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1、电力系统线路保护基础知识培训完整(可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）电力系统线路保护基础知识讲座 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 过电压 危害 元件不能正常工作 不正常运行状态 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 系统事故 保证非故障部分恢复正常运行 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 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基本参数的区别而构成的原理
2、（单端测量）运行参数：I、U、Z 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)二、反应电气元件内部故障与外部故障及正常运行时两端电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量）以 A-B 线路为例：规定电流正方向：由保护安装处母线 被保护线路 1、外部短路时(及正常运行时)d1 点短路:Id1B(-)UB(+)PB(-)180 Id1A(+)UA(+)PA(+)2、内部短路时 d2 点短路：Id2B(+)UB(+)PB(+)0 Id2A(+)UA(+)PA(+)3、利用以上差别，构成差动原理保护 纵联差动保护 相差高频动保护 方向高频保护等 三、保护装置的组成部分 输
3、入信号 测量 逻辑 执行 输出信号 整定值 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 再动作：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 本元件主保护拒动时，由前一级保护作为后备叫远后备.后备保护 本元件主保护拒动时，由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.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的情况下工作的时间及故障元件损坏
4、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：保护装置对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。灵敏系数 Km 用以反应灵敏度 四、可靠性：不拒动、不误动。1-4 继电保护工作特点及其发展史（略）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 单侧电源网络相间短路的电流保护 一、继电器介绍 1、继电器基本概念 继电器表示符号：（以过电流继电器为例）继电器的返回系数：Kh=返回量动作量=Ih jIdz j.动作量：使继电器刚好动作的电气量的值 返回量：使继电器刚好返回的电气量的值 继电特性：无论起动或返回，继电器
5、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：反映电气量上升而动作的继电器（例如过电流继电器），其 Kh1 2、集成电路型过电流继电器（晶体管型：略）3ms 延时：防止干扰信号引起的误动(保证 3ms 的稳定持续时间)12ms 展宽：使输出动作信号展成连续高电平。3、软继电器 在微机保护中已不存在物理继电器的概念，完全是由软件（算法）构成的逻辑继电器。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：Id=EZ=EZsZd Zd()Id 曲线 max：系统
6、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 （线路上某点的两相短路电流为该点三相短路电流的32倍）(2)、动作电流整定 原则：按躲开下一条线路出口（始端）短路时流过本保护的最大短路电流来整定。（以保证选择性）Idz.1 I(3)Idz.1=KkI(3)Idz.2 I(3)d.c.max Idz.2=KkI(3)可靠系数 Kk=1.21.3(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%当保护范围不满足要求时，可采用电压电流联锁速断 2、电流速断保护
7、的评价 优点：简单可靠，动作迅速 缺点：不能保护本线路全长，直接受系统运行方式的影响，受线路长度的影响。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 保护范围延伸到下一条线路，但不超出下一条线路速断保护最大保护范围的末端。(与下条线路的速断保护配合）原则：躲开下条线路速断的最大保护范围末端短路时，流过本保护的最大短路电流。Idz.1=KkIdz.2 可靠系数 Kk=1.11.2 2、动作时限的选择 为保证本线路限时速断与下条线路速断的保护范围重叠区内发生故障时的动作选择性，动作时限按下式配合：t1=t2+t 时差t：0.
