電力系統(tǒng)繼電保護原理3

電力系統(tǒng)繼電保護原理教案,1 緒論,1-1 繼電保護的作用一、故障及不正常運行狀態(tài) Id 危害 故障元件 故 障 U - 非故障元件 (各種短路) f 用戶 電力系統(tǒng) 過負(fù)荷 不正常運行狀態(tài)過電壓 危害 元件不能正常工作 f - 長時間將損壞設(shè)備 系統(tǒng)振蕩 發(fā)展成故障二、繼電保護的任務(wù) 故障時：自動、快速、有選擇性地切除故障元件,保證非故障系統(tǒng)事故 部分恢復(fù)正常運行。 不正常運行時：自動、及時、有選擇地動作于信號、 減負(fù)荷或跳閘,1-2 繼保的基本原理和保護裝置的組成一、反應(yīng)系統(tǒng)正常運行與故障時電氣元件（設(shè)備）一端所測基本參數(shù)的變化而構(gòu)成的原理（單端測量原理，也稱階段式原理）,運行參數(shù)：I、U、Z 反應(yīng) I過電流保護 反應(yīng) U低電壓保護 反應(yīng) Z低阻抗保護(距離保護),二、反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流相位和功率方向的差別而構(gòu)成的原理（雙端測量原理，也稱差動式原理）,以A-B線路為例：規(guī)定電流正方向：保護處母線被保護線路規(guī)定電壓正方向：母線高于中性點1、外部d1點短路時： 2、內(nèi)部d2點短路時： (包括正常運行時),利用以上差別，可構(gòu)成差動原理保護。 如：縱聯(lián)差動保護； 方向高頻保護； 相差高頻保護等。三、保護裝置的組成部分 輸入測量邏輯執(zhí)行 輸出信號 信號 整定值,1-3 對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求一、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，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。,d3點短路：6動作：有選擇性； 5動作：無選擇性 如果6拒動，5再動作：有選擇性(5作為6的遠(yuǎn)后備保護) d1點短路：1、2動作：有選擇性； 3、4動作：無選擇性后備保護（本元件主保護拒動時）： (1)由前一級保護作為后備叫遠(yuǎn)后備. (2)由本元件的另一套保護作為后備叫近后備.,二、速動性：故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障。 (快速保護:幾個工頻周期，微機保護：30ms以下)三、靈敏性：保護裝置對于其應(yīng)保護的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護不該動作情況與應(yīng)該動作情況所測電氣量相差越大靈敏度） 一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量靈敏度四、可靠性：不拒動、不誤動。 （主保護對動作快速性要求相對較高； 后備保護對靈敏性要求相對較高）,2 電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護,2-1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)反映相間短路的電流保護一、過電流繼電器1、基本符號及特性參數(shù) 動作過程： IJMdcMdcMth+Mm 舌片開始動作 Mdc動作過程中： 舌片加速動作( Mdc=K(IJ /) 2 ) Mth 動作終止時出現(xiàn)剩余力矩： M = Mdc-Mth （有利于接點可靠閉合）,（主要用于35KV及以下線路）,動作電流Idz.J：能使繼電器剛好動作的最小電流值。返回過程： IJ Idz.J時，由于剩余力矩M 的存在，暫時還不能返回； IJMdc Mdc Mth-Mm 舌片開始返回 Mdc返回過程中： 舌片加速返回 Mth 返回終止時出現(xiàn)剩余力矩：M = Mth- Mdc （有利于接點可靠斷開）返回電流Ih.J：能使繼電器剛好返回的最大電流值。,過電流繼電器 表示符號： 繼電器的返回系數(shù)：繼電特性：無論起動或返回，繼電器J的動作都是明確干脆的， 不會停留在某個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。過量繼電器（保護）：反映電氣量上升而使保護動作 的繼電器(保護)，Kh12、集成電路型過電流繼電器（晶體管型：略）,3ms延時：防止干擾信號引起的誤動(保證3ms的穩(wěn)定持續(xù)時間)12ms展寬：使輸出動作信號展成連續(xù)高電平。