电气工程基础第十章资料课件

2023年7月22日1信息科学与工程学院电气工程基础2014年9月2023年7月22日2第10章电力系统继电保护§1继电保护的作用和原理§2继电保护装置的构成§3对继电保护的基本要求§4输电线路的电流保护§5输电线路的自动重合闸§6主要电气设备的保护配置

一、继电保护的作用

电力系统因不断发展而变得越来越庞大和复杂，它在运行过程中不可避免地会发生各种故障和出现各种不正常的运行状态。

各种类型的短路电气设备超过额定值运行（过负荷）2023年7月22日3§1继电保护的作用和原理

电力系统中的各元件之间有十分密切的联系

一旦某个元件发生故障，电气信息将近以光速的速度向系统各处传播必须有高速自动化的装置来排除电力系统继电保护——是一门研究自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。继电保护装置——能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号。2023年7月22日4§1继电保护的作用和原理继电保护的基本任务：自动、迅速、有选择地将故障元件从电气系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常工作。GBkAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF若发生过负荷而有自动减负荷装置时，保护可动作于自动减负荷装置；在有值班人员的变电站或控制室，保护一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。2023年7月22日5§1继电保护的作用和原理继电保护的基本任务：反映电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同的反应。在无人值班的变电站，保护一般动作于故障元件的断路器跳闸；反映相电流增大而动作的过电流保护：当k2点发生三相短路时，电源与短路点之间的各相电流将突然增加，其值可能是额定电流或正常工作电流的几十倍。测量到的电流大于给定电流时，输出相应的控制信号。2023年7月22日6§1继电保护的作用和原理二、继电保护的基本原理1、电流的保护原理GBk2AC1QF2QF3QF4QF5QF6QFk1G反映电压下降动作的低电压保护：不管在哪里发生故障都将导致该网络中各母线电压的下降。如k2点三相短路时，将使B、C母线电压很小甚至几乎为0。当测量电压小于动作电压时动作的电压元件为低电压测量元件；反之，则称为过电压测量元件。2023年7月22日7§1继电保护的作用和原理2、低电压保护的原理测量阻抗：以2QF为例，若用同一个元件同时测量线路AB的电流和A母线的电压并获取其比值正常运行时，测量阻抗Zm的幅值大而相角小。当k1点故障时，A母线电压严重下降而线路电流却大大上升，因此，故障时测量阻抗Zm幅值下降而相角却增大。2023年7月22日8§1继电保护的作用和原理3、低阻抗保护的原理这个给定的阻抗称为阻抗保护的整定值即整定阻抗，能测量阻抗大小的元件称为阻抗测量元件。由于短路时阻抗保护中所测量到的阻抗的大小与保护安装地点到故障点的距离l成正比，即Zm=Z1l，Z1为线路每个里的正序阻抗，故阻抗保护有称为距离保护。2023年7月22日9§1继电保护的作用和原理3、低阻抗保护的原理利用这种差别可以构成反映该断路器处测量阻抗Zm变化的保护，称为阻抗保护。当保护安装处测量到的阻抗小于某个给定的阻抗时，输出控制信号，反之，不输出信号。同一条线路上需要在线路两侧均装断路器并配置保护才能切除该线路上任意处的故障。在这种双电源的线路上发生故障时，可以找到新的故障特点以构成保护。以母线电压为参考，两侧发生故障时电流、电压之间的相位完全不同，利用这个相位特点可构成反映功率方向的方向保护。2023年7月22日10§1继电保护的作用和原理4、方向保护的原理线路的潮流从M端送向N端，流入差动电流元件的电流为