8、35s0.6s 一般取 0.5s 3、保护装置灵敏性的校验 对于过量保护：保护范围内发生金属性短路时的故障参数的计算值 灵敏系数：Klm=保护装置的动作参数 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，流过保护安装处的最小短路电流。对保护 2 的限时电流速断：Km=IId Bdz().min.22 要求：Km 1.3 1.5 若 Km 不满足要求，可继续延伸保护范围使得：Idz.1=KkIdz.2(与下条线路的限时速断保护配合）同时进一步提高时限：t1=t2+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）1、动作电流的整定原则 按躲开流过
9、保护的最大负荷电流来整定：Idz If.max 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：Ih Izq.max=KzqIf.max(自启动系数 Kzq 1)又：Ih=KhIdz （返回系数 Kh Kzq IfKh.max 取可靠系数Kk:1.151.25 Idz=Kk Kzq IfKh.max 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 t1=MAX(t2,t3,t4)+t 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
10、电网的终端可以作为主保护。3、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 按本线路末端的最小短路电流来校验 Km=IId bmdz().min2 1.3 1.5 (2)、作为远后备时（相邻线路的后备）按相邻线路末端的最小短路电流来校验 Km=IId xmdz().min2 1.2 (3)、要求各保护之间 Km 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 Km.1 Km.2 Km.3 Km.4 Idz.2 Idz.3 .,自然满足此条件)五、阶段式电流保护的应用及评价 电流速断：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
11、能保护本线路全长，作为主保护的一部分。限时电流速断：由动作电流的整定与时限的确定来保证动作选择性，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（速断的补充）定时限过流保护：由动作时限的确定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。六、电流保护的接线方式 接线 LJ LH 1、两种常用的接线方式 (1)、三相星形接线 (2)、两相星形接线 继电器动作电流 Idz.j=Idz/n 2、两种接线方式的性能分析比较 (1)、对中性点接
12、地或不接地电网中各种相间短路 两种接线方式均能正确放映这些故障 (2)、对中性点非直接接地电网中的两点接地短路（不同线路上两点）这种电网允许带一个接地点继续运行 ，只需任切除一接地点并联线路上两点接地时，只需切除后一接地点串联线路上两点接地时 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 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，也能保证有 2/3 的机会只切除任一条线路。(3)、对 Y/接线变压器后面的两相短路 现以 Y/-11
13、接线的降压变压器为例：假设低压侧（侧）发生 AB 两相短路 IA()=-IB()IC()=0 侧Y 侧正序 落后负序超前II123030 （Y/-11 接线）IA(Y)=IC(Y)IB(Y)=2IA(Y)三相星形接线：能反映 IB，灵敏系数 Klm 大 两相星形接线：不能反映 IB，只能反映 IA 和 IC，Klm 降低一半 提高两相星形接线 Km 的方法：在两相星形的中线上再接一个继电器 LJ3 两相短路时有：IA+IB+IC=0 LJ3 中的电流 Ij3=|(IA+IC)/n|=IB/n Ij3 反映了 IB Km 3、两种接线方式的应用 (1)、三相星形接线：接线复杂，不经济，但是可提高
14、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的保护中。(2)、两相星形接线：接线简单、经济，广泛用于各种电网中线 路的反映相间短路的电流保护中。（对于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）七、三段式电流保护的接线图 1、原理图:以二次元件为整体绘制 2、展开图（交流回路、直流回路）：以二次回路为整体绘制 2-2 电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性电流保护的工作原理 对于双侧电源电网 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）d1 点