,二、電流速斷保護（電流I段）電流速斷保護：瞬時動作的電流保護。1、整定計算原則(1) 短路特性分析： 三相短路時d(3),流過保護安裝處的短路電流：,Zd () Id,曲線max：系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路情況。曲線min：系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路情況。（線路上某點兩相短路電流為該點三相短路電流的 倍）,(2) 動作電流整定原則：按躲開下條線路出口（始端）短路時流過本保護的 最大短路電流整定（以保證選擇性）： IIdz.1 I(3)d.B.max IIdz.2 I(3)d.c.max ?。篒Idz.1= KkII(3)d.B.max IIdz.2= KkII(3)d.C.max（可靠系數(shù)：KkI = 1.21.3）,(3) 靈敏性校驗該保護不能保護本線路全長，故用保護范圍來衡量：max：最大保護范圍.min：最小保護范圍.校驗保護范圍：（min/ L）100% 15% 20%,2、電流速斷保護的評價 優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速。 缺點：不能保護本線路全長（主要缺點）， 直接受系統(tǒng)運行方式的影響， 受線路長度的影響。,三、限時電流速斷保護（電流II段） 限時電流速斷保護：以較小的動作時限切除本線路全線范圍內(nèi)的故障1、動作電流的整定：與下條線路的電流I段配合。 即：保護范圍延伸到下條線路，但不超出下條線路電流I段保護范圍的末端。 即：躲開下條線路電流I段保護范圍末端短路時（即流過下條線路的短路電流剛好為其電流I段整定值時），流過本保護的最大短路電流。 IIIdz.1= KkIIIIdz.2 = KkIIKkII(3)d.C.max 可靠系數(shù)： KkII = 1.11.2（Id中非周期分量已 衰減，故比KkI稍?。?2、動作時限的配合 為保證本線路電流II段與下條線路電流I段的保護范圍重疊區(qū)內(nèi)短路時的動作選擇性，動作時限按下式配合： tII1=tI2+tt （時差t：0.35s0.6s，一般取0.5s）3、保護裝置靈敏性的校驗 對于過量保護,靈敏系數(shù)：（電流保護的故障參數(shù)計算值：系統(tǒng)最小運行方式下被保護線路末端發(fā)生兩相短路時，流過本保護的最小短路電流）,對保護1的電流II段：Klm= 要求：Klm 1.31.5 若Klm不滿足要求，可繼續(xù)延伸保護范圍使得：IIIdz.1= KkIIIIIdz.2 (與下條線路的電流II段保護配合）同時進一步提高時限：tII1=tII2+t2t （保證重疊區(qū)內(nèi)故障的動作選擇性）四、定時限過流保護（電流III段，主要作為后備保護，對靈敏性要求高）1、動作電流的整定原則 按躲開流過保護的最大負(fù)荷電流來整定：IIIIdz Ifh.max,實際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時電動機的自啟動過程中，保護要能可靠地返回，則要求：IIIIh Izq.max= KzqIfh.max (電動機負(fù)荷自啟動系數(shù)Kzq 1) 又：IIIIh = KhIIIIdz （繼電器返回系數(shù)Kh 1）,（可靠系數(shù)KkIII?。?.151.25）2、按選擇性要求確定過流保護動作時限 為保證動作選擇性，動作時限按“階梯原則”整定:tIII1=MaxtIII2,tIII3,tIII4+t,對定時限過流保護，當(dāng)故障越靠近電源端時，此時短路電流Id越大,但過流保護的動作時限反而越長 缺點 定時限過流保護一般作為后備保護，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護。3、定時限過流保護靈敏系數(shù)的校驗(1) 作為本線路主保護或近后備時，按本線路末端短路流過本保護的最小短路電流來校驗： 要求 Klm 1.31.5,(2) 作為遠(yuǎn)后備時（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端 短路流過本保護的最小短路電流來校驗： 要求Klm 1.2(3) 要求各保護之間Klm互相配合對同一故障點，越靠近故障點的保護，其Klm要求越大 Klm.1 Klm.2 Klm.3 Klm.4 IIIIdz.2 IIIIdz.3 (單側(cè)電源輻射網(wǎng)，此條件自然滿足),五、階段式電流保護的應(yīng)用及評價(1) 電流I段：由動作電流的整定來保證動作選擇性，按躲開某點的短路電流整定，動作迅速（無時限），但不能保護本線路全長，作為主保護的一部分。