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1、第五部分输电线路电流电压保护1本讲稿第一页，共五十五页5.1 单侧电源输电线路相间短路的单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护电流电压保护5.1.1 5.1.1 瞬时瞬时(无时限无时限)电流速断保护电流速断保护n瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护（又又称称第第段段电电流流保保护护）它它是是反反映映电电流流升升高高，不带时限动作的一种电流保护。不带时限动作的一种电流保护。n1.1.工作原理及整定计算工作原理及整定计算n在在单单侧侧电电源源辐辐射射形形电电网网各各线线路路的的始始端端装装设设有有瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护。当当线线路路上上任任一一点点发发生生短短路路故故障障时时，流流过过保保护
2、护安安装装地地点点的的短短路路电电流流可用下式表示可用下式表示本讲稿第二页，共五十五页 =（5-15-1）=（5-25-2）n 系统等效电源相电势；系统等效电源相电势；n 系统等效电源到保护安装处之间的电抗；系统等效电源到保护安装处之间的电抗；n 线路单位公里长度的正序电抗；线路单位公里长度的正序电抗；n 短路点至保护安装处的距离短路点至保护安装处的距离本讲稿第三页，共五十五页o图图5-15-1中中曲曲线线1 1表表示示最最大大运运行行方方式式下下三三相相短短路路电电流流随随的的 变变化化曲曲线。曲线线。曲线2 2表示最小运行方式下两相短路电流随的表示最小运行方式下两相短路电流随的 变化曲线。
3、变化曲线。本讲稿第四页，共五十五页 图5-1 瞬时电流速断保护动作特性分析本讲稿第五页，共五十五页o保保护护1 1瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护的的动动作作电电流流可可按按大大于于本本线线路路未未端端短短路路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即 =（5-35-3）o式中式中 保护装置保护装置1 1瞬时电流速断保护的动作电流；瞬时电流速断保护的动作电流；o可靠系数，取可靠系数，取1.21.21.31.3。o被被保保护护线线路路末末端端B B母母线线上上三三相相短短路路时时流流过过保保护护安安装装处处的的最最大大短短路路电电流流，一一般般取取次次暂暂态
4、态短短路路电电流流周周期期分分量量的的有效值。有效值。本讲稿第六页，共五十五页n瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护的的灵灵敏敏系系数数，是是用用其其最最小小保保护护范范围围来来衡衡量量的的，规规程程规规定定，最最小小保保护护范范围围 不不应应小小于于线线路路全全长长的的15%15%20%。本讲稿第七页，共五十五页o图图5-15-1中中在在最最小小保保护护区区未未端端（交交点点N N）发发生生短短路路故故障障时时，短短路路电电流等于由式（流等于由式（5-5-4 4）所决定的保护的动作电流，即）所决定的保护的动作电流，即 =（5-45-4）o得最小保护长度得最小保护长度o =（5-5 5-5）本讲稿
5、第八页，共五十五页o式式中中 系系统统最最小小运运行行方方式式下下，最最大大等等值值电电抗抗，；o 输电线路单位公里正序电抗，输电线路单位公里正序电抗，。o同理，最大保护区末端短路时同理，最大保护区末端短路时o =（5-65-6）本讲稿第九页，共五十五页o则最大保护长度则最大保护长度o =（5-75-7）o式中式中 系统最大运行方式下，最小等值电抗，系统最大运行方式下，最小等值电抗，。o规规定定:最最大大保保护护范范围围应应 50%50%（为为被被保保护护线线路路长长度度），最小保护范围最小保护范围 （15%20%）时。时。本讲稿第十页，共五十五页o2线路线路变压器组瞬时电流速断保护整定变压器
