对保护2能够动作。在交点M以后的线路上短路时，保护2不动作。因此，一般情况下，电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路，其最大和最小保护范围Lmax和Lmin。3.2保护范围（灵敏度 ）计算（校验）。有关规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的相对值Lb（1520）时，为合乎要求，即 当系统为最大运行方式三相短路时保护范围最大，当系统最小运行方式二相短路时保护范围最小，求保护范围时考虑后者。由图213可知 其中 代入式（ 27）整理得 3.3动作时限。无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间，考虑到线路中管型避雷器放电时间为0.040.065s，在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器。一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。由于动作时间较小可认为。3.4 电流速断保护的接线图 （1）单相原理接线图。电流速断保护的单相原理接线如图214所示。 （2）展开图。交流回路和直流回路如图215所示。3.5 对电流速断保护的评价 优点：是简单可靠，动作迅速。 缺点：不能保护线路全长。运行方式变化较大时，可能无保护范围。如图216所示，在最大运行方式下整定后，在最小运行方式下无保护范围。在线路较短时，可能无保护范围。如图217所示，线路短则Id变化平缓，整定时考虑了可靠系数后，在最小运行方式下保护范围小甚至等于零。 在特殊情况下，电流速断可以保护线路全长。在采用线路一变压器组的接线方式的电网中，把线路和变压器可以看成是一个元件，如图218所示。速断保护技躲开变压器低压侧短路出口处d1点短路来整定，由于变压器的阻抗一般较大，因此，保护的起动电流大为减小，以至保护线路的全长。 六、限时电流速断保护（电流I段） 1 工作原理1.1为了保护本条线路全长，限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处短路时，它就能切除故障。如图219所示。1.2为了保证选择性，就必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限。如图219，d点处于保护2的电流速断和保护1的限时电流速断保护范围以内，当d2点短路时，为了先让保护2去动作，就必须让保护1的限时电流速断保护延时动作，以防保护1拒动时保护2动作。1.3为了保证速动性，时限应尽量缩短。时限的大小与延伸的范围有关，为使时限最小，使限时电流速断的保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围。因而动作时限 比下一条线路的速断保护时限高出一个时间阶段。即限时电流速断在时间上躲过电流速断的动作。 2 整定计算2.1动作电流。动作电流按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定（29）2.2动作时限。为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条线路无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t，即 （ 2 10） 在工程上考虑各种因素，的数值取03506S，通常取为 0.5S。 限时电流速断保护和下一条线路电流速断保护的动作时限配合关系如图219（b）所示。 当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们联合工作就可以在05S内切除全线路范围内的故障，且能满足速动性的要求，具有这种作用的保护称为该线路的主保护。即无时限电流速断和限时电流速断构成线路的“主保护”。2.3 灵敏度校验。保护装置的灵敏度（灵敏性），是指在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。灵敏度的高低用灵敏系数来衡量。灵敏系数定义为 限时电流速断保护灵敏度为 ，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素： 1）可能存在非金属性短路，使短路电流Id较小。 2）实际的短路电流小于计算值。 3）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件中的电流变小。 4）继电器的实际起动值可能有正误差，使变大。 5）考虑一定裕度。 当时，保护在故障时可能不动、就不能保护线路全长，故应采取以下措施： l）为了满足灵敏性，就要降低该保护的起动电流，进一步延伸限时电流速断保护的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断相配合（但不超过下一条线路限时电流速断保护范围）。 2）为了满足保护选择性，动作时限应比下一条线路的限时电流速断的时限高一个。即 可见，保护范围的伸长（灵敏度的提高），会导致动作时限的升高。3 限时电流速断保护的接线图3.1 单相原理接线。如图220所示。3.2 展开图。展开图如图221所示。4 对限时电流速断保护的评价 限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长，但不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护（有时只能对相邻元件的一部分起后备保护作用）。因此，必须寻求新的保护形式。七、定时限过电流保护（电流III段）1 工作原理 反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护，如图222所示，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。