电力系统继电保护(超全讲解)课件.ppt

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1、电力系统继电保护,2018.04,第一讲 电力系统继电保护第二讲 互感器和变换器第三讲 对称分量滤序器第四讲 电网的电流保护第五讲 电网的过电流保护第六讲 相间短路方向电流保护第七讲 中性点直接接地保护第八讲 中性点不接地保护第九讲 电网的距离保护第十讲 阻抗继电器接线第十一讲 距离保护的整定计算第十二讲 影响距离因素第十三讲 输电线路纵差动保护第十四讲 方向高频保护第十五讲 相差高频保护第十六讲 章自动重合闸第十七讲 变压器保护的故障类型第十八讲 变压器差动保护第十九讲 变压器的瓦斯和后备保护第二十讲 发电机保护第二十一讲 发电机失磁保护第二十二讲 微机保护,第一讲 电力系统继电保护, 电力

2、系统继电保护课程简介,一、电力系统继电保护研究的主要内容1.电力系统 由发电机、变压器、输电线路和用电设备组成的统一整体,2.继电保护装置 由各种继电器（电流继电器、电压继电器、功率继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器等）组成继电保护装置，实现对电力系统的元件保护功能。,3.继电保护的作用： 对电力系统发生的故障能自动、迅速有选择性的切除故障设备，使停电范围最小。 对电气设备的不正常运行状态发出信号或跳闸。,二、继电保护的发展过程,继电保护是随着电力系统的发展而发展的，电力系统发生短路产生电弧，使电流增大，电压降低，烧毁故障设备，破坏电力系统的并列运行。最早采用熔断器串联在供电线路中，使

3、熔断器熔断，保护电气设备。,1901年出现了感应型过电流继电器； 1908年提出了电流差动保护； 1910年方向电流保护开始应用； 1920年出现了距离保护； 1927年出现了载波保护； 1950年提出了行波保护的设想，1975年前后行波保护装置得到应用；,1890年出现了直接装于断路器上反应一次电流的电磁型过电流继电器。19世纪初继电器广泛用于电力系统保护。,1987年10 月由中国电机工程学会继电保护专业分会在南京召开了微机继电保护研讨会，目的是推广微机保护的应用。直到90年代中期微机继电保护才开始得到推广和应用。目前我国微机保护已经得到广泛应用，包括微机自动调节装置。,20世纪60年代末

4、世界上开始提出微机保护的设想。70年代出现了性能比较完善的微机保护装置样机；我国1984年10月由华北电力大学杨奇逊教授研制的第一台微机保护通过鉴定。,四、我国继电保护主要科研院所和生产厂家 高等学校：清华大学、西安交通大学、天津大学、华北电力大学、华中科技大学、上海交通大学、东南大学、山东大学等院校 国电南瑞、北京四方、许昌继电器厂、东方电子等。,三、学习本课程所需要的基础知识 学习本课程所要求的基础课有电路、电机学、数字电子技术、模拟电子技术和微机原理等课程的基本知识；对专业基础课的要求主要有电力系统分析、发电厂电气部分、电力系统自动调节装置及高电压技术等课程的有关内容。,六、 要想学好本

5、课，首先要掌握各种保护的基本概念、基本原理和保护装置的原理接线和整定计算以及提高保护灵敏度的措施。同时要重视本课程的实验。从事本专业一项非常重要的工作就是保护装置的调试，所以本课程是一门理论性和实践性很强的课程。,五、主要参考书,（1）张保会等.电力系统继电保护（2）贺家李.宋从矩，电力系统继电保护原理（3）王广延.吕继绍，电力系统继电保护原理与运行（4）王维俭.电力系统继电保护基本原理（5）朱声石.高压电网继电保护原理与技术,主要内容1、掌握电力系统继电保护的作用；2、掌握电力系统对继电保护的基本要求；3、了解电力系统继电保护的构成原理；4、重要概念：选择性、速动性、灵敏性、可 靠性，主保护

6、、后备保护。, 绪论,一、电力系统的故障和不正常运行状态（一）电力系统的正常运行状态一次设备：电能通过的设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备 正常运行状态：电力系统的发电机、变压器、输电线路和用电设备的运行参数都在允许范围内（满足功率、电压、电流、频率等约束条件）,（二）不正常运行状态不正常运行状态 不满足运行的约束条件。如电压过高过低，过负荷、系统振荡、变压器油温过高、中性点过电压等（三）故障状态 电力系统的一次设备发生短路、断线等故障,(四)电力系统短路的后果：1.产生很大的短路电流和电弧，损坏故障设备2.产生热和电动力，损坏非故障设备或缩短其使用寿命3.电压

