《电力系统继电保护原理》全套PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统继电保护原理,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,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,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：,2,、内部,d2,点短路时：,(,包括正常运行时,),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,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,.,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,K,lm,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）,2,电网的电流保护和方向性电流保护,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：,I,J,M,dc,M,dc,M,th,+M,m,舌片开始动作,M,dc,动作过程中：,舌片加速动作,(,M,dc,=K(I,J,/),2,),M,th,动作终止时出现剩余力矩：,M=M,dc,-M,th,（有利于接点可靠闭合）,（主要用于,35KV,及以下线路）,动作电流,I,dz.J,：能使继电器刚好动作的最小电流值。,返回过程：,I,J,I,dz.J,时，由于剩余力矩,M,的存在，暂时还不能返回；,I,J,M,dc,M,dc,M,th,-,M,m,舌片开始返回,M,dc,返回过程中：,舌片加速返回,M,th,返回终止时出现剩余力矩：,M=M,th,-,M,dc,（有利于接点可靠断开）,返回电流,I,h.J,：能使继电器刚好返回的最大电流值。,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,),，,K,h,1,2,、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,(,干扰持续时间一般,I,(3),d.B.max,I,I,dz.2,I,(3),d.c.max,取：,I,I,dz.1,=K,k,I,I,(3),d.B.max,I,I,dz.2,=K,k,I,I,(3),d.C.max,（可靠系数：,K,k,I,=1.2,1.3,）,(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%,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。,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。,I,II,dz.1,=K,k,II,I,I,dz.2,=K,k,II,K,k,I,I,(3),d.C.max,可靠系数：,K,k,II,=1.1,1.2,（,I,d,中非周期分量已,衰减，故比,K,k,I,稍小）,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：,t,II,1,=t,I,2,+,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）,对保护,1,的,电流,II,段,：,K,lm,=,要求：,K,lm,1.3,1.5,若,K,lm,不满足要求，可继续延伸保护范围使得：,I,II,dz.1,=K,k,II,I,II,dz.2,(,与下条线路的电流,II,段保护配合）,同时进一步提高时限：,t,II,1,=t,II,2,+,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，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：,I,III,dz,I,fh.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，则要求：,I,III,h,I,zq.max,=K,zq,I,fh.max,(,电动机负荷自启动系数,K,zq,1,),又：,I,III,h,=K,h,I,III,dz,（继电器返回系数,K,h,1,）,（可靠系数,K,k,III,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,:,t,III,1,=Maxt,III,2,t,III,3,t,III,4,+,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,I,d,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,K,lm,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,短路流过本保护的最小短路电流来校验：,要求,K,lm,1.2,(3),要求各保护之间,K,lm,互相配合,对同一故障点，越靠近故障点的保护，其,K,lm,要求越大,K,lm.1,K,lm.2,K,lm.3,K,lm.4,I,III,dz.2,I,III,dz.3,(,单侧电源辐射网，此条件自然满足,),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。,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,I,dz.J,=I,dz,/n,TA,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,.,(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,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（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：,假设低压侧（,侧）发生,AB,两相短路：,两相星形的,K,lm,比三相星形降低一半,提高两相星形接线,K,lm,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：,3,LJ,中的电流,:,I,3LJ,反映了,I,B,K,lm,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）,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,整体绘制。,交流回路,直流回路,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：,I,I,dz.3,I,I,dz.2,电流,III,段保护：,t,III,3,t,III,2,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。,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。,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）,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：,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：,幅值比较器与,锐角型,相位比较器的关系,（互换条件）,：,若取：,则：,当相位比较器位于动作区，即：,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：,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：,),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,）,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,:,90,J,0,实际,GJ:,起动电压,U,dz.J.mi,n,：电压回路形成方波电压,U,3,所需最小电压。