15、短路时，要求：2 动作，3 不动。假设：速断保护：dz.3 dz.2 过流保护：t3 t2 虽然此时能满足选择性，但若出现 d2 点短路，则：2 误动 非选择性动作 分析可知：被保护线路的反方向发生短路时，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 为防止保护误动作,增设功率方向闭锁元件GJ(装于误动保护上)母线 线路（正方向）：GJ 动作启动保护 功率方向 线路 母线（反方向）：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 二、GJ 的工作原理 保护 1 上装设 GJ 假设：GJ 的接线方式为：加入 GJ 的电压 Uj 为
16、相电压 U；电流 Ij 为相电流 I 则：d1 点三相短路时：U=IZd1 Uj 超前 Ij：d （正方向）d2 点三相短路时：U=(I)Zd2 Uj 超前 Ij：(180d)（反方向）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 Uj 与 Ij 的相位差将变化）1、相位比较式 GJ 相位比较器：两输入量：C、D C 相位 输出 D 比较器 动作条件：90 arg CD 90 锐角型 （或：270 arg CD 90 钝角型）相位比较式 GJ：两输入量：Uj、Ij KuUj Uj 变换
17、器 相位 输出 Ij 比较器 KiIj （其中 KuKu90，KiKi90）动作条件：90 argKu UjKi Ij 90 即：90 argUjIj 90 Ij 其功率表示形式为：Uj UjIj cos(j+)0 ：GJ 的内角(即 Ku 超前 Ki 的角度)调调 GJ 的动作边界 当 Uj 超前 Ij 的角度：j 时：Ij 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j 称为 GJ 的最灵敏角lm。lm 2、幅值比较式 GJ 幅值比较器：两输入量：A、B A 幅值 输出 B 比较器 动作条件：AB 幅值比较器与相位比较器（锐角型）的关系：若取：ACD，BCD 则：当
18、相位比较器位于动作区 即：90 argCD 90时 有：AB 即幅值比较器也位于动作区 当相位比较器位于非动作区 即：90 arg CD 90时 有：A B 即幅值比较器也位于非动作区 故：当满足：ACD，BCD 时 幅值比较器与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：ACD，BCD）幅值比较式 GJ：两输入量：Uj、Ij A=KuUj+KiIj Uj 变换器 幅值 输出 Ij 比较器 B=KuUj-KiIj 其特性与相位比较式 GJ 完全相同 三、集成电路型 GJ 1、构成 2、原理分析(相位比较)U1 与 U2 同相时 UUUU1212，同时为正，同时为负
19、的持续时间10ms (半个周期T212 f1250)当90argUU1290时 UUUU1212，同时为正，同时为负的持续时间5ms,有输出,动作。3、GJ 的动作特性 理想 GJ 动作条件:90j 90即 Cos(j)0 实际 GJ:电压回路形成方波电压U3 所需最小起动电压Udzjmin 电流回路形成方波电压U4 所需最小起动电流Idzjmin 角度特性（Ij 固定）：Udz.jf(j)P39 图 2-34 当正向故障时Uj Udzjmin 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）伏安特性（jlm）：Udz.jf(Ij)P40 图 2-35 “潜动”问题：
20、在只加入Uj 或只加入 Ij 的情况下，GJ 就能动作。（不利因素）四、相间短路GJ 的接线方式 要求：(1)正方向任何故障:GJ 动作 反方向故障:GJ不动 (2)加入 GJ 的 Ij、Uj 应尽量大,且jlm A 相 GJ:IjIA,UjUBC 90接线方式 B 相 GJ:IjIB,UjUCA C 相 GJ:IjIC,UjUAB 线路正方向各种相间短路时,90接线方式的工作情况 1、正方向三相短路 三相完全对称 以 A 相 GJA为例分析（GJB、GJC 相同）:IjIA UjUBC j-90d （d：线路阻抗角）要使 GJA 动作,则需 Cos（j）0 即：-90-90d 90 线路阻抗
21、角d 的可能取值范围：090 d 0：0 180 0 90 d 90：90 90 0 90时,无论d 为何值的线路上发生正向三相短路时,GJA 总能正确动作。当 Zd 0 时,Uj 0 拒动,存在死区。为使 GJ 动作灵敏，应尽量使j0,即 90d 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 IAIfh 很小，A 相保护不起动。分析 GJB、GJc 的情况：(1)d(2)点位于保护安装处附近:ZdZs Zd0 IBIC,UAEA UBUdB12EA UCUdC12EA (UdB=EBEEZsBC2Zs=EEBC2 12E