7、大大降低，破坏用户的正常工作4.破坏系统并列运行的稳定性(五)继电保护的作用 1.自动、迅速而有选择性的将故障设备切除； 2.对电力系统的不正常运行状态发出信号或跳闸。,二、 继电保护的基本原理（一）继电保护的基本原理 反应短路时电流增大的保护电流保护 反应短路时电压降低的保护电压保护 反应短路点到保护安装地点之间的距离距离保护 反应短路时电流和电压相位的保护方向保护 反应变压器油的流速或气体的体积瓦斯保护,（二）继电保护装置的构成1. 测量部分2. 逻辑部分3. 执行部分,保护装置的组成框图,三、电力系统对继电保护的基本要求,（二）速动性：（也称快速性）就是动作速度要快，在保证选择性的前提下

8、，动作速度越快越好。,电网保护选择性动作,（一）选择性：只切除故障设备，停电范围最小,（四）可靠性：该动作时坚决动，不该动作时坚决不动,（三）灵敏性：灵敏性是对保护区内的故障反应能力，灵敏性用灵敏度来衡量，继电保护和安全自动装置设计技术规程对各种保护装置的灵敏度有具体的要求，在整定计算时，必须满足灵敏度的要求。,对反应故障时电气量上升的保护，其灵敏度为被保护范围末端短路故障参数的最小计算值与保护的整定值之比。 对反应故障时电气量下降的保护，其灵敏度为保护的整定值与被保护范围末端短路故障参数的最大计算值之比。,严格的选择性，需要的快速性，足够的灵敏性，必保的可靠性。,总之,研究电力系统继电保护就

9、要处理好电力系统对继电保护这四个基本要求之间的关系。,习题及思考题,1、继电保护装置在电力系统中所起的作用（任务）；2、继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能，各环节的主要是什么？,3、电力系统对继电保护基本要求是什么？如何处理这些要求之间的关系？4、结合电力系统基础知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性？,第二讲 互感器和变换器,主要内容1、了解电压变换器、电流变换器和电抗变换器的工作特性2、掌握电压变换器、电流变换器和电抗变换器在变换性能上的区别3、掌握电流互感器、电压互感器的使用注意事项,1、电流互感器（CT,TA） ，一般二次额定电流为5A电压互感器（

10、PT,TV） ，一般二次额定线电压为100V注意：互感器的同名端，当两线圈的电流同时由同名端流入或流出时，两电流所产生的磁通是相互加强的。保护常用减极性标注,一、互感器,电流互感器结构图,电流互感器的极性标示和相量图(a)参考方向均指向同极性端 (b)为(a)的相量图(c)参考方向指向异极性端 (d)为(c)的相量图,用加极性标注,用减极性标注,*进，*出，两电流同相位,2、电流互感器及误差分析由电流变电流,电流互感器的等效电路和励磁特性(a)等效电路 (b)励磁特性,具有铁心的线圈是一个非线性元件，其励磁阻抗随励磁电流的大小而变化 当铁心不饱和时，励磁阻抗很大，且基本为常数，此时二次电流I2

11、与一次电流I1成比例，误差很小。,当铁心饱和时，励磁阻抗迅速下降，励磁电流迅速增大，二次电流误差增大注意：二次负荷阻抗是指二次等值负荷阻抗，即二次绕组流出单位电流时，二次绕组上所产生的电压,A、当一次电流I1一定，二次负荷阻抗越大，误差越大B、二次负荷阻抗一定，一次电流I1越大，误差越大,3、电压互感器电压变电压注意：开口三角绕组的额定电压 在中性点直接接地系统中，二次绕组的额定电压为100V; 在中性点不接地系统中，二次绕组的额定电压为100/3V;,4、使用注意事项 电流互感器在运行中，二次侧不允许开路，二次绕组及铁心应可靠接地 电压互感器在运行中，二次侧不允许短路，二次绕组及铁心应可靠接

12、地,变换器原理接线图(a)电压变换器 (b)电流变换器 (c)电抗变压器,二、变 换 器电压变换器（中间变压器，YB）,电流变换器（中间变流器,LB）电抗变换器（电抗互感器,DKB）,1、使用变换器的目的将高电压、大电流变为低电压；改变原、付方电量之间的相位关系；构成滤序器；得到模拟阻抗，改变整定值；使强弱电隔离。,3、电流变换器,电流变换器等值电路,2、电压变换器,4、电抗变换器,电抗变压器(a)原理结构 (b)等值电路,Xm称为转移电抗Zm-称为转移阻抗改变移相绕组的电阻，即可改变原、付方电量之间的相位关系,电抗变压器相量图,（一）电压变换器、电流变换器和电抗变换器的工作特性1、电压变换器

