《电力系统继电保护原理》教案.

Presentation on theme: "《电力系统继电保护原理》教案."— Presentation transcript:

1 《电力系统继电保护原理》教案

2 §1 绪论 §1-1 继电保护的作用 一、故障及不正常运行状态 ┌ Id↑ 危害 ┌ 故障元件
故 障 → │ U ↓ → │ 非故障元件 (各种短路) └ f ↕ │ 用户 └ 电力系统 ┌过负荷 不正常运行状态→│过电压 危害 ┌元件不能正常工作 │f↓ → │长时间将损坏设备 └系统振荡 └发展成故障 二、继电保护的任务 ┌故障时：自动、快速、有选择性地切除故障元件,保证非故障 系统事故→│ 部分恢复正常运行。 └ 不正常运行时：自动、及时、有选择地动作于信号、 减负荷或跳闸

3 §1-2 继保的基本原理和保护装置的组成 一、反应系统正常运行与故障时电气元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理） 运行参数：I、U、Z∠φ 反应 I↑→过电流保护 反应 U↓→低电压保护 反应 Z↓→低阻抗保护(距离保护)

4 二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理）
以A-B线路为例： 规定电流正方向：保护处母线→被保护线路 规定电压正方向：母线高于中性点 1、外部d1点短路时： 、内部d2点短路时： (包括正常运行时)

5 利用以上差别，可构成差动原理保护。 如：纵联差动保护； 方向高频保护； 相差高频保护 光纤差动保护等。 三、保护装置的组成部分 ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐ 输入─→│测量│─→│逻辑│─→│执行│─→ 输出 信号 └──┘ └──┘ └──┘ 信号 ↑ └ 整定值

6 §1-3 对电力系统继电保护的基本要求 一、选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 d3点短路：6动作：有选择性； 5动作：无选择性 如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护) d1点短路：1、2动作：有选择性； 3、4动作：无选择性 后备保护（本元件主保护拒动时）： (1)由前一级保护作为后备叫远后备. (2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.

7 二、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。
(快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下) 三、灵敏性：保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑） 一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度 四、可靠性：不拒动、不误动。 （主保护对动作快速性要求相对较高； 后备保护对灵敏性要求相对较高）

8 §2 电网的电流保护和方向性电流保护 （主要用于35KV及以下线路） §2-1 单侧电源网络反映相间短路的电流保护 一、过电流继电器 1、基本符号及特性参数 动作过程： IJ↑→Mdc↑→Mdc≈>Mth+Mm →舌片开始动作 ┌ Mdc↑↑┐ 动作过程中：δ↓→│ │→舌片加速动作 ( Mdc =K·(IJ /δ) 2 ) └ Mth ↑ ┘ 动作终止时出现剩余力矩： ΔM = Mdc-Mth （有利于接点可靠闭合）

9 动作电流Idz.J：能使继电器刚好动作的最小电流值。
返回过程： IJ↓≈< Idz.J时，由于剩余力矩ΔM 的存在，暂时还不能返回； IJ↓↓→Mdc↓→ Mdc≈< Mth-Mm →舌片开始返回 ┌ Mdc↓↓┐ 返回过程中：δ↑→│ │→舌片加速返回 └ Mth ↓ ┘ 返回终止时出现剩余力矩：ΔM ’= Mth- Mdc （有利于接点可靠断开） 返回电流Ih.J：能使继电器刚好返回的最大电流值。

10 过电流继电器 表示符号： 继电器的返回系数： 继电特性：无论起动或返回，继电器J的动作都是明确干脆的， 不会停留在某个中间位置，这种特性称为“继电特性”。 过量继电器（保护）：反映电气量上升而使保护动作 的继电器(保护)，Kh<1 低量继电器（保护）：反映电气量下降而使保护动作 的继电器(保护)，Kh>1 2、集成电路型过电流继电器（晶体管型：略）

11 3ms延时：防止干扰信号引起的误动(干扰持续时间一般<1ms)

12 二、电流速断保护（电流I段） 电流速断保护：瞬时动作的电流保护。 1、整定计算原则 (1) 短路特性分析： 三相短路时d(3),流过保护安装处的短路电流： Zd ()↑ → Id↓ 曲线max：系统最大运行方式下发生三相短路情况。 曲线min：系统最小运行方式下发生两相短路情况。 （线路上某点两相短路电流 为该点三相短路电流的 倍）

13 (2) 动作电流整定 原则：按躲开下条线路出口（始端）短路时流过本保护的 最大短路电流整定（以保证选择性）： IIdz.1 > I(3)d.B.max IIdz.2 > I(3)d.c.max 取：IIdz.1= KkI·I(3)d.B.max IIdz.2= KkI·I(3)d.C.max （可靠系数：KkI = 1.2～1.3）

14 (3) 灵敏性校验 该保护不能保护本线路全长， 故用保护范围来衡量： max：最大保护范围. min：最小保护范围. 校验保护范围：（min/ L）·100%  15% ～ 20%

15 2、电流速断保护的评价 优点：动作迅速(主要优点),简单可靠。 缺点：不能保护本线路全长（主要缺点）， 直接受系统运行方式的影响， 受线路长度的影响。

16 三、限时电流速断保护（电流II段） 限时电流速断保护：以较小的动作时限切除本线路全线范围内的故障 1、动作电流的整定：与下条线路的电流I段配合。 即：保护范围延伸到下条线路，但不超出下条线路电流I段保护范围的末端。 即：躲开下条线路电流I段保护范围末端短路时（即流过下条线路的短路电流刚好为其电流I段整定值时），流过本保护的最大短路电流。 IIIdz.1= KkII·IIdz.2 = KkII·KkI·I(3)d.C.max 可靠系数： KkII = 1.1～1.2 （Id中非周期分量已 衰减，故比KkI稍小）

17 2、动作时限的配合 为保证本线路电流II段与 下条线路电流I段的保护范围 重叠区内短路时的动作选择 性，动作时限按下式配合： tII1=tI2+t≈t （t: 0.35s～0.6s,一般取0.5s） 3、保护装置灵敏性的校验 对于过量保护,灵敏系数： （电流保护的故障参数计算值：系统最小运行方式下被保护线 路末端发生两相短路时，流过本保护的最小短路电流）

18 对保护1的电流II段：Klm= 要求：Klm  1.3～1.5
IIIdz.1= KkII·IIIdz.2 (与下条线路的电流II段保护配合） 同时进一步提高时限： tII1=tII2+t≈2t （保证重叠区内故障的动作选择性） 四、定时限过流保护 （电流III段，主要作为后备保护，对灵敏性要求高） 1、动作电流的整定原则 按躲开流过保护的最大负荷电流来整定：IIIIdz > Ifh.max

19 机的自启动过程中，保护要能可靠地返回，则要求：
实际整定原则：考虑到外部故障切除后，电压恢复时电动 机的自启动过程中，保护要能可靠地返回，则要求： IIIIh > Izq.max= Kzq·Ifh.max (电动机负荷自启动系数Kzq > 1) 又：IIIIh = Kh·IIIIdz （继电器返回系数Kh <1） （可靠系数KkIII取：1.15～1.25） 2、按选择性要求确定过流保护动作时限 为保证动作选择性，动作 时限按“阶梯原则”整定: tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t

20 对定时限过流保护，当故障越靠近电源端时，此时短路电
流Id越大,但过流保护的动作时限反而越长 ——— 缺点 ∴ 定时限过流保护一般作为后备保护，但在电网的终端可以 作为主保护。 3、定时限过流保护灵敏系数的校验 (1) 作为本线路主保护或近后备时，按本线路末端短路流过 本保护的最小短路电流来校验： 要求 Klm  1.3～1.5

21 (2) 作为远后备时（相邻线路的后备），按相邻线路末端
短路流过本保护的最小短路电流来校验： 要求Klm  1.2 (3) 要求各保护之间Klm互相配合 对同一故障点，越靠近故障点的保护，其Klm要求越大 Klm.1 < Klm.2 < Klm.3 < Klm.4 < … 即要求：IIIIdz.1 > IIIIdz.2 > IIIIdz.3 > … (单侧电源辐射网，此条件自然满足)

22 五、阶段式电流保护的应用及评价 (1) 电流I段：由动作电流的整定来保证动作选择性，按躲开某点的短路电流整定，动作迅速（无时限），但不能保护本线路全长，作为主保护的一部分。 (2) 电流II段：由动作电流整定与时限配合来保证动作选择性，动作电流按躲开某点的短路电流整定，能保护本线路全长，动作时限较小，作为主保护的另一部分（电流I段的补充） (3) 电流III段：由动作时限的配合来保证动作的选择性，动作电流按躲开负荷电流整定，其值较小，灵敏度较高，然而动作时限较长，且越靠近电源短路，动作时限反而越长，一般作为后备保护，但是在电网终端可作为主保护。

23 六、电流保护的接线方式 LJ —(接线)— TA 1、两种常用的接线方式 (1) 三相星形 (2) 两相星形 各相LJ出口采用“或”逻辑。 继电器动作电流 Idz.J=Idz/nTA 2、两种接线方式的性能分析比较 (1) 对中性点接地或不接地网中各种相间短路两种接线方式 均能正确反映这些故障.

24 (2) 对中性点非直接接地网中的异地两点接地短路
（不同线路上两点接地） ∵这种电网允许带一个接地点继续运行 ① 串联线路上两点接地时： 三相星形接线能保证只切除后一接地点 两相星形接线只能保证2/3的机会切除后一接地点

25 ② 并联线路上两点接地时： 三相星形接线：若保护1，2时限相同，则两接地点将同时被切除，扩大了停电范围。 两相星形接线：即使保护1，2时限相同（例如皆由I段动作，或皆由II段动作），也能保证有2/3的机会只切除任一条线路。 (3)作为Y/接线变压器后面短路的远后备保护的接线方式 Y/-11接线T：正序： 侧超前Y侧30° 负序： 侧落后Y侧30° 现以Y/-11接线的降压变压器为例：

26 假设低压侧（侧）发生AB两相短路： ∴两相星形的Klm比三相星形降低一半 提高两相星形接线Klm的方法：在两 相星形的中线上再接一个继电器3LJ. ∵两相短路时有： ∴3LJ中的电流: ∴ I3LJ反映了IB  Klm↑

27 3、两种接线方式的应用 (1)三相星形：接线复杂，不经济，但可提高保护动作的可靠性与灵敏性，广泛用于发电机、变压器等大型贵重元件以及110kV以上高压线路的保护中。 (2)两相星形：接线简单、经济，广泛用于各种电网中反映相间短路的110kV以下中、低压线路的电流保护中。（电网中所有采用两相星形接线的保护都应装在相同的两相上，一般为A、C相）

28 七、三段式电流 保护接线图 1、原理图 以二次元件为 整体绘制。 2、展开图 以二次回路为 交流回路 直流回路

29 §2-2 电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性问题的提出（以双侧电源电网为例） E1单独供电：由保护1、3、5起线路保护作用 E2单独供电：由保护6、4、2起线路保护作用 E1、E2同时供电：（以B母线两侧保护2,3为例） 假设：┌ 电流I段保护： IIdz.3>IIdz.2 └ 电流III段保护：tIII3>tIII2 d1点短路时（要求：2动作，3不动），虽然此时可能满足选择性（3不误动）； 但若出现d2点短路，则：2误动 → 非选择性动作。

30 规定保护正方向：保护安装处母线 → 被保护线路
分析可知： 被保护线路正方向短路时：保护不会出现误动； 反方向短路时：由对侧电源供给的短路电流可能造成该保护 误动作，此时的功率方向：线路 → 母线 为防止保护误动,增设功率方向闭锁元件GJ(装于误动保护上) ┌ 正方向（母线 → 线路）：GJ动作启动保护 短路点位于│ └ 反方向（线路 → 母线）：GJ不动闭锁保护 增设GJ后,双侧电源网可以按单侧电源网的三段电流保护 进行配合 。

31 二、GJ的工作原理 保护1上装设GJ 假设GJ接线方式为： 加入GJ的电压： ——相电压（以相应相母线高于中性点N为正极性） 电流 ——相电流（以母线流向线路为正极性）。 则：d1点三相短路时： d2点三相短路时： 设计一个直线动作边界： 当正方向短路时位于动作区，GJ动作 当反方向短路时位于非动作区，GJ闭锁 （注：若GJ的接线方式或短路类型变化，则正向短路时 与 的相位差将变化，因此GJ的动作边界应可调整）

