繼電保護(hù)的定義：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常狀況進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要的技術(shù)措施。1.1.1繼電保護(hù)的定義繼電保護(hù)的定義relay1.1.2繼電保護(hù)的由來(lái)從“Relay”到“ProtectiveRelay”把斷了的絲續(xù)上，“繼,續(xù)也”《說(shuō)文解字》許慎1.1.2繼電保護(hù)的由來(lái)1.1.3繼電保護(hù)的任務(wù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)是：（1）在系統(tǒng)發(fā)生元件短路等大擾動(dòng)時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘命令；（2）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)。

繼電保護(hù)，不是保護(hù)電力系統(tǒng)元件（設(shè)備）不發(fā)生故障，而是將故障元件從電力系統(tǒng)中切除（或異常情況及時(shí)告警）1.2.1

繼電保護(hù)動(dòng)作原理電力系統(tǒng)發(fā)生故障（或出現(xiàn)異常）時(shí)，很多電氣量（以及一些非電氣量）都會(huì)發(fā)生較正常運(yùn)行明顯不同的變化。利用短路故障時(shí)電氣量變化的特點(diǎn)，可以構(gòu)成不同動(dòng)作原理的繼電保護(hù)。例如：（1）反應(yīng)故障時(shí)電流的增加而構(gòu)成的過(guò)電流保護(hù)；（2）反應(yīng)故障時(shí)電壓的降低（或升高）而構(gòu)成的的低電壓（或過(guò)電壓）保護(hù)；（3）同時(shí)反應(yīng)故障時(shí)電壓降低、電流增加而構(gòu)成的阻抗保護(hù)（即距離保護(hù)）；（4）反應(yīng)不對(duì)稱故障時(shí)序分量的變化而構(gòu)成的負(fù)序電流保護(hù)以及零序保護(hù)。繼電保護(hù)裝置的組成示意圖

測(cè)量部分的作用：獲得被保護(hù)對(duì)象的電氣量，將參數(shù)，與整定值或者動(dòng)作條件比較，給出相應(yīng)的判斷結(jié)論。1.2.2繼電保護(hù)裝置組成繼電保護(hù)裝置的組成示意圖

在保護(hù)裝置內(nèi)部，邏輯部分根據(jù)測(cè)量部分的參數(shù)、性質(zhì)、輸出狀態(tài)等出現(xiàn)的順序或者組合，執(zhí)行布爾邏輯和時(shí)序邏輯操作，并將有關(guān)執(zhí)行指令傳遞給執(zhí)行部分。1.2.2繼電保護(hù)裝置組成1.2.2繼電保護(hù)裝置組成繼電保護(hù)裝置的組成示意圖

根據(jù)邏輯部分發(fā)出的指令，如跳閘、發(fā)出告警信號(hào)等，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。例如，向斷路器控制回路發(fā)出跳閘命令，或者，向上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出告警信號(hào)，等等。結(jié)合工程實(shí)際，可將測(cè)量回路、繼電保護(hù)回路、斷路器控制及信號(hào)回路、操作電源回路、斷路器和隔離開關(guān)的電氣閉鎖回路等，統(tǒng)稱為二次回路（secondarycircuit）。二次回路1.2.2繼電保護(hù)裝置組成1.2.3

保護(hù)對(duì)象與保護(hù)區(qū)保護(hù)對(duì)象主要包括：1）發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)變壓器組；2）主變壓器；3）重要的母線；4）電氣設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)，電抗器等。保護(hù)區(qū)域的劃分，必須適應(yīng)電力系統(tǒng)不同的保護(hù)對(duì)象、不同電壓等級(jí)及不同的保護(hù)需求。1.2.3

保護(hù)對(duì)象與保護(hù)區(qū)

L1線路的主保護(hù)，理論上應(yīng)從本側(cè)母線至對(duì)側(cè)母線的整條線路。

但如果在互感器4與線路L1斷路器間發(fā)生故障，繼電保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器，此時(shí)故障仍沒有被該斷路器“切除”，發(fā)電機(jī)G仍向故障點(diǎn)提供短路能量。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)下面通過(guò)一個(gè)案例來(lái)說(shuō)明繼電保護(hù)是如何具體履行的電力系統(tǒng)“外科醫(yī)生”的職責(zé)的。

如圖所示為某一條饋線繼電保護(hù)示意圖。

圖中的斷路器位于該饋線的首端，當(dāng)斷路器處于合閘（閉合）狀態(tài)時(shí)，電源與負(fù)荷通過(guò)饋線相聯(lián)系，負(fù)荷將得電，而當(dāng)斷路器處于跳閘（斷開）狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷將失電。電流互感器裝設(shè)在線路出口處，用于將本線路的一次側(cè)電流，變換成較小電流，供繼電保護(hù)裝置采集電流信息。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)電壓互感器裝設(shè)在母線出口處，用于將母線的一次側(cè)電壓，變換成較小電壓，供繼電保護(hù)裝置采集電壓信息。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的主要行為：正常時(shí)不動(dòng)作異常時(shí)告警故障時(shí)跳閘1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)由圖（a）可見，正常運(yùn)行時(shí)，斷路器閉合。此時(shí)，保護(hù)采集到母線電壓、饋線負(fù)荷電流，繼電保護(hù)裝置處于“待命”狀態(tài)。如線路中負(fù)荷電流超過(guò)了額定電流值，達(dá)到額定電流的1.15倍，有可能引起相應(yīng)設(shè)備損壞。此時(shí)，保護(hù)裝置要向上級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)送告警信號(hào)，反映這種不正常運(yùn)行狀態(tài)。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)

在圖（b）中，初始狀態(tài)仍為正常運(yùn)行狀態(tài)。如饋線上發(fā)生相間短路故障，流過(guò)線路的電流將由負(fù)荷電流突然上升為短路電流。保護(hù)裝置判斷出故障確實(shí)存在，向斷路器發(fā)出跳閘命令。斷路器跳開，切斷故障點(diǎn)與電源之間的聯(lián)系同時(shí)，保護(hù)裝置還要向上級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出“10kV線路跳閘”的信號(hào)。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)結(jié)合如圖所示饋線保護(hù)示例，繼續(xù)以電力系統(tǒng)“外科醫(yī)生”打比方。電壓互感器及電流互感器相當(dāng)于“外科醫(yī)生”的“眼睛”，它們間接地反映了被保護(hù)對(duì)象的一次電壓與一次電流情況。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)保護(hù)裝置提供了感受故障的“大腦”，但作為一個(gè)弱電元件，它不可能親自完成故障隔離任務(wù)。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)斷路器等用于切斷強(qiáng)電回路的元件，能夠完成故障隔離，提供了切除故障的“手腳”。其本身沒有故障判斷功能，需要聽從來(lái)自于保護(hù)裝置的“命令”。1.2.4案例：一條饋線的繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時(shí)，需要繼電保護(hù)判斷準(zhǔn)確、行為迅速、反應(yīng)靈敏、動(dòng)作可靠地切除故障，從而盡可能地減小故障范圍，并降低故障對(duì)于系統(tǒng)的影響，以提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。在我國(guó)，對(duì)于繼電保護(hù)的基本要求的提法簡(jiǎn)稱為“保護(hù)四性”，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性。1.3繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.3.1選擇性保護(hù)的選擇性(selectivityofprotection)是指保護(hù)檢出電力系統(tǒng)的故障區(qū)和/或故障相的能力。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)盡可能縮小電力系統(tǒng)被停電的范圍，只將故障部分從系統(tǒng)中切除，最大限度地保證系統(tǒng)中的無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。

以K1點(diǎn)故障為例，保護(hù)有選擇性時(shí)，應(yīng)跳開斷路器QF1、QF21.3.1選擇性

以K1點(diǎn)故障為例，與之平行的線路保護(hù)動(dòng)作跳開QF3、QF4，則稱保護(hù)動(dòng)作行為“失去選擇性”。1.3.1選擇性NP的相鄰線路PQ上K3點(diǎn)故障，QF6立即跳閘——最理想，QF6未跳閘，故障依然存在——線路NP的保護(hù)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作，跳開QF5，使得故障對(duì)于系統(tǒng)的影響盡可能地控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。此時(shí)NP路保護(hù)的這種動(dòng)作行為，也是滿足“選擇性”要求的。1.3.1選擇性保護(hù)的速動(dòng)性（speedofprotection）是指保護(hù)盡可能快地切除故障的能力。故障的快速切除，有利于防止故障的漫延，減輕對(duì)于系統(tǒng)的不利影響。1.3.2速動(dòng)性保護(hù)速動(dòng)性示意圖0.5s時(shí)刻發(fā)生故障，電流幅值突然增大0.6s時(shí)刻電流變?yōu)榱?.8s后續(xù)波形略去在當(dāng)今技術(shù)條件下，保護(hù)裝置存在約30ms固有延時(shí)，是正常的。真正0秒動(dòng)作出口的繼電保護(hù)是不存在的。1.3.2速動(dòng)性

保護(hù)的靈敏性(sensitivityofprotection)是指保護(hù)對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來(lái)衡量，增大靈敏度，將增加保護(hù)動(dòng)作的可信賴性，但有時(shí)與安全性相矛盾。1.3.3靈敏性可靠性分為兩個(gè)方面:安全性及可信賴性。

