继电保护原理

PAGEPAGE175继电保护基本原理及保护装置的组成电力系统继电保护的任务电力系统是由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成。电力系统各元件之间是通过电或磁的联系，任一元件发生异常运行状态或故障时，都可能立即在不同程度上影响到系统的正常运行。因此，切除故障元件的时间常常要求短到十分之几秒甚至百分之几秒。显然，在这样短的时间内，由运行人员来发现故障元件并将它切除是不可能的。要完成这样的任务，必须在每一电气元件上装设具有保护作用的自动装置。这就是继电保护，其实，继电保护就是一种重要的反事故措施，它的任务是：（1）当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、由选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭到损害。(2)当电力系统的被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置应能及时反应，并根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求部分迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要动作和由于干扰而引起的误动作。2．继电保护的基本原理为了完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它能够正确地区分系统正常运行与发生故障或异常运行状态之间的差别，以实现保护。继电保护的基本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，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。2．1利用基本电气参数的变化发生短路后，利用电流、电压，线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护：（1）过电流保护。过电流保护时反应电流的增大而动作，如图1－1所示，若在单侧电源线路BC段上发生短路，则从电源到短路点K之间将流过短路电流Ik，使保护2反应短路电流而动作于跳闸。（2）低电压保护。反应电压降低而动作，如图1－1所示，若在短路点K发生三相金属性短路，则短路点电压Uk降到零，各变电所母线上的电压均有所降低，可使保护2反应电压降低而动作。（3）距离保护（或阻抗保护）。反应短路点到保护安装处之间的距离（或测量阻抗的降低）而动作。以图1－1为例，设在短路点发生三相金属性短路，以Zk表示短路点到保护2安装处之间的阻抗，则B母线上的残余电压UB.res=IkZk。此时保护安装处测量到的电流Im=Ik、电压Um=Uk。若电流、电压互感器变比为1，则测量阻抗Zm=Um/Im，即Zm=Zk就是保护安装处到短路点的阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。2．2利用内部故障与外部故障时被保护线路两侧电流相位(或功率方向)的差别如图1－2所示双电源线路，按习惯规定电流正方时从母线流向线路，分析线路AB正常运行、外部故障及内部故障的情况。正常运行时，A、B两侧电流的大小相等，相位差180º；当线路AB外部短路时，A、B两侧电流大小仍相等，相位差180º，当AB线路内部短路时，A、B两侧电流一般大小不相等，在理想条件下，两侧电流相位差为0º，即同相位。从而可利用电气元件在内部短路、外部短路及正常运行的情况下，两侧电流的相位或功率方向的差别可以构成各种差动原理保护。2．3利用对称分量变化电气元件在正常对称运行时，负序分量和零序分量为零或分小，但在发生不对称短路时，一般负序分量较大，接地短路时负序和零负序分量较大。因此，根据序分量地变化可以构成负序保护和零序保护。也可以利用正序分量地突变量反应各种短路故障。2．4反应非电气量保护反应变压器油箱内部故障时所产生的气味而构成瓦斯保护；反应于温度变化而构成过负荷保护等。3继电保护装置的组成继电保护装置一般情况下，都是由三个部分组成，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构图如图1－3所示。