32 1、相位比较式GJ 相位比较器： 两输入量： 动作条件： （锐角型） 或 （钝角型） 相位比较式GJ： 两输入量： （其中 —— GJ的内角） 动作条件：

33 其功率表示形式为： 调 → 调GJ的动作边界 当 超前 的角度： 时： 垂直于动作边界，位于动作范围 的正中央，GJ动作最为灵敏可靠， 此时的 称为GJ的最灵敏角 ， 可见 2、幅值比较式GJ 幅值比较器：两输入量： 动作条件：

34 幅值比较器与锐角型相位比较器的关系（互换条件）：
若取： 则： ① 当相位比较器位于动作区，即： 即幅值比较器也位于动作区 ② 当相位比较器位于非动作区，即： 即幅值比较器也位于非动作区 ∴当满足： 时（ 为任意相量）， 幅值比较器与锐角型相位比较器具有相同的动作特性。 （幅值比较器与钝角型相位比较器的互换关系为： )

35 （当夹角为钝角时，相应持续时间<5ms）
幅值比较式GJ：两输入量： 则两比较量： 其特性与相位比较式GJ完全相同。 三、集成电路型GJ 1、相位比较式原理分析： 相位比较 → 时间比较 当 时： 的持续时间>5ms。 （当夹角为钝角时，相应持续时间<5ms）

36 2、集成电路型GJ 具体构成: 3、GJ的动作特性 理想GJ动作条件: －90º<ΦJ＋<90º 即: UJIJCos(ΦJ＋)>0 实际GJ: 起动电压Udz.J.min：电压回路形成方波电压U3所需最小电压。 起动电流Idz.J.min：电流回路形成方波电压U4所需最小电流。

37 （由于故障时电流IJ较大，不存在电流死区）。 GJ的“潜动”问题： 在只加电压UJ或只电流加IJ时，GJ就能动作。
当线路正向出口附近故障使： UJ < Udz.J.min时， GJ拒作，出现电压死区 （由于故障时电流IJ较大，不存在电流死区）。 GJ的“潜动”问题： 在只加电压UJ或只电流加IJ时，GJ就能动作。 （零点飘移造成，是不利因素） 集成电路GJ采用“同为正”及“同为负”的持续时间皆大于5ms的“与”门输出来消除“潜动”，但同时也就增大了死区。 四、相间短路GJ的接线方式 要求：(1)正方向任何相间故障: GJ动作 反方向任何相间故障: GJ不动 (2)加入GJ的UJ、IJ应尽量大, 且使正向故障的ΦJ →Φlm

38 90º接线方式: 线路正方向各种相间短路时,90º 接线方式的工作情况分析： 1、正方向三相短路 ∵三相完全对称 ∴以GJA为例分析(GJB、GJC相同): （Φd：线路阻抗角） 当Zd → 0时，UJ → 0 < Udz.J.min ，GJ拒动，存在死区。 为使GJ动作灵敏，应尽量使Φlm→ -(90º-Φd), 即:→(90º-Φd)

39 2、正方向两相短路 以BC两相短路为例分析： A相为非故障相，Ifh方向不定， 故GJA动作情况不定（但由于IA＝Ifh很小， A相电流元件LJA不起动，则不需考虑GJA） 分析故障相方向元件GJB、GJC的情况：

40 (1) d(2)点位于保护安装处附近 （Zd<<ZS，Zd≈0） (2) d(2)点远离保护安装处（Zd>>ZS）

41 同理可分析AB、CA两相短路的情况 3、结论： ① 在线路正方向各种相间故障情况下, 故障相GJ的ΦJ是在以-(90º-Φd)为中心 左右偏离不超过30º的范围内。 （反方向各种相间故障时,故障相GJ的 ΦJ是在以180º-(90º-Φd)=90º+Φd为中心 左右偏离不超过30º的范围内） ② 对三相短路存在死区（保护安装处正向出口附近），但对各种两相短路不存在死区（UJ中包含非故障相电压，其值较大）。

42 ③ 若线路阻抗角为Φd，为降低死区，应尽量使：
Φlm → -(90º-Φd) 即：→(90º-Φd) ④ 功率方向元件GJ与电流元件LJ应采用按相启动原则(即相应相的GJ与相应相的LJ相“与”后作为该相出口，然后各相出口再相“或”输出）。 ⑤ 只需采用两个方向元件（一般接于A，C相）即可反映各种相间短路的正、反方向。 ⑥ 三相短路的死区，对于动作速度要求不高的线路可由前级线路的保护作为远后备来切除；对动作速度要求高的线路可利用记忆作用来消除死区（由于故障前的电压UJ[0]与故障后的电压UJ同相，故可用UJ[0]代替UJ与电流IJ比相，而UJ[0]的值较大，无死区）

43 4、方向性电流保护原理接线图

44 五、多电源网中电流保护整定的特点 1、电流I段的特殊整定方法 由电流I段保护整定原则：IIdz.1>I(3)d1.max；IIdz.2>I(3)d2.max 若取：IIdz.1=IIdz.2= KkI·Max{I(3)d1.max，I(3)d2.max} 则d1点及d2点短路，保护1、2皆不会动作。 即保护的反方向短路皆不误动，故保护1、2皆不需装设GJ。 但这样整定后，原整定值较小的保护由于其整定值提高 →保护范围↓（灵敏度↓），所以必须在最小保护范围满足 要求的前提下，才可采用这种整定方法。

45 2、分支电路对电流II段整定的影响 分支系数： (1)助增电流的影响 保护2的电流I段的保护范围末端M短路（即IBC=IIdz.2时）， 流过保护1的电流：IAB=IBC/Kfz=IIdz.2/Kfz ∴ IIIdz.1=KkII·IAB=KkII·IIdz.2/Kfz Kfz的求取：

46 (2)外汲电流的影响 IIIdz.1=KkII·IAB= KkII·IIdz.2/Kfz (3) 根据实际可能的多种运行方式，在电流II段整定时Kfz应按可能的最小值考虑。 六、方向元件GJ的装设原则 ∵GJ存在死区，∴一般只在必须装GJ的保护上装设GJ。 GJ装设原则： (1)所有负荷支路（对侧无电源的支路）上不装设GJ。

47 (2)电流I段：在保护反方向短路时，若流过保护的短路电流大于保护整定值，则该保护上必须装GJ。
在双端电源的某线路两端的保护中，整定值较小的保护上 必须装GJ，整定值较大的保护上可不装GJ。例如IIdz.1>IIdz.2， 则IIdz.1>I(3)d2.max,则保护1反方向短路不会误动。 若电流I段采用特殊整定方法（线路两端保护整定值相同） ，则两端保护皆可不装GJ。 (3)电流II段：在该保护反方向线路的电流I段保护范围末端以外发生短路时，若流过该保护的短路电流大于保护整定值，则该保护上必须装GJ。

48 在双端电源的某线路两端的保护中，整定值较小的保护上
必须装GJ，整定值较大的保护上可不装GJ。例如IIIdz.1>IIIdz.2, 则有IIIdz.1>IIdz.3,即保护1电流II段反方向保护范围不超过保护3 电流I段保护范围，即保护1反方向保护范围内短路将由保护3 的电流I段动作，而保护1的电流II段不会误动）。 (4)电流III段：在某一母线各侧有源支路的保护中，动作时限唯一最长的保护上可不装GJ，其余的必须装GJ（考虑到误差，一般要求比其他保护动作时限长t以上）。 例如保护1动作时限唯一最长， 则其反方向短路时皆由其他保护 先动作跳闸，而保护1不会误动。

49 §3 电网接地故障的零序保护 §3-1 中性点接地方式及特点 1、中性点接地方式 2、单相接地故障时，不同中性点接地方式的特点 (1)中性点不接地系统 *无短路回路，无Id，只有经等效对地C形成的大容抗回路，故障点只有较小的IC，允许系统继续运行1~2h，保护不需跳闸，因此供电可靠性相对较高。 *故障相对地电压降低，但非故障相对地电压升高（若为金属性接地故障，非故障相对地电压将由正常时的相电压升高为线电压），因此对系统中设备的对地绝缘要求高。

50 (2)中性点直接接地系统 *有短路回路，有很大的Id，不允许系统继续运行，保护必须立即切除故障，供电可靠性相对较低。 *由于中性点对地电压被钳制为0，则各相对地电压不会超过相电压(或超过不多)，因此系统中设备的对地绝缘要求不高。 3、不同中性点接地方式的应用特点 由于110kV以上系统，其设备费用将随着对地绝缘要求的提高而大幅增加，因此我国规定110kV及以上系统采用中性点直接接地系统（其供电可靠性可通过其他措施来保证，例如采用双回线供电、环网供电等）； 110kV以下系统采用中性点非直接接地系统（不接地系统） 。 当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，若故障点对地电容电流IC大到一定程度，要求采取措施降低IC，则可在中性点增设消弧线（或高阻）来降低IC 。

51 §3-2 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护
一、电网中发生接地短路时零序分量的特点 规定正方向： 零序电流：母线→线路； 零序电压：线路高于大地） (1)故障点零序电压最高， 距故障点越远，零序电压越低；零序电流分布取决于零序网。 (2) 某点零序电压U0取决于该点至接地中性点的零序阻抗， 零序电流I0超前零序电压U0：(180º-Φd0)， 零序功率实际方向：线路母线（与正序相反）。 (3)零序分量受系统运行方式变化的影响小（零序网基本不变）

52 二、零序过滤器 1、零序电压过滤器: 系统正常及相间短路时： 2、零序电流过滤器

53 三、零序电流速断保护（零序电流I段） 1、动作电流整定原则： (1) 躲开下条线路出口 处(即本线末端)接地短路时, 本保护所测的最大零序电流： IIdz＝KkI·3Id0.bm.max （KkI：取1.2～1.3） (2) 躲开QF三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流： IIdz＝KkI·3I0.btq 若保护动作时限t>tQF，可不考虑此条件 (例如在手动合闸或自动重合闸时，使保护带0.1s的小延时)

54 (3) 当线路具有单相重合闸ZCH时（例如220kV及以上线路），躲开非全相运行状态下系统又发生振荡时所出现的最大零序电流：
IIdz＝KkI·3I0.fqx （其值较大→Klm↓） 对具有单相ZCH的线路可设置两个零序电流I段： * 灵敏I段：按条件(1)或(2)整定 （动作值小，灵敏度高） * 不灵敏I段：按条件(3)整定 （动作值大，灵敏度低）

55 ①系统全相运行时： 灵敏I段起作用 （单相故障时保护首次动作由灵敏I段切除）。 ②系统非全相运行时（保护已首次动作跳开故障相QF）： 灵敏I段退出（即被闭锁），不灵敏I段起作用 （若ZCH重合于永久故障上，保护由不灵敏I段再次切除；若不灵敏I段动不了，则只能由带延时的II段或后备保护切除） 2、保护范围： 零序电流I段也不能保护本线路全长， 但保护范围比相间短路电流I段大 3、动作时限：tI≈0s

56 四、零序电流限时速断保护（零序电流II段）
IIIdz.1＝KkII·3Id0.AB.max＝KkII·IIdz.2 /Kfz.min KkII：取1.1～1.2； 分支系数Kfz＝3Id0.BC/3Id0.AB，Kfz.min：Kfz可能的最小值。 动作时限：tII1＝tI2+Δt≈Δt≈0.5s

57 （3Id0.bm.min：本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流）
2、校验灵敏度： 要求：Klm1.5 （3Id0.bm.min：本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流） 若Klm不满足要求，采用以下方式解决： (1)本线路零序电流II段与下条线路的零序电流II段相配合： IIIdz.1＝KkII·IIIdz.2 /Kfz.min ； tII1＝tII2+Δt≈2Δt≈1.0s (2)保留0.5s的零序II段，并增加按(1)整定的零序电流II段 (3)改用接地距离保护

