《繼電保護(hù)》

1、1,1 緒論,教學(xué)要求 (1)通過本章學(xué)習(xí)理解電力系統(tǒng)繼電保護(hù)含義、任務(wù)； (2)了解繼電保護(hù)裝置基本原理及組成；熟悉對(duì)繼電保護(hù)的基本要求； (3)熟悉繼電器的圖形符號(hào)表示方法、文字表示方法以及型號(hào)的表示方法； (4)理解對(duì)運(yùn)行方式、主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等幾個(gè)重要名詞定義,2,1 緒論,1.1電力系統(tǒng)的工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)故障和異常運(yùn)行電力系統(tǒng)的三種運(yùn)行狀 態(tài)：正常、故障和異常運(yùn)行狀態(tài)。 短路的特點(diǎn)：電流增大、電壓降低。短路將影響用戶的正常工作，影響產(chǎn)品質(zhì)量，可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性被破壞。最常見的異常運(yùn)行狀態(tài)過負(fù)荷,3,1.2.1繼電保護(hù)的基本原理 利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物

2、理量為信息量. (1)利用基本電氣參數(shù)量的區(qū)別 過電流保護(hù):反映電流增大而動(dòng)作的保護(hù); 低電壓保護(hù):反映電壓降低而動(dòng)作的保護(hù); 距離保護(hù):反映保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的阻抗,1.2繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成,4,2)利用比較兩側(cè)的電流相位 如圖所示,線路正常運(yùn)行或外部短路時(shí),被保護(hù)線路兩側(cè)電流相位相反,而保護(hù)區(qū)內(nèi)部短路時(shí),被保護(hù)線路兩側(cè)電流相位相同,5,3)反映序分量或突變量是否出現(xiàn) 反映負(fù)序分量可構(gòu)成不對(duì)稱短路保護(hù);反映零序分量可構(gòu)成接地短路保護(hù);根據(jù)正序分量是否突變可構(gòu)成對(duì)稱、不對(duì)稱短路保護(hù)。 (4)反映非電量保護(hù) 反映瓦斯氣體構(gòu)成瓦斯保護(hù)；反映繞組溫度升高可構(gòu)成過負(fù)荷保護(hù),6,1.

3、2.2繼電保護(hù)裝置的組成 （1）測(cè)量部分:對(duì)輸入量與整定值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果，給出“是”、“非”性質(zhì)的邏輯信號(hào)，判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。 （2）邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分邏輯狀態(tài)，使保護(hù)按一定邏輯關(guān)系工作。 （3）執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置搜承擔(dān)的任務(wù),7,1.3對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,主保護(hù)：反映整個(gè)保護(hù)元件上的故障并能以最短的延時(shí)有選擇地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。 后備保護(hù)：主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，用來切除故障的保護(hù)，稱為后備保護(hù)。 輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)或后備保護(hù)的不足而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。 (1)可靠性：保護(hù)裝置在規(guī)定的保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障不拒動(dòng)，區(qū)外故障不誤動(dòng),8,2）選擇性：僅將

4、故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證停電范圍小,9,在圖所示的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路4上2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)6動(dòng)作跳開斷路器QF6，將4切除，繼電保護(hù)的這種動(dòng)作是有選擇性的。2點(diǎn)故障，若保護(hù)5 動(dòng)作于將QF5斷開，繼電保護(hù)的這種動(dòng)作是無選擇性的。 如果2點(diǎn)故障，而保護(hù)或斷路器QF6拒動(dòng)，保護(hù)動(dòng)將斷路器QF5斷開，故障切除，這種情況雖然是越級(jí)跳閘，但卻是盡量縮小了停電范圍，限制了故障的發(fā)展，因而也認(rèn)為是有選擇性動(dòng)作,10,3）靈敏性：保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或異常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。 一般用靈敏度表示。 過量保護(hù)： 欠量保護(hù)： （4）速動(dòng)性：快速地切除故障,11,1.4 繼電保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史,熔斷器保護(hù)：是

5、最早出現(xiàn)的簡(jiǎn)單過電流保護(hù)，在低壓線路和用電設(shè)備中還被應(yīng)用。 機(jī)電型保護(hù)：20世紀(jì)初，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)。 晶體管保護(hù)：上世紀(jì)50年代，晶體管式繼電器（靜態(tài)繼電器）出現(xiàn)。 集成電路出現(xiàn)，標(biāo)志著靜態(tài)繼電器向第二代的過渡。 微機(jī)保護(hù)：上世紀(jì)80年代，微機(jī)保護(hù)開始廣泛被應(yīng)用。 微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)：具有巨大的計(jì)算、分析和邏輯判斷能力，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的保護(hù)功能，用同一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)原理,12,小結(jié),1)繼電保護(hù)：由測(cè)量繼電器與輔助繼電器通過合理組合而成的保護(hù)裝置，并對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行合理整定。 2）基本要求：快速性、選擇性、靈敏性和可靠性。 3）運(yùn)行方式：最大運(yùn)行方式；最小運(yùn)行方式；正常運(yùn)行

6、方式。 4）主保護(hù)：反應(yīng)整個(gè)被保護(hù)元件、線路上的故障并能以最短的延時(shí)有選擇地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。 后備保護(hù)：主保護(hù)或其斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，用來切除故障的保護(hù)稱為后備保護(hù)。 輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的不足而增設(shè)的比較簡(jiǎn)單的保護(hù)稱為輔助保護(hù),13,第2章 電網(wǎng)的電流保護(hù),教學(xué)要求：掌握三段式電流保護(hù)的基本原理，整定計(jì)算及原理接線圖；掌握電流保護(hù)的接線方式及各自的特點(diǎn)；掌握方向電流保護(hù)的原理，理解功率方向繼電器的工作原理，掌握功率方向繼電器的接線，影響其正確動(dòng)作的因素及采取的措施，掌握其整定計(jì)算的特點(diǎn)；掌握中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn)及絕緣監(jiān)察裝置的原理及接線；掌握中性點(diǎn)直接接地系

7、統(tǒng)接地短路的特點(diǎn)，掌握零序電流保護(hù)、方向電流保護(hù)的原理及整定計(jì)算,14,2.1 單側(cè)電源輸電線路相間短路的電流保護(hù),利用電流突然增大使保護(hù)動(dòng)作而構(gòu)成的保護(hù)裝置,稱為電流保護(hù),15,2.1.1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù),瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，它是反映電流升高，不帶時(shí)限動(dòng)作的一種保護(hù)，也稱段保護(hù),圖形符號(hào),16,動(dòng)作電流,保護(hù)動(dòng)作電流按保護(hù)區(qū)末端短路條件整定,17,最大短路電流的確定,1）系統(tǒng)運(yùn)行方式,2）短路點(diǎn)位置,3）短路類型,4）電網(wǎng)聯(lián)接方式,18,相間短路電流計(jì)算,三相短路,兩相短路,19,20,保護(hù)的靈敏度按保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度來衡量,最小保護(hù)區(qū)不應(yīng)小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的 。最大保護(hù)區(qū)不應(yīng)小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的,

8、保護(hù)區(qū)確定,21,最大保護(hù)區(qū)確定,最小保護(hù)區(qū)確定,22,3）線路變壓器組電流速斷保護(hù),動(dòng)作電流為,配合系數(shù),23,靈敏度按被保護(hù)線路末端短路有足夠靈敏度,要求要大于等于1.21.5,2)原理接線,24,25,2.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù),要求：應(yīng)能保護(hù)線路全長(zhǎng),必然保護(hù)區(qū)要延伸到相鄰線路、或相鄰元件的一部分,為滿足選擇性要求，保護(hù)動(dòng)作帶有一定的時(shí)限,26,27,保護(hù)動(dòng)作電流為,28,動(dòng)作時(shí)間,29,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,靈敏度,要求：大于等于1.31.5,30,當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí),可與相鄰線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)配合,31,原理接線,32,小結(jié),1）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，動(dòng)作的選擇性依靠