6、组瞬时电流速断保护整定o如图如图5-2所示。所示。图5-2线路变压器组原理接线本讲稿第十一页，共五十五页o瞬时电流速断保护动作电流为瞬时电流速断保护动作电流为o （5-8）o式中式中 配合系数，取配合系数，取 ；o 变变压压器器低低压压母母线线C短短路路，流流过过保保护护安安装装处处最最大大短短路电流。路电流。本讲稿第十二页，共五十五页o5.1.25.1.2限时电流速断保护限时电流速断保护o1.1.工作原理及整定计算工作原理及整定计算o如图如图5-3所示。所示。o为为了了使使线线路路1的的限限时时电电流流速速断断保保护护的的保保护护范范围围不不超超出出相相邻邻线线路路2瞬瞬时时电电流流速速断断
7、保保护护的的保保护护范范围围，必必须须使使保保护护限限时时电电流流速速断断保保护护的的动动作作电电流流 大大于于保保护护的的瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护的动作电流的动作电流 ，即，即 (5-9)本讲稿第十三页，共五十五页图5-3 限时电流速断保护的动作电流与动作时限本讲稿第十四页，共五十五页o式式中中 可可靠靠系系数数，因因考考虑虑短短路路电电流流非非周周期期分分量量已已经经衰衰减减，一般取一般取1.11.2。o同时也不应超出相邻变压器速断保护区以外，即同时也不应超出相邻变压器速断保护区以外，即o （5-10）o式中式中 配合系数，取；配合系数，取；o 变变压压器器低低压压母母线线D点点发
8、发生生短短路路故故障障时时，流流过保护安装处最大短路电流。过保护安装处最大短路电流。本讲稿第十五页，共五十五页o为为了了保保证证选选择择性性，保保护护1的的限限时时电电流流速速断断保保护护的的动动作作时时限限t1，还还要要与与保保护护的的瞬瞬时时电电流流速速断断保保护护、保保护护3的的差差动动保保护护（或或瞬时电流速断保护）动作时限瞬时电流速断保护）动作时限t2、t3相配合，即相配合，即t1=t2+（5-11）o或或 t1=t3+o式中式中 时限级差。时限级差。本讲稿第十六页，共五十五页o对于不同型式的断路器及保护装置，对于不同型式的断路器及保护装置，取取 范围内。范围内。o2灵敏系数的校验灵
9、敏系数的校验o其灵敏系数计算公式为其灵敏系数计算公式为 （5-12）本讲稿第十七页，共五十五页o式式中中 在在被被保保护护线线路路末末端端短短路路时时，流流过过保保护护安安装处的最小短路电流；装处的最小短路电流；o 被被保保护护线线路路的的限限时时电电流流速速断断保保护护的的动动作作电电流。流。o规程规定，规程规定，o如如果果灵灵敏敏系系数数不不能能满满足足规规程程要要求求，可可采采用用降降低低动动作作电电流流的的方方法法来来提提高高其其灵灵敏敏系系数数。即即使使线线路路L1的的限限时时电电流流速速断断保保护护与与线线路路L2的限时电流速断保护相配合，即的限时电流速断保护相配合，即 本讲稿第十
10、八页，共五十五页 （5-13）取上式中的较大值。取上式中的较大值。本讲稿第十九页，共五十五页o5.1.35.1.3定时限过电流保护定时限过电流保护o1.1.工作原理工作原理 o它它的的动动作作电电流流按按躲躲过过最最大大负负荷荷电电流流整整定定。正正常常运运行行时时它它不不应应起起动动，而而在在发发生生短短路路时时起起动动，并并以以时时间间来来保保证证动动作作的的选选择性，保护动作于跳闸。择性，保护动作于跳闸。o其其必必须须依依靠靠各各保保护护装装置置具具有有不不同同的的动动作作时时限限来来保保证证。用用 、分别表示保护装置分别表示保护装置1、2、3的动作时限，的动作时限，本讲稿第二十页，共五
11、十五页n则有则有 n写成等式写成等式 （5-14）本讲稿第二十一页，共五十五页图5-4 定时限过电流保护工作原理图本讲稿第二十二页，共五十五页o2整定计算整定计算o定定时时限限过过电电流流保保护护动动作作电电流流整整定定一一般般应应按按以以下下两两个个原原则则来来确确定：定：o1)1)在在被被保保护护线线路路通通过过最最大大正正常常负负荷荷电电流流时时，保保护护装装置置不不应应动动作，即作，即 o2)2)为为保保证证在在相相邻邻线线路路上上的的短短路路故故障障切切除除后后，保保护护能能可可靠靠地地返返回回，保保护护装装置置的的返返回回电电流流 应应大大于于外外部部短短路路故故障障切切除除后流过
