繼電保護課件

1緒論教學(xué)要求(1)通過本章學(xué)習(xí)理解電力系統(tǒng)繼電保護含義、任務(wù)；(2)了解繼電保護裝置基本原理及組成；熟悉對繼電保護的基本要求；(3)熟悉繼電器的圖形符號表示方法、文字表示方法以及型號的表示方法；(4)理解對運行方式、主保護、后備保護、輔助保護等幾個重要名詞定義。11緒論1.1電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)電力系統(tǒng)故障和異常運行電力系統(tǒng)的三種運行狀態(tài)：正常、故障和異常運行狀態(tài)。短路的特點：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)運行穩(wěn)定性被破壞。最常見的異常運行狀態(tài)過負(fù)荷。21.2.1繼電保護的基本原理利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信息量.(1)利用基本電氣參數(shù)量的區(qū)別①過電流保護:反映電流增大而動作的保護;

②低電壓保護:反映電壓降低而動作的保護;

③距離保護:反映保護安裝處到短路點之間的阻抗.1.2繼電保護的基本原理和保護裝置的組成3(2)利用比較兩側(cè)的電流相位如圖所示,線路正常運行或外部短路時,被保護線路兩側(cè)電流相位相反,而保護區(qū)內(nèi)部短路時,被保護線路兩側(cè)電流相位相同.4(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)成不對稱短路保護;反映零序分量可構(gòu)成接地短路保護;根據(jù)正序分量是否突變可構(gòu)成對稱、不對稱短路保護。(4)反映非電量保護反映瓦斯氣體構(gòu)成瓦斯保護；反映繞組溫度升高可構(gòu)成過負(fù)荷保護.51.2.2繼電保護裝置的組成

（1）測量部分:對輸入量與整定值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果，給出“是”、“非”性質(zhì)的邏輯信號，判斷保護是否應(yīng)該起動。（2）邏輯部分：根據(jù)測量部分邏輯狀態(tài)，使保護按一定邏輯關(guān)系工作。（3）執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置搜承擔(dān)的任務(wù)。61.3對繼電保護的基本要求主保護：反映整個保護元件上的故障并能以最短的延時有選擇地切除故障的保護稱為主保護。后備保護：主保護拒動時，用來切除故障的保護，稱為后備保護。輔助保護：為補充主保護或后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。(1)可靠性：保護裝置在規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障不拒動，區(qū)外故障不誤動。7（2）選擇性：僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證停電范圍小。8在圖所示的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路Ｌ4上Ｋ2點發(fā)生短路時，保護6動作跳開斷路器QF6，將Ｌ4切除，繼電保護的這種動作是有選擇性的。Ｋ2點故障，若保護5動作于將QF5斷開，繼電保護的這種動作是無選擇性的。如果Ｋ2點故障，而保護６或斷路器QF6拒動，保護５動將斷路器QF5斷開，故障切除，這種情況雖然是越級跳閘，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)為是有選擇性動作。9（3）靈敏性：保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或異常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。一般用靈敏度表示。過量保護：欠量保護：（4）速動性：快速地切除故障。101.4

繼電保護的發(fā)展簡史熔斷器保護：是最早出現(xiàn)的簡單過電流保護，在低壓線路和用電設(shè)備中還被應(yīng)用。機電型保護：20世紀(jì)初，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護。晶體管保護：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。微機保護：上世紀(jì)80年代，微機保護開始廣泛被應(yīng)用。微機保護特點：具有巨大的計算、分析和邏輯判斷能力，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的保護功能，用同一個硬件實現(xiàn)不同的保護原理。11小結(jié)1)繼電保護：由測量繼電器與輔助繼電器通過合理組合而成的保護裝置，并對保護裝置進行合理整定。2）基本要求：快速性、選擇性、靈敏性和可靠性。3）運行方式：最大運行方式；最小運行方式；正常運行方式。4）主保護：反應(yīng)整個被保護元件、線路上的故障并能以最短的延時有選擇地切除故障的保護稱為主保護。后備保護：主保護或其斷路器拒絕動作時，用來切除故障的保護稱為后備保護。輔助保護：為補充主保護和后備保護的不足而增設(shè)的比較簡單的保護稱為輔助保護。12第2章電網(wǎng)的電流保護教學(xué)要求：掌握三段式電流保護的基本原理，整定計算及原理接線圖；掌握電流保護的接線方式及各自的特點；掌握方向電流保護的原理，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，影響其正確動作的因素及采取的措施，掌握其整定計算的特點；掌握中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點及絕緣監(jiān)察裝置的原理及接線；掌握中性點直接接地系統(tǒng)接地短路的特點，掌握零序電流保護、方向電流保護的原理及整定計算。132.1單側(cè)電源輸電線路相間短路的電流保護利用電流突然增大使保護動作而構(gòu)成的保護裝置,稱為電流保護。142.1.1瞬時電流速斷保護瞬時電流速斷保護，它是反映電流升高，不帶時限動作的一種保護，也稱Ⅰ段保護。＞圖形符號15動作電流：保護動作電流按保護區(qū)末端短路條件整定：16最大短路電流的確定：（1）系統(tǒng)運行方式；（2）短路點位置；（3）短路類型；（4）電網(wǎng)聯(lián)接方式；17相間短路電流計算：三相短路：兩相短路：1819保護的靈敏度按保護區(qū)長度來衡量。最小保護區(qū)不應(yīng)小于被保護線路全長的。最大保護區(qū)不應(yīng)小于被保護線路全長的。保護區(qū)確定：20最大保護區(qū)確定：最小保護區(qū)確定：21（3）線路變壓器組電流速斷保護動作電流為：配合系數(shù)22靈敏度按被保護線路末端短路有足夠靈敏度。要求要大于等于1.2~1.5。(2)原理接線23242.1.2限時電流速斷保護要求：應(yīng)能保護線路全長。必然保護區(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，保護動作帶有一定的時限。圖形符號＞2526保護動作電流為：27動作時間：28保護動作時間：靈敏度：要求：大于等于1.3~1.5。29當(dāng)靈敏度不滿足要求時,可與相鄰線路的限時電流速斷保護配合。30原理接線：31小結(jié)：（1）瞬時電流速斷保護只能保護線路的一部分，動作的選擇性依靠動作值來保證。對于線路變壓器組，可使全線處于速動保護范圍之內(nèi)。（2）瞬時電流速斷保護的靈敏度以保護區(qū)的長度來確定。32（3）限時電流速斷保護作為線路的主保護，要求應(yīng)能保護被保護線路全長。為了縮短保護的動作時間，動作值與相鄰線路、元件速斷保護配合。（4）限時電流速斷保護的選擇性是依靠動作值、動作時間來保證。33（5）當(dāng)靈敏度不滿足要求時，可與相鄰線路限時電流速斷保護配合。342.1.3定時限過電流保護作用：一般作為主保護的后備保護。（1）工作原理要求：應(yīng)能保護被保護線路的全長，也能保護相鄰線路全長及相鄰元件的全部。即應(yīng)能起到近后備與遠(yuǎn)后備保護的作用。35如圖在線路L3上發(fā)生短路：一般短路電流大于保護裝置1、2、3的動作電流，保護1、2、3將起動。按選擇性要求，斷開QF3后，保護1、2應(yīng)立即返回。36

為滿足選擇性的要求，必須依靠各保護裝置具有不同的動作時限來保證。即保護動作時間應(yīng)滿足：37從上式可見，保護裝置動作時間是從用戶到電源逐級增加，越靠近電源，保護動作時間越長。38特點：形狀象一個階梯，故稱為梯形時限特性。

