电力系统继电保护-第二章第三节
电力系统继电保护及安全自动装置
2、消弧线圈的感性电流能起到补偿接地故障时的容性电流，使 接地故障电流减少。补偿有三种不同的运行方式：欠补偿、全 补偿、过补偿。 （1）欠补偿：补偿后电感电流小于电容电流；（当电网中因故 障或其他原因切除部分线路后，接地故障电容电流减小，导致 电感电流等于电容电流，从而形成全部长的运行方式而造成串 联谐振，出现很大的过电压。） （2）过补偿：补偿后电感电流大于电容电流； （3）全补偿：补偿后电感电流等于电容电流。（会发生串联谐 振从而使消弧线圈受到很高的电压。） \(^o^)/~消弧线圈一般采用过补偿方式
5、提高系统稳定性的主要措施 （1）减小线路电抗； （2）线路上装设串联电容； （3）装设中间补偿设备；（同步调相机、电容器） （4）采用直流输电。 二、中性点接地方式及消弧线圈的补偿方式 1、电力系统中性点接地方式： （1）中性点直接接地；（大接地电流系统：X0/X1≤4—5） ——用在110kV以上的系统中。 （2）中性点经消弧线圈接地；（小接地电流系统：X0/X1＞4— 5） ——用在3—35kV系统中。
通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性， 最大限度地保证向用户安全连续供电。
五、继电保护的基本原理
——利用短路故障时电气量的变化，便构成了各种原理的继电 保护。 （1）根据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护。 （2）根据短路故障时电压的降低，可构成电压保护。 （3）根据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率 方向保护。 （4）根据电压与电流比值的变化，可构成距离保护。 （5）根据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构 成差动保护。 （6）根据不对称故障时出现的电流、电压的相序分量，可构成 零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。 \(^o^)/~此外，除了反应工频电气量的保护外，还有反应非工 频电气量的保护，如电力变压器的瓦斯保护及反应电动机绕组 温度升高的过负荷或过热保护等。
电力系统继电保护原理(第四版)
电力系统继电保护原理(第四版)第二章继电保护的硬件构成第一节继电器的类别和发展历程继电器能反应一个弱信号(电、磁、声、光、热)的变化而突然动作，闭合或断开其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。
继电器的分类按输入信号性质分：非电量继电器和电量继电器按功能分量度继电器在继电保护和自动装置中作为主要元件，与辅助元件有或无继电器配套电流、电压、频率、功率继电器等有或无继电器在保护装置中作为辅助元件中间、时间、信号继电器等电磁式继电器衔铁弹簧电磁铁工作回路电磁继电器触点信号电源一、电磁型继电器(Relay)继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置动作电流：使继电器动作的最小电流值最小短路电流返回电流：使继电器返回原位的最大电流值最大负荷电流返回系数(恒小于1) I K re= K re= 0.85~ 0.9 I K act 触发特性曲线返回动作旋转衔铁式电流继电器结构6二、感应型继电器用电磁铁在一铝制圆盘中或圆筒中感应产生电流，电流产生转矩使圆盘或圆筒转动，使接点闭合的继电器。
四极感应圆筒式感应继电器工作原理与鼠笼式感应电机相似相当于两相式的电动机，垂直方向两磁极的线圈和水平两级的绕组磁通在空间上相差900,如果两磁通在时间上也相差900则可产生最大的旋转磁场圆筒上的转矩：M= KΦ1Φ 2 sinθ动作条件：电流大于定值(转矩大于弹簧反作用转矩),且θ为正(900时转矩最大)可反应两个电气量，如电压、电流，可实现方向继电器、阻抗继电器、差动继电器等电磁式电流继电器侧面正面电磁式中间继电器正面侧面五、微机保护将反应故障量变化的数字式元件和保护中需要的逻辑元件、时间元件、执行元件等和在一起用一个微机实现，成为微机保护，是继电器发展的最高形式。
20世纪70年代初、中期开始了微机保护研究的热潮源于计算机技术重大突破：价格大幅度下降、可靠性提高70年代中后期，国外已有少量样机试运行。
电力系统继电保护第二节 电网相间短路的方向性电流保护
第二节 双侧电源网络相间短路的 方向性电流保护
都
洪
基
双侧电源网络相间短路时的功率方向
1. 问题的提出
三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进 行分析的，各保护都安装在被保护线路靠近 电源的一侧，或者说线路的始端。仅利用相 间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与 正常运行状态的，以动作电流的大小和动作 时限的长短配合来保证有选择的切除故障。
k 2
~
Ik 2
180o k 2
故利用判别短路功率方向或电流、电压
之间的相位关系便可判别发生故障的方向.
