电力系统保护配置课件.ppt

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1、电力系统继电保护配置,电力系统安全防卫系统,第一道防线：单一元件故障（发电机、线路、变压器、直流单极故障等），正常清除，损失单一元件，系统保持稳定，供电正常；第二道防线：较严重的单一元件故障（母线、开关），单回线故障，同杆并架双回线发生异名相同时故障跳双回线，直流双极故障等，保护正确动作，损失1-2个元件，保持系统稳定，允许损失部分负荷；,电力系统安全防卫系统,第三道防线：故障时保护或开关拒动或误动，多重故障，失去大电源、失去整个变电站等特别严重故障，失去多个元件，造成部分电网失稳时，有措施快速将失稳部分解列，保证系统不发生崩溃和大面积停电，并迅速恢复。措施：失步保护、快速解列装置；低频和低压

2、减负荷；快速启动机组,一、继电保护的作用与任务,1.电气设备的三种状态 故障状态 不正常运行状态 正常状态,2.危害,3.继电保护的作用:继电保护是电力系统安全、稳定、经济运行的可靠保证。,电力系统的特点：1.短路故障时变化速度快；2.电能不能大量存储，实时平衡系统。,继电保护的正确动作是确保大电网安全、稳定的关键。,对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。,（2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。,问 题讨 论,继电保护,（1）当电力系统发生故障时，自动

3、、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。,继电保护基本任务,4.继电保护的基本任务,电流增大出现差流 出现序分量（零序、负序）,电 流,电 压,电压降低,电流电压间相角发生变化,电流与电压比值发生变化,出现序分量(零序、负序）,二、故障时电气量的变化,继电保护的基本要求,可靠性,快速性,灵敏性,保护范围内发生故障，保护装置可靠动作，而在任何不应动作的情况下，保护装置不应误动。,保护装置应尽快将故障设备从系统中切除，目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。,保护装置在其保护范围内发生故障或不正常运行时的反应能

4、力。,保 护四 性,选择性,保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽可能缩小，以保证系统中无故障部分继续运行。,选择性问题分析：由上图所示，以保护5为例。当本线路末端K2点短路时，希望速断保护5 能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路CD 的始端K1点短路时，按照选择性的要求，速断保护5就不应该动作，该处的故障应由速断保护6动作切除。实际上，K1点和K2点短路时，从保护5安装处所流过短路电流的数值几乎是一样的。因此，希望K2点短路时速断保护5能动作，而K1点短路时又不动作的要求不可能同时得到满足。,选择性问题的解决：为解决这个矛盾，可采取两种办法：第一，优先保证动作的选择性，即从保

5、护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时保护不启动，在继电保护技术中，这又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定；第二，当快速切除故障为首要条件时，就采用无选择性的电流速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。,继电保护分类,1、按照保护对象可分为线路保护、变压器保护、母线保护、发电机保护、电容器保护、电抗器保护等等。2、按保护故障类型：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护等。3、按照保护作用可分为：主保护、后备保护、辅助保护等。,电力系统继电保护的分类（按照保护原理分类）,（1）过电流保护原理（2）阻抗（距离）保护原理（3）纵联保护原理（4）横联差动保护原理（5）瓦斯保护

6、原理,按照被保护元件分类,（1）线路保护,（2）发电机保护,（3）变压器保护,（4）母线保护,（5）电动机保护,逻辑判断部分采用软件方式实现,传统保护,微机保护,方便可靠，易于实现复杂的保护原理。,实现方式,比 较,逻辑判断部分采用硬件方式实现,对于比较复杂原理的继电保护，难于实现。,继电保护分类,继电保护装置基本构成框图,控制,高压断路器（开关）,继电保护装置,高压电力系统中，断开短路电流是通过高压开关和继电保护装置配合来完成的。,变电站中的断路器,电缆沟,电气控制室,保护柜示意图,保护柜端子排,操作箱,保护,光纤接口,二次系统示意图,TV,TA,开关端子箱,操作机构,保护,保护,测控,监控

7、后台,保护信息管理机,网络,二次电缆,开关站,保护室,常规线路保护,单相接地故障.,相间故障（两相短路）,两相接地故障,三相短路（三相短路接地故障）,各类性质的开路,1.1线路故障的类型,1.3线路保护类型,线路保护一般分为,电 流保 护,零 序电 流,阻 抗保 护,纵 联保 护,电 压保 护,主保护,近后备保护,后备保护,主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。,远后备保护,主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备保护。,主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现的后备保护。,主保护,主保护,主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护线路和设

