继电保护学习资料4
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（希望不动） 一侧为正 一侧为负
内部故障 （希望动作）
两侧均为正
一侧动作 一侧不动作
两侧均动作
电流相位 相位差 180
接近同相
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。
继电保护-第4章 电网的纵联保护
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1
输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠
缺点：导引线不能太长
4.2.2 电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高 频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线 路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波 信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信 号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较， 称为高频保护。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
电力系统继电保护第四章 4-3,4-4
U ca = U c − U a ≈ Ec − Ea = Eca U ab = U a − U b ≈ Ea − Eb = Eab U bc = U b − U c ≈ Eb − Ec = Ebc
当ϕ k 在0 ~ 90 0 变化时， − 120 0 ≤ ϕ g ≤ −30 0
0
• • • • • • • • • • • •
•
•
•
•
•
•
• a
不动作。 不动作 = 0 1KW不动作。
•
2KW： I gb = I b ：
U gb = U ca ≈ E ca
•
•
•
ϕ gb = −(900 + 300 − ϕ k ) = −(1200 − ϕ k )
− 900 ≤ ϕ k − 1200 + α ≤ 900 30 ϕ k = 00 时， 0 ≤ α ≤ 2100
就可使可使继电器处于最灵敏状 态附近。
三相短路时KW KW的电 图4-13 三相短路时KW的电 流、电压向量图
中国电力出版社
（一）三相短路
三相短路时能使继电器动作的内角的取值范围 ϕ g = −(90o − ϕ k ) − (90 0 + α ) ≤ ϕ g ≤ 900 − α
& Ug − 90° − α ≤ arg ≤ 90° − α & I
c b
接入各相继电器的 电压分别为: 电压分别为:
1 • U b = U c = − Ea 2
•
•
中国电力出版社
相
· ·
Uab=1.5Ea
· ·
·
Uab
·
·
Ic φ rc
Ua =Ea
电力系统继电保护第四章4-1、4-2
第四章 输电线路相间短路的方向 电流保护
第一节 方向问题的提出及方向电流的保护
中国电力出版社
一、方向问题的提出
K2
K1
图4-1两侧电源辐射形电网
如图4-1所示 在双侧电源电网或单侧电源环形网中.如图 所示，当在 1点发生短路时， 双侧电源电网或单侧电源环形网中 如图 所示，当在K 点发生短路时， 要求保护3、 动作 断开3、 两个断路器 如在K 点发生短路，要求保护1、 动作， 两个断路器； 要求保护 、4动作，断开 、4两个断路器；如在 2点发生短路，要求保护 、 2动作，断开 、2两个断路器。 动作， 两个断路器。 动作 断开1、 两个断路器 点短路， 对K1点短路，为实现选择性要求： 点短路 为实现选择性要求： 3 2 4 5
中国电力出版社
•
功率方向继电器的工作原理：实质就是判断母线电压和流入线路的电流 功率方向继电器的工作原理： 之间的相位角。动作方程可表示为： 之间的相位角。动作方程可表示为：
•
继电器动作的 临界情况是一 • 条与相量 U g 相垂直的直 线，通常称 为功率方向 继电器的动 作特性。
− 90 ≤ arg
•
− 90 0 ≤ arg
jK U g
•
≤ 900
I g Z br
•
jK 功率方向继电器的内角α = arg = 900 − ϕbr Z br