由于保護動作時限是固定的，與短路電流大小無關(guān)，稱定時限過電流保護。39（2）整定計算1）在被保護線路流過最大負(fù)荷電流時，保護裝置不應(yīng)動作，即2）相鄰線路短路故障切除后，保護應(yīng)可靠返回40根據(jù)可靠返回條件，過電流保護動作值為41（3）靈敏度校驗

要求：作為近后備保護時，靈敏度要達(dá)到1.3~1.5；遠(yuǎn)后備保護要達(dá)到1.2。42最小短路電流的確定：1）系統(tǒng)運行方式；2）短路點位置；3）短路類型；4）電網(wǎng)聯(lián)接方式。43（4）保護動作時間為了保證選擇性，過電流保護的動作時間按階梯原則整定，即從用戶到電源的各保護的動作時間逐級增加一個時限級差。其表達(dá)式為：44既要與相鄰線路配合，也要與相鄰元件配合。45（5）單相式原理接線462、電流保護接線為了能反映各種類型的相間短路故障，應(yīng)合理選擇保護的接線方式。電流保護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有三種基本接線方式。47（1）三相三繼完全星形接線特點:三相電流互感器二次繞組與三個電流繼電器分別按相連接，三個繼電器觸點并聯(lián)。48(2)兩相兩繼電器接線特點:只有兩相裝設(shè)電流互感器，按相連接繼電器。49應(yīng)用范圍：中性點不接地系統(tǒng)。原因：中性點不接地系統(tǒng)，單相接地屬于不正常運行，允許繼續(xù)運行一段時間。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。50只切除一回路示意圖51切除兩回路示意圖1K52保護拒動示意圖53擴大停電范圍示意圖54結(jié)論:在兩回路上不同地點、不同相別發(fā)生兩點接地短路時，若保護具有相同的動作時間，采用兩相式接線有2/3的機會只切除一條回路，這是兩相式接線的優(yōu)點。若在串聯(lián)線路上發(fā)生兩點接地短路，有1/3機會誤切除近電源的故障點，擴大了停電范圍，這是兩相式接線的缺點。55（3）兩相三繼電器接線特點：中性上的電流繼電器測量到B相電流。56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。因為變壓器后兩相短路，電源側(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，有可能無法測量到最大相的電流，保護的靈敏度將受到影響。57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58相量法分析59結(jié)論：采用兩相三繼電器接線，可測量到三相短路電流，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。小結(jié)：定時限過電流保護動作電流按最大負(fù)荷電流條件整定，動作時間按階梯原則確定。電流保護三種接線方式應(yīng)用條件不同，中性點直接接地系統(tǒng)應(yīng)采用三相三繼電器接線；60

中性點不接地系統(tǒng)只能采用兩相式接線；作為Y，d變壓器遠(yuǎn)后備保護，應(yīng)采用兩相三繼接線。612.2雙側(cè)電源輸電線路相間短路的方向電流保護1、過電流保護的方向性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62教學(xué)要求：通過學(xué)習(xí)要求掌握方向過電流保護的基本工作原理；功率方向繼電器工作原理及動作區(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。63當(dāng)K1點短路,保護1、2動作，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，提高了對用戶供電可靠性。1、過電流保護方向性64階段式電流保護用于雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中，不能完全滿足選擇性要求。以瞬時電流速斷保護1為例，保護的動作電流為：65對過電流保護，當(dāng)在K1點短路時，要求<。當(dāng)K2點短路時，要求<顯然，這兩個要求是相互矛盾。66對于過電流保護而言，利用動作時間是無法滿足要求的。67結(jié)論：短路功率方向從母線指向線路時，保護動作才具有選擇性。682、方向過電流保護工作原理規(guī)定：短路功率的方向從母線指向線路為正方向。K1點短路時，保護1、2、4、6為正方向；保護3和5反方向，不應(yīng)起動。69為了滿足選擇性要求，保護1、3、5動作時間需進行配合；保護2、4、6動作時間需進行配合。結(jié)論：相同動作方向保護的動作時間仍按階梯原則進行配合。70單相式方向過電流保護原理接線：由起動元件、方向元件、時間元件和信號元件組成。713、功率方向繼電器工作原理72K1點發(fā)生短路故障時，加入保護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3的短路功率為：＞0

當(dāng)反方向短路時，通過保護3的短路功率為＜

0

73功率方向繼電器動作條件：＞0

動作；＜0時不動作。（1）相位比較式原理實質(zhì)是判斷母線電壓與電流之間相位角是否在范圍內(nèi)。74動作方程表達(dá)式≤≤

事實上是間接比較保護安裝處母線電壓與流過保護安裝處電流的相位。

≤≤當(dāng)加入繼電器電壓為零時，無法進行比相。75≤≤

其中：簡化后的表達(dá)式為：76（2）幅值與相位比較間關(guān)系當(dāng)，則當(dāng)＜時，A＞B當(dāng)＞

時,A＜BA稱為動作量，B稱為制動量。77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。比幅關(guān)系比相關(guān)系78≥比幅式動作方程：從上式可見，當(dāng)加入繼電器電壓為零時，動作量等于制動量，繼電器存在動作死區(qū)。79整流型功率方向繼電器接線：804、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，應(yīng)使方向元件工作在較靈敏的狀態(tài)。時，加入繼電器的電流超前電壓。8182消除死區(qū)方法：（1）引進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)。83動作區(qū)：動作區(qū)：84（1）三相短路85（2）近處兩相短路86（3）遠(yuǎn)處兩相短路87三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都能動作，最大靈敏角范圍：885、非故障相電流的影響與按相起動89小結(jié)：1、方向電流保護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的動作死區(qū)。903、采用接線是為了消除正向出口兩相短路的動作死區(qū)。4、比幅與比相間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是四邊形邊與對角線的關(guān)系。912.3中性點直接接地系統(tǒng)線路接地故障保護1、接地時零序分量的特點1）故障點的零序電壓最高，離故障點越遠(yuǎn)處的零序電壓越低，變壓器中性接點的零序電壓為零。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)運行方式變化時，如果輸電線路和中性點接地的變壓器數(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)運行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。924)對于發(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932.3.2零序電流保護

三段式零序電流保護原理接線圖94（1）零序電流速斷保護零序電流速斷保護工作原理與反應(yīng)相間短路故障的電流保護相似，零序電流保護只反應(yīng)電流中的零序分量。保護動作電流計算說明圖：95保護動作電流整定原則：1）躲過被保護線路末端接地短路時，保護安裝處測量到的最大零序電流整定2）三相斷路器觸頭不同時閉合條件整定963）非全相運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)置兩個速斷保護，靈敏Ⅰ段按條件1）和2）整定；不靈敏Ⅰ段按條件3）整定。在出現(xiàn)非全相運行時閉鎖靈敏Ⅰ段。97(2)限時零序電流速斷保護限時零序電流速斷保護其基本原理與相間短路保護相似。動作電流：動作電流計算值示意圖：98動作時間：保護靈敏度：

求最小零序電流計算值應(yīng)計及系統(tǒng)運行方式、接地類型、接地點位置和電網(wǎng)連接方式。當(dāng)靈敏度不滿足要求時：可采用與相鄰線路的零序Ⅱ段配合，其動作電流、動作時間均要配合。99（3）零序過電流保護動作電流整定條件：1）躲過下級線路相間短路時最大不平衡電流

2）零序Ⅲ段保護之間在靈敏度上要逐級配合1003、零序方向電流保護

在雙電源網(wǎng)絡(luò)中，零序過電流保護必須加裝方向元件才能保證保護動作的選擇性101三段式零序方向電流保護原理接線

1021032.4中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地故障的保護

2.4.1中性點非直接接地系統(tǒng)單相接地的特點104特點是：１）全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓全系統(tǒng)均相等。２）非故障線路的零序電流由本線路對地電容形成，零序電流超前零序電壓90°。３）故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故障元件、線路對地電容形成，零序電流滯后零序電壓90°。顯然，當(dāng)母線上出線愈多時，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行時的相間電壓。5）故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同。1052.4.2中性點不接地系統(tǒng)單相接地保護