4. 要求
继电保护中对方向元件（继电器）的基本要求: 1) 应具有明确的方向性 即正前方发生各种故障时，能可靠动作, 而在反方向故障时，可靠不动作。 2) 故障时继电器的动作有足够的灵敏度。
UA
60o
电流超前电压 I k1A
在这种情况下继电器 的最大灵敏角设计为：
sen k 90 30
0
0
30o
UBC
UC 正方向短路时，能灵敏动作。
I k 2 A 150o
电流滞后电压
UB
习惯上采用 90o k 方向继电器的内角。
， 称为功率
e j 动作方程为: arg U J 90o IJ
8
~
当k1点短路时,按照选择性的要求,应由保护2和保护 EⅡ 供给的短路电流 I k1 也将通 6动作切除故障.但由于 I k1 大于保护装置1 过保护1.若保护1采用电流速断且 的起动电流 I set 1 ,则保护1的电流速断就要误动(母线 上可能挂有其它分支线路)。造成C变电所全部停电。
同样的分析其它短路点时，对有关的保护装置也能 得出相应的结论。
继电保护教材-继电保护基础
继电器的表示方法：
用一个方框上面带有触点的图形，继电器所反 应的参数在方框里用一个在电工中通用的字母表
示，如电流I ，电压用U ，时间用t,阻抗用Z等。
常用继电器和接点的表示方法见表0-1。
第五节 继电保护的发展简史
• 最早的继电保护是熔断器 • 19世纪末期出现了电磁型过电流继电器 • 1901年出现了感应型过电流继电器 • 1908年出现了电流差动保护原理 • 20世纪20年代出现了距离保护 • 1927年出现了高频方向保护 • 1950年前后出现了微波保护 • 20世纪50年代出现了行波保护的思想，70年代末期出现了
缺点——动作迅速而同时又能满足选择性要求 的保护装置，一般结构比较复杂，价格比较昂贵。
因此不同电压等级的电网，要求不同，但并非 越快越好，必须根据技术条件而定。
须快速切除的故障： ● 根据维持系统稳定的要求，必须快速切除的高 压输电线路上发生的故障；
● 使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值 (一般为0.7倍额定电压)的故障；
● 按作用于断路后直接作用于断路器的跳闸 机构，因此，需要消耗很大的功率，体积笨重不够灵敏
间接作用式继电器，它动作后利用触点闭合一个辅助操 作回路接通断路器的跳闸线圈，然后由操作机构使断路 器跳闸，其优点是精确性较高和功率消耗小。
● 按工作原理分
电磁型继电器 感应型继电器 电动型继电器 整流型 静态型继电器是晶体管型、集成电路型和微机型继电器的统称
第四节 继电器的分类及其图形符号
继电器——指具有“继电特性”的电器元件。 定义：当作为控制它的物理量达到一定数值 或进入某一定的物理量时，它能够使被控制的物 理量发生突然的变化。 继电器的分类： ● 按接入的方法分：
一次式继电器，其线圈直接接入一次回路 二次式继电器，其线圈通过TA而接于它的二次侧
电力系统继电保护_中国电力出版社零序保护(2-3)
第 2.3 节零序电流保护主要针对中性点直接接地系统（大电流接地系统）。
特征和差异：1）电力系统正常运行时，三相对称，没有负序和零序分量。
2）不对称故障时，会产生负序或零序分量。
其中，零序分量（特征）总是伴随着不对称接地故障的发生而产生，据此，可构成反映不对称接地故障的零序电流保护。
电力系统不对称短路的分析和计算方法：对称分量法3.5.1 对称分量法原理：一个不对称的三相量可以分解为正序、负序和零序三个对称的三相量。
正序分量：大小相等，相位彼此差120°，相序和正常运行方式一致；负序分量：大小相等，相位彼此差120°，相序和正常运行方式相反；零序分量：大小相等，相位相同。
各序相量间的关系：正序分量21111,b a c a F a F F aF ==负序分量22222,b a c a F aF F a F ==零序分量0000,b a c a F F F F ==其中310120j e a j +-==3102402j e a j --==写成矩阵形式1222011111a a b a c a F F F a a F F a a F ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦简写为P SF TF =2121113111a a T a a -⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦1S PF T F -=212201113111a a a b a c F a a F F a aF F F ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦•在三相系统中三相线电压之和恒等于零，故线电压中没有零序分量。
在没有中性线的星形接线中，三相电流之和为零，故不存在电流的零序分量。
在三角形接法中，线电流是相电流之差，相电流中的零序分量在闭合的三角形中自成环流，线电流中没有零序分量。