− (900 + α ) ≤ ϕ g ≤ 900 − α
− (900 + α ) ≤ arg
Ug
•
≤ 900 − α
Ig
中国电力出版社
（二） LG-11型功率方向继 型功率方向继 电器动作区和灵敏度
0
继电保护第四章-纵联保护
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
继电保护原理基础_第四章
负序功率方向元件的特点
(1)可反应所有不对称故障; 增加电压记忆后,也可 反应三相对称故障;
(2)没有电压死区; 保护区外故障时, 近故障侧负 序电压( 功率 )高于远故障侧负序电压 ( 功率 ), 容易实现灵敏度配合
(3)系统振荡时三相对称,不存在负序分量,负序功 率方向元件不误动
因此,负序功率方向元件在高频闭锁保护中得 到了广泛的应用
由精于度电的电流流互互感感器器，励在磁必要回时路．以还可及采二次回路电
感用中铁的心磁磁路通中不有小能气突隙变的电，流在互二感器次。回路中引起
自由非周期分量电流。
在暂态过程中，励磁电流大大超过其稳态 值，并含有大量缓慢衰减的非周期分量， 这将使不平衡电流大为增加。
第二节 输电线的高频保护
一、高频保护概述
离I段启动发讯，当其保护范围内部故 障动作于跳闸的同时，还向对端发出 跳闸信号，可以不经过其它控制元件 而直接使对端的断路器跳闸，即收讯 即可跳闸。 两端保护的构成比较简单，无需互相 配合，必须要求每端发送跳闸信号保 护的动作范围小于线路的全长．而两 端保护动作范围之和应大干线路的全 长。前者是为厂保证动作的选择性， 后者则是为了保证全线上任一点故障 的快速切除。
电力系统继电保护——4输电线纵联保护
高频信号
A
~1
B
k
C
2
3
4
5
D
6
~
Sk
Sk
Sk
Sk
动作原理
• 保护3和4的功率方向为正，不发出闭锁信号
• 保护2和5的功率方向为负，发出闭锁信号，被本端和 对端收信机接收，闭锁保护1、2、5、6
构成方式：高频通道经常无电流；外部故障时由 短路功率方向为负的一端发出闭锁信号
• 可以保证内部故障并伴随通道破坏时，保护仍然能够 正确动作
8. 高频闭锁距离保护的原理接线
tIII 0
跳闸
Z III
距离III段
0 t1
Z II
t2 0
距离II段(带方向)
&
GFX
通道
GSX
跳闸
&
tII 0
ZI
距离I段(带方向)
万一通信通道损坏，动作情况如何？请讨论
4.4 输电线纵联差动保护
——光纤纵差保护
1. 动作原理
(1) 正常运行或区外故障时
IM1
Y2
T2
D
6
~
Sk
GFX GSX
通道
Y3
跳闸
&
保护1：KW和KA2动作，准备好跳闸回路；可是，保护2的KW 功率方向为负，发出闭锁信号，该信号被两侧的保护的收信机 收到，Y3被闭锁，两侧保护均不能动作。
注意：保护2的发信机必须起动，以保证外部故障时不误动
4. 工作情况分析——两端供电内部故障
高频信号
正常运行或区
外故障时： I I M I N 0
差动保护补充概念
差动的含义：正常运行或者外部故障时，两个电
电力系统继电保护电子教案第四章输电线纵联保护
1. 环流式导引线保护
.
IM
* *
.
Im
.
IN
同极性端子
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
导引线
制动线圈
同极性端子 制动线圈
线路两侧电流互感器的同极性端子经导引线连接起 来。继电器的动作线圈跨接在两导引线芯之间。如 果有制动线圈则它被串接在导引线的回路中。
.
IM
* *
.
Im
.
IN
* *
.
In
动作线圈 动作线圈
M
IM
k1 I N N
根据基尔霍夫电流定律(KCL)
可知：
UM
UN
在集总参数电路中，任何时刻，
内部故障
对任意一节点，所有支路电流相 量和等于零。用数学表达式表示 M IM
I N N k2
如下： I 0
区外故障
对于输电线路MN可以认为是一个节
点。
内部故障
I IM IN Ik
外部故障
I IM IN 0
.
IM
* *
.
Im
.
k1
IN
*
*
.
In
动作线圈 动作线圈
动作线圈中两侧电流同相
制动线圈
制动线圈的制动电流小于 动作线圈中的动作电流
制动线圈
在内部故障时，动作线圈中两侧电流同相，制动线圈 的制动电流小于动作线圈中的动作电流，保护能够可 靠动作。
2．均压法
.
IM
*
*
.
Im
.
IN
* *
.