保護(hù)的安全性繼電保護(hù)裝置或繼電保護(hù)系統(tǒng)不發(fā)生誤動(dòng)的程度或能力保護(hù)的信賴性繼電保護(hù)裝置或繼電保護(hù)系統(tǒng)不發(fā)生拒動(dòng)的程度或能力1.3.4可靠性圖a中，只要K1動(dòng)作，即可跳閘1.3.4可靠性圖b中，只有K1、K2同時(shí)動(dòng)作，才能實(shí)現(xiàn)跳閘1.3.4可靠性圖c中，只要K1、K2有一者動(dòng)作，就能實(shí)現(xiàn)跳閘。圖中以K1點(diǎn)動(dòng)作為例。1.3.4可靠性1.3繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.3.4可靠性安全性增強(qiáng)可信賴性減弱可信賴性增強(qiáng)安全性減弱安全性和信賴性關(guān)系

安全性與可信賴性兩者是相互矛盾的。因此，繼電保護(hù)如何在兩者之間找到一個(gè)恰當(dāng)?shù)某叨龋谀撤N程度上是一個(gè)復(fù)雜的命題。我們必須對(duì)于被保護(hù)對(duì)象的故障可能性及后果進(jìn)行判斷，有針對(duì)性地對(duì)安全性與可依賴性做出取舍，這將是一個(gè)非常具有科學(xué)性與藝術(shù)性的問(wèn)題。安全性信賴性1.3.4可靠性1.3.5

繼電保護(hù)“四性”的辯證統(tǒng)一繼電保護(hù)裝置應(yīng)符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。保護(hù)“四性”之間也是既矛盾又統(tǒng)一，如選擇性與靈敏性之間，可靠性與速動(dòng)性之間，都存在上述關(guān)系。當(dāng)確定其繼電保護(hù)的配置和構(gòu)成方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面，并結(jié)合具體情況，處理好上述四性的關(guān)系：1）電力設(shè)備和電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行特點(diǎn)；2）故障出現(xiàn)的概率和可能造成的后果；3）電力系統(tǒng)的近期發(fā)展規(guī)劃；4）相關(guān)專業(yè)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r；5）經(jīng)濟(jì)上的合理性；6）國(guó)內(nèi)和國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。第2章故障分析與繼電保護(hù)

2.1故障電氣量計(jì)算簡(jiǎn)便方法故障分析總體思路思路講究實(shí)效簡(jiǎn)化方法避免錯(cuò)誤阻抗計(jì)算系統(tǒng)拓?fù)涓餍蜃杩咕W(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)橫向故障相間短路接地故障電氣量分布相關(guān)節(jié)點(diǎn)相關(guān)支路主要難點(diǎn)B對(duì)阻抗值的計(jì)算及折算問(wèn)題，顯得手足無(wú)措；C不理解網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)的意義。A不清楚哪些元件需要納入計(jì)算范疇；阻抗計(jì)算要點(diǎn)原始參數(shù)可分為標(biāo)幺值型參數(shù)和有名值型參數(shù)，標(biāo)幺值=有名值/基準(zhǔn)值標(biāo)幺值型參數(shù)：該類型參數(shù)主要有電源等值系統(tǒng)參數(shù)、變壓器參數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)等。標(biāo)幺值可理解為百分?jǐn)?shù)除以100即得到標(biāo)幺值，兩者都無(wú)量綱。有名值型參數(shù)：該類型參數(shù)主要有線路參數(shù)或給定的有名值型參數(shù)。如果對(duì)該參數(shù)進(jìn)行標(biāo)幺值計(jì)算，則要確定標(biāo)準(zhǔn)容量及元件所處的電壓等級(jí)。復(fù)合序網(wǎng)的實(shí)質(zhì)

其實(shí)質(zhì)是一種圖解法，各序網(wǎng)雖被連接在一起，但并不是正序的電流流入了負(fù)序的網(wǎng)絡(luò)，正序的電流變成了零序的電流，只是根據(jù)上述能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)行的一種圖解示意，表述各序網(wǎng)絡(luò)之間的電壓與電流間的數(shù)值對(duì)比結(jié)果，以便計(jì)算正序電流值。序阻抗網(wǎng)絡(luò)常見錯(cuò)誤1）在負(fù)序與零序網(wǎng)絡(luò)中添加電源2）零序網(wǎng)絡(luò)中包含發(fā)電機(jī)、中性點(diǎn)未接地變壓器等無(wú)法流過(guò)零序電流的元件3）在正序及負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，未刪除空載或不可能流過(guò)短路電流的元件4）對(duì)于變壓器中性點(diǎn)設(shè)備阻抗歸算時(shí)未乘以3小結(jié)1）正序網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算三相短路時(shí)所用的網(wǎng)絡(luò)；2）對(duì)于同一故障點(diǎn)而言，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)與正序網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于該網(wǎng)絡(luò)中沒有電源支路，負(fù)序電壓、電流皆由故障點(diǎn)的負(fù)序電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生；3）零序網(wǎng)絡(luò)中，也沒有電源電動(dòng)勢(shì)，只有故障點(diǎn)零序電動(dòng)勢(shì)，零序電壓、電流皆由故障點(diǎn)的零序電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生。2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算M母線左側(cè)為等值電力系統(tǒng)，右側(cè)接有保護(hù)對(duì)象（如線路）K點(diǎn)——故障點(diǎn)發(fā)生三相短路后，故障電流從電源S流向故障點(diǎn)，經(jīng)過(guò)保護(hù)P。2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算故障電流相量故障電流標(biāo)量保護(hù)安裝處電壓計(jì)算2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算【例2-1】

【解】

1）阻抗參數(shù)計(jì)算2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算【例2-1】

【解】

2）問(wèn)題①計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電壓N點(diǎn)短路P點(diǎn)短路2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算【例2-1】

【解】

3）問(wèn)題②計(jì)算N點(diǎn)短路保護(hù)P1處即M母線電壓值2.1.1三相短路電氣量分布計(jì)算【例2-1】

【解】

3）問(wèn)題②計(jì)算保護(hù)P1處即M母線電壓值P點(diǎn)短路保護(hù)P2處即N母線電壓值2.1.2兩相短路電氣量分布計(jì)算仍以三相短路分析所示單側(cè)電源系統(tǒng)為分析模型。當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)，故障點(diǎn)正序電壓絕對(duì)值低于電源電壓。而在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，故障點(diǎn)的負(fù)序電壓絕對(duì)值最高。2.1.2兩相短路電氣量分布計(jì)算故障電流相量故障電流標(biāo)量保護(hù)安裝處電壓計(jì)算保護(hù)安裝處負(fù)序電壓計(jì)算2.1.2兩相短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

阻抗參數(shù)與系統(tǒng)等值電勢(shì)計(jì)算同例2-11）問(wèn)題①計(jì)算N點(diǎn)BC兩相短路時(shí)，故障相電流2.1.2兩相短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

2）問(wèn)題②畫圖2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生單相接地短路時(shí)，復(fù)合序網(wǎng)為串聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)，正、負(fù)、零序電流相等，大小由正序網(wǎng)電源電勢(shì)與序阻抗的總和決定。仍以三相短路分析中所示單側(cè)電源系統(tǒng)為分析模型2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算三倍零序電流相量三倍零序電流標(biāo)量保護(hù)安裝處零序電壓計(jì)算2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

1）阻抗參數(shù)計(jì)算N點(diǎn)單相接地短路零序等值網(wǎng)絡(luò)P點(diǎn)單相接地短路零序等值網(wǎng)絡(luò)2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

2）問(wèn)題①計(jì)算110kV系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流為流過(guò)保護(hù)P1即M點(diǎn)的三倍零序電流值N點(diǎn)單相接地短路2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

2）問(wèn)題①計(jì)算流過(guò)保護(hù)P1、P2的三倍零序電流值P點(diǎn)單相接地短路2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

3）問(wèn)題②計(jì)算流過(guò)保護(hù)P1即M點(diǎn)的三倍零序電流值N點(diǎn)兩相接地短路2.1.3單相接地短路電氣量分布計(jì)算【例2-2】

【解】

4）問(wèn)題③計(jì)算N點(diǎn)三相短路，流過(guò)保護(hù)P1的相電流P點(diǎn)三相短路，流過(guò)保護(hù)P1的相電流2.1.4兩相接地短路電氣量分布計(jì)算當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生兩相接地短路時(shí)，兩相接地時(shí)的復(fù)合序網(wǎng)為并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)。正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)首尾相并。故障點(diǎn)的零序電壓與正序電壓相等。仍以三相短路分析中所示單側(cè)電源系統(tǒng)為分析模型2.1.4兩相接地短路電氣量分布計(jì)算三倍零序電流相量三倍零序電流標(biāo)量保護(hù)安裝處零序電壓計(jì)算故障電流的分布故障點(diǎn)的總的電流，并不一定等于流過(guò)各支路的電流。不同的電壓等級(jí)，體現(xiàn)出的故障電流有名值也不相同。因此，僅求出故障點(diǎn)的相電流或序量電流，并不能代表計(jì)算已大功告成！電壓量的分布小結(jié)1）電壓量的分布依據(jù)的是各序網(wǎng)絡(luò)；2）測(cè)量點(diǎn)離電源越近時(shí)，相電壓的“殘壓”越高；3）序電壓求取的思路，與殘壓的求取思路又是相反的。故障點(diǎn)電壓最高，系統(tǒng)中性點(diǎn)或接地中性點(diǎn)電壓最低。在計(jì)算故障電壓時(shí)，常常會(huì)犯以下幾個(gè)錯(cuò)誤相序不分，計(jì)算相電壓殘壓時(shí)，采用某序電壓的計(jì)算模型條件不清，未掌握故障點(diǎn)電壓值概念，如兩相短路故障點(diǎn)序電壓值1方向不明，無(wú)序網(wǎng)中電壓、電流規(guī)定方向概念，特別是負(fù)序、零序2方法不當(dāng)，可采用分壓求取時(shí)，卻采用阻抗壓降的求取法，而電流值又無(wú)法獲得34討論：本節(jié)我們了解了故障分析的方法。那在實(shí)際運(yùn)行中，故障會(huì)留下怎樣的痕跡，我們又如何從中讀取有用的信息來(lái)進(jìn)行故障分析？