在星形连接方式中零序电流必须以中性线（地线）作为通路，且中性线中的零序电流为一相零序电流的3倍。
供配电系统的接线方式及特点配电系统中性点接地方式中性点的接地方式与供配电系统的电压等级、单相接地故障电流、过电压水平、保护装置配置等有关，直接影响系统的可靠性、连续性、主变压器和发电机的运行安全性以及对通讯线路的干扰等。
电力系统继电保护课后习题解答
第一章继电保护概述1-1 答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。
1-2 答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1-3 答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。
例如，根据短路故障时电流增大．可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。
除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。
1-4 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。
后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。
后备保护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时，由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护;（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切除故障以实现的后备保护.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备保护退出运行时而增设的简单保护。
1-6答：(1)当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应动作，6QF跳闸，如保护P6和P5不动作或6QF, 5QF拒动，按选择性要求，保护P2和P4应动作，2QF和4QF应跳闸。
(2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF和2QF应跳闸，如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。
第二章继电保护的基础知识2-1答：（1）严禁将电流互感器二次侧开路；（2）短路电流互感器二次绕组，必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠，严禁用导线缠绕；（3）严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；（4）工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；（5）工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。
电力系统继电保护及安全自动装置
3、大接地电流系统接地短路时，当故障点综合零序阻抗大于综 合正序阻抗时，单相接地故障零序电流大于两相短路接地故障 零序电流。当零序阻抗小于正序阻抗时，则反之。一般说，线 路中点故障，单相接地故障电流较大。 单相接地故障时的零序电流：Ik0=UK/(2Zk1+Zk0) 两相接地故障时的零序电流：Ik0=UK/(2Zk0+Zk1) 三、正序、零序、负序分量 1、正序分量:
的S0最大，越靠近变压器中性点接地处，SO越小。在故障线路上，
S0是由线路流向母线。
6、单相接地短路：故障边界条件(假定A相单相接地短路)，短
路处用相量来示的边界方程为：
.
U
ka
0
.
.
I kb I kc 0
\(^o^)/~ 越靠近故障点，零序电压最大，正序电压越小 。
Ikc Ea
Ikb
Ika
大接地电流系统中（1）：
│f↓
---→ │长时间将损坏设备
└系统振荡
└发展成故障
备注：最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短 路
2、继电保护的基本任务
2、消弧线圈的感性电流能起到补偿接地故障时的容性电流，使 接地故障电流减少。补偿有三种不同的运行方式：欠补偿、全 补偿、过补偿。 （1）欠补偿：补偿后电感电流小于电容电流；（当电网中因故 障或其他原因切除部分线路后，接地故障电容电流减小，导致 电感电流等于电容电流，从而形成全部长的运行方式而造成串 联谐振，出现很大的过电压。） （2）过补偿：补偿后电感电流大于电容电流； （3）全补偿：补偿后电感电流等于电容电流。（会发生串联谐 振从而使消弧线圈受到很高的电压。） \(^o^)/~消弧线圈一般采用过补偿方式
.
.