In
平衡线圈 平衡线圈
(4)光纤通道
光纤通道与微波通道有相同的优点。光纤 通信也广泛采用(PCM)调制方式。当被保 护线路很短时,通过光缆直接将光信号送到 对侧,在每半套保护装置中都将电信号变成 光信号送出,又将所接收之光信号变为电信 号供保护使用。由于光与电之间互不干扰, 所以光纤保护没有导引线保护的问题,在经 济上也可以与导引线保护竞争。
电力系统继电保护原理4
5、相继动作 ①最不利δ=70° o o ②最不利φn-φm=90 -60 d内: ③φCT=7° ④φp=15° M(发) ⑤φL=(L/100)×6° 区内d： L=400km N(发) o o o M：φ=122 +24 =146 o o o N：φ=122 -24 =98 M(收) ∴ N侧动作，M侧不动， 但N侧动作后不再发信， N(收) o M侧认为φ=0 相继灵敏动作。
正方向短路： U I Z s
arg U Zr I 90 arg
arg( U Zr I
Zs Zr
) 180
270
反方向短路： U I Z s '
arg U Zr I 90 arg
arg( U
为防止在功率倒向中保护误动，采取的措施是： 一是反方向功率方向元件优先的原则。即一旦反方向元件 动作，立即闭锁正方向元件。 二是当故障发生后经过一段时间（大于本保护动作时间， 小于相邻线路断路器跳闸时间），尚未判为内部故障，则 认为是外部故障，程序转入另一模块。
3、分布电容对方向高频保护的影响 当方向元件所使用的电压为线路电压时保护会误 动。当方向元件所使用的电压为母线电压时保护 不会误动。 解决办法：1）延时 2）用方向阻抗元件代替负序方向元件
3、电流相位比较式纵联保护
对比两侧电流相位差为0°保护动作； 对比两侧电流相位差为180°保护不动作；
4、距离纵联保护
距离Ⅱ段作为方向元件。 该保护的优点：既具有纵联保护的优点，又具有距离 保护的优点。
4.2
4.2.1
输电线路纵联保护两侧信息的交换
导引线通信（见P132图4.5）
继电保护原理第4章-纵联
输电线路纵联电流差动保护原理的特点
1、保护范围明确。保护范围是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可实现全线速动，即全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。
三、输电线路两侧电气量的故障特征
1. 两端电流相量和 （正方向：母线线路）
M IM
k1
IN N
M IM
IN N k2
区内故障
0
区外故障
180
4. 两端测量阻抗
区内故障：两端距离Ⅱ段 ZII 均启动 区外故障：近端距离Ⅱ段 ZII 不启动，远端启动。
四、纵联保护基本原理
利用不同特征差异的电气量可以构成不同的纵联保护原理
（1）纵联电流差动保护原理（两端电流相量的故障特征）
第二节 纵联保护两侧信息的交换
一、导引线通信（Pilot Wire Communication）
保护原理：电流差动原理
适用于短线路
动作线圈 动作线圈 制动线圈 制动线圈
制动线圈
i
导引线
制动线圈
（a）环流式
i
动作线圈
动作线圈
（b）均压式
二、电力线载波通信（Power Line Carrier Communication）
正常运行和外部故障时（K2）：两侧电流相位相差约为180°。 内部故障时（K1）：两侧电流相位相差约为0°。
（4）距离纵联保护原理（两端测量阻抗的故障特征） 正常运行和外部故障时（K2）：两端的距离Ⅱ段测量阻抗一侧 为反方向，另一侧为正方向。
内部故障时（K1）：两端的距离Ⅱ段方向阻抗元件都在正方向， 同时启动。
闭锁信号
k1 IN N
继电保护专业题库(4)
继电保护专业题库四、简答题1.电力系统振荡和短路的区别是什么？答：电力系统振荡和短路的主要区别是：（1）振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动，而短路时电流、电压值是突变的。
此外，振荡时电流、电压值的变化速度较慢，而短路时电流、电压值突然变化量很大。
（2）振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角δ的变化而改变；而短路时，电流与电压之间的相位角是基本不变的。
2.什么是大接地电流系统？答：中性点直接接地系统（包括经小阻抗接地的系统）发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以这种系统称为大接地电流系统。
3.什么是小接地电流系统？答：采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统称为小接地电流系统。
4.对电力系统继电保护的基本性能要求有哪些？答：对电力系统继电保护的基本性能要求有可靠性、选择性、快速性、灵敏性。
5.微机保护硬件系统通常包括哪几个部分？答：微机保护硬件系统通常包含以下四个部分：①数据处理单元，即微机主系统；②数据采集单元，即模拟量输入系统；③数字量输入/输出接口，即开关量输入输出系统；④通讯接口。
6.微机保护数据采集系统中共用A/D转换器条件下采样/保持器的作用是什么？答：上述情况下采样/保持器的作用是：（1）保证在A/D转换过程中输入模拟量保持不变。