13、接电压互感器的二次侧，电压变电压励磁阻抗很大，原、付方绕组的漏抗可以忽略 ,（二）电流变换器接电流互感器的二次侧，电流变电压励磁阻抗很大，二次侧负荷阻抗较绕组的漏抗大的多,（三）电抗变换器接电流互感器的二次侧，电流变电压励磁阻抗很小，二次侧负荷阻抗较绕组的漏抗大的多,(四)电流变换器与电抗变换器的性能比较1、变换前后电气的相位不同；2、对高次谐波的影响不同,设一次电流为,对电流变换器,对电抗变换器,3、对直流分量的影响不同设,对电流变换器,对电抗变换器,一般Ta在2-3s,一次系统非周期分量衰减时间常数,电抗变换器对高次谐波有放大作用,习题及思考题,1、电流互感器、电压互感器在使用中应该注意哪

14、些事项？2、电流变换器和电抗变换器在变换性能上有哪些主要区别？,第三讲 对称分量滤序器（过滤器）,主要内容1、了解对称分量滤序器的工作原理2、掌握几种常用滤序器的构成及分析方法,对称分量滤序器是一种能从三相全电流或三相全电压中滤出正序、负序或零序分量的装置一、基本原理,是复数,对称分量滤序器,整理得,令 可得到各种滤序器,对（A）式，若只有一个K不为0，称为简单滤序器，若有两个K不为0，称为复合滤序器,二、几种常用滤序器1、 零序滤序器零序电流滤过器,零序电流滤过器原理接线图,零序电压滤过器,零序电压滤过器(a)三相五柱式电压互感器 (b)发电机中性点接地电压互感器,2、负序滤序器负序电压滤序

15、器,单相式负序电压滤过器原理接线图,负序电压滤过器位形图(a)输入正序电压时位形图 (b)输入负序电压时位形图,负序电流滤过器,负序电压滤序器,参数必需满足,感抗移相式负序电流滤过器相量图(a)加入正序电流 (b)加入负序电流,电容移相式负序电流滤过器原理接线图,电容移相式负序电流滤过器(a)加入正序电流 (b)加入负序电流,正序电压滤过器,三相式负序电压滤过器(a)原理接线图 (b)输入正序位形图 (c)输入负序位形图,习题及思考题,1、将零序电压互滤序器的输入端一相极性接反了，正常运行时输出端电压是多少？2、将负序电压滤序器的三相输入端任何两相对换，请分析是什么滤序器？,3、将负序电流滤序

16、器的输入端任意两相对换，请分析是何种滤序器？,4.如图所示，已知系统电抗 电压互感器的变比 试求：在变电所出线端K点发生单相接地短路时，变电所测到的零序电压是多少？,4题图,110kV,k,第四讲 电网的电流保护,2、掌握单电源线路三段式电流保护的工作原理、整定计算和原理接线；,1、了解电磁型电流继电器的结构和工作原理;,主要内容,3、掌握动作电流、返回电流、返回系数、继电特性等概念。,一、继电器1、继电器的分类 按动作原理分：电磁型、感应型、整流型、晶体管型和数字型等； 按所反应的物理量分：电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器、周波继电器、瓦斯继电器等。 按作用分：启动继电器、时间

17、继电器、中间继电器、信号继电器、出口继电器等,单电源电网相间短路的短路保护,电磁型继电器的原理结构图(a)电磁型电流继电器的原理结构，（b）和转矩曲线,2、电磁型过电流继电器的结构和工作原理,能使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流,能使过电流继电器返回的最大电流称为继电器的返回电流,3、动作电流,4、返回电流,继电器动作非常明确干脆的特性称为继电特性,7、电磁型电压继电器,返回系数要求0.85-0.9,5、继电特性,6、返回系数,二、无时限电流速断保护(段),电流速断保护动作特性的分析,1、动作电流,2、动作时限为0秒3、灵敏度校验,最小保护范围应大于15-20%，用最小运行方式两

18、相短路计算,动作电流应躲过被保护线路末端三相最大短路电流,无时限电流速断保护的单相原理接线图,4、原理接线,-,中间继电器的作用：增加接点容量和数量； 增加保护的固有动作时间，以躲过避雷器的放电时间,三、带时限电流速断保护(II段),1、动作电流,动作电流与下一条线路I段动作电流相配合,2、动作时限,动作时限为下一条线路I段动作时限加,3、灵敏度校验,时限电流速断保护的单相原理接线图,4、原理接线,-,注：2为时间继电器,若灵敏度不满足要求，应与下一条线路的二段相配合,习题及思考题,1、什么是“继电特性”？在过量继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？2、请说明什么是继电器的动作电流？