3．1测量部分测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”；等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。3．2逻辑部分逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使短路跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路由“或”、“与”、“否”、“延时启动”、“延时返回”以及“记忆”等回路。3．3执行部分执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸，异常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。1一次接线图变电站一次接线及保护配置1系统概念对继电保护的重要性前面已提到，继电保护的任务是保证电力系统的安全和稳定运行，那么，要学好继电保护，必需要有很强的电力系统慨念。不了解系统，怎么知道所用保护为什么要这样配置；不了解系统发生故障时故障量是什么样的变化过程，怎么理解某些保护原理为什么要用这种方式来实现。当能，这说起来比较抽象，而且，对于现在从事继电保护的工作者，都有一定的专业理论基础，但是，依经验看，我们的继电保护工作者，尤其是从事现场维护的继电保护工作者，往往着重保护装置的动作行为是否正确性，缺陷怎么处理等。不习惯去熟悉规程规范、设计标准，对“反措”中的细节问题也没有很好的理解。尤其是不喜欢看理论、数学推导，如序分量推算等。这对一个继电保护工作者水平上台阶是有制约的，这就要求继电保护人员不但要加强本专业技术的学习，理论联系实践，实践中又用理论来丰富和提高自己，又要加强对其他相关专业的学习，拓宽思路，善于横向思考问题，才能更好的解决现场难题，保证继电保护和安全自动装置的安全稳定运行。在本书中我们理论的部分所占篇幅相对较少，原打算把序分量推算方法等写进来，但考虑到关于理论方面市场上供参考的书实在太多了，这里就不再介绍。在这里，希望把说的抽象的概念变具体，把这个系统的概念缩小，缩小到一个变电站，因为继电保护所保护的电气元件除输电线路外都在变电站或发电厂内，继电保护装置基本上是在变电站或发电厂内，对继电保护工作者，先熟悉一个变电站，让变电站电气设备全貌在脑袋里有概念，各电气元件的作用，它们之间的相互关系，保护取了它们什么量，保护怎样去保护它等，能够做到这一点，已是相当不错的。2变电站一次接线图及一次设备2．1变电站一次接线对6－500KV高压配电装置的接线，大致可以分为两类（1）有汇流母线的接线：单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、一个半断路器接线、增设旁路母线的接线等。Ⅰ、单母线接线：接线简单、清晰，设备少、操作方便，但只适用于变电站安装一台变压器的情况且各出线回路数不多的变电站。Ⅱ、单母线分段接线：用断路器将母线分段后，对重要用户供电有好处，但这使布线不清晰。Ⅲ、双母线接线：双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并列运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，优点：供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验；缺点：增加投资、改变运行方式时要倒闸操作，使运行操作复杂化。Ⅳ、双母线分段接线：当进出线回路数较多时，双母线需要分段，有双母线单分段和双母线双分段。Ⅴ、一个半断路器接线：一台半断路器接线是一种没有多回路集结点、一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线。现湖南500KV一次接线大都是采用一个半断路器接线。Ⅵ、增设旁路母线的接线：为使进出线断路器检修时不中断对用户的供电，可增设旁路母线或旁路隔离开关。旁路母线有三种接线方式：设有专用旁路断路器，母联断路器兼作旁路断路器，分段断路器兼作旁路断路器。（2）无汇流母线的接线：变压器－线路组单元接线、桥形接线、角形接线等。Ⅰ、变压器－线路组单元接线：接线简单，设备少，但只适用于安装一台变压器和一回出线的变电站。Ⅱ、桥形接线：桥形接线分内桥形接线和外桥形接线。优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：线路的切除和投入复杂。只适用于较小容量的发电厂或变电站。Ⅲ、角形接线：多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。优点：投资少，供电可靠灵活。缺点：继电保护和控制回路接线复杂。只适用于能一次建成的不再有扩建可能的发电厂或变电站。2．2主接线中的设备配置Ⅰ、断路器：断路器主要是断开时起灭弧作用。Ⅱ、隔离开关：隔离开关是使断路器等检修时有明显的隔开点，隔离开关也使运行调度灵活，保护取隔离开关辅助接点判断该出线是挂在哪段母线上。Ⅲ、接地开关：是保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长短需要装设合适的隔离开关，63KV及以上进出线断路器两侧隔离开关和出线隔离开关出线侧配置接地开关，Ⅳ、电压互感器：电压互感器有电容式和电磁式电压互感器，配置需满足测量、保护、同期、和自动装置的要求。Ⅴ、电流互感器：凡有断路器的回路都装设电流互感器，发电机和变压器的中性点都装设电流互感器，电流互感器其二次绕组级别及组数应满足保护、测量、计量用的要求。Ⅵ、避雷器：配电装置的每组母线上，都装设避雷器，进出线根据需要装设。Ⅶ、电容器、电抗器：作无功补偿用，但高压并联电抗器（220KV及500KV）主要是限制工频过电压和潜供电流。Ⅷ、阻波器、结合滤波器、耦合电容器：是根据系统通信和保护高频通道的要求配置，阻波器有宽频和仄频两种；结合滤波器有自耦式和互感式两种，保护用结合滤波器都要用互感式，以便一、二次地分开。Ⅸ、变压器：变压器有互感式和自耦式。Ⅹ、母线：连接用。3保护配置及一般要求现已一个220KV变电站为例，根据一次接线图谈谈变电站内继电保护装置的常规配置及配置要求。3．1线路保护：220KV线路保护：高频或光纤差动保护、距离保护、零序保护、重合闸。要求双主双后配置，光纤通道纵联保护通道配置原则（略）110KV线路保护：距离保护、零序保护、重合闸。35KV或10KV线路保护：过流、速断、重合闸。3．2变压器保护差动、差速保护：直接快速跳三侧开关，对双重化的微机变压器保护装置，旁路代主变运行时，电流回路采用一套切套管、一套切旁路的方式，其中，二次谐波制动原理的一套保护切换到旁路，其他原理的保护切换到套管。瓦斯保护：瓦斯继电器的接点接至保护屏直接启动出口跳三侧开关，不要求双重配置，单跳闸回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。复压过流保护：有带方向和不带方向，各两段，各段带两至三时限，带方向的即复压方向过流先跳母联或分段，后跳本侧开关或三侧开关；不带方向的即复压过流先跳本侧开关，后跳三侧开关。零压过流保护：有带方向和不带方向，各两段，各段带两至三时限，带方向的即零压方向过流先跳母联或分段，后跳本侧开关或三侧开关；不带方向的即零序过流先跳本侧开关，后跳三侧开关。间隙保护和零序联跳保护：主要是保证变电站两台变压器的只一台而且必须有一台中性点接地考虑的。这就有变压器零序联跳回路，保证接地变跳开之前要让非接地变先跳开，当装有间隙保护时可以不用零序联跳回路。过负荷保护：油温、压力释放、冷却器全停保护：这都是用接点驱动的保护，其要求在反事故技术措施中有详细讲解。3．3母线保护：110KV及以上，配置母线保护，防止误动加电压闭锁。220KV及以上的要求母线保护双重化，两套保护的电流回路、跳闸回路应完全独立、且两个跳闸回路不共电缆，母线保护用位置接点的应直接采用刀闸位置辅助接点，不能使用重动接点。3．4失灵保护：220KV及以上，配置母线保护，防止误动加电压闭锁。安全自动装置及其他：站用变及备自投、低周减载、远联切装置、故障录波、断控单元。第四节输电线路保护一输电线路保护概述在电力系统中，各个电压等级输电线路的保护装置都不相同，具体体现在保护装置的原理、配置及选型等方面，这里我们主要介绍220kV及以下电压等级的常用输电线路保护。1.220kV及110kV输电线路保护的共同点和区别220kV输电线路保护一般分为四个部分，即纵联主保护、距离后备保护、零序后备保护及自动重合闸装置；而110kV输电线路保护一般只包括三个部分，即距离保护、零序保护和自动重合闸装置。两个电压等级的输电线路保护都包含了距离和零序保护，其原理基本相同，只是保护段的配置稍有不同，其最大的区别体现在两个部分：一是220kV线路保护比110kV线路保护多配置了纵联主保护，可以实现全线速动；二是220kV线路保护自动重合闸装置一般采用单相重合闸功能，而110kV线路保护一般采用三相重合闸功能。2.目前电网内所采用线路保护的主要类型和生产厂家简介2.1四方公司的CSL100系列CSL101、102为适用于220kV-500kV输电线路的成套数字式保护装置，整套装置基本配置包括高频保护、距离保护、零序保护、故障录波器四个部分，以高频保护作为线路全线速动主保护，以距离、零序方向保护作为后备保护。高频、距离、零序方向保护功能由三个独立的CPU插件分别完成。CSL101与CSL102的区别主要在高频保护部分，前者高频保护为高频相间距离、高频接地距离、高频零序方向和高频负序方向，后者则配置了突变量方向高频、高频零序方向、高频负序方向，两者的后备保护完全相同。2.2．南瑞公司的RCS900系列本装置为由微机实现的数字式超高压线路成套快速保护装置，可用作220kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。RCS-901A(B、D)包括以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护，其中，RCS-901A由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-901B由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-901D以RCS-901A为基础，仅将零序Ⅲ段方向过流保护改为零序反时限方向过流保护。RCS-901A(B、D)保护有分相出口，配有自动重合闸功能,对单或双母线结线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。RCS-902A（B、C、D）包括以纵联距离和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护。