8、备的保护。,在复杂的高压电网中，当实现远后备保护在技术上有困难时，也可以采用近后备保护的方式。即当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护；为此，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。由于这种后备作用是在主保护安装处实现，因此，称它为近后备保护。,分析：远后备的性能是比较完善的，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源所引起的拒绝动作，均能起到后备作用，同时它的实现简单、经济，因此，在电压较低的线路上应优先采用，只有当远后备不能满足灵敏度和速动性的要求时，才考虑采用近后备的方式。,过电流保护,原 理,类 型,分 析,故障电流IIset

9、,阶段式电流保护,优点：简单、可靠，能反映各种性质的故障。缺点：直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响,瞬时电流速断,定时限过电流,限时电流速断,反时限过电流保护,配置原则：在 35kV 及以上中性点非直接接地电网的线路上，应装设反映相间短路的保护装置，一般装设三段式电流保护。对单相接地*故障，一般装设单相接地信号装置。有条件时，应装设单相接地保护。在单侧电源的链式单回线路上，应尽量采用阶段式的电流电压保护，当不能满足快速性和灵敏性要求时，可允许速断保护无选择性动作，而以重合闸来补救。在运行中可能经常出现过负荷的电缆线路应装设过负荷保护，一般作用于信号。必要时动作于跳闸。,配电线路保护

10、（35-60）kv电网（国网教材）,配置原则：在 10kV 中性点非直接接地电网中的架空线和电缆线路上，应装设相间短路及单相接地的保护装置。对于单侧电源辐射形电网的单回路，可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护。（允许只装设I、III段或II、III段或只装设第III段电流保护。）对于单相接地故障，在出线不多的情况下，一般装设反应零序电压信号的选线装置。在出线较多的情况下，则应装设接地保护动作于信号。只有在根据人身及设备安全的要求需要时，才装设动作于跳闸的接地保护。对运行中可能出现过负荷的电缆线路或者元件保护，可装设过负荷保护，一般动作于信号，必要时动

11、作于跳闸。,配电线路保护10kv及以下电网（国网教材）,（二）35KV、10KV线路,主保护：速断电流保护、定时限电流保护近后备保护：过电流保护重合闸（后加速）远后备保护：主变的后备保护,单相接地保护,相间短路,系统相对简单，一般采用带方向或不带方向的电流电压保护作为相间故障的主保护及后备保护。,说 明,保护配置,35KV和10KV系统是中性不直接接地系统。,相电压发生畸变，中性点位移，有较高的零序电压，而线电压不变,绝缘监察装置,2 电 压 保 护,方向闭锁电流保护,复合电压闭锁电流保护,电流,电压,低电压保护,过电压保护,10KV开关柜上的保护装置,优点：反应电流电压（如电压闭锁方向电流保

12、护，多电源时）变化，原理简单、可靠；缺点：受系统运行方式影响大，保护范围变化大，灵敏度低，不适合高压电网。,三段式电流保护：,电流保护段（瞬时电流速断）,仅反应于电流增大而瞬时动作，和其它线路间没有配合关系。保护范围：只能保护线路一部分,最大运行方式约全长的50%，最小保护范围不应小于全长的1520,(不能到80%左右，过负荷20%范围就到线路末端了，会失去选择性。)动作速度快，但有0.06左右延时。构成：硬件结构如图：,电流保护段（瞬时电流速断）,对每一套保护装置来讲，在系统最大运行方式下发生三相短路故障时，通过保护装置的短路电流为最大，称为系统最大运行方式；在系统最小运行方式下发生两相短路

13、时，则短路电流为最小，则称为系统最小运行方式。(系统正序和负序等值阻抗相等时，有两相短路电流等于该点三相短路电流的3/2=0.866 倍)对每套保护装置来讲：一般情况下，应按系统最大运行方式下发生三相短路故障时运行方式和故障类型来整定其保护范围。,IdZ的整定：IdZ=（1.2-1.3）I本线路末端三相短路时流过本保护的电流 瞬时电流速断保护的校验：一般情况下，应按系统最小运行方式下的两相短路时的运行方式和故障类型来校验其保护范围。规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的1520。,电流保护段（瞬时电流速断）,电流保护段（限时电流速断）,由于保护的动作时限与短路电流的大小无关(大于门限值)，是