58 五、零序过电流保护（零序电流III段） 1、整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时所测的最大不平衡电流： IIIIdz＝KkIII·3I0.bp.max 实际整定：应考虑满足各级线路灵敏系数按逐级配合的原则，即本保护零序电流III段的保护范围不超出下条线路零序电流III段的保护范围，即本线路零序电流III段与下条线路的零序电流III段配合： IIIIdz.1＝KkIII·IIIIdz.2/Kfz.min （KkIII＝1.1～1.2） 动作时限按“阶梯原则”配合. （保证各级线路保护的动作选择性）

59 受端T上的零序电流III段保护可以瞬动，即零序电流III段 是以受端T为时限配合起点（相间短路电流III段是以整个电
由于零序电流不会穿越Y/接线的变压器T，因此安装在 受端T上的零序电流III段保护可以瞬动，即零序电流III段 是以受端T为时限配合起点（相间短路电流III段是以整个电 网终端负荷支路为时限配合起点）。 ∵ 零序网范围 < 正序网范围 ∴ 零序电流III段动作时限 < 相间短路电流III段动作时限 2、校验灵敏度： 近后备：Klm= 要求：Klm 1.5

60 3、对于220kV及以上的高压线路，当对后备保护的动作速度 要求较高时，本线路零序电流III段可采用与下条线路的零序
远后备：Klm= 要求：Klm 1.2 3Id0.bm.min：本线路末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流。 3Id0.xm.min：下条线路末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流。 3、对于220kV及以上的高压线路，当对后备保护的动作速度 要求较高时，本线路零序电流III段可采用与下条线路的零序 电流II段配合（在灵敏度满足要求的前提下）： IIIIdz.1＝KkIII·IIIdz.2/Kfz.min ；tIII1＝tII2+Δt≈2Δt≈1.0s 同时可增设与下条线路零序电流III段配合的零序电流IV段： IIVdz.1＝KkIV·IIIIdz.2/Kfz.min ；tIV1＝tIII2+Δt

61 六、方向性零序电流保护 1、多台变压器中性点接地的复杂网中零序保护的方向问题 d1短路：若 IIdz.2 > IIdz.3 ,保护3的I段会误动 若 tIII2 > tIII3， 保护3的III段会误动 d2短路：若 IIdz.3 > IIdz.2 ,保护2的I段会误动 若 tIII3 > tIII2， 保护2的III段会误动 为防止误动，在可能误动的保护上增设零序功率方向元件GJ0 （规定保护正方向：安装处母线→被保护线路） 通常加入GJ0的 以高于大地为正极性； 以母线→线路为正极性。

62 则GJ0的最灵敏角应为：Φlm=－(180º-Φd0) 例如Φd0=70º，则Φlm取为－110º
（LG-11整流型GJ0：其Φlm只能设为锐角，此时取Φlm=Φd0， 为确保正方向接地短路时正确动作，只需将加入GJ0的 或 任意一个反极性接入即可） 保护越靠近接地短路点，3U0越大， 则零序电流保护的GJ0不存在死区。

63 若保护越远离接地短路点，3U0↓、3I0↓， 则对于长线路，零序电流保护的GJ0需校验Klm： 近后备：Klm＝ 要求：Klm  2 远后备：Klm＝ 要求：Klm  1.5 （Sdz.0：GJ0的启动功率） 2、三段式方向性 零序电流保护的 原理接线：

64 七、对零序电流保护的评价 1、优点： (1) 相间短路的电流III段：IIIIdz > Ifh.max (大) 零序电流III段： IIIIdz > Ibp.max (小) 故：零序电流III段Klm↑ 零序网 < 正序网 → 零序电流III段的t III↓ (2) 零序电流I段及零序电流II段受系统运行方式影响小，较稳定，且保护范围↑，Klm↑ （3Id0曲线陡；曲线max与曲线min相差小） (3) 零序电流保护不受过负荷及系统振荡的影响

65 2、尚有不足： (1) 对短线路或运行方式变化很大的情况，往往不能满足系统运行要求。 (2) 由于单相重合闸的使用将出现非全相运行，再考虑系统两侧电机发生摇摆，则可能出现较大零序电流，影响零序电流保护的正确工作。 (3) 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级网络时，任一网络的接地短路都将在另一网络中产生零序电流，使零序电流保护的整定配合复杂化。

66 §3-3 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护
一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点 以线路II上A相金属性接地故障为例(忽略线路上阻抗压降) 1、零序电压：

67 2、零序电流： 各元件对地电容电流： 各元件出口处所 测零序电流： * 非故障元件： * 故障元件： （CΣ：系统所有元件对地电容的总和）

68 3、结论： (1)系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 (2)流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 方向：母线  元件（ ：－90º） (3)流过故障元件的零序电流等于全系统所有非故障元件对地电容电流的总和。 方向：元件  母线（ ：90º） 二、中性点不接地电网中单相接地的保护 1、绝缘监视装置 (1)系统正常及相间短路时： UJ＝Ubp<Udz.J 装置不动作。

69 (2)单相接地故障时（设A相接地）： 全系统出现3U0＝3EX （EX：相电压） UJ＝3EX/nTV > Udz.J 装置延时动作于发信号。 * 此装置可确定故障相别， （UA＝0，UB＝UC＝ EX ） * 但无法确定故障线路，无选择性。 需由运行人员手动依次短时拉开各线路QF加以判断（或 按接地检查按钮，短时跳开QF，再由重合闸重合），若接地 信号短时消失，则接地故障点位于本线路上。 （适用于要求不高，且出线少的变电所）

70 2、零序电流保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路时：3I0≈0 其他线路单相接地时：3I0＝ωCb·3EX (小) 本线路单相接地时：3I0＝ω(CΣ－Cb)·3EX (大) ∴ 保护整定动作电流：Idz＝KK·ωCb·3EX 灵敏系数： (出线越少→CΣ↓→Klm↓) 3、零序功率方向保护（有选择性保护） 系统正常及相间短路：3U0≈0 3I0≈ GJ0不动 单相接地时的非故障元件： ：－90°GJ0不动 单相接地时的故障元件： ：90° GJ0动作 保护中只有方向元件GJ0，无电流启动元件LJ→Klm↑

71 三、中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点
1、零序电压：同中性点不接地电网 系统单相接地时(A相),全系统都出现零序电压 2、零序电流： 消弧线圈L的作用：降低单相接地时故障点的接地电流。 故障点总电流：

72 三种补偿方式： ①完全补偿：3ωCΣ=1/(ωL) → IC.Σ=IL → Id0.Σ＝0 但是在系统正常运行时，若线路三相对地电容不对称或断 路器三相触头不同时闭合将出现一个零序分量电压源串在回 路中→串联谐振→很大的谐振电流 →中性点过电压。 故不能采用完全补偿。 ②欠补偿：3ωCΣ>1/(ωL) → IC.Σ>IL 当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）→CΣ↓ → 3ωCΣ=1/(ωL) → 谐振过电压，不宜采用。 ③过补偿：3ωCΣ<1/(ωL)→IC.Σ<IL （广泛采用） 过补偿度 p=(IL–IC.Σ)/IC.Σ 一般选择 p = 5%～10%

73 过补偿系统中发生单相接地故障时： * 流过非故障元件的零序电流等于其本身对地电容电流。 方向：母线  元件 即 ：－90º * 流过故障元件的零序 电流等于全系统所有 非故障元件对地电容 电流的总和与消弧线圈上流过的电感电流的相量和。 即其值 = 本身对地电容电流+总电容电流的p倍 方向：母线  元件，即 ：－90º 可见：故障元件的零序电流其值与非故障元件的相近，方向与非故障元件的一致。

74 可见，利用零序电流和零序方向无法区分故障元件和非故障
元件，故不能采用零序电流和零序功率方向构成有选择性的接 地保护。 3、保护方式 (1)绝缘监视装置（反映零序电压构成，无选择性） (2)反映高次谐波的接地保护 对于基波ω：电感电流IL起过补偿作用 但对于高次谐波（k次）： 3kωCΣ增加k倍→IC.Σ增加k倍 1/(kωL)缩小k倍→IL缩小k倍 故：IC.Σ>>IL ,相当于L不起作用（同中性点不接地电网）。 因此，可构成反映高次谐波（一般为5次）的零序电流及零序方向保护。

75 高次谐波接地保护的不足： 谐波分量较小，不易测量； 谐波分量大小与许多因素有关，不易确定，使整定困难； 出线较少时，Klm低。 (3)反映暂态电流的保护 设线路II上A相接地： 暂态过程中： * 消弧线圈中iL≈0 (电感中电流不能突变) * A相对地电容直接放电，放电电流不经电源，回路中阻抗小，时间常数小，放电电流振荡频率高（几千Hz），衰减快。 * B、C相对地电容经电源回路充电。充电电流经过电源，回路中阻抗大，时间常数大，充电电流振荡频率低（几百Hz），衰减慢。

76 电电流，而A相电容的放电电流和消弧线圈的电感电流基本 不起作用，类似于中性点不接地电网。 故可构成反映暂态分量的零序电流及零序方向保护。
因此，在暂态过程中（首半波），主要是B、C相电容的充 电电流，而A相电容的放电电流和消弧线圈的电感电流基本 不起作用，类似于中性点不接地电网。 故可构成反映暂态分量的零序电流及零序方向保护。 不足：暂态分量不易测量，且需要自保持； 当相电压瞬时值过零点附近发生该相接地故障时，暂态分量不能区分故障元件与非故障元件； 出线较少时，Klm低。 (4)其他方法： 注入法；有功分量法；负序分量法；相间工频变化量比较法；零序导纳法；能量法；小波变换法等。

77 §4 电网的距离保护 （主要用于110KV及以上线路） §4-1 距离保护的作用原理 一、距离保护基本概念（低量保护） 距离保护：反应映故障点至保护安装处之间的距离（阻 抗），并根据距离的远近（阻抗的大小）而确定动作时间 的一种保护装置。 测量阻抗： ZJ > Zdz 保护不动作； ZJ < Zdz 保护动作 特点：* 故障时：即反映U↓,又反映I↑→Klm↑ * 系统运行方式变化时，ZJ不变，故不受运行方式 变化的影响

78 二、三段式距离保护基本配置原则 I段：ZIdz.1=KIk·ZAB ； ZIdz.2=KIk·ZBC （KIk取0.8～0.85） tI ≈ 0s II段：ZIIdz.1=KIIk·(ZAB+ZIdz.2) (KIIk取0.8) tII1= tI2+Δt ≈ 0.5s III段：ZIIIdz < Zfh.min tIII按阶梯原则配合 三、三段式距离保护 基本逻辑框图

79 §4-2 阻抗测量元件（阻抗继电器）ZKJ 一、ZKJ基本概念 一次阻抗与二次阻抗的折算： 为消除过渡电阻Rg及TA、TV角误差的影响，尽量简化继 电器接线，通常把动作特性设计为一个圆（或透镜形、苹果 形、多边形）。 圆内为动作区，圆外为非动作区。

80 三种常用的圆特性ZKJ： 3个阻抗概念： * 测量阻抗ZJ：加入继电器的电压 与电流 的比。 * 动作阻抗Zdz.J：在某个角度方向上刚好使ZKJ动作时，加入ZKJ的电压 与电流 的比。 * 整定阻抗Zzd：在最大灵敏角φlm方向（特性圆直径正方向）上的动作阻抗。

81 二、圆特性ZKJ的动作特性分析 1、全阻抗ZKJ 以阻抗平面的坐标原点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径 的一个圆。ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角φJ无关，无 方向性。 (1) 幅值比较式 动作条件：|ZJ| < |Zzd| 即： 动作条件为 的幅值比较 器的两比较量：

82 (2) 相位比较式 动作条件： 即： （或： ） 动作条件为 的钝角 型相位比较器的两比较量： （当 时，幅值比较器与钝角型相位比较器具有相同的动作特性）

83 2、方向阻抗ZKJ 以整定阻抗Zzd为直径，且过坐标原点的一个圆。 ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与φJ有关，具有完全方向性。 (1) 幅值比较式 动作条件： 即： 动作条件为 的 幅值比较器的两比较量： (2) 相位比较式

84 3、偏移特性ZKJ 正方向整定阻抗为Zzd时，向反方向偏移一个Zzd ( 0<<1，一般为0.1～0.2 ) 圆心坐标 Z0= (1-)Zzd , 半径 r = | (1+)Zzd | ZKJ的动作阻抗|Zdz.J|与φJ有关，具有不完全方向性。 (1) 幅值比较式 动作条件： 即： 动作条件为 的幅值比较器 的两比较量：