19、返回电流？返回系数？,3、结合电力系统基础知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性？,第五讲 电网的过电流保护,1、掌握单电源线路段过电流保护的工作原理、整定计算和原理接线；2、掌握提高电流保护灵敏度的措施和电流保护的接线方式;,主要内容,3、掌握提高电流保护灵敏度的措施。,四、定时限过电流保护(段) 1、动作电流,动作电流应按躲过最大负荷电流整定,选择过电流保护动作电流网络图,最大负荷说明图,2、动作时限 按时限阶梯原则整定,单侧电源串联线路中各过电流保护动作时限的确定,3、灵敏度校验,近后备：,远后备：,应注意各级过电流保护灵敏度之间的配合,过电流保护动作时限的选择

20、说明图,4、原理接线,过电流保护单相原理接线图,-,阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图,五、电流保护的接线方式,电流保护的接线方式是指电流互感器的 二次绕组和电流继电器的连接方式,（1）完全星型接线方式 三相三继电器接线方式,(2)不完全星型接线方式 两相两继电器接线方式,三相三继电器接线方式,两相两继电器接线方式,两种接线方式的特点：1.对各种相间短路，两种接线方式均能正确反应。2.两点接地短路时，在小接地电流系统中，发生两点接地时，希望只切除一个各种点。(1)对串联线路上两点接地短路,串联线路上两点接地示意图,a、采用三相星形接线时： 由于保护2之间有配合关系，因此能保证100%地

21、只切除NP 线路。,b、采用两相星形接线时： 将有1/3的机会使靠近电源的MN线路误跳闸，从而扩大了停电范围。,(2)对放射形线路上的两点接地,a、采用三相三继电器接线方式时，保护1和保护2100%同时切除两条线路；b、采用两相两继电器接线，有2/3的机会只切除一条线路。,并联线路上两点接地示意图,(3)在Yd接线变压器后两相短路时Yd.11接线的降压变压器（假设变比为1）后两相短路时,Yd.11降压变压器后两相短路时电流分布情况,结论： Yd.11接线的降压变压器后AB两相短路时，高压侧B相是其它两相电流的两倍，且相位相反。 对升压变压器高压侧两相短路，电压侧短路电流同样存在这样的关系。,在

22、 d.11变压器后两相短路时灵敏度不同,有两相电流相等，为两相短路电流 倍, 有一相电流是另外两相电流的2倍，为两相短路电流的 倍，且相位相反。,1、采用电流电压联锁保护,六、提高电流保护灵敏度的措施,2、采用差动保护,3、当保护安装地点和短路点之间有星-三角变压器时，采用两相三继电器接线方式,三段式电流保护原理接线意图,七、三段式电流保护原理接线,习题及思考题,1、电力系统对继电保护基本要求是什么？如何处理这些要求之间的关系？2、结合电力系统基础知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性？,第六讲 相间短路方向电流保护,主要内容1、了解功率方向继电器工作原理和动作特性2

23、、掌握相间短路电流保护功率方向继电器的接线方式；3、掌握中性点不接地系统零序电流、零序电压和零序功率的分布的特点；4、掌握灵敏角、90接线方式、死区、潜动等概念,一、方向电流保护的工作原理,方向电流保护的原来接线图,方向继电器工作原理分析图,二、功率方向继电器,1.工作原理,电磁转矩：,式中：K比例系数 电压回路的阻抗角； 电压回路阻抗角的余角， =90- ，称为功率方向继电器的内角 加入功率方向继电器的电压与电流的相位差,2.动作特性动作条件,-加入功率方向继电器电压与电流的相位差，电压超前电流为正，改变内角使功率方向继电器工作最灵敏。国产的功率方向继电器的内角为30、45 。,定义（UrI

24、r）为最小动作功率，即继电器动作最灵敏。,角度特性电流为常数，一般为额定电流，,最小动作电压 GG-11,时小于2.5V,为45时小于5V;,LG-11 小于2V;LLG-3 小于 0.2V。当加入功率方向继电器的电压小于最小动作电压时，功率方向继电器出现死区。,伏安特性加入功率方向继电器的电压和电流的相位差为常数,3功率反向继电器的动作区,功率方向继电器的潜动功率方向继电器只加电压或电流时，功率方向继电器动作的现象或动作的趋势。原因：磁路、电路不对称要求：无潜动或反向潜动最小。,三、功率方向继电器的90接线方式,三相式方向过电流保护的原理接线图,四、方向电流保护的整定计算,1、不考虑方向短路

25、电流2、应考虑分支电流的影响，用分支系数表示,正方向各种短路时，方向继电器能够正确动作的内角的范围,综合三相和各种两相短路的分析得出 当 使方向继电器在一切故障情况下都能正确动作的条件为,功率方向继电器动作最灵敏的条件，应根据三相短路时使cos=1来决定。因此，某一已经确定了阻抗角的线路而言，理论上应采用 ，以便获得最大输出。,90接线方式的优点：各种两相短路没有死区；适当选择内角后，对线路上发生的各种相间故障，都能保证动作的方向性；缺点：不能消除三相短路时的死区。,助增电流的影响,外增电流的影响,对方向性电流保护的评价1、对电流速断保护 看反向最大短路电流，若反向最大短路电流小于保护的整定值

