工学华北电力大学课程电力系统继电保护黄少锋教授距离整定振荡共94页
华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—距离(3-123原理、特性、实现)教材
A B C
两相 接地
AB BC CA
两相 相间
AB BC CA
三相 ABC
相间距离接线方式 AB相 BC相 CA相
UAB IA IB
UBC IB IC
UCA IC IA
35/77
接线方式可以反映的故障类型：
K(1)
K ( 1,1 ) K(3)
此式的分析过程还包含了接线方式的产生过程。
如果 UK 0 ,此时要想得到反映短路点K到保护 安装处M的正序阻抗 Z1，那么，只要进行下面的计
算就可以实现：
Um UK Im K 3I0m
Im
Um K 3I0m
Z1
实际为Z1K
带零序补偿的00接线方式
22/77
三相的M点与K点在任何情况下的通用表达式为：
8/77
测量阻抗具有以下的“差异”： 1）系统正常运行时
Um近似等于额定电压；
Im为
负荷电流
，
一般有：
额定电
流；
m一般小于30。
负荷状态 Z m
Um Im
UL IL
—
用Z
表示。
L
9/77
2）短路时
Zm
Um Im
ZK
z1l K
r1
jx1 lK
其中，z1的角度一般在700 ～850，视线路而定。
刚才推导了 : ZBC
UBC IBC
Z1
EC
EB
UCUBICBUB
29/77
ICEA
刚才推导了 : ZBC
UBC IBC
Z1
但, Z AB
UAB IA IB
UAB IB
EC
UAB EB
UAB
华北电力大学国家级精品课《电力系统继电保护》课件 (第2章1节)
Ih Kh
K k''' K zq I f .max Kh
1 阶梯型的时限特性：t n tn t ，一般 t 0.5秒
定时限过电流保护的动作时限
1、 处于电网终端的保护装置，其过电流保护的动作时限为 零。这种情况下过电流保护可作为主保护兼后备保护，不 需装设电流速断保护和限时电流速断保护。
I A△ I B△ I A I a I b ， I B Ib Ic I I I △ C c a I C ＝0
3.定时限过电流保护
定义：作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保 护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷 时的保护。其起动电流是按照躲开最大负荷电流来整定的。 特点： （1）保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路全 长，甚至更远。 （2）为了保证选择性，动作时限一般较长。是一种后备保护。
动作电流 I dz. J : 使继电器动作的最小电流
返回电流 I h. J : 使继电器恢复原位的最大电流 返回系数 K h
I h. J 1 I dz. J
继电器的工作特性曲线
返回系数：
I h. J Kh 1 I dz. J
“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只 能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电 器不可能停留在某一个中间位置。
I dz. J
其它几种常见的继电器 1、时间继电器 作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻 辑关系。 ①延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。 ②瞬时返回。对正在动作的继电器，一旦线圈所加电压消 失，则迅速返回原始状态。 2、中间继电器 起中间桥梁作用 ①触点容量大，可直接用作于跳闸。 ②触点数目多 3、信号继电器 作为装置动作的信号指示，标示所处的状态，或 接通灯光信号（音响）回路。信号继电器的触点 自保持，由值班人员手动复归或电动复归。
华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-绪论(1)
主讲人：黄少锋电力系统继电保护原理第一章绪论一、继电保护的作用二、继电保护的基本原理及其组成三、对继电保护的基本要求四、继电保护的发展简史五、继电保护工作的特点一、继电保护的作用背景：电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时的、复杂的联合系统。
电力生产的特点：电能无法大容量存储，电能的生产与消耗几乎是时刻保持平衡。
因此，不能中断——>可靠性要求极高！电力系统一次设备：发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备（属于高压设备）。