其中，RCS-902A由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-902B由三段式相间和接地距离及四个延时段零序方向过流构成全套后备保护；RCS-902C设有分相命令，纵联保护的方向按相比较，适用于同杆并架双回线，后备保护配置同RCS-902A；RCS-902D以RCS-902A为基础，仅将零序Ⅲ段方向过流保护改为零序反时限方向过流保护。RCS-902A（B、C、D）保护有分相出口，配有自动重合闸功能,对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。RCS-902XS适用于串联电容补偿的输电系统。动作速度快，线路近处故障跳闸时间小于10ms，线路中间故障跳闸时间小于15ms，线路远处故障跳闸时间小于25ms。主保护采用积分算法，计算速度快；后备保护强调准确性，采用傅氏算法，滤波效果好，计算精度高。反应工频变化量的测量元件采用了具有自适应能力的浮动门槛，对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力，因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速，起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。先进可靠的振荡闭锁功能，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。灵活的自动重合闸方式。装置采用整体面板、全封闭机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式，同时在软件设计上也采取相应的抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外的电磁辐射也满足相关标准。完善的事件报文处理，可保存最新128次动作报告，24次故障录波报告。友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。灵活的后台通信方式，配有RS-485通信接口(可选双绞线、光纤)或以太网。支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通信规约。与COMTRADE兼容的故障录波。2.3．许继公司的WXH800系列WXH-801保护配置的主保护为纵联方向保护，后备为距离保护、零序保护，可选择自动重合闸功能。其纵联方向保护采用带补偿的正序故障分量的纵联方向保护和零序方向保护构成全线速动的主保护。以负序分量及反映三相对称故障的判别元件（UcosФ）构成快速后备纵联保护。主保护根据不同故障时限，投入不同的方向元件，使主保护完整、独立且全过程投入。非全相运行主保护投入并由反映健全相的工频变化量方向元件实现。本保护设有可供用户选用的弱馈功能(弱馈回授功能、弱馈跳闸功能,弱馈端可以正确选相跳闸)。本保护的方向元件设有正、反两个方向元件，反方向元件不需整定，灵敏度较正方向灵敏。任一反方向元件闭锁正方向元件。本保护在手合于故障或重合于永久故障时，设置了具有偏移特性的阻抗元件的瞬时加速切除故障的功能。距离保护设置了三段式相间距离及三段式接地距离。相间距离保护采用耐过负荷能力强的圆特性阻抗继电器，接地距离保护采用四边形特性阻抗继电器。本保护在启动后循环计算六种阻抗，并行对距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段区内判别，距离元件动作后，根据自适应选相元件的选相结果，选相跳闸。本保护具有振荡闭锁功能，对于振荡中的故障还可以自适应的采用不同的开放元件快速开放距离保护。本保护在手合于故障时设置了具有偏移特性的Ⅲ段加速阻抗元件,对于重合后加速设置了可投退的加速Ⅱ或Ⅲ段阻抗及延时加速Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。本保护具有自适应的故障测距功能。本保护设置了六段零序方向电流保护即零序电流Ⅰ-Ⅳ段及零序不灵敏Ⅰ、Ⅱ段。另含有可选用的零序反时限保护。全相运行及非全相运行时各段保护的投退由压板控制，每段都各由控制字选择经方向或不经方向元件闭锁。此外，本保护还设置了带延时的过流保护Ⅰ段及过流保护Ⅱ段，仅在TV断线时由控制字选择投退。重合闸方面可实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸及停用。重合闸充电时间为15s,重合在充满电后才执行。重合闸的启动回路可以由保护跳闸启动及断路器位置启动。可选择的检无压、检同期及无检定方式重合。由于重合闸的原因不允许保护选相跳闸时，重合闸将输出沟通三跳接点，连至各保护开入以实现三跳。WXH-802保护配置为纵联距离保护、距离保护、零序保护、自动重合闸功能。纵联距离保护采用综合距离方向保护和零序方向保护构成全线速动的主保护，以负序分量及反映三相对称故障的判别元件（UcosФ）构成快速后备纵联保护。非全相运行主保护投入并由反映健全相的工频变化量方向元件实现。本保护的综合阻抗继电器的动作特性为带偏移的多边形。其余部分均与WXH-801相同。距算1.2.4．南自公司的PSL600系列PSL601系列数字式线路保护装置以纵联方向作为全线速动主保护；PSL602系列数字式线路种保护装置以纵联距离和纵联零序作为全线速动主保护；PSL603系列数字式线路保护装置以分相电流差动保护和零序电流差动保护作为全线速动主保护；PSL601、602和603型保护都以距离保护和零方向电流保护作为后备保护，重合闸功能可选。可用作220KV及以上电压等级的输电线路的主保护和后备保护。PSL601系列保护以能量积分方向为主，以阻抗方向、零序方向为辅的综合性方向元件作为纵联保护。PSL602系列保护以纵联距离和纵联零序作为全线速动主保护。纵联零序方向保护零序电压采用浮动门坎技术，最小门坎为0.5V，既可防止正常运行时如果有零序电压导致零序电方向元件的误动，也提高了高阻接地时零序方向元件的灵敏度。PSL603系列保护采用分相电流差动继电器和零序电流差动继电器作为线路全线速动保护；具备优异的抗CT饱和和CT断线能力；差动保护的光纤通道可以提供专用光纤、复用64kPCM和复用2M这三种通讯接口方式以供选择；先进的数值同步技术，保证两侧数据的一致性，可适用两侧CT变比不一致的情况；自动检测通道故障，实时显示差流、通道误码率，通道故障时自动闭锁差动保护，通道恢复时自动恢复差动保护。动作速度快，线路近处故障动作时间小于10ms，线路70%处故障典型动作时间达到12ms，线路远处故障小于25ms。完善可靠的振荡闭锁功能，能快速区分系统振荡与故障，在振闭锁期间，系统无论发生不对称性故障还时发生三相故障，保护都能可靠快速动作。纵联保护功率倒向逻辑，率先采用了反方向元件动作才延时停闭锁信号（或发允许信号）的方法。在反向元件动作10ms后，投入功率倒向延时回路，在反向转正向线路侧，纵联保护延时40ms停信（允许式为发信），此时远故障侧纵联保护按常规逻辑执行，可有效防止区外故障切除时功率倒向引起保护的误动。这种新的功率倒向判断方法优点：（1）即便新的断路器动作越来越快，在30ms内切除故障，PSL601、602也不会在功率倒向的情况下误动；（2）在非全相运行时或扰动引起保护启动，然后再故障等没有功率倒向的情况下，不会因为功率倒向逻辑额外增加纵联保护的动作延时。采用电流电压复合选相方法，在复杂故障和弱电源系统故障时也能够正确选相。纵联保护通道接口方式灵活，可以与载波通道（专用或复用）、光纤通道（专用或复用，64k或2M）、微波通道等各种通信设备连接，可以实现传输保护分相允许信号，有自适应判弱电源侧的弱馈保护，通道逻辑如通道检查、位置停信等都由保护实现，发停信控制采用单接点方式，接点闭合为发信，接点断开为停信。完善的自动重合闸功能，可以实现单重检三相有压重合闸方式，专用于大电厂侧，以防止线路发生永久故障，电厂侧重合于故障对电厂机组造成冲击。采用了多CPU共享AD高精度模数转换自主专利技术，解决了多CPU共享AD的难题，提高了装置的模数转换精度，简化了调试和维护的工作量。采用透明化设计思想，保护内部元件在系统故障时的动作过程可以全息再现，便于分析保护的动作过程，消除不明原因的动作。装置具有灵活的通信接口方式，双485和双以太网通信接口（可选双绞、光纤）。支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通信规约。方便接入其他厂商的自动化系统。直接接入光纤通道的保护装置在定值中可设有本侧和对侧保护装置编码，以防止光纤通道交叉或自环时引起保护误动和拒动。PSL600G型装置有两组AD模件，交流模拟量分别引入两个独立的数据采样回路进行转换，其中一块AD模件的数据送给保护，完成保护功能，另一块AD模件的数据送给起动CPU用于开放跳闸继电器动作线圈的24V电源。只有两块AD同时启动，保护才能出口，这样可以大大增强保护的安全性、容错能力。G型保护装置的各个通信口可以同时工作。二输电线路的电流保护和方向性电流保护1单测电源网络相间短路的电流保护配置：三段式第三段式第Ⅰ段―――电流速断保护第Ⅱ段―――限时电流速断保护第Ⅲ段―――过电流保护主保护后备保护1.1电流速断保护（第Ⅰ段）：对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。a.短路电流的计算：图4-2-1系统运行方式变化对电流速断保护的影响图中、1――最大运行方式下d(3)2――最小运行方式下d(2)3――保护1第一段动作电流可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）b.整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。（IdZ）在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点。可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长。灵敏性：用保护范围的大小来衡量lmax、lmin一般用lmin来校验、要求：≥（15～20）％希望值50％方法：①图解法②解析法：可得式中ZL=Z1l――被保护线路全长的阻抗值动作时间t=0sc.构成图4-2-2电流速断保护的单相原理接线图中间继电器的作用：（1）接点容量大，可直接接TQ去跳闸（2）当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动d.小结（1）仅靠动作电流值来保证其选择性（2）能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。1.2限时电流速断保护（第Ⅱ段）a.