(2) 電流II段：由動作電流整定與時限配合來保證動作選擇性，動作電流按躲開某點的短路電流整定，能保護本線路全長，動作時限較小，作為主保護的另一部分（電流I段的補充）(3) 電流III段：由動作時限的配合來保證動作的選擇性，動作電流按躲開負(fù)荷電流整定，其值較小，靈敏度較高，然而動作時限較長，且越靠近電源短路，動作時限反而越長，一般作為后備保護，但是在電網(wǎng)終端可作為主保護。,六、電流保護的接線方式 LJ (接線) TA1、兩種常用的接線方式(1) 三相星形 (2) 兩相星形各相LJ出口采用“或”邏輯。繼電器動作電流 Idz.J=Idz/nTA 2、兩種接線方式的性能分析比較(1) 對中性點接地或不接地網(wǎng)中各種相間短路兩種接線方式 均能正確反映這些故障.,(2) 對中性點非直接接地網(wǎng)中的異地兩點接地短路 （不同線路上兩點接地）這種電網(wǎng)允許帶一個接地點繼續(xù)運行, 串聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線能保證只切除后一接地點兩相星形接線只能保證2/3的機會切除后一接地點, 并聯(lián)線路上兩點接地時：三相星形接線：若保護1，2時限相同，則兩接地點將同時被切除，擴大了停電范圍。兩相星形接線：即使保護1，2時限相同（例如皆由I段動作，或皆由II段動作），也能保證有2/3的機會只切除任一條線路。,(3)作為Y/接線變壓器后面短路的遠(yuǎn)后備保護的接線方式 Y/-11接線T：正序： 側(cè)超前Y側(cè)30 負(fù)序： 側(cè)落后Y側(cè)30 現(xiàn)以Y/-11接線的降壓變壓器為例：,假設(shè)低壓側(cè)（側(cè)）發(fā)生AB兩相短路：,兩相星形的Klm比三相星形降低一半 提高兩相星形接線Klm的方法：在兩相星形的中線上再接一個繼電器3LJ. 兩相短路時有：,3LJ中的電流: I3LJ反映了IB Klm,3、兩種接線方式的應(yīng)用(1)三相星形：接線復(fù)雜，不經(jīng)濟，但可提高保護動作的可靠性與靈敏性，廣泛用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重元件以及110kV以上高壓線路的保護中。(2)兩相星形：接線簡單、經(jīng)濟，廣泛用于各種電網(wǎng)中反映相間短路的110kV以下中、低壓線路的電流保護中。（電網(wǎng)中所有采用兩相星形接線的保護都應(yīng)裝在相同的兩相上，一般為A、C相）,七、三段式電流保護接線圖1、原理圖 以二次元件為 整體繪制。2、展開圖 以二次回路為 整體繪制。 交流回路 直流回路,2-2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護一、方向性問題的提出（以雙側(cè)電源電網(wǎng)為例）,E1單獨供電：由保護1、3、5起線路保護作用E2單獨供電：由保護6、4、2起線路保護作用E1、E2同時供電：（以B母線兩側(cè)保護2,3為例） d1點短路時，要求：2動作，3不動。 假設(shè)： 電流I段保護： IIdz.3IIdz.2 電流III段保護：tIII3tIII2 雖然此時能滿足選擇性，但若出現(xiàn)d2點短路， 則：2誤動 非選擇性動作。,規(guī)定保護正方向：保護安裝處母線 被保護線路分析可知： 被保護線路正方向短路時：保護不會出現(xiàn)誤動； 反方向短路時：由對側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護誤動作，此時的功率方向：線路 母線 為防止保護誤動,增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動保護上) 正方向（母線 線路）：GJ動作啟動保護 短路點位于 反方向（線路 母線）：GJ不動閉鎖保護 增設(shè)GJ后,雙側(cè)電源網(wǎng)可以按單側(cè)電源網(wǎng)的三段電流保護進行配合 。,二、GJ的工作原理 保護1上裝設(shè)GJ 假設(shè)GJ接線方式為： 加入GJ的電壓： 相電壓（以相應(yīng)相母線高于中性點N為正極性） 電流 相電流（以母線流向線路為正極性）。