为正常时流入差动继电器的不平衡电流，其值较小，为正常工作时两侧电流互感器的励磁电流。2023年7月22日11§1继电保护的作用和原理5、纵联保护的原理

利用线路内部短路时其两侧电流均为正，而外部短路时两侧电流一侧为正另一侧为负的特点可构成纵联保护。

如图10-3所示，在输电线路两侧用变比相同的电流互感器取出电流信号，电流互感器的极性与连接方式如图所示，KD为差动电流测量元件，简称差动元件或差动继电器。

纵联保护是一种比较线路两侧电流大小和方向而无延时动作使线路两侧断路跳闸的全线速动保护。2023年7月22日12§1继电保护的作用和原理

当线路MN外部短路时（如K2点），电流互感器一次和二次电流方向与正常运行时相同，故流入差动电流元件KD的电流仍为不平衡电流。当线路MN内部短路时（如K1点），M、N两侧电流均为正。这时流入差动元件KD的电流如图中虚线所示，即：7.其他保护原理瓦斯保护——利用变压器内部短路时使其油箱内绝缘油受热分解产生的大量气体，反映这些气体多少和气流速度。行波保护——利用线路故障时故障点产生的暂态行波分量的传播方向不同等特点构成的保护。2023年7月22日13§1继电保护的作用和原理6.序分量保护的原理当电力系统中发生不对称短路时，故障电流和电压中含有负序分量。若为不对称接地故障时，故障电流、电压中还包括零序分量。零序电流、电压保护，负序电流、电压保护输入部分：将保护所需测量的物理量从一次电力系统中取出并进行相关的处理（电流互感器、电压互感器等）测量部分：对输入信号进行测量或计算并和保护的整定值进行比较，根据比较结果确定是否启动保护的逻辑部分逻辑部分：进行逻辑判断2023年7月22日14§2继电保护装置的构成一、继电保护装置的构成输出部分：把逻辑判别结果传递给执行部分。输出通常指开关量的输出。对微机保护而言，输出部分一般包括并行接口的输出口、光电隔离及有接点的继电器元件等。执行部分：当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。2023年7月22日15§2继电保护装置的构成一、继电保护装置的构成电流互感器和电流变换器2023年7月22日16§2继电保护装置的构成二、输入电路电压互感器和电压变换器电压互感器的作用是将电力系统的高电压变为保护测

量回路允许的电压；电压变换器可将电压互感器输出的电压变换成更低的

某些保护所需的电压。电流互感器的作用是将一次系统中的大电流变换成保

护测量回路允许的小电流；电流变换器可将电流互感器输出的电流变换成更小的

电流，以适合某些保护测量回路的需要（中间变流器）序量滤过器2023年7月22日17§2继电保护装置的构成二、输入电路电抗变压器电抗变压器是一个铁心带气隙的变换器，具有励磁阻

抗很小的特征。可用它将电流信号变成电压信号后送入测量元件。当某些保护测量回路的输入为序分量时，则必须有获

取序分量的滤过器。关于微机保护的输入回路与常规保护的要求有所不同，

除了用到上述有关的输入部分之外，还需对来自电力

系统中的电量进行预处理。集成电路保护：由集成电路组成，是静态保护装置的主要形式，构成元件由集成电路模块组成；微型计算机保护：构成元件除输入电路、输出回路和执行元件之外，其他构成部分一般由程序软件组成。2023年7月22日18§2继电保护装置的构成三、测量元件常规保护：由电磁型、感应型等原理的元件组成，构成元件一般由有机械转动部件和带电部分等的机电式各类元件组成；晶体管继电保护（电子式静态保护装置）：由晶体管组成，构成软件为半导体电路；当继电器的输入电流增加至一定值

后将满足以下关系：

将使动、静接点接触，称继电器动作2023年7月22日19§2继电保护装置的构成1.电磁型测量元件电流继电器当继电器的线圈输入电流Ir时，在

铁芯中产生的磁通对转动衔铁产

生一对转矩：

当继电器处在动作状态而减少加入继电器的电流时，电磁力矩不断减小以至弹簧的反作用力矩将大于电磁力矩和摩擦力矩的和，即返回电流Ire：使继电器接点打开（称继电器返回）的最大电流。2023年7月22日20§2继电保护装置的构成动作电流Iop

:能使继电器动作的最小电流。调节办法：改变线圈匝数，改变弹簧的反作用力矩，改变磁阻（一般通过改变磁路的气隙改变磁阻）。电压继电器过电压继电器：当加入的电压大于动作电压时动作，这时它的常开接点闭合，常闭接点打开，电压越高越动作，越低越返回，其返回系数仍小于1。低电压继电器：当加入的电压小于动作电压时动作，常开接点打开，而常闭接点闭合，因电压越低越动作，越高越返回，故其返回系数大于1。2023年7月22日21§2继电保护装置的构成返回系数Kre：继电器返回电流与动作电流的比值。