要求（1）任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性（2）在满足要求①的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。b.整定值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。即整定值与相邻线路第Ⅰ段配合。动作电流：动作时间：Δt取0.5"，称时间阶梯，其确定原则参看P18.灵敏性：要求：≥1.3～1.5若灵敏性不满足要求，与相邻线路第Ⅱ段配合。此时：动作电流：动作时间：c.构成：与第Ⅰ段相同：仅中间继电器变为时间继电器。d.小结：（1）限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长（2）依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性（3）与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的近后备保护。1.3定时限过电流保护（第Ⅲ段）a.作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。b.整定值的计算和灵敏性校验：（1）动作电流：①躲最大负荷电流（1）②在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。图4-2-3选择过电流保护的起动电流和动作时间的网络接线图电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq（2）式中，显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.85～0.9）（3）动作时间在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护1～4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。图4-2-4单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择即、、、―――――阶梯时间特性注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合（3）灵敏性近后备：Id1.min―――本线路末端短路时的短路电流远后备：Id2min―――相邻线路末端短路时的短路电流c.构成：与第Ⅱ段相同Ⅲd.小结：（1）第Ⅲ段的IdZ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；（2）在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；（3）保护范围是本线路和相邻下一线路全长；（4）电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近电源，tⅢ越长，应设三段式保护。1.4电流保护的接线方式a.定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。b.常用的两种接线方式：三相星形接线和两相星形接线。（1）三相星形接线的特点：①每相上均装有CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联（或）（2）两相星形接线的特点：①某一相上不装设CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联（通常接A、C相）图4-2-5三相星形接线方式的原理接线图图4-2-6两相星形接线方式的原理接线图上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等。接线系数：IdZ与IdZ..J之间的关系：或比较：对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。串联线路图4-2-7串联线路上两点接地a.三相星形接线：保护1和保护2之间有配合关系，100％切除NP线b.两相星形接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）并行线路上：（可能性大）图4-2-8由同一变电站引出的放射形线路上两点接地a.三相星形接线：保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。b.两相星形接线：2/3机会只切一条线路。Y／△接线变压器后d(2)以Y／△－11接线降压变为例图4-2-9Y，d11接线降压变压器两相短路时的电流分布图图4-2-10Y，d11接线降压变压器两相短路时的两侧电流矢量图结论：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位Y／△－11升压变：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。经济性：两相星形接线优于三相星形接线三相星形接线灵敏度是两相星形接线的两倍针对措施：在两相星形接线的中线上再接入一个LJ，其电流为：，以提高灵敏性。应用三相星形接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。两相星形接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。）1.5评价：a.选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠IdZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。b.灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的缺点例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；第Ⅲ段：长线路重负荷（If增大，Id减小），灵敏性不满足要求第Ⅰ、Ⅱ段满足；第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点d.可靠性：线路越简单，可靠性越高——优点1.6应用范围：35kV及以下的单电源辐射状网络中；第Ⅰ段：110KV等，辅助保护2电网相间短路的方向性电流保护随着当前双电源、多电源及环形电网的采用，供电网络更加可靠,但却带来了新问题。图4-2-11双侧电源网络K1点及K2点短路示意图对电流速断保护：d1处短路，d2处短路，对过电流保护：d1处短路，d2处短路，有选择性，但是产生了矛盾。上述矛盾的要求不可能同时满足。原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。解决办法：加装方向元件——功率方向继电器。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。图4-2-12双侧电源网络各保护动作方向规定保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。2.1功率方向继电器的工作原理图4-2-13双侧电源网络接线图电流规定方向：从母电流向线路为正。电流本身无法判定方向，需要一个基准——电压。d1处短路d2处短路图4-2-14功率方向继电器d1和d2点短路矢量图因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。实现：a.最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角。b.动作范围：动作方程：或c.动作特性:当线路发生三相短路所以图4-2-15功率方向继电器的动作特性d.死区：当正方向出口短路时，，GJ不动——电压死区。消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。2.2幅值比较原理和相位比较原理及其互换关系对于比较两个电气量的继电器，可按幅值比较原理或相位比较原理来实现。幅值比较原理：相位比较原理：用四边形法则来分析它们之间的关系：图4-2-16用四边形法则分析幅值比较和相位比较原理或可见，幅值比较远路与相位比较原理之间具有互换性。注：1.必须是同一频率的正弦交流量2.相位比较原理的动作边界为2.3相间短路功率方向继电器的接线方式：a.要求：良好的方向性（与故障类型无关）和较高的灵敏性。b.90º接线方式：指系统三相对称且cosφ=1时，的接线方式。图4-2-17相间短路功率方向继电器90º接线方式时的矢量图注：90º接线方式仅为了称呼方便，且仅在定义中成立。采用该接线方式构成的三相式方向过电流保护的原理接线图参看第40页，图2－37。提示：三相星形接线且按相启动（指接入同名相电流的测量元件和功率方向元件的结点串联，而后于其他元件相并联后启动逻辑元件。）c.相间短路情况下90º接线功率方向继电器动作行为分析：（1）正方向三相短路：由于三相对称，三个继电器动作情况相同，故以A相为例分析：图4-2-18三相短路时对90º接线方式的分析从图中可见，φJA＝φJd－90º①为使功率方向继电器动作最灵敏②为使PJA>0一般当，当，所以,在三相短路时,选择,可保证GJ动作。（2）正方向两相短路，以BC两相短路为例,且空载运行.有两种极限情况:出口和远处图4-2-19B-C两相短路时电网接线图①出口短路图4-2-20保护安装地点出口处B-C两相短路时的矢量图GJA:,不动作；GJB：，同三相短路；GJC：，同三相短路。所以应选择，使得时GJ能动作注：出口BC两相短路，、幅值很大，B、C相功率方向继电器动作。该接线方式可消除各种两相短路的死区。②远处短路图4-2-21远离保护安装地点B-C两相短路的矢量图GJA:,不动作；GJB：，所以应选择，使得B相GJ能动作；GJC：，所以应选择，使得C相GJ能动作综合两种极限情况：在正方向任何地点：：：同理：和时可得到相应的结论。综上所述：为保证时，GJ在正方向任何相间短路时均能动作：总结：优点：①对各种两相短路都没有死区；②适当选择内角后，对线路上各种相间故障保证动作的方向性；缺点：不能清除死区。顺便指出：在正常运行情况下，位于送电侧的GJ在负荷电流的作用下一般都处于动作状态。2.4双侧电源网络中电流保护整定的特点：a.电流速断保护图4-2-22双侧电源线路上电流速断保护的整定无方向元件：有方向元件：此时保护1不需方向元件。b.限时电流速断保护原则与单侧电源网络中第Ⅱ段的整定原则相同，与相邻线路Ⅰ段保护配合。但需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。