12、保护装置的最大自起动电流后流过保护装置的最大自起动电流 ，即，即 本讲稿第二十三页，共五十五页o根据第根据第2 2条件，过电流保护的条件，过电流保护的整定式为整定式为 （5-15）o式中式中 可靠系数，取可靠系数，取 ；自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定；自起动系数，由电网电压及负荷性质所决定；本讲稿第二十四页，共五十五页o 返回系数，与保护类型有关；返回系数，与保护类型有关；最大负荷电流。最大负荷电流。o3灵敏系数校验灵敏系数校验o灵敏系数仍按公式灵敏系数仍按公式 进行灵敏系数的校验。进行灵敏系数的校验。o对对于于过过电电流流保保护护应应分分别别校校验验作作本本线线路路近近后后备备保保护
13、护和和作作相相邻邻线线路路及及元元件件远远后后备备保保护护的的灵灵敏敏系系数数。当当过过电电流流保保护护作作为为本本线线路路主主保保护护的的近近后后备备保保护护时时，应应采采用用最最小小运运行行方方式式下下，本本线线路路末末端端两相短路的短路电流来进行校验，两相短路的短路电流来进行校验，本讲稿第二十五页，共五十五页o要要求求 ；当当过过电电流流保保护护作作为为相相邻邻线线路路的的远远后后备备保保护护时时，应应采采用用最最小小运运行行方方式式下下，相相邻邻线线路路末末端端两两相相短短路路时时的的短短路路电电流流来来进进行行校校验验，要要求求 1.2 ；作作为为 联联接接的的变变压压器器远远后后备
14、备保保护时，短路类型应根据过电流保护接线而定。护时，短路类型应根据过电流保护接线而定。本讲稿第二十六页，共五十五页o4时限整定时限整定o过过电电流流保保护护的的动动作作时时限限按按阶阶梯梯原原则则进进行行整整定定，这这个个原原则则是是从从用用户到电源的各保护装置的动作时限逐级增加一个户到电源的各保护装置的动作时限逐级增加一个 。o在在一一般般情情况况下下，对对于于线线路路n的的定定时时限限过过电电流流保保护护动动作作时时限限整整定的一般表达式为定的一般表达式为 （5-16）本讲稿第二十七页，共五十五页o式中式中 线路线路 过电流保护的动作时间，过电流保护的动作时间，s；o 由由线线路路 供供电
15、电的的母母线线上上所所接接的的线线路路、变变压压器的过电流保护最长动作时间，器的过电流保护最长动作时间，s。本讲稿第二十八页，共五十五页o 5.2 双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护o5.2.15.2.1方向过电流保护的方向性方向过电流保护的方向性o在双侧电源或环网中，为了切除故障元件，应在线路两侧在双侧电源或环网中，为了切除故障元件，应在线路两侧都装设断路器和保护装置。假设装设前述的过电流保护，都装设断路器和保护装置。假设装设前述的过电流保护，将不能保证保护的选择性。将不能保证保护的选择性。本讲稿第二十九页，共五十五页图5-5 保护动作特性接线图（a）双侧电源；（b）单侧环形网络本讲稿第
16、三十页，共五十五页o必必需需在在原原有有的的电电流流保保护护的的基基础础上上加加装装一一个个功功率率方方向向判判别别元元件件功功率率方方向向元元件件,并并且且规规定定短短路路功功率率方方向向由由母母线线指指向向线线路路为为正正方方向向。只只有有当当线线路路中中的的短短路路功功率率方方向向与与规规定定的的正正方方向向相相同同，保护才动作。保护才动作。o5.2.2方向过电流保护的工作原理方向过电流保护的工作原理o在在过过电电流流保保护护的的基基础础上上加加装装一一个个方方向向元元件件，就就构构成成了了方方向向过过电电流流保保护。护。本讲稿第三十一页，共五十五页 图5-6 方向过电流保护工作原理本讲
17、稿第三十二页，共五十五页o在在图图5-6所所示示的的电电网网中中，为为了了保保证证选选择择性性，可可将将电电网网中中各各保保护护按按其其动动作作方方向向分分为为两两组组单单电电源源网网络络，A侧侧电电源源、保保护护1、3、5为为一一组组；D侧侧电电源源、保保护护2、4、6为为一一组组。对对各各电电源源供供电电的的网网络络，其其过过电电流流保保护护的的动动作作时时限限仍仍按按阶阶梯梯形形原原则则进进行行配配合合，即即A侧侧电电源源供供电电网网络络中中，；D侧侧电电源源供供电电网网络络中中，。两组方向过电流保护之间不需要考虑配合。两组方向过电流保护之间不需要考虑配合。本讲稿第三十三页，共五十五页o
