1、第三章電網的相間電流、電壓保護和方向性相間電流、電壓保護第一節 單側電源網絡的相間電流、電壓保護單側電源網絡特點：只有一側提供故障電流；因此只需在電源側裝設斷路器，當然也只有電源側才有保護。雙側電源網絡工頻保護基本原理短路電流中包含周期分量和非周期分量周期分量主要取決與電網參數和故障類型與故障條件，與故障時刻初始條件無關對于給定的電網和給定的故障地點與類型，周期分量相同；非周期分量與故障時刻初始條件密切相關對于給定的電網和給定的故障地點與類型，每一次故障的非周期分量都不相同；反應故障特征量幅值的工頻保護取故障分量中的周期分量，而將非周期分量和高頻分量濾除。工頻保護原理已濾去非周期分量，繼電器感

2、受的短路電流實際上是其中的周期分量，由于繼電保護起動較快，故在用于繼電保護計算中的短路計算不考慮周期分量的衰減：用次暫態參數 ，一般不考慮線路電阻。相間短路計算：最大運行方式：通過保護裝置的短路電流為最大的方式；最小運行方式：通過保護裝置的短路電流為最小的方式。 點故障（AB線路末端），希望保護2瞬時動作； 點故障（BC線路首端），希望保護2不動作； ，保護2無法區別 ，同樣保護1無法區別 點故障；選擇性和靈敏性出現矛盾保證選擇性： ，保護范圍縮小靈敏度降低；無選擇性速斷重合閘。一、瞬時電流速斷保護（電流I段）瞬時電流速斷保護動作特性分析圖3-1引入可靠系數的原因實際的短路電流可能大于計算值；

3、對瞬時動作的保護還應考慮非周期分量使總電流增大的影響；保護裝置中電流繼電器的實際動作電流可能小于整定值；考慮必要的裕度。在最不利的情況下發生區外故障時，保護裝置不誤動保證選擇性。例題：試整定保護1的電流速斷保護，并進行靈敏性校核。圖示電壓為線電壓（計算短路電流時取平均額定電壓），線路電抗為，可靠系數 。如線路長度減小到50km、25km，重復以上計算，分析計算結果，可以得出什么結論？瞬時電流速斷保護整定計算例題（2）（3）結論：短線路時，電流速斷保護可能沒有保護范圍。這時，可以采用電流與電壓聯合方式，如電流閉鎖電壓速斷保護（電壓低同時過電流），或距離保護。瞬時電流速斷保護單相原理接線交流繼電器

4、直流繼電器電流繼電器的觸點容量比較小，不能直接接通跳閘線圈，故先起動中間繼電器，然后再由中間繼電器的觸點（容量大）去跳閘；當線路上裝有避雷器時，利用中間繼電器來增大保護裝置的固有動作時間，以防止避雷器放電時引起瞬時速斷保護誤動作；線路空投時線路分布電容的暫態充電電流很大，可能引起瞬時速斷保護誤動，應用中間繼電器可以延長其動作時機以躲開充電的暫態過程。應用中間繼電器的原因中間繼電器實物圖二、自適應電流速斷保護按當前運行方式核故障類型進行整定要求實時獲得在微機保護和網絡化保護的背景下，有實現可能，但并非易事。1. 工作原理與整定原則能保護線路全長，因此保護范圍必然延伸到相鄰下一條線路；為保證選擇性

5、，與相鄰元件電流速斷配合，因此必然帶時限 延時動作。整定原則：保護范圍不能超出下一線路瞬時電流速斷（I段）的保護范圍：三、限時電流速斷保護（電流II段） ， 如式(3-15)2. 動作時限的選擇靈敏度系數（過量保護）保護2的靈敏度電流速斷主保護：最短時限切除元件全長的保護為“主保護”，電流速斷主保護為I、II段之和。3. 限時電流速斷保護靈敏性校驗若靈敏度不滿足要求，則考慮降低定值，即延長保護范圍：（1）與下一線路II段配合（2）實際應用中，有簡單的保末端靈敏度整定，時限按保證選擇性整定校驗4. 限時電流速斷保護單相原理接線電磁型時間繼電器實物圖1. 工作原理和整定計算的基本原則整定原則：（1