85 (2) 相位比较式 动作条件： 三、ZKJ比较相量形成回路 1、变换器 (1)电压变换器YB 原边高电压→副边低电压 （副边接大阻抗负载）

86 (2)电流变换器LB 原边大电流→副边小电流 （副边接小阻抗负载） * 副边并一小电阻R后， 可将系统中所测电流变 为与其成正比的电压量。 （集成电路及微机保护中的芯片一般只处理电压量） (3)电抗变换器DKB 原边电流量→副边电压量 （副边接大阻抗负载） DKB结构特点：铁心有气隙，励磁阻抗ZL很小。 DKB等效电路：

87 W3开路时： （DKB的转移阻抗ZK ：副边电压与原边电流的比） ZL≈jXL，相当于电抗，角度基本为90 （故称为电抗变换器） 为了调整转移阻抗ZK的角度K，可在W3副边并联电阻R（或电容C）。 此时：ZK= ZL//R= jXL //R R↓→ ZK的角度K↓

88 2、全阻抗ZKJ比较相量形成回路 幅比式： 相比式： （由于全阻抗ZKJ无方向性， DKB无需增设带可调电阻的 副绕组来调整角度）

89 3、方向阻抗ZKJ比较相量形成回路 幅比式： 相比式：

90 4、偏移特性ZKJ比较相量形成回路 幅比式： 相比式：

91 5、集成电路型ZKJ比较相量的形成回路 以幅比式方向阻抗ZKJ为例： 四、幅值比较器 1、均压式： ，Uab > 0 → J动作 2、环流式： ，Ia－Ib > 0 → J动作 3、执行元件J： (1)极化继电器；(2)晶体管零指示器；(3)集成电路比较器

92 五、相位比较器 异或门比相电路: 时： UI、UII瞬时值相异（一正一负）的时间>5ms ①6端7端：相“或”输出： 不拒动为主时采用。 ②6端8端：相“与”输出： 不误动为主时采用。 （例如穿越功率较大的弱 联络线，误跳闸将会造成 两侧系统的严重振荡） 12ms延时：将零点飘移造 成的周期为20ms，宽度已展为10ms左右的误动方波消除。

93 §4-3 ZKJ的接线方式 一、对接线方式的基本要求 (1) ZJ  短路点到保护安装处间的距离 (2) ZJ应与故障类型无关（保护范围不随故障类型变化） 二、反映相间短路ZKJ的0接线方式 0接线方式 1、三相短路 由于三相对称，三个ZKJ情况相同，以ZKJ1为例： ZJ1能反映 l 而正确动作。 （z1：线路单位正序阻抗；l：短路点至保护安装处距离）

94 2、两相短路 以AB两相短路为例 ZKJ1： ZKJ1能反映 l 而正确动作 ZKJ2： （ 包含非故障相电压） ∴ ZJ2↑> ZJ1，不能正确反映z1l ，ZKJ2可能出现拒动。 ZKJ3：情况同ZKJ2 为确保保护正确动作，三个ZKJ出口采用“或”逻辑。

95 3、中性点直接接地电网中的两相接地短路 以AB两相接地短路为例 ZKJ1： ZKJ1能反映 l 而正确动作 ZKJ2： ∴ ZJ.2↑> ZJ.1，不能正确反映z1l ，ZKJ2可能拒动。 ZKJ3：情况同ZKJ2

96 因为保护区内两相或两相接地故障时，只有一个相应
的ZKJ能正确动作。为了反映各种相间故障必须采用三个 ZKJ（分别接于不同的相间），且三个ZKJ的出口采用“或” 逻辑。 三、反映接地短路ZKJ的零序电流补偿接线方式 单相接地短路时（A相接地）： 故障相电压UA↓,故障相电流IA↑ 对ZKJ1：假设： 可行性分析： 将故障点电压 与流过保护的故障相电流 分解为对称分量：

97 保护安装处A相电压的各序分量： （z1 ：线路单位正序(负序)阻抗；z0 ：线路单位零序阻抗） ∴ 保护安装处A相电压： 不能正确反映z1l

98 正确的接线方式（零序电流补偿接线方式）：
其中零序电流补偿系数： （K为常数，取决于线路参数） 由于单相接地故障时，只有一个ZKJ可正确动作，因此 必须采用三个ZKJ（分别接于不同相），且三个ZKJ的出口 采用“或”逻辑。

99 §4-4 方向阻抗ZKJ应用特点及集成电路型构成
保护安装处正方向出口各种短路时： 残余电压：Ucy≈0 → UJ≈0 → ZJ≈0, ZKJ拒动，出现死区。 减小和消除死区的方法： 1、谐振记忆回路 对于相间短路的两故障相间电压或单相接地短路的故障 相电压，由于故障前电压UJ[0]与故障后电压UJ同相位，可用 记忆住的UJ[0]取代UJ，而UJ[0] 较大，则不再有死区。 在电压回路中利用电容C、 电感L形成工频串联谐振电路。

100 系统稳态时，UR反映UJ[0]（同相位） 当保护出口短路时，UJ↓≈0， 回路谐振→谐振电流IR → UR = IRR ≠ 0（记忆作用） 一般按回路自由振荡频率经几个周波才衰减为0 ∴ 利用此电压的记忆作用可消除死区。 回路自由振荡频率：0 = 谐振回路中参数R、L、C的选择： (1)为了使系统稳态时，UR与UJ[0]同相位 则需：L=1/C 即： =  （：工频角频率） 如此选择后，>0 ,故障后暂态过程中不能完全谐振， UR与故障前电压UJ[0]的相位逐渐拉开，时间越长，UR越不能 反映故障前UJ[0]

101 (2)为了使故障后暂态过程中达到完全谐振 则需：=0= 即： 如此选择后，系统稳态时回路呈容性，故系统稳态时，UR与UJ[0]不同相（UR超前UJ[0]：5～8，有误差） 综合考虑 2、采用高Q（品质因数）值50HZ有源带通滤波器 高Q值50Hz有源带通滤波器具有记忆作用。Q=5，可记忆4～5个工频周波。 3、引入非故障相电压 两相短路时，故障相电压，非故障相电压仍很高，故引入非故障相电压可消除两相短路的死区。

102 方向阻抗ZKJ原动作条件（以接于BC相间的ZKJ为例）：
引入非故障相电压后动作条件： * 引入量不应改变原相量的相位， 即引入量在各种情况下都应与 同相 * 该方法不能消除三相短路时的死区。 4、装设辅助保护 （如：按同时躲过下条线路出口短路和反方向出口短路的短路电流的特殊整定方法整定的电流速断）

103 二、极化回路记忆作用对ZKJ特性的影响 方向阻抗ZKJ动作条件： 相位比较的两个比较量分别称为： 极化电压 ；补偿电压 采用记忆回路后，极化电压: （故障前母线电压） 动作条件： (1)保护正方向短路时的暂态特性 ∴ 动作条件：

104 ∴ 动作条件： 此动作特性为向第三象限扩大 且包含原点的圆（相当于偏移特性） ∴ 可消除正方向短路时的死区， 且容许过渡电阻Rg的能力提高。
基本同相位（若短路前为空载: ） ∴ 动作条件： 此动作特性为向第三象限扩大 且包含原点的圆（相当于偏移特性） ∴ 可消除正方向短路时的死区， 且容许过渡电阻Rg的能力提高。 (2) 保护反方向短路时的暂态特性

105 ∴ 动作条件： 此动作特性向上移至第一象限内部 的一个圆（相当于抛圆特性）, 而此时ZJ =－Zd, 位于第三象限 （特性圆外），故ZKJ不会误动。 三、集成电路型方向阻抗ZKJ构成框图

106 四、ZKJ的精确工作电流 以方向阻抗ZKJ为例. 幅比式理想动作条件： 实际动作条件： （Uz：门槛电压） 设在最灵敏角lm方向的实际动作阻抗为：Zdz.J.lm 则有：

107 可见：实际上在最灵敏角方向的动作阻抗： Zdz.J.lm < Zzd → 出现误差, 实际保护范围缩小。 加入ZKJ的IJ↓ → 误差↑ 精确工作电流Ijg： 对应于IJ=Ijg时，ZKJ在lm方向 上的动作阻抗Zdz.J.lm= 0.9Zzd （即对应于误差刚好为10%时， 通入ZKJ的电流）。 IJ>Ijg → 误差<10% (ZKJ的Ijg越小越好)

108 §4-5 影响距离保护正确工作的因素及防止方法
一、短路点过渡电阻Rg对距离保护的影响 1、Rg的性质 接地短路的Rg >相间短路的Rg 接地短路Rg：基本不随时间t变化 相间短路Rg：t  Rg （主要是电弧电阻） 2、双侧电源线路上Rg的影响 若BC线路出口经Rg短路：

109 尤其当角为负时， 保护可能出现： 保护1，2的I段皆不动作，而由 保护1的II段动作，失去了选择性。 * 保护距短路点越近，受Rg影响越大。 * 保护整定值越小(如短线路距离保护)， 受Rg影响越大。

110 3、Rg对不同动作特性ZKJ的影响 保护范围内经Rg短路时： ZJ=Zd+Rg Rg  Rg1,透镜型阻抗ZKJ开始拒动 Rg  Rg2,方向阻抗ZKJ开始拒动 Rg  Rg3,全阻抗ZKJ开始拒动 ZKJ动作特性在+R轴方向所占面积越大， 受Rg影响越小。 4、防止Rg影响的措施 (1)采用能容许较大Rg而不致拒动的ZKJ （动作特性在+R轴方向所占面积较大）

111 (2)采用瞬时测量装置（只针对相间距离II段）
对于相间短路，Rg主要是电弧电阻，该Rg是逐渐增大 的，在短路初瞬间其值很小。 对反映相间短路的距离 II段利用瞬时测量装置保 持短路瞬间保护动作状态。 （距离I段本身是瞬时动作；距离III段动作特性圆很大,不受Rg影响） (3)采用交叉极化阻抗继电器（多相补偿式ZKJ） (4)采用微机保护装置（利用微机对不同时刻的采样值的运算来消除Rg的影响。

112 二、系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路
系统振荡(同步振荡或异步运行)→ I↕，U↕ → Z↕ → 距离保护可能误动 1、系统振荡时的测量阻抗分析 以双侧电源辐射网为例: （三相对称，只分析单相） 振荡时， 绕 摆动或旋转 （ 与 的夹角δ在 间变化） (其中h =EN/EM )。

113 若 EM=EN（即：h=1），则： δ变化 → ZJ.M沿着直线OO’变化， 振荡中心位于全系统的（ZΣ/2）处。 若振荡中心在本保护动作特性区内， 则本保护可能出现误动。

114 对于相同Zzd的ZKJ，在系统振荡时： 全阻抗ZKJ误动区>方向阻抗ZKJ误动区>透镜型ZKJ误动区 一般而言：ZKJ动作特性沿OO’ 方向所占面积越大，受系统 振荡的影响越大。 设：ZJ.M经过误动区的时间：twd. 若保护动作延时t>twd.（≥1.5S）， 则可躲过振荡的影响。 （如距离III段） 2、振荡与短路的主要区别：

115 *系统故障（包括转换性短路）保护不应闭锁 *先振荡，后故障，保护应正确动作 *先故障，后振荡，保护不应无选择性动作
I,U幅值随周期性变化 不计短路后衰减，I,U幅值不变 =180时最严重(I最大，U最低) 短路瞬间最严重 dI/dt,dU/dt,dZ/dt 小 dI/dt,dU/dt,dZ/dt 大 U,I夹角随变化 U,I夹角不变（为线路阻抗角d） 三相对称 不对称短路：三相不对称 （对称短路：初瞬间不对称） 3、对振荡回路的基本要求： *系统振荡无故障应可靠闭锁 *系统故障（包括转换性短路）保护不应闭锁 *先振荡，后故障，保护应正确动作 *先故障，后振荡，保护不应无选择性动作

116 4、振荡闭锁回路工作原理： (1) 利用负序（和零序）分量元件起动的振荡闭锁回路 系统正常及振荡时： 无负序及零序电流分量（增量），保护不启动 系统不对称故障时： 有负序或零序电流分量（增量），保护启动并自保持 系统对称故障时： 初瞬间有负序或零序分量（增量），保护启动并自保持 （自保持时间一般为10s左右） 负序过滤器：