2.2

電流互感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用2.2電流互感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用電流互感器——以合理的準(zhǔn)確度，將大電流（一次電流）按電流比（即變比）變換為小電流（二次電流），以供繼電保護(hù)裝置及其它測(cè)量裝置使用，以滿足設(shè)備及人身的安全。電流互感器目前標(biāo)準(zhǔn)的文字代號(hào)為TA，其中“T”為主文字符號(hào)，代表“變壓器”大類，而“A”是輔助文字符號(hào)，代表“電流”。在現(xiàn)場(chǎng)也稱為CT（CurrentTransformer）或稱流變。2.2.1極性與變比電流互感器一次簡(jiǎn)圖中，豎線代表電流互感器的一次繞組，一根線代表三相；圓代表電流互感器的一組二次繞組，橫線代表二次輸出。參考方向規(guī)則：一次側(cè)以流入極性端為正方向，二次側(cè)以極性端流出電流為正方向。

（1）極性電流互感器原理示意2.2.1極性與變比（2）變比電流互感器的二次額定電流，有5A及1A兩種。2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)

一二次繞組阻抗等效值與負(fù)載阻抗之和遠(yuǎn)小于勵(lì)磁阻抗，這是電流互感器存在誤差的原因，ZE無(wú)窮大，可認(rèn)為沒有誤差；二次負(fù)載阻抗相對(duì)于勵(lì)磁阻抗的比值越大，則誤差越大。電流互感器等值電路（1）誤差電流互感器等值電路2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)電流互感器勵(lì)磁回路有以下關(guān)系當(dāng)電流互感器的誤差為10%時(shí)，有

，此時(shí)對(duì)應(yīng)互感器二次所允許的負(fù)載阻抗

為2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)電流互感器10%誤差曲線示例該曲線為反比例曲線，圖中虛線表明，m值越高，所允許的二次負(fù)載阻抗就越小，一次電流和二次負(fù)載阻抗是相互制約的，一次電流越大，允許的二次負(fù)載阻抗越小。2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)典型C類電流互感器的勵(lì)磁特性曲線（部分）右上方部分近似于水平線，說(shuō)明勵(lì)磁電壓不會(huì)再有大幅度上升，而隨著勵(lì)磁電流的不斷上升，電流互感器接近于“飽和”。拐點(diǎn)2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)（2）準(zhǔn)確級(jí)電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)，是其電流變換的精確度，一般選用P級(jí)或TP級(jí)準(zhǔn)確級(jí)的電流互感器。例如，準(zhǔn)確度級(jí)為10P20，“P”代表供保護(hù)使用，“20”代表一次側(cè)最大允許電流為額定電流

的20倍，“10”代表在一次側(cè)流過(guò)最大電流，二次輸出額定容量，互感器的綜合誤差不會(huì)大于10％?！纠?-4】

2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)【解】

電流互感器所接負(fù)載在故障條件下在系統(tǒng)故障條件下，理想的最大電流為

，如此時(shí)勵(lì)磁電流為10A，則誤差為10%。

容許二次負(fù)載總阻抗的最大值為

互感器二次負(fù)載總阻抗為ZB為2Ω，小于該值，因此該互感器誤差將小于10%。2.2.2誤差與準(zhǔn)確級(jí)電流互感器誤差不滿足要求時(shí)可采取的措施：1）增大二次回路連接導(dǎo)線的截面，以減少二次回路總的負(fù)載電阻。2）選擇電流比大的電流互感器，以降低二次電流，從而降低二次電壓。3）采用兩個(gè)同容量、同電流比的電流互感器串聯(lián)使用，以增大輸出容量，此時(shí)互感器容量增大一倍，但電流比不變。4）采用飽和電流倍數(shù)高的電流互感器，其勵(lì)磁特性曲線高，即相同的二次電壓所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流降低。2.2.3接線方式簡(jiǎn)介（a）為單相式接線（b）為兩相不完全星形接線，取A、C相電流，流經(jīng)負(fù)載后，合并為一流回N點(diǎn)。如中性線還接有其他保護(hù)元件，則稱為兩相三繼電器式接線（c）為三相完全星形接線，中性線上流過(guò)3倍的零序電流（d）為三角形接線小結(jié)電流互感器部分，應(yīng)重點(diǎn)掌握互感器的一次電流、二次電流、極性、變比等概念，應(yīng)初步了解電流互感器的接線方式。理解電流互感器誤差與繼電保護(hù)的關(guān)系。

2.3電壓互感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用2.3電壓互感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用電壓互感器——以合理的準(zhǔn)確度，將高電壓（一次電壓）按電壓比（即變比）變換為二次電壓，以供繼電保護(hù)裝置及其它測(cè)量裝置使用。標(biāo)準(zhǔn)的文字代號(hào)為“TV”，其中“T”為主文字符號(hào)，代表變壓器這一大類，“V”為輔助文字符號(hào)，代表“電壓”。在現(xiàn)場(chǎng)也稱為PT（PotentialTransformer）或稱“壓變”。2.3電壓互感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用額定參數(shù)：一次額定電壓（線電壓表示），如10kV、110kV

二次額定電壓（線電壓表示），為100V準(zhǔn)確級(jí)：3P、6P

分別代表綜合誤差為3%和6%。注：電壓互感器的二次回路不能短路2.3.1典型接線（1）單相接線a)變壓器通用表示；b)電壓互感器表示電壓互感器變比

為電壓互感器二次回路保護(hù)的作用是在其二次回路發(fā)生短路時(shí)，防止其對(duì)電壓互感器二次線圈造成損壞。注意二次側(cè)有一個(gè)接地點(diǎn)，屬于保護(hù)接地（PE，protectionearthing）。（2）三相接線2.3.1典型接線二次主繞組——一次側(cè)、二次側(cè)的額定電壓值。2.3.1典型接線二次輔助繞組（開口三角）大接地電流系統(tǒng)小接地電流系統(tǒng)——一次側(cè)、二次側(cè)的額定電壓值。2.3.1典型接線（3）實(shí)際應(yīng)用（a）兩個(gè)次級(jí)的三相互感器：運(yùn)用于110kV及以下主接線為單母線、單母線分段、雙母線時(shí)（b）一個(gè)次級(jí)的單相互感器：運(yùn)用于出線上有電源，需要檢測(cè)線路是否有電壓或需要進(jìn)行同期并列時(shí)（c）多個(gè)次級(jí)的三相互感器：運(yùn)用于220kV及以上的電壓等級(jí)，使繼電保護(hù)完全雙重化（d）多個(gè)次級(jí)的單相互感器：運(yùn)用于500kV3/2主接線，以供同期并列及重合閘裝置使用【例2-5】2.3.1典型接線例2-5圖2.3.1典型接線【解】1）額定電壓為110kV，則電壓互感器的電壓比為

。則正常時(shí)A630、B630、C630對(duì)N600電壓為L(zhǎng)630對(duì)N600電壓為0V。2）A630對(duì)N600電壓由57.7V降為0V，B630、C630對(duì)N600電壓仍為每相的額定電壓即57.7V。二次側(cè)L630對(duì)N600電壓為100V。2.3.1典型接線3）額定電壓為10kV，則電壓互感器電壓比為

。正常時(shí)A630、B630、C630對(duì)N600電壓為L(zhǎng)630對(duì)N600電壓為0V。4）二次側(cè)L630對(duì)N600電壓為100V。根據(jù)變比關(guān)系，A630、B630、C630對(duì)N600電壓相量相加約為173V。2.3.2二次回路的保護(hù)與接地電壓互感器二次回路保護(hù)的作用是在其二次回路發(fā)生短路時(shí)，防止其對(duì)電壓互感器二次線圈造成損壞。電壓互感器二次回路保護(hù)設(shè)備一般采用快速熔斷器或低壓斷路器。電壓互感器二次主繞組或相應(yīng)回路、二次輔助繞組及相應(yīng)回路必須有一個(gè)接地點(diǎn)，電壓互感器二次回路的接地，主要是防止一次高壓竄至二次側(cè)時(shí)，可能對(duì)人身及二次設(shè)備造成的傷害。電壓互感器的二次回路只允許有一個(gè)接地點(diǎn)。電壓互感器二次回路的保護(hù)設(shè)備應(yīng)滿足：1）在電壓回路最大負(fù)荷時(shí)，保護(hù)設(shè)備不應(yīng)動(dòng)作；2）電壓回路發(fā)生單相接地或相間短路時(shí)，保護(hù)設(shè)備應(yīng)能可靠地切除短路；3）在保護(hù)設(shè)備切除電壓回路的短路過(guò)程中和切除短路之后，反應(yīng)電壓下降的繼電保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)作，即保護(hù)裝置的動(dòng)作速度要足夠快；4）電壓回路短路保護(hù)動(dòng)作后出現(xiàn)電壓回路斷線應(yīng)有預(yù)告信號(hào)。2.3.2二次回路的保護(hù)與接地小結(jié)電壓互感器部分，應(yīng)重點(diǎn)掌握互感器的二次主繞組、二次輔助繞組（開口三角）、互感器變比等概念，應(yīng)理解電壓互感器在不同的電壓等級(jí)，所采用的二次輔助繞組對(duì)應(yīng)變比存在的差異。2.4繼電器簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介