电力系统二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备（从TA、TV获得成正比的“小信号”——>相额定电压57.7V，额定电流1A或5A）。
根据不同的运行条件，可以将电力系统运行状态分为：正常状态、不正常状态、故障状态。
正常状态：等约束和不等约束条件都满足，电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。
最关键的指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz，潮流限制不正常状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。
等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。
例如：负荷潮流越限；发电机突然甩负荷引起频率升高；系统无功缺损导致频率降低；非接地相电压升高；电力系统发生振荡等等。
故障状态：一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发生短路、断线。
正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予以调节和控制：1）有功、无功潮流和电压、频率的调整——调整发电机出力、变压器分接头、负荷等； 2）自动化装置——备用电源自动投入（备自投）、自动准同期装置、自动按低频减载（低压减载）、自动解列、过电压检测等。
电力系统发生短路故障是不可避免的，如雷击、台风、地震、绝缘老化，人为因素等引起。
伴随着短路——>出现电流增大、电压降低——>从而导致设备损坏、绝缘破坏、断电和稳定破坏，甚至使整个电力系统瘫痪等。
华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-绪论(1)讲述
主讲人：黄少锋电力系统继电保护原理第一章绪论一、继电保护的作用二、继电保护的基本原理及其组成三、对继电保护的基本要求四、继电保护的发展简史五、继电保护工作的特点一、继电保护的作用背景：电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时的、复杂的联合系统。
电力生产的特点：电能无法大容量存储，电能的生产与消耗几乎是时刻保持平衡。
因此，不能中断——>可靠性要求极高！电力系统一次设备：发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备（属于高压设备）。
电力系统二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备（从TA、TV获得成正比的“小信号”——>相额定电压57.7V，额定电流1A或5A）。
根据不同的运行条件，可以将电力系统运行状态分为：正常状态、不正常状态、故障状态。
正常状态：等约束和不等约束条件都满足，电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。
最关键的指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz，潮流限制不正常状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。
等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。
例如：负荷潮流越限；发电机突然甩负荷引起频率升高；系统无功缺损导致频率降低；非接地相电压升高；电力系统发生振荡等等。
故障状态：一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发生短路、断线。
正常状态和大部分的不正常状态可以由以下措施予以调节和控制：1）有功、无功潮流和电压、频率的调整——调整发电机出力、变压器分接头、负荷等；2）自动化装置——备用电源自动投入（备自投）、自动准同期装置、自动按低频减载（低压减载）、自动解列、过电压检测等。
电力系统发生短路故障是不可避免的，如雷击、台风、地震、绝缘老化，人为因素等引起。
伴随着短路——>出现电流增大、电压降低——>从而导致设备损坏、绝缘破坏、断电和稳定破坏，甚至使整个电力系统瘫痪等。
华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—重合闸(5)资料
第五章自动重合闸一、引言瞬时性故障：开关跳开后，经过一段时间延时，故障消失。
如：绝缘子表面闪络(雷电、污闪)，短时碰线(大风)，鸟类或树枝放电。
(约占60－90％)永久性故障：开关跳开后，故障依然存在。
如：倒杆、断线、绝缘子击穿，碳束炸弹等。
（约占10％）自动重合闸应用的前提：统计数据表明，大部分的线路故障属于瞬时性故障！自动重合闸（下面简写为ARC ）装置：将因故障或人为误碰而跳开的断路器再进行自动合闸的一种自动装置。