返回系数是继电器的一个重要的性能指标，电流继电器的返回系数一般在0.85~0.99之间。首先确定是否发生故障，若判断为故障，再进一步与各保护定值进行比较，判断是什么范围的故障，当计算电流值大于保护的动作电流时，向该保护的逻辑电路送出信号，否则继续采样计算。2023年7月22日22§2继电保护装置的构成2.晶体管测量元件晶体管测量元件有电流、电压、方向元件等各类。3.微机保护中的测量部分微机保护中的测量是通过程序实现的。如微机电流保护五、输出电路与执行元件输出电路：由中间功率放大、光电隔离、有接点继电器等组成。执行元件：主要有直接控制断路器跳闸的电磁型中间继电器、信号元件及相关的回路等。2023年7月22日23§2继电保护装置的构成四、逻辑元件逻辑元件可由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部分组成。门电路：与门、或门、反相器、与非门、或非门、异或门、否门（禁止门等）时间电路：延时动作瞬时返回、瞬时动作延时返回（又称脉冲展宽回路）、瞬时动作定时返回（有短时记忆和长记忆两种）等各种电路。二、动作迅速对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件在低电压下运行的时间，利于电动机自启动，保持用户电气设备的不间断运行；2023年7月22日24§3对继电保护的基本要求一、有选择性指电力系统故障时，

保护装置仅切除故

障元件，尽可能地

缩小停电范围，保

证电力系统中非故障部份继续运行。~Bk1AC1QF5QF3QF7QF8QFk22QFk3III6QF4QF9QF对于系统中的电气设备而言，保护动作越快，对通过故障电流的电气设备损坏越小；对电力系统中并列运行的发电机而言，保护动作太慢，可能将使发电机之间失去同步。若短路时，相关保护迅速动作切除故障，电源间功角不至拉开太大，系统能较容易地使失去同步的电源进入再同步，恢复电力系统的正常运行。2023年7月22日25§3对继电保护的基本要求三、灵敏度好灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。保护的灵敏度一般用灵敏系数(Ksen)来衡量。对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为：

Ksen＝保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值

÷保护的整定值（动作值）对于反应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为：

Ksen＝保护的整定值（动作值）

÷保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值2023年7月22日26§3对继电保护的基本要求四、可靠性高：保护的可靠性高是指属于保护范围内的短路故障，保护应动作，对于保护范围外的故障则应不动作。该动作的而不动作称为保护拒动作。不该动作的而动作称为保护误动作。一、电力线路相间短路的三段式电流保护

线路相间短路的电流保护有三种：无时限电流速断保护（І段）带时限电流速断保护（П段）定时限过电流保护（Ш段）2023年7月22日27§4输电线路的电流保护第І、П段作为线路主保护，第Ш段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路的远后备保护。第І、П、Ш段保护，统称为线路相间短路的三段电流保护。2023年7月22日28§4输电线路的电流保护1.

无时限电流速断保护（电流保护I段）无时限电流速断保护的动作原理与整定计算：无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障。以AB线路断路器1QF处的无时限电流速断保护为例，则必须首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。2023年7月22日29§4输电线路的电流保护

系统最大运行方式：就是在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小（Xsmin），而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。

系统最小运行方式：就是被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最大（Xsmax

），而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。

注：电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。最大运行方式下三相短路电流：最小运行方式下两相短路电流：2023年7月22日30§4输电线路的电流保护断路器1QF处的无时限电流速断保护的动作电流IIop1:

称为电流保护第I段的可靠系数，可取1.2~1.3，以保证在有各种误差的情况下该保护在区外短路时不动作为母线B处短路的最大短路电流结论：无时限电流速断保护依靠动作电流保证选择性，即被保护线路外部短路时流过该保护的电流总是小于其动作电流，不能动作；而只有在内部短路时，才有可能使流过保护的电流大于其动作电流，使保护动作。2023年7月22日31§4输电线路的电流保护无时限电流速断保护的灵敏度可用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。因此，保护在不同运行方式和短路类型时，保护范围（或灵敏度）各不相同。无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不小于线路长度的15%。无时限电流速断保护的构成2023年7月22日32§4输电线路的电流保护当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范围lmin＜15%lAB时，不宜采用该保护，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护，以提高电流保护第I段的灵敏度。&KTAIOP.r1234跳闸I>KSIrIKA图10-8无时限电流速断保护单相原理框图1-电流测量元件；2-与门；3-信号元件；4-闭锁元件

