线路保护简介

式中 Um——测量电压； Im——测量电流； Z1——单位长度的阻抗值 L——线路长度； ZLd—负荷阻抗。 当被保护线路发生故障时 式中 Lk—故障点到保护安装处的距离。

可知，故障时的测量阻抗明显变小，且故障时 的zm大小与故障点到保护安装处间的距离IL成 正比，即只要测出故障点到保护安装处阻抗的 大小也就等于测出了故障点到保护安装处的距 离，所以，距离保护实质上是反应阻抗降低而 动作的阻抗保护。
4. 零序电流保护（III段）


零序电流Ⅲ段保护与相间电流Ⅲ段保护类似，用作本 线路接地短路的近后备和下级线路接地短路的远后备。 零序过电流保护在正常运行及下一线路相间短路时不 应动作，而此时零序电流滤过器有不平衡电流输出并 流过本保护，所以零序Ⅲ段的动作电流应躲过下级线 路相间短路时，流过本保护的最大不平衡电流来整定， 即 Iact=krelIunbmax Krel——可靠系数，取1．2-1．3； Iunmax——最大不平衡电流，即在下一线路始端发 生三相短路流过本保护的最大不平衡电流。

为了保证选择性，过电流保护的动作时间必须按阶梯 原则选择(如图3-11)。二个相邻保护装置的动作时间 应相差一个时限阶段dt，即tA=tB+dt。
4. 保护范围
二 方向电流保护



随着电力系统的发展及对用户供电可靠性的提高，出现了两侧电源或单 电源环网的输电线路，在这样的电网中，为切除线路上的故障，线路两 侧都装有断路器和相应的保护，假定装设前面讲过的电流保护或阻抗保 护，将不能保证动作的选择性。 为解决选择性问题，可在原来保护的基础上装设方向元件(功率方向继电 器)。 规定功率的方向由母线流向线路的为正，功率的方向由线路流向母线的 为负，并由功率方向继电器加以判断，当功率方向为正时动作，反之不 动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为了获得选择性，保护装置A的动作电流巧必须 大于被保护线路AB外部(K点)短路时的最大短路电流。 实际上K点与母线B之间的阻抗非常小，因此， 可 以认母线B上短路时的最大短路电流取代。根据这个 条件得到
式中 Krel——可靠系数，考虑到继电器整定误差， 短路电流计算误差和非周期分量的影响等，可取为 1．2—1.3。
3. 带时限零序电流速断（II段）


零序I段能瞬时动作，但不能保护线路全 长，为了以较短时限切除全线的接地故 障，还应装设零序Ⅱ段。它的工作原理 与相间Ⅱ段电流保护一样，其动作电流 与下一线路的零序I段配合，即按躲过下 一线路零序I段保护区末端接地故障时， 通过本整置的最大零序电流整定。 Iact1=Kmat*Iact2 kmat=1.1-1.2


(3)故障点的零序电压U0最高，变压器 中性点接地处的U0=00。保护安装处 U0A=I01Z0T1. (4)零序功率S0=IoUo。由于故障点的 U0最高，所以故障点的S0也最大。愈靠 近变压器中性点接地处S0愈小。在故障 线路上，S0是由线路流向母线。
2. 无时限零序电流速断(I段)

五 线路差动保护


随着电力系统容量的扩大，电压等级的提高， 线路输电容量的增加，为保证系统的稳定性， 要求瞬时切除被保护线路每一点的故障。前述 阶段式保护，是将被保护线路一端的电气量引 入保护装置，为了保证选择性，第1段保护只 能保护首端的一部分，不能瞬时切除被保护线 路每一点的故障。 输电线路纵联差动保护用辅助导线(或称导引 线)将被保护线路两侧的电量连接起来，比较 被保护的线路始端与末端电流的大小及相位。 原理同发电机纵差保护。
线路保护简介
宁夏工商职业技术学院
一 电流保护

当网络发生短路时，电源与故障点之间 的电流会增大。根据这个特点可以构成 电流保护。电流保护分无时限电流速断 保护、带时限电流速断保护和过电流保 护。下面分别讨论它们的作用原理、整 定原则。
一 电流保护
1. 瞬时电流速断保护（I段）
短路点距电源愈远(l愈长)短路电流Ik愈小，系 统运行方式愈小(Xs愈大的运行方式)Ik亦愈小。Ik与 l的关系曲线如图3-5曲线1和2所示。
(一)输电线路高频通