工作过程：1）线路发生短路故障，由继电保护设备控制断路器跳闸。
2）经一定延时后，自动重合闸控制断路器再合闸。
3）瞬时性故障——>恢复供电；永久性故障——>保护再跳闸。
12K二、自动重合闸的作用利：弊：1、瞬时性故障可迅速恢复供电，提高供电的可靠性；2、提高并列运行稳定性，提高线路输送容量；3、纠正断路器偷跳、保护误动、人为误碰等引起的误跳闸。
在重合到永久性故障后，导致：1）系统再次遭受故障电流的冲击；2）断路器工作情况更加恶劣（短时间内两次切断故障电流）。
统计数据表明：线路重合闸的利大于弊。
目前的重合闸功能还无法区分瞬时性、永久性故障。
教材中，应用场合：≥1kV 的架空线路或混合线路，只要装设了断路器，就可以配置重合闸。
混合线路瞬时性故障居多，可合永久性故障居多，不宜合但是，有一定的限制。
12三、对自动重合闸的基本要求#1的1段范围#2的1段范围K 必须在故障点切除之后，才允许重合闸！1）通常利用没有电流的特点(包括保护动作)；2）同时，还必须考虑对侧切除的时间。
没有全线速动的保护时，一侧为I 段动作，另一侧为II 段动作（有延时）。
2、不允许任意多次重合，即动作次数应符合预先的规定。
（考虑：断路器性能，并防止永久性故障）3、应能和继电保护配合，在重合闸前或后，应能加速保护动作。
（考虑：重合后，如果保护很快动作，那么，几乎为永久性故障）1、动作迅速，(一般0.5s ～1.5s)。
4华北电力大学电力系统继电保护黄少锋电流保护
X0
45.75 X0
C1
1.83F
1
C1
1740
X1 40
1 C1
1740 40
X1
43.5 X1
所以，上述串、并联的近似关系是成立的。
6/19
二、小接地电流系统单相接地的特征
回顾：大电流接地系统各 序的序网图。
K
(1 A
)
时的复合序网图。右Fra bibliotek是依据短路点的电流、
电压关系连接而成的，仅仅
与短路点的边界条件有关，
I0
U0 E
零序电流很小，通常用零序电压(较大)来监视：
是否发生了接地故障？
并且，依据电流的大小，以及零序电流与零序电 压的相位关系构成了小电流选线的基本原理。
13/19
小电流接地系统发生单相接地故障后，各处的 零序电压几乎一样（线路的零序压降很小），所以， 用零序电压除以容抗，就可以获得线路的零 序电流。
与变压器的接地方式无关！
Z1
Z2
Z0
I0
7/19
二、小接地电流系统单相接地的特征
以K
(1)为例
A
边界条件：
UIkkBA
0 IkC
0
UIAA.1.1
UA.2 UA IA.2 IA.0
.0
0
Z1
I1
Z2
I2
Z0
I0
8/19
Z1
c1
c1
2
2
Z2
c2
c2
2
2
Z0
c0
c0
2
2
型等值线路
1)大电流接地系统
2/19
由于单相接地时，电容电流会在接地点处燃 起电弧，引起弧光过电压——非故障相对地电 压进一步升高，损坏绝缘。
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
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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
华北电力大学电力系统继电保护课程课程
A'电力系统继电保护原理课程教案目录电网的电流保护和方向性电流保护 电网的距离保护 输电线纵联保护自动重合闸电力变压器的继电保护 发电机的继电保护 母线的继电保护第一章绪论、电力系统继电保护的作用1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。
*继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、 各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。
*继电保护装置是完成继电保护功能的核心。
P1继电保护装置就是能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. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统）*故障：各种短路（d ⑶、d （2）、d ⑴、d （1-1）））和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各 种类型的短路。
其后果：1•电流I 增加 危害故障设备和非故障设备； 2 •电压U 降低或增加 影响用户的正常工作；3 .破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃）4.发生不对称故障时，出现12,使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现 I o ,—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；（2） 反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发出信号、减负荷或跳闸 。