14、固定的，故称为限时电流速断。限时电流速断保护用来切除本线路上速断范围以外的故障，能保护本线路的全长，同时也能作为本段瞬时速断保护的近后备保护。保护范围：可以保护本线路全长，通常要求段延伸到下一段线路的保护范围，但不能超出下一段线路段的保护范围。,电流保护段（限时电流速断）,在线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围内的故障都能在0.5s 的时间内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求。具有这种性能的保护称为该线路的主保护。分析：动作时间带延时的原因，由于要求限时电流速断保护必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线

15、路出口处发生短路时，它就要误动。为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限。一般动作时限比下一条线路的电流速断保护（段）高出一个t的时间阶段，通常取0.5s，微机保护取 03s。,电流保护段（限时电流速断）,构成：硬件结构与第段类似。IdZ的整定：为了使段电流保护能保护本线路全长，且不能超出下一段线路段的保护范围。则段电流保护的动作电流:IdZ=（1.1-1.2）I下一段线路段电流保护的动作电流,电流保护段（定时限过电流）,采用电流第段的原因：段电流速断保护可无时限地切除故障线路，但它不能保护线路的全长（15%-50%）。段限时电流速断保护虽然可以较小的时限切除线路全长上任一点的故

16、障，但它不能作相邻线路故障的后备，即不能保护相邻线路的全长.因此，引入定时限过电流保护，又称为段电流保护。保护范围：它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，作为本线路段、段主保护的近后备以及相邻下一线路保护的远后备。,电流保护段（定时限过电流）,第段的IdZ比第、段的IdZ小得多。其灵敏度比第、段更高；动作电流IdZ的整定：按躲过被保护线路最大负荷电流整定，返回电流：要求在相邻下段线路上的短路故障切除后保护能可靠返回（即保护装置的返回电流应大于外部短路故障切除后流过本保护的最大自启动电流）。这样就可保证电流保护段在正常运行时不启动，而在发生短路故障时启动，并以延时来保证选择性。

17、,电流保护段（定时限过电流）,时限整定：为了保证选择性，各段电流保护段（定时限过电流）的动作时限按阶梯原则整定，这个原则是从用户到电源的各段线路保护的第段的动作时限逐段增加一个t。见下页说明：,定时限过电流保护(段)动作时间,在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可能动作。例如：下图中d点短路时，保护14都可能起动。为了保证选择性，须对各段线路的定时限过电流保护加延时元件且其动作时间必须相互配合，越接近电源，延时ti越长。,总结：段式电流保护构成,I段：保护本线路一部分，动作时间快。|A|II段：可保护本线路全长及相邻线路一部分，动作时间有延时。|A

18、|/tIII段：保护本线路和相邻线路，动作时间长。A/S 线路首端附近发生的短路故障，由第I段切除，线路末端附近发生的短路故障，由第II段切除，第III段只起后备作用。（图上说明：上级线路 II 段可保护相邻线路一部分，不超出下级线路 I 段范围；上级线路 III 段延时比下级线路 III 段长）,总结：段式电流保护保护范围,I段：只能保护线路一部分,最大运行方式约全长的50%，最小保护范围不应小于全长的1520,II段：可以保护本线路全长，通常要求段延伸到下一段线路的保护范围，但不能超出下一段线路段的保护范围。III段：不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长。,总结：段式过电流

19、保护整定特点,（1）瞬时电流速断的电流整定：是按躲过被保护线路末端的最大短路电流整定。一般整定电流取线路末端最大短路电流Ik.max的1.21.3 倍。（2）第段电流整定：其整定电流一般取下一段线路的瞬时电流速断的 1112 倍，并在本线末端故障最小短路电流时，可靠动作。（3）第段的IdZ启动电流按照躲开最大（过）负荷电流来整定的一种保护装置。返回电流也应躲过下一级线路故障切除后本线路的最大自启动负荷电流。,终端线路过电流保护构成,特点：(国网教材）终端线路往往不装设段,末级线路保护简化（或）对终端线路可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护（保护范围可伸到变压器内部）；第二段为带