26、，则可省去方向元件2、对过电流保护 站在母线看两侧保护动作时间，长的不装短的装，时间相等都要装,作业与思考题1、在什么情况下采用电流保护时必须要装设方向元件才能保证选择性？2、在输电线路上采用方向电流保护时，什么情况下会出现死区？3、按90接线的功率方向继电器在正向三相短路和两相短路时，会不会出现死区？为什么？4、功率方向继电器能单独用作线路保护吗？为什么？5、什么叫按相启动接线？方向电流保护为什么要采用按相启动接线？,第七讲 中性点直接地系统 单相接地保护,主要内容：1、了解中性点直接接地系统单相接地的特点；2、掌握中性点直接接地系统中零序电流、零序电压和零序功率的分布特点；3、了解中性点直

27、接接地系统零序电流和方向保护。,一、电力系统中性点接地方式,电力系统中性点有直接接地系统、中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。 中性点直接接地系统又称为大接地电流系统或大电流接地系统。 中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统又称为小接地电流系统或小电流接地系统。 在我国110kV及以上的系统为中性点直接接地系统；35kV及以下系统为中性点不接地系统。,二、中性点直接接地系统单相接地的特点,1.零序电压： 故障点的零序电压最高，离故障点越远处零序电压越低，变压器中性点接地处零序电压为零。,接地短路零序网络等效电路,4.保护安装处的零序电压与零序电流的关系： 该处的零序电压与零序电流的

28、相位差有保护后零序阻抗的阻抗角决定，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。,3.零序功率： 由于故障点的零序电压最高，所以故障点的零序功率最大，越靠近变压器的中性点接地处零序功率愈小；在故障线路上，零序功率是由线路流向母线的。,2.零序电流： 零序电流的数值和分布与变压器中性点接地的多少和位置有关，与电源的数目和位置无关。,零序电流超前零序电压 ，d为保护后系统阻抗的阻抗角,三、中性点直接接地系统零序电流保护,由零序电流段、段和段组成。,（一）无时限零序电流速断保护无时限零序电流速断保护与无时限电流速断保护相类似是靠选择电流整定值来获得动作的选择性。,原则1:躲过下一条线路出口接地短路的

29、最大三倍零序电流整定,原则2：躲开断路器三相触头不同时合闸而出现的三倍零序电流,选择上两式较大者为保护整定值。若保护装置的动作时间大于断路器三相不同时合闸时间，可不考虑2。,灵敏性：要求与相间短路电流保护段相同,最小保护范围 (15-20)%,(二)限时零序电流速断保护 限时零序电流速断保护的作用原理与限时电流速断保护相似。,限时零序电流速断保护的整定计算说明,动作电流：与下一条线路零序电流段相配合,动作时限：比下一条线路零序电流段大t，灵敏性校验,若灵敏度不满足要求：应与下一条线路的段相配合；保留0.5s的保护，增加一个按（1）原则整定的保护。这样与无时限零序电流速断内角和零序过电流保护组成

30、四段式零序电流保护。改用接地距离保护。,（三）零序过电流保护零序过电流保护用作本线路接地故障的近后备保护和相邻元件接地故障的远后备保护。在中性点直接接地系统的最末端线路上，也可作为主保护。,零序过电流保护动作电流的整定原则：原则1：躲过相邻线路出口三相短路时可能出现的最大不平衡电流原则2：与相邻线路零序过电流保护的灵敏度相配合,原则3：如果系统可能非全相运行，应躲过非全相运行时出现的最大3倍零序电流,取上述较大者为整定值。,灵敏度校验,近后备,远后备,（四）方向性零序电流保护,在多电源的大电流接地系统中，为保证选择性，与相间短路方向电流保护相似，在零序电流保护的基础上装设方向元件，构成方向性零

31、序电流保护。,（1）零序功率方向继电器零序功率方向继电器接于零序电源3U0和零序电流3I0之上，它只反应零序功率的方向而动作。,由于越靠近故障点零序电压越高，由此零序功率方向继电器没有死区。但当故障点距离保护安装地点越远，保护安装处的零序电压越低，零序电流越小，继电器可能拒动。对零序功率方向继电器要校验其灵敏度,式中 （3U03I0）min保护区末端接地短路时，保护安装处的最小零序功率S0.op零序功率方向继电器的动作功率,近后备要求大于2远后备要求大于1.5,（2）零序功率方向继电器的灵敏度校验,对于 的零序功率方向继电器,零序功率方向继电器的接线方式,零序功率方向继电器的动作区,由此可知。