9、動(dòng)作值來保證。對(duì)于線路變壓器組，可使全線處于速動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi),2）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度以保護(hù)區(qū)的長(zhǎng)度來確定,33,3）限時(shí)電流速斷保護(hù)作為線路的主保護(hù)，要求應(yīng)能保護(hù)被保護(hù)線路全長(zhǎng)。為了縮短保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作值與相鄰線路、元件速斷保護(hù)配合,4）限時(shí)電流速斷保護(hù)的選擇性是依靠動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間來保證,34,5）當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，可與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合,35,2.1.3 定時(shí)限過電流保護(hù),作用：一般作為主保護(hù)的后備保護(hù),1）工作原理,要求：應(yīng)能保護(hù)被保護(hù)線路的全長(zhǎng)，也能保護(hù)相鄰線路全長(zhǎng)及相鄰元件的全部,即應(yīng)能起到近后備與遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用,36,如圖在線路L3上發(fā)生短路,一般短路電流

10、大于保護(hù)裝置1、2、3的動(dòng)作電流，保護(hù)1、2、3將起動(dòng),按選擇性要求，斷開QF3后，保護(hù)1、2應(yīng)立即返回,37,為滿足選擇性的要求，必須依靠各保護(hù)裝置具有不同的動(dòng)作時(shí)限來保證,即保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足,38,從上式可見，保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間是從用戶到電源逐級(jí)增加，越靠近電源，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng),39,特點(diǎn)：形狀象一個(gè)階梯，故稱為梯形時(shí)限特性,由于保護(hù)動(dòng)作時(shí)限是固定的，與短路電流大小無關(guān)，稱定時(shí)限過電流保護(hù),40,2）整定計(jì)算,1）在被保護(hù)線路流過最大負(fù)荷電流時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作，即,2）相鄰線路短路故障切除后，保護(hù)應(yīng)可靠返回,41,根據(jù)可靠返回條件，過電流保護(hù)動(dòng)作值為,42,3）靈敏度校驗(yàn),要求：作為近

11、后備保護(hù)時(shí)，靈敏度要達(dá)到1.31.5；遠(yuǎn)后備保護(hù)要達(dá)到1.2,43,最小短路電流的確定,1）系統(tǒng)運(yùn)行方式,2）短路點(diǎn)位置,3）短路類型,4）電網(wǎng)聯(lián)接方式,44,4）保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,為了保證選擇性，過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間按階梯原則整定，即從用戶到電源的各保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間逐級(jí)增加一個(gè)時(shí)限級(jí)差,其表達(dá)式為,45,既要與相鄰線路配合，也要與相鄰元件配合,46,5）單相式原理接線,47,2、電流保護(hù)接線,為了能反映各種類型的相間短路故障，應(yīng)合理選擇保護(hù)的接線方式,電流保護(hù)接線是指電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式,作為相間短路電流保護(hù)有三種基本接線方式,48,1）三相三繼完全星形接線,特點(diǎn):三相

12、電流互感器二次繞組與三個(gè)電流繼電器分別按相連接，三個(gè)繼電器觸點(diǎn)并聯(lián),49,2)兩相兩繼電器接線,特點(diǎn):只有兩相裝設(shè)電流互感器，按相連接繼電器,50,應(yīng)用范圍：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。 原因：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地屬于不正常運(yùn)行，允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,作用：可提高供電可靠性。 要求：所有線路的電流互感器必須安裝在同名相上,51,只切除一回路示意圖,52,切除兩回路示意圖,53,保護(hù)拒動(dòng)示意圖,54,擴(kuò)大停電范圍示意圖,55,結(jié)論:在兩回路上不同地點(diǎn)、不同相別發(fā)生兩點(diǎn)接地短路時(shí)，若保護(hù)具有相同的動(dòng)作時(shí)間，采用兩相式接線有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條回路，這是兩相式接線的優(yōu)點(diǎn),若在串聯(lián)線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地短路

13、，有1/3機(jī)會(huì)誤切除近電源的故障點(diǎn)，擴(kuò)大了停電范圍，這是兩相式接線的缺點(diǎn),56,3）兩相三繼電器接線,特點(diǎn)：中性上的電流繼電器測(cè)量到B相電流,57,采用此接線的目的：為了提高Y，d變壓器后發(fā)生兩相短路的靈敏度,因?yàn)樽儔浩骱髢上喽搪罚娫磦?cè)三相短路電流大小不相等，最大相是最小相的2倍。 若采用兩相兩繼電器接線，有可能無法測(cè)量到最大相的電流，保護(hù)的靈敏度將受到影響,58,假設(shè)變壓器線電壓比為1,用作圖法分析變壓器短路電流分布,59,相量法分析,60,結(jié)論：采用兩相三繼電器接線，可測(cè)量到三相短路電流，所以靈敏度得到提高，廣泛應(yīng)用于Y，d接線變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù),小結(jié)：定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作電流按最大負(fù)荷

14、電流條件整定，動(dòng)作時(shí)間按階梯原則確定,電流保護(hù)三種接線方式應(yīng)用條件不同，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)應(yīng)采用三相三繼電器接線,61,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)只能采用兩相式接線,作為Y，d變壓器遠(yuǎn)后備保護(hù)，應(yīng)采用兩相三繼接線,62,2.2 雙側(cè)電源輸電線路相間短路的方向電流保護(hù),1、過電流保護(hù)的方向性 2、工作原理 3、功率方向繼電器工作原理 4、功率方向繼電器接線 5、非故障相電流的影響與按相起動(dòng),63,教學(xué)要求,通過學(xué)習(xí)要求掌握方向過電流保護(hù)的基本工作原理；功率方向繼電器工作原理及動(dòng)作區(qū)。功率方向繼電器采用 接線的目的，消除出口三相短路死區(qū)的方法,采用雙電源及單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)供電，是為了提高輸電線路供電可靠性,6

15、4,當(dāng)K1點(diǎn)短路,保護(hù)1、2動(dòng)作，斷開QF1和QF2，接在A、B、C、D母線上的用戶，仍然由A側(cè)電源和D側(cè)電源分別供電，提高了對(duì)用戶供電可靠性,1、過電流保護(hù)方向性,65,階段式電流保護(hù)用于雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中，不能完全滿足選擇性要求,以瞬時(shí)電流速斷保護(hù)1為例，保護(hù)的動(dòng)作電流為,66,顯然，這兩個(gè)要求是相互矛盾,67,對(duì)于過電流保護(hù)而言，利用動(dòng)作時(shí)間是無法滿足要求的,68,結(jié)論：短路功率方向從母線指向線路時(shí)，保護(hù)動(dòng)作才具有選擇性,69,2、方向過電流保護(hù)工作原理,規(guī)定：短路功率的方向從母線指向線路為正方向,K1點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1、2、4、6為正方向；保護(hù)3和5反方向，不應(yīng)起動(dòng),70,為了滿足選擇性要