1．阻波器 阻波器串联在线路两端，其作用是阻止本线路的高频信号传递到外线路。 2. 耦合电容器 耦合电容器又称结合电容器，它与连接滤波器共同配合，将高频信号传递到输电线路上， 同时使高频收发信机与工频高压线路隔离。耦合电容器对工频电流呈现极大的阻抗，故工频 泄漏电流极小。 3．连接滤波器 连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。连接滤波器 与耦合电容器共同组成高频串联谐振回路，高频电缆侧线圈的电感与电容也组成高频串联 谐振回路，让高频电流顺利通过。 4．放电间隙、接地刀闸 并联在连接滤过器两侧的接地刀闸是当检查连接滤波器时，作为耦合电容器接地之用。 放电间隙是作为过电压保护用，当线路上受雷击产生过电压时，通过放电间隙被击穿而接 地，保护高频收发信机不致被击毁。 5．高频电缆 高频电缆用来连接室内继电保护屏高频收发信机到室外变电站的连接滤过器。因为传送高 频电流的频率很高，采用普通电缆会引起很大衰耗，所以一般采用同轴电缆，它的高频损耗 小、抗干扰能力强。 6．高频收发信机 高频收发信机是发送和接收高频信号的装置。




1．电压二次回路断线闭锁元件 由式(1—23)和式(1—24)可知，当电压二次回路断 线时Um=0，Zm=00，保护会误动作。为防止电压二 次回路线断线时保护的误动作，当出现电压二次回路 断线时将阻抗保护闭锁。 2．启动元件 被保护线路发生短路时，立即启动保护装置,判别被 保护线路是否发生故障。 3． I、Ⅱ、Ⅲ段测量元件 ZI、ZII、ZⅢ用来测量故障点到保护安装处阻抗的大 小(距离的长短)，判别故障是否发生在保护范围内，决 定保护是否动作。
2. 带时限电流速断保护（II段）


无时限电流速断保护在许多情况下用于任何多 电源复杂网络都能保证选择性，且接线简单、 动作迅速可靠。但它不能保护线路全长，即有 相当长的非保护区。对于短线路，它的保护区 可能为零。 在非保护区短路时，如不采取措施故障便不 能切除，这是不能容许的。为此必须加装带时 限电流速断保护以便在这种情况下用它切除故 障。
式中 Krel——可靠系数，因不需考虑非周期分量的影响，可取为 1．1～1．2，Kb——分支系数。


带时限电流速断保护的原理接线图与图3-8相似，但必 须用时间继电器代替其中的中间继电器。与无时限电 流速断保护比较，这种保护的灵敏度较好，它能保护 线路全长。但它带0．5～1秒延时，速动性较差。带时 限电流速断保护能作为无时限电流速断保护的近后备 保护(简称近后备)，即故障时，无时限电流速断保护拒 动，它带时限电流速断保护可动作切除故障。但当下 一段线路故障而该段线路保护或断路器拒动时，带时 限电流速断保护不一定会动作，故障不一定能消除。 所以它不起远后备保护(简称远后备)的作用。为解决远 后备的问题，还必须加装过电流保护。

2、高频通道的构成



继电保护的高频通道有电力输电线路的 载波通道、微波通道和光纤通道三种。 不论使用什么通道，都应尽量作到： (1)高频信号在通道中衰耗尽可能小。 (2)接收端收到信号的波形尽量不失真。 (3)使信号受外来的干扰影响小。
(一)输电线路高频通



输电线路高频通道是利用输电线路载波通信方式构成的，以输电 线路作为高频保护的通道，传输高频信号。为了使输电线路既传 输工频电流同时又传输高频电流，必须对输电线路进行必要的改 造，即在线路两端装设高频耦合设备和分离设备。 输电线路高频通道广泛采用“相一地”制，即利用“导线一大 地”作为高频通道。它只需要在一相线路上装设构成通道的设备， 比较经济。它的缺点是高频信号的衰耗和受到的干扰都比较大。 输电线路高频通道的频率在40-500kHz间，频率太低干扰大，频 率太高衰耗大。 输电线路高频通道的构成如图2—7所示。高频通道应能区分高 频与工频电流，使高压一次设备与二次回路隔离；使高频信号电 流只限于在本线路流通，不能传递到外线路；高频信号电流在传 输中的衰耗应最小。
2. 带时限电流速断保护（II段）

带时限电流速断保护的作用原理可用图3-9来 说明。为了使线路AB上的带时限电流速断保护 A获得选择性，它必须和下一线路BC上的无时 限电流速断保护B配合，即在无时限电流速断 保护B的保护范围末端(K点)短路时，它不应动 作。为此，带时限电流速断保护A的动作电流 必须大于无时限电流速断保护B的动作电流巧， 即