繼電器(Relay)，也稱電驛。一種能對(duì)于輸入條件做出響應(yīng)，并能在特定的條件被滿足時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的電氣控制回路做出觸點(diǎn)接觸動(dòng)作或類似的突然變化的一種電氣裝置。具體可解釋為：繼電器是一種當(dāng)輸入量（如電壓、電流、溫度等）達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。可分為電氣量（如電流、電壓、頻率、功率等）繼電器及非電氣量（如溫度、壓力、速度等）繼電器兩大類。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。

2.4.1繼電器的分類繼電器可根據(jù)輸入信息、動(dòng)作原理或結(jié)構(gòu)及動(dòng)作特性的不同進(jìn)行分類。重點(diǎn)介紹繼電器的功能分類，共可分為五類：①保護(hù)繼電器；②調(diào)節(jié)繼電器；③重合、同期檢查及同期繼電器；④監(jiān)視繼電器；⑤輔助繼電器。2.4.2

電磁型繼電器簡(jiǎn)介

最早的感應(yīng)式電流繼電器具有反時(shí)限特性，其動(dòng)作時(shí)間與輸入的電流呈反比例的關(guān)系，曾在電力系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的感應(yīng)型電流繼電器具有兩個(gè)系統(tǒng)：一個(gè)是感應(yīng)系統(tǒng)，其動(dòng)作是有時(shí)限的，最原始的設(shè)計(jì)原理即是將傳統(tǒng)的電能表加以改造，在其旋轉(zhuǎn)鋁盤加上一個(gè)觸點(diǎn)及限位機(jī)構(gòu)；另一個(gè)是電磁系統(tǒng)，其動(dòng)作是瞬時(shí)的。電磁型繼電器2.4.2

電磁型繼電器簡(jiǎn)介電磁型電流繼電器示意圖DL系列電流繼電器的結(jié)構(gòu)圖，它由固定觸點(diǎn)1、可動(dòng)觸點(diǎn)2、線圈3、鐵心4、彈簧5、轉(zhuǎn)動(dòng)舌片6和止擋7所組成。2.4.2

電磁型繼電器簡(jiǎn)介當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，鐵心中產(chǎn)生磁通，它通過(guò)由鐵心、空氣隙和轉(zhuǎn)動(dòng)舌片組成的磁路，將舌片磁化，產(chǎn)生電磁力，形成一對(duì)力偶。由這對(duì)力偶所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，將使轉(zhuǎn)動(dòng)舌片按磁阻減小的方向（即順時(shí)針方向）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使繼電器觸點(diǎn)閉合。2.4.3繼電保護(hù)常用術(shù)語(yǔ)1.觸點(diǎn)a)常開觸點(diǎn)；b)常閉觸點(diǎn)；c)延時(shí)閉合瞬時(shí)打開的常開觸點(diǎn)；d)瞬時(shí)閉合延時(shí)打開的常閉觸點(diǎn)；e)瞬時(shí)閉合延時(shí)打開的常開觸點(diǎn)；f)延時(shí)閉合瞬時(shí)打開的常閉觸點(diǎn)；g)繼電器與常開觸點(diǎn)示例觸點(diǎn)常被繼電保護(hù)工作者稱為“接點(diǎn)”，指在交流或直流電路中用以斷開或閉合電路的金屬觸點(diǎn)。2.4.3繼電保護(hù)常用術(shù)語(yǔ)2.保護(hù)的啟動(dòng)與動(dòng)作圖中KA為一只過(guò)電流繼電器，當(dāng)施加于該繼電器的電流使其啟動(dòng)后，其觸點(diǎn)使時(shí)間繼電器KS啟動(dòng)，經(jīng)一時(shí)間間隔，其觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘命令。2.4.3繼電保護(hù)常用術(shù)語(yǔ)3.整定為配合實(shí)際應(yīng)用的需要，大部分繼電保護(hù)裝置的啟動(dòng)值（始動(dòng)值）是可以調(diào)整的，這種調(diào)整的過(guò)程及步驟被稱為對(duì)繼電保護(hù)裝置的“整定”，所整定的值被稱為整定值。如圖中，可將KA的動(dòng)作值整定為5A，KS動(dòng)作時(shí)間整定為1s等。2.4.3繼電保護(hù)常用術(shù)語(yǔ)4.保護(hù)跳閘繼電器（保護(hù)裝置）向斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出跳閘命令（通過(guò)一常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)），將斷路器跳開，這種過(guò)程稱為保護(hù)跳閘。5.觸點(diǎn)釋放及觸點(diǎn)復(fù)位（保護(hù)返回）KA動(dòng)作后，如外加的電流量慢慢降低至低于啟動(dòng)值以下一定量時(shí)，繼電器應(yīng)開始釋放，經(jīng)一段時(shí)間后，觸點(diǎn)完全打開（或閉合），這一過(guò)程稱為繼電器的返回。2.4.4繼電保護(hù)常用文字符號(hào)常用電氣符號(hào)及下標(biāo)

A、B、CA、B、C三相A告警（Alarm）B母線（Bus）C電流（Current）,閉合（Close）,控制（Control）,電容（Capacitor）AcOrAc交流（AlternatingCurrent）Ct電流互感器（CurrentTransformer）Ccvt電容式電壓互感器（CouplingCapacitorVoltageDevice）DcOrDc直流（DirectCurrent）E勵(lì)磁（Exciter,Excitation）2.4.4繼電保護(hù)常用文字符號(hào)F故障（Fault）饋線（Feeder）G接地（Ground）,發(fā)電機(jī)（Generator）Gnd,接地（GndGround）L線路（Line）M電動(dòng)機(jī)（Motor）M測(cè)量（Measure）N中性（點(diǎn)）（Neutral）,網(wǎng)絡(luò)（Network）O斷開（Open）P一次（Primary），保護(hù)（Protection）,能量（Power）Pf功率因數(shù)（PowerFactor）R電阻（Resistance）S二次（Secondary）,同期（Synchronizing）T變壓器（Transformer）2.5三相斷路器控制回路簡(jiǎn)介2.5.1基本概念斷路器是指能帶電切合正常狀態(tài)的空載設(shè)備，能開斷、關(guān)合和承載正常的負(fù)荷電流，并且能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載、開斷和關(guān)合規(guī)定的異常電流（如短路電流）的電器。高壓斷路器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要包括：①開斷元件。開斷元件包括斷路器的滅弧裝置和導(dǎo)電系統(tǒng)的動(dòng)、靜觸頭等；②支持元件。支持元件用來(lái)支撐斷路器器身，包括斷路器外殼和支持瓷套；③底座。底座用來(lái)支撐和固定斷路器；④操作機(jī)構(gòu)。操動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)操動(dòng)斷路器分、合閘；⑤傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)將操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分、合運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)給導(dǎo)電桿和動(dòng)觸頭。2.5.1基本概念本節(jié)僅介紹變電站常用的直流控制回路，對(duì)一些基本術(shù)語(yǔ)介紹如下。（1）三相操作機(jī)構(gòu)與分相操作機(jī)構(gòu)（2）就地控制與遠(yuǎn)方控制（3）跳閘操作與合閘操作（4）跳閘位置與合閘位置基本術(shù)語(yǔ)2.5.2常用設(shè)備簡(jiǎn)介書中圖2-25是一個(gè)三相操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制回路，反映了滿足斷路器控制回路要求的二次原理圖。通過(guò)對(duì)該回路動(dòng)作過(guò)程來(lái)分析它是如何來(lái)滿足斷路器控制回路的要求的。圖中常用設(shè)備如表2-3所示。2.5.3合閘與分閘控制（1）合閘前狀態(tài)（2）就地手動(dòng)合閘（3）手動(dòng)跳閘（分閘）（4）遙控合閘和分閘合閘與分閘控制3.1單側(cè)電源配電線路相間短路電流保護(hù)第3章35kV及以下電壓等級(jí)線路保護(hù)所在配電系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。35kV及以下單側(cè)電源配電線路主要有特點(diǎn)：由于是單側(cè)電源線路，因此負(fù)荷功率、短路功率的流動(dòng)方向單向的；1處于較低的電壓等級(jí)，傳輸距離短，傳輸容量小，因此在電力系統(tǒng)中的重要性相對(duì)較低；2線路上一般存在多個(gè)分段、分支斷路器，并與多臺(tái)配電變壓器相連接，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；34電流保護(hù)一種反應(yīng)故障時(shí)電流的增加而動(dòng)作的一種保護(hù)原理。當(dāng)故障電流超過(guò)預(yù)先設(shè)定值（即整定值）時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。電流保護(hù)裝置按斷路器位置配置，采用階段式原理，保護(hù)間在動(dòng)作值與動(dòng)作時(shí)間上相互配合，以滿足“四性”要求。其特點(diǎn)是快速，目的是使得故障點(diǎn)與電源之間快速被隔離。

K1、K2點(diǎn)為故障點(diǎn)，線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，三相短路電流與兩相短路電流的通用計(jì)算公式為結(jié)合公式并觀察曲線可知：1）故障點(diǎn)越近（即l值越?。?，短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗越小，短路電流將越大；2）短路類型與運(yùn)行方式也決定故障電流的大小，對(duì)于同一個(gè)故障點(diǎn)，最大運(yùn)行方式下的三相短路電流最大，最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流最小。K1處故障時(shí)，保護(hù)P1應(yīng)動(dòng)作，保護(hù)P2未流過(guò)故障電流，無(wú)法反應(yīng)；K2