图4-2-23有助增电流和外汲电流的电网接线图助增：使故障线路电流增大的现象外汲：使故障线路电流减小的现象引入分支系数：当仅有助增时：∵∴仅有外汲时：∵∴无分支时：既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1整定时，应取实际可能的最小值以保证选择性。2.5对方向性电流保护的评价a.在多电源网络及单电源环网中能保证选择性b.快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护c.接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资d.出口时，GJ有死区，使保护有死区——缺点∴力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）原则：①对于电流速断保护（第Ⅰ、Ⅱ段）如：图4-2-24双侧电源线路上的电流速断保护故障，保护1可不加GJ故障，保护2要加GJ②对过流保护图4-2-25双侧电源线路上的过电流保护故障时，∵∴保护2、3要加GJ故障时，∵∴保护3要加GJ 保护1可不加GJ即：动作延时长的可不加GJ，动作延时小的或相等的要加GJ。3输电线路的接地保护大接地电流系统:系统中主变压器中性点直接接地在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流。110KV及以上电网中性点直接接地系统60KV及以下电网中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统)运行经验表明,在中性点直接接地系统中,d(1)几率占总故障率的70%∽90%.所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一.而在该系统中发生d(1),系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量.故可利用零序分量构成接地短路的保护.3.1零序分量的特点图4-2-26接地短路时的零序等效网络（1）零序电压:故障点U0最高,离故障点越远,U0越低.变压器中性点接地处U0=0（2）零序电流分布:中性点接地变压器的位置有关大小:线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关（3）零序功率短路点最大(与U0相同).方向:与正序相反,从线路→母线（4）图4-2-27接地短路时的零序矢量图相位差由ZB10的阻抗角决定与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关3.2零序电流保护一般采用三段式或四段式，其中Ⅰ段为速动段保护，Ⅱ段(Ⅱ、Ⅲ段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短，最末一段则为后备保护。三段式零序电流保护原理与三段式电流保护是相似的。（1）Ⅰ段a.躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max＝1.2∽1.3求3I0max①故障点：本线路末端②故障类型：（假设X1∑＝X2∑）(串联)（并联）当Z0∑>Z1∑I0(1)>I0(1.1)采用I0（1）当Z0∑<Z1∑I0(1)<I0(1.1)采用I0（1.1）当Z0∑=Z1∑I0(1)=I0(1.1)任取③运行方式各系统最大运行方式Z1∑↓Z2∑↓接地点：保护安装侧接地点最多Z0m↓对侧接地点最少Z0n↓b.躲短路器三相触头不同时合闸而出现的三倍零序电流3I0btII0dz＝KKI.3I0btKKI＝1.1∽1.2求3I0bt：①两相先合———一相断线（并联）②一相先合——两相断线（串联）两者计算值取较大者，但按原则b所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时可考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。灵敏性：要求与Ⅰ段电流保护相同≥（15%～20%）(2)Ⅱ段与相邻线路零序电流Ⅰ段配合图4-2-28零序Ⅱ段动作特性分析的网络接线图KKⅡ＝1.1∽1.2灵敏性校验：若不满足要求：与相邻线Ⅱ段配合或接地距离保护（3）Ⅲ段：躲线路末端变压器为另一侧短路时可能出现的最大不平衡电流Ibp.max――非周期分量系数t＝0s时取1.5～2t=0.5s时取1；――同型系数。同型时取0.5、不同型时取1；――CT误差取0.1；――线末变压器另一侧短路时流过保护的最大短路电流。灵敏性：近后备和远后备时均校验。动作时间（限）：从零序网的最末级开始按阶梯原则向电源方向推算。方向性零序电流保护在多电源的大接地电流系统中，为保证选择性，需要装设零序功率方向继电器，构成方向性零序电流保护，下面介绍一下零序功率方向继电器。正方向接地故障φd0＝70o∽80o∴φo＝－（110o～100o）∴φlm≈－105o左右（）目前，整流型和晶体管型：φlm＝70o～85o∴接线:图4-2-29零序功率方向继电器接线的矢量图由于越靠近故障点的零序电压越高，因此出口短路时GT0无死区远处故障时U0下降I0减小，GT0可能不动，为此须校验灵敏性（作相邻元件后备）相邻元件末端短路（二次侧）3.4评价在前面分析相间短路电流保护的接线方式中，已经指出三相星形接线也可反映d（1），那为什么还要采用专门的零序电流保护呢？这是因为两者比较，后者具有很多的优点：a.零序电流保护更灵敏,Ⅰ、Ⅱ受运行方式影响较小，Ⅰ段保护范围长且稳定，Ⅱ段灵敏性易于满足,Ⅲ段躲不平衡电流，定值低更灵敏且时间较短;b.GT0出口无死区，接线简单、经济、可靠;c.系统振荡、短时过负荷等情况下（三相对称）I0不受影响。零序电流保护的缺点是：a.对于短线路或运行方式变化比较大的情况，保护往往不能满足系统运行的要求；b.采用单相重合闸方式时，在重合闸过程中出现的非全相运行状态会影响零序电流保护的正确工作，因此应从整定计算上考虑，或在单相重合闸过程中短时退出运行；c.采用自耦变压器联系两个不同电压等级电网时，任一网络的接地短路都将在另一侧产生零序电流，使零序保护的整定配合复杂化，并增大第Ⅲ段保护的动作时限。三输电线路的距离保护1距离保护的概念距离保护是反应故障点至保护安装地点之间距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测定保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。如图4-3-1所示,当BC线路发生短路时，保护B测量的阻抗是Zd，保护A测量的阻抗是ZAB+Zd，由于保护B距短路点较近，保护A距短路点较远，所以保护B的动作时间可以做到比保护A的动作短，这样故障就可以由保护B切除，而保护A不致误动作。这种选择性的配合，是靠适当选择各个保护的整定值和动作时限来完成的。图4-3-1距离保护网络接线根据距离保护的工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性，较电流保护具有更高的灵敏度，保护范围比较稳定，但由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此距离保护的接线复杂，可靠性要比电流保护低，这也是它的缺点。2距离保护的阶段时限特性距离保护的动作时间与保护安装处至短路点之间距离的关系为t=f(l)称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛采用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图4-3-2所示，并分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。图4-3-2距离保护的时限特性其中，距离保护Ⅰ段的整定值为，瞬时动作距离保护Ⅱ段的整定值为，t=0.5’’距离保护Ⅲ段的整定值按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来选择，动作时限应按阶梯特性原则整定。距离保护Ⅰ段与Ⅱ段共同构成本线路的主保护，距离保护Ⅲ段除作为本身距离Ⅰ、Ⅱ段的后备保护外，还作为相邻线路保护装置和断路器拒动时的后备保护。需要注意的是，距离Ⅰ段虽然是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%-85%，因此两端合起来就使得在30%-40%的线路长度内的故障，不能从两端瞬时切除，在一端须经过0.35–0.5s的延时才能切除，在220kV及以上的电网中，有时侯这不能满足电力系统稳定运行的要求，因而不能作为主保护来应用。3阻抗继电器阻抗继电器是距离保护的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。阻抗继电器的类型主要有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性的阻抗继电器以及四边形阻抗继电器等。3.1全阻抗继电器全阻抗继电器的特性是以继电器安装点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径所作的一个圆，如图4-3-3所示。当测量阻抗Zj位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应于此时的阻抗就是继电器的起动阻抗。由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此，不论加入继电器的电压和电流的夹角Ψ为多大（由0º-180º之间变化），继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗。具有这种特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性。图4-3-3全阻抗继电器的动作特性3.2方向阻抗继电器方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Zzd为直径而通过坐标原点的一个圆，如图4-3-4所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加入继电器的短路电压和短路电流之间的相位差Ψ为不同数值时，该继电器的起动阻抗也将随之改变。当Ψ等于整定阻抗Zzd的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此这个角度称为继电器的最大灵敏角。当保护范围内部发生故障时，Ψ=Ψk（为被保护线路的阻抗角），因此应该使继电器的最大灵敏角等于Ψk，以便继电器工作在最灵敏的条件下。当反方向发生短路时，测量阻抗Zj位于第三象限，继电器不能动作，因此它本身具有方向性，故称为方向阻抗继电器。