（2）保证各通道同步采样，使各通道的相位关系经过采样后保持不变。
7.电压频率变换（VFC）型数据采集系统有有哪些优点？答：（1）分辨率高，电路简单。
（2）抗干扰能力强。
积分特性本身具有一定的抑制干扰的能力；采用光电耦合器，使数据采集系统与CPU系统电气上完全隔离。
（3）与CPU的接口简单，VFC的工作根本不需CPU控制。
（4）多个CPU可共享一套VFC，且接口简单。
8.微机继电保护装置对运行环境有什么要求？答：微机继电保护装置室内月最大相对湿度不应超过75%，应防止灰尘和不良气体侵入。
四、继电保护基础知识
继电保护基础知识●继电保护的作用及要求●供电系统中常用的保护●继电保护的发展趋势●微机保护的优点继电保护的作用及要求（一）继电保护广泛应用在电力系统、飞机、机车、舰船、汽车等等各个领域。
我们讨论的主要是电力系统的继电保护。
电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。
但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。
因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。
故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。
发生短路时可能造成的危害是：故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。
从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。
靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。
破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。
继电保护的作用是：（1）在过载时，继电保护装置应发出警报信号。
（2）在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行。
（3）为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。
（二）继电保护的基本要求①.选择性基本含义是保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。
②.速动性速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。
这样就能减轻故障设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。
③.灵敏性保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性（灵敏度）。
灵敏性常用灵敏系数来衡量。
它是在保护装置的测量元件确定了动作值后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。
④.可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。
继电保护4
A,电压变换器 电压变换器的作用:电压变换器的作用是将电压互感器二次 侧较高的电压值变换成较小的电压值. 电压变换器的类型:电压变换器常见有普通型和谐振型两种. 电压变换器用UV表示. 电压变换器的二次电压与一次电压的关系如下: UV=KVUK KV----为电压变换器的变换系数 KV---普通型电压变换器二次电压与一次电压同相位,谐振型电压 变换器二次电压超前一次电压90°. B,电抗变换器 电抗变换器的作用:电抗变换器用于电流的测量,即将电流 互感器二次侧的较大的电流值变换成与其成正比的较小的电 压.电抗变换器用TX表示.
�
电抗变换器二次电压与一次电流的关系为: UX=KXIK KX-----为电抗变换器的变换系数,其量纲为欧姆. 在变换器各项参数不变的情况下,电抗变换器的变换系数的 值为一常量. jXeR'φ UR=IKZ=IK———— jXe+R'φ W2 W2 jXeR'φ U×= —— Ur= —— ———— Ik=KxIk W1 W1 jXe+R'φ (2)比较电路 A,比较的基本形式 整流型功率方向继电器是通过对电流,电压所形成的电压值 进行绝对值的比较来实现它们之间的相位的比较,从而判断功 率的流动方向.
D,均压式比较电路和环流式比较电路的优缺点 均压式比较电路为利用电压的平衡进行比较,执行元件的动 作与否,决定于两侧整流器输出的电压水平,继电器动作较 为灵敏,但继电器的功耗较大. 环流式比较电路是利用电流的平衡进行比较,执行元件的动 作与否,决定于两侧整流器的输出电流的大小,继电器动作 的灵敏性较低,但继电器的功耗较小. (3)整流型功率方向继电器的执行元件 整流型功率方向继电器的执行元件一般多采用极化继电器. A,极化继电器的结构 极化继电器的组成主要包括:铁芯,工作线圈,永久磁铁, 衔铁,接点. B,极化继电器的工作原理 ◆永久磁铁产生永久磁通,即极化磁通Фp1,Фp2两部分.