處故障時(shí)，保護(hù)P1、P2流過(guò)同一電流，此時(shí)，根據(jù)“選擇性”要求，保護(hù)P2應(yīng)先于保護(hù)P1動(dòng)作，跳開QF2

，保障MN線路正常供電；如P2由于各種原因未能動(dòng)作，保護(hù)P1應(yīng)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作跳開，此時(shí)故障范圍擴(kuò)大，但M母線上級(jí)系統(tǒng)仍能保障供電。3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)

無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，動(dòng)作原理是當(dāng)測(cè)量電流高于整定值時(shí)，不經(jīng)延時(shí)而動(dòng)作，工程中常被稱為“電流I段保護(hù)”特點(diǎn)：動(dòng)作速度最快目的：使故障設(shè)備能夠快速地被隔離3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)繼電保護(hù)的定義無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（I段）整定

保護(hù)P1的Ⅰ段動(dòng)作電流按躲過(guò)本線路（MN線路）末端最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的最大短路電流，即

動(dòng)作時(shí)限

Ⅰ段靈敏度要求最大運(yùn)行方式下出口三相短路電流值不低于保護(hù)的動(dòng)作電流。以保護(hù)P1為例，Ⅰ段靈敏度即滿足要求。注意：電流I段的保護(hù)范圍（即保護(hù)區(qū)）不能超過(guò)本線路全長(zhǎng)3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)【例3-1】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。保護(hù)P1的I段動(dòng)作電流一次值保護(hù)P2的I段動(dòng)作電流一次值3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)【例3-1】

【解】

2）動(dòng)作電流二次值。保護(hù)P1的I段動(dòng)作電流二次值保護(hù)P2的I段動(dòng)作電流二次值3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)單相原理接線圖中TA為電流互感器，KA為I段電流繼電器。本線路故障電流大于KA定值KA觸點(diǎn)閉合KM中間繼電器動(dòng)作相應(yīng)觸點(diǎn)接通線路QF跳閘回路跳閘線圈YR勵(lì)磁斷路器QF實(shí)現(xiàn)跳閘信號(hào)繼電器KS動(dòng)作，發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)無(wú)延時(shí)跳閘命令無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)+無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理接線3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)由于電流保護(hù)Ⅰ段通常不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，考慮增加限時(shí)電流速斷保護(hù)，目的是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，該保護(hù)又稱為“電流Ⅱ段保護(hù)”。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)圖中可以看出，設(shè)置電流Ⅱ段保護(hù)的目的是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，Ⅱ段保護(hù)的保護(hù)范圍必然會(huì)伸入下一級(jí)線路（相鄰線路），在圖中陰影區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，P1的Ⅱ段保護(hù)存在與下線保護(hù)（P2）I段“搶動(dòng)”的問(wèn)題。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)若P1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)伸出相鄰線路Ⅰ段保護(hù)區(qū)注意：P1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)不應(yīng)伸出相鄰線路P2的Ⅰ段保護(hù)區(qū)!!圖中陰影區(qū)發(fā)生故障時(shí)，P2的Ⅰ段不動(dòng)，P1的Ⅱ段與P2的Ⅱ段啟動(dòng)，同時(shí)動(dòng)作，跳開QF1、QF2，這種保護(hù)動(dòng)作行為稱為“失去選擇性”，是一種錯(cuò)誤行為。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段）整定電流Ⅱ段保護(hù)的整定原則是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，但保護(hù)區(qū)不超過(guò)相鄰線路保護(hù)I段保護(hù)區(qū)，即與相鄰線路保護(hù)I段配合，其動(dòng)作電流為

動(dòng)作時(shí)間靈敏度校驗(yàn)公式為大于1.5即滿足靈敏性要求。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)

當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，電流Ⅱ段保護(hù)定值可與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合整定，即

動(dòng)作時(shí)間

如果這樣做，靈敏系數(shù)還是不能滿足要求。則電流Ⅱ段保護(hù)必須按保證本線路末端故障時(shí)達(dá)到規(guī)定的靈敏度來(lái)整定，即

按靈敏度整定：3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)【例3-2】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。保護(hù)P1的Ⅱ段動(dòng)作電流一次值保護(hù)P1的Ⅱ段動(dòng)作電流二次值2）動(dòng)作電流二次值。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)【例3-2】

【解】

3）動(dòng)作時(shí)限。4）靈敏度校驗(yàn)。靈敏度滿足要求。3.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)Ⅱ段保護(hù)的單相原理接線延時(shí)本線路故障電流大于KA定值KA觸點(diǎn)閉合KT勵(lì)磁接通線路QF跳閘回路跳閘線圈YR勵(lì)磁斷路器QF實(shí)現(xiàn)跳閘信號(hào)繼電器KS動(dòng)作，發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)相應(yīng)觸點(diǎn)在整定時(shí)間后閉合3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)除了主保護(hù)，線路上還應(yīng)配有后備保護(hù)，所謂后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。一旦主保護(hù)設(shè)備或斷路器發(fā)生故障拒動(dòng)，可以依賴后備保護(hù)切除故障。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段保護(hù)）就是一種后備保護(hù)。3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)如K1處故障，P1的主保護(hù)或QF1拒動(dòng)，由P1的Ⅲ段跳開QF1，此時(shí)P1的Ⅲ段是線路MN的近后備保護(hù)。如K2處故障，P2的主保護(hù)或QF2拒動(dòng)，由P1的Ⅲ段跳開QF1，此時(shí)P1的Ⅲ段是線路NP的遠(yuǎn)后備保護(hù)。拒動(dòng)近后備拒動(dòng)遠(yuǎn)后備3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)對(duì)于圖中K3處故障，若P2的主保護(hù)或QF2拒動(dòng)，故障將不能被切除，這是不允許的。因此，必須設(shè)立電流Ⅲ段保護(hù)提供完整的遠(yuǎn)后備作用。顯然，電流Ⅲ段應(yīng)能保護(hù)相鄰線路全長(zhǎng)。拒動(dòng)主保護(hù)后備保護(hù)3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（Ⅲ段）整定電流Ⅲ段保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按以下兩個(gè)條件整定：1）保證Ⅲ段過(guò)電流保護(hù)在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應(yīng)不小于外部短路故障切除后流過(guò)保護(hù)的最大自起動(dòng)電流。即

2）與相鄰線路III段電流保護(hù)配合，即本線路的III段電流保護(hù)整定值應(yīng)大于相鄰線路III段電流保護(hù)整定值。保護(hù)P1的III段動(dòng)作電流取上述兩者較大值。3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義【例3-3】

【解】

1）動(dòng)作電流一次值。根據(jù)過(guò)電流保護(hù)其返回電流小于動(dòng)作電流且存在固定比例的特點(diǎn)，可得過(guò)電流保護(hù)的整定值為本線路的過(guò)電流保護(hù)的整定值應(yīng)大于相鄰線路過(guò)電流保護(hù)整定值。兩者取較大值，所以取3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)繼電保護(hù)的定義【例3-3】

【解】

2）保護(hù)P1的III段整定電流二次值。3）動(dòng)作時(shí)限。本例中，保護(hù)P1的III段動(dòng)作時(shí)限為3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)【例3-3】

【解】

4）靈敏度校驗(yàn)。校驗(yàn)近后備靈敏度，指校驗(yàn)點(diǎn)為本線路末端，即N母線處。校驗(yàn)遠(yuǎn)后備靈敏度，指校驗(yàn)點(diǎn)為相鄰線路末端，即P母線處。滿足要求滿足要求電流Ⅰ段的動(dòng)作選擇性由動(dòng)作電流保證，電流Ⅱ段的選擇性由動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)限共同保證，而電流Ⅲ段是依靠動(dòng)作時(shí)限來(lái)保證的。1定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)要求保護(hù)區(qū)較長(zhǎng)，其動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，一般動(dòng)作電流較小，其保護(hù)范圍伸出相鄰線路末端。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷的保護(hù)動(dòng)作電流，都是按某點(diǎn)的短路電流整定的。23小結(jié)3.1.4電流保護(hù)接線方式所謂電流保護(hù)接線方式，是指電流保護(hù)中電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式。配電線路常用的電流保護(hù)接線方式有三相三繼電器的完全星形聯(lián)結(jié)、兩相兩繼電器的不完全星形聯(lián)結(jié)和兩相三繼電器接線流入電流繼電器的電流與電流互感器二次電流的比值稱為接線系數(shù)，顯然完全星形與不完全星形聯(lián)結(jié)的接線系數(shù)為1。3.1.5階段式電流保護(hù)（1）組成階段式電流保護(hù)由電流Ⅰ段、電流Ⅱ段、電流Ⅲ段組成，三段保護(hù)構(gòu)成“或”邏輯出口跳閘。電流I段保護(hù)由動(dòng)作電流保證選擇性，動(dòng)作電流按躲過(guò)本線末端最大運(yùn)行方式下三相短路電流整定，快速性好，但靈敏性差，不能保護(hù)本線全長(zhǎng)電流Ⅱ段保護(hù)由動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)限保證選擇性，動(dòng)作電流與下一級(jí)線路電流I段保護(hù)配合整定，快速性較I段保護(hù)差，但靈敏性較好，能保護(hù)本線路全長(zhǎng)電流Ⅲ段保護(hù)按階梯特性整定動(dòng)作時(shí)限以保證選擇性，動(dòng)作電流按正常運(yùn)行時(shí)電流保護(hù)不啟動(dòng)、外部故障切除后電流保護(hù)能可靠返回計(jì)算，動(dòng)作慢，但靈敏性好，能保護(hù)下線路全長(zhǎng)。3.1.5階段式電流保護(hù)（2）電磁型電流保護(hù)歸總圖與展開圖歸總式原理圖I段保護(hù)測(cè)量元件Ⅱ段保護(hù)測(cè)量元件Ⅲ段保護(hù)測(cè)量元件3.1.5階段式電流保護(hù)展開式原理圖3.1.5階段式電流保護(hù)（3）應(yīng)用實(shí)例3.1.6評(píng)價(jià)與小結(jié)選擇性：電流保護(hù)在單電源線路上具有選擇性；電流I段由動(dòng)作電流保證選擇性；電流Ⅱ段由動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間保證選擇性；電流Ⅲ段由動(dòng)作時(shí)間階梯特性保證選擇性?？焖傩裕弘娏鱅段快速性最好，動(dòng)作時(shí)間僅為毫秒級(jí)的繼電器固有動(dòng)作時(shí)間；電流Ⅱ段快速性次之，動(dòng)作時(shí)間為0.5s左右；電流Ⅲ段快速性最差，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。靈敏性：電流I段靈敏性最差，不能保護(hù)本線全長(zhǎng)（除線變組情況）；電流Ⅱ段靈敏性較好，能保護(hù)本線全長(zhǎng)；電流Ⅲ段靈敏性最好，能保護(hù)下線全長(zhǎng)?？煽啃裕弘娏鞅Ｗo(hù)構(gòu)成簡(jiǎn)單，可靠性較高。對(duì)相間短路電流保護(hù)的總體評(píng)價(jià)是：靈敏性較差，可靠性較高。