22、A)GJB：IjIB UjUCA j-90d 要使 GJB 动作,则需：-90-90d 90 d：090 取值范围：0 90 GJC：IjIC UjUAB j-90d 要使 GJC 动作,则需：-90-90d 90 d：090 取值范围：0 Zs Zs0 IBIC,UAEA UBEB UCEC GJB：IjIB UjUCA j-120d 要使 GJB 动作,则需：-90-120d 90 d：090 取值范围：30 120 GJC：IjIC UjUAB j-60d 要使 GJC 动作,则需：-90-60d 90 d：090 取值范围：-30 60 由以上分析得：对于任意线路上（d 任意），正方向
23、任何位置上（无论远近）发生BC 两相短路时，要使GJB 能正确动作，则 应满足：0 90 公共范围：30 90 30 120 对于任意线路上（d 任意），正方向任何位置上（无论远近）发生BC 两相短路时，要使 GJC 能正确动作，则 应满足：0 90 公共范围：0 60 -30 60 同理可分析 AB、CA 两相短路的情况 结论：*在线路正方向各种故障情况下，故障相 GJ 的j 是以-90d 为中心左右偏离不超过 30的范围内。*在任何线路上发生各种故障的情况下，GJ 都能正确动作的条件：30 1)2、外汲电流的影响 保护 2 的电流 I 段的最大保护范围末端 M 短路：IAB.M=IBC.M
24、/Kfz=Idz.2/Kfz Idz.1=KkIAB.M=KkIdz.2/Kfz Kfz=IBC/IAB=BCBMBCZZZ22 (外汲电流情况 Kfz tDL，可不考虑此条件 (3)当线路采用单相 ZCH 时，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（其值较大）灵敏 I 段：按条件(1),(2)整定 不灵敏 I 段：按条件(3)整定 系统全相运行时：灵敏 I 段起作用（动作值小，灵敏度高）系统非全相运行时：灵敏 I 段闭锁，不灵敏 I 段起作用（保护范围比相间短路 I 段保护大 Z012大，曲线陡曲线，相差小）动作时限：t0s 四、零序电流限时速断保护（零序 II 段）1、整
25、定原则：躲开下条线路零序 I 段最大保护范围末端接地短路时流过本保护的最大零序电流。(1)无分支情况：Idz.1KkIdz.2 （Kk取 1.11.2）(2)有分支情况：3Id0.BC 3Id0.AB 3Id0.T2 Idz.1k3Id0.js （3Id0.js Idz.23Id0.T2）3Id0.js：保护 1 零序 I 段保护范围末端接地短路时，流过本保护的零序电流计算值。2、校验灵敏度：lm30IIdmdz.min.1.5 （3I：被保护线路末端接地短路时所出现的最小零序电流）动作时限：t1 t2 t0.5s 若lm 不满足要求，采用以下方式解决：(1)使零序 II 段保护与下一条线路的
26、零序 II 段相配合，时限再抬高一级 例如：无分支时：Idz.1KkIdz.2 t1 t2 tt2 2t1s (2)保留 0.5s 的零序 II 段，并增加按(1)整定的零序 II 段 (3)改用接地距离保护 五、零序过电流保护（零序 III 段）1、整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流 Ibp.max：Idz.jKkIbp.max 实际整定：应考虑满足灵敏系数按逐级配合的原则 即：本保护零序 III 段的保护范围不超出下条线路零序 III 段的保护范围：Idz.1Kk3Id0.js （Kk1.11.2）3Id0.js：下条线路零序 III 段保护范围末端接地短路时，流
27、过本保护的零序电流计算值。2、校验灵敏度：近后备：lm 3I/Idz1.5 近后备：lm 3I/Idz1.2 3I：本线路末端接地短路时，流过本保护的零序电流计算值 3I：下条线路末端接地短路时，流过本保护的零序电流计算值 3、动作时限：为保证动作选择性，保护时限按阶梯原则整定 t1 t2 t t2 t3 t t3 0s 安装在受端变压器上的零序 III 段保护可以瞬动 零序网范围正序网范围 零序 III 段电流保护动作时限 Idz.3 t3 Idz.2 t2 Ifh.max (大）零序过电流保护：IdzIbp.max (小)故：零序过电流保护 Klm 零序网正序网零序过流保护 t (2)、零
28、序电流速断及限时速断受系统运行方式影响小，较稳定，且保护范围，Klm (3)、零序电流保护不受过负荷及系统振荡的影响 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，使零序保护的整定配合复杂化。2-4 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 相接地故障为例（