32、当正方向故障时，3I0超前3U0的角度为100左右，那么对于 零序功率方向继电器应采用正极性接入方式继入3I0,3U0。,对于 的零序功率方向继电器,由此可知，当正方向故障时，3I0超前3U0的角度为100左右，那么对于 零序功率方向继电器应采用反极性接入方式继入3I0,-3U0。,零序功率方向继电器的接线方式,零序功率方向继电器的动作区,三段式零序方向电流保护的原理接线图,(五)三段式零序方向电流保护的原理接线图,（六）对零序电流保护的评价,采用三相星形接线方式的相间短路电流保护，也能反应单相接地短路，但零序电流保护有如下优点：1.灵敏度高 对速断保护而言，由于线路的 ，因此，同一线路始末两

33、端短路时的零序电流差别远大于相间电流的差别。从而零序电流速断保护的保护范围大而且稳定。 对过电流保护而言，相间短路的过电流保护的动作电流远大于零序过电流保护的动作电流。而发生单相接地短路时，故障相的电流与三倍零序电流相等，因此零序过电流保护的灵敏度高。,缺点：不能反应相间故障。,2.受系统运行方式变化的影响小。3.延时小。在同一线路上的零序过电流保护的延时分别比相间短路过电流保护的延时小。4.零序功率方向元件无死区。5.零序电流保护不受振荡和过负荷的影响。6.接线更简单可靠。,作业与思考题1、输电线路上为什么要采用零序电流保护和零序功大接地电流系统中，发生接地短路时，零序分量与正序分率方向电流

34、保护？2、在量的主要区别有哪些？3、在大接地电流系统中，从满足继电保护的基本要求出发，应如何考虑中性点的接地问题？4、试分析零序电流互感器和零序电流滤序器的优缺点。5、零序方向电流保护的零序功率方向元件能采用90 接线方式吗？为什么？,第八讲 中性点不接地系统单相接地保护,主要内容1、了解中性点不接地系统单相接地零序电流、零序电压和零序功率的分别特点；2、掌握中性点不接地系统单相接地零序电流、零序电压和方向保护的工作原理和整定计算；3、掌握中性点不接地系统经消弧线圈接地时的补偿方式。,一、中性点不直接接地电网中单相接地故障的特点,设A相发生单相接地,简单网络接线示意图,A相接地时的向量图,单相

35、接地故障时三相系统的电容电流分布图,结论：1、发生单相接地时，全系统出现零序电压；2、非故障线路首端3I0为正常运行时每相对地耦合电容电流的三倍，其电容性无功功率的方向由母线指向线路；3、故障线路首端的3I0为全系统正常运行时每相对地耦合电容电流总和的三倍，其电容性无功功率的方向由线路指向母线；4、通过故障点零序电流为正常运行时每相对地耦合电容电流的三倍。,单相接地故障时的零序等效网络(a)等效网络 (b)向量图,二、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点,在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，应装设消弧线圈接地。 36kV -30A； 10kV -20A； 2266kV

36、-10A；,1.中性点经消弧线圈接地单相接地的特点,中性点经消弧线圈接地单相接地时，流经故障点的电流为全系统正常运行时每相对地电容电流的之和与流经消弧线圈的电流之和。两者的相位相反。,经消弧线圈接地系统单相接地时电流的分布图,（1）完全补偿接地点的电流为,可使故障点的电流为零，但却有严重的缺点。 正是产生串联谐振条件。在正常运行时，如果三相的对地电容不完全相等，则电源中性点对地之间就产生电压偏移,即,2.中性点经消弧线圈接地的补偿方式,此外，在断路器三相触头不同时合闸时，也会零序电压。 在串联谐振回路中汇产生很大的电压降落，从而使电源中性点对地电压严重升高，这是不能允许的，因此在实际上不能采用

37、这种方式。,（2）欠补偿,补偿后的接地点电流仍为电容电流性的。 其缺点是在线路发生故障时切除时，电容电流变小，可能变为全补偿产生过电压。这种方式一般也不采用。,（4）补偿度,补偿度一般在5-10%，不大于10%,（3）过补偿,故障点的电流为电感电流，当有线路故障切除时，故障点的电流仍为电感电流。不会产生谐振。在工程中一般采用这种补偿方式。,三、中性点不接地单相接地的保护,3、零序功率方向保护注意：中性点经消弧线圈接地时零序功率方向，故障线路与非故障线路零序功率方向相同,1、无选择性绝缘监视装（电压保护）2、零序电流保护,作业与思考题1、中性点不接地系统中发生单相接地时零序电流、零序电压的分别特