3.2

方向電流保護(hù)3.2.1工作原理（1）電流保護(hù)用于雙電源線路時(shí)的問(wèn)題在雙電源線路上，為切除故障元件，應(yīng)在線路兩側(cè)裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。線路發(fā)生故障時(shí)線路兩側(cè)的保護(hù)均應(yīng)動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器，這樣才能切除故障線路，保證非故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。在這種電網(wǎng)中，如果僅采用一般過(guò)電流保護(hù)作為相間短路保護(hù)時(shí)，主保護(hù)靈敏度可能下降，后備保護(hù)無(wú)法滿足選擇性要求。3.2.1工作原理Ⅰ、Ⅱ段靈敏度可能下降無(wú)法保證Ⅲ段動(dòng)作選擇性。Ⅰ段誤動(dòng)作Ⅲ段同時(shí)啟動(dòng)（2）方向性保護(hù)的概念3.2.1工作原理造成電流保護(hù)在雙電源線路上應(yīng)用困難的原因是需要考慮“反向故障”。從保護(hù)安裝處看出去，在“母線指向線路”方向上發(fā)生的故障稱為正向故障，反之稱為反向故障。如果有一個(gè)方向元件控制電流保護(hù)，當(dāng)發(fā)生反向故障（圖陰影區(qū)域故障）時(shí)閉鎖電流保護(hù)，就能解決在雙電源線路上應(yīng)用電流保護(hù)的問(wèn)題。故障方向示意圖3.2.1工作原理方向元件與電流元件結(jié)合就構(gòu)成了方向電流保護(hù)，兩者邏輯關(guān)系如圖1。方向電流保護(hù)邏輯圖方向電流保護(hù)分組正方向故障時(shí)方向電流保護(hù)才可能動(dòng)作，按正方向分組，圖中的保護(hù)可以分為兩組：P1、P3、P5為一組，整定動(dòng)作電流時(shí)考慮A側(cè)電源提供的短路電流；P2、P4、P6為另一組，整定時(shí)考慮B側(cè)電源提供的短路電流。3.2.2功率方向元件（1）工作原理方向元件的作用是判別故障方向，當(dāng)在M母線背后至M側(cè)系統(tǒng)的線路上K′點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，當(dāng)為正方向故障時(shí)，有故障相電壓

超前故障相電流

，夾角為銳角，從而有

；在反方向故障時(shí)，有故障相電壓

滯后故障相電流

，夾角為鈍角，此時(shí)

。在規(guī)定的電壓、電流參考方向下，有功功率的正負(fù)可以用來(lái)判斷故障的方向，依此原理構(gòu)成的方向元件也稱為功率方向繼電器。3.2.2功率方向元件三相短路故障時(shí)電壓、電流相位關(guān)系a)正方向故障；b)正方向故障相量圖；c)反方向故障；d)反方向故障相量圖3.2.2功率方向元件（2）動(dòng)作方程繼電器動(dòng)作方程為實(shí)際工作時(shí)，比幅方程式為比相方程與比幅方程的等效性3.2.2功率方向元件LG-11繼電器電路原理圖

、

經(jīng)變換器后形成，串聯(lián)后分別形成

、

工作電壓，制動(dòng)電壓工作電壓、制動(dòng)電壓分別經(jīng)整流橋

接入環(huán)流比幅電路。LG-11的執(zhí)行元件為極化繼電器KP，極化繼電器為直流繼電器，動(dòng)作需要很小的功率，只要電流由標(biāo)記“·”處流入即可動(dòng)作。3.2.2功率方向元件功率方向繼電器動(dòng)作特性LG-11為了克服“死區(qū)”，引入了“極化記憶回路”，動(dòng)作方程變?yōu)槠渲校?/p>

稱為繼電器的內(nèi)角，LG-11內(nèi)角有45°、30°兩檔。3.2.2功率方向元件（3）微機(jī)保護(hù)方向元件

微機(jī)保護(hù)中有兩大類方向元件：一類是以比相算法實(shí)現(xiàn)的工頻量比相，動(dòng)作方程與傳統(tǒng)的功率方向繼電器類似；另一類是以工頻變化量構(gòu)成的“工頻變化量方向元件”、“能量積分方向元件”等新型的方向元件，性能更為優(yōu)異，用于110kV以上電壓等級(jí)的線路縱聯(lián)保護(hù)中。3.2.3功率方向繼電器接線方式功率方向繼電器的接線方式要求為1）必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性。即正向發(fā)生任何類型的相間短路都能動(dòng)作，而反向發(fā)生相間短路時(shí)可靠不動(dòng)作；2）盡量使功率方向繼電器在正向相間短路時(shí)具有較高的靈敏度，φK應(yīng)接近φsen。3.2.3功率方向繼電器接線方式傳統(tǒng)的功率方向繼電器，采用90°接線，分別用于A、B、C三相。當(dāng)保護(hù)處于送電側(cè)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，cosφ=1時(shí)，3個(gè)功率方向繼電器測(cè)量的角度均為90°，如KWa，A相電流超前BC線電壓90°。該接線方式因此而得名。90°接線表3.2.3功率方向繼電器接線方式采用90°接線的功率方向元件動(dòng)作區(qū)的畫法為(以KWB為例，假設(shè)功率方向繼電器的內(nèi)角為30°)①定原點(diǎn)“O”，水平向右畫相量，即定其為參考相量，相位為0°。②將參考相量繞原點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)30°，畫一條虛線。③過(guò)原點(diǎn)，垂直于該虛線畫一條實(shí)線，即為動(dòng)作邊界。④在實(shí)線靠參考相量側(cè)畫出陰影線。⑤進(jìn)行相應(yīng)文字標(biāo)識(shí)。⑥在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，以原點(diǎn)“O”為中心，畫出實(shí)際流入功率方向元件的電流相量，并判別功率方向元件是否動(dòng)作。3.2.3功率方向繼電器接線方式不對(duì)稱故障時(shí)非故障相仍有電流，稱為非故障相電流。如圖所示，保護(hù)反向發(fā)生BC相短路時(shí)，A相功率方向繼電器流過(guò)非故障電流，動(dòng)作與否取決于故障前潮流的方向，不取決于故障方向，這就是前文中不討論兩相短路時(shí)非故障相功率方向繼電器行為的原因。非故障相電流的影響3.2.3功率方向繼電器接線方式按相啟動(dòng)接線考慮電流繼電器觸點(diǎn)與功率方向繼電器觸點(diǎn)之間的接線時(shí)必須考慮非故障相電流的影響，應(yīng)該滿足“按相啟動(dòng)”原則，如圖所示。采用按相啟動(dòng)后，發(fā)生BC相短路故障時(shí)，由于A相電流繼電器按躲過(guò)非故障相電流整定不動(dòng)作，KWA的行為就無(wú)關(guān)緊要了，避免了不反應(yīng)故障方向的KWA與故障相電流繼電器溝通回路而在反向故障時(shí)誤動(dòng)跳閘。3.2.3功率方向繼電器接線方式【例3-4】【解】1）將內(nèi)角30°代入功率方向繼電器的動(dòng)作方程可得當(dāng)正方向發(fā)生三相短路時(shí)，電流處在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，功率方向繼電器可靠動(dòng)作。正向三相短路3.2.3功率方向繼電器接線方式3）反向三相短路時(shí)，電流不在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，功率方向繼電器不會(huì)動(dòng)作。反向三相短路3.2.3功率方向繼電器接線方式【例3-4】【解】1）根據(jù)功率方向繼電器的內(nèi)角為30°條件，畫出C相功率方向繼電器動(dòng)作區(qū)由圖可見，

位于靈敏線附近（相角差為10°），因此能夠動(dòng)作。近處BC兩相短路時(shí)KWC動(dòng)作特性示意3.2.3功率方向繼電器接線方式2）由題意可知由圖可見，