則：d1點三相短路時： d2點三相短路時：設(shè)計一個直線動作邊界： 當(dāng)正方向短路時位于動作區(qū)，GJ動作 當(dāng)反方向短路時位于非動作區(qū)，GJ閉鎖 （注：若GJ的接線方式或短路類型變化，則正向短路時 與 的相位差將變化，因此GJ的動作邊界應(yīng)可調(diào)整）,1、相位比較式GJ相位比較器： 兩輸入量： 動作條件： （銳角型） 或 （鈍角型）相位比較式GJ： 兩輸入量：（其中 GJ的內(nèi)角） 動作條件：,其功率表示形式為： 調(diào) 調(diào)GJ的動作邊界 當(dāng) 超前 的角度： 時： 垂直于動作邊界，位于動作范圍的正中央，GJ動作最為靈敏可靠，此時的 稱為GJ的最靈敏角 ， 可見 2、幅值比較式GJ幅值比較器：兩輸入量：動作條件：,幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：若?。?則： 當(dāng)相位比較器位于動作區(qū)，即： 即幅值比較器也位于動作區(qū) 當(dāng)相位比較器位于非動作區(qū)，即： 即幅值比較器也位于非動作區(qū)當(dāng)滿足： 時（ 為任意相量），幅值比較器與銳角型相位比較器具有相同的動作特性。（幅值比較器與鈍角型相位比較器的互換關(guān)系為： ),幅值比較式GJ：兩輸入量： 則兩比較量： 其特性與相位比較式GJ完全相同。 三、集成電路型GJ 1、相位比較式原理分析：相位比較 時間比較 當(dāng) 時： 的持續(xù)時間5ms。（當(dāng)夾角為鈍角時，相應(yīng)持續(xù)時間5ms）,2、集成電路型GJ 具體構(gòu)成:3、GJ的動作特性 理想GJ動作條件: 90J0實際GJ: 起動電壓Udz.J.min：電壓回路形成方波電壓U3所需最小電壓。 起動電流Idz.J.min：電流回路形成方波電壓U4所需最小電流。,當(dāng)線路正向出口附近故障使： UJ Udz.J.min時， GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū) （由于故障時電流IJ較大，不存在電流死區(qū)）。 GJ的“潛動”問題： 在只加電壓UJ或只電流加IJ時，GJ就能動作。 （零點飄移造成，是不利因素） 集成電路GJ采用“同為正”及“同為負(fù)”的持續(xù)時間皆大于5ms的“與”門輸出來消除“潛動”，但同時也就增大了死區(qū)。四、相間短路GJ的接線方式 要求：(1)正方向任何相間故障: GJ動作 反方向任何相間故障: GJ不動 (2)加入GJ的UJ、IJ應(yīng)盡量大, 且使正向故障的J lm,90接線方式: 線路正方向各種相間短路時,90接線方式的工作情況分析：1、正方向三相短路三相完全對稱以GJA為例分析(GJB、GJC相同): （d：線路阻抗角）當(dāng)Zd 0時，UJ 0 Udz.J.min ，GJ拒動，存在死區(qū)。為使GJ動作靈敏，應(yīng)盡量使lm -(90-d), 即:(90-d),2、正方向兩相短路以BC兩相短路為例分析：A相為非故障相，Ifh方向不定，故GJA動作情況不定（但由于IAIfh很小，A相電流元件LJA不起動，則不需考慮GJA） 分析故障相方向元件GJB、GJC的情況：(1)d(2)點位于保護安裝處附近 （ZdZS） 同理可分析AB、CA兩相短路的情況 3、結(jié)論： 在線路正方向各種相間故障情況下，故障相GJ的J是在以-(90-d)為中心左右偏離不超過30的范圍內(nèi)。（反方向各種相間故障時，故障相GJ的J是在以(90-d)為中心左右偏離不超過30的范圍內(nèi)）。, 對三相短路存在死區(qū)（保護安裝處正向出口附近），但對各種兩相短路不存在死區(qū)（UJ中包含非故障相電壓，其值較大）。 若線路阻抗角為d，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使： lm -(90-d) 即：(90-d) 功率方向元件GJ與電流元件LJ應(yīng)采用按相啟動原則(即相應(yīng)相的GJ與相應(yīng)相的LJ相“與”后再出口）。 只需采用兩個方向元件（一般接于A，C相）即可反映各種相間短路的正、反方向。 三相短路的死區(qū)，對于動作速度要求不高的線路可由前級線路的保護作為遠(yuǎn)后備來切除；對動作速度要求高的線路可利用記憶作用來消除死區(qū)（由于故障前的電壓UJ0與故障后的電壓UJ同相，故可用UJ0代替UJ與電流IJ比相，而UJ0的值較大，無死區(qū)）,4、方向性電流保護原理接線圖,五、多電源網(wǎng)中電流保護整定的特點1、電流I段的特殊整定方法由電流I段保護整定原則：IIdz.1I(3)d1.max；IIdz.2I(3)d2.max若?。篒Idz.1=IIdz.2= KkIMaxI(3)d1.max，I(3)d2.max則d1點及d2點短路，保護1、2皆不會動作。即保護的反方向短路皆不誤動，故保護1、2皆不需裝設(shè)GJ。 