38、点。2、中性点不接地系统单相接地保护的构成原理。3、小接地选线装置的构成原理。,第九讲 距离保护及阻抗继电器,主要内容1、了解阻抗继电器的结构、工作原理和动作特性2、掌握距离保护的时限特性3、掌握动作阻抗、测量阻抗、整定阻抗、最灵敏角等概念。,一、距离保护的基本原理 距离保护就是反应短路点到保护安装地点之间的距离（阻抗），根据该距离的远近，确定保护的动作时间。,二、距离保护的时限特性,距离保护的基本原理,三、距离保护的主要组成元件,三段式距离保护的原理框图,(1)起动回路(2)测量回路(Z,Z,Z),(3)逻辑回路(4)其他部分,四、阻抗继电器 1、阻抗继电器的分类及其分析方法 (1)阻抗继电

39、器的分类,按动作特性分：全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性阻抗继电器、多边形阻抗继电器等,按构成原理分：感应型、整流型、晶体管型、集成电路型,按加入的电压和电流的相数分：有单相式和多相式,按被比较两个电压的方式分：有相比较和幅值比较,在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性(a)网络接线 (b)被保护线路的测量阻抗及动作特性,(2)阻抗继电器的分析方法,3、利用复数平面分析阻抗继电器的特性 (1)全阻抗继电器,2、测量阻抗,测量阻抗：加入阻抗继电器的电压和电流的比值,整定阻抗：以线路全长的（80-85）%的阻抗，其阻抗角为线路的阻抗角,全阻抗继电器的动作特性(a)幅值比较式 (b)相位比较式,相位

40、比较方式分析全阻抗继电器的动作特性(a)测量阻抗在圆内 (b)测量阻抗在圆外 (c)Zr超前于Zset时的向量关系,(2)方向阻抗继电器,方向阻抗继电器的动作特性(a)幅值比较式的分析 (b)相位比较式的分析,(3)偏移特性的阻抗继电器,具有偏移特性的阻抗继电器 (a)幅值比较式的分析 (b)相位比较式的分析,动作阻抗：使阻抗继电器处在临界动作时的阻抗称为动作阻抗,(4)功率方向继电器 (5)具有多边形特性的阻抗继电器,五、阻抗继电器的构成设：被比较稳定两个电压为U1、U2，,比较U1、U2两个电压的幅值或相位就得到各种特性的阻抗继电器,(一)比幅式阻抗继电器,K1、K3电压比例系数K2、K4

41、具有阻抗量纲的比例系数,动作条件：,1.当K1=0时,若K2=K4=KI,其动作特性是以K4/K3为圆心，以K2/K3为半径的园,为方向阻抗继电器,K4K2，为上抛园；K4K2，为偏移特性阻抗园。,2.当K1=K3=Ku时,令,其动作特性为Zset.1与Zset.2末端连线的垂直平分线，Zset.2侧为动作区。,当Zset.1=-Zset.2时，为功率方向继电器,当Zset.2=0，Zset.1=R时，为纯电阻特性,当Zset.2=0，Zset.1=X时，为纯电抗特性,（二）比相式阻抗继电器,动作条件：,令,令,作oa=Zset.1,ob=Zset.2其动作特性为包围线段ab的两个圆弧。一般1

42、 、2是任意的，在直线上， =180，,当21801时，特性曲线的内部为动作区,当11802时，特性曲线的外部为动作区,1.园特性阻抗继电器当2-1=180时，动作特性为园，ab为弦；当2=270 ，1= 90时，动作特性是以ab为直径的园；若令K1=K3，K2=-K4,则为全阻抗继电器。若令K1=K3，K2=0,则为方向阻抗继电器。,2.橄榄形特性阻抗继电器当2-1 180时，且（2-1）/2= 180,3.苹果形特性阻抗继电器当2-1 180时，且（2-1）/2= 180,4.圆缺形特性阻抗继电器1= 180,令K3=0,令K2/K1=-Zset,动作条件,Arg(Zm-Zset)就是阻抗

43、平面上矢量Zm-Zset与实轴的夹角,5.相位限制形特性阻抗继电器当2-1= 180时，其动作特性为Zm-Zset的直线当 1=180， 2=360为电抗形特性；当 1=90， 2=270为电阻形特性；,6.折线形特性阻抗继电器当2-1180时，其动作特性为折线形特性,幅值比较与相位比较之间的关系(a)|Zr|=|Zset|,=90(b)|Zr|90(c)|Zr|Zset|,90,若幅值比较的两个量为平行四边形的两条边，相比较的两个量则为平行四边形的两条对角线。,作业及思考题1、请说明测量阻抗、整定阻抗、模拟阻抗、动作阻抗、短路阻抗的意义。2、具有园特性的全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性