2023年7月22日33§4输电线路的电流保护正常状态：一次设备通过的电流为负载电流流过KA的电流小于动作值KA不动作，其触点不闭合不发断路器跳闸脉冲短路故障时：流过KA的二次电流大于KA动作值KA触点闭合KOM线圈得电,其触点闭合KS起动，发出信号QF跳闸，切除故障中间继电器：增加接点的容量；躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。单相原理接线图

2、带时限电流速断保护（电流保护第Ⅱ段）无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，那么该线路剩下部分的短路故障必须依靠另外一种电流保护即带时限电流速断保护来可靠切除。2023年7月22日34§4输电线路的电流保护时限电流速断保护的测量元件的动作电流遵循的原则：在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长，为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长。为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合。

2023年7月22日35§4输电线路的电流保护整定计算动作电流：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。可靠系数，一般取1.1～1.2分支系数下一条线路电流速断保护的动作值

IIIop1>IIop2且

IIIop1<IkBmax

tIIop1>tIop2则：

IIIop1＝KIIrelIIop2/Kbmin

2023年7月22日36§4输电线路的电流保护Kb的大小因A、B两母线处等值电源的阻抗值不同而不同，也因BC之间是否存在并联回路或环路而不同。若仅B母线有助增电源而BC线无并联回路，因为K1点短路时有助增电流，故Kb>1；若B母线处无电源而BC线有并联回路时，因并联回路有分流而使Kb<1；若B母线处有电源而BC线有并联回路时，Kb可能大于1也可能小于1。分支系数Kb定义：在相邻线路第I段保护范围末端即k1点短路时，流过故障线的短路电流与流过被保护线短路电流的比值。即：Kb

＝IBC/IAB

2023年7月22日37§4输电线路的电流保护电流保护第II段的灵敏度：“技术规程”规定：当线路长度小于50km时，大于等于1.5；当线路长度在50km~200km时，大于等于1.4；当长度大于200km时，大于等于1.3。当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第II段整定值配合，以降低本线路电流保护第II段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为：

IIIop1＝KIIrelIIIop2/Kbmin

tIIop1＝tIIop2＋△t3、定时限过电流保护（电流保护第III段）定时限过电流保护是做本线路主保护的后备保护即近后备保护，并做相邻下一线路（或元件）的后备保护即远后备保护。2023年7月22日38§4输电线路的电流保护正常运行并伴有电动机自启动而流过最大负荷电流为KssILmax时，该电流保护不动作：IIIIop1>KssILmax。外部故障切除后，非故障线路的定时限过流保护在下一母线有电动机启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回：Ire>KssILmax即Ire=KIIIrelKssILmax2023年7月22日39§4输电线路的电流保护将返回系数代入上式，经整理得：为电流保护第III段的可靠系数，一般取1.15~1.25为电流测量元件的返回系数，在0.85~0.99之间，一般取0.85定时限过电流保护的动作值只考虑在最大负荷电流情况下保护不动作和保护能可靠返回，而无时限电流速断保护和带时限电流速断保护的动作电流必须躲过某一个短路电流。电流保护的第III段动作电流通常比电流保护第I段和第II段的动作电流小得多，其灵敏度比电流保护第II、III段更高。2023年7月22日40§4输电线路的电流保护为了保证选择性，各线路第III段电流保护均需增加延时元件且各线路第III段保护的延时必须相互配合。各线路定时限过电流保护动作时间的相互配合关系为两相邻线路电流保护第III段动作时间之间相差一个时限阶段，这种整定方法称阶梯原则整定方法。对于所计算的动作电流必须按其保护范围末端最小可能的短路电流进行灵敏度校验。2023年7月22日41§4输电线路的电流保护4.电流保护的接线方式电流保护的接线——是指电流互感器和电流测量元件间的