但這樣整定后，原整定值較小的保護由于其整定值提高保護范圍（靈敏度），所以必須在最小保護范圍滿足要求的前提下，才可采用這種整定方法。,2、分支電路對電流II段整定的影響分支系數(shù)：(1)助增電流的影響 保護2的電流I段的保護范圍末端M短路（即IBC=IIdz.2時），流過保護1的電流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz IIIdz.1=KkIIIAB=KkIIIIdz.2/KfzKfz的求?。?(2)外汲電流的影響 IIIdz.1=KkIIIAB= KkIIIIdz.2/Kfz (3) 根據(jù)實際可能的多種運行方式，在電流II段整定時Kfz應(yīng)按可能的最小值考慮。 六、方向元件GJ的裝設(shè)原則 GJ存在死區(qū)，只在必須裝GJ的保護上裝設(shè)GJ。 GJ裝設(shè)原則：(1)所有負(fù)荷支路（對側(cè)無電源的支路）上不裝設(shè)GJ。,(2)電流I段：在保護反方向短路時，若流過保護的短路電流大于保護整定值，則該保護上必須裝GJ。 在雙端電源的某線路兩端的保護中，整定值較小的保護上必須裝GJ，整定值較大的保護上不裝GJ。例如IIdz.1IIdz.2，則IIdz.1I(3)d2.max,則保護1反方向短路不會誤動。 若電流I段采用特殊整定方法（線路兩端保護整定值相同），則兩端保護皆不裝GJ。(3)電流II段：在該保護反方向線路的電流I段保護范圍末端以外發(fā)生短路時，若流過該保護的短路電流大于保護整定值，則該保護上必須裝GJ。,在雙端電源的某線路兩端的保護中，整定值較小的保護上必須裝GJ，整定值較大的保護上不裝GJ。例如IIIdz.1IIIdz.2, 則有IIIdz.1IIdz.3,即保護1電流II段反方向保護范圍不超過保護3電流I段保護范圍，即保護1反方向保護范圍內(nèi)短路將由保護3的電流I段動作，而保護1的電流II段不會誤動）。 (4)電流III段：在某一母線各側(cè)有源支路的保護中，動作時限唯一最長的保護上不裝GJ，其余的必須裝GJ（考慮到誤差，一般要求比其他保護動作時限長t以上）。 例如保護1動作時限唯一最長，則其反方向短路時皆由其他保護先動作跳閘，而保護1不會誤動。,2-3 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護 一、電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時零序分量的特點 規(guī)定正方向：零序電流：母線線路； 零序電壓：線路高于大地）(1)故障點零序電壓最高， 距故障點越遠(yuǎn)，零序電壓越低；零序電流分布取決于零序網(wǎng)。(2) 某點零序電壓U0取決于該點至接地中性點的零序阻抗， 零序電流I0超前零序電壓U0：(180-d0)， 零序功率實際方向：線路母線（與正序相反）。(3)零序分量受系統(tǒng)運行方式變化的影響?。阈蚓W(wǎng)基本不變）,二、零序過濾器 1、零序電壓過濾器:系統(tǒng)正常及相間短路時：2、零序電流過濾器系統(tǒng)正常及相間短路時：,三、零序電流速斷保護（零序電流I段）1、動作電流整定原則：(1) 躲開下條線路出口處（即本線末端）接地短路時本保護所測的最大零序電流： IIdzKkI3Id0.bm.max （KkI：取1.21.3）(2) 躲開QF三相觸頭不同期合閘時出現(xiàn)的最大零序電流： IIdzKkI3I0.btq 若保護動作時限ttQF，可不考慮此條件(例如在手動合閘或自動重合閘時，使保護帶0.1s的小延時),(3) 當(dāng)線路具有單相重合閘ZCH時（例如220kV及以上線路），躲開非全相運行狀態(tài)下系統(tǒng)又發(fā)生振蕩時所出現(xiàn)的最大零序電流： IIdzKkI3I0.fqx （其值較大Klm） 對具有單相ZCH的線路可設(shè)置兩個零序電流I段： * 靈敏I段：按條件(1)或(2)整定 （動作值小，靈敏度高） * 不靈敏I段：按條件(3)整定 （動作值大，靈敏度低）,系統(tǒng)全相運行時： 靈敏I段起作用 （單相故障時保護首次動作由靈敏I段切除）。 系統(tǒng)非全相運行時（保護已首次動作跳開故障相QF）： 靈敏I段退出（即被閉鎖），不靈敏I段起作用 （若ZCH重合于永久故障上，保護由不靈敏I段再次切除；若不靈敏I段動不了，則只能由帶延時的II段或后備保護切除）2、保護范圍： 零序電流I段也不能保護本線路全長， 但保護范圍比相間短路電流I段大3、動作時限：tI0s,四、零序電流限時速斷保護（零序電流II段）1、整定原則：與下條線路的零序電流I段配合。 動作電流整定：躲開下條線路零序電流I段保護范圍末端接地短路時（即流過下條線路的零序電流剛好為其零序電流I段整定值時）流過本保護的最大零序電流。