电力系统继电保护原理名词解释
最低位的 1 所代表的模拟量的大小。 15.量程：指 A/D 转换器所能转换模拟信号的电压范围。 16.精度：转换后所得的结果相对于实际值的准确度。 17.绝对精度：对应于输出数码的模拟电压与实际的模拟输入电压之 差。 18.相对精度：绝对精度与满量程 FSR 电压值之比的百分数。 19.转换时间：指按照规定的精度将模拟信号转换为数字信号并输出 所需要的时间。 20.转换速率：指能够重复进行数据转换的速度Байду номын сангаас即每秒钟转换的次 数。 21.逆变电源：将直流逆变为交流，再把交流整流为保护装置所需的 直流电压。 22.监控程序：包括人机对话接口命令处理程序及为插件调试、定值 整定、报告显示所配置的程序。 23.运行程序：指保护装置在运行状态下所需执行的程序。
第二章：继电保护的硬件构成-------继电器
1. 继电器：一种能反映一个弱信号的变化而突然动作，闭合或断开 其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。 2. 继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它 不可能停留在某一个中间位置。 3. 继电器的返回系数：返回电流与动作电流的比值。 4. 动作电流：能够使继电器可靠动作的最小电流值。 5. 返回电流：能够使继电器可靠返回的最大电流值。 6. 单片机：把组成微型计算机的各功能部件制作在一块集成芯片中， 构成一个完整的微型计算机。 7. 闪存存储器：带有可擦除非易失性记忆元件。 8. DSP:数字信号微处理器，用于完成各种实时数字信息处理。 9. 采样保持器：一种具有信号输入，信号输出以及由外部指令控制 的电子门电路。 10.采样时间：充电和放电时间。 11.频率混淆：一个高于 fs/2 的频率成分在采样后被错误的认为是一 个低频信号的失真现象。 12.滤波器：一种能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率信号的 电路。 13.A/D 转换器： 模数转换器， 一种实现模拟量变换成数字量的硬件芯 片。 14.分辨率：指 A/D 转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量，即
电力系统继电保护 第二章第三四节
4.方向性零序电流保护没有电压死区 5.简单、可靠
5、对零序电流保护的评价
缺点： 1.对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不 能满足要求
2.单相重合闸的过程中可能误动 3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电 网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大 第III段保护的动作时间
35kV电网 10kV电网 6kV电网
第二章 电网的电流保护
电网接地故障种类及保护策略
接地故障——导线与大地之间的不正常连接， 包括单相接地故障和两相接地故障
• 接地故障与中性点接地方式 密切相关，相同的故障条件 但不同的中性点接地方式， 接地故障说表现出的故障特 征和后果、危害完全不同， 因此保护策略也不相同。
• 按单相接地短路时接地电流的大小分为： • 大电流接系统 • ——中性点直接接地； • 中性点经小电阻接地； • 小电流接地系统 • ——中性点不接地 • 中性点经消弧线圈接地；
I 0.k2
I 0.k2
K2短路：2误动
零序电流保护 + 零序功率方向继电器 = 方向性零序电流保护
四、方向性零序电流保护
1. 零序功率方向继电器的接线：
3U 0
* * KW0 φsen = 70° * * * LH * * *
*
YH
I r 3 I0
* * *
110
（2） 微机保护内直接利用程序实现加法器
U U U 3U 0 a b c
2．零序电流的获取
（1）零序电流过滤器 Ir Ia Ib Ic 3I0
接于相间保护电流互感器的中性线上。
不平衡电流：
I bp I a I b I c [ ( I A I LA ) ( I B I LB ) ( I C I LC ) ] / nl 1 ( I LA I LB I LC ) nl
继电保护课程教案
1）一次绕组与高压回路串联，I1只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。
2）二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。
3）CT二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。
4）变换的准确性。
3极性：
“减极性”原则：当同时从一、二次绕组的同极性端子通入相同方向电流时，它们在铁芯中产生磁通的方向相同。
2工作特点和要求：
1）一次绕组与高压电路并联。
2）二次绕组不允许短路（短路电流会烧毁PT）,装有熔断器。
3）二次绕组有一点直接接地。且只能有一点接地。
4）变换的准确性。
3电磁式电压互感器
其工作原理与变压器相同。
ZL>>Z1`,Z2, Zu`大。幅值误差ΔU,角度误差δ。
二．各种小型变换器
（1） 电压变换器U U YB
第二章继电保护的基本元件第三章输电线路的电流电压保护16第一节单测电源网络相间短路的电流保护16第二节双侧电源输电线路相间短路的方向电流保护23第三节输电线路的接地故障保护34第四节自动重合闸38第七节距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价66一距离保护的整定计算原则66二对距离保护的评价67第五章输电线路全线快速保护69第一节输电线路的纵联差动保护69第二节输电线路的高频保护高频通道工作方式及高频信号的应用
4．发生不对称故障时，出现I2，使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现I0，—对相邻通讯系统造成干扰
*不正常运行状态：
电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。