1）無選擇性絕緣監(jiān)視裝置

1062）零序電流保護

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。

動作電流：

靈敏度：

1073）零序功率方向保護1082.4.3中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點補償?shù)姆绞接型耆a償、欠補償和過補償三種方式。1)完全補償就是電感電流等于電容電流，此時接地故障點的電流為零。在這種情況下的感抗等于電網(wǎng)的容抗，會發(fā)生串聯(lián)諧振，使系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓，實際中不能采用這種方式。1092）欠補償就是補償后的接地點電流是容性的。當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化時，如某個元件被切除，電容電流減小，又會出現(xiàn)完全補償引起過電壓。因此，實際中也不能采用欠補償方式。3）過補償就是補償后接地點電流是感性的。它不會發(fā)生串聯(lián)諧振產(chǎn)生過電壓的問題，在實際中得到廣泛應(yīng)用。單相接地時電流分布：110根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，以零序電壓和零序電流的特點構(gòu)成無選擇性絕緣監(jiān)察保護；利用故障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、零序功率方向保護。

中性點接地系統(tǒng)的零序電流保護，與相間短路的階段式電流保護類似也構(gòu)成階段式保護，所不同的是計算時需要用零序電流。階段式零序電流保護接線簡單，保護范圍受運行方式的影響較小，靈敏度高。

小結(jié)111第3章輸電線路距離保護3.1距離保護的基本原理與構(gòu)成教學(xué)要求：通過學(xué)習(xí)要求理解距離保護的作用、距離基本工作原理、距離保護的時限特性及距離保護的構(gòu)成。1121、距離保護的作用原因：電流、電壓保護其保護范圍隨系統(tǒng)運行方式的變化影響很大，很難滿足長距離、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，應(yīng)采用性能更加完善的保護，距離保護就是其中的一種。1132、距離保護的基本原理距離保護是反應(yīng)保護安裝處至短路點之間的距離，并根據(jù)短路點至保護安裝處的距離確定動作時限的一種保護。故障點離保護安裝處越近，保護動作時間越短；反之越長。故障點總是由離故障點近的保護首先動作切除故障，從而保證了保護動作的選擇性。114距離保護的核心元件：阻抗繼電器。要求：測量元件應(yīng)能正確測量故障點至保護安裝處的距離。方向阻抗繼電器還應(yīng)具有測量故障點方向。測量故障點至保護安裝處的阻抗，實際上也測量故障點至保護安裝處的距離。115測量阻抗為：（設(shè)變比為1）設(shè)阻抗繼電器工作電壓為：116當(dāng)在保護區(qū)末端短路時，測量阻抗為工作電壓為117保護區(qū)外K1點短路，有＞

＞0保護區(qū)內(nèi)K2點短路，有＜

＜0

118方向K3點短路時，有＞0

119工作電壓表示工作電壓與測量電壓同相位。＞0

由分析可知，正向保護區(qū)外短路、方向短路，工作電壓具有相同的相位。保護區(qū)內(nèi)短路工作電壓為：≤0

1201213.2阻抗繼電器及其動作特性教學(xué)要求：掌握各種阻抗繼電器特點及應(yīng)用范圍，整定阻抗、測量阻抗及動作阻抗意義；比幅與比相間的轉(zhuǎn)換。1221.阻抗繼電器阻抗繼電器是距離保護的核心,其主要作用是測量短路點到保護安裝處的距離。

加入阻抗繼電器的電壓與電流的比值稱為測量阻抗。123為了方便比較，通常將測量阻抗與整定阻抗畫在同一阻抗復(fù)數(shù)平面上。124所表示的直線段為繼電器動作區(qū)，直線以外的區(qū)域為非動作區(qū)。實際上由于互感器的誤差，直線形動作特性不能采用的，必須擴大保護區(qū)。3.2.1圓特性阻抗繼電器1251、全阻抗繼電器動作方程：126全阻抗繼電器的特點：（1）圓的半徑為整定阻抗；（2）圓內(nèi)為動作區(qū)；（3）動作不具有方向性。動作方程兩邊同乘以測量電流,則方程為若令整定阻抗為：127圓的動作方程也可用下式表示：方程的物理意義為：正常運行時，由于電壓為額定電壓、電流是負(fù)荷電流，方程不滿足條件，即繼電器不動作；當(dāng)在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，電壓降低，電流增大，方程滿足條件，保護起動。1282、方向阻抗繼電器動作方程：129方向阻抗繼電器以電壓形式表示的動作方程為：方向阻抗繼電器特點：（1）動作具有方向性；（2）圓的直徑為整定阻抗；（3）圓內(nèi)為動作區(qū);130(4)當(dāng)加入繼電器的電壓等于零時，保護存在動作死區(qū)。由于在保護安裝出口處發(fā)生三相短路時，加入繼電器的電壓為零，存在動作死區(qū)。實用的方向阻抗繼電器必須解決保護動作死區(qū)問題。131比幅特性與比相特性間的轉(zhuǎn)換：動作方程為：132當(dāng)動作方程用電壓形式表示時，其方程為：同理，當(dāng)加入繼電器電壓為零時，也無法比相。即存在動作死區(qū)。133動作阻抗概念：定義：使阻抗繼電器起動的最大測量阻抗。134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，動作阻抗也隨之而變。當(dāng)測量阻抗角等于整定阻抗角時，此時動作阻抗具有最大值，工作最靈敏。因此將此角度稱為靈敏角。1353、偏移特性阻抗繼電器動作方程：136圓的半徑為：其中動作方程可表示為：137，方程為；，方程為：138偏移特性阻抗繼電器比相形式動作方程：139以電壓形式表示動作方程為：140小結(jié)：1）測量阻抗：由測量電壓與測量電流的比值，大小與短路點到保護安裝處遠(yuǎn)近有關(guān)；2）整定阻抗：一般取保護安裝點到保護范圍末端線路的阻抗；3）動作阻抗：使阻抗繼電器動作的最大測量阻抗。1413.2.2多邊形阻抗繼電器多邊型阻抗繼電器反應(yīng)故障點過渡電阻能力強、躲過負(fù)荷能力好，因此在微機保護中應(yīng)用的相對廣泛。1、四邊形阻抗繼電器142動作方程：特點：測量阻抗落入四邊形區(qū)域內(nèi)，保護動作。但保護不具方向性。1432、方向性多邊形阻抗繼電器為了減小過渡電阻對阻抗保護的影響，各邊都采用了傾斜角，特性如圖所示。144動作方程：方向判別的動作方程為：1453、零序電抗繼電器為克服單相接地短路時過渡電阻對保護區(qū)的影響，應(yīng)使阻抗繼電器動作特性適應(yīng)附加測量阻抗的變化，使保護區(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。其動作特性是過整定阻抗端點有一個傾角的直線。146送電側(cè)受電側(cè)若附加測量阻抗角等于傾斜角，則動作特性與附加阻抗平行。保護區(qū)不受過渡電阻的影響。147動作方程為：148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保護中被廣泛應(yīng)用；（2）其最大優(yōu)點是躲過過渡電阻能力比較強；（3）同時可以采用帶方向性。1493.3阻抗繼電器的實現(xiàn)方法