图4-3-5方向阻抗继电器动作特性3.3偏移特性的阻抗继电器偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为Zzd时，同时向反方向偏移一个αZzd，其中0<α<1,继电器的动作特性如图4-2-6所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为|Zzd+αZzd|，圆心的坐标为Zo=1/2（Zzd-αZzd），圆的半径为|Zzd-Zo|=1/2（Zzd+αZzd）。图4-3-6具有偏移特性的阻抗继电器这种继电器的动作特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当采用α=0时，即为方向阻抗继电器；当α=1时，则为全阻抗继电器，其起动阻抗Zj.zd既与Ф有关，但又没有完全的方向性，一般称其为具有偏移特性的阻抗继电器。实用上通常采用α=0.1-0.2，以便消除方向阻抗继电器的死区。下面，总结一下这三种阻抗的意义：（1）测量阻抗Zj：由加入继电器的电压Uj与电流Ij的比值确定。（2）整定阻抗Zzd：一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。全阻抗继电器：圆的半径。方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上圆的直径。偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。（3）起动阻抗（动作阻抗）Zj.zd：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压Uj和电流Ij的比值。除全阻抗继电器以外：Zj.zd随Ψj的不同而改变。当Ψj=Ψlm时，Zj.zd=Zzd，此时起动阻抗最大。3.4阻抗继电器的接线方式根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压Uj和电流Ij应满足以下要求：（1）继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；（2）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。为此，我们所采用的阻抗继电器常用接线方式主要有0°接线、相电压和具有k3I0补偿的相电流接线两种。3.4.1相间阻抗继电器的0º接线方式这是在距离保护中广泛采用的接线方式，当阻抗继电器加入的电压和电流为UAB和IA-IB时，称之为“0º接线”。现根据这种相应的接线方式，对各种相间短路时继电器的测量阻抗分析如下：三相短路如图4-3-8所示，三相短路时，三相是对称的，三个继电器K1~K3的工作情况完全相同，因此，可以K1为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距离为l，线路每千米的正序阻抗为Z1，则保护安装地点的电压UAB应为UAB=UAB-UAB=IAZ1l-IBZ1l=（IA-IB）Z1lUABUABZKl(3)=——-=Z1IA-IBZIZIAICIBK(3)图4-3-8三相短路时测量阻抗分析在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的阻抗，三个继电器均能动作。两相短路如图4-3-9所示，假设A-B相间短路，则故障环路的电压UAB应为UAB=IAZ1l-IBZ1l=（IA-IB）Z1l因此，在两相短路时，继电器Kl的测量阻抗为UABUABZKl(2)=——-=ZllIA-IBZIZIAICIBKAB（2）图4-3-9和三相短路时的测量阻抗相同，因此，K1继电器也能动作。在A-B两相短路的情况下，对继电器K2和K3而言，由于所加电压为非故障相间的电压，数值较UAB为高，而电流又只有一个故障相的电流，数值较（IA-IB）为小，因此其测量阻抗必然大于ZKl(2)的数值，也就是说它们不能正确地测量保护安装地点到短路点的阻抗，从而不能起动。由此可见，在A-B两相短路时，只有K1能准确地能够短路阻抗而动作。同理，分析B-C和C-A两相短路可知，相应地也只有K2和K3能准确的测量到短路点的阻抗而动作，这就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。中性点直接接地电网中的两相接地短路保护能够正确动作。（P96的二、）3.4.2接地阻抗继电器的相电压和具有k3I0补偿的相电流接线方式在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，主要是用来正确反应这个电网中的接地短路。IAIAIkUAUIkUAUUkAUk1Uk2Uk0IUkAUk1Uk2Uk0IAI1I2I3按照各序的等效网络，在保护安装地点母线上各对称分量的电压与短路点的对称分量电压之间，应具有下列关系U1=Uk1+I1Z1l，U2=Uk2+I2Z1l，U0=Uk0+I0Z1l因此，保护安装地点母线上的A相电压应为IAIkUIAIkUAU当采用=和=的接线方式时，则继电器的测量阻抗为IAIIAI0I0I0Z0Z0-Z13Z1其中K=——3Z1数，这样，继电器的测量阻抗是它能正确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与相间短路的阻抗继电器所测量的阻抗为同一数值，因此，这种接线得到了广泛的应用。K3I0ICUCK3I0IBK3I0ICUCK3I0IBK3I0IBUBUA这种接线方式问样能够反应于两相接地短路和三相短路，此时接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗亦为Z1l。3.5方向阻抗继电器的接线方式及特性分析3.5.1方向阻抗继电器的动作死区及消除死区的方法当在保护安装地点。。。。。。其保护范围一般应不少于线路全长的15%。3.5.2极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响根据图。。。。。。动作特性仍是以Zzd为直径所作的圆。3.6影响距离保护正确动作的因素阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。主要有：（1）短路点的过渡电阻；（2）电力系统振荡；（3）保护安装处与故障点之间有分支电路；（4）TA、TV的误差；（5）PT二次回路断线；（6）串联补偿电容。四输电线路纵联保护1纵联保护概念仅反应线路一侧的电气量不可能区分本线末端和对侧母线（或相邻线始端）故障，只有反应线路两侧的电气量才可能区分上述两处故障，达到有选择性地快速切除全线故障的目的。为此需要将线路一侧电气量的信息传输到另一侧去，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。因此所谓输电线纵联保护，就是用某种通信手段将输电线两端的保护装置纵向联系起来，将各端的信息传送到对端进行比较判别，以确定故障是在区内还是保护区外，将被保护线路故障有选择性地无时限切除。2纵联保护按使用通道分类为了交换线路两侧的信息，需要利用通道。纵联保护按照所利用通道的不同类型分为四种，通常纵联保护也以此命名，即：（1）导引线纵联保护（简称导引线保护）；（2）电力线载波纵联保护（简称高频保护）；（3）微波纵联保护（简称微波保护）；（4）光纤纵联保护（简称光纤保护）。3纵联保护按动作原理分类输电线路纵联保护按照动作原理的不同可分为两种：（1）方向纵联保护与距离纵联保护两侧保护装置仅反应本侧的电气量，利用通道将继电器对故障方向的判别结果传送到对侧，每侧保护根据两侧保护继电器的动作情况进行逻辑判断，区分是区内还是区外故障。可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量，在通道中传送的是逻辑信号。按照保护判别方向所用的继电器又可分为方向纵联保护和距离纵联保护。这类纵联保护一般采用电力线载波通道，并可分为专用通道和复用通道两种。（2）纵联差动保护这类保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位进行比较的结果，来区分是区内还是区外故障。可见这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，与差动保护相类似，因此称为纵联差动保护。这类纵联保护一般采用光纤通道，也可分为专用和复用两种。4纵联保护按传送信号分类任何纵联保护都是依靠通信通道传送的某种信号来判断故障的位置是否在被保护线路内，因此信号的性质和功能在很大程度上决定了保护的性能。信号按照其性质可分为三种：闭锁信号、允许信号、跳闸信号，相应的纵联保护也可分为以下三种：（1）闭锁式纵联保护以两端线路为例，所谓闭锁式就是指：“收不到闭锁信号是保护动作跳闸的必要条件”。当发生外部故障时，由判定为外部故障的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁，而当发生内部故障时，两端均不发闭锁信号，因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。BHBHGSX1图4-4-1闭锁式纵联保护逻辑框图（2）允许式纵联保护BHGSX&允许式是指：“收到允许信号是保护动作跳闸的必要条件BHGSX&图4-4-2允许式纵联保护逻辑框图（3）直跳式纵联保护直跳式是指：“收到直接跳闸信号是保护动作于跳闸的充要条件”。实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的瞬时电流速断、距离I段或零序电流瞬时速断等保护，当其保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其他监控元件而直接使对端的断路器跳闸。采用这种工作方式时，两端保护的构成比较简单，无需互相配合，但是必须要求各端发送跳闸信号保护的动作范围小于线路全长，而两端保护动作范围之和应大于线路全长。前者是为了保证动作的选择性，后者则是为了保证两端保护动作范围有交叉，在全线上任一点故障时总有一端能发出跳闸信号。BHBHGSX≥1图4-4-3直跳式纵联保护逻辑框图5电力线载波通道5.1电力线载波通道的构成电力线的主要功能是传输工频电流，它也可兼作传输30-500kHz高频信号的通道以实现纵联保护。高频通道可用一相导线和大地构成，称为“相-地”通道，也可用两相导线构成，称为“相-相”通道。利用“导线-大地”作为高频通道比较经济，只需在线路一相上装设高频加工设备，但缺点是高频信号的能量衰耗和受到的干扰都比较大。下图4-即为电力线路高频通道的构成图，主要包括电力线，高频阻波器，耦合电容器，结合滤波器，高频电缆和高频收发信机，这就是在我国电网中得到了广泛应用的相—地制电力线高频通道的构成图。1阻波器；2耦合电容器；3结合滤波器；4高频电缆；5高频收发信机；6刀闸图4-4-4