29、忽略线路上阻抗压降）1、零序电压：UAD 0 UBD EB EA UCD EC EA Ud0 13（UAD UBD UCD）EA （EA+EB+EC=0）2、零序电流：各元件对地电容电流：3I0I（IAI IBI ICI）jCI（UAD UBD UCD）j3CI Ud0 3I0II j3CII Ud0 3I0f j3Cf Ud0 各元件出口处所测零序电流：3I0I 3I0I j3CI Ud0 3I0f 3I0f j3Cf Ud0 3I0II3（I0II0f）j3（CI Cf）Ud0j3（CCII）Ud0 C：系统所有元件对地电容的总和 3、结论：(1)系统单相接地时(A 相),全系统都出现零序
30、电压 U0 EA (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（U0 超前 I0：90）(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（U0 超前 I0：90）二、中性点不接地电网中单相接地的保护 1、绝缘监视装置 系统正常运行及相间短路时：Uj Ubp Udz.j 延时动作于发信号 此装置可确定故障相别（UA0，UBUC3E，E：相电压）但无法确定故障点位置（即无法确定故障线路），无选择性，需运行人员手动依次短时跳开线路的DL 加以判断。2、零序电流保护 系统正常及相间短路时：3I0 0 其他线路单相接地时：3I0 3C0
31、Ud0 (小)本线路单相接地时：3I0 3（C0 C0）Ud0 (大)保护整定电流：Idzk3C0 Ud0 灵敏系数：lm3300000().minCCUdKkCUd ().minCCKk C000 (出线越多 C0lm)3、零序功率方向保护 系统正常及相间短路：U0 0 I0 0 GJ0 不动 非故障元件：U0 超前 I0：90 GJ0 不动 故障元件：U0 超前 I0：90 GJ0 动作 保护中只有方向元件 GJ0，无电流启动元件 LJ lm 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 U0 EA 2、
32、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：Id0IC+IL=j3CUd0+Ud0/(jL)=j Ud0 3C-1/(L)*完全补偿：3C=1/(L)Id00 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*欠补偿：3C 1/(L)即：IC IL 当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）C3C=1/(L)谐振过电压，不宜采用。*过补偿：3C 1/(L)即：IC 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
33、5 次）的零序电流及零序方向保护（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 以线路 II 上 A 相接地为例：暂态过程中：消弧线圈中电流 iL0 (电感中电流不能突变)A 相的对地电容放电；B、C 相的对地电容充电 A 相电容的放电电流不经电源，故回路中阻抗小，时间常数小，放电电流振荡频率高（几千 Hz），衰减快。B、C 相电容的充电电流经过电源，故回路中阻抗大，时间常数大，充电电流振荡频率低（几百 Hz），衰减慢。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
34、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；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）3 电网的距离保护 （主要用于 110KV 及以上线路）3-1 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，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。测量阻抗 Zj=UjIj ZjZdz 保护不动作 ZjZdz 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，
35、故不受运行方式变化的影响 二、三段式距离保护 I 段：Zdz.1KkZAB；Zdz.2KkZBC （Kk取 0.80.85）t0s II 段：Zdz.1Kk(ZAB+Zdz.2)(Kk取 0.8)t1 t2 t 0.5s III 段：Z Zf.min t按阶梯原则配合 三、三段式距离保护基本逻辑框图 3-2 阻抗继电器（ZKJ）单相式：加入一个电压 Uj,一个电流 Ij 多相补偿式：加入多个电压，多个电流 一、构成阻抗继电器的基本原则 P67 图 3-3 Zj=UjIj=UnInByBC(.)/=Zdnny 继电器起动阻抗：Zdz.j=Zdznny 为消除过渡电阻 Rg 及 LH 误差的影响，