1.加入繼電器的電壓和電流應(yīng)滿足以下要求：（１）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)正比于短路點到保護安裝處之間的距離；（２）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)與故障類型無關(guān)，也就是保護范圍不隨故障類型而變化；150（3）阻抗繼電器的測量阻抗應(yīng)不受短路故障點過渡電阻的影響。2、反映相間短路故障接線：當(dāng)時，加在繼電器端子上電壓與電流的相位差為零。151三相短路時，故障點相對地電壓為零。加入相電壓與同相電流時：測量阻抗為：152故障相電壓為：測量阻抗為：153保護安裝處電壓為：測量阻抗為：154為了正確反映保護安裝處到短路點之間的距離，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3155各種相間短路故障時的測量阻抗:1、三相短路保護安裝處母線電壓為：156阻抗繼電器1測量阻抗為：上式說明在被保護線路發(fā)生三相金屬性短路故障時，三個阻抗繼電器的測量阻抗均等于短路點到保護安裝處的阻抗。1572、兩相短路（BC）故障相間電壓為：158阻抗繼電器2的測量阻抗為：保護區(qū)內(nèi)BC兩相短路時，阻抗繼電器2能正確地測量保護安裝處至短路點間的阻抗。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，其測量阻抗較大。1593、兩相接地短路保護安裝處故障相電壓160阻抗繼電器2測量阻抗為：上式可見，BC兩相接地短路故障時，阻抗繼器2能正確測量短路點至保護安裝處的距離。1613、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量元件。當(dāng)發(fā)生單相金屬性接地短路故障時，只有故障相的電壓降低，故障點相對地電壓為零。162以A相為例，故障點對地電壓為零。163將故障點電壓和電流分解為序分量，則保護安裝處三序分量電壓為164保護安裝處A相電壓為：165若加入繼電器電壓、電流為則測量阻抗為

166為了正確測量阻抗，加入繼電器電壓、電流應(yīng)為：其中：測量阻抗167顯然，加入相電壓、帶零序電流補償?shù)南嚯娏鳎杩估^電器就能正確測量保護安裝處至短路點間距離。繼電器1繼電器2繼電器31683.4距離保護整定計算相間距離保護多采用階段式保護,三段式保護整定計算原則與三段式電流保護基本相同.1、相間距離Ⅰ段的整定1691、相間距離保護Ⅰ段的整定

相間距離保護第Ⅰ段動作阻抗為：若被保護對象為線路變壓器組，則動作阻抗為：如果整定阻抗角與線路阻抗角相等，則保護區(qū)為被保護線路全長的80%~85%。1702、相間距離保護第Ⅱ段的整定相間距離Ⅱ段應(yīng)與相鄰線路相間距離第Ⅰ段或與相鄰元件速動保護配合。1）與相鄰線路第Ⅰ段配合動作阻抗為：2）與相鄰變壓器速動保護配合171靈敏度校驗：≥若靈敏系數(shù)不滿足要求，可與相鄰Ⅱ段配合，動作阻抗為動作時間：1723、相間距離保護第Ⅲ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)采用全阻抗繼電器作為測量元件時，整定阻抗為當(dāng)采用方向阻抗繼電器作為測量元件時，整定阻抗為1732）與相鄰第Ⅱ段配合

保護動作時間與相鄰Ⅱ段配合動作時間

當(dāng)距離保護第Ⅲ段的動作范圍伸出相鄰變壓器的另一側(cè)時動作時間：靈敏度：作為近后備保護時≥作為遠(yuǎn)后備保護時：≥174

當(dāng)靈敏度不滿足要求時,可與相鄰線路相間距離保護第Ⅲ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配合，其動作阻抗為

——變壓器相間短路后備保護遵最小保護范圍所對應(yīng)的阻抗值。1753.5斷線閉鎖距離保護振蕩閉鎖在運行中，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)快速自動開關(guān)跳閘、斷線等引起失壓現(xiàn)象。這些都將使保護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。（1）斷線阻抗繼電器動作行為176a相斷線177178斷線相電壓下降，相位變化近，、幅值降低，相位也發(fā)生了變化。將可能導(dǎo)致阻抗繼電器誤動。1791、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。對斷線失壓閉鎖元件要求：二次斷線時，閉鎖元件靈敏度要滿足要求；一次系統(tǒng)短路，不應(yīng)將保護閉鎖；有一定動作速度，動作后可靠將保護閉鎖，解除閉鎖由運行人員進行。1801）三相電壓求和閉鎖元件電壓互感器二次回路無故障時，三相電壓對稱，則當(dāng)一相或兩相斷線時，出現(xiàn)零序電壓。一相斷線時零序電壓為181當(dāng)三相斷線時,三相電壓數(shù)值和為一相或兩相斷線時,有≥

判別三相電壓相量和大小可識別一相或兩相斷；三相電壓數(shù)值和大小可識別三相斷線。182中性點直接接地系統(tǒng)當(dāng)一次系統(tǒng)存在零序電壓：開口三角形側(cè)零序電壓為中性點非直接接地系統(tǒng)183差電壓為K系數(shù)，中性點直接接地，，中性點不接地。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，差電壓；184二次側(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，可以識別出三相斷線；當(dāng)正序電壓很小時，也可以反應(yīng)三相斷線。1852）斷線判據(jù)一相或兩相斷線判據(jù)為：微機保護起動元件不動作，同時滿足＞8（V）或＞8（V）

186若電壓互感器接在線路側(cè)，三相斷線的判據(jù)是：微機保護起動元件未起動，斷路器在合閘位置，或有一相電流大于無電流門檻值。同時滿足≤0.5U2N

187或采用＜8（V）＜8（V）。＜8（V）、

也可采用＜

檢出三相斷線后，閉鎖保護，發(fā)出斷線信號。1882、檢測零序電壓或電流的斷線閉鎖元件若只采用＞8（V）判別斷線失壓，一次系統(tǒng)接地短路故障時，閉鎖元件將出現(xiàn)誤動。采取的措施可采用開口三角形電壓進行平衡，也可以采用檢測零序電流進行閉鎖。189斷線失壓判據(jù)滿足＞8（V）外，還要滿足＜

在中性點不接地系統(tǒng)采用檢測負(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。190結(jié)論：（1）采用三相電壓相量求和，與檢測零序電壓或零序電流，可檢測一相或兩相斷線；（2）檢測三相電壓數(shù)值和，可檢測三相斷線；（3）當(dāng)采用線路側(cè)電壓互感器時，須增加斷路器合閘位置信號和線路有電流信號。1913.5.2距離保護的振蕩閉鎖系統(tǒng)振蕩時電氣量變化特點定義：并列運行的系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象稱為振蕩。特點：電力系統(tǒng)振蕩時兩側(cè)等效電動勢的夾角在作周期性變化。原因：切除短路故障時間過長、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。192產(chǎn)生的影響：電力系統(tǒng)振蕩時，將引起電壓、電流大幅度變化，對用戶產(chǎn)生嚴(yán)重影響。要求：在振蕩過程中不允許保護發(fā)生誤動作。振蕩時電氣量變化的特點：193（1）電流作大幅度變化若，正常運行時夾角為，負(fù)荷電流為：194系統(tǒng)振蕩時，設(shè)超前的相位為，兩側(cè)電勢相等，系統(tǒng)中各元件阻抗角相等，振蕩電流為：振蕩電流滯后電勢差角為：195系統(tǒng)M、N點的電壓為：Z點位于處。當(dāng)最大。196特點：正常運行時負(fù)荷電流幅值保持不變，振蕩電流幅值作周期變化。197設(shè)，則