6、）大于最大負荷電流： ；（2）考慮電動機故障后自啟動：（3）外部故障切除后，繼電器能夠可靠返回。（4）整定公式：故障后電動機自啟動問題k1故障，保護3、4、5都啟動，按選擇性，由保護3動作切除故障，保護4、5應立即返回。k1故障期間，母線電壓下降，電動機制動，故障切除后，母線電壓恢復，電動機自啟動，流經保護4的電流大于正常負荷電流。階梯式動作時限配合，有多個相鄰分支時，應取時限最大的一個，如圖3-8中的t4。缺點：故障越靠近電源端，短路電流越大，而動作時限卻越長。因此主要用作后備保護。2. 按選擇性整定過電流保護動作時限近后備遠后備如果存在多個相鄰元件，需要一一校驗，如3-8圖中保護4的遠后備

7、。同時，越鄰近故障點的保護靈敏度應越高，當k1短路時：當k2短路時（保護1的III段不啟動）：3. 過電流保護的靈敏系數的校驗在單側電源網絡中，越靠近電源端，最大負荷電流 越大（下級分支支路越多），定值越高，靈敏度越低，以上要求自然滿足。過電流保護的原理接線圖與限時電流速斷保護基本相同。定時限過電流保護單相原理接線瞬時電流速斷（I段）、限時電流速斷（II段）和過電流保護（III段）都是反應于電流升高而動作的保護裝置。它們之間的區別主要在于按照不同的原則來選擇起動電流，即瞬時速斷是按照躲開某一點的最大短路電流來整定，限時速斷是按照躲開前方各相鄰元件電流速斷保護的動作電流而整定。而過電流保護則是按

8、照躲開本線路最大負荷電流來整定。五、階段式電流保護的應用及其評價三段式電流保護的功能邏輯框圖由于瞬時電流速斷不能保護線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護，因此，為保證迅速而有選擇性地切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護組合在一起，構成階段式電流保護。具體應用時，可以只采用速斷加過電流保護，或限時速斷加過電流保護，也可以三者同時采用。使用I段、II段或III段組成的階段式電流保護，其最主要的優點就是簡單、可靠，并且在一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。因此在電網中特別是在35kV及以下的較低電壓的網絡中獲得了廣泛的應用。保護的缺點是它直接受電網的接線以及電力系統運

9、行方式變化的影響，例如整定值必須按系統最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須用系統最小運行方式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數或保護范圍的要求。六、反時限過電流保護構成反時限特性的基本方法反時限特性：動作時限與過電流倍數成反比，體現了2個基本故障特征：故障點離電源越近，故障電流越大，動作時限越短；電動機等電氣設備具有一定的過載能力，電流過載體現成熱溫升過程基本也是反時限類似的指數特性。應用模擬電路實現反時限特性RC充電+定時器電路隔離器定時器微機保護中典型的反時限特性常規反時限特性NI甚反時限特性VI高度反時限特性EI 常規反時限特性曲線1. 三相星形接線優點：每相都裝有電流繼電器，可以反應相

10、間故障和單相接地故障。應用于發電機、變壓器等大型貴重電力設備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。此外，它也可用于中性點直接接地電網中，作為相間短路和單相接地短路的保護。 缺點：相對復雜、不經濟。七、電流保護的接線方式三相星形接線方式原理圖2. 兩相星形接線優點：簡單、經濟應用：由于兩相星形接線較為簡單經濟，因此在中性點直接接地電網和非直接接地電網中，都是廣泛地采用它作為相間短路的保護。對于接地故障，配有獨立零序保護。兩相星形接線方式原理圖I段：1KA、2KA；3KM；4KSII段：5KA、6KA；7KTM；8KSIII段：9KA、10KA，11KA（二相三繼電器接線，通過B相電流，