第一早 绪论第三章第四章 第五早 第六章第七章第八章A'二、继电保护的基本原理、构成与分类：1.基本原理：为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态一一必须找出两种情况下的区别。
①I增加故障点与电源间一＞过电流保护②U降低母线电压—＞低电压保护Uarg |③相位变化，变化；正常：为负何的功率因数角般为0-30左右短路：为输电线路的阻抗角一般为60°〜85 —＞方向保护.U④测量阻抗降低，Z= 1模值减少增加—＞阻抗保护⑤双侧电源线路外部故障：1入1出内部故障：1入1电流差动保护。
电力系统继电保护 教学课件 韩笑 第五章
4 2019/12/1
变压器应装设的继电保护装置
一般装设以下保护： 1.瓦斯保护 2.纵差动保护或电流速断保护 3.相间后备保护 4.接地后备保护 5.过负荷保护 6.过励磁保护 7.其他保护，如冷却器故障、压力释放等
第5章 元件保护
5 2019/12/1
5.1.2 变压器的瓦斯保护
含有很大非周期分量，波形严重不对称
励磁涌流波形特点
含有较大二次谐波分量
波形具有间断角
直流助磁，识别波形不对称 识别波形不对称
防止励磁涌流影响方法 二次谐波闭锁（制动）
间断角鉴别
第5章 元件保护
31 2019/12/1
不平衡电流产生原因 TA励磁特性不一致 变压器各侧电流不同相 TA变比标准化 调整分接头
励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。 差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长
必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别， 利用电流波形识别励磁涌流， 当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。
第5章 元件保护
28 2019/12/1
※励磁涌流的波形特点
1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧， 严重不对称。 2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。 3.波形存在间断角。
第5章 元件保护
29 2019/12/1
※防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施
1.采用带速饱和变流器的差动继电器
BCH、DCD系列老式电磁型继电器，当差动电流中直流分量含量较高 时自动提高动作电流（即具有“直流助磁”特性），防止保护误动。
2. 波形不对称识别
微机保护可以识别差动电流的正负半周是否对称，当电流波形严重 不对称时判为励磁涌流情况，闭锁差动保护。
电力系统继电保护课件第四章 距离保护
3I0
)Z1
零序补偿系数
其中 k Z0 Z1 z0 z1
3Z1
3z1
2019/6/8
4.2.1 单相式阻抗元件
一、测量（计算）阻抗
1.欧姆计测量阻抗法
U A M U B U C
IA IB IC
核心问题1：当k点发生短路 时，如何测量或计算出正确 的阻抗，能够正确反应故障 点到保护安装处的距离？
1.欧姆计测量阻抗法
U A M U B U C
IA
Z ZM
k
IB
Байду номын сангаасIC
U MkA U MkB U MkC
U U
MkA MkB
Z ZM
ZM Z
Z Z
M M
IIBA
U
MkC
Z M
ZM
Z
IC
U U
k
U kA U kB
U kC
Um ?
阻抗 继电器
的
Im ? 接线方式？
2019/6/8
U A U B
U kA U kB
(IA (IB
k3I0 )Z1 k3I0 )Z1
U C
U kC
(IC
k
3I0
)
Z1
反应相间短路的阻抗元件
（1） 全阻抗元件
思考：这两种形式的动作方程有什么本质不同？
Zm Zset
900 arg Zm Zset 270 0 Zm Zset
Um ImZset
900
华北电力大学精品课程电力系统继电保护黄少锋教授—零序保护ppt课件
本质是反映：
IK 1kA
43
2.3.6 方向性零序电流维护 通常为多接地点——类似于“多电源〞点。
因此，需求方向元件。 回想一下零序方向特征：
44
分析1上图，并归2 纳后，可以1 知道： 2 1〕内部接地时 2〕N侧外部接地时
U0M
正向
0
I0M
U0M 正向
I0M
正向
U0N
I0N
0K