连接方式。为反映相间短路，电流保护要求至少在两相线路上装有电流互感器和电流测量元件。当灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护

2023年7月22日42§4输电线路的电流保护ABCI>I>I>1逻辑元件KAKAKAiaibicinABCI>I>1逻辑元件KAKAiaicin完全星形接线不完全星形接线特点：投资不同；均能反应所有的相间短路；在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不完全星形接线不能反应B相接地故障；

2023年7月22日43§4输电线路的电流保护对于星形-三角形接线的变压器后发生两相短路时，完全星形接线方式电流保护的灵敏度是不完全星形接线的灵敏度的两倍。特点：在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况下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。对在保护动作时间相同的并行线路，不完全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星形接线百分之百有选择性。

2023年7月22日44§4输电线路的电流保护5.三段式电流保护的原理图及延时特性三段式电流保护的功能框图ABC1QFAI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS3KSiaibic图10-12

三段式电流保护的功能框图

2023年7月22日45§4输电线路的电流保护延时特性0ltIop1tIIop1tIIIop1tIop2tIIop2tIIIop2ttIop3tIIIop3tIIIop4图10-13

三段式电流保护的延时特性~AB2QFC3QF4DMk11QF

2023年7月22日46§4输电线路的电流保护不仅同一断路器处各段电流保护之间的动作时间和灵敏度有相互配合的关系，而且相邻线路保护之间的动作电流和动作时间也有相互配合关系。延时特性网络中K1点发生AB两相短路时，这时测量元件1、2、3、4、5、6均动作，其中测量元件1、4直接启动出口跳闸的继电器KCO和信号元件1KS，并跳出断路器1QF，使故障切除。故障切除后，故障电流已消失，所有测量元件、延时元件2KT、3KT和出口跳闸继电器KCO均将返回。

2023年7月22日47§4输电线路的电流保护矛盾：对于断路器2QF和3QF处的电流保护第III段的动作时间整定来说，当K1点短路时：tIIIop2>tIIIop3;当K2点短路时：tIIIop3>tIIIop2。解决矛盾：在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件，该功率方向测量元件在短路功率从母线流向线路（为正）时动作，而线路流向母线（为负）时不动作。二、相间短路方向电流保护1.方向电流保护的提出

2.方向电流保护的构成I段：动作电流满足选择性时不加方向元件；II段：动作电流和动作时间能满足选择性时不加方向元件；2023年7月22日48§4输电线路的电流保护

III段：同一变电所内动作时间较小而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同可能失去选择性时均加方向元件。3.功率方向元件方向电流保护与一般电流保护的差别仅多了一个功率方向元件。功率方向元件的构成原理

K1点短路时：

K2点短路时：2023年7月22日49§4输电线路的电流保护故保护正向短路时：保护反向短路时：2023年7月22日50§4输电线路的电流保护

令：

得结论：保护正向短路时：

保护反向短路时：功率方向元件的接线方式要求：相间短路时有良好的方向性和很高的灵敏度。90o接线方式：指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向元件的电流超前所加电压90o的接线。2023年7月22日51§4输电线路的电流保护功率方向元件的特性功率方向元件的动作方程：最灵敏角、内角和线路阻抗角之间的关系：2023年7月22日52§4输电线路的电流保护功率方向元件的动作不仅与所加的电流、电压间的角度大小有关，还与电流、电压值的大小有关。角度特性：功率方向元件的动作电压与的关系，即

的函数关系。伏安特性：的函数关系。4.三段式方向电流保护三段式方向电流保护在作用原理、整定计算原则等方面与无方向三段式电流保护基本相同。方向电流保护用于双电源网络和单电源环行网络时，在构成、整定、相互配合等问题上还有一下特点：2023年7月22日53§4输电线路的电流保护（1）在保护构成中应增加功率方向测量元件，并与电流测量