16、求，保護(hù)1、3、5動(dòng)作時(shí)間需進(jìn)行配合；保護(hù)2、4、6動(dòng)作時(shí)間需進(jìn)行配合,結(jié)論：相同動(dòng)作方向保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間仍按階梯原則進(jìn)行配合,71,單相式方向過電流保護(hù)原理接線,由起動(dòng)元件、方向元件、時(shí)間元件和信號(hào)元件組成,72,3、功率方向繼電器工作原理,73,K1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，加入保護(hù)3的電壓與電流反映了一次電壓和電流的相位和大小,通過保護(hù)3的短路功率為,0,當(dāng)反方向短路時(shí)，通過保護(hù)3的短路功率為,0,74,功率方向繼電器動(dòng)作條件,0 動(dòng)作,0時(shí)不動(dòng)作,1）相位比較式原理,75,動(dòng)作方程表達(dá)式,事實(shí)上是間接比較保護(hù)安裝處母線電壓與流過保護(hù)安裝處電流的相位,當(dāng)加入繼電器電壓為零時(shí)，無法進(jìn)行比相,76,其

17、中,簡(jiǎn)化后的表達(dá)式為,77,2）幅值與相位比較間關(guān)系,A稱為動(dòng)作量，B稱為制動(dòng)量,78,由上面分析可見，相位比較與幅值比較相互間是可以轉(zhuǎn)換的,79,比幅式動(dòng)作方程,從上式可見，當(dāng)加入繼電器電壓為零時(shí)，動(dòng)作量等于制動(dòng)量，繼電器存在動(dòng)作死區(qū),80,整流型功率方向繼電器接線,81,4、功率方向繼電器接線,要求：應(yīng)能正確反應(yīng)故障的方向；正向短路故障時(shí)，應(yīng)使方向元件工作在較靈敏的狀態(tài),時(shí)，加入繼電器的電流超前電壓,82,83,消除死區(qū)方法,1）引進(jìn)記憶電路的目的是消除正向出口三相短路的死區(qū),2）采用 接線的目的是消除兩相短路的死區(qū),84,動(dòng)作區(qū),動(dòng)作區(qū),85,1）三相短路,86,2）近處兩相短路,87,

18、3）遠(yuǎn)處兩相短路,88,三相短路和近處兩相短路靈敏角變化范圍為,兩相遠(yuǎn)處短路，B相靈敏角變化范圍,C相靈敏角變化范圍,為了使各種相間短路保護(hù)都能動(dòng)作，最大靈敏角范圍,89,5、非故障相電流的影響與按相起動(dòng),90,小結(jié),1、方向電流保護(hù)是為了滿足雙電源線路、單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)選擇性與靈敏性，在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上增加方向元件,2、方向元件引入記憶電路的目的是消除正向出口處三相短路時(shí)的動(dòng)作死區(qū),91,3、采用 接線是為了消除正向出口兩相短路的動(dòng)作死區(qū),4、比幅與比相間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是四邊形邊與對(duì)角線的關(guān)系,92,2.3中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)線路接地故障保護(hù),1、接地時(shí)零序分量的特點(diǎn) 1）故障點(diǎn)的零序電壓最高，離故

19、障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，變壓器中性接點(diǎn)的零序電壓為零。 2）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)。 3) 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)接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。但電力系統(tǒng)正序阻抗和負(fù)序阻抗要隨著系統(tǒng)運(yùn)行方式而變化，將間接影響零序分量的大小,93,4)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,零序電流、電壓分布圖,94,2.3.2零序電流保護(hù)三段式零序電流保護(hù)原理接線圖,95,1）零序電流速斷保護(hù) 零序電流速斷保護(hù)工作原理與反應(yīng)相

20、間短路故障的電流保護(hù)相似，零序電流保護(hù)只反應(yīng)電流中的零序分量。 保護(hù)動(dòng)作電流計(jì)算說明圖,96,保護(hù)動(dòng)作電流整定原則： 1）躲過被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的最大零序電流整定 2）三相斷路器觸頭不同時(shí)閉合條件整定,97,3）非全相運(yùn)行且伴隨振蕩條件整定 按非全相且振蕩條件整定定值可能過高，靈敏度將不滿足要求。 措施：通常設(shè)置兩個(gè)速斷保護(hù)，靈敏段 按條件1）和2）整定；不靈敏段 按條件3）整定。在出現(xiàn)非全相運(yùn)行時(shí)閉鎖靈敏段,98,2)限時(shí)零序電流速斷保護(hù) 限時(shí)零序電流速斷保護(hù)其基本原理與相間短路保護(hù)相似。 動(dòng)作電流： 動(dòng)作電流計(jì)算值示意圖,99,動(dòng)作時(shí)間： 保護(hù)靈敏度： 求最小零序電

21、流計(jì)算值應(yīng)計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行方式、接地類型、接地點(diǎn)位置和電網(wǎng)連接方式。 當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)：可采用與相鄰線路的零序段配合 ，其動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間均要配合,100,3）零序過電流保護(hù) 動(dòng)作電流整定條件： 1）躲過下級(jí)線路相間短路時(shí)最大不平衡電流 2）零序段保護(hù)之間在靈敏度上要逐級(jí)配合,101,3、零序方向電流保護(hù)在雙電源網(wǎng)絡(luò)中，零序過電流保護(hù)必須加裝方向元件才能保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性,102,三段式零序方向電流保護(hù)原理接線,103,104,2.4 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障的保護(hù) 2.4.1 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點(diǎn),105,特點(diǎn)是： ）全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓全系統(tǒng)均相等。

22、）非故障線路的零序電流由本線路對(duì)地電容形成，零序電流超前零序電壓90。 ）故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故障元件、線路對(duì)地電容形成，零序電流滯后零序電壓90。顯然，當(dāng)母線上出線愈多時(shí)，故障線路流過的零序電流愈大。 4）故障相電壓（金屬性故障）為零，非故障相電壓升高為正常運(yùn)行時(shí)的相間電壓。 5）故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同,106,2.4.2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地保護(hù) 1）無選擇性絕緣監(jiān)視裝置,107,2）零序電流保護(hù) 利用故障線路與非故障線路零序電流數(shù)值不同，區(qū)別出故障線路。動(dòng)作電流：靈敏度,108,3）零序功率方向保護(hù),109,2.4.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接

23、地故障的特點(diǎn),補(bǔ)償?shù)姆绞接型耆a(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償三種方式。 1)完全補(bǔ)償就是電感電流等于電容電流，此時(shí)接地故障點(diǎn)的電流為零。在這種情況下的感抗等于電網(wǎng)的容抗，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，使系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓，實(shí)際中不能采用這種方式,110,2）欠補(bǔ)償就是補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電流是容性的。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，如某個(gè)元件被切除，電容電流減小，又會(huì)出現(xiàn)完全補(bǔ)償引起過電壓。因此，實(shí)際中也不能采用欠補(bǔ)償方式。 3）過補(bǔ)償就是補(bǔ)償后接地點(diǎn)電流是感性的。它不會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振產(chǎn)生過電壓的問題，在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用,單相接地時(shí)電流分布,111,根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，以零序電壓和零序電流的特點(diǎn)構(gòu)成無選擇性絕緣監(jiān)察保護(hù)；利用故障

24、線路與非故障線路零序電流大小或功率方向的差別構(gòu)成有選擇性的零序電流保護(hù)、零序功率方向保護(hù)。 中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù)，與相間短路的階段式電流保護(hù)類似也構(gòu)成階段式保護(hù)，所不同的是計(jì)算時(shí)需要用零序電流。階段式零序電流保護(hù)接線簡(jiǎn)單，保護(hù)范圍受運(yùn)行方式的影響較小，靈敏度高,小結(jié),112,第3章 輸電線路距離保護(hù),3.1距離保護(hù)的基本原理與構(gòu)成,教學(xué)要求：通過學(xué)習(xí)要求理解距離保護(hù)的作用、距離基本工作原理、距離保護(hù)的時(shí)限特性及距離保護(hù)的構(gòu)成,113,1、距離保護(hù)的作用,原因：電流、電壓保護(hù)其保護(hù)范圍隨系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化影響很大，很難滿足長(zhǎng)距離、重負(fù)荷線路靈敏性常常不能滿足要求,在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，