,IIIdz.1KkII3Id0.AB.maxKkIIIIdz.2 /Kfz.min KkII：取1.11.2； 分支系數(shù)Kfz3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。動作時限：tII1tI2+tt0.5s,2、校驗靈敏度： 要求：Klm1.5 （3Id0.bm.min：本線路末端接地短路時所出現(xiàn)的最小零序電流） 若Klm不滿足要求，采用以下方式解決： (1)本線路零序電流II段與下條線路的零序電流II段相配合： IIIdz.1KkIIIIIdz.2 /Kfz.min ； tII1tII2+t2t1.0s(2)保留0.5s的零序II段，并增加按(1)整定的零序電流II段(3)改用接地距離保護,五、零序過電流保護（零序電流III段）1、整定原則：躲開下條線路出口處相間短路時所測的最大不平衡電流： IIIIdzKkIII3I0.bp.max 實際整定：應(yīng)考慮滿足各級線路靈敏系數(shù)按逐級配合的原則，即本保護零序電流III段的保護范圍不超出下條線路零序電流III段的保護范圍，即本線路零序電流III段與下條線路的零序電流III段配合： IIIIdz.1KkIIIIIIIdz.2/Kfz.min （KkIII1.11.2） 動作時限按“階梯原則”配合. （保證各級線路保護的動作選擇性）,由于零序電流不會穿越Y(jié)/接線的變壓器T，因此安裝在受端T上的零序電流III段保護可以瞬動，即零序電流III段是以受端T為時限配合起點（相間短路電流III段是以整個電網(wǎng)終端負(fù)荷支路為時限配合起點）。 零序網(wǎng)范圍 正序網(wǎng)范圍 零序電流III段動作時限 IIdz.3 ,保護3的I段會誤動 若 tIII2 tIII3， 保護3的III段會誤動 d2短路：若 IIdz.3 IIdz.2 ,保護2的I段會誤動 若 tIII3 tIII2， 保護2的III段會誤動 為防止誤動，在可能誤動的保護上增設(shè)零序功率方向元件GJ0 （規(guī)定保護正方向：安裝處母線被保護線路） 通常加入GJ0的 以高于大地為正極性； 以母線線路為正極性。,保護正方向接地短路時： 超前 ：(180-d0) 則GJ0的最靈敏角應(yīng)為：lm=(180-d0) 例如d0=70，則lm取為110 （LG-11整流型GJ0：其lm只能設(shè)為銳角，此時取lm=d0，為確保正方向接地短路時正確動作，只需將加入GJ0的 或 任意一個反極性接入即可） 保護越靠近接地短路點，3U0越大， 則零序電流保護的GJ0不存在死區(qū)。,若保護越遠(yuǎn)離接地短路點，3U0、3I0， 則對于長線路，零序電流保護的GJ0需校驗Klm： 近后備：Klm 要求：Klm 2 遠(yuǎn)后備：Klm 要求：Klm 1.5 （Sdz.0：GJ0的啟動功率） 2、三段式方向性 零序電流保護的 原理接線：,七、對零序電流保護的評價1、優(yōu)點： (1) 相間短路的電流III段：IIIIdz Ifh.max (大) 零序電流III段： IIIIdz Ibp.max (小) 故：零序電流III段Klm 零序網(wǎng) 正序網(wǎng) 零序電流III段的t III (2) 零序電流I段及零序電流II段受系統(tǒng)運行方式影響小，較穩(wěn)定，且保護范圍，Klm （3Id0曲線陡；曲線max與曲線min相差?。?(3) 零序電流保護不受過負(fù)荷及系統(tǒng)振蕩的影響,2、尚有不足： (1) 對短線路或運行方式變化很大的情況，往往不能滿足系統(tǒng)運行要求。 (2) 由于單相重合閘的使用將出現(xiàn)非全相運行，再考慮系統(tǒng)兩側(cè)電機發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)較大零序電流，影響零序電流保護的正確工作。 (3) 當(dāng)采用自耦變壓器聯(lián)系兩個不同電壓等級網(wǎng)絡(luò)時，任一網(wǎng)絡(luò)的接地短路都將在另一網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序電流，使零序電流保護的整定配合復(fù)雜化。,2-4 中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及方向保護一、中性點接地方式及特點 1、中性點接地方式 2、單相接地故障時，不同中性點接地方式的特點 (1)中性點不接地系統(tǒng) *無短路回路，無Id，只有經(jīng)等效對地C形成的大容抗回路，故障點只有較小的IC，允許系統(tǒng)繼續(xù)運行12h，保護不需跳閘，因此供電可靠性相對較高。