第二章 電網(wǎng)的電流電壓保護(hù)

1、第二章 電網(wǎng)的電流電壓保護(hù)2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路電流電壓保護(hù) 2.1.1 電流繼電器 電網(wǎng)發(fā)生相間短路時(shí)，故障相電流突然增大，通過(guò)檢測(cè)電流的變化可以判定故障的發(fā)生，這是作為故障測(cè)量元件之一的電流繼電器的功能。電流繼電器有很多類(lèi)型，如電磁型、晶體管型和集成電路型等，它們總有一個(gè)動(dòng)作電流（）和一個(gè)返回電流（） 某種電流電壓繼電器的結(jié)構(gòu)如下所示： 動(dòng)作電流（）：能使繼電器動(dòng)作的最小電流值。 返回電流（）：能使繼電器返回原來(lái)位置的最大電流稱為繼電器的返回電流。 返回系數(shù) ：返回電流與動(dòng)作電流的比值， 反映電氣量增長(zhǎng)而動(dòng)作的繼電器（如電流繼電器）的小于1，為增量繼電器 反映電氣量降低而動(dòng)作的繼電

2、器（如低電壓繼電器）的大于1，為欠量繼電器2.1.2相間短路和系統(tǒng)運(yùn)行方式 在假設(shè)電力系統(tǒng)各處正序阻抗和負(fù)序阻抗相等的情況下，兩相短路時(shí)故障相的相電流是三相短路時(shí)的倍。保護(hù)安裝處通常是指繼電保護(hù)裝置采集電流、電壓信號(hào)的位置，而不是裝置的實(shí)際存在處。 如圖2.1.2，兩相短路和三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的故障相相電流分別是 （2.1.2-1） （2.1.2-2） 其中，是系統(tǒng)相電動(dòng)勢(shì)；是等值系統(tǒng)的正序阻抗；是線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗,l是保護(hù)安裝處和短路點(diǎn)之間的距離；由式（2.1.2-1）和（2.1.2-2）可知，保護(hù)安裝處的故障相相電流大小受系統(tǒng)運(yùn)行方式(ZS 的數(shù)值）和故障類(lèi)型的影響。當(dāng)保護(hù)安裝

3、處故障電流最大時(shí)稱為最大方式，而故障電流最小時(shí)稱為最小方式。 2.1.3階段式保護(hù)方案（一）保護(hù)范圍如圖2.1.3-1，l表示短路點(diǎn)k與保護(hù)安裝處的距離，I表示短路時(shí)保護(hù)安裝處的故障相電流。曲線是短路點(diǎn)k位置變化時(shí)保護(hù)安裝處故障相電流的變化情況。當(dāng)電流保護(hù)的整定值Iop等于在一定方式下（系統(tǒng)阻抗一定和短路類(lèi)型一定）k點(diǎn)短路時(shí)的故障電流，則從保護(hù)安裝處到k點(diǎn)之間任意一點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)均能夠啟動(dòng)，則電流保護(hù)在此方式下的保護(hù)范圍是lp?？梢?jiàn)，保護(hù)范圍大小受運(yùn)行方式和整定值的共同影響。整定值Iop不變的情況下，在最大方式下，保護(hù)范圍最大；在最小方式下，保護(hù)范圍最小。（二）階段式保護(hù)方案 線路的電流保護(hù)是常

4、見(jiàn)的階段式保護(hù)之一，通常配置段、段和段，又叫三段式保護(hù)，其方案如圖2.1.3-4所示： 段最大保護(hù)范圍總是為本線路長(zhǎng)度的一部分，0秒延時(shí)動(dòng)作于跳閘 或稱為瞬時(shí)跳閘。 段最大保護(hù)范圍不超過(guò)下一級(jí)相鄰線路段的保護(hù)范圍，動(dòng)作時(shí)間比下一級(jí)相鄰線路段的動(dòng)作時(shí)間增加Dt。與段構(gòu)成主保護(hù)。 段是后備保護(hù)，最小保護(hù)范圍被要求或被希望包含下一級(jí)相鄰線路的全部,動(dòng)作時(shí)間比下一級(jí)相鄰線路段的動(dòng)作時(shí)間增加Dt。 該方案目的是在最大方式下限制各段的保護(hù)范圍，使其滿足選擇性的要求，并在該前提下使保護(hù)的快速性盡可能提高。如果在最大方式下保護(hù)能夠滿足選擇性的要求，則在任何運(yùn)行方式下保護(hù)都能夠滿足選擇性的要求。方案的實(shí)現(xiàn)手段是