3．继电保护的作用：
（1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；
第二章电力系统继电保护基础知识
2.1.2 继电特性
说明：继电保护动作状态的确切和稳定靠继电特 性来保证。
动作电流：Iop 能够使继电器可靠动作的最小电流值。
返回电流：Ire 能够使继电器可靠返回的最大电流值。
返回系数: Kre 保护继电器的返回值与动作值之比,即:
KreIre/Iop
过量继电器的返回系数恒小于1； 欠量继电器的返回系数恒大于1。
正确地动作。 多路模拟量输入
变换
低通
信号
及
滤波
采样
模数 变换
提保供存数据给用RAM数回字路核，5心人机以对部话接及口件部件其进他行回处路理。
电压
ALF
S/H
A/D
形成
人机对话接口部件
总
的继电器的动作。 存放程序用
EPROM/
指示灯LED 键盘
接打印机
线
Flash Memory
打印机接口
人机对话接口部件
继电器
其作用是提供与
调试实和质得上到就反是馈一信台息特。别设计的专用微计型算计机算局机域，通一信般网由络中央
处理器、存储图器2-，15定微时机保器护/计装置数的器硬及件系控统制以原电及理框路远图等程部通分信组网成络，的并通
过数据总线，地址总线、控制总线连成信一息个通系道统。。
2.3.2 数字信号采集的基本原理
微机型保护的基本特征是，由软件对数字信 号进行计算和逻辑处理来实现继电保护的原 理，而所依据的电力系统的主要电量却是模 拟性质的信号，因此，需要通过数字信号采 集系统（即上述模拟量输入接口部件）将连 续的模拟信号转变为离散的数字信号，这个 过程称为量化过程。
采样过程及其数学表示
设输入模拟信号为 xA (t) ，现在以确定的时间间隔 T S 对其连续采样
继电保护教材
经典文档 下载后可复制编辑第一章 绪 论第一节 电力系统继电保护的作用一、电力系统的故障和不正常运行状态1. 电力系统的故障：三相短路 f （3）、两相短路 f （2）、单相短路接地 f （1）、两相短路接地 f（1,1）、断线、变 压器绕组匝间短路、复合故障等。
2. 不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率 降低等。
二、发生故障可能引起的后果是：1、 故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；2、 系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡， 甚至使整个系统瓦解。
事故： 指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏 到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。
三、电保护装置及其任务1．继电保护装置：就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸 或发出信号的一种自动装置。
2．它的基本任务是：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续 运行。
（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有 无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。
第二节 继电保护的基本原理和保护装置的组成一、继电保护的基本原理 继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值 时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。
1、 利用基本电气参数的区别 发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护。
（ 1）过电流保护：反映电流的增大而动作，如图 1-1 所示，（ 2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。
（ 3）距离保护（或低阻抗保护）：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动 作。
华电-电力系统继电保护(黄少锋教授)—零序保护(2-3) (3)
故障相别
15/55
几个名称的区分 继电器：单个元件。
如：家庭中的电视机、空调等电源的控制。自 动控制中经常采用的元件。 继电保护装置： 反应电力系统中电气设备发生故障
或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发
出信号的一种自动装置。 电力系统继电保护： 泛指继电保护技术以及由各种继电保护装置 构成的继电保护系统，包括继电保护的原理设
——目的是：不允许长期存在短路的情况
于是出现了：
近后备保护 远后备保护 断路器失灵保护等
36/55
近后备保护： 本地的后备保护由安装于本地的另外一台（套）
保护元件（或装置）来实现。
举例：如K3点故障，保护6(包括断路器) 由 于设计原理缺陷或装置损坏拒动，可由安装在此处 的另一种保护元件动作切除故障。
电力系统短路的识别与故障区域（元件）的判断。
继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证系统
安全、可靠运行的主要措施之一。 虽然电力系统出现故障的几率较低，但继电保护必
须时时刻刻护卫着电力系统，在没有继电保护情况下，
电力系统不能直接投入使用。
类似于军队与国家安全的关系。
继电保护通过断路器实现故障点最小范围的隔离 （切除），包括实现停电范围最小，并可以完成自动
除，减少用电设备的损坏程度，提高系统并列运行
的稳定性。
必须快速切除的故障情况：
1）发电厂或变电站母线故障；
2）大容量发电机、变压器和电动机内部故障；
3）电网并列运行的重要联络线发生的故障等。 快速切除故障，有利于提高系统并列运行的稳
定性。
40/55
2、速动性 故障切除时间
＝ 保护装置动作时间 ＋ 断路器动作时间
断路器
电流互感器