,*故障相對地電壓降低，但非故障相對地電壓升高（若為金屬性接地故障，非故障相對地電壓將由正常時的相電壓升高為線電壓），因此對系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求高。 (2)中性點直接接地系統(tǒng) *有短路回路，有很大的Id，不允許系統(tǒng)繼續(xù)運行，保護必須立即切除故障，供電可靠性相對較低。 *由于中性點對地電壓被鉗制為0，則各相對地電壓不會超過相電壓（或超過不多），因此系統(tǒng)中設(shè)備的對地絕緣要求不高。 3、不同中性點接地方式的應(yīng)用特點 由于110kV以上系統(tǒng)，其設(shè)備費用將隨著對地絕緣要求的提高而大幅增加，因此我國規(guī)定110kV以下系統(tǒng)采用中性點非直接接地系統(tǒng)（不接地系統(tǒng)）；110kV及以上系統(tǒng)采用中性點直接接地系統(tǒng)（其供電可靠性可通過其他措施來保證，例如采用雙回線供電、環(huán)網(wǎng)供電等）。,當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，若故障點對地電容電流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，則可在中性點增設(shè)消弧線圈（或高阻）來降低IC 。二、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 以線路II上A相接地故障為例（忽略線路上阻抗壓降） 1、零序電壓：,2、零序電流： 各元件對地電容電流：各元件出口處所 測零序電流：* 非故障元件： * 故障元件：（C：系統(tǒng)所有元件對地電容的總和）,3、結(jié)論：(1)系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓 (2)流過非故障元件的零序電流等于其本身對地電容電流。 方向：母線 元件（ ：90） (3)流過故障元件的零序電流等于全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流的總和。 方向：元件 母線（ ：90）三、中性點不接地電網(wǎng)中單相接地的保護 1、絕緣監(jiān)視裝置 (1)系統(tǒng)正常及相間短路時： UJUbp Udz.J 裝置延時動作于發(fā)信號。 * 此裝置可確定故障相別， （UA0，UBUC EX ）* 但無法確定故障線路，無選擇性。 需由運行人員手動依次短時拉開各線路QF加以判斷（或按接地檢查按鈕，短時跳開QF，再由重合閘重合），若接地信號短時消失，則接地故障點位于本線路上。（適用于要求不高，且出線少的變電所）,2、零序電流保護（有選擇性保護） 系統(tǒng)正常及相間短路時：3I00 其他線路單相接地時：3I0Cb3EX (小) 本線路單相接地時：3I0(CCb)3EX (大) 保護整定動作電流：IdzKKCb3EX 靈敏系數(shù)： (出線越少CKlm)3、零序功率方向保護（有選擇性保護） 系統(tǒng)正常及相間短路：3U00 3I00 GJ0不動 單相接地時的非故障元件： ：90GJ0不動 單相接地時的故障元件： ：90 GJ0動作 保護中只有方向元件GJ0，無電流啟動元件LJKlm,四、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點 1、零序電壓：同中性點不接地電網(wǎng) 系統(tǒng)單相接地時(A相),全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓2、零序電流： 消弧線圈L的作用：降低單相接地時故障點的接地電流。 故障點總電流：,三種補償方式： 完全補償：3C=1/(L) IC.=IL Id0.0 但是在系統(tǒng)正常運行時，若線路三相對地電容不對稱或斷路器三相觸頭不同時閉合將出現(xiàn)一個零序分量電壓源串在回路中串聯(lián)諧振很大的諧振電流 中性點過電壓。 故不能采用完全補償。 欠補償：3C1/(L) IC.IL 當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化時（例如某元件退出或被切除）C 3C=1/(L) 諧振過電壓，不宜采用。 過補償：3C1/(L)IC.IL ,相當(dāng)于L不起作用（同中性點不接地電網(wǎng)）。 因此，可構(gòu)成反映高次諧波（一般為5次）的零序電流及零序方向保護。