20、时限的过电流保护，保护可采用定时限(段)或反时限特性。根据被保护线路在系统中的地位，在保证满足选择性、灵敏性和速动性的前提下，允许只装设I、III段或II、III段或只装设第III段电流保护。,Tn为n段保护时限（n=1，2，3）在电流保护投入运行状态时，当任一相电流大于电流定值且时间大于整定延时后，装置动作即出口跳闸，并发出“保护动作”信号以及远传或就地显示“过流信号”。各段电流及时间定值可独立整定，通过分别设置保护压板或控制字来投退。,微机型三段式电流保护的原理框图,方向过电流保护,多电源网络增加方向元件保证选择性:分析：双侧电源供电情况下，K1故障，对误动作的保护3而言，实际短路功率的方

21、向都是由线路流向母线，这与在线路故障时正确动作的保护2的短路功率方向刚好相反。,方向过电流保护,解决方法：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。,方向元件配置+整定,即为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时，才允许保护动作。从而使继电保护的动作具有一定的方向性。从硬件配置上看：方向性继电保护的主要特点就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判别元件，以保证在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作。同方向的保护，它们的灵敏度应相互配合:IdZ。1 IdZ.3 IdZ.5 t1 t3 t5

22、,电压闭锁方向电流保护,电压元件做闭锁元件，电流元件做测量元件；I,II段电流元件整定同前电流保护，电压元件保证灵敏度；在 III 段整定时，III段电流元件躲过最大负荷电流（事故性），电压元件保证躲过(低于)保护安装处最低运行电压，由于有电压闭锁元件所以可不用考虑电动机的自启动系数，因而保护灵敏度和可靠性得到提高。电压电流保护一般用于多电源或较复杂的电网。,小接地电流系统的零序保护,在中性点非直接接地的电网（又称小接地电流系统）中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，在故障不扩大的情况下，可以运行一段时间。注意，在单相接地以后，其他两相

23、的对地电压要升高1.732倍。因此，在小接地电流系统中发生单相接地故障时，一般只要求继电保护能发出信号（无选择性、有选择性），而不必跳闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。特别是对配电网供电可靠性要求越来越高的今天，更是应该如此。,思考题：哪些可以保护本段线路全长？哪些可以延伸到其他段线路？哪些只能保护本段线路部分长度？全长：纵联保护延伸：零序二段、过流二段、距离二段部分：电流速断（1520以上）、距离保护的一段（8085）、零序一段,3、中低压线路保护110kv线路保护,配置原则：110 k V 中性点直接接地的电网中，装设反映接地短路和相间短路的保护装置。应配置反应相

24、间故障的三段式相间距离保护。应配置反应接地故障的三段式接地距离保护和三段式或四段式零序电流保护。,（三）110kV线路保护配置,距离（接地、相间）、保护，零序方向电流、保护,距离保护、零序方向电流保护，重合闸（后加速）,主变的过流保护,主保护,近后备,远后备,对于超短线路，距离保护、接地距离保护和零序保护的整定值已不能满足实际要求，故而采用纵联保护作为主保护。,3、中低压线路保护（110kv）的实际配置,接地故障保护：阶段式零序保护（IV段式）和接地距离保护（III段式）。相间故障保护：阶段式相间距离保护（III段式）。后备保护：一般采用远后备。重合闸：三相一次重合闸。现在也逐渐在重要线路配置

25、纵联保护作为110kv线路保护，再以距离和零序作为后备保护。,距离保护,原 理,类 型,分 析,Z=U/I,接地距离保护,优点：保护范围较为稳定，不受负荷电流和系统方式变化的影响；能反映各种性质的故障。缺点：保护范围受过渡电阻的影响较大。,相间距离保护,电网的距离保护,1.选择性 在多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。距离保护范围稳定，I 段基本不受系统运行方式影响。其它段受系统运行方式影响也比电流电压保护小。电流保护在长距离加重载情况下，由于末端短路和正常差别可能不大，会失去选择性。2.快速性 距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电源的线路，至少有30%（带方向，15%+15%）