＞，短路電流幅小于振蕩電流幅值。198（2）全相振蕩時，系統(tǒng)保持對稱性，系統(tǒng)中不含負(fù)序、零序分量，只有正序分量。短路時，一般將出現(xiàn)負(fù)序分量或零序分量。（3）系統(tǒng)電壓作大幅度變化令，則199其中，M母線電壓最高。200當(dāng)時，當(dāng)m=0.5時，M母線電壓為零。M越趨近0.5。變化幅度越大。201若認(rèn)為系統(tǒng)總阻抗角與被保護線路阻抗角相等，則可在保護安裝處側(cè)得振蕩中心電壓。202（4）振蕩時電氣量變化速度與短路故障時不同，短路故障時電氣量變化是突變的。（5）短路與振蕩流過被保護線路兩側(cè)電流方向、大小是不相同的。2032、系統(tǒng)振蕩時測量阻抗特性分析（1）測量阻抗變化軌跡204

圖中P、M、N、Q四定點由阻抗、、值確定相對位置。M側(cè)測量阻抗為：205當(dāng)時，測量阻抗變化軌跡為一直線。當(dāng)＞1時，測量阻抗軌跡包含Q點的一個圓。＜1時，測量阻抗軌跡包含當(dāng)P點的一個圓。206207（2）測量阻抗變化率其中：208計及時，阻抗變化率最小，即209因，據(jù)統(tǒng)計，振蕩周期最大值為3s，于是測量阻抗變化率為≥只要適當(dāng)選擇保護開放條件，可保證保護不誤動。2103、短路與振蕩的區(qū)分要求：短路時應(yīng)開放保護；振蕩時可靠閉鎖保護；振蕩過程中發(fā)生短路，保護能正確動作；振蕩平息后自動復(fù)歸。（1）利用電氣量變化速度不同區(qū)分短路故障和振蕩211短路時Z2、Z1幾乎同時動作；振蕩時Z2、Z1先后動作。動作時間差在以上。212(2)判別測量阻抗變化率檢測振蕩系統(tǒng)振蕩測量阻抗變化率必大于，正常運行時測量阻抗變化率為零（負(fù)荷阻抗為定值）。阻抗變化率＞若滿足，則系統(tǒng)振蕩。2134、振蕩過程中對稱短路故障的識別1）利用檢測振蕩中心電壓來識別214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。215若是變化的，判定系統(tǒng)振蕩。若一直在6%UN以下，可判定三相短路故障。216為安全值應(yīng)比計算大。2172）利用測量阻抗變化率識別振蕩過程中測量阻抗為負(fù)荷阻抗，具有較大值；振蕩過程中發(fā)生三相短路故障時，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。218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、振蕩時電氣量變化速度與短路故障時不同；2194、振蕩中心電壓為零值是短時間的，而三相短路故障，故障未被切除前短路點電壓一直為零；5、振蕩過程中對稱短路故障的識別可利用檢測振蕩中心電壓、測量阻抗變化率進行識別。2203.6故障類型判別和故障選相微機是串行工作的，如果采用一個CPU反映各種故障和故障相別，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算，耗時很長。為了充分發(fā)揮CPU的功能，減少設(shè)備費用和硬件的復(fù)雜性，一般希望盡量用一個CPU反映各種故障。這就要求在故障處理之前，預(yù)先進行故障類型和相別的判斷。在識別出故障相別后，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)約大量的計算時間，但是對預(yù)先進行故障類型和相別判斷準(zhǔn)確性的要求就要提高。如果選相錯誤，則不可避免地使后面的計算完全出錯，后果是很嚴(yán)重的。221對選相元件的要求：1）在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生任何形式的短路故障時，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，非故障相選相元件可靠不動作。3）在正常運行時，選相元件應(yīng)該不動作。4）動作速度要快。在微機保護中，要完成選相任務(wù)，不需要增加任何硬件。222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。2233.6.1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。224（2）兩相短路兩相短路的幅值特征是兩相故障相電流差值最大。

225（3）三相短路三相短路的幅值特征是三個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。2262余弦電壓選相當(dāng)在圖K點發(fā)生相間短路故障時，對于回路方程有227由圖可得

＞228測量阻抗229動作判據(jù)：＜＜只要能覆蓋的動作區(qū)，余弦電壓元件就處于動作狀態(tài)，并且靈敏度很高。2303.7距離保護特殊問題的分析1、助增、汲出的影響2、過渡電阻的影響2313.7.1保護安裝處和故障點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。232（1）助增電源

保護安裝處母線電壓為：測量阻抗233定義為助增分支系數(shù)，則顯然，助增分支系數(shù)大于1，且為復(fù)數(shù)。一般情況下，在整定計算時分支系數(shù)取實數(shù)。234

由于助增電源的影響，使M側(cè)阻抗繼電器測量阻抗增大，保護區(qū)縮短。助增分支系數(shù)可表示為235由上式可見，分支系數(shù)與系統(tǒng)運行方式有關(guān)。在求保護動作阻抗時，應(yīng)取最小值。但在進行靈敏系數(shù)校驗時，分支系數(shù)應(yīng)取最大值。按這種方式選擇，就可保證保護具有反應(yīng)保護區(qū)末端短路的能力。236（2）汲出分支線如圖當(dāng)在K點發(fā)生短路故障時，對于裝在MN線路上的M側(cè)母線上的電壓為237測量阻抗為定義汲出系數(shù)為238則測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數(shù)。也就是說，在有汲出的情況下，使測量減小，若不采取措施，保護區(qū)將伸長，可能造成保護誤動。239汲出系數(shù)可表示為因此，在進行保護的動作值、靈敏度計算時，應(yīng)引入分支系數(shù)。為保證保護既不誤動，也不拒動，應(yīng)考慮最大、最小分支系數(shù)可能的數(shù)值。240（3）電源分支、汲出同時存在在相鄰線路K點發(fā)生短路故障時。M側(cè)母線電壓為241測量阻抗為定義總分支系數(shù)為若用242243則測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)。244算例：線路正序阻抗每單位公里為0.45歐姆，MN線路長40km，平行線路長度為70km，Ⅰ段可靠系數(shù)取0.85。求MN線路M側(cè)距離保護的最大、最小分支系數(shù)。2451）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，汲出系數(shù)為1。最大助增系數(shù)為總分支系數(shù)為2462）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247小結(jié)：（1）由于助增電源的存在，使測量阻抗增大；（2）由于平行線路的汲出作用，使測量阻抗減小；（3）當(dāng)助增與汲出同時存在時，可分別計算助增、汲出系數(shù)，相乘即為總分支系數(shù)；（4）在進行動作值計算與靈敏度校驗時，分支系數(shù)應(yīng)分別取最小、最大值。2482、過渡電阻對距離保護的影響為了分析問題的簡便，前面分析問題時總是假設(shè)金屬性短路故障。事實上，短路點通常是經(jīng)過渡電阻短路的。

短路點的過渡電阻是指當(dāng)相間短路或接地短路時，短路點的短路電流所通過的物質(zhì)的電阻。249（1）過渡電阻對接地阻抗繼電器的影響設(shè)圖示網(wǎng)絡(luò)，A相在K點經(jīng)過渡電阻發(fā)生了單相接地短路，M側(cè)母線上電壓為250保護安裝處測量阻抗為251由上式可見，只有當(dāng)過渡電阻等于零時，故障相阻抗繼電器才能正確測量短路點到保護安裝處阻抗。當(dāng)過渡電阻不為零時，即非金屬性接地短路時，測量阻抗中出現(xiàn)附加阻抗。附加測量阻抗為252

由于附加阻抗的存在，使測量阻抗與故障點的距離成正比的關(guān)系不成立。保護可能出現(xiàn)誤動或拒動。

因非故障相電壓較高，電流較小，所以非故障相測量阻抗較大。253（2）單相接地時附加阻抗分析因則由于計及254所以附加阻抗可表示為255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。