位于靈敏線附近（相角差為10°），因此能夠動(dòng)作。遠(yuǎn)處BC兩相短路時(shí)KWC動(dòng)作特性示意3.2.4應(yīng)用實(shí)例（1）整定I段動(dòng)作電流大于其反方向母線短路時(shí)的電流，不需要裝設(shè)方向元件；Ⅱ段動(dòng)作電流大于其同一母線反方向保護(hù)的Ⅱ段動(dòng)作電流時(shí)，不需要裝設(shè)方向元件；對(duì)裝設(shè)在同一母線兩側(cè)的Ⅲ段來(lái)說(shuō)，動(dòng)作時(shí)間最長(zhǎng)的，不需要裝設(shè)方向元件；除此以外反向故障時(shí)有故障電流流過(guò)的保護(hù)必須裝設(shè)方向元件。3.2.4應(yīng)用實(shí)例（2）邏輯框圖

微機(jī)保護(hù)中方向電流保護(hù)框圖如圖所示。方向電流保護(hù)中方向元件是否投入由整定開關(guān)決定，整定開關(guān)的接通與斷開既可以由外部連接片（壓板）的投退實(shí)現(xiàn)，也可以由裝置整定定值中的控制字（0或1）設(shè)定。方向保護(hù)原理框圖3.2.5評(píng)價(jià)與小結(jié)

電流保護(hù)增加了方向元件就構(gòu)成了方向電流保護(hù)，可以用于雙電源線路。方向元件利用電流、電壓相位關(guān)系判別故障方向，為了消除死區(qū)一般采用“記憶”的方法。

功率方向繼電器接線采用90°接線，接線時(shí)應(yīng)重視極性問(wèn)題。

電流繼電器與功率方向繼電器之間的接線滿足“按相啟動(dòng)”原則，可以消除非故障相電流的影響。

方向電流保護(hù)可以用于單電源環(huán)網(wǎng)與雙電源輻射線路，主要應(yīng)用于10kV和35kV線路。簡(jiǎn)介

35kV及以下配電網(wǎng)也稱為小電流接地電網(wǎng)，或稱小電流接地系統(tǒng)、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)等。小電流接地電網(wǎng)通常指的是中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)和中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的電網(wǎng)。在電纜供電的城市配電網(wǎng)中，由于電容電流較大，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式，這種運(yùn)行方式已屬于中性點(diǎn)有效接地方式。本節(jié)分別介紹中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)的接地保護(hù)。單相接地保護(hù)3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)單相接地故障示意圖圖中S代表中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電源，其中性點(diǎn)不接地，C0M為其等值分布電容；L1~Ln為配電線路，C01~C0n為線路等值分布電容；其中Ln為故障線路，K點(diǎn)為故障點(diǎn)，Rg為過(guò)渡電阻，P為該線路保護(hù)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析設(shè)在圖中Ln線K點(diǎn)A相經(jīng)過(guò)渡電阻Rg接地，K點(diǎn)A相的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后短接就構(gòu)成了復(fù)合序網(wǎng)。因?yàn)殡娋W(wǎng)中性點(diǎn)不接地，接地電流不大，故系統(tǒng)和線路的正序、負(fù)序和零序阻抗均可忽略不計(jì)。以下主要介紹線路發(fā)生金屬性接地即過(guò)渡電阻Rg=0時(shí)的相關(guān)計(jì)算公式，并簡(jiǎn)要總結(jié)相關(guān)分析結(jié)論。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（1）零序電壓M母線處三倍零序電壓一次值3

為——故障前A相電壓

經(jīng)推導(dǎo)可知，三相電壓、、仍對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒有影響，因此在一般情況下，該配電網(wǎng)可以允許再運(yùn)行1~2小時(shí)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（2）故障點(diǎn)零序電流故障點(diǎn)三倍零序電流

一次值為——本系統(tǒng)分布電容之和

因此，故障點(diǎn)發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，流入地中的接地電流等于電網(wǎng)一相對(duì)地總電容電流的3倍，電流呈容性，因此故障點(diǎn)三倍零序電流

的幅值也可以用電容電流

表示。

愈大，單相接地時(shí)的電流也愈大。如發(fā)生的是經(jīng)過(guò)渡電阻接地，則過(guò)渡電阻越大，接地電流越小，但并不影響其與零序電壓的相角關(guān)系。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析

當(dāng)電網(wǎng)的電容電流不大時(shí)，單相接地時(shí)接地點(diǎn)電弧可自行熄滅，故障點(diǎn)可自行消除。如電容電流較大，接地故障點(diǎn)電弧便不會(huì)自動(dòng)熄滅，并且產(chǎn)生間歇性電弧，引起過(guò)電壓使非故障相電壓大大升高，可能導(dǎo)致絕緣損壞，造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，使事故擴(kuò)大。為此，當(dāng)電網(wǎng)電容電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)要裝設(shè)消弧線圈。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析（3）線路零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系非故障線路三倍零序電流為故障線路的三倍零序電流為可見，故障線的零序電流由全網(wǎng)其他非故障設(shè)備對(duì)地電容形成。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析對(duì)于非故障線路，三倍零序電流與三倍零序電壓的相位關(guān)系式為即非故障線路的零序電流超前零序電壓的相角是90°。對(duì)于故障線路，有即故障線路的零序電流滯后零序電壓的相角是90°。雖然Rg變化時(shí)，非故障線路和故障線的零序電流與間的相位關(guān)系發(fā)生變化，但上述相位關(guān)系不變。即該相位關(guān)系與Rg大小無(wú)關(guān)。3.3.1

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)故障分析相量關(guān)系如圖所示，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障線的零序電流與非故障線路的零序電流相差180°。故障線路、非故障線路的零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析

當(dāng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相故障時(shí)而接地電流超過(guò)規(guī)定數(shù)值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致斷續(xù)接地電弧，引起線路諧振過(guò)電壓，造成停電事故。為此，通常在中性點(diǎn)接入一個(gè)電感線圈，故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電感電流來(lái)與原系統(tǒng)的電容電流相抵消，我們稱之為消弧線圈，此系統(tǒng)稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)一般采用過(guò)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式，一方面可使故障點(diǎn)電流減小，另一方面還可使故障點(diǎn)電流呈感性，避免諧振回路的產(chǎn)生。3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析

考慮過(guò)補(bǔ)償，同時(shí)消弧線圈L上并接電阻R情況，作出

與

間的相位關(guān)系如圖所示?？梢钥闯?，

超前

的相角

大于

。此時(shí)，非故障線路的三倍零序電流仍由本線對(duì)地電容形成，仍然超前

。過(guò)補(bǔ)償情況下零序電流及零序電壓的相位關(guān)系3.3.2

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，電感電流將削弱電容電流，達(dá)到熄滅故障點(diǎn)電弧的目的（消?。?，對(duì)于配電網(wǎng)是有利的。但是，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中電感電流的存在同時(shí)也將明顯減弱流過(guò)保護(hù)P的零序電流值。如采用過(guò)補(bǔ)償，則故障線路的零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系與非故障線路變成一樣，從而造成保護(hù)無(wú)法區(qū)別。從這一點(diǎn)看，對(duì)保護(hù)是不利的。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的利弊：3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式可以將弧光接地過(guò)電壓限制到較低的水平，同時(shí)可以從根本上抑制系統(tǒng)諧振過(guò)電壓。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)示意圖3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析在工程中，多采用在母線上接入Z型變壓器的方案。Z型變壓器是一種中低壓配電系統(tǒng)常用的接地變壓器，簡(jiǎn)稱接地變，可兼起電壓互感器的作用。接地變壓器繞組對(duì)正序、負(fù)序電流都呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)零序電流則呈現(xiàn)較低阻抗。Z型變壓器繞組結(jié)構(gòu)示意

形成小電阻接地方式后，零序網(wǎng)絡(luò)中的等值阻抗將明顯降低，對(duì)于復(fù)合序網(wǎng)，系統(tǒng)和線路的正序、負(fù)序和零序阻抗不能再忽略不計(jì)，必須納入計(jì)算。3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析小電阻接地系統(tǒng)接地故障時(shí)等效電路及簡(jiǎn)化等效電路3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析

接地點(diǎn)的三倍零序電流為

如配電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)地容抗遠(yuǎn)小于小電阻Rn值，可以忽略對(duì)地電容XC，則接地點(diǎn)的零序電流為

實(shí)際上，即使是金屬性接地，故障線路的零序電流應(yīng)比三倍零序電流最大值略小，因?yàn)橛幸徊糠蛛娏魍ㄟ^(guò)本線路流向大地。如果再考慮系統(tǒng)及線路正序阻抗及過(guò)渡電阻，該電流將更小。3.3.3

中性點(diǎn)小電阻接地配電網(wǎng)故障分析

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。相當(dāng)于給配電網(wǎng)注射了一針疫苗。配電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，既能夠在電源與故障點(diǎn)之間流過(guò)電阻性電流，有效抑制接地過(guò)電壓，又能夠有效控制零序電流的大小與線路正常負(fù)荷電流相當(dāng)，使其不對(duì)配電網(wǎng)構(gòu)成危害。此時(shí)保護(hù)裝置將能靈敏地感知到該電流，及時(shí)動(dòng)作以切除故障。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)（1）絕緣監(jiān)視

這種方法給出的信號(hào)是沒有選擇性的，要想發(fā)現(xiàn)故障是在哪條線路上，還需要由運(yùn)行人員依次短時(shí)斷開每條線路，并繼之將斷開線路投入。當(dāng)斷開某條線路時(shí)，零序電壓的信號(hào)消失，即表明故障是在該線路上。很顯然，該方法效率低下，已不適用于新型配電網(wǎng)。（2）小電流接地選線