26、的范围保护要以II段时间切除故障（可见不能做到全线速动，不能作为220KV主保护）。3.灵敏性 由于距离保护同时反应电压和电流，灵敏度高。4.可靠性 由于阻抗继电器构成复杂，距离保护的直流回路多，振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂，可靠性较电流保护低。,距离保护的特点,距离保护的工作原理,断路器处所装距离保护测量元件的输入是该处的母线电压和流过该线路上的电流。是反应电流增大和电压降低（即测量阻抗降低）而动作的一种保护。当故障点距保护安装处越近时，保护装置感受的距离越小，保护的动作时间就越短(段）；反之，当故障点离保护安装处远时，保护装置感受的距离越大，保护的动作时限就越长(段）。这样，故障将总是由

27、距故障点近的保护首先切除，从而保证在任何形状电网中，故障线路都能有选择地切除。因此，距离保护的测量元件应能测量故障点到保护安装处的距离。而测量故障点到保护安装处的距离，实际上是测量故障点至保护安装处的线路阻抗。,正常运行时母线上的工作电压 在额定值附近，一般说，线路的负荷电流，相对短路电流又小得多，故线路在负荷状态下的测量阻抗值较大，且其角度为负荷功率因数角。而在BC线上发生金属性三相短路时，在断路器 2QF处所测量的测量阻抗值小(等于该处母线残余电压与流经该处保护的电流的比值)为：,距离保护通过阻抗继电器来完成对线路阻抗的测量。单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压（可以是相电压或线电压

28、）和一个电流（可以是相电流或两相电流差）的阻抗继电器，加入继电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。测量阻抗可表示为：,（）对阻抗继电器接线的要求：,阻抗继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装地点之间的距离 阻抗继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化；阻抗继电器的测量阻抗应不受短路故障点过渡电阻的影响。（）阻抗继电器的工作方式：按绝对值比较方式的，按相位比较方式（3）阻抗继电器接线方式：反应相间短路的有00 接线、+300 接线、-300 接线；反应接地故障的接线。,常规距离保护的构成框图：由起动元件、方向元件、测量元件、时间元件和执行部分组成。,距离保护构成,

29、起动元件：发生短路故障时瞬时起动保护装置。方向元件：判断短路方向。测量元件：测量短路点至保护安装处距离（阻抗继电器）。时间元件：根据预定的时限特性动作的时限，保证保护动作的选择性。执行元件：作用于断开断路器。,三段式距离保护的原理框图,带闭锁的三段式距离保护的原理框图,距离保护的振荡闭锁,系统振荡特点：两侧相位在0360度间变化，电气量作周期性平滑变化，且各点的电流电压相角是变化的，振荡中心电压最低，电压电流保持对称，不会出现负序和零序分量。振荡可在系统的稳定控制装置（连锁切机、切负荷）、自动装置、调节器等作用下恢复正常。为防止振荡时误动，应设置闭锁。其利用的区分方式为：不对称短路存在负序和灵

30、序分量，三相短路的电压电流存在突变。对振荡闭锁装置的要求：发生短路时快速开放保护；出现振荡时快速闭锁保护；振荡平息后复归保护。,阶梯型三段式距离保护I段的保护范围为线路全长的（8085），动作时限为各继电器固有动作时间之和，约0.1s以内，称为瞬时动作。作为本线路的主保护。距离保护段的保护范围为被保护线路的全长及下一线路的（3040），不超过相邻线路距离I段的保护范围，动作时限要与下一线路距离I段动作时限配合，一般取0.5S左右。作为本线路的主保护。距离保护III段为后备保护，一般其保护范围较长，包括本线路和下一线路的全长乃至更远。距离III段的动作时限是按阶梯原则整定的，即本线路距离III段

31、动作时限比下一线路距离III段的动作时限大t(约05S)。主要作为相邻线路的后备保护。,三段式距离保护的保护范围及时限配合,零序保护,原 理,类 型,分 析,系统发生接地短路，会出现零序电流和零序电压。可根据有无零序分量，判断系统是否发生接地短路，从而构成接地短路保护。,零序电流保护（阶段式零序保护，零序方向过流保护）,受系统接地点和运行方式的影响较大零序电流保护只反映接地性质故障,零序电压保护,零序电流保护的特点,零序过电流保护的灵敏度较高。零序过电流保护的动作时限受零序网络的限制也较短。原理简单、结构可靠。相间短路的电流速断和限时电流速断保护直接受系统运行方式变化的影响很大，而零序电流保护