,高次諧波接地保護的不足： 諧波分量較小，不易測量； 諧波分量大小與許多因素有關(guān)，不易確定，使整定困難； 出線較少時，Klm低。 (3)反映暫態(tài)電流的保護 設(shè)線路II上A相接地： 暫態(tài)過程中：* 消弧線圈中iL0 (電感中電流不能突變) * A相對地電容直接放電，放電電流不經(jīng)電源，回路中阻抗小，時間常數(shù)小，放電電流振蕩頻率高（幾千Hz），衰減快。* B、C相對地電容經(jīng)電源回路充電。充電電流經(jīng)過電源，回路中阻抗大，時間常數(shù)大，充電電流振蕩頻率低（幾百Hz），衰減慢。,因此，在暫態(tài)過程中（首半波），主要是B、C相電容的充電電流，而A相電容的放電電流和消弧線圈的電感電流基本不起作用，類似于中性點不接地電網(wǎng)。 故可構(gòu)成反映暫態(tài)分量的零序電流及零序方向保護。不足：暫態(tài)分量不易測量，且需要自保持； 當(dāng)相電壓瞬時值過零點附近發(fā)生該相接地故障時，暫態(tài)分量不能區(qū)分故障元件與非故障元件； 出線較少時，Klm低。(4)其他方法： 注入法；有功分量法；負(fù)序分量法；相間工頻變化量比較法；零序?qū)Ъ{法；能量法；小波變換法等。,3 電網(wǎng)的距離保護,3-1 距離保護的作用原理 一、距離保護基本概念（低量保護） 距離保護：反應(yīng)映故障點至保護安裝處之間的距離（阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近（阻抗的大小）而確定動作時間的一種保護裝置。 測量阻抗： ZJ Zdz 保護不動作； ZJ Zdz 保護動作 特點：* 故障時：即反映U,又反映IKlm * 系統(tǒng)運行方式變化時，ZJ不變，故不受運行方式 變化的影響,（主要用于110KV及以上線路）,二、三段式距離保護基本配置原則I段：ZIdz.1=KIkZAB ； ZIdz.2=KIkZBC （KIk取0.80.85） tI 0s II段：ZIIdz.1=KIIk(ZAB+ZIdz.2) (KIIk取0.8) tII1= tI2+t 0.5s III段：ZIIIdz Zfh.min tIII按階梯原則配合 三、三段式距離保護基本邏輯框圖,3-2 阻抗測量元件（阻抗繼電器）ZKJ 一、ZKJ基本概念 一次阻抗與二次阻抗的折算： 為消除過渡電阻Rg及TA、TV角誤差的影響，盡量簡化繼電器接線，通常把動作特性設(shè)計為一個圓（或透鏡形、蘋果形、多邊形）。 圓內(nèi)為動作區(qū)，圓外為非動作區(qū)。,三種常用的圓特性ZKJ： 3個阻抗概念： * 測量阻抗ZJ：加入繼電器的電壓 與電流 的比。 * 動作阻抗Zdz.J：在某個角度方向上剛好使ZKJ動作時，加入ZKJ的電壓 與電流 的比。 * 整定阻抗Zzd：在最大靈敏角lm方向（特性圓直徑正方向）上的動作阻抗。,二、圓特性ZKJ的動作特性分析 1、全阻抗ZKJ 以阻抗平面的坐標(biāo)原點為圓心，以整定阻抗Zzd為半徑的一個圓。ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與測量阻抗角J無關(guān)，無方向性。(1) 幅值比較式 動作條件：|ZJ| |Zzd| 即： 動作條件為 的幅值比較 器的兩比較量：,(2) 相位比較式 動作條件： 即： （或： ） 動作條件為 的鈍角 型相位比較器的兩比較量：（當(dāng) 時，幅值比較器與鈍角型相位比較器具有相同的動作特性）,2、方向阻抗ZKJ 以整定阻抗Zzd為直徑，且過坐標(biāo)原點的一個圓。 ZKJ的動作阻抗|Zdz.J|與J有關(guān)，具有完全方向性。 (1) 幅值比較式 動作條件： 即： 動作條件為 的 幅值比較器的兩比較量：(2) 相位比較式 動作條件：,3、偏移特性ZKJ 正方向整定阻抗為Zzd時，向反方向偏移一個Zzd ( 0 0 J動作 2、環(huán)流式： ，IaIb 0 J動作 3、執(zhí)行元件J：(1)極化繼電器；(2)晶體管零指示器；(3)集成電路比較器,五、相位比較器異或門比相電路: 時： UI、UII瞬時值相異（一正一負(fù)）的時間5ms6端7端：相“或”輸出： 不拒動為主時采用。6端8端：相“與”輸出： 不誤動為主時采用。（例如穿越功率較大的弱聯(lián)絡(luò)線，誤跳閘將會造成兩側(cè)系統(tǒng)的嚴(yán)重振蕩）12ms延時：將零點飄移造成的周期為20ms，寬度已展為10ms左右的誤動方波消除。,3-3 ZKJ的接線方式 一、對接線方式的基本要求 (1) ZJ 短路點到保護安裝處間的距離 (2) ZJ應(yīng)與故障類型無關(guān)（保護范圍不隨故障類型變化） 二、反映相間短路ZKJ的0接線方式 0接線