继电保护概述及基础知识
第二章 继电保护的基础知识
第一节 电流互感器及电压互感器
电流互感器
• 将电力系统的一次电流按一定的变比变换成 二次较小电流，供给测量表计和继电器，同 时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证 工作人员的安全。
电流互感器
1.电流互感器正方向规定
等值电路 Z1a
Z 2a
一次侧电流
二次侧电流
同名端流进
第二节 变换器
概述
• 1、变换器作用 • 保护装置动作判据主要为母线电压(线路电
压)、线路电流。因此需要将母线(线路)电压 互感器、电流互感器输出的二次电压、电流 再经变换器进行线性变换后送入继电保护装 置的测量电路。变换器的基本作用如下： ••• 11(2保全流3可改数0）））0安 的 以 变回伏电电调V、，通测路))量气节、，工而过量不变隔定电以作弱改继允换离值流适许接电变电：：：(应额地 元 变 器直将整电弱定， 件 换 的接互流流电5接是 往 器 动感A型、元地用 往 一 作或器、电件，于 与 次 值1二晶压A要保 直 或 。故)次体互，求证 流 二需侧管感转。人电次要电型器换经身源线压继二成变和连圈(电次弱额换设接抽保侧电定器备，头护的压实安直来 现电气隔离。
小于10%
比值误差
I I2 I1' 100% I1'
角度误差
arg
I2 I1
小于7º
电流互感器
2、电流互感器的误差 （1）电流互感器存在误差的原因 （2）电流互感器10%误差曲线
m
电流互感器比值误差 为10%，角度误差小 于7°，电流互感器一 次电流倍数与允许的 I1% 0 二次负载阻抗之间的70 0 关系曲线
的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又 有在一定条件下统一的一面。
电力系统继电保护原理第2章3节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护
校验：按远后备和近后备分别校验。 动作时间：阶梯原则，从零序网的最末级开始 按阶梯原则向电源方向推算。
四、方向性零序电流保护
分析： d1短路，保护3可能误动； d2短路，保护2可能误动。
措施：系统中有多个变压器中性点接地。 在可能误动的元件上装功率方向元件GJ0。 正方向：线路－母线； 反方向：母线－线路。
一、接地短路时零序分量的特点
） （1（ ）1 零序电压
故障点最高，中性点最低
（2）零序电流
由故障零序附加电源Ud0 产生; 从故障点流向接地的 变压器中性点。
（3）零序功率 方向：线路→母线。 （4）零序阻抗角 ( I )Z 取决于ZB0 ： U A0 0 B1.0
（5）运行方式变化
I 1
I 2
I L
原因：铁心磁化曲线不一致以及制造过程中的差别。 相间短路时不平衡电流达到最大值Ibp.max。 接地短路时3I0 相对很大。 I0
（2）零序电流互感器（电缆线路） I I I 一次电流： 3I
0 A B C
优点：无不平衡电流，接线简单
三、中性点直接接地系统的接地保护
（2） 加法器 （3） 微机保护内直接利用程序 （4） 发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧
2．零序电流的获取
I I I 3I （1）零序电流过滤器 I J a b c 0
接于相间保护电流互感器的中性线上。 不平衡电流：
I I I I bp a b c I ) (I I ) (I I ) ]/ n [ (I A LA B LB C LC l 1 I ) ( I LA I LB LC nl
功率方向继电器GJ0 ：
继电保护基本知识
第三节 对继电保护的基本要求
选择性 速动性 灵敏性 可靠性
第三节 对继电保护的基本要求
一、选择性
继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，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。
首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身 的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器 失灵保护来切除故障。上、下级电网（包括同级）继电保护之间的整 定，应遵循逐级配合的原则，以保证电网収生故障时有选择性地切除 故障。切断系统中的故障部分，而其它非故障部分仍然继续供电。
二、继电保护装置的组成
一般而言，整套继电保护装置由测量比较元件、逡辑判断环节和执行输出元件三部分 组成。 1)测量比较部分 测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并不给定的值进行比较， 根据比较的结果，给出“是”、“非”(“0”或“l”)性质的一组逡辑信号，从而判断 保护装置是否应该启动。 2)逡辑部分 逡辑部分使保护装置按一定的逡辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是应该 使断路器跳闸、収出信号或是丌动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部 分。 3)执行输出部分 执行输出部分根据逡辑部分传来的指令，最后完成保护装置所担负的任务。如在 故障时动作于跳闸；丌正常运行时収出信号；而在正常运行时丌动作等。
丌正常运行状态：小电流接地系统的单相接地、过负荷、发压器过热、 系统振荡、电压升高、频率降低等。 电力系统収生故障时，基本的特点：是电流突然增大、电压突然降低 以及电流不电压间的相位差角収生发化等。
第一节 电力系统继电保护的作用
二、系统故障引起的后果 1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障 设备烧坏； 2、系统中的设备，在通过短路电流时所产生的热及电动 力使设备损坏或缩短使用寿命； 3、电压下降，破坏系统的稳定性，产生振荡甚至使系统 瓦解 4、使电压质量下降，影响用户的产品质量
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2
UA
.