2 整定计算2.1动作电流：2.2 灵敏度校验要求对本条线路及下一条线路或设备相间故障都有反应能力，反应能力用灵敏系数衡量。本条线路后备保护（近后备）的灵敏系数有关规程中规定 作为下一条线路后备保护的灵敏系数（远后备），规程中规定 当灵敏度不满足要求时，可以采用低电压闭锁的过电流保护，这时过电流保护的自起动系数可以取1。2.3时间整定由于电流III段保护的范围很大，为保证保护动作的选择性，其保护动作延时应比下一条线路的电流III段的动作时间长一个时限阶段III为 (215）3 接线图 电流III段保护的原理接线、展开图与电流II段保护相同。4 对定时限过电流保护的评价 定时限过电流保护结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在35kV及以下网络中作为主保护。定时限过电流保护的主要缺点是越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。八、电流三段保护小结 电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护，叫做三段式电流保护。 实际上，供配电线路并不定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网末端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0507S时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。在某些情况下，常采用两段组成一套保护，例如，当线路很短时，只装设限时电流速断和定时限过电流保护。又如线路变压器组式接线，电流速断保护可保护全线路，因而不需要装设限时速断保护，只装设电流速断保护和定时限过电流保护。电源端一般装设三段式保护、各段电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的主要区别在于按照不同的原则来选择起动电流和确定动作时限。 电流三段式保护的保护特性及时限特性如图223所示。 继电保护的接线图一般可以用原理图和展开图两种形式来表示。电流三段式保护单相原理接线图如图224所示，展开图如图225所示。 三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于35kV及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。九、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电流互感器二次绕组之间的连接方式。 1相间短路电流保护的主要接线形式1.1三相星形接线。三相星形接线如图226所示，三个电流互感器与三个电流继电器分别按相连接在一起，形成星形。三个继电器触点并联连接，相当于“或”回路。三相星形接线方式的保护对各种故障，如三相、两相短路，单相接他短路都能动作。1.2两相星形接线（不完全星形接线）。两相星形接线如图227所示。用装设在A、C相上的两个电流互感器与两个电流继电器分别按相接在一起，形成两相星形。它与三相星形的区别是B相上不装电流互感器和继电器。两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但B相发生单相短路时，保护装置不会动作。1.3 两相电流差接线。两相电流差接线如图228所示，它由两个电流互感器和一个继电器组成。 两相电流差接线反应各种相间短路时，保护装置不动作（一般对此设置零序保护）。三相短路时流过继电器电流是倍的短路电流；AC两相短路时流过继电器电流是2倍的短路电流；AB或CB两相短路时流过继电器电流是1倍的短路电流。为了反应在不同短路类型下，流过继电器的电流与电流互感器二次侧短路电流之间的不同关系。引入一个接线系数，数值为 对于三相和两相星形接线方式任何短路型式1；对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路时，；在AC两相短路时，2；在AB或BC两相短路时，1。两相电流差接线的保护能反应各种相间短路，但灵敏度不一样。2 各种接线方式在不同故障时的性能分析2.1中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相间短路。 前述三种接线方式均能反应这些故障（除两相电流差接线不能保护变压器外），不同之处在于动作的继电器数目不同，对不同类型和相别的相间短路，各种接线的保护装置灵敏度有所不同。2.2中性点非直接接地电网中的两点接地短路。 在中性点非直接接地电网（小接地电流）中，某点发生单相接地时，只有不大的对地电容电流流经故障点，一般不需要跳闸，而只要给出信号，由值班人员在不停电的情况下找出接地点并消除之，这样就能提高供电的可靠性。因此，对于这种系统中的两点接地故障，希望只切除一个故障点。 l）串联线路上两点接地情况，如图229所示，在dA点和出点发生接地短路。只希望切除距电源远的线路。若保护1和保护2均采用三相星形接线时，如果它们的整定值和时限都满足选择性，那么，就能保证100地只切除线路故障。如采用两相星形接线，则保护就不能切除B相接地故障，只能由保护2动作切除线路AB，使停电范围扩大。这种接线方式在不同的相别的两点接地组合中，只能有23的机会有选择地切除后面的一条线路。 2）放射性线路上两点接地情况如图230所示，在dB点发生接地短路时，希望任意切除一条线路即可。当采用三相星形接线时，两套保护（设时限整定得相同）均将起动。如采用两相星形接线，则保护有23的机会只切除任一线路。因此，在放射性的线路中，两相星形比三相星形应用较广。 3）对Y，dll接线变压器后面的两相短路如图231所示的网络中，当 Y， dll接线的降压变压器低压（）侧发生 AB两相短路时，在高压（Y）侧即保护安装侧各相电流之间的关系。 