小電流接地故障選線裝置，又稱小電流接地保護(hù)，它的任務(wù)是選出帶有接地故障的線路，給出指示信號(hào)。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障電流往往很小，因此有效獲取零序電流是小電流接地故障選線的關(guān)鍵。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)三相電纜裝設(shè)零序電流互感器示器圖小電流接地選線裝置的設(shè)計(jì)思路是：“分散采集、集中判別”。在單相接地出現(xiàn)零序電壓時(shí)，首先檢測(cè)各線路零序電流大小，利用故障線路零序電流較大的特征，選出故障線路；其次檢測(cè)零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系，根據(jù)故障線路零序電流滯后于零序電壓的特點(diǎn)，選出故障線路。小電流接地選線裝置一般設(shè)置為經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)條件允許時(shí)，也可設(shè)置為經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于跳閘。3.3.4

中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)或經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地檢測(cè)實(shí)際工程中，這種小電流接地選線裝置的應(yīng)用效果并不理想：1.通過(guò)零序電流選出故障線路的方法容易受到不平衡電流、線路長(zhǎng)短、中性點(diǎn)接地方式的影響。2.由于零序電流的大小，相位難以控制，基于零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系的判別結(jié)果也將不夠準(zhǔn)確。隨著快速數(shù)值采集與處理技術(shù)的發(fā)展，在已有研究基礎(chǔ)上，通過(guò)分析暫態(tài)電氣量實(shí)現(xiàn)故障選線，是近年來(lái)正在研究解決和推廣應(yīng)用的課題。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)

在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地時(shí)故障電流較大，因此可以采用零序電流保護(hù)快速而準(zhǔn)確地查找、切除及修復(fù)接地線。單側(cè)電源單回線路零序電流保護(hù)一般設(shè)置為兩段，第一段為零序電流速斷保護(hù)，時(shí)限宜與相間速斷保護(hù)相同，第二段為零序過(guò)電流保護(hù)，時(shí)限宜與相間過(guò)電流保護(hù)相同。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)（1）末端線路

圖中的NQ線路即為末端線路，一般設(shè)置零序Ⅰ段、零序Ⅱ段兩段過(guò)流保護(hù)。零序Ⅰ段電流定值應(yīng)保證本線路單相接地短路時(shí)有足夠靈敏度。其整定值為I0.min——線路最小單相接地故障電流；Ksen——靈敏系數(shù)，一般取4~5。I段動(dòng)作時(shí)間

取0s。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)零序Ⅱ段電流定值按躲過(guò)本線路電容電流IC整定，為Krel——可靠系數(shù)，取1.5。II段動(dòng)作時(shí)間

取0.2s。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)（2）主干線路

主干線路為圖中MN、NP段線路。同樣設(shè)置兩段零序過(guò)流保護(hù)。其中零序Ⅰ段電流定值應(yīng)保證本線路單相接地短路時(shí)有規(guī)定靈敏度。需考慮與下級(jí)線路之間的配合，如P2的零序Ⅰ段定值應(yīng)與P3的零序Ⅰ段定值相配合，為Kco——配合系數(shù)，取1.1~1.2。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)為滿足配合關(guān)系，P2按式

整定時(shí)，靈敏系數(shù)一般取2~3、P3按式

整定時(shí)，靈敏系數(shù)一般取3~4，這樣式

的配合關(guān)系將自然滿足。Ⅰ段動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比相鄰線路I段多一個(gè)時(shí)間級(jí)差，如對(duì)于P2，為△t——為時(shí)間級(jí)差，一般取0.2~0.5s。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)（3）接地變壓器

接地變壓器的零序保護(hù)對(duì)應(yīng)圖中保護(hù)P1。接地變壓器接于母線上，所在系統(tǒng)是指與如圖所示線路處于同一母線上的所有線路（圖中未畫出），各線路長(zhǎng)短不一。設(shè)置一段零序過(guò)流保護(hù)，保護(hù)P1的動(dòng)作電流應(yīng)保證本系統(tǒng)單相接地短路時(shí)有規(guī)定靈敏度。整定公式同式

類似，但應(yīng)取各線路中最小的單相接地短路電流值。3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)

I段動(dòng)作時(shí)間按配合關(guān)系整定，應(yīng)大于線路I段保護(hù)時(shí)間的兩倍。以與P2配合為例，有△t——為時(shí)間級(jí)差，一般取0.2~0.5s。

靈敏系數(shù)取值應(yīng)不小于2。同時(shí)該保護(hù)定值應(yīng)與下級(jí)零序電流保護(hù)的II段中最大定值相配合。為3.3.5

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)

某10kV配電線路如圖所示，MN、NP主干線長(zhǎng)度為3km，最大電容電流為60A。NQ線路為分支線路，長(zhǎng)度為2km，最大電容電流為40A。系統(tǒng)采用中性點(diǎn)接小電阻接地方式，中性點(diǎn)接地電阻Rn=10Ω。當(dāng)由SM向輸電線路供電，P、Q點(diǎn)末端發(fā)生單相接地短路時(shí)，短路電流大小如表3-2所示，試計(jì)算保護(hù)P2、P3、P4的零序電流保護(hù)定值。P2、P3、P4的I段靈敏系數(shù)取3、3.75、5。按電容電流整定時(shí)，可靠系數(shù)Krel取1.5，保護(hù)配合系數(shù)Kco取1.1。整定時(shí)差△t取0.2s。名稱定義電流值(A)P點(diǎn)最小單相接地短路電流451Q點(diǎn)最小單相接地短路電流460舉一反三本章小結(jié)第三章思維導(dǎo)圖本章小結(jié)1.重點(diǎn)掌握階段式電流保護(hù)中的各“段”保護(hù)的動(dòng)作機(jī)理、特性區(qū)別、配合原理、整定方法等。2.掌握方向性保護(hù)的概念，理解功率方向元件的工作原理，重點(diǎn)掌握90°接線方式，理解相位關(guān)系，掌握相量圖的畫法。3.應(yīng)理解絕緣監(jiān)視裝置、小電流選線裝置基本原理及存在的問(wèn)題?；菊莆战?jīng)小電阻接地配電網(wǎng)零序電流保護(hù)原理與配置整定原則。4.1

零序電氣量分析4.1.1零序電壓由零序網(wǎng)絡(luò)可得故障點(diǎn)K零序電壓、母線M處零序電壓及母線N處零序電壓為故障時(shí)，故障點(diǎn)處的零序電壓值最高，零序電壓值由故障點(diǎn)至接地中性點(diǎn)逐漸降低，至系統(tǒng)接地的中性點(diǎn)處，零序電壓值降為零。保護(hù)安裝處離故障點(diǎn)越近，所測(cè)得零序電壓越高，反之則越低。零序電壓分布4.1.2零序電流（1）故障點(diǎn)處對(duì)于單相接地短路與兩相接地短路，計(jì)算式分別為當(dāng)

>

時(shí)，單相接地短路時(shí)零序電流將大于兩相接地短路時(shí)零序電流，反之，則兩相接地短路時(shí)零序電流較大。（2）本側(cè)保護(hù)處

流過(guò)保護(hù)P處即M側(cè)的零序電流4.1.2零序電流（3）對(duì)側(cè)保護(hù)處

對(duì)側(cè)保護(hù)安裝處流過(guò)零序電流注：零序電流僅在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中流通4.1.3零序電壓電流相量關(guān)系正方向故障時(shí)保護(hù)P所在M母線處三倍零序電壓與三倍零序電流的關(guān)系為正方向發(fā)生接地短路故障時(shí)，零序電壓超前零序電流的角度為260°-265°(或稱其滯后于零序電流110°-95°)。根據(jù)此相量關(guān)系可見，即使正方向經(jīng)過(guò)渡電阻接地短路，也不會(huì)影響零序電壓與零序電流之間的相位關(guān)系。反方向故障時(shí)4.1.3零序電壓電流相量關(guān)系M母線處三倍零序電壓與三倍零序電流的關(guān)系為反方向接地短路故障時(shí)，零序電壓超前零序電流70°-80°。過(guò)渡電阻Rg不影響零序電壓與零序電流之間的相位關(guān)系。4.1.3零序電壓電流相量關(guān)系零序電流是由故障點(diǎn)處零序電壓所產(chǎn)生，零序電流的大小和分布，主要取決于輸電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗及其所處位置，亦即決定于中性點(diǎn)接地變壓器的數(shù)目和分布。在線路正方向故障時(shí)，零序功率由故障線路流向母線（通常以母線流向線路的功率為正），所以正向故障時(shí)，保護(hù)裝置所測(cè)得零序功率應(yīng)為負(fù)。在線路反方向故障時(shí)，零序功率由母線流向故障線路，所以反向故障時(shí)，保護(hù)所測(cè)得的零序功率應(yīng)為正。小結(jié)4.2零序電流保護(hù)4.2

零序電流保護(hù)110kV輸電線路配置反應(yīng)接地故障的階段式零序電流保護(hù)。該保護(hù)的總體設(shè)計(jì)思路與階段式電流保護(hù)是類似的，但該保護(hù)僅反應(yīng)電流中的零序分量，因此對(duì)于兩相短路、三相短路等無(wú)零序電流的故障是不能反應(yīng)的。階段式零序電流保護(hù)中，零序電流Ⅰ段為無(wú)時(shí)限零序電流速斷保護(hù)，零序電流Ⅱ段為帶時(shí)限零序電流速斷保護(hù)，零序電流Ⅲ段為零序過(guò)電流保護(hù)。4.2.1零序電流I段為保證保護(hù)的動(dòng)作選擇