117 改进型负序过滤器： (利用负序、零序电流启动元件虽然可以构成振荡闭锁回 路，但是在振荡时又发生外部故障或外部故障时又出现振荡 的情况下，可能导致振荡闭锁失败) (2)反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路 保护范围内故障：ZI，ZII，ZIII同时 启动，则允许保护动作跳闸。 振荡时：测量阻抗ZJ先进入ZIII圆，再进 ZII圆，再进ZI圆，闭锁距离I、II段。

118 ZIII先启动，在ZI、ZII尚未启动时， 由“&”门经0.5s展宽将ZI、ZII闭锁。 (由于III段动作时限较长，
大于ZJ进入误动区时间twd， 故III段不需振荡闭锁) *延时30ms的作用：防止区内故障时， ZIII与ZI、ZII启动稍有先后造成误闭锁。 *展宽0.5s（500ms）的作用：在振荡初期，振荡周期一般较大，ZJ进入动作区时，ZIII与ZI、ZII启动的先后间隔在30ms以上，可确保ZIII将ZI，ZII闭锁。但随着振荡发展，振荡周期缩短，ZIII与ZI、ZII启动的先后间隔可能小于30ms，造成闭锁失败。为防止此情况，对闭锁信号展宽0.5s，在振荡初期，振荡闭锁回路动作后，使振荡闭锁信号自保持0.5s（大于振荡后期周期缩短后的半个振荡周期，在此期间ZI、ZII被闭锁），保证在振荡周而复始的过程中始终有一个持续的振荡闭锁信号。

119 三、分支电流的影响及分支系数 保护1测量阻抗： 分支系数Kfz=IBC / IAB 助增电源情况： 可见ZJ1↑→在Zzd已定的情况下，保护范围↓ 外汲电流情况： 可见ZJ1↓→在Zzd已定的情况下，保护范围↑

120 *四、电压互感器TV二次回路断线对距离保护的影响
TV二次断线 → U↓ → Z↓ → 距离保护误动 虽然负序、零序电流启动元件可起到TV断线闭锁作用，但是在断线时又发生外部故障的情况下，将导致断线闭锁失败。因此需加装断线信号装置。 （集成电路保护或微机保护中，利用自产零序电压与外引零序电压比较构成TV断线信号）

121 §4-6 距离保护整定计算原则及对距离保护的评价
一、距离保护的整定计算原则 1、距离I段 * 整定：躲过下个元件出口短路时本保护的测量阻抗。 ZIdz.1＝KkI·ZAB∠d （KkI取0.8～0.85） 二次ZKJ整定阻抗：ZIzd.J.1＝ZIdz.1·(nTA/nTV) * 动作时限：tI≈0s 2、距离II段 * 整定：躲过下个元件瞬动保护范 围末端短路时本保护的测量阻抗。 (1) ZIIdz.1＝KkII·(ZAB+Kfz.min·ZIdz.2)∠d KkII取0.8 (2) ZIIdz.1＝KkII·(ZAB+Kfz.min·ZT)∠d KkII取0.7 取(1),(2)中较小者作为最终整定值。 二次ZKJ整定阻抗：ZIIzd.J.1＝ZIIdz.1·(nTA/nTV)

122 * 动作时限：tII1=tI2+Δt≈0.5s * 校验Klm： 要求Klm≥1.25 若Klm不满足要求，可延伸 保护范围，使其与下条线路 的距离II段相配合： ZIIdz.1＝KkII·(ZAB+Kfz·ZIIdz.2)∠d； tII1=tII2+Δt≈1.0s 3、距离III段 * 整定：躲过最小负荷阻抗：ZIIIdz.1<Zfh.min=Ufh.min/Ifh.max 考虑到外部故障切除后，电动机自启动时，距离III段须可 靠返回，则： （可靠系数KkIII, 自启动系数Kzq, 返回系数Kh皆为大于1的数）

123 ZKJ在fh方向上的动作阻抗：ZIIIdz.1.J=ZIIIdz.1·(nTA/nTV)∠fh
当选择ZKJ的lm=d时（d：线路短路阻抗角），ZKJ的整 定阻抗：对全阻抗ZKJ：ZIIIzd.J.1=ZIIIdz.1.J=ZIIIdz.1·(nTA/nTV) 对方向阻抗ZKJ：ZIIIzd.J.1=ZIIIdz.1.J/cos(d-fh) =ZIIIdz.1·(nTA/nTV)/cos(d-fh) * 动作时限按阶梯原则配合。 * 校验Klm： 近后备：要求 远后备：要求 4、ZKJ的精确工作电流Ijg校验： 要求各段保护范围末端短路时的Id.min>1.5Ijg

124 §5 输电线路纵联保护 §5-1 输电线路导引线纵联差动保护 （单端测量即阶段式保护问题：不能实现全线速动，不适用于220kV及以上线路） 差动式原理： 规定正方向：每端以流向本线路 中间为正（母线→线路为正）。 差动电流取为：Icd =| | (1)正常运行及外部故障时 → Icd =0，保护不动作。 (2)内部短路时 皆为正， Icd =| |=Id / nTA为短路点的总短路电流，保护动作。 导引线纵联差动的不足：通道不可靠；不经济 （只适用于短线路）

125 §5-2 输电线的高频保护 一、高频保护基本概念 高频保护：利用输电线路本身作为保护信号的传输通道，在 输送50Hz工频电能的同时叠加传送50~300kHz的高频讯号（保 护测量信号），以进行线路两端电气量的比较而构成的保护。 由于高频通道干扰大，不能准确传送线路两端电量的全信 息，因此一般只传送两端的状态信息（如：方向，相位）。 高频保护分类： ┌ 方向高频：比较线路两端功率方向（即要测U又要测I） └ 相差高频：比较线路两端电流相位（只要测量I） 二、高频通道构成原理

126 1、阻波器（L、C组成的并联电路）：通工频，阻高频
* 对高频：并联谐振，呈大阻抗，不能通过，限制在本段输电线内。 * 对工频：无谐振，呈小阻抗，能顺利通过，不影响工频电量传输。 2、结合电容器：其电抗Xc=1/(ωC)；通高频，阻工频。 （同时起到隔离高压线路与高频收发讯机的作用） 3、连接滤波器（由可调空心变和高频电缆侧电容组成） * 结合电容器+连接滤波器 →带通滤波器 （提取所需高频信号， 滤除其余高频干扰）

127 * 为消除高频波反射，减小高频能量损耗，带通滤波器的波阻抗：
输电线侧与输电线波阻抗（400Ω）匹配 高频电缆侧与电缆波阻抗（100Ω）匹配 * 接地刀闸6用于检修连接滤波器。 4、高频电缆 5、高频收、发讯机 * 发讯机：由继电保护控制 发讯方式分：①故障发讯； ②长期发讯。 * 收讯机：可收到对端（闭锁式也可收到本端）发讯机所发高频讯号。按所收高频信号的性质可分为： ①闭锁信号；②允许信号；③跳闸信号。

128 三、闭锁式方向高频保护 1、基本原理（平时无讯，外部故障时发讯机发闭锁讯号） (1)系统正常：启动元件不启动，保护不动。 (2)本线路外部短路（d2）： 两端启讯元件启动发讯机发讯，靠近故障点端的保护判为反方向而不停讯，该端高频闭锁讯号闭锁两端保护。

129 (3)本线路内部短路（d1）： * 两侧皆有电源时：两端启讯元件首先启讯，两端保护启动元件皆启动，方向元件皆判为正方向使两端皆停讯，则两端保护动作跳闸。 * 单侧有电源时：无电源端保护不动；有电源端启讯元件首先启讯，保护启动元件启动，方向元件判为正方向而停讯，则有电源端保护动作跳闸。 (4)闭锁式方向高频保护优点：内部短路并伴随高频通道破坏时，仍可正确跳闸。

130 2、闭锁式普通方向高频保护 (1) 构成 灵敏元件1LJ：启动发讯机（整定值小） 不灵敏元件2LJ：启动跳闸回路（整定值大， Idz.2LJ =(1.6~2.0)Idz.1LJ ） 方向元件GJ：正方向（母线→线路）：动作于停讯 反方向（线路→母线）：不动作

131 (2) 采用两个启动元件的作用 * 如果用一个启动元件LJ来代替1LJ和2LJ （启讯与保护启动公用） 若两端启动元件误差造成：Idz.LJ.A < Idz.LJ.B 当B端外部远处短路时，可能出现：Idz.LJ.A < Id < Idz.LJ.B ，则： 靠近短路点端的保护B（为反方向）： LJ不启动，保护不动但也发不出闭锁讯号。 远离短路点端的保护A（为正方向）： LJ启讯，但GJ启动后停讯，则保护误动。

132 若B端外部远处短路时出现：Idz.1LJ.A<Id<Idz.1LJ.B ，
* 用两个启动元件1LJ，2LJ：Idz.2LJ =(1.6~2.0)Idz.1LJ 若B端外部远处短路时出现：Idz.1LJ.A<Id<Idz.1LJ.B ， 必有：Id<Idz.2LJ.A且Id<Idz.2LJ.B，即两端的2LJ皆不启动保护。 尽管发不出闭锁讯号，保护也不会误动。 若B端外部远处短路时出现：Idz.2LJ.A<Id <Idz.2LJ.B， 必有：Id>Idz.1LJ.A且Id>Idz.1LJ.B，两端的1LJ皆可正常启讯。 靠近短路点的B端（反方向不停讯）发出的闭锁讯号闭锁两端保护。 (3)时间元件的作用 *展宽t1（100ms）： 防止外部d2点短路 被切除后，本线路 靠近d2点的B端保护先返回（闭锁讯号先消失），远离d2点的 A端保护后返回，导致A端保护误动。

133 *延时t2（7ms）：防止外部d2点短路时，由于线路的传输延
迟，靠近d2的A端发出的闭锁讯号尚未到达远离d2点的B端 造成B端保护误动。（虽有7ms延时，仍属于速动保护） (4)系统振荡时：I↑→1LJ，2LJ启动，若振荡中心位于保护 范围内，两端功率皆为正，保护将误动（若采用负序、零 序功率方向元件可不受振荡影响）。 (5)普通方向高频保护缺点：灵敏度和动作速度受限制，且系 统振荡时可能误动。

134 3、闭锁式负序（零序）方向高频保护 (1)工作情况 *正常运行时：无负序电流I2，Y1被闭锁，保护不动。 *外部故障时：近故障点端保护的负序方向S2为(-)， JZ1启动→发闭锁讯号， 两端皆收到信号→两端JZ2被闭锁→两端保护不动。 （远故障点端保护的负序方向S2为(+)，Y1启动，但在t2延时 到达之前已收到闭锁信号而被闭锁）

135 * 内部故障时： 两端负序方向S2为(+)→ JZ1被闭锁→不发讯，无闭锁讯号 └→Y1启动→JZ2动作→出口跳闸。 * 发生三相对称故障时，初瞬间存在负序分量，由t3展宽将动 作信号保持40-60ms，故三相对称故障仍能正确动作。 (2) 优点：不需两个启动元件且反映负序分量→动作灵敏、动 作迅速，不受系统振荡影响。

136 (3) 针对接地短路，可采用闭锁式零序方向高频保护，原理及构成与闭锁式负序方向高频保护类似，一般采用相电流突变量（或零序III段等）作为高频保护启讯元件（启动闭锁讯号），采用零序方向元件作为高频保护的方向判别元件(正向停讯，反向不停讯)。 4、闭锁式高频距离保护 * 以无方向性或无完全方向性的ZIII（全阻抗ZKJ或偏移特性 阻抗ZKJ）作为高频部分的启讯元件。 * 以具有完全方向性 的ZII（方向ZKJ）作 为高频部分的方向 判别元件。 * ZI为独立的方向阻抗 特性的距离I段元件。

137 (1)外部故障时：两端ZIII启动，先发闭锁讯号。
远故障点端的ZII动作（正向），闭锁JZ1，停讯。 近故障点端的ZII不动（反向），不停讯。 两端皆可收到闭锁讯号→JZ2不动（高频出口不动）。 对远故障点的保护： 若故障点在ZII范围内，距离II段经tII延时动作；若在ZIII范 围内，距离III段经tIII延时动作（起后备保护作用）。