继电保护4
对定时限过电流保护的评价
优点：结构简单，工作可靠， 优点：结构简单，工作可靠，不仅能作近 后备，而且能作为远后备。 后备，而且能作为远后备。在放射型电网中 获得广泛应用，一般在35千伏及以下网络中 获得广泛应用，一般在35千伏及以下网络中 作为主保护。 作为主保护。 缺点：动作时间长， 缺点：动作时间长，而且越靠近电源端 其动作时限越大， 其动作时限越大 ， 对靠电源端的故障不能 快速切除。
2.2.3 定时限过电流保护
四、小结： 小结：
—第III段的动作电流比第I、II段的动作电流小得多， III段的动作电流比第 II段的动作电流小得多 段的动作电流比第I 段的动作电流小得多， 其灵敏度比第I II段更高 段更高； 其灵敏度比第I、II段更高； —在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互 在后备保护之间， 相配合时，才能保证选择性； 相配合时，才能保证选择性； —保护范围是本线路和相邻下一线路全长； 保护范围是本线路和相邻下一线路全长； —电网末端第III段的动作时间可以是保护中所有元 电网末端第III段的动作时间可以是保护中所有元 件的固有动作时间之和（可瞬时动作）， ），故可不 件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不 设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（ 设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（I+III II+III），越接近电源，动作时间越长， ），越接近电源 或II+III），越接近电源，动作时间越长，应设 三段式保护。 三段式保护。
K sen
I k .下.min = ≥ 1.2 III I op
5
思考：当灵敏度不满足要求时，怎么办？ 思考：当灵敏度不满足要求时，怎么办？ 用低电压闭锁的过电流保护。 可以采 用低电压闭锁的过电流保护。
电力系统继电保护原理(第四版)-4(最详细版)
一、中性点接地方式与接地故障种类 按单相接地短路时接地电流的大小分 大电流接地方式中性点直接接地中性点经小电阻接地小电流接地方式中性点不接地中性点经消弧线圈接地国际上的定量标准不同接地方式下的接地故障特点大电流接地方式不同接地方式下的接地故障保护策略零序分量特征零序分量的参数特点零序电压故障点零序电压最高，距离故障点越远零序电压越低零序电流零序电流超前于零序电压其分布取决于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零序功率方向故障线路，两端零序功率的方向与正序功率的相反零序电压、电流的相位关系系统运行方式的影响系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地变压器数目不变，零序阻抗和零序网络就不变。
12二、中性点有效接地系统的接地保护1.零序电流瞬时速断（零序I段）保护采用单相自动重合闸时2.零序电流限时速断（零序II 段）保护 工作原理与相间限时电流速断保护一样其启动电流首先考虑和下一条线路的零序电流速断配合并线路的零序电流速断配合，并延迟一个时限以保证动作的选择性。
整定原则：12⋅⋅′′′=′′act rel act I K I 当保护间的变电站母线上接有中性点接地变压器时，存在“助增电流”，整定原则变为：210rel act act brK I I K ⋅⋅⋅′′′′′=000k BCbr k ABI K I ⋅⋅⋅= 分支系数零序II 段的灵敏系数校验3. 零序过电流（零序III段）保护保护只需从该变压器高压侧开始考虑动作延时的配合 在同一线路上零序过电流保护比相间短路过电流保护具有较小的动作延时4.方向性零序电流保护零序电流实际的流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，在变压器接地数目较多的复杂网络，需要考虑零序电流保护动作的方向性。
在零序电流保护的基础上增加零序功率方向元件，利用正反方向故障时，零序功率方向的差别，闭锁可能误动作的保护，保证动作的选择性。