32、受系统运行方式变化的影响要小得多。当系统中发生某些不正常运行状态时（例如，系统振荡、短时过负荷等）三相是对称的，相间短路的电流保护均受它们的影响而可能误动作，因而需要采取必要的措施予以防止，而零序保护则不受它们的影响。在11OkV 及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70一90%,而且其他的故障也往往是由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护就具有显著的优越性。,零序电流过滤器,零序电流过滤器(a）原理接线,电网零序保护原理,大电流接地系统:（系统中主变压器中性点直接接地）国内：X0/X145 国外：X0/X13 零序等值阻抗：网络中性点接地方式，主要是与变压器接地中性

33、点分布、故障点位置、网络结构等有关。零序保护原理:利用系统中发生d(1),d(1,1)故障,系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量。根据这一特性，可利用零序分量构成接地短路的保护。,接地故障零序分量分布,接地故障零序分量特点,零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低。变压器中性点接地处U0=0。零序电流分布：中性点接地变压器的位置、短路点位置等有关，变压器中性点必须接地才能形成零序通路。中性点接地的变压器可以视为零序电流的电源。大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关。零序功率：短路点最大(与U0相同)。方向：与正序相反,从线路母线 零序电流零序电压相位角取决于背侧阻抗角。,

34、阶段式零序电流保护构成,三段式 段:速动段保护 段(、III段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短。最末一段：后备，即对III段式零序保护，其I段和II段作为本线路主保护，III段为相邻线路远后备；可见，三段式零序电流保护与三段式电流保护是相似的。,阶段式零序电流保护构成,四段式简介：IV 段式同III段式相比，增加了一段不考虑对本线末端有规定灵敏度的零序保护，其余同III段式零序保护。（如零序第段在线路对端母线接地故障时灵敏度不足，就由零序第段保护线路全长，以保证对端母线接地故障时有足够的灵敏度。这时，原来的零序第段就相应地变为零序第段。）,阶段式零序电流保护原理图,

35、从原理上讲，三段式零序电流保护与三段式电流保护是完全相同的，不同的是零序电流保护只反应了短路电流中的一个分量。而过电流保护则反应的是整个短路电流。故三段式零序电流保护的整定与时限配合原则上和三段式电流保护是相似的。,零序I段为瞬时零序电流速断，按本线路末端接地故障最大三倍(零序电流互感器接线方式）零序电流的（1.3-1.5）倍整定。零序段为限时零序电流速断，按本线路末端接地故障有不小于约1.3的灵敏系数整定，并与相邻线路零序过流段配合。零序段为后备段，作为本线路及相邻线路的后备保护，整定与相邻线路零序过流 段配合，对相邻线路末端金属性接地故障的灵敏系数力争不小于1.2，并躲开本线路末端主变其它

36、各侧三相短路最大不平衡电流，其一次值不于300A。在终端线路，也可以作为主保护使用。,零序电流保护各段的整定,零序保护范围和相间电流保护一样，广泛采用阶段式，一般是三段，有时可用四段，零序I段为瞬时零序电流速断，只保护线路的一部分（达80%左右，与距离保护类似）；无时限（有 I段元件的固有时限）。零序段为限时零序电流速断，可保护本线路全长，并与相邻线路保护相配合，动作一般带05s延时；零序段为后备段，作为本线路及相邻线路的后备保护，保护本线路全长及下一级线路全长。III段的动作时限是按阶梯原则整定的，即本线路距离III段动作时限比下一线路距离III段的动作时限大t(约05)。,零序电流保护的保

37、护范围及时限配合,零序方向元件,在多电源线路中，为了提高继电保护动作的选择性、可靠性，应采用方向元件，使保护性能有较显著改善。分析：在下图中，K点短路，对保护I03来说是反方向故障，会产生I0.NQ零序电流，如不考虑方向，当时限tI03tI02时，保护I03会先于保护I02出口，失去选择性。,零序方向元件,零序方向元件一般用零序功率方向继电器来实现。零序电流保护各段，经核算在保护配合上可以不经方向元件控制时，宜不经方向元件控制。,零序保护对变压器中性点接地方式要求,变压器中性点接地运行方式的安排，应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因，使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方