256為克服單相接地短路時，附加阻抗對保護區(qū)的影響，應(yīng)使阻抗繼電器的動作特性適應(yīng)附加阻抗的變化，使其保護區(qū)不變。（3）過渡電阻對相間短路保護阻抗繼電器的影響257若在圖中K點發(fā)生相間短路故障，三個阻抗繼電器測量阻抗分別為258由上式可見，只有發(fā)生金屬性相間短路故障時，故障點的相間電壓才為零，故障相的測量阻抗才能正確反應(yīng)保護安裝處到短路點間的距離。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，所以附加測量阻抗的影響也較小。為了減小過渡電阻對保護的影響，可采用承受過渡電阻能力強的阻抗繼電器。259小結(jié)：（1）只有發(fā)生金屬性短路故障時，保護才能正確反應(yīng)保護安裝處到短路點間距離；（2）在雙端電源的情況下，單相接地短路時，附加測量阻抗在送電側(cè)呈容性，在受電側(cè)呈感性；（3）相間短路過渡電阻對保護的影響比接地保護小；（4）為了克服過渡電阻影響，要正確選擇阻抗繼電器的特性。2603.8故障信息故障信息的識別、處理和利用是繼電保護技術(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。

261故障狀態(tài)等效于在短路點加入兩個非故障狀態(tài)下該點加入兩個非故障狀態(tài)下與該點大小相等、方向相反的電壓。單相故障時疊加原理接線圖：262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）故障分量獨立于非故障狀態(tài)，但仍受系統(tǒng)運行方式的影響。（3）故障點的電壓故障分量最大，系統(tǒng)中性點的電壓為零。（4）保護安裝處的電壓故障分量和電流故障分量間的相位關(guān)系由保護裝設(shè)處到系統(tǒng)中性點間的阻抗決定，且不受系統(tǒng)電勢和短路點過渡電阻的影響。2632、故障信息的識別和處理（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，由保護安裝處測量的實測電壓、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)比較被保護對象輸入和輸出電氣量的基本原理實現(xiàn)的。2641）電流差動法：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：比較被保護對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。2653、應(yīng)用前景反應(yīng)故障分量的繼電保護，它不受正常負(fù)荷電流、系統(tǒng)振蕩和兩相運行的影響；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響，也不存在電壓動作死區(qū)?？梢灶A(yù)期，故障分量進一步得到開發(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)是可以實時測量確定，這就為進一步提高保護的性能提供了可能。2663.8.1利用故障分量的電流保護當(dāng)采用故障分量的電流保護時，由于：（1）按反應(yīng)故障分量的原理構(gòu)成電流保護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的靈敏度提供了可能。（2）利用保護裝設(shè)處的電壓、電流故障分量可以實時計算出被保護線路背側(cè)系統(tǒng)阻抗的大小，根據(jù)系統(tǒng)阻抗和線路阻抗的計算結(jié)果，電流速斷保護便能自動調(diào)整其定值。267利用故障分量實現(xiàn)的電流保護為了保證選擇性，必須裝設(shè)方向元件。原理如圖示：2683.8.2利用故障分量的方向元件及保護原理整流型相間短路保護功率方向繼電器按90度接線，在三相短路時存在電壓死區(qū)；在Y，d接線變壓器后兩相短路可能發(fā)生誤動。負(fù)序、零序可以反應(yīng)故障分量，但三相對稱短路時無法反應(yīng)。利用故障分量的方向元件，其動作原理是比較保護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線路，在正方向發(fā)生短路故障時有269反方向故障時有270由上述分析結(jié)果可看出，利用故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，當(dāng)電壓互感器位于線路側(cè)的條件下，方向元件拒動。2711、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，在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，有≤0；如極化電壓取工作電壓前一個周期的值，記為

，則反映工作電壓相位突變的阻抗繼電器動作方程可寫為：≤≤3.8.3工頻故障分量距離保護272（2）工頻變化量阻抗繼電器1）構(gòu)成原理短路點經(jīng)過渡電阻接地的故障分量網(wǎng)絡(luò)273保護安裝處A相電壓工頻變化量為阻抗繼電器工作電壓變化量為274在反方向短路時，工作電壓變化量為275故障分量電壓分布2763.8.4自適應(yīng)電流保護自適應(yīng)繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進一步改善保護的性能。瞬時電流速斷保護是按被保護線路末端發(fā)生三相短路考慮，過電流保護按線路最大負(fù)荷電流考慮，按上述方法設(shè)定的定值，在其它運行方式下不是最佳的；最小運行方式或最不利的短路條件下，保護失效或性能嚴(yán)重變差。1、電流速斷保護1）按最大短路電流整定的問題2771、電流速斷保護1）按最大短路電流整定的問題電流速斷保護整定值為：設(shè)在處短路，短路電流為278實際運行情況下保護區(qū)為2）自適應(yīng)電流速斷保護自適應(yīng)保護定值應(yīng)隨系統(tǒng)運行方式及短路類型變化而變化，其整定值為279自適應(yīng)電流速斷保護區(qū)為也可表示為因≤所以有2803）雙電源線路自適應(yīng)電流速斷保護281當(dāng)n端母線短路，m端測量到的短路電流為電流定值為m端母線短路，電流速斷保護誤動條件為也可表示為上式是實現(xiàn)自適應(yīng)無方向性電流速斷保護應(yīng)考慮的條件。2822、自適應(yīng)過電流保護1）過電流保護問題按最大負(fù)荷電流條件決定動作值的，而在大多數(shù)情況下，線路的實際負(fù)荷電流都小于整定值。同時，起動電流受返回系數(shù)和自起動系數(shù)的制約也使保護靈敏度顯著下降。2）對自適應(yīng)過電流保護要求自適應(yīng)過電流保護應(yīng)對每回線路的電流、電壓進行實時監(jiān)視和分析，自動改變整定值和特性，從而達(dá)到目的。2833）自適應(yīng)過電流保護的原理自適應(yīng)過電流保護的主要特征是過電流保護的定值能夠?qū)崟r自動調(diào)整或改變以適應(yīng)負(fù)荷和運行方式的要求。在反時限過電流保護中，通過自動監(jiān)視負(fù)荷電流自動改變反時限特性。3、自適應(yīng)電流電壓速斷保護1）原理：常規(guī)保護按經(jīng)常運行方式考慮。2）短路類型自適應(yīng)：利用負(fù)序電流區(qū)分短路類型。284兩相短路判據(jù)為＞利用相電流故障分量區(qū)分兩相及三相短路時BC兩相短路＜AB兩相短路＜CA兩相短路＜上述條件均不滿足時，判為三相短路。2853）系統(tǒng)運行方式自適應(yīng)由故障附加狀態(tài)可求系統(tǒng)阻抗為：用對稱分量法，可求出系統(tǒng)正、負(fù)序阻抗為：286故障附加狀態(tài)圖4）自適應(yīng)電流電壓速斷保護動作值三相短路電流元件：287兩相短路電流元件：電壓元件動作值：288動作條件：保護安裝處測量到的短路大于整定值、電壓小于整定值時，保護動作。4、自適應(yīng)電壓速斷保護常規(guī)保護電壓元件動作值為：實際運行方式下保護區(qū)為：289最小運行方式下保護最大范圍為：最小保護范圍為：290自適應(yīng)電壓速斷保護整定式：在線計算過程：事先輸入被保護線路參數(shù)及可靠系數(shù)值；電勢可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)電壓事先設(shè)定，也可在線實時計算；故障時在線計算系統(tǒng)綜合阻抗；求出動作電壓；根據(jù)故障時數(shù)據(jù)求出保護安裝處母線殘壓；當(dāng)殘壓小于保護的動作值時保護動作。291小結(jié):