18、在在双双侧侧电电源源辐辐射射形形电电网网中中，一一般般来来说说，接接入入同同一一变变电电所所母母线线上上的的双双侧侧电电源源线线路路的的过过电电流流保保护护，动动作作时时限限长长者者可可不不装装设设方方向元件，而动作时限短者和相等者则必须装方向元件。向元件，而动作时限短者和相等者则必须装方向元件。o3.2.3 3.2.3 功率方向继电器接线功率方向继电器接线o所所谓谓功功率率方方向向继继电电器器的的接接线线方方式式，是是指指在在三三相相系系统统中中即即电电器器电压及电流的接入方式。即接入点电器的电压电压及电流的接入方式。即接入点电器的电压 和和电电流流是是 是是线线（相相间间）还还是是相相的的
19、一一定定组组合合方方式式。对对接接线线方方式式的要求是：的要求是：本讲稿第三十四页，共五十五页o(1)(1)应应能能正正确确反反应应故故障障的的方方向向。即即正正方方向向短短路路时时，继继电电器器动动作作，反方向短路时应不动。反方向短路时应不动。o(2)(2)正正方方向向故故障障时时，加加入入继继电电器器的的电电压压电电流流尽尽量量大大，并并尽尽可可能能使使 和和 之间的夹角之间的夹角 尽量地接近最大灵敏角。尽量地接近最大灵敏角。o在在相相间间短短路路保保护护中中，接接线线方方式式广广泛泛采采用用9090接接线线方方式式，如如表表5-25-2和和图图5-75-7所示。所示。表5-2 功率方向继
20、电器接入的电流及电压本讲稿第三十五页，共五十五页功率方向继电器 电流 电压 KP1KP2KP3KP3 表5-2功率方向继电器接线方式本讲稿第三十六页，共五十五页图5-7 功率方向继电器的接线图（a）接线图；（b）相量图本讲稿第三十七页，共五十五页o功率方向继电器的动作条件可用角度来表示功率方向继电器的动作条件可用角度来表示:-90 -90（+）90 90 （5-175-17）o这一动作条件也可用余弦函数来表示为这一动作条件也可用余弦函数来表示为 coscos（+）0 (5-18)0 (5-18)本讲稿第三十八页，共五十五页o 5.2.4 5.2.4 方向过电流保护整定计算方向过电流保护整定计算
21、o由由于于方方向向电电流流保保护护加加装装了了方方向向元元件件，因因此此它它不不必必考考虑虑反反方方向向故故障障，只只需需考考虑虑同同方方向向的的保保护护相相配配合合即即可可。同同方方向向的的阶阶段段式式方方向向电电流流保保护护的的I I、段段的的整整定定计计算算，可可分分别别按按单单侧侧电电源源输输电电线线路路相相间间短短路路电电流流保保护护中中所所介介绍绍的的整整定定计计算算方方法法进进行行，但但应应注注意意以下一些特殊问题以下一些特殊问题。本讲稿第三十九页，共五十五页o1 1方向过电流保护动作电流的整定方向过电流保护动作电流的整定o方向过电流保护动作电流可按下列两条件整定方向过电流保护动
22、作电流可按下列两条件整定o(1)(1)躲躲过过被被保保护护线线路路中中的的最最大大负负荷荷电电流流。值值得得注注意意的的是是在在单单侧侧电电源源环环形形电电网网中中，不不仅仅要要考考虑虑闭闭环环时时线线路路的的最最大大负负荷荷电电流流，还考虑开环时负荷电流的突然增加。还考虑开环时负荷电流的突然增加。o(2)(2)同同方方向向的的保保护护，它它们们的的灵灵敏敏度度应应相相互互配配合合，即即同同方方向向保保护护的的动动作作电电流流应应从从据据电电源源远远的的保保护护开开始始，向向着着电电源源逐逐级级增增大大。以以图图5-55-5（a a）中中保保护护1 1、3 3、5 5为为例例，即即当当在在K2
23、K2点点发发生生短短路路故故障障时时，如如果果短短路路电电流流 介于介于 和和 之间，即之间，即本讲稿第四十页，共五十五页o ，保保护护1 1将将发发生生误误跳跳QF1QF1。为为了了避避免免误误动，则同方向保护的动作电流应满足动，则同方向保护的动作电流应满足 o （5-19）（5-20）o以保护以保护4为例，其动作电流为为例，其动作电流为 （5-21）o 配合系数，一般取配合系数，一般取1.11.1。本讲稿第四十一页，共五十五页o同同方方向向保保护护应应取取上上述述结结果果中中最最大大者者作作为为方方向向过过流流保保护护的的动动作作电电流整定值。流整定值。o2 2方向过电流保护灵敏系数的校验
24、方向过电流保护灵敏系数的校验o方方向向过过电电流流保保护护灵灵敏敏系系数数，主主要要取取决决于于电电流流元元件件。其其校校验验方方法法与与不不带带方方向向元元件件的的过过电电流流保保护护相相同同，但但在在环环网网中中允允许许用用相相继动作的短路电流来校验灵敏度。继动作的短路电流来校验灵敏度。本讲稿第四十二页，共五十五页o5.3 输电线路接地故障保护整定输电线路接地故障保护整定o5.3.1 中性点非直接接地系统单相接地的特点中性点非直接接地系统单相接地的特点o在在中中性性点点非非直直接接接接地地电电网网中中发发生生单单相相接接地地时时，由由于于故故障障点点的的电电流流很很小小，且且三三相相相相间