38、式时，根据当时实际情况临时处理。变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。,零序保护对变压器中性点接地方式要求,变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊方式处理。双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压

39、器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器直接接地。若不能保持不同母线上各有一个接地点时，作为特殊运行方式处理。为了改善保护配合关系，当某一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响。,220kV线路保护配置,双重化设置,纵联保护,主变后备保护相邻线路的三段保护,接地和相间距离/段、零序方向电流/段保护；失灵保护；综合重合闸,主保护,近后备,远后备,从系统稳定考虑，要求运行在任何情况下都应快速切除全线范围内的各种类型故障。纵联保护范围：本段线路两侧TA范围内任何一

40、点故障时，主保护无时限快速切除故障.一般认为220KV系统保护动作时间大于0.15秒，系统会失去稳定.一般高频保护动作时间为0.04-0.08秒，满足系统稳定的要求.,配置：双重化（每条线路配置独立的两套主保护）主保护：全线速动纵联主保护 后备保护：距离、零序保护的、段 采用单相重合闸纵联保护：本线路任何一点故障时，无时限快速切除故障。即综合反应两侧电气量变化的保护称作纵联保护。保护范围：本段线路两侧TA范围内任何一点故障时，主保护无时限快速切除故障。一般高频保护动作时间为0.04-0.08秒，满足系统稳定的要求；一般认为220KV系统保护动作时间大于0.15秒，系统会失去稳定。,高压线路保护

41、220kv及以上电网,每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不影响另一套保护的运行。两套保护的电流回路应分别取自电流互感器互相独立的绕组，并合理分配电流互感器二次绕组，避免可能出现的保护死区。两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。双重化的线路保护应配置两套独立的通信设备（复用光纤通道，载波等通道等），两套通信设备应分别使用独立的电源。双重化配置保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段。双重化配置的线路和变压器保护应使用主后一体化的保护装置。双重化配置的保护装置宜采用不同原理、不同厂家的保护装置。,22

42、0KV及以上保护双重化配置原则的要求,220kV线路，双母线接线，双套纵联保护配置,一次系统示意图,纵联保护,原 理,类 型,分 析,线路两侧均将判别量借助通道传送到对侧,然后,两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。,方向比较式纵联保护,全线速动的保护不作为相邻设备的后备保护 对于输电线路内部短路具有绝对的选择性,纵联电流差动保护,相差高频保护,图1 输电线路纵联保护结构框图,从系统稳定考虑，要求运行在任何情况下都应快速切除全线范围内的各种类型故障。纵联保护范围：:本段线路两侧TA范围内任何一点故障时，主保护无时限快速切除故障.一般认为220KV系统保护动作时间大于0

43、.15秒，系统会失去稳定.一般高频保护动作时间为0.04-0.08秒，满足系统稳定的要求.,(1)输电线路。三相线路都用，以传送高频信号。（例如兴隆站：901用A相，902用C相，B相用作远动通信）(2)高频阻波器。高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路。当其谐振频率为选用的载波频率时，对载波电流呈现很大的阻抗(在 1000以上)，从而将高频电流限制在被保护的输电线路以内(即两侧高频阻波器之内)。对50Hz工频电流而言，阻波器的阻抗仅是电感线圈的阻抗（约为0.04）,工频电流可畅通无阻。（3）耦合电容器。耦合电容器的电容量很小，对工频电流具有很大的阻抗，可防止工频高压侵人高频收发信

44、机。对高频电流则阻抗很小，高频电流可顺利通过。耦合电容器与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许此通道频率内的高频电流通过。,(4)连接滤波器。连接滤波器与藕合电容器共同组成带通滤波器。由于电力架空线路的波阻抗约为400，电力电缆的波阻抗约为100或75，因此利用连接滤波器和它们起阻抗匹配作用，以减小高频信号的衰耗，使高频收信机收到高频功率最大。同时还利用连接滤波器进一步使高频收发信机与高压线路隔离，以保证高频收发信机与人身的安全。(5)高频电缆。将户内的高频收发信机和户外的连接滤波器连接起来。(6)保护间隙。保护间隙是高频通道的辅助设备，用以保护高频收发信机和高频电缆免受过电压的袭击。(7)接