,起动电流,I,dz.J.min,：电流回路形成方波电压,U,4,所需最小电流。,当线路正向出口附近故障使：,U,J,U,dz.J.min,时，,GJ,拒作，出现电压死区,（由于故障时电流,I,J,较大，不存在电流死区）。,GJ,的,“,潜动,”,问题,：,在只加,电压,U,J,或只,电流,加,I,J,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,U,J,、,I,J,应尽量大,且使正向故障的,J,lm,90,接线方式,:,线路正方向各种相间短路时,90,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,GJ,A,为例分析,(,GJ,B,、,GJ,C,相同,):,（,d,：线路阻抗角）,当,Z,d,0,时，,U,J,0 U,dz.J.min,，,GJ,拒动，存在死区。,为使,GJ,动作灵敏，应尽量使,lm,-(90,-,d,),即,:,(90,-,d,),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，,I,fh,方向不定，,故,GJ,A,动作情况不定（但由于,I,A,I,fh,很小，,A,相电流元件,LJ,A,不起动，则不需考虑,GJ,A,）,分析故障相方向元件,GJ,B,、,GJ,C,的情况：,(1)d(2,),点位于保护安装处附近,（,Z,d,Z,S,）,同理可分析,AB,、,CA,两相短路的情况,3,、结论：,在线路正方向各种相间故障情况下,故障相,GJ,的,J,是在以,-(90-,d,),为中心,左右偏离不超过,30,的范围内。,（反方向各种相间故障时,故障相,GJ,的,J,是在以,180,-(90-,d,)=90+,d,为中心,左右偏离不超过,30,的范围内）,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（,U,J,中包含非故障相电压，其值较大）。,若线路阻抗角为,d,，为降低死区，应尽量使：,lm,-(90,-,d,),即：,(90,-,d,),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）。,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。,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,U,J0,与故障后的电压,U,J,同相，故可用,U,J0,代替,U,J,与电流,I,J,比相，而,U,J0,的值较大，无死区）,4,、方向性电流保护原理接线图,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：,I,I,dz.1,I,(3),d1.max,；,I,I,dz.2,I,(3),d2.max,若取：,I,I,dz.1,=I,I,dz.2,=K,k,I,MaxI,(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。,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,I,BC,=I,I,dz.2,时），,流过保护,1,的电流：,I,AB,=I,BC,/K,fz,=I,I,dz.2,/K,fz,I,II,dz.1,=K,k,II,I,AB,=K,k,II,I,I,dz.2,/K,fz,K,fz,的求取：,(2),外汲电流的影响,I,II,dz.1,=K,k,II,I,AB,=K,k,II,I,I,dz.2,/K,fz,(3),根据实际可能的多种运行方式，在电流,II,段整定时,K,fz,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,。,(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,I,I,dz.1,I,I,dz.2,，,则,I,I,dz.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,。,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,I,II,dz.1,I,II,dz.2,则有,I,II,dz.1,I,I,dz.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。,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,I,d,，只有经等效对地,C,形成的大容抗回路，故障点只有较小的,I,C,，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。,3,电网接地故障的零序保护,(2),中性点直接接地系统,*有短路回路，有很大的,I,d,，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,I,C,大到一定程度，要求采取措施降低,I,C,，则可在中性点增设消弧线（或高阻）来降低,I,C,。,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,U,0,取决于该点至接地中性点的零序阻抗，,零序电流,I,0,超前零序电压,U,0,：,(180,-,d0,),，,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）,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,系统正常及相间短路时：,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：,I,I,dz,K,k,I,3I,d0.bm.max,（,K,k,I,：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：,I,I,dz,K,k,I,3I,0.btq,若保护动作时限,tt,QF,，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,),(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：,I,I,dz,K,k,I,3I,0.fqx,（其值较大,K,lm,）,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）,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）。,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：,t,I,0s,四、零序电流限时速断保护（零序电流,II,段）,1,、整定原则：与下条线路的零序电流,I,段配合。,动作电流整定：躲开下条线路零序电流,I,段保护范围末端接地短路时（即流过下条线路的零序电流刚好为其零序电流,I,段整定值时）流过本保护的最大零序电流。,I,II,dz.1,K,k,II,3I,d0.AB.max,K,k,II,I,I,dz.2,/K,fz.min,K,k,II,：取,1.1,1.2,；,分支系数,K,fz,3I,d0.BC,/3I,d0.AB,，,K,fz.min,：,K,fz,可能的最小值。,动作时限：,t,II,1,t,I,2,+tt0.5s,2,、校验灵敏度：要求：,K,lm,1.5,（,3I,d0.bm.min,：本线路末端接地短路时所出现的最小零序电流,）,若,K,lm,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：,I,II,dz.1,K,k,II,I,II,dz.2,/K,fz.min,；,t,II,1,t,II,2,+t2t1.0s,(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,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：,I,III,dz,K,k,III,3I,0.