25、應(yīng)采用性能更加完善的保護(hù)，距離保護(hù)就是其中的一種,114,2、距離保護(hù)的基本原理,距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù),故障點(diǎn)離保護(hù)安裝處越近，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越短；反之越長(zhǎng),故障點(diǎn)總是由離故障點(diǎn)近的保護(hù)首先動(dòng)作切除故障，從而保證了保護(hù)動(dòng)作的選擇性,115,距離保護(hù)的核心元件：阻抗繼電器,要求：測(cè)量元件應(yīng)能正確測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。方向阻抗繼電器還應(yīng)具有測(cè)量故障點(diǎn)方向,測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗，實(shí)際上也測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離,116,設(shè)阻抗繼電器工作電壓為,117,當(dāng)在保護(hù)區(qū)末端短路時(shí)，測(cè)量阻抗為,工作電壓為,118,0

26、,0,119,120,由分析可知，正向保護(hù)區(qū)外短路、方向短路，工作電壓具有相同的相位,121,122,3.2 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性 教學(xué)要求：掌握各種阻抗繼電器特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，整定阻抗、測(cè)量阻抗及動(dòng)作阻抗意義；比幅與比相間的轉(zhuǎn)換,123,1.阻抗繼電器 阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心,其主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。 加入阻抗繼電器的電壓與電流的比值稱為測(cè)量阻抗,124,為了方便比較，通常將測(cè)量阻抗與整定阻抗畫在同一阻抗復(fù)數(shù)平面上,125,所表示的直線段為繼電器動(dòng)作區(qū)，直線以外的區(qū)域?yàn)榉莿?dòng)作區(qū),實(shí)際上由于互感器的誤差，直線形動(dòng)作特性不能采用的，必須擴(kuò)大保護(hù)區(qū),3.2.1 圓特性阻抗繼電

27、器,126,1、全阻抗繼電器,動(dòng)作方程,127,全阻抗繼電器的特點(diǎn)： （1）圓的半徑為整定阻抗； （2）圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)； （3）動(dòng)作不具有方向性,動(dòng)作方程兩邊同乘以測(cè)量電流,則方程為,若令整定阻抗為,128,圓的動(dòng)作方程也可用下式表示,方程的物理意義為：正常運(yùn)行時(shí)，由于電壓為額定電壓、電流是負(fù)荷電流，方程不滿足條件，即繼電器不動(dòng)作；當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，電壓降低，電流增大，方程滿足條件，保護(hù)起動(dòng),129,2、方向阻抗繼電器,動(dòng)作方程,130,方向阻抗繼電器以電壓形式表示的動(dòng)作方程為,方向阻抗繼電器特點(diǎn),1）動(dòng)作具有方向性； （2）圓的直徑為整定阻抗； （3）圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū),131,4)當(dāng)加入

28、繼電器的電壓等于零時(shí)，保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū),由于在保護(hù)安裝出口處發(fā)生三相短路時(shí)，加入繼電器的電壓為零，存在動(dòng)作死區(qū)。實(shí)用的方向阻抗繼電器必須解決保護(hù)動(dòng)作死區(qū)問題,132,比幅特性與比相特性間的轉(zhuǎn)換,動(dòng)作方程為,133,當(dāng)動(dòng)作方程用電壓形式表示時(shí)，其方程為,同理，當(dāng)加入繼電器電壓為零時(shí)，也無法比相。即存在動(dòng)作死區(qū),134,動(dòng)作阻抗概念,定義：使阻抗繼電器起動(dòng)的最大測(cè)量阻抗,135,由定義可知：當(dāng)加入繼電器電壓與電流之間的相位差為不同數(shù)值時(shí)，動(dòng)作阻抗也隨之而變,當(dāng)測(cè)量阻抗角等于整定阻抗角時(shí)，此時(shí)動(dòng)作阻抗具有最大值，工作最靈敏。因此將此角度稱為靈敏角,136,3、偏移特性阻抗繼電器,動(dòng)作方程,137,圓

29、的半徑為,其中,動(dòng)作方程可表示為,138,方程為,方程為,139,偏移特性阻抗繼電器比相形式動(dòng)作方程,140,以電壓形式表示動(dòng)作方程為,141,小結(jié),1）測(cè)量阻抗：由測(cè)量電壓與測(cè)量電流的比值，大小與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處遠(yuǎn)近有關(guān),2）整定阻抗：一般取保護(hù)安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端線路的阻抗,3）動(dòng)作阻抗：使阻抗繼電器動(dòng)作的最大測(cè)量阻抗,142,3.2.2多邊形阻抗繼電器 多邊型阻抗繼電器反應(yīng)故障點(diǎn)過渡電阻能力強(qiáng)、躲過負(fù)荷能力好，因此在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用的相對(duì)廣泛,1、四邊形 阻抗繼電器,143,動(dòng)作方程,特點(diǎn)：測(cè)量阻抗落入四邊形區(qū)域內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作。但保護(hù)不具方向性,144,2、方向性多邊形阻抗繼電器 為了減小

30、過渡電阻對(duì)阻抗保護(hù)的影響，各邊都采用了傾斜角，特性如圖所示,145,動(dòng)作方程,方向判別的動(dòng)作方程為,146,3、零序電抗繼電器 為克服單相接地短路時(shí)過渡電阻對(duì)保護(hù)區(qū)的影響，應(yīng)使阻抗繼電器動(dòng)作特性適應(yīng)附加測(cè)量阻抗的變化，使保護(hù)區(qū)穩(wěn)定不變，零序電抗繼電器是廣泛采用的一種阻抗繼電器,其動(dòng)作特性是過整定阻抗端點(diǎn)有一個(gè)傾角的直線,147,送電側(cè) 受電側(cè),若附加測(cè)量阻抗角等于傾斜角，則動(dòng)作特性與附加阻抗平行。保護(hù)區(qū)不受過渡電阻的影響,148,動(dòng)作方程為,149,小結(jié)： （1）多邊形特性阻抗繼電器與直線形零序電抗繼電器在微機(jī)保護(hù)中被廣泛應(yīng)用； （2）其最大優(yōu)點(diǎn)是躲過過渡電阻能力比較強(qiáng)； （3）同時(shí)可以采用帶

31、方向性,150,3.3 阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法,1.加入繼電器的電壓和電流應(yīng)滿足以下要求： （）阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離； （）阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護(hù)范圍不隨故障類型而變化,151,3）阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)不受短路故障點(diǎn)過渡電阻的影響,2、反映相間短路故障接線,152,三相短路時(shí)，故障點(diǎn)相對(duì)地電壓為零,加入相電壓與同相電流時(shí),測(cè)量阻抗為,153,故障相電壓為,測(cè)量阻抗為,154,保護(hù)安裝處電壓為,測(cè)量阻抗為,155,為了正確反映保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的距離，必須加入相間電壓于同名相的兩相電流差,繼電器1,繼電器2,繼電器3,156,各種

32、相間短路故障時(shí)的測(cè)量阻抗,1、三相短路,保護(hù)安裝處母線電壓為,157,阻抗繼電器1測(cè)量阻抗為,上式說明在被保護(hù)線路發(fā)生三相金屬性短路故障時(shí)，三個(gè)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗,158,2、兩相短路（BC,故障相間電壓為,159,阻抗繼電器2的測(cè)量阻抗為,保護(hù)區(qū)內(nèi)BC兩相短路時(shí)，阻抗繼電器2能正確地測(cè)量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗,阻抗繼電器1、3所加電壓有一相非故障相電壓，電流只有一相故障電流，其測(cè)量阻抗較大,160,3、兩相接地短路,保護(hù)安裝處故障相電壓,161,阻抗繼電器2測(cè)量阻抗為,上式可見，BC兩相接地短路故障時(shí)，阻抗繼器2能正確測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離,162,