36、尽量简化继电器接线 通常把动作特性扩大为一个圆（或透镜形、苹果形、多边性形）三种常用的圆特性阻抗继电器：圆内为动作区，圆外为非动作区。测量阻抗 Zj：加入继电器的电压 Uj 与电流 Ij 的比。动作阻抗 Zdz.j：刚好使 ZKJ 动作时，加入 ZKJ 的电压 Uj 与电流 Ij 的比 整定阻抗 Zzd：在最大灵敏角lm 方向（特性圆直径正方向）上的动作阻抗。二、利用复平面分析圆或直线特性 ZJ 1、全阻抗 ZKJ 以原点为圆心，以整定阻抗 Zzd 为半径的一个圆 继电器的动作阻抗|Zdz.j|与j 无关，无方向性 （j：测量阻抗角，j=argUjIj）(1)、幅值比较式 动作条件：|Zj|Z
37、zd|即：|Uj|IjZzd|（Uj=IjZj）动作条件为|A|B|的幅值比较器的两比较量：A=IjZzd；B=Uj (2)、相位比较式 动作条件：270argZZZZjzdjzd90 即：270argUI ZUI Zjjzdjjzd90 或：-90argI ZUI ZUjzdjjzdj90 动作条件为 270argCD90的相位比较器(钝角型)的两比较量：C=Uj+IjZzd；D=Uj-IjZzd 当 C=B+A;D=B-A 时：幅值比较器与钝角型相位比较器具有相同的动作特性 (动作条件为-90argCD90的相位比较器(锐角型)的两比较量：C=IjZzd+Uj；D=IjZzd-Uj 当 C
38、=A+B;D=A-B 时：幅值比较器与锐角型相位比较器具有相同的动作特性）2、方向阻抗 ZKJ 以整定阻抗 Zzd 为直径，且过原点的一个圆 继电器的动作阻抗|Zdz.j|与j 有关，具有完全方向性 (1)、幅值比较式 动作条件：|Zj-12Zzd|12Zzd|即：|Uj-12IjZzd|12IjZzd|动作条件为|A|B|的幅值比较器的两比较量：A=12IjZzd；B=Uj-12IjZzd (2)、相位比较式 动作条件：270argZZZjjzd90 即：270argUUI Zjjjzd90 或：-90argUI ZUjjzdj90 钝角型相位比较器的两比较量：C=Uj；D=Uj-IjZzd
39、 (锐角型相位比较器的两比较量：C=Uj；D=IjZzd-Uj)3、偏移特性 ZKJ 当正方向整定阻抗为 Zzd 时，同时向反方向偏移一个Zzd (0|B|时，Uab 0 J 动作 2、环流式：|A|B|时，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 五、相位比较器 1、异或门比相电路 270argUUIII90 时：UI，UII 瞬时值相异（一正一负）的时间5ms 6 端7 端：相“或”输出 6 端8 端：相“与”输出 2、脉冲式比相电路 180argUUIII0 时：U4 的上升沿对应的 U3 为正 3-3 阻抗继电器的接
40、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）常用的几种接线方式：相间距离保护：0接线方式、+30接线方式、-30接线方式 接地距离保护：零序电流补偿接线方式 二、相间短路阻抗继电器的 0接线方式 ZKJ1 Uj=UAB,Ij=IA-IB 0接线方式：ZKJ2 Uj=UBC,Ij=IB-IC ZKJ3 Uj=UCA,Ij=IC-IA 1、三相短路 ZKJ1：Uj=UAB=IAZ1-IBZ1=(IA-IB)Z1 Zj1=UAB/(IA-IB)=Z1 （Z1：线路单位阻抗；：短路点至保护安装处距离）ZKJ2，Z
41、KJ3 情况同 ZKJ1 皆能正确动作(UA=IAZL+IBZM+ICZM=IAZL+(IB+IC)ZM=IAZL-IAZM=IA(ZL-ZM)=IAZ1)2、两相短路 以 A-B 两相短路为例 ZKJ1：Uj=UAB=IAZ1-IBZ1=(IA-IB)Z1 Zj1=UAB/(IA-IB)=Z1 ZKJ1 能正确动作 ZKJ2：|UBC|UAB|（UBC 包含非故障相电压）|IB-IC|Zj1，不能正确反映 Z1 ZKJ3 同 ZKJ2 三个 ZKJ 并联起动保护，故保护仍能正确动作 3、中性点直接接地电网中的两相接地短路 以 A-B 两相接地短路为例 ZKJ1：UA=IAZL+IBZM UB
42、=IBZL+IAZM UAB=(IA-IB)(ZL-ZM)Zj1=UAB/(IA-IB)=(ZL-ZM)=Z1 ZKJ1 能正确动作 保护能正确动作 因为两相故障时，只有一个相应的 ZKJ 正确动作。为了反映各种相间故障需用三个ZKJ。三、接地短路阻抗继电器的接线方式 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：设：Uj=UA,Ij=IA 可行性分析：将故障点电压 UdA 与流过保护的故障相电流 IA分解为对称分量：UdA=Ud1+Ud2+Ud0=0;IA=I1+I2+I0 保护安装处 A 相电压的各序分量：U1=Ud1+I1Z1 U2=Ud2+I2Z1 U0
43、=Ud0+I0Z0 保护安装处 A 相电压：UA=U1+U2+U0 =（Ud1+Ud2+Ud0）+（I1Z1+I2Z1+I0Z0）=（I1+I2+I0+ZZZ011I0）Z1 =（IA+ZZZ011I0）Z1 Zj1=UA/IA=（1+ZZZ011IIA0）Z1 而 IIA0 不为常数（受中性点接地数目与分布的影响）Zj1 不能正确反映 Z1 正确的接线方式：ZKJ1：Uj=UA,Ij=IA+K3I0 ZKJ2：Uj=UB,Ij=IB+K3I0 ZKJ3：Uj=UC,Ij=IC+K3I0 其中：K=ZZZ0113 3-4 集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析 一、方向阻抗 ZKJ 的死区及