零序方向元件的电压死区问题5. 零序电流保护的优缺点三、零序电压、电流的获取实现接地短路零序保护的关键零序电压过滤器3U U U U &&&&=++ 加法器0C B A各种获取方式电压互感器开口三角形接法电压互感器接于发电机中性点集成电路和微机保护中的加法器实现电压互感器开口三角形接法电压互感器接于发电机中性点零序电流过滤器3I I I I C B A &&&&=++零序电流的获取获取方式电流互感器三相星形接法电缆的零序电流互感器 不平衡电流问题由电流互感器的传变特性不一致产生致产生相间故障时最严重一、高阻接地故障二、零序反时限过电流保护为提高灵敏度，起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定动作延时采用甚反时限特性.relk act unbreK I I K =13.51Kt I =−25.()k actI单相接地时（A 相）A 相对地电压为零对地电一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点正常时，线电压对称，每相负荷电流和对地电容电流均对称，三相电流之和（零序）为零⎧=−0D A U & 相对地电压为零，对地电容短接3 B 、C 相对地电压和电容电流增倍三相负荷电流和线电压仍然对称具体分析：相接地后各⎪⎨=−==°−1503j e E E E U U &&&&& A 相接地后，各&&&C B D I I I +=03C U I D ωϕ=AE &E &ADB U −&DC U −&I & 从接地点流回的电流为线路端的零序电流？030=I&D 0A D U −=&BE &CCBBC U &B CI &BI &CI &D I &DI &−实际的网络存在发电机和多条支路CIBI I 0IC 0ω0=AII &电容性无功功率从母线路始端存在零序电D BI CI BII CII BG CG故障线路II ：II C U I 0033ωϕ=&&&&&−=3)C C (U I II II 00033−=∑ωϕ0=AII &电容性无功功线路始端存在零序电流，其大小为全系统非故障元件对地电容电流之总和电容性无功功率)I I I I (I CGBG CI BI II +++0率从线路流向母线DAII I I &&−=电容性无功功率发电机G 的特征与非故障线路相同件的对地电容构成32中性点不接地电网的单相接地特点：二、中性点不接地系统中的单相接地保护利用接地后出现的零序电压带延时动作于信号不能实现故障选线——无法知道故障是在那一条线路34点实现有选择性地发出信号或动作于跳闸为了提高可靠性和灵敏性——采用延时和电流元件控制方向元件相位比较回路的方案36一、中性点经消弧线圈接地电网的单相接地故障特点电弧，引起弧光过电压，从而对电网造成进步破坏。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、高频通道的工作方式
经常无高频电流（故障时发信） 1. 经常无高频电流（故障时发信） 2. 经常有高频电流（长期发信） 经常有高频电流（长期发信）
四、高频信号的分类和应用
1.闭锁信号 1.闭锁信号 “ 收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件 ”
外部故障：一侧的高频保护发出高频闭锁信号，将两侧的保护都闭锁。 内部故障：两端的高频保护都不发出高频闭锁信号，保护可动作于跳闸。
利用装设在每一端的电流速断、距离一段、零序电流速断等保护，当其 保护范围内部故障而动作于跳闸的同时，还向对端发出跳闸信号，不经 其它控制元件而直接使对端的断路器跳闸。
第三节 高频闭锁方向保护基本原理
1. 高频闭锁方向保护的基本原理
※ 高频通道经常无电流，而在外部故障时由短路功率为负的 一 端发出闭锁信号，两侧收信机接受到此信号将两侧保护闭锁。 优点：保护范围内部故障并伴有通道损坏时（通道所在一相接地 优点 或断线），保护装置仍能可靠动作。
※ 相差动高频保护也是一种传送 闭锁信号的保护，也具有闭锁 式保护所具有的缺点，需要两 套启动元件。
t灵敏度低>t高灵敏度
3. 高频负序方向保护的基本原理