故障分量可利用疊加原理進行分解非故障狀態(tài)和故障附加狀分量。故障分量獨立于非故障狀態(tài)。正確區(qū)分故障信息與非故障信息是正確獲得內(nèi)部故障信息和外部故障信息的關(guān)鍵。提取內(nèi)部故障信息的方法有：電流差動法；電流相位法；方向比較法；量值區(qū)分法；邏輯判斷法。292自適應(yīng)保護的基本思想是使保護能盡可能適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進一步改善保護性能。自適應(yīng)電流速斷保護的基本原理是保護定值隨短路類型及系統(tǒng)運行方式的改變而改變。利用故障分量的方向元件具有不受負(fù)荷電流的影響、故障點過渡電阻的影響、方向性明確、可消除電壓等等優(yōu)點。293第4章輸電線路全線快速保護教學(xué)要求：掌握輸電線路縱聯(lián)差動保護的工作原理；熟悉反映故障分量電流相位差動保護工作原理；熟悉橫聯(lián)差動保護工作原理；了解平衡保護工作原理；掌握高頻方向保護和高頻相差保護原理。4.1輸電線路的縱聯(lián)差動保護概述被保護線路上發(fā)生短路和被保護線路外短路，線路兩側(cè)電流大小和相位是不相同的。故比較線路兩側(cè)電流大小和相位，可以區(qū)分是線路內(nèi)部短路，還是線路外部短路。2941、縱聯(lián)差動保護的構(gòu)成要求：縱聯(lián)差動保護的單相構(gòu)成如圖5-1所示，它要求線路兩側(cè)的電流互感器型號、變比完全相同，性能一致。輔助導(dǎo)引線將兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法連接成回路，差動電流繼電器接入差動回路。2952、工作原理1）正常運行或外部短路時，流入差動繼電器電流為2）線路內(nèi)部短路故障時，流入差動繼電器電流為，且有很大電流流入差動繼電器，繼電器動作，將線路兩側(cè)斷路器斷開。2963、不平衡電流1）穩(wěn)態(tài)不平衡電流

在差動保護中，由于電流互感器總是具有勵磁電流，且勵磁特性不完全相同。即使同一生產(chǎn)廠家相同型號，相同變比的電流互感器也是如此。當(dāng)一次電流較小時，電流互感器鐵芯不飽和，兩側(cè)電流互感器特性曲線差別不明顯。當(dāng)一次電流較大時，鐵芯開始飽和，于是勵磁電流開始明顯增大。當(dāng)一次電流很大時，電流互感器鐵芯達(dá)到過飽和，勵磁電流便急劇增大。

297由于兩側(cè)電流互感器勵磁特性不同，即兩鐵芯飽和程度不同，所以兩個勵磁電流劇烈上升的程度不一樣，因而造成兩個二次電流有較大的差別。鐵芯飽和程度越嚴(yán)重，這個差別就越大。于是差動繼電器中就有電流流過，這個電流就稱為不平衡電流。2）暫態(tài)不平衡電流

非周期分量對時間變化率遠(yuǎn)小于周期分量，故非周期分量很難變換到二次側(cè)，但卻使鐵芯嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵磁阻抗急劇下降，勵磁電流劇增，從而使二次電流的誤差增大。

2983）減小不平衡電流影響的方法采用帶速飽和變流器或帶制動特性的縱差保護，是一種減少影響、提高保護靈敏度的有效方法。4、縱差保護整定計算1）按躲過區(qū)外短路故障時的最大不平衡電流整定2992）按躲過電流互感器斷線條件整定動作值取上述兩式較大值。3）靈敏度計算靈敏系數(shù)按單側(cè)電源供電情況下被保護線路末端短路時流過保護安裝處的最小短路電流校驗。3005、利用故障分量的電流差動保護1）電流縱差保護原理從故障信息觀點看，電流縱差保護最為理想。這是因為差動回路的輸出電流反映著被保護對象內(nèi)部的信息。假設(shè)被保護對象內(nèi)部故障，并規(guī)定電流正方向為母線指向被保護對象，則兩側(cè)電流分別為301差動回路輸出電流或由此可見，在差動回路的輸出中完全消除了非故障狀態(tài)下的電流。不論非故障狀態(tài)變化多么復(fù)雜，縱聯(lián)差動保護原理具有精確提取內(nèi)部故障分量的能力。3022）電流相位差動保護同時由圖不難看出，當(dāng)比較線路兩端的故障分量電流的相位時，可以消除負(fù)荷電流或非故障狀態(tài)電流的不利影響，也可消除故障點過渡電阻的影響，從而大大提高保護的靈敏度和可靠性。3033）線路兩端故障分量電流的特征如圖所示，在線路內(nèi)部及外部發(fā)生短路故障時，線路兩端故障分量電流可以用圖示附加狀態(tài)求出。3041）兩端電源線路線路內(nèi)部故障時，線路兩端故障分量電流之間的相位為當(dāng)線路外部短路時：3052）單端電源線路線路上發(fā)生內(nèi)部短路故障，其故障附加狀態(tài)如圖（b）所示，其中為負(fù)荷阻抗。

3）過渡電阻的影響過渡電阻將影響故障點電流、保護安裝處的故障分量電流的大小，但不影響兩端電流的相位差。3066.平行線路保護為了提高供電可靠性和增加供電容量，電網(wǎng)常采用平行線路對重要用戶供電。所謂平行線路，是指線路長度，導(dǎo)電材料等都相同的兩條并列連結(jié)的線路，在正常情況下，兩條線路并聯(lián)運行，只有在其中一條線路發(fā)生故障時，另一條線路才單獨運行。這就要求保護在平行線路同時運行時能有選擇地切除故障線路，保證無故障線路正常運行。3071、平行線路內(nèi)部故障特點1）正常運行或區(qū)外短路故障時平行線路電流差或；當(dāng)內(nèi)部故障時，兩線路電流差或。由分析可知，電流差是否為零可作為平行線路有無故障的依據(jù)。308要判斷哪條線路短路，則需要判斷電流差的方向。2、橫聯(lián)差動方向保護1）單相橫聯(lián)差動保護構(gòu)成橫聯(lián)差動方向保護單相構(gòu)成如圖所示，平行線路同側(cè)兩個電流互感器型號、變比相同，二次側(cè)按環(huán)流法接線，電流繼電器KA1按兩回線路電流差接入作為起動元件；方向繼電器KP1、KP2作為判斷元件。3092）工作原理當(dāng)平行線路正常運行或區(qū)外短路時，線路同側(cè)兩電流大小、相位相等，差動回路無電流，保護不起動。310當(dāng)平行線路L1內(nèi)部短路時，則，＞0

。KA1起動，KP1起動、KP2不起動（電流方向相反）保護動作切除QF1，閉鎖QF3

；對側(cè)同理有KA2、KP3動作切除QF2，閉鎖QF4；同理有L2內(nèi)短路，保護切除QF3、QF4而閉鎖QF1、QF2。

注意：橫聯(lián)差動方向保護只在兩條線路同時運行時起到保護作用，而當(dāng)一條線路故障時，保護切除該故障線路后為使保護不出現(xiàn)誤動作而使橫差保護退出運行，也就是說單條線路運行橫差保護是不起作用的。3113）橫差保護保護相繼動作區(qū)如圖所示，在L1線路末端短路時，兩回線路首端電流近似相等，KA1不起動，而對側(cè)與方向相反，加入繼電器的電流很大，KA2起動并將QF2切除。QF2斷開后，短路電流重新分配，KA1才起動，稱之為相繼動作。312要求相繼動作區(qū)小于5%。4）整定計算①躲過單回線路運行時的最大負(fù)荷電流②躲過雙回線路運行時外部短路的最大不平衡電流313其中：③躲過在相繼動作區(qū)內(nèi)發(fā)生接地短路時最大非故障相電流3、電流平衡保護