元件共同判别是否在所保护线路的正方向发生故障。（2）方向电流保护第I段的动作电流整定可以不必躲过反方

向外部最大短路电流。（3）第III段电流保护动作电流应考虑躲过反方向不对称短路

时流过非故障相的电流Iunf：（4）2023年7月22日54§4输电线路的电流保护（5）环网中方向电流保护第II、III段的灵敏度校验可能出现

不满足要求的情况时可用相继动作校验保护的灵敏度。（6）方向电流保护应采用按相接线。（7）方向电流保护主要用于35Kv及以下的双电源和单电源环网中，作相间短路保护。三、相间短路电流保护整定计算举例例10-1：图10-20中所示网络中每条线路的断路器处均装有三段式相间方向电流保护。试求AB线路断路器1QF处电流保护第I、II段的动作电流、动作时间和灵敏度。途中电源电势为115kV,A处电源的最大、最小等值阻抗为：XsAmax=20Ω，XsAmin=15Ω，B处电源的最大、最小阻抗为：XsBmax=25Ω，XsBmin=20Ω，各线路的阻抗为：XAB=40Ω，XBC=26Ω，XBD=24Ω，XDE=20Ω，

电流保护第I、II段的可

靠系数为：KIrel=1.3，KIIrel=1.15。2023年7月22日55§4输电线路的电流保护解：1、断路器1QF处电流保护第I段的整定计算：2023年7月22日56§4输电线路的电流保护电流保护第I段的动作时间为tIop1=0S。

当电流保护第I段的动作电流应躲最大振荡电流时应按下式计算：故电流保护第I段的灵敏度校验为：

不满足灵敏度的要求，应考虑用无时限电流电压联锁速断保护。2023年7月22日57§4输电线路的电流保护2、电流保护第II段的整定计算

断路器1QF处电流保护第II段的动作电流应和相邻线BD电流保护第I段配合，即：

2023年7月22日58§4输电线路的电流保护所以电流保护第II段应与相邻线路电流保护第II段配合，即：动作电流：灵敏度：满足要求。动作时间：tIIop1=tIIop4+△t=1S。2023年7月22日59§4输电线路的电流保护四、接地短路的电流保护反映接地短路的保护主要有反映零序电流、零序电压和零序功率方向的电流保护，接地距离保护及纵联保护等。1.大接地系统中的多段式零序电流保护大接地电流系统接地故障的特征2023年7月22日60§4输电线路的电流保护系统中出现零序电流且零序电流的分布与接地点的位置和数目相关。发生接地短路时，系统中出现零序电压，且故障点零序电压U0最高，而变压器中性点的零序电压为0，保护安装处母线A、B的零序电压取决于变压器零序阻抗的大小零序功率S0=U0I0。故障点的零序功率最大，零序功率方向在故障线上是由线路指向母线，在非故障线路上却从母线流向线路。在故障线路上，零序电压和零序电流间的相差角取决于线路和变压器的零序阻抗角，即，若为80o左右，则在-100o左右。2023年7月22日61§4输电线路的电流保护变压器中性点接地方式的安排

应尽量保持变电所零序阻抗基本不变多段式零序电流保护

零序电流保护一般为四段式，即零序电流保护I段、II段、III段

和IV段。零序电流第I、II段为线路接地故障的主保护，而第III、IV段为线路接地故障的后备保护。2.大接地电流系统中的方向零序电流保护多段方向零序电流保护的构成仅在多段式零序电流保护中增加一个零序功率方向元件，并与零序电流测量元件构成与门共同判别是否在保护线路正方向发生了接地保护。2023年7月22日62§4输电线路的电流保护单相接地的特征全系统出现零序电压和零序电流；3.小接地电流系统中单相接地零序电压、电流及功率方向保护非故障线的零序电流为该线非故障相对地电容电流之和，方向有母线指向线路且超前零序电压的角度为90o。故障点的电流为全系统非故障相对地电容电流之和，其相位超前零序电压的角度90o。2023年7月22日63§4输电线路的电流保护故障线的零序电流等于除故障线外的全系统中其它元件的电容电流之和，其值远大于非故障线的零序电流，且方向与非故障线相反，由线路指向母线且滞后零序电压的角度90o。故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。保护方式绝缘监视装置零序电流保护零序功率方向保护2023年7月22日64§4输电线路的电流保护中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的保护方式用绝缘监视装置用单相接地时产生的高次谐波分量构成保护用接地故障暂态过程中的故障分量的某些特征构成保护一、概述自动重合闸的作用在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠性；对于有双侧电源高压输电线路，可以提高系统并行运行的稳定性；2023年7月22日65§5输电线路的自动重合闸可以纠正由于断路器机构不良，或继电保护误动作引起的误跳闸；可在电网建设过程中，考虑自动重合闸作用，可暂缓架设双回线路以节约投资。自动重合闸的基本要求动作迅速；不允许任意多次重合；动作后应能自动复归；手动跳闸时不应重合；2023年7月22日66§5输电线路的自动重合闸手动合闸于故障线路不重合；一般自动重合闸ARD可用控制开关位置和断路器位置不对应启动，对综合重合闸ARD宜用不对应原则和保护同时启动；应考虑继电保护和自动重合闸之间动作的相互配合。自动重合闸的类型三相重合闸