33、3、反映接地短路故障的阻抗繼電器接線,作用：作為接地短路故障測(cè)量元件,當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地短路故障時(shí)，只有故障相的電壓降低，故障點(diǎn)相對(duì)地電壓為零,163,以A相為例，故障點(diǎn)對(duì)地電壓為零,164,將故障點(diǎn)電壓和電流分解為序分量，則,保護(hù)安裝處三序分量電壓為,165,保護(hù)安裝處A相電壓為,166,若加入繼電器電壓、電流為,則測(cè)量阻抗為,167,為了正確測(cè)量阻抗，加入繼電器電壓、電流應(yīng)為,其中,測(cè)量阻抗,168,顯然，加入相電壓、帶零序電流補(bǔ)償?shù)南嚯娏?，阻抗繼電器就能正確測(cè)量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間距離,繼電器1,繼電器2,繼電器3,169,3.4距離保護(hù)整定計(jì)算,相間距離保護(hù)多采用階段式保護(hù),三段式保

34、護(hù)整定計(jì)算原則與三段式電流保護(hù)基本相同. 1、相間距離段的整定,170,1、相間距離保護(hù)段的整定 相間距離保護(hù)第段動(dòng)作阻抗為： 若被保護(hù)對(duì)象為線路變壓器組，則動(dòng)作阻抗為： 如果整定阻抗角與線路阻抗角相等，則保護(hù)區(qū)為被保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%85,171,2、相間距離保護(hù)第段的整定 相間距離段應(yīng)與相鄰線路相間距離第段 或與相鄰元件速動(dòng)保護(hù)配合。 1）與相鄰線路第段 配合 動(dòng)作阻抗為： 2）與相鄰變壓器速動(dòng)保護(hù)配合,172,靈敏度校驗(yàn)： 若靈敏系數(shù)不滿足要求，可與相鄰段配合 ，動(dòng)作阻抗為 動(dòng)作時(shí)間,173,3、相間距離保護(hù)第段的整定 1、按躲過最小負(fù)荷阻抗整定 1）按躲過最小負(fù)荷阻抗整定 當(dāng)采用全阻抗

35、繼電器作為測(cè)量元件時(shí)，整定阻抗為 當(dāng)采用方向阻抗繼電器作為測(cè)量元件時(shí)，整定阻抗為,174,2）與相鄰第段配合 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 與相鄰段配合動(dòng)作時(shí)間 當(dāng)距離保護(hù)第段的動(dòng)作范圍伸出相鄰變壓器的另一側(cè)時(shí) 動(dòng)作時(shí)間： 靈敏度： 作為近后備保護(hù)時(shí) 作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)：,175,當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí),可與相鄰線路相間距離保護(hù) 第段配合 若相鄰元件為變壓器，應(yīng)與變壓器相間短路后備保護(hù)配合，其動(dòng)作阻抗為 變壓器相間短路后備保護(hù)遵最小保護(hù)范圍所對(duì)應(yīng)的阻抗值,176,3.5 斷線閉鎖距離保護(hù)振蕩閉鎖,在運(yùn)行中，可能發(fā)生電壓互感器二次側(cè)短路故障、二次熔斷器熔斷、二次側(cè)快速自動(dòng)開關(guān)跳閘、斷線等引起失壓現(xiàn)象。這些都將使保護(hù)

36、裝置電壓下降或消失，或相位變化，導(dǎo)致阻抗繼電器失壓誤動(dòng),1）斷線阻抗繼電器動(dòng)作行為,177,a相斷線,178,179,將可能導(dǎo)致阻抗繼電器誤動(dòng),180,1、斷線閉鎖元件,閉鎖元件可根據(jù)零序電壓、負(fù)序電壓、電壓幅值下降、相位變化等特征構(gòu)成,對(duì)斷線失壓閉鎖元件要求：二次斷線時(shí)，閉鎖元件靈敏度要滿足要求；一次系統(tǒng)短路，不應(yīng)將保護(hù)閉鎖；有一定動(dòng)作速度，動(dòng)作后可靠將保護(hù)閉鎖，解除閉鎖由運(yùn)行人員進(jìn)行,181,1）三相電壓求和閉鎖元件,電壓互感器二次回路無故障時(shí)，三相電壓對(duì)稱，則,當(dāng)一相或兩相斷線時(shí)，出現(xiàn)零序電壓。一相斷線時(shí)零序電壓為,182,當(dāng)三相斷線時(shí),三相電壓數(shù)值和為,一相或兩相斷線時(shí),有,判別三相電

37、壓相量和大小可識(shí)別一相或兩相斷；三相電壓數(shù)值和大小可識(shí)別三相斷線,183,中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),當(dāng)一次系統(tǒng)存在零序電壓,開口三角形側(cè)零序電壓為,中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng),184,差電壓為,電壓互感器二次回路完好或一次系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí)，差電壓,185,二次側(cè)一相或兩相斷線，差電壓有一定的數(shù)值,當(dāng)三相電壓有效值均很低時(shí)，可以識(shí)別出三相斷線；當(dāng)正序電壓很小時(shí)，也可以反應(yīng)三相斷線,186,2）斷線判據(jù),一相或兩相斷線判據(jù)為,微機(jī)保護(hù)起動(dòng)元件不動(dòng)作，同時(shí)滿足,8（V,187,若電壓互感器接在線路側(cè)，三相斷線的判據(jù)是,188,或采用,檢出三相斷線后，閉鎖保護(hù)，發(fā)出斷線信號(hào),189,2、檢測(cè)零序電壓或電流的

38、斷線閉鎖元件,判別斷線失壓，一次系統(tǒng)接地短路故障時(shí)，閉鎖元件將出現(xiàn)誤動(dòng)。采取的措施可采用開口三角形電壓進(jìn)行平衡，也可以采用檢測(cè)零序電流進(jìn)行閉鎖,190,在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)采用檢測(cè)負(fù)序電壓、電流也可判別斷線失壓。因單相接地不存在負(fù)序分量,191,結(jié)論,1）采用三相電壓相量求和，與檢測(cè)零序電壓或零序電流，可檢測(cè)一相或兩相斷線,2）檢測(cè)三相電壓數(shù)值和，可檢測(cè)三相斷線,3）當(dāng)采用線路側(cè)電壓互感器時(shí)，須增加斷路器合閘位置信號(hào)和線路有電流信號(hào),192,3.5.2 距離保護(hù)的振蕩閉鎖 系統(tǒng)振蕩時(shí)電氣量變化特點(diǎn),定義：并列運(yùn)行的系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象稱為振蕩,特點(diǎn)：電力系統(tǒng)振蕩時(shí)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)的夾角 在

39、作周期性變化,原因：切除短路故障時(shí)間過長(zhǎng)、誤操作、發(fā)電廠失磁或故障跳閘、斷開某一線路或設(shè)備等造成系統(tǒng)振蕩,193,產(chǎn)生的影響：電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，將引起電壓、電流大幅度變化，對(duì)用戶產(chǎn)生嚴(yán)重影響,要求：在振蕩過程中不允許保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作,振蕩時(shí)電氣量變化的特點(diǎn),194,1）電流作大幅度變化,195,系統(tǒng)振蕩時(shí)，設(shè) 超前 的相位為 ，兩側(cè)電勢(shì)相等，系統(tǒng)中各元件阻抗角相等，振蕩電流為,振蕩電流滯后電勢(shì)差角為,196,系統(tǒng)M、N點(diǎn)的電壓為,當(dāng),最大,197,特點(diǎn)：正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流幅值保持不變，振蕩電流幅值作周期變化,198,199,2）全相振蕩時(shí)，系統(tǒng)保持對(duì)稱性，系統(tǒng)中不含負(fù)序、零序分量，只有正序分量。短