25、间电电压压仍仍保保持持对对称称，对对负负荷荷供供电电没没有有影影响响，因因此此，一一般都允许再继续运行一段时间，而不必立即跳闸。般都允许再继续运行一段时间，而不必立即跳闸。本讲稿第四十三页，共五十五页o图图5-8（a）示示出出了了中中性性点点不不接接地地电电网网，其其中中 为为线线路路L1每每相相对对地地电电容容，为为线线路路L2每每相相对对地地电电容容，为为线线路路L3每每相相对对地地电电容容；、分分别别为为线线路路L1、L2、L3由由母母线线流流向向被被保保护线路的零序电流。护线路的零序电流。本讲稿第四十四页，共五十五页本讲稿第四十五页，共五十五页图5-8 中性点非直接接地系统（a）网络图
26、；（b）电压相量图；（c）零序电流与电压时的相量图本讲稿第四十六页，共五十五页o若在线路若在线路L3的点发生相接地时，有的点发生相接地时，有 o 、，o点相接地时的零序电压点相接地时的零序电压 为为 （5-22）o由由图图明明显显可可见见，故故障障点点的的零零序序电电流流由由所所有有元元件件对对地地电电容容形形成成，为为 （5-23）本讲稿第四十七页，共五十五页o式中式中 网络中各元件对地电容之总和。网络中各元件对地电容之总和。o非故障线路非故障线路L1、L2的零序电流分别为的零序电流分别为 （5-24）o故障线路的零序电流为故障线路的零序电流为 （5-25）本讲稿第四十八页，共五十五页o零序
27、电压与零序电流间的相位关系，如图零序电压与零序电流间的相位关系，如图5-24（c）所示。所示。o5.3.25.3.2中性点不接地系统单相接地故障的保护整定中性点不接地系统单相接地故障的保护整定o根根据据上上述述接接地地故故障障的的特特点点，在在中中性性点点不不接接地地系系统统中中，其其单单相相接地故障的保护方式主要有以下几种。接地故障的保护方式主要有以下几种。o1 1无选择性绝缘监视装置无选择性绝缘监视装置o如如图图5-95-9所所示示。压压互互感感器器开开口口三三角角形形上上的的过过电电压压继继电电器器，可可带带延延时时动作于信号。动作于信号。本讲稿第四十九页，共五十五页图5-9 绝缘监视装
28、置原理接线本讲稿第五十页，共五十五页n动动作作电电压压一一般般按按躲躲过过正正常常运运行行时时的的不不平平衡衡零零序序电电压压来来整整定。定。n2 2零序电流保护整定零序电流保护整定n保保护护装装置置的的动动作作电电流流 。应应大大于于本本线线路路的的对对地地电电容容电电流流，即即 =3 =3 （5-26 5-26）本讲稿第五十一页，共五十五页o式中式中 UpUp相电压有效值相电压有效值 可可靠靠系系数数，考考虑虑到到暂暂态态电电流流可可能能比比稳稳态态值值大大很很多多，一一般般取取值值较较大大，取取4 45 5，采采用用延延时时动动作作的的零零序序电电流流保保护护时时，可可取取1.51.52
29、 2；被保护线路每相对地电容；被保护线路每相对地电容；o被保护线路单相接地时，流经该线路的零序电流为被保护线路单相接地时，流经该线路的零序电流为3 3 (-)(-)。因此灵敏系数为。因此灵敏系数为 =(5-27)本讲稿第五十二页，共五十五页o校验灵敏系数时应采用最小运行方式。显然，当出线回路愈多，校验灵敏系数时应采用最小运行方式。显然，当出线回路愈多，也愈大，保护越灵敏。也愈大，保护越灵敏。o3 3零序功率方向保护零序功率方向保护 o该该保保护护利利用用故故障障线线路路与与非非故故障障线线路路零零序序功功率率方方向向恰恰好好相相差差180180的的特特点点来来构构成成有有选选择择性性的的零零序序方方向向保保护护，动动作作于于信信号号或或跳跳闸闸。它它适适用用于于零零序序电电流流保保护护灵灵敏敏度度不不满满足足的的场场合合和和接接线复杂的网络中。其接线图为线复杂的网络中。其接线图为5-105-10。本讲稿第五十三页，共五十五页图5-10 零序功率方向保护原理接线图o零序功率方向继电器的零序电流及零序电压均有装在保护安装零序功率方向继电器的零序电流及零序电压均有装在保护安装处的零序滤过器取得。处的零序滤过器取得。本讲稿第五十四页，共五十五页本讲稿第五十五页，共五十五页