指不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器。若为暂时性故障则重合闸成功。否则保护再次动作跳三相断路器。2023年7月22日67§5输电线路的自动重合闸单相重合闸

指线路上发生单相接地故障时，保护动作值跳开故障相的断路器，然后进行单相重合。如果故障是暂时性的，则重合后，便恢复三相供电；如果故障是永久性的，而系统又不允许长期非全相运行时，则重合后，保护动作跳开三相断路器，不再进行重合。综合重合闸

将单相重合闸和三相重合闸综合在一起。当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式。综合重合闸装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸，三相重合闸，综合重合闸和直跳等四种运行方式。2023年7月22日68§5输电线路的自动重合闸自动重合闸的配置原则1kV及以上架空线和电缆与架空线混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；自动重合闸的配置原则低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置；必要时，母线故障可采用自动重合闸装置。2023年7月22日69§5输电线路的自动重合闸二、三相自动重合闸单电源线路的三相一次自动自动重合闸自动重合闸的构成

主要由启动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分组成。重合闸动作时间鉴定

双电源的三相自动重合闸与同期问题双电源三相重合闸的特殊问题

（1）时间的配合。由于线路两侧的继电保护在输电线路上发生故障时，可能以不同的时限断开两侧断路器。2023年7月22日70§5输电线路的自动重合闸

（2）同期问题。在某些情况下，在线路断路器断开之后，线路两侧电源之间的电势角会摆开，有可能失去同步。双电源三相一次重合闸方式

快速自动重合闸、非同期自动重合闸、检查同期重合闸，检查另一回路有电流重合闸，自动解列重合闸。三、单相重合闸单相重合闸的特点必须有选故障相的选相元件；单相跳闸后，应考虑故障点去游离和灭弧的影响。2023年7月22日71§5输电线路的自动重合闸潜供电流和恢复电压对单相重合闸动作时间的影响潜供电流：由于非故障相与故障相之间的电容与互感器存在，虽然短路相的电源已被切断，但故障点弧光通道中仍有一定的电流流过。由于潜供电流的存在，将维持故障点处的电弧，使之不易熄灭。由于这两部分的电压存在，故障相短路点对地电压可能升得较高，并使弧光复燃，因而再次出现弧光接地。由于潜供电流和恢复电压的影响，短路处的电弧不能很快熄灭，弧光通道的去游离受到严重的阻碍。单相重合闸的动作时间，一般都应比三相重合闸的时间长。2023年7月22日72§5输电线路的自动重合闸选相元件对选相元件的基本要求

单相接地时，选相元件应可靠选出故障相；选相元件的灵敏度和速动性应比保护好；选相元件一般不要求区分外部故障，不要求有方向性。选相元件的基本类型

电流选相元件、电压选相元件、阻抗选相元件、反映二相电流差的突变量选相元件等。2023年7月22日73§5输电线路的自动重合闸四、综合重合闸除了必须装设选相元件外，还应该装设故障判别元件（简称判别元件），用它来判别是接地故障还是相间故障。五、重合闸和继电保护的配合自动重合闸前加速保护动作优点：能快速切除瞬时性故障，使暂时性故障来不及发展成为永久性故障，而且使用设备少。缺点：重合于永久性故障时，再次切除故障的时间会延长，装有重合闸的线路断路器的动作次数较多，若此断路器的重合闸拒动，就会扩大停电范围，甚至在最后一级线路上故障，也可能造成全网停电。2023年7月22日74§5输电线路的自动重合闸自动重合闸后加速