44、的阻抗继电器各有什么特点？3、方向阻抗继电器为什么要标出电流、电压的极性？如果在实际接线中将其中之一的极性接反了，会产生什么后果？如果两个极性都接反了会出现什么现象？,第十讲 阻抗继电器接线方式,主要内容1.了解对阻抗继电器接线方式的基本要求2.掌握相间短路和接地短路阻抗继电器的接线方式3.掌握阻抗继电器的0接线和带有零序电流补偿的 0接线方式,一、对接线方式的基本要求 1、继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安 装地点之间的距离； 2、阻抗继电器的测量阻抗与故障类型无关。 经分析相间短路和接地短路必须分开,二、相间短路阻抗继电器的0接线方式,1.三相短路,三相短路测量阻抗的分析,2.两相短路,

45、设以AB两相短路为例，分析此时三个阻抗继电器的测量阻抗。,两相短路测量阻抗的分析,3.中性点直接接地电网中两相接地短路继电器 的测量阻抗为,两相接地短路测量阻抗的分析,三、反应接地短路阻抗继电器的接线方式（带有零序电流补偿的0接线方式）,在大接地电流系统中，零序电流保护不能满足要求时，一般采用接地距离保护。,因此阻抗继电器采用0，任何相间故障测量阻抗都等于短路点到保护安装地点之间的距离，与故障类型和运行方式无关,式中K 称为零序电流补偿系数，其,发生接地短路测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离，与故障类型无关。,作业与思考题1.对阻抗继电器接线方式的基本要求是什么？ 2.相间短路和接地

46、短路阻抗继电器各采用什么接线方式？ 3.阻抗继电器能否采用90接线方式？为什么？,第十一讲 距离保护的整定计算,主要内容1、了解距离保护的优缺点2、掌握距离保护的整定计算3、掌握阻抗继电器精工电流的概念,一、距离保护第段的整定,1. 整定阻抗 对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定,式中 为可靠系数，取0.8-0.85。,2动作时限 距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即0秒。,二、距离保护第段的整定,（1）与下一线路的第一段保护范围配合，并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即,1整定阻抗,式中， 为可靠系数，取0.8； 为分支系数，取相邻线路距

47、离保护第一段保护范围末端短路时，流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能的最小比值，即,（2）与相邻变压器的快速保护相配合,式中， 为变压器短路阻抗；考虑到 的数值有较大偏差，所以取 ;也取实际可能的最小值。,取（1）、（2）计算结果中的小者作为,2. 动作时限 保护第段的动作时限，应比下一线路保护第段的动作时限大一个时限阶段，,3.灵敏度校验,如灵敏度不能满足要求，可按照与下一线路保护第段相配合的原则选择动作阻抗，即,取（1）、（2）计算结果中的小者作为整定值,这时，第段的动作时限应比下一线路第段的动作时限大一个时限阶段，即,三、 距离保护的第段的整定 1整定阻抗 按躲开最大

48、负荷时的最小阻抗来选择，若第 段采用全阻抗继电器，其动作阻抗为,对全阻抗继电器,式中 可靠系数，取1.2-1.3； 继电器返回系数,取1.1-1.15; 考虑电动机自起动时的自起动系数; 最小负荷阻抗； 被保护线路可能最大负荷电流。,2动作时限 保护第段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一个时限阶段，即,3灵敏度校验,作近后备保护时,作远后备保护时,分支系数取可能的最大值,当采用方向阻抗继电器时，保护的灵敏度比采用全阻抗继电器时可提高,如果选取方向阻抗继电器的最大灵敏角，则方向阻抗继电器的动作阻抗为,式中 为流过保护的可能的最小短路电流； 阻抗继电器的最小精确工作电流。对于计算 时

49、短路点的选取：精确计算时应选在各段保护范围的末端。通常对于距离段近似选在本线末端，第段近似选在相邻线路中间，第段近似选为相邻线路末端。,四、精确工作电流校验,为保证阻抗继电器的测量误差不超过10%，要求流过距离保护的短路电流应大于每段阻抗继电器的最小精确工作电流，并有一定的裕度。裕度系数,精工电流：当 时，继电器的动作阻 ，即比整定阻抗缩小了10%。因此，当 时，就可以保证起动阻抗的误差在10%以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。,精工电压：精工电流和整定阻抗的乘积：,方向阻抗继电器的 曲线,1主要优点（1）能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。（2）阻抗继电器是同时反应

50、电压的降低与电流的增大而动作的保护，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。其中段距离保护基本不受运行方式的影响，而、段仍受系统运行方式变化的影响，但比电流保护要小些，保护区域和灵敏度比较稳定。,五、对距离保护的评价,2. 主要缺点（1）不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30%40%范围以第段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。（2）阻抗继电器本身较复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此，距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。,作业与思考题1.阻抗继电器精确工作电流的含义是什么？阻抗继电器为什么要考虑精确工作电流？2.网络的参数如图所示