138 (2)内部故障时：两端ZIII启动，先发闭锁讯号。
两端的ZII动作(正向保护区内)，闭锁两端JZ1，停止发讯，两端皆收不到闭锁讯号→JZ2动作→保护瞬时动作跳闸。 若故障点在ZI范围内，还可由距离I段ZI瞬时动作跳闸 * 为了判别方向，ZII一定采用方向阻抗元件 。 * 为了确保外部短路时保护不误动，任一端的ZIII必须在反方向具有保护范围，且保护范围至少涵盖对端ZII延伸出来的保护范围。

139 四、允许式方向高频保护特点介绍 允许式不足：本线内部故障并伴随着通道破坏时，保护将 拒动。解决措施： (1) 采用相-相耦合,双频制（闭锁式采用相-地耦合,单频制），则针对出现几率较大的单相接地故障，通道不会被破坏。 (2) 针对相间故障（正好是用做高频通道的两相故障，则通道很可能被破坏），采用解除闭锁式（相当于增加了一个小的闭锁式高频）： * 平时发监频讯号 （监视通道完好，监 频讯号采用单频制） * 出现相间故障：若判为反方向，则仍发监频信号；若判为正方向，则停监发允（停监频讯号，发允许信号）。 判为相间故障时，任一端动作条件：①本端为正方向； ②监频信号消失。

140 五、相差高频保护 1、相差高频基本原理 规定电流正方向：保护安装处母线→被保护线路 假设： 与 同相，且线路阻抗角皆为φd ，则： 外部短路时： 与 相位差θ=180° 内部短路时： 与 相位差θ=0° 发讯机受操作元件控制：电流正半周发讯，负半周不发讯。

141 发讯机受操作元件控制：电流正半周发讯，负半周不发讯。
可见：外部短路时，两端收到连续的高频闭锁信号。 内部短路时，两端收到间断的高频闭锁信号。 （间断角：180°）。 实际上：内部短路时，两端电流 与 一般不完全同相 →间断角<180°； 外部短路时， 与 不完全反相（误差造成） →有一定间断角。

142 相位比较元件XB： 延时t1：用于防止 外部短路时存在的间断角→保护误动 内部故障时：间断时间>t1，保护动作； 外部故障时：间断时间<t1，保护不动 展宽t2：保证内部短路时有一个连续的出口动作信号 2、相差高频保护 原理接线： 1LJ，3LJ：正、负序 灵敏元件(低定值)， 用于启动发讯机。 (平时无讯,故障发讯)

143 2LJ，4LJ：正、负序不 灵敏元件(高定值)， 用于启动比相元件XB。 I1+K·I2：综合过滤器,作 为控制发讯机的操作 元件（正半周发讯， 负半周停讯） 3、相差高频保护相位特性和相继动作 * 外部短路时， 与 不完全反相→有一定间断角： 7º(TA最大角误差)+15º(保护本身最大角误差)=22º 线路传输延时角误差： (6º/每100km) 取闭锁角：φb= 22º+δl+φy (φy：裕度角) 故相位比较元件XB的延时t1=φb/ω (ω：工频)

144 * 内部短路时， 与 不完全同相→间断角：180º-δ
（假设 超前 ：δ） 考虑到线路传输角误差δl ，则： M侧：间断角为180º-δ-δl ，l↑ →间断角↓<φb ，M侧保护不动 N侧：间断角为180º-δ+δl ，l↑ →间断角↑>φb ，N侧保护动作 N侧保护动作后，停讯 →M侧只收到本侧讯号，出现180º间断角而动作。 故：N侧先动，M侧后动----出现相继动作。

145 §6 电力变压器保护 §6-1 变压器的故障类型、不正常运行状态及保护方式 一、变压器故障类型 1、油箱内(绕组相间短路,接地短路,匝间短路及铁心烧损等) 2、油箱外(套管及引出相间短路,接地短路) 二、变压器不正常运行状态 1、外部相间短路过电流 2、外部接地短路零序过流、零序过压 3、过负荷 4、油面降低等

146 三、保护方式 1、瓦斯保护(反应油箱内各种故障及油面降低。但不能反映油箱外故障，如套管及引出线故障) 2、纵差动保护或电流速断保护(反应绕组、套管及引出线各种故障) 3、各种过电流保护(反应外部相间短路) 4、接地保护(反应外部接地短路) 5、过负荷保护 6、过励磁保护 7、温度保护等

147 §6-2 变压器的纵差动保护 一、变压器纵差保护概述 差动电流取为： 双卷T：Icd =| |； 三卷T：Icd =| | 基本原则同线路纵差保护，但由于变压器高、低压侧的额 定电流不同（磁路联系，不是直接电路联系），故需适当选 择高、低压侧TA的变比使： （nTA.L：低压侧TA变比；nTA.H：高压侧TA变比；nT：T变比）

148 二、变压器纵差保护的特点（不平衡电流Ibp比较大）
1、励磁涌流Ily →不平衡电流Ibp 变压器T的励磁电流Il →原、副边 电流折算到同侧后不相等→Ibp 当T空载投入或外部故障切除后 电压恢复时，由于T铁心中磁通不 能突变，将产生自感的衰减直流 磁通，经一定时间的某时刻将出现 衰减直流磁通与交流磁通幅值叠加 →磁通Φ↑↑→Il↑↑→ Ily → Ibp↑↑ Ily的特点： *包含很大成分的非周期分量 *包含大量的高次谐波（以二次谐波为主） *波形之间出线间断（间断角为）

149 防止Ily影响的措施： *采用具有速饱和铁心的差动继电器CJ *利用二次谐波制动 *利用波形间断制动 2、变压器两侧电流相位差 → Ibp Y/-11接线的变压器： 正序：侧超前侧：30 负序：侧落后侧：30 (1)常规相位校正措施： T的侧三个TA接成形；T的侧三个TA接成形。 以正序分量为例，分析其相位校正作用：

150 可见： 与 同相。要使它们大小相等，则应满足
变比配合关系： 即：

151 负序分析与正序类似，上述接线同样起到相位校正作用。
一次侧零序电流只存在于变压器Y侧，而Y侧TA接成形， 故二次无零序电流。 (2)微机保护或集成电路保护可采用内部校正： T两侧TA皆采用Y形接法， 且两侧TA变比按正常配合关系： 两侧电流进入保护后，保护内部用于比较的两侧电流分别 取为（内部校正为）: 高压侧(T的Y侧)： 低压侧(T的侧)： 或：高压侧(T的Y侧)：

152 3、TA计算变比与实际变比不同 → Ibp TA计算变比≠实际变比→变比配合关系 不满足→Ibp 措施： (1)常规CJ采用平衡线圈Wph来抵消Ibp产生的多余磁势 正常运行时，若由于 变比不配合→I’2>I”2 则差动线圈Wcd中产生 多余磁势：(I’2－I”2)Wcd Wph中的磁势：I”2Wph(与Wcd中磁势相反，起去磁作用) 适当选择Wph使：I”2Wph=(I’2－I”2)Wcd 即：Wph=Wcd(I’2－I”2)/I”2 Wph接在二次电流较小侧： 正常或外部故障时，Wph起去磁作用，防止误动 而内部故障时，能起助磁作用，提高了Klm

153 正常或外部故障时，Wph起去磁作用，防止误动 而内部故障时，仍起去磁作用，降低了Klm 故：Wph应接在二次电流较小侧。
(Wph计算匝数≠实际选择匝数→Ibp , 其值很小,在整定时考虑躲过) (2)采用自耦变流器TAA来调平衡(一般在二次电流较小侧接 TAA，调整TAA使该侧与另一侧的二次电流平衡。由于TA二次严禁开路，TAA不宜采用滑动抽头，而应采用固定抽头) (3)微机保护采用内部平衡系数调平衡 （集成电路保护也可在内部用比例器调整）。

154 4、两侧TA型号不同 → Ibp 整定时考虑，引入同型系数Ktx： 两侧TA同型时： Ktx=0.5 两侧TA不同型时：Ktx=1.0 5、变压器带负载调压 → Ibp 调压(调T的分接头) → nT变化 → 变比配合条件 不满足 → Ibp 。整定时考虑躲过。 6、变压器纵差保护的最大不平衡电流（采取各种措施后） Ibp.max=(Ktx·10%＋U＋m)·Id.w.max/nTA U：带负载调压引起的相对误差，取调压范围的一半。 例如：调压范围为±5%，则U取为5% m：Wph计算匝数与实际匝数不符或TAA抽头位置不准引起的相对误差，初步计算取0.05(对微机保护无调整误差，m取0) Id.w.max/nTA：外部故障的最大短路电流折算到二次侧的值。

155 三、带加强型速饱和变流器的差动元件CJ（BCH-2型）
速饱和变流器BLH：铁心易饱和（二次感应电势E∝dB/dt） 对纯周期分量电流，铁心不饱和，E大，CJ可动作。 由于Ily中包含大量非周期分量，铁心严重饱和，难于传变，CJ不误动。 （但内部短路时，初瞬间也有大量非周期分量，CJ不动；当非周期分量衰减后CJ才能动作，造成保护动作出现短延时） 1、带加强型速保护变流器的CJ工作原理 Wd’，Wd’’：短路线圈 Icd·Wcd→Φcd→Φcd.BA , Φcd.BC └→ Wd中产生Id Id·Wd’→Φ’d→Φ’d.BA , Φ’d.BC Id·Wd’’→Φ’’d→Φ’’d.AB , Φ’’d.AC C柱磁通：ΦC=Φcd.BC(主磁通)＋Φ’’d.AC(助磁)－Φ’d.BC(去磁)

156 选：Wd’’/ Wd’≈2 SA=SC≈SB/2 使：|Φ’’d.AC|=|Φ’d.BC|
对交流分量：助磁Φ’’d.AC与去磁Φ’d.BC相抵消，Wd无作用， C柱磁通ΦC=Φcd.BC 对非周期分量：非周期分量→铁心饱和→磁阻Rm↑ (1)Rm↑→Φcd.BC↓（相当于一般BLH） (2)助磁Φ’’d.AC↓↓（路径长，漏磁大）； 去磁Φ’d.BC↓（路径短，漏磁小） 故：ΦC↓↓(去磁为主)→W2中二次感应量↓↓→CJ不误动。 2、Wd的调整： (=常数，CJ的Idz.J不变) →抑制非周期分量作用↑ 即抑制励磁涌流的作用↑

157 四、具有磁力制动的CJ（BCH-1型） 磁力制动CJ的动作电流Idz.J≠常数 （制动电流Izh↓，则所需的动作电流Idz.J↓） 作用： ┌外部短路时， Idz.J大 > Ibp.max，保护不误动 └内部轻微短路时，Id较小，则Izh↓→Idz.J↓→动作Klm↑ 1、磁力制动CJ的基本原理 Wg：工作线圈（即差动线圈Wcd） Wzh：两个相同的制动线圈 当Ig=0时，两个Wzh产生的 磁通Φzh在两个W2中造成的电势 互相抵消，IJ = 0

158 * Izh=0时，Wzh无作用（相当于普通BLH），
此时Wg中加入初始启动电流Idz.J.0，CJ刚好动作。 * Izh↑，Wzh起作用：IzhWzh↑→Φzh↑→铁心饱和度↑ →磁阻Rm↑(导磁率↓) →要使CJ启动，则所需的Idz.J↑ 当Izh↑，Wzh↑→所需的Idz.J↑

159 2、磁力制动CJ的应用及整定 (1)外部短路时： Ig=Ibp=(Ktx·10%＋U＋m)·Id.w/nTA=k·Izh —— 曲线1 对应于Id.w.max/nTA，有Ibp.max， 此时应使：Idz.J=Kk·Ibp.max 选择CJ的制动特性曲线3，使其 过a点 (Id.w.max/nTA，Kk·Ibp.max)， 并位于曲线1的上方，保证 外部短路时，无论Id为何值， CJ皆不误动。 此时Idz.J.a= Kk·Ibp.max (2)内部短路时： ① 若N侧无电源，Izh=I2”=0，此时CJ的启动电流为Idz.J.0