電流平衡保護是橫差方向保護的另一種形式，其工作原理是比較平行線路上的電流大小，從而有選擇性的切除故障線路。314注意問題：在電源側(cè)才能采用電流平衡保護。如圖所示的網(wǎng)絡(luò)，在L1線路上K點發(fā)生短路故障時，由于負(fù)荷側(cè)的短路電流大小相等，無法實現(xiàn)比較，因此不能采用電流平衡保護。3154.2輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換輸電線路縱聯(lián)保護的工作需要兩端信息，兩端保護要通過通信設(shè)備和通信通道快速地進行信息傳遞。隨著信道設(shè)備和通信技術(shù)的發(fā)展，繼電保護交換兩端信息的設(shè)備和技術(shù)也在發(fā)展變化，輸電線路保護目前常用的通信方式分為：導(dǎo)引線通信、電力載波通信、微波通信、光纖通信等。316（1）高頻保護構(gòu)成

由繼電部分、高頻收發(fā)信機部分及通道三部分構(gòu)成，繼電部分的作用一是將本側(cè)的相關(guān)電氣量傳送到發(fā)信機；二是將收信機收到并解調(diào)后的

電氣量信號進行比較，決定保護是否動作。發(fā)信機將本側(cè)相關(guān)電氣量轉(zhuǎn)換成高頻信號發(fā)送到對側(cè)，收信機是將收到的對側(cè)高頻信號解調(diào)出電氣量信號送給繼電部分。通道的作用是傳遞高頻信號。317（2)微波保護構(gòu)成微波保護只是傳送的信號頻率更高，通道為空間，因微波直線傳遞，因地理原因長距離需設(shè)中繼站。微波通道的特點是通信容量大、可靠性高、運行檢修獨立。但技術(shù)復(fù)雜、投資大。318

(3)光纖保護構(gòu)成光纖保護構(gòu)成原理如圖所示:319如圖所示，光電轉(zhuǎn)換部分是將頻率較高的信號轉(zhuǎn)換成頻率更高的光波信號，以便于光纖傳遞，其它部分作用與高頻保護相同。光纖通道特點：通信容量更大、可靠性也高、運行檢修獨立。但技術(shù)復(fù)雜且成本很高，保護一般為租用通信光纖一個信道。因三者原理與縱聯(lián)差動基本相同，保護范圍也是線路全長，只不過信號的處理較復(fù)雜，故只適用于用作高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電線路的主保護。3202、高頻保護1）輸電線路高頻通道的構(gòu)成“相一地”制高頻通道的構(gòu)成如圖所示。其主要構(gòu)成元件的作用如下。3211）高頻阻波器(2)高頻阻波器是一個由電感和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路，其參數(shù)選擇得使該回路對高頻設(shè)備的工作頻率發(fā)生并聯(lián)諧振，因此高頻阻波器呈現(xiàn)很大的阻抗。高頻阻波器串聯(lián)在線路兩端，從而將高頻信號限制在被保護線路上傳遞，而不致分流到其他線路上去。2）耦合電容器（3）耦合電容器的作用是將低壓高頻設(shè)備輸出的高頻信號耦合到高壓線路上。耦合電容器對工頻呈現(xiàn)很大的阻抗，而對高頻信號呈現(xiàn)的阻抗很小，高頻電流能順利傳遞。

3223）連接濾波器連接濾波器是一個繞組匝數(shù)可以調(diào)節(jié)的變壓器。在其連接高頻電纜的一側(cè)串接電容器，連接濾波器與耦合電容器共同組成高頻串聯(lián)諧振回路，讓高頻電流順利通過。4）高頻電纜高頻電纜用來連接高頻收、發(fā)信機與連接濾波器。由于其工作頻率高，因此通常采用單芯同軸電纜。5）接地刀閘與放電間隙在檢查調(diào)試高頻保護時，應(yīng)將接地刀閘合上，以保證人身安全。放電間隙用以防止過電壓對收、發(fā)信機的傷害。

3236）收、發(fā)信機收、發(fā)信實際為一體機，收信部分具有放大、解調(diào)接收的高頻信號的作用。發(fā)信部分具有把電氣量調(diào)制成高頻信號并放大輸出的作用。2）高頻信號與高頻電流的關(guān)系故障起動發(fā)信方式：

電力系統(tǒng)正常運行時收發(fā)信機不發(fā)信，通道中無高頻電流。當(dāng)電力系統(tǒng)故障時，起動元件起動收發(fā)信機發(fā)信。因此，對故障起動發(fā)信方式而言，高頻電流代表高頻信號。這種方式的優(yōu)點是對鄰近通道的影響小，可以延長收發(fā)信機的壽命。缺點是必須有起動元件，且需要定時檢查通道是否良好。

324長期發(fā)信方式：電力系統(tǒng)正常運行時，收發(fā)信機連續(xù)發(fā)信，高頻電流持續(xù)存在，用于監(jiān)視通道是否完好。而高頻電流的消失代表高頻信號。這種方式的優(yōu)點是通道的工作狀態(tài)受到監(jiān)視，可能性高。缺點是增大了通道間的干擾，并降低了收發(fā)信機的使用年限。移頻發(fā)信方式：電力系統(tǒng)正常運行時，收發(fā)信機發(fā)出頻率為的高頻電流，用于監(jiān)視通道。當(dāng)電力系統(tǒng)故障時，收發(fā)信機發(fā)出頻率為的高頻電流，頻率為的高頻電流代表高頻信號。

325高頻信號發(fā)信方式示意圖。故障起動發(fā)信：長期發(fā)信：移頻發(fā)信：3263）高頻信號的作用高頻信號按邏輯性質(zhì)不同，可分為跳閘信號、允許信號和閉鎖信號。跳閘信號：高頻信號與繼電保護來的信號具有“或”邏輯關(guān)系。因此有高頻信號時，高頻保護就發(fā)跳閘命令。高頻信號是保護跳閘的充分條件。327允許信號:高頻信號與繼電保護來的信號具有“與”邏輯關(guān)系。只有當(dāng)高頻信號、繼電保護信號同時存在時，高頻保護才能發(fā)跳閘命令。因此，高頻信號是保護跳閘的必要條件。閉鎖信號:閉鎖信號存在時，不論繼電保護狀態(tài)如何，高頻保護均不能發(fā)跳閘命令。當(dāng)高頻閉鎖信號消失后繼電保護有信號到來，高頻保護才能發(fā)跳閘令。因此，高頻閉鎖信號消失是繼電保護跳閘的必要條件。國內(nèi)高頻保護裝置多采用閉鎖信號。因為：1）本線路發(fā)生三相短路時，高頻通道出現(xiàn)阻塞。2）閉鎖信號抗干擾能力強。328高頻閉鎖方向保護是線路兩側(cè)的方向元件分別對短路的方向作出判斷，并利用高頻信號作出綜合判斷，進而決定是否跳閘的一種保護。目前，國內(nèi)廣泛應(yīng)用的高頻閉鎖方向保護采用故障起動發(fā)信方式，并規(guī)定線路兩端功率由母線指向線路為正方向，由線路指向母線為反方向。

如圖所示起動元件在故障時起動發(fā)信及起動保護。功率方向元件用于判斷短路功率方向，正方向時有輸出，使高頻收、發(fā)信機停信，反向時無輸出，高頻收、發(fā)信機繼續(xù)發(fā)信。329高頻閉鎖方向保護原理框圖:330

電力系統(tǒng)正常運行時，起動元件不起動，高頻收、發(fā)信機不發(fā)信，保護跳閘回路不開放。當(dāng)BC線路故障時，線路AB、BC上的高頻保護均分別起動發(fā)信。

電力系統(tǒng)正常運行時，