高频通道构成示意图

（1）高频阻波器是一个由电感线圈和可调电容器组成的并联谐振电路，当其谐振频率为选用的载波频率时，对载波电流呈现很大的阻抗（在1000Ω以上），对工频电流而言，高频阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗，其值约为0.04Ω，不影响工频电流的传输；其作用是分离工频电流和高频电流，阻止高频电流向变电站或分支线的泄漏，达到减小高频能量损耗的作用。（2）耦合电容器接于电力线和结合滤波器之间，耐高压，电容量小，它对工频信号，呈现很大阻抗，对地泄漏电流小，而对高频信号呈现的阻抗很小，高频信号可以顺利传输。

（3）结合滤波器和耦合电容器构成带通滤波器。利用结合滤波器使电力线路与电力电缆起阻抗匹配作用，以减小高频信号的衰耗，使高频收发信机收到的高频功率最大。同时还利用结合滤波器进一步使高频收发信机与高压线路隔离，以保证高频收发信机及人身安全。

（4）高频电缆的作用是把户外的带通滤波器和户内保护屏上的收发信机连接起来，并屏蔽干扰信号。一般采用75Ω的同轴电缆，有助于减少衰耗和干扰。（5）收发信机是发送和接收高频信号的设备。发信机部分由继电保护装置控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后才发出信号，但有时也可采用长期发信，故障时停信或改变信号频率的方式。由发信机发出的信号，通过高频通道送到对端的收信机中，也可为自己的收信机所接收。高频收信机接收由本端和对端所发送的高频信号，经过比较判断之后，再动作于继电保护装置，使其跳闸或将其闭锁。此外，还有避雷器、保护间隙和接地刀闸，是保护设备和人身安全的设备。当线路由于遭受雷击或其它原因产生危及高频设备安全的高电压时，避雷器的间隙击穿接地，起保护作用。在检查、调试高频保护时，将接地刀闸合上，可防止高压窜入。5.2继电保护载波通道应满足的基本运行条件（1）P1—收信机灵敏启动电平不应低于+4dB，当收信入口处的电平达到此值时，收信输出就起变化。（2）P2—通道上出现的最大干扰或串扰电平值不允许超过-

13dB。（3）P3—收信机输出能使保护正常工作的最低收信电平值，必须比灵敏收信电平+

4dB

高出+

6dB

，即要大于+

10dB。（4）P4—最低通道裕量，即正常接收电平一定要高于可靠工作电平，它是保证保护安全运行的重要数据，此值不应小于8.686dB，但允许短时波动+

2.