I I kB kC
UC U B
.
.
故故障点的 零序电压和 零序电流为:
1 1 1 1 U ko U A U B U C U A U A U A 0 3 3 2 2
1 1 I ko I kA I kB I kC 0 IkB IkB 0 3 3
正常运行及相间短路时，均没 有零序电压和零序电流。
3) 单相接地短路，设为K(1)A(中性点接地系统) 在接地故障点, 故障相电压: 故障相电流: 故在故障点 的零序电压 零序电流为:
0 U kA
U U U U kB B kC C
I I A kA
I 0 I B C
U k0
U k0
考虑线路中的零序电阻 与零序 时，零序电压 U k0 电流之间相位角为：
I 0
I0
I 0
I 0
k 0 90
k 0
I 0
I 0序电流只在故障点与中性点接地的变压器之间流动， 并由大地构成回路。零序电流比正序、负序电流流动 范围少。 和 I 超前 U 为90 。当计及 当忽略回路的电阻时， I 0 0 k0 和 I 超前 电阻时，若设零序阻抗角 k 0 80 ，则 I U 0 0 k0 为 180 k 0 。
第二章 电网的电流保护
第三节 中性点直接接地电网中
接地短路的零序电流及方向保护
第四节 中性点非直接接地电网中
单相接地故障的保护
包括单相接地故障和两相接地故障
接地故障保护的重要性 单相接地故障占高压线路总故障次数的70%以上
单相接地故障占配网线路总故障的80%以上 绝大多数的相间故障都是由单相接地发展而来 接地故障与中性点接地方式密切相关，接地故障特征 及危害完全不同，保护策略也不相同 接地点状况也将影响接地电流的大小 金属性接地 非金属性接地 电弧接地、树枝、杆塔 高阻接地
I I kB kC
则:
1U 1U U ko kA A 3 3 1 1,1 I o I kB I kC 3
出现零序电压和零序电流是接地故障区别于
正常运行和相间短路故障的基本特征。
所谓横向不对称故障是指发生在系统
某一点与地之间的故障。 所谓纵向不对称故障发生在系统某两点 之间的故障。 相间短路只有纵向不对称。 接地短路既有横向不对称，也有纵向不对称。
1 B U C 0 U 0 U A U 3
1 B I C 0 I 0 I A I 3
. UA . UC . UB
2) 两相短路时,设为K (2)BC 在故障点k处: 1 U kA U A U kB U kC U A
I 0 计及电阻时向量图
I0
阻抗主要是变压器的感抗，零序电流的分布，主要决 定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序 阻抗，而与电源的数目和位置无关，当变压器T２中 性点不接地时，则 I 2 0因为零序不构成回路。 零序功率 对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与 正序功率的方向相反，零序功率的方向实际上是由 线路流向母线。
第三节 中性点直接接地电网中 接地短路的零序电流及方向保护
主要针对中性点直接接地系统（大电流接 地系统）。 特征和差异：
1）电力系统正常运行时，三相对称，没有负
序和零序分量。
2）不对称故障时，会产生负序或零序分量。
其中，零序分量（特征）总是伴随着不对 称接地故障的发生而产生，据此，可构成 反映不对称接地故障的零序电流保护。
同样电压的对称分量法也是这样计算，比如常用的 零序电压： 1 U 0 (U A U B U C ) 3
矩阵表达形式为：
. . . . 1 1 U A U 0 A U 1 A U 2 A . . . . 2 U U U U 1 a 0 B 1 B 2 B B . . . . U C U 0C U 1C U 2C 1 a
零序分量的特点：
1）正序电压距故障点越近，电压越低；距电源越近，电压越 高。 2）负序、零序距故障点越近，电压越高。 3）零序电流由短路点经过所有的变压器接地点形成回路。 4）各序分量经变压器后的相位变化：
3. 零序网络
纵上分析，在中性点直接接地的电网（又称大
接地电流系统，一般为110kV以上电网）中发
生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流， 而正常运行以及相间短路情况下它们是不存在 的，因此可利用零序电压、电流来构成接地短 路的保护，具有显著的特点。
由故障附加网络(短路点是故障分量的“源”),
用户供电可靠性高