40、路時(shí)，一般將出現(xiàn)負(fù)序分量或零序分量,3）系統(tǒng)電壓作大幅度變化,200,其中,M母線電壓最高,201,當(dāng)m=0.5時(shí)，M母線電壓為零,M越趨近0.5。變化幅度越大,202,若認(rèn)為系統(tǒng)總阻抗角與被保護(hù)線路阻抗角相等，則可在保護(hù)安裝處側(cè)得振蕩中心電壓,203,4）振蕩時(shí)電氣量變化速度與短路故障時(shí)不同，短路故障時(shí)電氣量變化是突變的,5）短路與振蕩流過被保護(hù)線路兩側(cè)電流方向、大小是不相同的,204,2、系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗特性分析,1）測(cè)量阻抗變化軌跡,205,M側(cè)測(cè)量阻抗為,206,當(dāng) 時(shí)，測(cè)量阻抗變化軌跡為一直線,207,208,2）測(cè)量阻抗變化率,其中,209,計(jì)及,時(shí)，阻抗變化率最小，即,210,

41、測(cè)量阻抗變化率為,只要適當(dāng)選擇保護(hù)開放條件，可保證保護(hù)不誤動(dòng),211,3、短路與振蕩的區(qū)分,要求：短路時(shí)應(yīng)開放保護(hù)；振蕩時(shí)可靠閉鎖保護(hù)；振蕩過程中發(fā)生短路，保護(hù)能正確動(dòng)作；振蕩平息后自動(dòng)復(fù)歸,1）利用電氣量變化速度不同區(qū)分短路故障和振蕩,212,短路時(shí)Z2、Z1幾乎同時(shí)動(dòng)作,振蕩時(shí)Z2、Z1先后動(dòng)作。動(dòng)作時(shí)間差在 以上,213,2)判別測(cè)量阻抗變化率檢測(cè)振蕩,阻抗變化率,214,4、振蕩過程中對(duì)稱短路故障的識(shí)別,1）利用檢測(cè)振蕩中心電壓來識(shí)別,215,振蕩中心電壓表達(dá)式,電弧電壓表達(dá)式,若發(fā)生三相短路，電弧電壓不超過額定電壓的6%，振蕩中心電壓始終小于額定電壓6%不變,216,217,為安全

42、值應(yīng)比計(jì)算大,218,2）利用測(cè)量阻抗變化率識(shí)別,振蕩過程中測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗，具有較大值；振蕩過程中發(fā)生三相短路故障時(shí)，電阻分量為線路電阻，具有較小值。變化率不滿足要求，可判定發(fā)生了三相短路故障,219,小結(jié),1、電力系統(tǒng)振蕩將引起電壓、電流大幅度的變化,2、振蕩中心的電壓變化最為顯著,3、振蕩時(shí)電氣量變化速度與短路故障時(shí)不同,220,4、振蕩中心電壓為零值是短時(shí)間的，而三相短路故障，故障未被切除前短路點(diǎn)電壓一直為零,5、振蕩過程中對(duì)稱短路故障的識(shí)別可利用檢測(cè)振蕩中心電壓、測(cè)量阻抗變化率進(jìn)行識(shí)別,221,3.6 故障類型判別和故障選相 微機(jī)是串行工作的，如果采用一個(gè)CPU反映各種故障和故障相

43、別，則有十種故障類型和相別需要判斷，即要作十次故障判別計(jì)算，耗時(shí)很長(zhǎng)。為了充分發(fā)揮CPU的功能，減少設(shè)備費(fèi)用和硬件的復(fù)雜性，一般希望盡量用一個(gè)CPU反映各種故障。這就要求在故障處理之前，預(yù)先進(jìn)行故障類型和相別的判斷。在識(shí)別出故障相別后，將相應(yīng)的電壓、電流量取出，送至故障判別處理程序，這樣可以節(jié)約大量的計(jì)算時(shí)間，但是對(duì)預(yù)先進(jìn)行故障類型和相別判斷準(zhǔn)確性的要求就要提高。如果選相錯(cuò)誤，則不可避免地使后面的計(jì)算完全出錯(cuò)，后果是很嚴(yán)重的,222,對(duì)選相元件的要求： 1）在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生任何形式的短路故障時(shí)，能判別故障相別，或判別出是單相故障還是多相故障。 2）單相接地故障時(shí)，非故障相選相元件可靠不動(dòng)作。 3

44、）在正常運(yùn)行時(shí)，選相元件應(yīng)該不動(dòng)作。 4）動(dòng)作速度要快。 在微機(jī)保護(hù)中，要完成選相任務(wù)，不需要增加任何硬件,223,選相流程步驟： 1）判斷是接地短路還是相間短路； 2）如果是接地短路，先判斷是否單相接地； 3）如果不是單相接地，則判斷哪兩相接地； 4）如果不是接地短路，則先判斷是否三相短路； 5）如果不是三相短路，則判斷是哪兩相短路,224,3.6.1 相電流差工頻變化量選相 相電流差工頻變化量選相元件是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)利用兩相電流差的變化量的幅值特征來區(qū)分各種類型故障。 （1）單相接地短路故障 單相接地短路故障的幅值是兩相非故障相電流電流差等于零,225,2）兩相短路 兩相短路的幅值特征是

45、兩相故障相電流差值最大,226,3）三相短路 三相短路的幅值特征是三個(gè)兩相電流差故障分量相等。 （4）兩相接地短路 兩相接地短路的幅值 特征與兩相短路相同,227,2 余弦電壓 選相 當(dāng)在圖K點(diǎn)發(fā)生相間短路故障時(shí)，對(duì)于回路方程有,228,由圖可得,229,測(cè)量阻抗,230,動(dòng)作判據(jù)： 只要 能覆蓋 的動(dòng)作區(qū)，余弦電壓元件就處于動(dòng)作狀態(tài)，并且靈敏度很高,231,3.7 距離保護(hù)特殊問題的分析 1、助增、汲出的影響 2、過渡電阻的影響,232,3.7.1保護(hù)安裝處和故障點(diǎn)間分支線的影響,在高壓電力網(wǎng)中，在母線上接有電源線路、負(fù)荷或平行線路以及環(huán)形線路等，都將形成分支線,233,1）助增電源,保護(hù)安

46、裝處母線電壓為,測(cè)量阻抗,234,顯然，助增分支系數(shù)大于1，且為復(fù)數(shù),一般情況下，在整定計(jì)算時(shí)分支系數(shù)取實(shí)數(shù),235,由于助增電源的影響，使M側(cè)阻抗繼電器測(cè)量阻抗增大，保護(hù)區(qū)縮短,助增分支系數(shù)可表示為,236,由上式可見，分支系數(shù)與系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)。在求保護(hù)動(dòng)作阻抗時(shí)，應(yīng)取最小值,但在進(jìn)行靈敏系數(shù)校驗(yàn)時(shí)，分支系數(shù)應(yīng)取最大值。按這種方式選擇，就可保證保護(hù)具有反應(yīng)保護(hù)區(qū)末端短路的能力,237,2）汲出分支線,如圖當(dāng)在K點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)于裝在MN線路上的M側(cè)母線上的電壓為,238,測(cè)量阻抗為,定義汲出系數(shù)為,239,則測(cè)量阻抗可寫成,由上式可見，汲出分支系數(shù)小于1，一般情況下也可取實(shí)數(shù),也就是說