当侧发生AB两相短路时，该侧电流相童量如图232（b）所示。对于 Y， dll接线变压器，根据 Y侧正序分量滞后侧 300， Y侧负序分量超前侧300的原则，可得到Y侧电流相量图，如图232（C）所示。2.3不同接线形式的保护有其不同的特点。 图231所示网络，当过电流保护接于降压变压器的高压倒（Y侧）以作为低压侧（侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有其不同的特点。 1）采用三相星型接线时，则B相上继电器中的电流较其它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍，这是十分有利的。 2）采用两相星形接线时，由于B相上没有装设继电器，使B相中比A相，C相大一倍的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。为克服这个缺点，在两相星报接线的中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。 3）采用两相电流差接线时，由于，所以流入继电器的电流为零，保护不动作。因此，这种接线方式不能用来保护变压器。 3 各种接线方式的应用范围 三相星形接线方式能反应各种类型的故障，保护装置的灵敏度不因故障相别的不同而变化。主要应用于如下方面： 1）广泛应用于发电机，变压器大型贵重电气设备的保护中。 2）用在中性点直接接地电网中（大接地电流系统中），作为相间短路的保护，同时也可保护单相接地（对此一般都采用专门的零序电流保护）。 3）在采用其他更简单和经济的接线方式不能满足灵敏度的要求时，可采用这种接线方式。 两相星形接线方式较为经济简单，能反应各种类型的相间短路。主要应用于如下方面： 1）在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，广泛地采用它作为相间短路的保护。在10kV及以上，特别在35kV非直接接地电网中得到广泛的应用。 2）在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路常发生在放射型线路上。在这种情况下，采用两相星形接线以保证有23的机会只切除一条线路（要求保护装置均安装在相同的两相上，一般为AC两相）。如在610kV中性点不接地系统中对单相接地可不立即跳闸，允许运行两个小时，因此在 6 10kV中性点不接地系统中的过流保护装置广泛应用两相星形接线方式。 两相电流差接线方式具有接线简单，投资少等优点，但是灵敏性较差，又不能保护Y，dll接线变压器后面的短路，故在实际应用中很少用来作为配电线路的保护。这种接线主要用在610kV中性点不接地系统中，作为债电线和较小容量高压电动机的保护。 第二节双侧电源电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性电流保护的工作原理 由上节分析可知，在单侧电源网络中，各个电流保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，在发生故障时，它们都是在短路功率的方向从母线流向线路的情况下，有选择性的动作，但在双侧电源网络中，如只装过电流保护是不能满足选择性要求的。 1 问题的提出 由上述分析可见，某一保护（如保护 1）的误动是在所保护的线路（如 CD线路）反方向发生故障时，由另一个电源（如电源E2）供给的短路电流所引起的，并且这种引起误动的电流是由线路流向母线的，与内部故障时的短路功率方向相反。 2 解决方法 为了消除双侧电源网络中保护无选择性的动作，就需要在可能误动作的保护上加设一个功率方向闭锁元件。该元件当短路功率由母线流向线路时（即内部故障时）动作；当短路功率由线路流向母线时（即可发生误动作时）不动作。从而使继电保护具有一定的方向性。按这个要求配置的功率方向元件的动作方向如图2-39（b）所示。 3 方向过电流保护的原理接线图 方向过电流保护的原理接线图如图240（a）所示。二、相间短路方向继电器的90”接线方式1功率方向继电器的接线方式 由于功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，因此对其接线方式提出如下要求。1.1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。1.2故障以后加入继电器的电流和电压应尽可能地大一些。并尽可能使接近于最大灵敏度角，以便消除和减小方向继电器的死区。为了满足以上要求，广泛采用的功率方向继电器接线方式为900接线。所谓90”接线方式是指在三相对称的情况下，当时如图240（b）所示。加入继电器的电流和电压相位相差900如图240（如图2-40）。 2 方向过电流保护装置的接线图 功率方向继电器采用900接线时，而两相式方向过电流保护的原理接线图和展开图如图241所示。 功率方向继电器采用900接线方式的保护装置，主要有两个优点：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障相的线电压，其值很高；第二，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，切有较高的灵敏性。方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件为。 两相式接线适用于小接地电流系统，作为各种形式相间短路的保护，在大接地电流系统中，如果装有专门的接地保护，也可以采用两相式接线作为相间短路的保护。三、整流型相间短路方向经电器的构成原理 LLG3型功率方向继电器的原理接线图如图242所示。四、对方向性电流保护的评价在单电源环形网络和多电源辐射形电网中，都能保证动作的选择性。但由于保护中采用了方向元件使接线复杂，投资增加。