4．振荡闭锁元件 振荡闭锁元件是用来防止当电力系统发生振荡时距离保护误动 作的。在正常运行或系统发生振荡时，振荡闭锁装置将保护闭锁； 而当系统发生短路故障时，解除闭锁开放保护。所以，振荡闭锁 元件又可理解为故障开放元件。 5．时间元件 根据保护间配合的需要，为满足选择性而设的必要的延时。 正常运行时，启动元件zI、Zn、zⅢ均不动作，距离保护可靠不 动作。 当被保护线路发生故障时，启动元件启动、振荡闭锁元件开放， ZI、ZII,ZIII测量故障点到保护安装处的阻抗，在保护范围内故障， 保护出口跳闸。
三 零序电流保护

电流保护和功率方向电流保护，虽然也 能反映大接地电流系统的单相接地短路， 但由于它们的动作电流较大，而单相接 地短路电流又往往较小，因此，用它们 来反映单相接地短路，灵敏度常常不能 满足要求。为了反映接地短路，常采用 零序电流保护。
1 零序电流、零序电压和零序功率的分布



大接地电流系统接地短路时，零序电流、零序电压和 零序功率的分布与正序分量、负序分量的分布有显著 的区别。主要特点如下： (1)当系统任一点接地短路时，网络中任何处的三倍 零序电流(或电压)都等于该处三相电流(或电压)的向量 和，即3I0＝Ia+Ib+Ic(或3U0=Ua+Ub+Uc)。系统出 现非全相运行或断路器三相触头不同时合闸时，也会 出现零序分量。而在系统正常运行、过负荷、振荡和 相间短路时，则不会出现零序分量。 (2)系统零序电流的分布与中性点接地的多少及位置 有关。单相接地短路时，


为保证选择性，零序I段电流保护的整定原则如下。 (1)零序I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相接 地短路时可能出现的最大零序电流3I0max， Iact=KrelX 3I0max 式中 Krel——可靠系数，取1．2-1．3。 在计算最大零序电流时，要考虑零序电流为最大的运行方式和 接地故障类型。 (2)躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电 流，即 Iact=KrelX 3I0unmax 保护的整定值取(1)(2)中较大者。若按照整定原则(2)整定使动 作电流较大，灵敏度不满足要求时，可在零序电流速断的接线中 装一个小延时的中间继电器，使保护装置的动作时间大于断路器 三相触头不同时合闸的时间，则整定原则(2)可不考虑。
3. 过电流保护（III段）


过电流保护的作用原理可用图3-10来说明。因为它要 作为下一线路的远后备，即它的保护区要伸长至下一 线路的末端。例如保护A的保护区要伸至C母线，所以 过电流保护的动作电流要小于带时限电流速断保护的 动作电流。但在正常运行时(包括送最大负荷和外部故 障切除后电动机自起动时)它不应动作。因此，它的动 作电流应按下二条件整定。 (1)躲过最大负荷电流。 (2)在外部短路且电流继电器已动作时，短路切除并 自动重合闸成功后，电流继电器应可靠返回。
六 高频保护

1、高频保护的基本原理及分类
线路纵联差动保护能瞬时切除被保护线路全长任一点的短路 故障。但是由于它必须敷设与线路相同长度的辅助导线，一般只 能用在短线上。为快速切除高压输电线路上任一点的短路故障， 将线路两端的电气量转化为高频信号，然后利用高频通道，将此 信号送至对端进行比较，决定保护是否动作，这种保护称为高频 保护。因为它不反应被保护输电线路范围以外的故障，在定值选 择上也无需与下一条线路相配合，故可不带延时。 目前广泛采用的高频保护有：高频闭锁方向保护、高频闭锁距 离保护、高频闭锁零序电流保护及电流相位差动高频保护。高频 闭锁方向保护是比较被保护线路两端的短路功率方向。高频闭锁 距离及高频闭锁零序电流保护分别是由距离保护、零序电流保护 与高频收发信机结合而构成的保护，也是属于比较方向的高频保 护。电流相位差动高频保护是比较被保护线路两端工频电流相位， 简称为相差高频保护。
5. 零序功率方向元件
四 距离保护


前面讨论的电流保护，其保护范围或灵敏度受系统运行方式的变 化影响很大。严重时第I段电流保护可能没有保护范围，第Ⅲ段电 流保护的灵敏度小于1。随着电力系统的不断扩大、电压等级的 增高，系统运行方式的变化越来越大，电流保护无法满足灵敏度 的要求。距离保护受系统运行方式的影响小，因此在高压、超高 压电网中广泛采用距离保护。 设在图的1号断路器上装有距离保护，正常运行时保护安装处的 测量阻抗Zm为