44、消除死区的方法 保护安装处正方向出口相间短路时：残余电压：Ucy 0 Uj 0,ZKJ 拒动，出现死区 减小和消除死区的方法：1、记忆回路 在电压回路中利用电容 C、电感 L 形成工频串联谐振电路 系统稳态时，UR 反映 UJ（同相位）当保护出口短路时，UJ 0 回路谐振谐振电流 Iu UR=IuR 0（记忆作用）一般 UR 按回路自由振荡频率经几个周波才衰减为 0 故利用此电压的记忆作用可消除死区。回路自由振荡频率：0=1422LCRL (1)为了使系统稳态时，UR 与 UJ 同相位 则需：L=1C 即：=1LC 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 的相位
45、逐渐拉开，时间越长，UR 越不能反映故障前 UJ (2)为了使故障后暂态过程中达到完全谐振 则需：=0=1422LCRL 即：1C=L+RL24 如此选择后，系统稳态时回路呈容性 故系统稳态时，UR 与 UJ 不同相（超前 58，有误差）综合考虑 选择按动作较慢选择按快速动作)2()1(ZKJZKJ 2、采用高 Q 值 50HZ 带通有源滤波器 高 Q 值 50HZ 带通有源滤波器具有记忆作用 Q=5，可记忆 45 个周波 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（但不能消除三相短路时的死区）方向阻抗 ZKJ 原动作条件（以接于A
46、B 相间的 ZKJ 为例）：270argUUII ZzdABABAB()90 引入非故障相电压后动作条件：270argUUeUII ZzdABCjABAB90()90 4、装设辅助保护（如：电流速断）二、极化回路记忆作用对 ZJ 特性的影响 方向阻抗 ZKJ 动作条件：270argUUI Zjjjzd90 相位比较的两个比较量分别称为：极化电压 Up=Uj 补偿电压 U=Uj-IjZzd 采用记忆回路后，极化电压 Up=Uf（故障前母线电压）动作条件：270argUfUI Zjjzd90(1)、保护正方向短路时的暂态特性 Uj=IjZj;Ij=EZjZs 则：U=Ij(Zj-Zzd)=EZsZ
47、jZzdZj 动作条件：270arg(ZjZsZjZzdUfE)90 即：270-argUfEargZjZsZjZzd90-argUfE 若短路前为空载:Uf=E 动作条件：270argZjZsZjZzd90 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 Uj=IjZj;Uj-E=IjZs Ij=EZjZs 则：U=Ij(Zj-Zzd)=ZjZzdZjZsE 动作条件：270arg(ZjZsZjZzdUfE)90 即：270-argUfEargZjZsZjZzd90-argUfE 若短路前
48、为空载:Uf=E 动作条件：270argZjZsZjZzd90 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(3)、稳态特性 记忆作用消失后（稳态），极化电压 Up=Uj 动作条件：270argUUI Zjjjzd90，仍为一方向阻抗 ZKJ 三、集成电路型方向阻抗 ZKJ 构成框图 极化电压 Up=Uj 补偿电压 U=KuUj KiIj=KuUj (Ki/Ku)Ij=KuUj IjZzd 可见整定阻抗 Zzd=Ki/Ku 四、ZJ 的精确工作电流 以方向阻抗 ZKJ 为例：幅值比较式理想动作条件：|12IjZz
49、d|Uj-12IjZzd|实际动作条件：|12IjZk|-|KuUj-12IjZk|U0 即：|12IjZzd|-|Uj-12IjZzd|UKu0 (Zzd=Zk/Ku)设：j=lm 时（直径正方向）的起动阻抗为：Zdz.j 则：12Zzd-Zdz.j+12Zzd=UKu Ij0 Zdz.j=Zzd-UKu Ij0 实际上在最灵敏角方向（直径正方向）的起动阻抗：Zdz.j Ijg 误差 相间短路的 Rg 接地短路 Rg：基本不随 t（时间）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：Id=Id+Id UB=Id Rg;U
50、A=Id Rg+Id ZAB Zj2=UI dB=IdI d Rgej （:Id 超前 Id 的角度）Zj1=UI dA=ZAB+Zj2=ZAB+IdI d Rgej 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。保护装置距短路点越近，受 Rg 影响越大 保护装置整定值越小（如短线路距离保护），受 Rg 影响越大 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