160 ② 若M、N两侧电源容量相同，I2’= I2” Ig=I2’+I2”=2I2”=2Izh —— 曲线4 此时CJ的启动电流为Idz.J.b （曲线4与曲线3的交点b） ③ 若M侧无电源，I2’=0， Ig=I2”=Izh —— 曲线5 此时CJ的启动电流为Idz.J.c （曲线5与曲线3的交点c） 可见，内部短路时，最大启动 电流为Idz.J.c（即曲线5为最不利情况） 而Idz.J.c<<Idz.J.a(=Kk·Ibp.max)→Klm↑ 为尽量提高内部短路时的Klm，Wzh应接在T的无电源侧或 电源较小侧。

161 五、具有比率制动和二次谐波制动的CJ 规定正方向：每端以流向本元件中间为正 (即：母线→T为正) 差动电流取为：Icd=| |；制动电流取为：Izh= 特点：CJ的动作电流不是常数：Izh↓→ Idz.J↓ 1、工作情况 (1)正常运行及外部短路时： ≈ 制动电流Izh≈ (2Im) =Id.w/nTA(很大)→ CJ的Idz.J 很大， 差动电流Icd=Ibp(很小) < Idz.J ,保护不动作。

162 (2)内部短路短路时： 皆为正， Izh= (很小)→ Idz.J很小 Icd=| |=Id.n/nTA(很大)>> Idz.J 保护灵敏动作。 (3)励磁涌流造成较大Icd时： Icd中的二次谐波较大（达到基波一定 比例），抑制保护动作（闭锁保护）。

163 2、比率制动特性的整定 (1)三个定值： ①最小动作电流(差动启动电流)Idz.J.0 躲过最大负荷时的不平衡电流。 一般取(0.3~0.4)Ie ②拐点电流（起始制动电流）Izh.0 正常运行时不需引入制动作用，仅在外部短路时才引入制 动作用。而正常运行时所测制动电流为额定电流Ie，故Izh.0应 取为Ie。考虑到外部远处轻微短路时的短路电流在有测量误 差的情况下可能稍小于Ie，故Izh.0一般取(0.8~1.0)Ie

164 ③制动特性斜率m 对应于最大外部短路：Id.w.max/nTA，有： Icd=Ibp.max=(Ktx·10%＋U＋m)·Id.w.max/nTA；Izh.max=Id.w.max/nTA 为确保不误动，此时应使：Idz.J=Kk·Ibp.max 即动作特性应过点： (Id.w.max/nTA，Kk·Ibp.max) ∴ 斜率 m = 当Izh.max=Id.w.max/nTA>>Izh.0时（一般皆满足），可近似取： = Kk(Ktx·10%＋U＋m) （不需进行短路电流计算）

165 (2) 内部短路的Klm校验 用最小运行方式下，T内部两侧出口短路的最小短路电流 Id.n.min/nTA进行校验： 先计算在该Id.n.min情况下的制动电流Izh，再由制动特性斜 率m计算该Izh下的动作电流Idz.J =Idz.J.0 + m·(Izh- Izh.0)，则： Klm=(Id.n.min/nTA)/Idz.J，要求Klm>2 (由于比例制动特性CJ的Klm一般很高，通常可不进行校验)

166 §6-3 变压器的过电流保护（后备保护） 过流保护作用：┌ 作为T外部短路时的远后备 └ 作为T内部短路时的近后备 一、变压器过流保护概述 Idz= Ifh.max 。 Ifh.max的考虑： (1)对多台并联运行T，考虑突然切除一台时出现的过负荷： 设有n台同容量T并运，则：Ifh.max= Ie.T (2)对降压T，考虑低压侧电动机自启动影响： Ifh.max= Kzq·Ie.T （Kzq：电动机自启动系数） 由于T的过载电流Ifh.max较大→Idz较大→ Klm↓ 需采取措施提高Klm：降低Idz（整定时只考虑躲过T的额定 电流），同时设置电压闭锁元件（在T出现过载电流Ifh.max时 将保护闭锁）。

167 二、低电压启动（闭锁）的过流保护 同时启动（“与”逻辑出口） →整套保护启动 1、元件的整定 过电流元件整定：Idz= Ie.T ↓ → 电流元件Klm↑。 低电压元件的整定：在母线正常的最低工作电压(80%Ue.T) 下不启动，取Udz=0.7Ue.T 2、工作情况分析 * T外部或内部短路出现过流时：I↑，U↓ → 整套保护延时动作

168 （Ud.max：在最大运行方式下，相邻元件 末端三相短路时，保护所测的最大残压） 4、特殊问题的考虑 * 低电压元件若接于T某侧，而另一侧相
* T出现过载Ifh.max时：I↑，U仍较大 → 整套保护不误动 3、低电压元件Klm校验：Klm=Udz/Ud.max （Ud.max：在最大运行方式下，相邻元件 末端三相短路时，保护所测的最大残压） 4、特殊问题的考虑 * 低电压元件若接于T某侧，而另一侧相 邻元件末端短路时，所测残压大→Klm↓。 若低电压元件Klm不满足要求，可采用 两套低电压元件（“或”逻辑）分别接T两侧。

169 * 若TV二次断线： 低电压元件启动→延时发出断线信号 电流元件不启动，整套保护不会误动 * TA应装在T的电源侧，不应装在负荷侧。 （保证能起到近后备作用） * 在需要的情况下可加入方向判别（也可退出）

170 三、复合电压启动（闭锁）的过流保护 电压元件 1、工作情况分析： (1)发生不对称短路时： ┌出现较大U2→[U2>]启动； └同时Id↑→[Ia>],[Ib>],[Ic>]中至少有一个启动； 则：整套保护延时动作。

171 (2)发生三相对称短路时： ┌三相电压下降为残压→[Uab<]启动； └同时同时Id↑→三相电流元件皆启动； 则：整套保护延时动作。 (3)变压器过载Ifh.max时： ┌I↑→电流元件误启动； └但无U2且Uab较大→电压元件不启动； 则：整套保护不误动。

172 2、整定 三个过电流元件的整定同低电压启动的过流保护。 一个低电压元件的整定同低电压启动的过流保护。 负序过电压元件的整定： 躲过正常时负序过滤器输出的不平衡电压U2.bp.max 一般取(经验公式)：U2.dz=(0.06~0.12)Ue.T 3、复合电压启动过流保护特点 (1)对于不对称短路，由于U2.dz↓↓ → 电压元件的Klm↑↑。 (2)当T另一侧不对称短路时，电压元件 的工作情况（Klm）与T接线方式无关。 (3)接线简单（电压元件只要接于T的一侧） *该保护作为远后备时，若不对称短路时电流元件的Klm仍 不够，可采用负序过电流保护。

173 §6-4 变压器接地保护（接地故障后备保护） （高压侧为小电流接地系统T，利用系统公用的绝缘监视装置来反映接地故障） 高压侧为大电流接地系统的T的接地保护： 作用：┌作为外部接地短路的远后备； └作为内部接地短路的近后备。 1、多台T并运时接地保护时限配合特点 多台T并运时，为减小接地短路时短路点的短路电流，采用 部分T中性点接地，另一部分T中性点不接地，并定期倒换。 对任一台T（装设一套零序电流和一套零序电压保护） ┌中性点可能接地运行，由零流保护反映 └中性点可能不接地运行，由零压保护反映

174 若多台分级绝缘T并运： （分级绝缘：中性点套管绝缘等级<引出线套管绝缘等级） 假设：零压保护时限tY > 零流保护时限tL，则： 系统发生单相接地时，将先由中性点接地T的零流保护动 作，先切除中性点接地T。 若接地点不在被切除的T中，则单相接地故障仍存在，形成 中性点不接地系统带接地点运行（对侧变电所已被线路接地保 护切除）→ 中性点零序过压→ 损坏T的中性点绝缘。 故必需使：零压保护tY < 零流保护tL 保证接地故障时： 零序电压保护先动， 先切除中性点不接地T。

175 * 零序电压保护出口必须满足以下三个条件：
①本台T的零压保护启动。 ②本台T的零流保护不启动 （中性点接地T零流保护动作 则闭锁本T的零压保护，保证 中性点接地T由零流保护以长延时动作）。 ③公共小母线为高电平（即中性点接地T的零流保护已启动。 防止操作或雷击过电压造成零压保护误动，保证只有在发生 接地故障时才开放零压保护）。 * 中性点接地T的零流保护启动后：一方面闭锁本T的零压保护 （防止本台中性点接地T先被切除）；另一方面使公共小母线 带高电平。 2、不需时限配合的几种情况：

176 * 若T的中性点设置放电间隙，则零压 保护与零流保护的时限不需配合。 一般由零流保护先动（有利于尽早 切除短路电流），当零流保护动作 切除中性点接地T后，若接地故障点仍存在，中性点不接地T 由于放电间隙的保护作用，中性点不会过压。且放电间隙上 装设间隙过流保护，当间隙放电电流超过一定值，则间隙过 流保护动作切除该中性点不接地T。 * 中小型水电站中的升压T可只接一套零流保护。单相接地短 路时，由中性点接地T的零流保护动作，以较小时限先切除 其他中性点不接地T，再以较大时限切除本台T(先人后己)。 * 对全绝缘T（中性点套管绝缘等级=引出线套管绝缘等级）， 零压保护与零流保护时限不需配合。由零流保护先动先切除 中性点接地T。

177 §6-5 变压器的瓦斯保护及过负荷保护 一、瓦斯保护 1、轻瓦斯：上开口杯，反映变压器 轻微故障，发报警信号。 2、重瓦斯： ①挡板部分：变压器油箱内故障， 油大量汽化，冲动挡板，动作于跳闸。 ②下开口杯部分：油箱严重漏油， 油面严重下降，下开口杯动作于跳闸。 *由于瓦斯继电器动作不稳定，故保护出口需自保持。 *为防止新油或试验时重瓦斯误动，需用切换片QP切换至信号。 二、过负荷保护：Idz= Ie.T ，延时动作于发信号。

178 §7 发电机保护 §7-1 发电机故障类型,不正常运行状态及相应保护方式 一、故障类型及保护方式 定子（及引出线）： 相间短路 纵差保护（1000KW以上） 匝间短路 横差保护（大容量，双绕组） 单相接地 接地保护（Ic>5A则跳闸；Ic<5A则发信号） 转子： 一点接地 一点接地保护或定期检测装置 两点接地 两点接地保护 失磁 失磁保护

179 二、不正常状态及保护方式 1、外部短路→过电流 ——过流保护（低电压启动或复合电压启动的过流） 2、三相对称过负荷——过负荷保护 3、外部不对称短路或不对称过负荷→负序过流 ——负序过流保护（5万KW以上） 4、突然甩负荷→定子过电压 ——过电压保护（水轮发电机） 5、转子过负荷 ——转子过负荷保护（10万KW以上，可控硅励磁机组） 6、主汽门突然关闭→逆功率 ——逆功率保护（大容量，汽轮发电机）

180 §7-2 发电机G的纵差保护和横差保护 一、纵差保护 基本原理：与线路纵联差动及变压器纵联差动相同。 作用：反映G内部（包括机端引线）相间短路的主保护。 作用对象：出口QF，灭磁开关，停机。 1、完全纵差与不完全纵差的差动电流Icd与制动电流Izh (1)完全纵差：可反映G内部相间短路，但不能反映匝间短路和开焊故障。 相间短路（ ） 匝间短路或开焊（ ） （ ：出口侧电流； ：中性点侧电流） 差动电流Icd=| |；制动电流Izh=| |/2

181 (2)不完全纵差： 可反映G内部相间短路、匝间短路和开焊故障。 出口侧TA1接相电流，而中性点侧TA2只接每相部分分支的 电流，同时为了保证在正常运行及外部短路时差动电流为0， 需进行分支比例调整。 正常运行及外部短路 匝间短路或开焊 （IT/IN=K） （IT/IN≠K） 分支系数 K=(正常)相电流/(正常)分支电流 差动电流Icd=| |；制动电流Izh=| |/2