47、，在有汲出的情況下，使測(cè)量減小，若不采取措施，保護(hù)區(qū)將伸長(zhǎng)，可能造成保護(hù)誤動(dòng),240,汲出系數(shù)可表示為,因此，在進(jìn)行保護(hù)的動(dòng)作值、靈敏度計(jì)算時(shí)，應(yīng)引入分支系數(shù),為保證保護(hù)既不誤動(dòng)，也不拒動(dòng)，應(yīng)考慮最大、最小分支系數(shù)可能的數(shù)值,241,3）電源分支、汲出同時(shí)存在,在相鄰線路K點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)。M側(cè)母線電壓為,242,測(cè)量阻抗為,定義總分支系數(shù)為,若用,243,244,則測(cè)量阻抗為,由上式可見，總分支系數(shù)是助增系數(shù)與汲出系數(shù)的乘積,上式清楚的告訴我們，可以分別求出助增和汲出系數(shù)，相乘即為總分支系數(shù),245,算例：線路正序阻抗每單位公里為0.45歐姆，MN線路長(zhǎng)40km，平行線路長(zhǎng)度為70km，段可

48、靠系數(shù)取0.85。求MN線路M側(cè)距離保護(hù)的最大、最小分支系數(shù),246,1）求最大分支系數(shù),最大汲出系數(shù)是在平行線路斷開一回路時(shí)，汲出系數(shù)為1,最大助增系數(shù)為,總分支系數(shù)為,247,2）最小分支系數(shù),最小助增系數(shù)為,最小汲出系數(shù)為,總分支系數(shù)為,248,小結(jié),1）由于助增電源的存在，使測(cè)量阻抗增大,2）由于平行線路的汲出作用，使測(cè)量阻抗減小,3）當(dāng)助增與汲出同時(shí)存在時(shí)，可分別計(jì)算助增、汲出系數(shù)，相乘即為總分支系數(shù),4）在進(jìn)行動(dòng)作值計(jì)算與靈敏度校驗(yàn)時(shí)，分支系數(shù)應(yīng)分別取最小、最大值,249,2、過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響,為了分析問題的簡(jiǎn)便，前面分析問題時(shí)總是假設(shè)金屬性短路故障。事實(shí)上，短路點(diǎn)通常是經(jīng)

49、過渡電阻短路的,短路點(diǎn)的過渡電阻是指當(dāng)相間短路或接地短路時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流所通過的物質(zhì)的電阻,250,1）過渡電阻對(duì)接地阻抗繼電器的影響,設(shè)圖示網(wǎng)絡(luò)，A相在K點(diǎn)經(jīng)過渡電阻發(fā)生了單相接地短路，M側(cè)母線上電壓為,251,保護(hù)安裝處測(cè)量阻抗為,252,由上式可見，只有當(dāng)過渡電阻等于零時(shí)，故障相阻抗繼電器才能正確測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處阻抗,當(dāng)過渡電阻不為零時(shí)，即非金屬性接地短路時(shí)，測(cè)量阻抗中出現(xiàn)附加阻抗。附加測(cè)量阻抗為,253,由于附加阻抗的存在，使測(cè)量阻抗與故障點(diǎn)的距離成正比的關(guān)系不成立。保護(hù)可能出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng),因非故障相電壓較高，電流較小，所以非故障相測(cè)量阻抗較大,254,2）單相接地時(shí)附加阻抗

50、分析,因,則,由于,計(jì)及,255,所以附加阻抗可表示為,256,若只有M側(cè)有電源，則附加阻抗呈電阻性質(zhì)；在雙側(cè)有電源的情況下，附加阻抗可能呈容性或感性,257,為克服單相接地短路時(shí)，附加阻抗對(duì)保護(hù)區(qū)的影響，應(yīng)使阻抗繼電器的動(dòng)作特性適應(yīng)附加阻抗的變化，使其保護(hù)區(qū)不變,3）過渡電阻對(duì)相間短路保護(hù)阻抗繼電器的影響,258,若在圖中K點(diǎn)發(fā)生相間短路故障，三個(gè)阻抗繼電器測(cè)量阻抗分別為,259,由上式可見，只有發(fā)生金屬性相間短路故障時(shí)，故障點(diǎn)的相間電壓才為零，故障相的測(cè)量阻抗才能正確反應(yīng)保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)間的距離,相間短路故障的過渡電阻主要是弧光電阻，與接地短路故障相比要小的多，所以附加測(cè)量阻抗的影響也較

51、小,為了減小過渡電阻對(duì)保護(hù)的影響，可采用承受過渡電阻能力強(qiáng)的阻抗繼電器,260,小結(jié),1）只有發(fā)生金屬性短路故障時(shí)，保護(hù)才能正確反應(yīng)保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)間距離,2）在雙端電源的情況下，單相接地短路時(shí)，附加測(cè)量阻抗在送電側(cè)呈容性，在受電側(cè)呈感性,3）相間短路過渡電阻對(duì)保護(hù)的影響比接地保護(hù)小,4）為了克服過渡電阻影響，要正確選擇阻抗繼電器的特性,261,3.8 故障信息 故障信息的識(shí)別、處理和利用是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 1、故障信息和故障分量 故障信息可分為內(nèi)部故障信息和外部故障信息兩類。 研究故障信息可用疊加原理加以研究信息的特征,262,故障狀態(tài)等效于在短路點(diǎn)加入兩個(gè)非故障狀態(tài)下該點(diǎn)加入兩個(gè)

52、非故障狀態(tài)下與該點(diǎn)大小相等、方向相反的電壓。 單相故障時(shí)疊加原理接線圖,263,故障附加狀態(tài)下所出現(xiàn)的故障分量中只包含故障信息。 故障分量主要特征： （1）非故障狀態(tài)下不存在故障分量電壓、電流，故障分量只有在故障狀態(tài)下才出現(xiàn)。 （2）故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài)，但仍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。 （3）故障點(diǎn)的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓為零。 （4）保護(hù)安裝處的電壓故障分量和電流故障分量間的相位關(guān)系由保護(hù)裝設(shè)處到系統(tǒng)中性點(diǎn)間的阻抗決定，且不受系統(tǒng)電勢(shì)和短路點(diǎn)過渡電阻的影響,264,2、故障信息的識(shí)別和處理 （1）故障信息與非故障信息的區(qū)分方法 消除非故障法的理論依據(jù)是疊加原理。發(fā)生短路時(shí)，由保護(hù)

53、安裝處測(cè)量的實(shí)測(cè)電壓、電流量減去非故障狀態(tài)下的電壓、電流就可獲得故障分量。 （2）內(nèi)部和外部故障信息的提取方法 根據(jù)比較被保護(hù)對(duì)象輸入和輸出電氣量的基本原理實(shí)現(xiàn)的,265,1）電流差動(dòng)法：性能特別優(yōu)越的一種獲取內(nèi)部故障信息的方法。 2）電流相位比較法：它只利用了電流相量中的相位信息，舍去幅值信息。 3）方向比較法：比較被保護(hù)對(duì)象各端功率方向判斷內(nèi)部或外部故障。 4）量值區(qū)分法：用數(shù)值大小區(qū)分內(nèi)部或外部故障。 5）邏輯判定法：根據(jù)邏輯關(guān)系判定區(qū)內(nèi)外故障,266,3、應(yīng)用前景 反應(yīng)故障分量的繼電保護(hù)，它不受正常負(fù)荷電流、系統(tǒng)振蕩和兩相運(yùn)行的影響；故障分量的方向元件有明確的方向性，且不受過渡電阻的影