原理： 原理：利用负序元件反应各种不对称短路和三相短路（短路初）。
（1）内部故障时，两端GJ2触点均向下闭合，使2ZJ工作线圈带电，同时两 端发信机均不能起动，无闭锁信号。两端保护的2ZJ均动作于跳闸。 （2）外部故障时，靠近故障点一侧的GJ2触点向上闭合，经1ZJ的电流线圈 启动发信机，1ZJ的触点闭合后，经电阻R对发信机附加起动，发出闭 锁信号，将两侧保护闭锁。
2.允许信号 2.允许信号 “ 收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件 ”
外部故障：近故障点侧不发允许信号，故对端保护不能跳闸； 近故障点的一侧因为判断故障方向的元件不动作，也不能跳闸。 内部故障：两端高频保护同时向对侧发出允许信号，使保护动作于跳闸。
3. 跳闸信号 “ 收到这种信号是高频保护动作跳闸的充分必要条件 ”
灵敏度和动作时间方面的配合 :
要求GJ2向上闭合触点起动发信机时的灵敏度较高，时间较快； 向下闭合触点起动极化继电器时的灵敏度较低，时间较慢。
4. 高频闭锁距离保护
优点：兼有距离保护、高频保护特点 内部故障瞬时动作；外部故障带时限。 可作相邻母线和线路后备。
ZIII：起动发信机；起动tIII延时跳闸回路。 ZII ：停止发信。（1）起动tII延时跳闸回路；（2）经2ZJ瞬时跳闸。 ZI ： 瞬时跳闸。 区内d1点短路：ZII使两侧发信机都不发信，并经2ZJ瞬时跳闸。 区外d2点短路：A侧ZII起动，发信机不发信；但B侧ZIII起动发信机发信，使得 A、B两侧的2ZJ动作，触点打开，A侧ZII不能瞬时跳闸，而经tII 延时跳闸。
2. 分类
（1）方向高频保护：比较被保护线路两侧功率方向。 方向高频保护：比较被保护线路两侧功率方向。 相差高频保护：比较被保护线路两侧相位。 （2）相差高频保护：比较被保护线路两侧相位。
二、高频通道的构成
高频通道：“导线―大地”。 高频通道 优点： 优点：最经济，只在一相线路上装设构成通道的设备。 缺点：高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。 缺点 1. 阻波器 通工频、 通工频、阻高频 2. 结合电容器 3. 连接滤波器 通高频、阻低频； 通高频、阻低频；绝缘 4．电缆 5．高频收、发信机 高频收、
5. 高频闭锁零序方向保护
以三段式零序电流方向元件代替三段式距离元件和高频保护配合。 缺点：主保护（高频保护）和后备保护（距离或零序保护）的接线互 相连在 一起，不便于运行和检修。高频保护不能独立工作。
第四节 相差高频保护
1. 相差动高频保护基本原理
基本原理：比较被保护线路两端短路电流的相位。 基本原理 区内短路：理想情况下，两侧电流相位相同（母线－线路）,保护动作； 区外短路：两侧电流相位相差180˚，保护不动作。 措施：短路电流的正半周使发信机发信，负半周停发。 措施 结果：区内短路时收信机收到的高频电流是间断的； 结果 区外短路时收信机收到的高频电流是连续的。
半套高频闭锁方向保护原理接线（电流启动方式） 2. 半套高频闭锁方向保护原理接线（电流启动方式）
1（灵敏度高）启动高频发信机发出闭锁信号； 起动元件： 2（灵敏度低）准备好跳闸回路。 功率方向元件3：判断短路功率方向； 中间继电器4ZJ：内部故障时停止发出高频信号； 极化继电器5ZJ：控制保护的跳闸回路。 工作线圈由本端保护动作后供电； 制动线圈在收信机收到高频闭锁信号时，将高频电流整流后供电。 因此，只有两端保护都不发出闭锁信号时，5ZJ才能动作。
2. 导引线的阻抗和分布电容 3. 导引线的故障和感应过电压
第二节 线路高频保护基本原理
一、高频保护概述
1. 定义
高频保护是利用输电线载波通道作为通信通道的纵联保护 纵联保护。 纵联保护 原理：将功率方向（或电流相位）转化为高频信号，利用输电 线本身构成的高频电流通道将信号送至对端进行比较，判别故障 是否在本线路。无需延时。
（1） 正常运行及外部故障时，由于电流互感器的误差，二次电流之 和并不为 0，称为不平衡电流Ibp ； （2） Ibp由两端电流互感器磁化特性不一致、励磁电流不等造成； （3） Ibp实际上是两个电流互感器励磁电流之差； （4）凡使励磁电流增大的因素，以及励磁特性的差别，都是使 Ibp增 大的主要原因。