11、可以提高靈敏系數一倍。）；12KTM；13KSQF斷路器及其輔助觸點，Y跳閘線圈XB連接片，用于退出保護，比如檢修等。七*、三段式電流保護的接線圖舉例三段式電流保護原理接線圖三段式電流保護二次展開圖連接片的作用誤動事故案例變壓器差動保護外部故障時，差電流為零內部故障時，差電流很大， 差動保護動作。檢修時，保護退出；投運時，兩側同時投入后，使兩側電流互感器平衡，差 電流為零，才能投入保護。1. 低電壓繼電器工作的特點繼電器的常開（動合）、常閉（動斷）接點：是指繼電器在不通電的情況下的狀態，而不是指在未動作情況下的狀態。過電流繼電器的“動作”（由不通電到通電），常開接點閉合，常閉接點打開；低電壓繼

12、電器的“動作”（由通電到不通電），常開接點打開，常閉接點閉合；八、低電壓保護在電網中的應用電磁型低電壓繼電器圖230帶電、未動作狀態常閉接點常開接點低電壓保護的特點與電流保護對比，電壓保護有以下特點：（1）電壓保護反應于電壓降低而動作，其返回電壓高于動作電壓，返回系數大于1.（2）與電流保護相反，低電壓保護在最大運行方式下靈敏度低，在最小運行方式下靈敏度高，兩種保護性能互補。（3）在多段串聯的單回線路上短路時，各段電流相同，而各點電壓不同，電壓隨短路點距離的變化曲線都是從零開始增大，因而瞬時電壓速斷保護總有一定的保護范圍。（4）在電網任何點短路時，母線電壓都會降低，低電壓保護都會動作，即低壓保

13、護沒有方向性，可采用電流閉鎖。這也是限制低電壓保護應用的主要缺點。低電壓繼電器的返回系數 ，為低量繼電器。2. 瞬時電壓速斷保護對于相間故障，同一地點發生三相短路和兩相短路的保護安裝處的殘壓是相同的：低電壓保護的保護范圍最小方式下保護范圍最大，最大方式下保護范圍最小，臨近保護安裝處短路殘壓接近零，保護一定動作，因此低電壓保護一定有動作范圍。任一運行方式 時的保護范圍（電流閉鎖）低電壓保護接線第三章 第二節電網相間短路的方向性電流、電壓保護雙端電源供電，提高供電可靠性，可以使故障影響范圍最小。k1短路，要求2、6動作，而1、6點在線路中實際是一點，保護1的速斷保護不能區分二點短路，因此不能保證選

14、擇性；如果用過電流III段，則要求 ；k2短路，要求1、7動作，保護6的速斷保護也不能區分1、6二點短路；如果用過電流III段，則要求 。因此需增加新的故障特征保證選擇性。一、方向性電流保護的工作原理雙側電源網絡接線及保護動作方向方向過電流保護的原理接線圖圖323功率方向繼電器1.方向繼電器的基本要求(1)具有明確的方向性（適應各種可能的故障條件） (2)具有足夠的靈敏度。2.短路功率：一般指短路時按某點電壓與電流（通常是保護安裝處）所得到的感性功率，在無串聯補償電容也不考慮分布電容的線路上短路時，感性短路功率從電源點流向短路點。二、功率方向繼電器的工作原理功率方向繼電器3. 直接思路測量故障

15、相電流、相電壓相位關系正方向短路時，電流落后于電壓為一銳角，在反方向短路時為鈍角。動作方程：正方向： （線路阻抗角），動作；反方向： 不動作。方向繼電器工作原理分析以測量有功方式實現相位判別： ,相位動作方程為：動作區擴大為、象限具有明確的方向性;但不能保證具有足夠的靈敏度。功率方向繼電器的輸出隨 改變。3.功率方向繼電器動作特性（0o接線）功率方向繼電器在輸出最大時的靈敏角 ，一般設計成常規線路的阻抗角附近：線路阻抗 ，當 ， ，這實際考慮了短路故障時的過渡電阻。A相功率方向繼電器相位動作方程取： ，動作區逆時針轉電壓死區：繼電器正方向出口短路時，電壓為零，保護拒動。3.功率方向繼電器動作特

