一、电流速断保护（第Ⅰ段）：

对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。

1、短路电流的计算：

图中、1――*大运行方式下d⁽³⁾

2――*小运行方式下d⁽²⁾

3――保护1**段动作电流

可见，I_d的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关

*大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为*大的方式。（Z_s.min）

*小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为*小的方式。（Z_s.max）

2、整定值计算及灵敏性校验

为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的*大短路短路整定

保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的*小电流值，用电力系统一次测参数表示。（I_dZ）

在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点

可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长

灵敏性：用保护范围的大小来衡量 l_max 、l_min

一般用l_min来校验、

要求：≥（15～20）％ 希望值50％

方法：① 图解法

② 解析法：

可得

式中 Z_L=Z₁l――被保护线路全长的阻抗值

动作时间t=0s

3、构成

中间继电器的作用：

① 接点容量大，可直接接TQ去跳闸

② 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动

4、小结

① 仅靠动作电流值来保证其选择性

② 能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。

二、电流速断保护（第Ⅱ段）

1、 要求

① 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性

② 在满足要求①的前提下，力求动作时限*小。

因动作带有延时，故称电流速断保护。

2、 整定值的计算和灵敏性校验

为保证选择性及*小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。即整定值与相邻线路第Ⅰ段配合。

动作电流：

动作时间： Δt取0.5"，称时间阶梯，其确定原则参看P18.

灵敏性： 要求：≥1.3～1.5

若灵敏性不满足要求，与相邻线路第Ⅱ段配合。此时：

动作电流：

动作时间：

3、 构成：

与第Ⅰ段相同：仅中间继电器变为时间继电器。

4、 小结：

① 电流速断保护的保护范围大于本线路全长

② 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性

③ 与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的金后备保护。

三、定时限过电流保护（第Ⅲ段）

1、 作用：

作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲*大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。

2、 整定值的计算和灵敏性校验：

1）、动作电流：①躲*大负荷电流 （1）

②在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。

电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数K_Zq

（2）

式中，

显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，K_h越大，I_dZ越小，K_lm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.85～0.9）

2）、动作时间

在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d₁短路时，保护1～4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。

即 、 、 、

―――――阶梯时间特性

注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限*长的配合

3）、灵敏性

近后备： I_d1.min―――本线路末端短路时的短路电流

远后备： I_d2min ―――相邻线路末端短路时的短路电流

3、 构成：与第Ⅱ段相同Ⅲ

4、 小结：

① 第Ⅲ段的I_dZ比第Ⅰ、Ⅱ段的I_dZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；

② 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；

③ 保护范围是本线路和相邻下一线路全长；

④ 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），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近电源，t^Ⅲ越长，应设三段式保护。

四、电流保护的接线方式

1、 定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。

2、 常用的两种接线方式：三相星行接线和两相星行接线。

1）、三相星行接线的特点：

① 每相上均装有CT和LJ、Y形接线

② LJ的触点并联（或）

2）、两相星行接线的特点：

① 某一相上不装设CT和LJ、Y形接线

② LJ的触点并联（或）

（通常接A、C相）

上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流I_J与电流互感器的二次电流I₂相等。接线系数：

3、 I_dZ与I_dZ..J之间的关系：

或

4、 比较：

① 对各种相角短路，两种接线方式均能正确反映。

② 在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。

串联线路

a、 三相星行接线：保护1和保护2之间有配合关系，100％切除NP线

b、 两相星行接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）

并行线路上：（可能性大）

a、三相星行接线：保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。

b、 两相星行接线：2/3机会只切一条线路。

③ Y／△接线变压器后d⁽²⁾

以Y／△－11接线降压变为例

结论：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位

Y／△－11升压变：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。（作业：推得此结果）

④ 经济性：两相星行接线优于三相星行接线

三相星行接线灵敏度是两相星行接线的两倍

针对措施：在两相星行接线的中线上再接入一个LJ，其电流为：

，以提高灵敏性。

5、 应用

三相星行接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。

两相星行接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。）

五、评价：

1、 选择性：

在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠I_dZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。

2、 灵敏性：

受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的缺点

例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；

第Ⅲ段：长线路重负荷（I_f增大，I_d减小），灵敏性不满足要求。

3、 速动性：

第Ⅰ、Ⅱ段满足；

第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点

4、 可靠性：

线路越简单，可靠性越高——优点

六、应用范围：

35KV及以下的单电源辐射状网络中；第Ⅰ段：110KV等，辅助保护

作业：习题集：P11,题1；预习实验一、二

**节 电网相间短路的方向性电流保护

一. 问题的提出

双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。

对电流速断保护：d1处短路，

d2处短路，

对过电流保护：d1处短路，

d2处短路，

有选择性，但是产生了矛盾。上述矛盾的要求不可能同时满足。

原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。

解决办法：加装方向元件——功率方向继电器。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。

保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配 合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。