中性点经小电阻接地系统
故障特征： 中性点接地电阻限制了故障电流，但数值仍较大 故障后中性点电压不为零，非故障相电压升高 保护策略 保护动作于跳闸 与小电流接地系统相比， 抑制了过电压 适用于大城市电缆网络 规模较大，接地电容电 流太大，难以通过消弧 线圈补偿的系统
中性点接地方式
大电流接地系统（中性点有效接地系统）
中性点直接接地系统 中性点经小电阻接地系统 小电流接地系统（中性点非有效接地系统） 中性点不接地系统
中性点经消弧线圈接地系统
中性点接地方式的定量标准
X 0 4~5 X
凡是中性点X0/X1>4~5的系统属于小接地电流系统 （66kV及以下电网）； 凡是中性点X0/X1<4~5的系统属于大接地电流系统 （110kV及以上电网）。
1
. 1 1 U A . 1 U B 1 a . 3 U C 1 a 2
1 U. 运算子 A . 2 a U B . U C a
单相接地故障
三个序网串联 正序、负序和零序 分量相等
中性点直接接地系统
故障特征：
接地点通过大地、中性点N、相导线形成短路通 路；
故障相有大短路电流，非故障相电流几乎不变；
故障相电压降低，非故障相电压几乎不变。 保护策略
保护动作于跳闸
无过电压问题 用户供电可靠性低
中性点不接地系统
单相接地故障特征： 系统没有形成短路电流通路，故障相和非故障相都流过正 常负荷电流； 线路存在分布电容，故障电流为容性短路电流； 线电压保持对称；故障相电压降低，中性点电压升高至相 电压，非故障相电压升高至线电压。 保护策略 保护动作于警报，短时不予以切除故障， 容性短路电流在故障点以电弧形式存在，电弧高温会损坏 设备，进而发展为相间故障； 存在过电压问题； 尽快排查故障，或进行倒负荷操作 用户供电可靠性高
中性点经消弧线圈接地系统 单相接地故障特征：
正常时中性点电压为零，无电流流过线圈； 单相接地故障时，中性点出现零序电压，感性电 流经过线圈流入地，抵消接地点的容性短路电流； 可消除或减轻电弧电流的危害； 接地相电压降低，中性点电压升高为相电压，非 故障相电压升高为线电压。
保护策略
同中性点不接地系统
4. 特点
零序分量的参数具有如下特点： 零序电压：
故障点的零序电压最高；
； 变电所A母线上零序电压为U A0 ； 变电所Ｂ母线上零序电压为 U B0
U k0
零序电压分布
U A0
０
变电所A母线 故障点
U B0
变电所B母线
０
变压器中性点接地处的零序电压为０。
纯感性负荷电流 滞后电压90O
两相短路故障
正序和负序串联 没有零序分量
两相短路接地
负序和零序并联后与正序串联 正、负、零序分量均存在
正序等效定则
不对称短路时，短路点正序电流的大小与在短路点 串联一附加电抗XΔ并在其后发生三相短路时的电流 大小相等。
2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分布
1.中性点接地电网特征 1) 正常运行或三相短路时 由于三相电压和电流是对称的。 故:
分解出零序分量之后,零序电压的分布如下：
M
1 2
N
M
1 2
N
K0 U
M
1 2
K0 U K0 U
故障附加网络
N
K0 U
T1
A（M） 1
XT1.0
～
A
X’
k
1
T2 B（N） 2 B
k0
C
系统接线
k0
X’’
XT2.0
零序等效 网络
-I 0
I0
I 0 I Uk0 0
第三节 中性点直接接地电网中
接地短路的零序电流及方向保护
不对称短路电流
电力系统简单不对称故障的计算
不对称短路造成系统参数在故障点处不对称
在短路点处接入不对称电势源——将系统变回三相对称 利用对称分量法可以将故障点处的不对称电压等值成正序、负 序、零序电压分量
电力系统简单不对称故障的计算
采用迭加原理进行分析，即对于三相参数对称电力 系统，当外加不对称电源时，可以将该电源分解为正 序、负序、零序三种分量，分别求解，然后将结果相 加即为整个系统的解。 分析关键是形成正序、负序和零序网络，然后根据 故障的边界条件形成相应的复合序网。
不对称短路电流计算
对任意的不对称的三相全电流 I I I 分解成三组 A B C 对称的序电流：
I A I 0 I a1 I a 2
ae
j1200
I B I 0 I b1 I b 2 I 0 a 2 I a1 aIa 2 I C I 0 I c1 I c 2 I 0 aIa1 a 2 I a 2
I 0
k 0 90
I 0
计及电阻时向量图