6dB。对使用载波通道的闭锁式纵联保护，在正常运行状态其通道裕量不应小于1.0Np，遇有裕量较正常情况降低0.3Np

，应及时查明原因，要特别注意及时发现阻波器失调的不正常现象。（5）P5—本侧接收到对侧的信号电平，此值需大于+

19dB。（6）bΣ—允许最大的传输衰耗，此值不大于+

21dB。每一侧的终端衰耗约为+

4dB，因此，输电线路本身的传输衰耗最大值应按+

13dB计算。5.3高频通道的日常运行维护高频通道的工作方式主要有两种：（1）长期发信方式：正常运行时，始终收发信（经常有高频电流）（2）故障时发信方式：正常运行时，收发信机不工作。当系统故障时，发信机由启动元件启动通道中才有高频电流（经常无高频电流）目前，我国电力系统中的高频保护通道的运行方式广泛采用故障时发信方式。该方式是正常运行情况下发信机不发信，载波通道中无高频电流通过，只有系统故障时，保护的起动元件才起动发信机发信，通道中才有高频电流传输。其优点是可以减少对通道中其它信号的干扰和延长发信机寿命，但保护中应有快速反应故障的起动元件。为了确知高频通道是否完好，需要定期起动发信机来检查通道的完好性。因此，对运行部门来说，高频通道的日常巡视检查就显得特别重要。具体地讲，可分为户外加工结合设备的检查和通道数据的测试。a、高频阻波器正常巡视项目如下：（1）检查导线有无断股，接头有无发热现象，阻波器有无异常响声；（2）高频阻波器安装是否牢固；（3）高频阻波器上部与导线间悬挂的绝缘子是否良好；（4）阻波器上有无杂物，构架有无变形。运行中通道设备故障，尤其是线路阻波器故障，会造成高频保护通道衰耗增大，通道裕度减少等问题。严重时将使高频保护误动作。当相邻两次测得的通道裕度大于3dB

时，用接收电压表示:ΔA

=

20lg（U1/PU2）>3dB，即U1/PU2>1.4。当相邻两次测得的接收电压之比大于1.4时，表明通道裕度突变已超过了3dB，必须及时查明原因予以排除。b、耦合电容器正常巡视项目如下：（1）耦合电容器瓷瓶有无破损，渗漏油现象；（2）耦合电容器引线有无松动、过热，经结合滤波器接地是否良好，有无放电现象，接地刀闸瓷瓶有无破损；（3）耦合电容器内部有无异常声音。c、结合滤波器正常巡视检查项目如下：（1）引线连接牢固，接地线接触是否良好；（2）瓷瓶有无裂纹和破损；（3）外壳能否盖严，有无锈蚀和雨水渗入；（4）接地刀闸安装是否牢固，连接线是否正确，高频电缆的保护管是否牢固。结合设备包括以下基本元件：接地刀闸、避雷器、排流线圈、调谐元件、平衡变量器等。从长期运行资料分折，结合滤波器常见故障有如下几类：高频电缆接地端子绝缘水平下降;橡胶圈封口老化，雨水渗透内部引起积水；变量器、避雷器击穿；其它元件损坏，致使特性变坏。以上故障均将影响通道的工作衰减，使通道的传输衰耗增大。d、高频通道整组试验项目要达到规定要求（1）通道衰耗实验，要求由两侧所测的衰耗值之差不大于3dB；（2）信号差拍，要求U1/U2

大于2

（

U1

———本端发信电压，

U2

———对侧发信时，本端所接受的电压）；（3）通道信号裕量测量，应在8.

868dB

以上；（4）衰耗控制器调整，使收信输出电流为1mA。5.4专用收发信机专用发讯机一般为闭锁式方向纵联保护用，目前常用的方框图如图4-4-5所示图4-4-5常用收发讯机方框图（1）输入接口：接收发讯，不发讯为停讯。输出控制频率合成器及前置放大的控制门关闭或开放，以及控制收信滤波器的门控电路。（2）频率合成器：按（42+4n）KHz,n=0,1……114，组合成发送频率f0=40-50KHz及载供信号频率f0+12KHz。（3）前置放大：放大f0信号，以推动功放；在本机发讯时，收讯门控电路关闭，收信滤波器只接收来自本机前置放大的f0信号，自发自收，以避免通道上的差拍。（4）功放：将f0的功率放大到额定值，例如10W/40dBm。（5）输出滤波器：使占用带宽B=4KHz；使允许并机间隔同相≥3B,邻相≥OB，分流衰耗不大于1dB；满功率发信时，外线谐波电平：≤-26dBm；外线输出阻抗75Ω，使回波衰耗≥10dB。（6）收讯滤波器：一般使用收信通频带2KHz(f0±1KHz)，带外衰耗满足35dB。（7）高频解调：将收讯频率(f0)与载供信号频率f0+12KHz，混频后解调出12KHz。同时输出通道监视。（8）输出接口：将收讯情况传给保护装置。正常运行时，没有发信起动命令输入，输入接口的发信控制为“0”态。该控制信号使频率合成器和前置放大器中的控制门关闭，从而使高频信号(f0)不能送出。同时，该控制信号还送到收信滤波器，使它的控制门开放，保证本机收信支路处于准备接收对侧高频信号(f0)的状态。这时，如果收到对侧送来的高频信号(f0)，经收信高频带通滤波器输出，该信号送入高频解调器，经放大器后分成两路：一路高频信号送到解调器，因载供信号频率为f0+12KHz，故混频输出信号中含有12KHz的中频成分，经12KHz中频带通滤波器选出后送到输出接口，经处理后产生收信输出。另一路高频信号直接送到输出接口，用作通道衰减的监视，送到通道衰减增大3dB告警电路和收信输入电平指示电路。当线路发生故障时，保护装置相应继电器的接点闭合，输出发信起动命令，发信控制输出“1”态。该控制信号开放频率合成器及前置放大中的控制门，频率合成器发出高频信号(f0)，并经前置放大、功率放大和输出滤波器送到外线端，并经过高频通道传输到对侧。同时，该控制信号使收讯滤波器内的控制门A1关闭。这时，无论是本机发出的信号，还是对侧送来的信号，都不能通过收信滤波器控制门A1，即本机收信支路拒绝接收这两种信号，而在本机前置放大的输出端，高频信号经衰减后送到收讯滤波器第2放大器A2的输入端，收信支路处于自发自收状态。可得到与收对侧信号时同样的收信输出。根据现场运行反应，近年来，保护误动作，收发信机引起的占的份额不小，专用收发信机普遍存在的问题是，抗干扰性能差；直流电源容易损坏；短线收讯电平较高时，产生倒灌现象，使直流功率输出增大，过负荷保护动作，造成功放无直流电源而不发讯，结果区外故障误动；差拍缺口；元器件损坏，工艺质量差；调试复杂，现场变频率困难等等，这些问题，引起了各方面的重视。6光纤通道6.1光纤的基本型式光纤有三种基本型式：（1）多模（折射率）阶跃式，简称多模阶跃式，数据传输速率较低，只能用于短距离数据传输，优点是直径较大，机械强度大，光源和光纤的对准比较容易；（2）多模（折射率）渐变式，简称多模渐变式，可用于中等距离、中等信号速率的数据传输；（3）单模（