二、功率方向继电器的工作原理

电流规定方向：从母电流向线路为正。

电流本身无法判定方向，需要一个基准——电压。

d1处短路 d2处短路

因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。

实现：

1、*大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为*大时的相位差称*大灵敏角 。

2、 动作范围：

动作方程：

或

3、 动作特性:

当 线路发生三相短路

所以

4、 死区：当正方向出口短路时， ，GJ不动——电压死区。

消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。

三、幅值比较原理和相位比较原理及其互换关系

对于比较两个电气量的继电器，可按幅值比较原理或相位比较原理来实现。

幅值比较原理：

相位比较原理：

用四边形法则来分析它们之间的关系：

或

可见，幅值比较远路与相位比较原理之间具有互换性。

注： 1 必须是同一频率的正弦交流量

2 相位比较原理的动作边界为

四、LG－11整流型功率方向继电器

它是按幅值比较原理来实现的：

1、 构成：

① 电压形成回路：由DKB、YB组成：

R1、R2——消除潜动、调整平衡。

C1——与YB的励磁电抗形成谐振，使超前90^o,其记忆作用用于消除死区，记忆时间为几十毫秒；

② 比较回路：

由半导体整流桥BZ1,BZ2组成的环流是比较回路。

③ 执行元件——极化继电器J,非常灵敏

标记“＊”，当电流从＊端流入时，J动作，反之则不动。

时，J动作；

2、 动作方程：

3、 动作特性：

――内角（由继电器决定）

4、 死区：

虽然J的动作功率很小，但 ———*小工作电压。

当出口接地短路时， ，GJ不动作——死区。

在记忆时间内消除死区。

5、 角度特性：

当I_J为常数时，动作电压U_J与φ_J之间的关系曲线，以α＝

30º为例：

当φ_J＝－α＝－30º时，继电器的动作电压*小，J*灵敏。

J动作范围：以φ_J＝－30º为中心的 90º的区域，即图中阴影区。

6、 潜动：

从理论上讲，当 或 时，J不动。

但由于比较回路中各元件参数的不对称，可能使得在仅有 或 时，J动作,即潜动。

仅有 时动，叫电压潜动，仅有 时动，叫电流潜动

潜动对保护的影响：

对正方向接地短路时，有利于保护正确动作；

当反方向接地短路时，可能导致GJ误动，使得保护误动；

另外，增大GJ的动作功率，可降低灵敏性；

消除方法：调R1（电流潜动时），调R2（电压潜动时）。

五、相间短路功率方向继电器的接线方式：

1、 要求：良好的方向性（与故障类型无关）和较高的灵敏性。

2、 90º接线方式：

指系统三相对称且cosφ=1时， 的接线方式。

注：90º接线方式仅为了称呼方便，且仅在定义中成立。

采用该接线方式构成的三相式方向过电流保护的原理接线图参看第40页，图2－37。

提示：三相星形接线且按相启动（指接入同名相电流的测量元件和功率方向元件的结点串联，而后于其他元件相并联后启动逻辑元件。）

3、 相间短路情况下90º接线功率方向继电器动作行为分析：

（1）正方向三相短路：

由于三相对称，三只继电器动作情况相同，故以A相为例分析：

从图中可见，φ_JA＝φ_Jd－90º

① 为使功率方向继电器动作*灵敏

② 为使P_JA>0

一般

当 ，

当 ，

所以,在三相短路时,选择,可保证GJ动作。

（2）正方向两相短路，以BC两相短路为例,且空载运行.

有两种极限情况:出口和远处

①出口短路

GJA: ,不动作；

GJB： ，同三相短路；

GJC： ，同三相短路。

所以应选择 ，使得 时GJ能动作

注：出口BC两相短路， 、 幅值很大，B、C相功率方向继电器动作。

该接线方式可消除各种两相短路的死区。

②远处短路

GJA: ,不动作；

GJB： ，所以应选择 ，使得B相GJ能动作；

GJC： ，所以应选择 ，使得C相GJ能动作

综合两种极限情况：在正方向任何地点 ：

：

：

同理： 和 时可得到相应的结论，参看P43表2—2。

综上所述：为保证 时，GJ在正方向任何相间短路时均能动作：

（例：LG—11型 或 ）

总结：优点：①对各种两相短路都没有死区；

②适当选择内角后，对线路上各种相间故障保证动作的方向性；

缺点：不能** 死区。

顺便指出：在正常运行情况下，位于送电侧的GJ在负荷电流的

作用下一般都处于动作状态。

六．双侧电源网络中电流保护整定的特点：

1． 电流速断保护

无方向元件：

有方向元件：

此时保护1不需方向元件。

2． 电流速断保护

原则与单侧电源网络中第Ⅱ段的整定原则相同，与相邻线路Ⅰ段保护配合。但需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。

助增：使故障线路电流增大的现象

外汲：使故障线路电流减小的现象

引入分支系数：

当仅有助增时：∵ ∴

仅有外汲时：∵ ∴

无分支时：

既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1

整定时，应取实际可能的*小值以保证选择性。

七．对方向性电流保护的评价

1． 在多电源网络及单电源环网中能保证选择性

2． 快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护

3． 接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资

4． 出口 时，GJ有死区，使保护有死区——缺点

∴力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）

原则：①对于电流速断保护（第Ⅰ、Ⅱ段）

如：

故障， 保护1可不加GJ

故障， 保护2要加GJ

②对过流保护

故障时，∵ ∴ 保护2、3要加GJ

故障时，∵ ∴保护3要加GJ

保护1可不加GJ

即：动作延时长的可不加GJ，动作延时小的或相等的要加GJ。

作业：P17题1，P14题4，P18题4

第三节 输电线路的接地保护

大接地电流系统:系统中主变压器中性点直接接地

在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流.