3. 差动保护原理
& & & & & I J = I2m + I2n = (I1M + I1N ) / nL
& & & & 内部故障： I J = Id / nL ≠ 0， J > Idz.J 时动作 I
& 正常及外部故障： I J = 0， 保护不动
缺点：，经济上也是不合理的。只能用于5～7公里的短线路，更广泛地 则用于变压器、发电机等电力设备和母线，不能用于线路。
1. 电流互感器的误差和不平衡电流
& & & & & & & I J = I2m + I2n = (I1M − ILM ) / nL + (I1N − ILN ) / nL & & & & = (I + I ) / n − (I + I ) / n
1M 1N L LM LN L
& & & Ibp = −(ILM + ILN ) / nL
稳态过程的不平衡电流 铁心越饱和，励磁电流增大，二次电流的误差也增大。 影响电流互感器误差的主要因素为： （1）二次负载； （2）一次电流。 不平衡电流的稳态值：I b p＝0.1 Ktx Id.max /nL
暂态过程中的不平衡电流
含有大量的非周期分量，其值将大大超过稳态值。 纵差动保护的起动电流必须躲开上述最大不平衡电流。应尽量采用 型号相同，磁化特性一致、铁心截面较大的高精度电流互感器，减小不 平衡电 流，提高保护灵敏度。
分析： 分析：
（1）外部故障：（保护1、2的情况） 保护2侧功率方向为负，发出高频闭锁信号，两侧保护均不动。 （2）两端供电线路内部故障（保护3、4的情况） 两侧保护功率方向均为正，不发出高频闭锁信号，均动作于跳闸。 （3）单端供电线路内部故障 受电端的半套保护不起动，也不发送高频信号；电源端的保护动作于跳闸。 （4）系统振荡 当振荡中心位于保护范围内部时，两侧的功率方向均为正，保护会误动。 对于反应于负序或零序的功率方向元件，不受振荡的影响。
环流法 正常运行 外部故障 GB 相当于次级短路，其初级电 压很小，不足以使J 动作于跳闸 GB初级电压较高，足以使J动作 于跳闸。
均压法 Um、Un 因反向联接，GB相当于 次级开路，初级电流很小，不足 以使J 动作于跳闸 导引线中有电流流通，GB 初级 电流足以使 J 动作于跳闸。
内部故障
二、影响输电线纵联差动保护正确工作的因素
？为什么选用两个灵敏度不同的启动元件（ I dz. j.2 = (1.6 − 2)I dz. j.1 ） 为什么选用两个灵敏度不同的启动元件（
Idz.A=95A , Idz.B=105A 105A≥Id≥95A 不能启动发信，无闭锁信号。 保护 2 不能启动发信，无闭锁信号。
两保护元件灵敏度不相配将造成保护 1 误动 缺点： 缺点： （1）降低灵敏性； ）降低灵敏性； （2）接线复杂化 ）接线复杂化; （3）降低了动作速度 。 ）
第3单元 输电线的全线速动保护 单元
第一节 输电线纵联差动保护
一、基本原理
1. 反映一侧电气量保护的缺陷
无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。 ∵ 无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。 无法实现全线速动。 ∴ 无法实现全线速动。
2. 输电线纵联差动保护 定义： 定义：利用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向 连接起来，将各端的电气量传送到对端，将两侧 连接起来，将各端的电气量传送到对端， 的电气量比较， 的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是 在线路范围外。 在线路范围外。 理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。 理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。 绝对的选择性 通信通道 辅助导线或导引线 输电线载波通道 微波 光纤 保护 纵联差动保护 高频保护 微波保护 光纤保护