182 2、比率制动特性及整定计算： (1)最小启动电流Idz.min： 躲过正常工况下最大差动不平衡电流。 一般Idz. min=(0.3~0.4)Ie.2 (2)拐点电流Izh.min： 一般取Izh.min=(0.5~0.8)Ie.2 (3)制动特性斜率Kzh： 躲过外部短路最大不平衡差动电流。 一般Kzh=0.3~0.5 （不完全纵差Kzh应适当偏大） (4)差动速断动作电流Idz.max：一般取Idz.max=(4~8)Ie.2 (5)内部短路灵敏度校验： 要求机端两相金属性短路的灵敏系数Klm>2.0

183 二、发电机横差保护 作用：反映G内部绕组（不含机端引线）相间短路、匝间 短路和开焊故障的主保护 作用对象：出口QF，灭磁开关，停机 1、裂相横差保护 （即三元件横差，构成相对复杂，作为单元件横差的补充） (1) G正常运行或外部短路时 两支绕组电势相等， 故两支电流大小相等， 差动电流Icd=0

184 (2) 同一支绕组上匝间短路 （：短路匝数占整支匝数的百分比） 两绕组电势不相等→环流Id→较大Icd=2Id/nTA →0时，Icd→0，拒动出现死区 (3) 同相不同支绕组上匝间短路（1，2） 两绕组电势不相等→环流I'd→较大Icd=2I’d/ nTA =(1－2)→0时，Icd→0，拒动出现死区 (4) 相间短路产生较大Id→较大Icd=Id/nTA (5) 开焊故障：某支开焊时， 一支无电流、一支有电流 →较大Icd=Ifh/nTA

185 2、零序电流横差保护 （也称单元件横差或高灵敏度横差，构成简单且灵敏度高） 在每相多分支的多个中性点连线上接入零序电流式横差保护： 左星形：IL=IA.L+IB.L+IC.L 右星形：IR=IA.R+IB.R+IC.R 则：Icd=|IL－IR|/nTA (1)正常运行及外部短路时：Icd=Ibp(很小)，保护不动作。

186 (2)匝间短路时（）： Icd=Id/nTA（环流，很大），保护动作。 →0时，Icd→0，保护拒动出现死区。 (3)转子两点接地→转子磁场畸变→横差保护误动。 措施： * G有转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护改 为经短延时t出口。 * G无转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护不 延时，允许横差保护瞬时出口。

187 §7-3 发电机定子绕组单相接地保护 （发电机中性点接地方式：不接地或经消弧线圈接地或 经高阻接地） 一、发电机定子绕组单相接地的特点 设A相绕组接地： （：接地点到中性点间的绕组 占整个绕组的百分比） 1、零序电压 ┌ UAD=EA－EA 各相对地电压： │ UBD=EB－EA └ UCD=EC－EA 零序电压：3U0=(UAD＋UBD＋UCD)=－3EA （3U0随变化） 2、零序电流

188 2、零序电流 发电机对地电容电流： 3I’0G＝jωCG3U0＝－jωCG3EA 网络对地电容电流： 3I’0S＝jωCS3U0＝－jωCS3EA 故障点总对地电容电流： 3Id0＝3I’0G＋3I’0S＝－jω(CG＋CS)3EA * 发电机定子接地时，其出口TA0所测零序电流： 3I0G＝3I’0S＝－jωCS3EA 其值较大（CS较大）； 方向：G→母线 * 外部系统单相接地时，发电机出口TA0所测零序电流： 3I0G＝3I’0G＝－jωCG3EA （此时=1） 其值较小（CG较小）；方向：母线→G

189 二、利用零序电流构成定子接地保护 反映接地电容电流Ic>5A的情况，有选择性动作于跳闸。 为减小不平衡电流， TA0采用高导磁率的零序电流互感器。 零序电流保护整定值选择原则： (1)躲过（大于）外部系统单相接地时G所测得的零序电流（即G本身的电容电流3I’0G＝ωCG3EX ，EX：相电压）； 并应躲过正常运行时TA0一次三相导线排列不对称→Ibp (2)保护一次动作电流应尽量小(灵敏度高)，且应保证<5A。 (3)为防止外部相间短路时TA0出现的Ibp.max→接地保护误动， 在过流保护动作时应将接地保护闭锁。 (4)为防止外部单相接地瞬间较大的暂态电流（>>ωCG3EX）→接地保护误动，接地保护应带有1~2S的延时。

190 三、利用零序电压构成定子接地保护 反映接地电容电流Ic<5A的情况，无选择性动作于信号。 G定子单相接地时，出现零序电压3U0=3EX→保护动作。 整定原则：3U0.dz.j>Ubp （一般3U0.dz.j=15~30V） 当→0时（接地点靠近中性点）， 3U0→0，保护拒动，出现死区。 四、100%定子接地保护 1、构成方式 第一部分：零序电压保护，死区：=5%~10%（靠中性点侧） ┌ 附加直流电源 第二部分：│ 附加交流电源 └ 利用G固有三次谐波电势

191 2、三次谐波电压保护基本原理 常规三次谐波保护动作条件： 机端三次谐波电压US3>中性点三次谐波电压UN3 （即：US3/UN3>1） (1) 正常运行时 中性点对地电抗：XN3=1/(jω3CG)； 机端对地电抗：XS3=1/[jω3(CG+CS)] 中性点三次谐波电压： UN3=XN3E3/(XN3+XS3) 机端三次谐波电压： US3=XS3E3/(XN3+XS3) 则：US3/UN3=XS3/XN3=(CG)/(CG+CS)<1， 即：US3<UN3 动作条件不满足，不动作。

192 (2) 定子绕组单相接地时 设F点金属性接地（距中性点比例为 ） UN3=E3，US3=(1-)E3 故：US3/UN3=(1-)/ * <50%时（F点靠中性点侧）， US3>UN3，满足动作条件，动作 * >50%时（F点靠机端侧）， US3<UN3，不满足动作条件，不动作 零序电压保护和三次谐波电压保护互相补充（死区互补） →100%定子接地保护。 实际定子接地往往并非金属性→三次谐波电压保护灵敏 度不高（保护范围达不到中性点侧的50%）

193 3、三次谐波定子接地保护改进判据 改进型动作条件： |US3－Kp·UN3|>β·|UN3| 适当调整复系数Kp使正常运行时： |US3－Kp·UN3|=0 当靠中性点定子绕组接地： US3↑, UN3↓→|US3－Kp·UN3|↑↑>β·|UN3| →保护灵敏动作 当靠机端定子绕组接地： US3 ↓, UN3 ↑→|US3－Kp·UN3|↑>β·|UN3| →保护动作 （可见改进型的三次谐波保护甚至可以单独作为100%定子 接地保护）

194 §7-4 发电机过流保护 一、复合电压启动（或低电压启动）的过流保护 （同变压器过流保护） 二、负序过负荷及负序过流保护 （用于50MW及以上的发电机） 三相不对称短路或不对称负荷→负序过流 →转子倍频电流→转子过热、振动。 发电机允许发热条件：I2*2·t ≤ A (负序电流I2*大→允许的时间t短) A：发电机转子允许发热量； I2*：以Ie.G为基准的负序电流标幺值） 1、定时限负序过负荷及负序过流

195 1、定时限负序过负荷及负序过流 [II2>]元件→跳闸，反映负序过流（整定值大） [III2>]元件→发信号，反映负序过负荷（整定值小） 整定计算及特性分析： (1) 负序过负荷部分（小定值） * 动作电流III2.dz整定： 躲过发电机长期允许负序电流I2.：III2.dz= I2.= I2. 经验公式：汽轮发电机：III2.dz=(0.06~0.08)Ie.2 水轮发电机：III2.dz=(0.1~0.2)Ie.2 * 动作延时tII：取6~9S (2) 负序过流部分（大定值） * 动作电流II2.dz整定：

196 ① II2.dz.* ≤ tjs：计算时间，即运行人员可采取措施 消除负序电流所需的充足时间，取120s。 当I2*<II2.dz.*时，允许时间ty>tjs，可人工处理，保护不必动作 当I2*>II2.dz.*时，允许时间ty<tjs，来不及人工处理，保护动作 一般A=30~40，则：II2.dz=(0.5~0.6)Ie.2 （汽轮发电机用0.5；水轮发电机用0.6） ② 与相邻元件的后备保护配合 （本后备保护Klm<相邻设备后备保护Klm） II2.dz=Kk·I2.js Kk：配合系数，取1.1~1.3 I2.js：计算电流，即相邻设备后备保护范围末端不对称短路 时流过本设备的最大负序电流。

197 * 动作时限tI：按阶梯原则与相邻元件后备保护配合：
tG=tT＋t，一般为3~5秒 (3)负序定时限过流保护特性分析： 设：反映不对称过负荷发信号部分： 整定值0.1Ie.G；时限t=10S 反映不对称短路跳闸部分： 整定值0.5Ie.G；时限t=4S ab段：保护尚未动作，G已经过热。 bc段：未能充分利用G本身的承受能力 cd段：I2→ 0.5Ie.G时（靠近C点），允许时间ty不够长，不对称 过负荷部分发信号后，无充裕时间保证人工处理。 de段：保护根本不反应。

198 2、负序反时限过流保护（适用于大型G） 为更好地与发电机承受能力匹配，采用反时限特性。 反时限过流保护：动作时限t与通入G的电流成反比变化。 G绝热条件下：I2*2·ty=A 则：ty=A/I2*2 考虑到G转子的散热条件， 允许一定的温升裕度，保护 实际动作特性取： tb=A/(I2*2－) （：裕度常数）

199 §7-5 发电机失磁保护（后备保护） 一、发电机失磁及其产生的影响 1、失磁的特点 设正常运行于a点， (1)低励失磁→励磁电流↓→Ed↓ →功角曲线P()下降，至b点 →P<Pm→转子加速,功角↑ →P回升至c点，P=Pm；由于惯性继续↑ →P>Pm→转子减速，按等面积法则至d点 （加速面积abc=减速面积cde），开始↓ →P回落至c点，P=Pm；由于惯性继续↓→P<Pm →转子加速……，经加速、减速循环往复的衰减振荡稳定在c点 ——稳定振荡（同步振荡）。

200 (2)若严重失磁→曲线P()大幅下降 →可提供的减速区面积chf<加速面积abc →惯性↑的减速过程中，冲过f点， 即尚未将加速面积的能量耗尽又出现P<Pm →转子又加速，不断↑→异步运行（失步）。 2、失磁的影响 G发出的无功： (1)失磁→Ed↓，↑→G发出的Q持续下降，当↑=90°时， Q= →无功反向(发电机吸收无功以建立磁场，进相)， 继续↑→反向无功↑→系统无功缺额 →系统电压U↓ →电压崩溃。

201 (2)由于从系统吸收大量无功，为防止定子过流，有功P↓。
(3)G转子转速↑→ G频率fG >系统频率fS →转子中出现滑差(fG－fS)交流→转子过热、振动。 (4)G电压↓→自动解列装置动作，使G与系统解列。 失磁后 二、失磁过程中的机端测量阻抗Zm 失磁前位于第一象限（a点）, 失磁后，无功Q↓由正变负，UG↓， Zm沿等有功圆进入第四象限， 进而落在临界失步圆上（b点）， 进而进入失步区c点→异步运行（失步振荡）。

202 为准确判别是否进入失步， 一般不用静稳定极限圆， 而采用异步边界阻抗圆： 以-jX’d/2和-jXd两点为直径的圆。 三、失磁保护 定子三相同时低电压元件：[UG<]； 励磁低电压元件：[Vfd<] 异步圆特性阻抗元件：[Z] * 失磁时：[Z]、[Vfd<]动作 →[&2]动作→经t3延时跳 灭磁开关(不停机)、投异 步电阻、切换厂用电源； 按[P]的设定值减负荷。

203 *由于失磁后期进入异步运行时，Vfd是交变的，[Vfd<]元件将
周期性地动作与返回，若[Vfd<]持续动作的时间<t3，则[t3]元 件将不再动作，无法保证自动减负荷和经[t2]动作于停机。 因此，在失磁前期失磁保护动作后由或门H1实现自保持，保 证失磁后期也能可靠动作。 *设置了长延时元件[t2]，进 入异步发电运行后，经 t2 (15分钟)自动动作于停机。 *设置了切换片XB，当G运行 状态不良，不允许异步发 电运行时，可将[t3]切换到动作于停机。 *若三相同时低电压元件[UG<]及[Vfd<]动作，说明机端电压低 于允许值，失磁保护经延时t1直接动作于停机。