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：,I,III,dz.1,K,k,III,I,III,dz.2,/K,fz.min,（,K,k,III,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）,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,I,I,dz.3,保护,3,的,I,段会误动,若,t,III,2,t,III,3,，保护,3,的,III,段会误动,d2,短路：若,I,I,dz.3,I,I,dz.2,保护,2,的,I,段会误动,若,t,III,3,t,III,2,，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,GJ,0,（规定保护正方向：安装处母线被保护线路）,通常加入,GJ,0,的 以高于大地为正极性；,以母线线路为正极性。,保护正方向接地短路时：,超前,：,(180-,d0,),则,GJ,0,的最灵敏角应为：,lm,=,(180-,d0,),例如,d0,=70,，则,lm,取为,110,（,LG-11,整流型,GJ,0,：其,lm,只能设为锐角，此时取,lm,=,d0,，,为确保正方向接地短路时正确动作，只需将加入,GJ,0,的 或,任意一个反极性接入即可）,保护越靠近接地短路点，,3U,0,越大，,则,零序电流保护的,GJ,0,不存在死区。,若保护越远离接地短路点，,3U,0,、,3I,0,，,则对于长线路，零序电流保护的,GJ,0,需校验,K,lm,：,近后备：,K,lm,要求：,K,lm,2,远后备：,K,lm,要求：,K,lm,1.5,（,S,dz.0,：,GJ,0,的启动功率）,2,、三段式方向性,零序电流保护的,原理接线：,七、对零序电流保护的评价,1,、优点：,(1),相间短路的电流,III,段：,I,III,dz,I,fh.max,(,大,),零序电流,III,段：,I,III,dz,I,bp.max,(,小,),故：零序电流,III,段,K,lm,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，,K,lm,（,3I,d0,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,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。,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：,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：,（,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（：,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,（：,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,(1),系统正常及相间短路时：,U,J,U,bp,U,dz.J,装置延时动作于发信号。,*此装置可确定故障相别，,（,U,A,0,，,U,B,U,C,E,X,）,*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）,2,、零序电流保护（有选择性保护）,系统正常及相间短路时：,3I,0,0,其他线路单相接地时：,3I,0,C,b,3E,X,(,小,),本线路单相接地时：,3I,0,(C,C,b,)3E,X,(,大,),保护整定动作电流：,I,dz,K,K,C,b,3E,X,灵敏系数：,(,出线越少,C,K,lm,),3,、零序功率方向保护（有选择性保护）,系统正常及相间短路：,3U,0,0 3I,0,0 GJ,0,不动,单相接地时的非故障元件：,90GJ,0,不动,单相接地时的故障元件：,90 GJ,0,动作,保护中只有方向元件,GJ,0,，无电流启动元件,LJK,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,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：,三种补偿方式：,完全补偿：,3C,=1/(L)I,C.,=I,L,I,d0.,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,。,欠补偿：,3C,1/(L)I,C.,I,L,当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）,C,3C,=1/(L),谐振过电压，不宜采用。,过补偿：,3C,1/(L)I,C.,I,L,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。,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，,K,lm,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,i,L,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。,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，,K,lm,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。,4,电网的距离保护,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：,Z,J,Z,dz,保护不动作；,Z,J,Z,dz,保护动作,特点：*故障时：即反映,U,又反映,I,K,lm,*,系统运行方式变化时，,Z,J,不变，故不受运行方式,变化的影响,（主要用于,110KV,及以上线路）,二、三段式距离保护基本配置原则,I,段：,Z,I,dz.1,=K,I,k,Z,AB,；,Z,I,dz.2,=K,I,k,Z,BC,（,K,I,k,取,0.8,0.85,）,t,I,0s,II,段：,Z,II,dz.1,=K,II,k,(Z,AB,+Z,I,dz.2,)(K,II,k,取,0.8),t,II,1,=t,I,2,+t 0.5s,III,段：,Z,III,dz,Z,fh.min,t,III,按阶梯原则配合,三、三段式距离保护,基本逻辑框图,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。,三种常用的圆特性,ZKJ,：,3,个阻抗概念：,*测量阻抗,Z,J,：加入继电器的电压 与电流 的比。,*动作阻抗,Z,dz.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,Z,zd,：在最大灵敏角,lm,方向（特性圆直径正方向）上的动作阻抗。,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,Z,zd,为半径,的一个圆。,ZKJ,的动作阻抗,|,Z,dz.J,|,与测量阻抗角,J,无关，无,方向性。,(1),幅值比较式,动作条件：,|Z,J,|Z,zd,|,即：,动作条件为 的幅值比较,器的两比较量：,(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）,2,、方向阻抗,ZKJ,以整定阻抗,Z,zd,为直径，且过坐标原点的一个圆。,ZKJ,的动作阻抗,|,Z,dz.J,|,与,J,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,动作条件：,3,、偏移特性,ZKJ,正方向整定阻抗为,Z,zd,时，向反方向偏移一个,Z,zd,(,0,0,J,动作,2,、环流式：,，,I,a,I,b,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,异或门比相电路,:,时：,U,I,、,U,II,瞬时值相异（一正一负）的时间,5ms,6,端,7,端：相,“,或,”,输出：,不拒动为主时采用。,6,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。,4-3 ZKJ,的接线方式,一、对接线方式的基本要求,(1),Z,J,短路点到保护安装处间的距离,(2),Z,J,应与故障类型无关（保护范围不随故障类型变