54、響，也不存在電壓動(dòng)作死區(qū)?？梢灶A(yù)期，故障分量進(jìn)一步得到開發(fā)利用的前景十分廣闊。 反應(yīng)故障分量的保護(hù)是建立在故障附加狀態(tài)所產(chǎn)生的故障信息的基礎(chǔ)上，而故障附加狀態(tài)的有關(guān)參數(shù)是可以實(shí)時(shí)測(cè)量確定，這就為進(jìn)一步提高保護(hù)的性能提供了可能,267,3.8.1利用故障分量的電流保護(hù) 當(dāng)采用故障分量的電流保護(hù)時(shí)，由于： （1）按反應(yīng)故障分量的原理構(gòu)成電流保護(hù)可以在原理上不受負(fù)荷電流的影響，其定值只需躲過非故障狀態(tài)下電流元件中的不平衡電流。雖然不平衡電流的大小與故障分量電流的提取方法有關(guān)，但總將遠(yuǎn)小于最大負(fù)荷電流。這將為提高過電流保護(hù)的靈敏度提供了可能。 （2）利用保護(hù)裝設(shè)處的電壓、電流故障分量可以實(shí)時(shí)計(jì)算出被保

55、護(hù)線路背側(cè)系統(tǒng)阻抗的大小，根據(jù)系統(tǒng)阻抗和線路阻抗的計(jì)算結(jié)果，電流速斷保護(hù)便能自動(dòng)調(diào)整其定值,268,利用故障分量實(shí)現(xiàn)的電流保護(hù)為了保證選擇性，必須裝設(shè)方向元件。原理如圖示,269,3.8.2 利用故障分量的方向元件及保護(hù)原理 整流型相間短路保護(hù)功率方向繼電器按90度接線，在三相短路時(shí)存在電壓死區(qū)；在Y，d接線變壓器后兩相短路可能發(fā)生誤動(dòng)。 負(fù)序、零序可以反應(yīng)故障分量，但三相對(duì)稱短路時(shí)無法反應(yīng)。 利用故障分量的方向元件，其動(dòng)作原理是比較保護(hù)安裝處故障分量的電壓和電流的相位。 假設(shè)電流正方向由母線指向被保護(hù)線路，在正方向發(fā)生短路故障時(shí)有,270,反方向故障時(shí)有,271,由上述分析結(jié)果可看出，利用故

56、障分量的方向元件有以下特征： （1）不受負(fù)荷電流的影響； （2）不受故障點(diǎn)過渡電阻的影響； （3）故障分量的電壓、電流間的相角由線路背側(cè)的系統(tǒng)阻抗決定，方向性明確； （4）可消除電壓死區(qū)； （5）在合閘到故障線路時(shí)，當(dāng)電壓互感器位于線路側(cè)的條件下，方向元件拒動(dòng),272,1、反映突變量阻抗繼電器 （1）反映突變量的接地阻抗繼電器 當(dāng)突變量阻抗繼電器反映工作電壓 相位構(gòu)成時(shí)，在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，有0；如極化電壓取工作電壓前一個(gè)周期的值，記為 ，則反映工作電壓相位突變的阻抗繼電器動(dòng)作方程可寫為：,3.8.3 工頻故障分量距離保護(hù),273,2）工頻變化量阻抗繼電器 1）構(gòu)成原理 短路點(diǎn)經(jīng)過渡電阻

57、接地的故障分量網(wǎng)絡(luò),274,保護(hù)安裝處A相電壓工頻變化量為 阻抗繼電器工作電壓變化量為,275,在反方向短路時(shí)，工作電壓變化量為,276,故障分量電壓分布,277,3.8.4 自適應(yīng)電流保護(hù) 自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)是按被保護(hù)線路末端發(fā)生三相短路考慮，過電流保護(hù)按線路最大負(fù)荷電流考慮，按上述方法設(shè)定的定值，在其它運(yùn)行方式下不是最佳的；最小運(yùn)行方式或最不利的短路條件下，保護(hù)失效或性能嚴(yán)重變差。 1、電流速斷保護(hù) 1）按最大短路電流整定的問題,278,1、電流速斷保護(hù) 1）按最大短路電流整定的問題 電流速斷保護(hù)整定值

58、為： 設(shè)在 處短路，短路電流為,279,實(shí)際運(yùn)行情況下保護(hù)區(qū)為 2）自適應(yīng)電流速斷保護(hù) 自適應(yīng)保護(hù)定值應(yīng)隨系統(tǒng)運(yùn)行方式及短路類型變化而變化，其整定值為,280,自適應(yīng)電流速斷保護(hù)區(qū)為 也可表示為 因 所以有,281,3）雙電源線路自適應(yīng)電流速斷保護(hù),282,當(dāng)n端母線短路，m端測(cè)量到的短路電流為 電流定值為 m端母線短路，電流速斷保護(hù)誤動(dòng)條件為 也可表示為 上式是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)無方向性電流速斷保護(hù)應(yīng)考慮的條件,283,2、自適應(yīng)過電流保護(hù) 1）過電流保護(hù)問題 按最大負(fù)荷電流條件決定動(dòng)作值的，而在大多數(shù)情況下，線路的實(shí)際負(fù)荷電流都小于整定值。同時(shí)，起動(dòng)電流受返回系數(shù)和自起動(dòng)系數(shù)的制約也使保護(hù)靈敏度顯

59、著下降。 2）對(duì)自適應(yīng)過電流保護(hù)要求 自適應(yīng)過電流保護(hù)應(yīng)對(duì)每回線路的電流、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析，自動(dòng)改變整定值和特性，從而達(dá)到目的,284,3）自適應(yīng)過電流保護(hù)的原理 自適應(yīng)過電流保護(hù)的主要特征是過電流保護(hù)的定值能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)調(diào)整或改變以適應(yīng)負(fù)荷和運(yùn)行方式的要求。 在反時(shí)限過電流保護(hù)中，通過自動(dòng)監(jiān)視負(fù)荷電流自動(dòng)改變反時(shí)限特性。 3、自適應(yīng)電流電壓速斷保護(hù) 1）原理：常規(guī)保護(hù)按經(jīng)常運(yùn)行方式考慮。 2）短路類型自適應(yīng)：利用負(fù)序電流區(qū)分短路類型,285,兩相短路判據(jù)為 利用相電流故障分量區(qū)分兩相及三相短路時(shí) BC兩相短路 AB兩相短路 CA兩相短路 上述條件均不滿足時(shí)，判為三相短路,286,3）系統(tǒng)

60、運(yùn)行方式自適應(yīng) 由故障附加狀態(tài)可求系統(tǒng)阻抗為： 用對(duì)稱分量法，可求出系統(tǒng)正、負(fù)序阻抗為,287,故障附加狀態(tài)圖 4）自適應(yīng)電流電壓速斷保護(hù)動(dòng)作值 三相短路電流元件,288,兩相短路電流元件： 電壓元件動(dòng)作值,289,動(dòng)作條件：保護(hù)安裝處測(cè)量到的短路大于整定值、電壓小于整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。 4、自適應(yīng)電壓速斷保護(hù) 常規(guī)保護(hù)電壓元件動(dòng)作值為： 實(shí)際運(yùn)行方式下保護(hù)區(qū)為,290,最小運(yùn)行方式下保護(hù)最大范圍為： 最小保護(hù)范圍為,291,自適應(yīng)電壓速斷保護(hù)整定式： 在線計(jì)算過程： 事先輸入被保護(hù)線路參數(shù)及可靠系數(shù)值；電勢(shì)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)電壓事先設(shè)定，也可在線實(shí)時(shí)計(jì)算；故障時(shí)在線計(jì)算系統(tǒng)綜合阻抗；求出動(dòng)作電壓；根