110KV及以上电网 中性点直接接地系统

60KV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统)

运行经验表明,在中性点直接接地系统中,d⁽¹⁾几率占总故障率的70%∽90% .所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一.而在该系统中发生d⁽¹⁾,系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量.故可利用零序分量构成接地短路的保护.

一、 零序分量的特点

(一) 零序电压 : 故障点U₀*高,离故障点越远, U₀越低.变压器中性点接地处U₀=0

(二) 零序电流

分布: 中性点接地变压器的位置有关

大小: 线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关

(三) 零序功率

短路点*大(与U₀相同). 方向:与正序相反,从线路→母线

(四)

相位差由Z_B10的阻抗角决定

与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关

二、 零序电流保护

三段式或四段式

Ⅰ段:速动段保护

Ⅱ段(Ⅱ、Ⅲ段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短

*末一段：后备

三段式零序电流保护原理与三段式电流保护是相似的

（一）Ⅰ段

<1>躲过下一个线路出口接地短路的*大三倍零序电流3I_0max

＝1.2∽1.3

求3 I_0max ①故障点：本线路末端

②故障类型： （假设X_1∑＝X_2∑）

(串)

（并）

当Z_0∑>Z_1∑ I₀⁽¹⁾>I₀^(1.1) 采用I₀^（1）

当Z_0∑<Z_1∑ I₀⁽¹⁾<I₀^(1.1) 采用I₀^（1.1）

当Z_0∑=Z_1∑ I₀⁽¹⁾=I₀^(1.1) 任取

③运行方式

各系统*大运行方式 Z_1∑↓ Z_2∑ ↓

接地点： 保护安装侧 接地点*多Z_0m ↓

对侧 接地点*少Z_0n ↓

（2）躲短路器三相触头不同时合闸而出现的三倍零序电流 3I_0bt

I^I_0dz＝K_K^I.3I_0bt K_K^I＝1.1∽1.2

求 3I_0bt ： ①两相先合——— 一相断线 并

②一相先合—— 两相断线 串

取大者

原则（2）所得定值一般较大，保护范围缩小，灵敏度降低，此时渴考虑使Ⅰ段带一小的延时（0.1s）躲开不同时合闸时间。

灵敏性： 要求与Ⅰ段电流保护相同 ≥（15%～20%）

(二)Ⅱ段

与相邻线路零序电流Ⅰ段配合

K_K^Ⅱ＝1.1∽1.2

灵敏性校验：

若不满足要求： 与相邻线Ⅱ段配合或接地距离保护

（三）Ⅲ段：

躲线路末端变压器为另一侧短路时可能出现的*大不平衡电流I_bp.max

―― 非周期分量系数 t＝0s时取1.5～2 t=0.5 s时取1；

―― 同型系数。同型时取0.5、不同型时取1；

―― CT误差 取0.1；

――线末变压器另一侧短路时流过保护的*大短路电流。

灵敏性： 近后备和远后备时均校验

动作时间（限）：从零序网的*末级开始按阶梯原则向电源方向推算

三、 方向性零序电流保护

在多电源的大接地电流系统中，为保证选择性，需要装设零序功率方向继电器，构成方向性零序电流保护（P55 图2－55）

1、 零序功率方向继电器

正方向接地故障

φ_d0＝70^o∽80^o ∴φ_o＝－（110^o～100^o）

∴φ_lm≈－105^o左右（ ）

目前，整流型和晶体管型：φ_lm＝70^o～85^o

∴接线:

由于越靠近故障点的零序电压越高 ∴出口短路时 GT₀无死区

远处故障时 U₀ ↓ I₀ ↓ 可能不动 。为此须校验灵敏性（作相邻元件后备）

相邻元件末端短路（二次侧）

四、 评价

三相星形接线相间短路电流保护，也可反映d^（1），作比较

优点：（1） 零序电流保护更灵敏

Ⅰ、Ⅱ受运行方式影响较小，Ⅰ段保护范围长且稳定，Ⅱ段灵敏性易于满足

Ⅲ段躲不平衡电流，定值低更灵敏且时间较短

（2） GT₀ 出口无死区，接线简单、经济、可靠。

（3） 系统振荡、短时过负荷等情况下（三相对称）I₀不受影响

缺点： 不能反映相间短路故障

作业 P22 题1 P25 题5、6