45、地开关。接地开关也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时，将它接地，以保证人身安全。(8)高频收发信机。高频收发信机用来发出和接收高频信号（发出预定频率）。,高频阻波器+耦合电容器,高频通道的工作方式：,高频通道的工作方式可以分为经常无高频电流（即所谓故障时发信，220KV高频闭锁）和经常有高频电流（即所谓长期发信）两种方式。在这两种工作方式中，根据传送的信号性质为准，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。这三种类型均运用于间接比较方式的方向高频保护中。,闭锁式、允许式比较,(1)闭锁信号,以两端线路为例，所谓闭锁信号就是指：“收不到这种信号是保护动作跳闸的

46、必要条件”。就是当发生外部故障时，由判定为外部故障的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁。而当内部故障时，两端均不发、因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。保护动作需要：同时存在本端保护元件动作+无闭锁信号两个条件。,(2)允许信号,所谓允许信号是指：“收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件”。当内部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保护装置能够动作于跳闸。而当外部故障时，则因接近故障点端判出故障在反方向而不发允许信号，对端保护不能跳闸，本端则因判出故障在反方向也不能跳闸。保护动作需要：同时存在本端保护元件动作+有允许信号两个条件。,(3)跳闸信号,跳闸信号是指：“收到这种信

47、号是保护动作于跳闸的充要条件”。实现这种保护时，实际上是利用装设在每一端的瞬时电流速断、距离I段或零序电流瞬时速断等保护，当其保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，可以不经过其他监控元件而直接使对端的断路器跳闸。采用这种工作方式时，两端保护的构成比较简单，无需互相配合。纵联电流差动也具有远方连锁跳闸的功能。保护动作需要：存在有跳闸信号或本端保护元件动作（保护元件动作与有跳闸信号同时存在：本侧保护判定故障正向后，向本侧DL发跳闸信号时会同时向对端发跳闸高频信号，单通道本侧也能收到这个跳闸高频信号）一个条件。,纵联保护分类2：,2、按保护动作原理分类：方向比较式纵联保护（纵联方

48、向、方向高频）间接比较 相差高频保护。直接比较 纵联电流差动（纵联差动、导引线保护）。,纵联保护分类2,方向比较式纵联保护（纵联方向、方向高频）:两侧保护仅反应本侧的电气量，利用高频通道将本侧保护对故障方向判别的结果传送到对侧，每侧保护经过逻辑判断来区分是区内还是区外故障。可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量，在通道中传送的是逻辑信号。,高频方向元件,目前高频方向元件有三种：功率方向元件、距离方向元件、零序方向元件。后两者分别对应高频闭锁距离保护、高频闭锁零序保护；这两种保护由于是多时限的阶梯配置，能起到相邻段的远后备保护作用。,方向比较式纵联保护工作原理,对于发生内部故障的故障线路，两端不

49、需要发出高频闭锁信号，从而使保护动作于跳闸；这样就可以保证在内部故障并伴随有通道的破坏时保护装置仍然能够正确地动作。,闭锁式以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成。220KV广泛采用。对于发生外部故障的线路，由短路功率方向为负的一端发出闭锁该线路两端保护的高频信号，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁，故称为高频闭锁方向保护。,闭锁式方向纵联保护的选择性分析:设故障发生于线路BC的范围以内，则短路功率SK的方向如图所示。此时，安装在线路BC两端的方向高频保护3和4的功率方向为正，故保护3、4都不发出高频闭锁信号，保护应动作于跳闸。此时，保护启动瞬时动作，跳开两端的断路器

50、。但对非故障线路AB和CD，其靠近故障点一端的功率方向为由线路流向母线，即功率方向为负，则该端的保护2和5发出高频闭锁信号。此信号一方面被自己的收信机接收，同时，经过高频通道把信号送到对端的保护1和6，使得保护装置1、2和5、6都被高频信号闭锁，保护不会将线路AB 和CD 错误地切除。,方向比较式纵联保护的作用原理,闭锁式方向纵联保护的主要元件构成,高频闭锁方向保护它是比较被保护线路两侧的功率方向，来判断输电线路的内部和外部故障，规定由母线流向线路的功率为正。高频闭锁方向保护的继电部分由两种主要元件组成：一是（电流）起动元件，主要用于在故障时起动高频收发信机，发送高频闭锁信号，二是方向元件，主