16、性（0o接線）功率方向繼電器的最靈敏角與動作范圍0o 接線90o 接線以A相為例正方向：反方向：繼電器A相B相C相4.消除死區的90o接線時的動作特性靈敏角內角功率方向繼電器（A相）： 一般功率方向繼電器取： 或 正常運行方式下，位于送電端的方向繼電器在負荷電流作用下，一般是動作的。 接線（過電流保護舉例）四、相間短路功率方向繼電器的接線方式五、雙側電源網絡中電流保護整定的特點瞬時電流速斷保護無方向元件時，躲開兩側最大短路電流（3-53）；有方向元件時，各自整定（3-54）。瞬時電流速斷與方向元件死區瞬時電流速斷的保護范圍較小，基本都是臨近保護安裝處（母線）附近。在實用上，作為切除母線附近的使

17、電壓嚴重降低的短路的輔助保護瞬時電流速斷應盡可能不裝方向元件，以免在方向元件的電壓死區短路時拒動。2. 限時電流速斷保護（1）助增電流的影響整定配合的根本是保護范圍的配合助增電流時的分支系數分支系數助增電流時分支系數大于1，其作用是降低了保護2的II段定值，提高了靈敏度。整定時如考慮運行方式變化，定值應按最大靈敏度時保護范圍不越限整定，即分支系數應取最小值，校核時取最大值。（2）外汲電流的影響分支電路為一并聯線路，分支系數小于1，整定計算仍然相同：（3）有分支系數時的整定計算實際電網中，變電站母線B上既有電源又有并聯線路時，其分支系數可能大于1也可能小于1。整定計算時應考慮運行方式變化，應按分

18、支系數最小時整定，按分支系數最大時校核。（1）AB和BC線路最大負荷電流分別為120A、100A（2）電源A： 電源B：（3）試整定線路AB（A側）各端保護的動作電流，并校驗靈敏度。例題：三段電流保護的整定計算解： （1）求：計算A、B母線短路時流過保護A的最大短路電流A母線短路時：B母線短路時：（2）求：由于BC線路存在電源B的助增電流，求分支系數：II段定值靈敏度不滿足要求。（3）求：近后備：遠后備：六、方向性保護的死區方向性保護增加了復雜性，尤其是在保護安裝處附近發生正方向三相短路時，由于母線電壓降至零，方向元件出現死區不能動作，閉鎖整套保護導致拒動。因此即使在雙電源電網中，也應力求少用

19、方向元件。思路如下：（1）定值躲開，避免使用方向元件；（2）動作時限躲開，對于階梯式時限配合的過電流保護，如母線兩側保護時限不同，則時限較長的保護就不用方向元件，而時限較短的保護則必須有方向元件。如果兩個保護時限相等，則都需裝設方向元件。七、雙側電源網絡中的方向性電壓速斷保護如圖雙側電源網絡，保護1反方向k1點三相故障，保護1肯定誤動。單側電源網絡可采用電流元件閉鎖，但雙側電源網絡中，電流元件也失去方向性。因此，在雙側電源網絡中，使用電壓速斷保護，都必須裝設反方向閉鎖元件來防止反方向短路時誤動。這樣的情況可推廣到同一母線連接的多個線路，任一線路保護出口附近發生短路，其他保護都會啟動，必須增加方向閉鎖元件，這也是限制電壓保護應用的主要原因。低壓保護的方向性問題第三章 第三節微機電流方向保護目前大多數保護裝置的原理是建立在反應正弦基波或整數次諧波之上（和電力系統故障分析及保護整定計算的立足點相一致）。算法：對數據處理的數字處理方法、保護起動、保護原理中的故障量測定、動作方程、動作特性和與定值比較的公式數字化的方法。算法思路：可以直接將模擬式保護原理數字化；也可以直接從保護原理的數學模型直接實現。微機繼電保護的算法電力系統控制離散