另外，当保护安装地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，保护装置拒动，出现“死区”。 方向过电流保护，常用于 35kV以下的两侧电源辐射型电网和单电源环型电网中作为主要保护，在电压为35kV及110kV辐射型电网，常常与电流速断保护配合使用，构成三段式方向电流保护，作为线路相间短路的整套保护。 第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护我国电力系统中采用中性点接地方式通常有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种方式。一般110kV及以上电压等级采用中性点直接接地的方式，这类电网称为直接接地电网，110kV以下电压等级的电网采用中性点经消弧线圈接地和中性点不接地方式，这类电网称为非直接接地电网。一、接地故障时零序电流、零序电压及零序功率的特点中性点直接接地系统发生单相接他故障时，接他短路电流很大。如图245所示。 对于中性点直接接地电网，在发生单相接地短路时，要求继电保护尽快动作切除故障。前面所讨论的电流保护，采用三项完全星形接线时，虽然也能反应中性点直接接地的电流系统的单相接地短路，但由于它的动作电流较大，而单相接地的短路电流往往较小，因此，用它们来反应单相接地短路，灵敏性可能达不到要求，为了反应接地短路，必须装设专用的接地保护，较简单的接地短路保护是反应零序电流、零序电压及零序功率的保护。采用零序保护后，可以大大提高保护装置的灵敏度和缩短动作时限，同时接线和设备也比较简单。零序电流和零序电压的产生和分布及零序功率的方向有如下特点： 1 故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。如图245（c）所示。 2 零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置，而与电源的数量和位置无关。 3 故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。在故障线路线路上，正序功率的方向是由电源指向故障点的，而零序功率的方向则与之相反，是由接地短路点向变压器中性点扩散的。所以，正序功率是从母线流向线路的，而零序功率与其相反。故障点的电压大，零序功率也最大。 4 某一保护（如保护 1）安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件（如变压器1）的阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。 5 在系统运行方式变化时，正、负序阻抗的变化，引起、之间电压分配的改变，因而间接地影响零序分量的大小。二、零序电流滤过器 为了取得零序电流，通常采用三个变比、型号相同的电流互感器，分别接于线路三相，二次侧接线方式为星形接线，继电器接于中性线回路。正序或负序分量的电流，则因三相的相量和等于零而没有输出。在正常运行和相间短路时，零序电流过滤器也存在一个不平衡电流，即 三、零序电压互感器四、零序电流速断保护（本序I段） 相似于相间短路电流保护，不同的是零序电流速断保护只反应接地短路时通过的零序电流。为了保证选择性，保护1的零序段的保护范围不能超过本条线路的末端零序电流速断保护起动值的整定原则如下：1 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流，即 2 躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I。bt，即 （ 222）3 如果线路上采用单相自动重合闸时，零序电流速断应躲过非全相运行又产生振荡时出现的最大零序电流。五、限时零序电流速断保护（零序II段）1 起动电流 零序II段的起动电流应与下一段线路的零序1段保护相配合。 （ l）当该保护与下一段线路保护之间无中性点接地变压器时，该保护的起动电流为 （225） （2）当该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器时，该保护的起动电流为 2 动作时限 零序II段的动作时限与相邻线路零序I段相配合，动作时限一般取05s。 3 灵敏度核验 零序II段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验。 六、定时限零序过电流保护（零序III段） 零序三段的作用相当于相间短路的过电流保护，主要作为本线路零序I段和零序II段的近后备保护和相邻线路、母线、变压器接地短路的远后备保护。在中性点直接接地电流电网中的终端线路上也可作为主保护。1 起动电流1.1躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流，即 (228）1.2与下一线路零序III段相配合就是本保护零序III段的保护范围，不能超出相邻线路上零序III段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为 （229） 2 灵敏度校验 作为本条线路近后备保护时，按本线路末端发生接地故障时的最小零序电流来校验，要求，即 （230） 作为相邻线路的远后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时，流过本保护的最小零序电流 来校验，要求见即 3 动作时限七、方向性零序电流保护 在多电源大接地电流系统中，每个变电站至少有一台变压器中性点直接接地，以防止单相接地短路时，非故障相产生危险的过电压。图249为双侧电源供电系统接线图。 八、对零序电流保护和方向性零序保护的评价 相间短路电流保护的三相星形接线方式，可以保护单相接地短路。由于零序电流保护有许多独特的优点，所以常常采用专门的零序保护。零序电流保护主要优点如下：1 零序电流保护比相间短路的电流保护