U0N
0
反向
I0N
I0KZ2Z2Z0I1K
Z1
I1K
Z2
将I1K代入 I0K表达式，整理 Z 0
得： I0K
Z1
E0 2Z0
I0K
23
如何求取单相、两相接地的最大零序电流？
知：
I(1) 0K
E0 2Z1 Z0
I(1,1) 0K
E0 Z1 2Z0
I0(1K) I0(1K， 1)
Z1 2Z0 2Z1 Z0
12Z0 Z1
旋转成I： 0同与 方向
47
0K —线路的零序阻抗角
（一般为 700～850）
出口发生接地短路时，零序电压最大，所以，没 有出口死区的问题。
接线方式简单：3U 0和3I0 。 但是, 3U0 的极性经常被接错,导致不正确动作。 虽然想了很多方法，依然难以彻底处理。主要缘 由是：正常运转时，无 3U0 。 <继电维护规程>确定：110kV及以上系统中，采 用自产零序电压。正常三相有电压,便于确认极性。
一、零序电流Ⅰ段维护 1〕躲开线路末端的最大零序电流。
2〕躲开断路器三相不同时合闸的 I0.unb 。
(假设会误动，靠延时 100ms 躲开) 3〕躲开非全相运转的负荷电流。
第三章第二节继电保护(黄少锋)-方向保护
随着 减小，弹簧力矩成比例增大，电磁 力矩成平方增大。故在 M dc M th M m 之后，电 磁力矩大于弹簧力矩与摩擦力矩之和。因此，动 触电与静接头之间有压力，是可靠闭合。
7/69
继电器的继电特性：
动作
动作过程
动作
对应于： 动作电流
I
不动作 0
电磁力矩 = 弹簧力矩 ——>不动
“动作电流”的电磁力矩 I I = 弹簧力矩 + 摩擦力矩
A 2
K1 B
1
K2
C
D
但是，保护2的测量电流无法区分K1点与K2点短路 (电流大小几乎一样), 因此，保护2的电流速断保护 按躲过相邻下一条线路(K2)出口处短路时可能出现的 最大短路电流来进行整定。
（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性） 25/69
A
2
K1 B
1
K2
C
D
问题1：为什么需要躲过最大短路电流？ ——> 考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各 种情况下都能够有选择性。 问题2：什么情况下会出现最大短路电流？
27/69
符号说明
第几段
I
' set .1
安装位置 （断路器1）
整定
再如：I
'' set .1
、I
''' set .1
、t
'' set .1
等
28/69
的考虑因素 可靠系数 K rel
主要考虑了各种影响因素的相对误差： 1）非周期分量； 2）暂态谐波； 3）系统和线路参数的误差； 4）计算误差； 5）互感器传变误差； 6）继电器测量误差； 7）电动势波动； 8）裕度。 一般取为1.2～1.3
4华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—纵联(4)
第四章输电线路纵联保护4.1.1 输电线纵联保护概述仅利用线路一侧的电气量所构成的继电保护（单端电气量），无法区分本线路末端与相邻线路（或元件）的出口故障，如：电流保护、阻抗保护。
为此，设法将被保护元件两端(或多端)的电气量进行同时比较,以便判断故障在区内？还是区外？将两端保护装置的信号纵向联结起来，构成纵联保护。
——与横向故障的称谓进行对应比较（后面再用图例说明“纵、横”的区别）。
单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。
（通常设计为：三段式）。
纵联保护：利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。
输电线路纵联保护结构框图在设备的“纵向”之间，进行信号交换横向关系通信设备通信设备通信通道继电保护装置继电保护装置TATATVTV(如：横向故障)纵联保护有多种分类方法，可以按照通道类型或动作原理进行分类。
1）通道类型：导引线电力线载波微波光纤⎪⎩⎪⎨⎧2）动作原理：比较方向比较相位基尔霍夫电流定律（差电流）⎧⎪⎨⎪⎩还可以将通道类型与动作原理结合起来进行称呼。
如：光纤电流差动（简称：光差），高频距离。
通道(信号交换手段)4.1.2 两侧电气量的特征分析、讨论特征的目的：寻找内部故障与其他工况（正常运行、外部故障）的特征区别和差异——>提取判据，构成继电保护原理。
当然，构成原理后，再分析影响因素；并研究消除影响因素的对策、措施（需要权衡利弊）。
一、两侧电流相量和(瞬时值和)的故障特征基尔霍夫电流定律：在一个节点中，流入的电流等于流出的电流。
按照继电保护规定的正方向：——指向被保护元件。
那么，基尔霍夫电流定律可以修改为：在任何一个节点中，流入的电流之和等于0。
下面，用图例说明。
基尔霍夫电流定律：53241I I I I I++=+053241=---+I I I I I改写为：此式表明：流入节点的电流之和等于0。