5、在最大方式下，通過(guò)整定計(jì)算獲得各段保護(hù)的整定值。然后，在最小方式下校驗(yàn)整定結(jié)果能否滿足靈敏性的要求，如果在最小方式下保護(hù)能夠滿足靈敏性的要求，則在任何運(yùn)行方式下保護(hù)都能夠滿足靈敏性的要求。 2.1.4無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)又稱為段電流保護(hù)或瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（一）段的整定計(jì)算方法 如圖2.1.4-1所示曲線1和曲線2分別表示最大方式和最小方式下短路點(diǎn) k 位置變化時(shí)保護(hù)安裝處故障電流的變化情況。直線3表示最大方式下線路末端短路時(shí)保護(hù)安裝處的故障相電流。直線4即是段的整定值，等于直線3乘以段的可靠系數(shù)， 其中， 是系統(tǒng)相電動(dòng)勢(shì)；Zs是等值系統(tǒng)的正序阻抗；ZAB 是線路總的正序阻抗；是

6、段可靠系數(shù)，取值1.21.3。 段的整定原則被描述為：躲過(guò)（使繼電保護(hù)不啟動(dòng)）被保護(hù)線路末端三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的相電流。規(guī)定段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，所以段保護(hù)又稱為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)。 段的最小保護(hù)范圍是表示整定值的直線4與表示最小方式的曲線2的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，最小保護(hù)范圍不小于 15%20%，否則認(rèn)為其靈敏性校驗(yàn)不滿足要求。 保護(hù)在最大運(yùn)行方式下有最大的保護(hù)范圍，如果在最大運(yùn)行方式下滿足選擇性要求，則在任何方式下都能夠滿足選擇性，也即是說(shuō)應(yīng)該在最大運(yùn)行方式下進(jìn)行整定計(jì)算。保護(hù)在最小運(yùn)行方式下有最小的保護(hù)范圍（最小的靈敏性或靈敏系數(shù)），如果在最小運(yùn)行方式下滿足靈敏性要求，則在任何方式下都l能夠滿足靈敏

7、性，也即是說(shuō)應(yīng)該在最小運(yùn)行方式下進(jìn)行靈敏性校驗(yàn)。 圖2.1.4-1中，如果保護(hù)P1段的最大保護(hù)范圍等于或大于線路AB的全長(zhǎng)，因?yàn)橐话阏J(rèn)為斷路器 QF2的阻抗為 0，則其最大保護(hù)范圍實(shí)際會(huì)到達(dá)線路 BC 的始端處。在處三相短路時(shí)，因?yàn)楸Ｗo(hù) P1段和保護(hù)P2段的動(dòng)作時(shí)間都一樣，所以保護(hù) P1段和保護(hù)P2段均會(huì)動(dòng)作于各自控制的斷路器跳閘。顯然，此時(shí)保護(hù) P1段動(dòng)作使斷路器 QF1 跳閘，將導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大，屬于非選擇性動(dòng)作。綜上所述，段的最大保護(hù)范圍應(yīng)該小于被保護(hù)線路的全長(zhǎng)，并保留一定的裕度（考慮短路計(jì)算和電流互感器等測(cè)量環(huán)節(jié)存在誤差，測(cè)量值可能增大而使保護(hù)范圍也增大，一般估計(jì)約為20%30%，因此

8、將段可靠系數(shù)設(shè)為1.21.3。 （二）二相不完全星形接線小接地電流系統(tǒng)中，電流互感器采用二相不完全星形接線向無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)輸入A、C兩相電流，如圖2.1.4-2 當(dāng)或時(shí)，無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)會(huì)向斷路器輸出跳閘信號(hào)。跳閘信號(hào)輸出回路中起信號(hào)中繼作用的中間繼電器M會(huì)造成約0.1s的延時(shí)，這可以使保護(hù)躲開(kāi)雷擊線路時(shí)，避雷器對(duì)地放電的瞬時(shí)短路而不誤動(dòng)跳閘。（三）線路變壓器形式下段的整定如圖2.1.4-3，是線路變壓器組接線，此時(shí)線路的段的整定原則為：躲過(guò)變壓器與線路連接側(cè)的對(duì)側(cè)三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的相電流。也即整定時(shí)選擇的短路點(diǎn)不是被保護(hù)線路的末端k2，而是變壓器的k1點(diǎn)。因?yàn)樽儔浩髯杩馆^大，保護(hù)的

9、整定值會(huì)較小，其保護(hù)范圍可能會(huì)超過(guò)線路全長(zhǎng)，伸入變壓器內(nèi)部。當(dāng)變壓器故障時(shí)線路段也可能動(dòng)作跳閘切除線路。這是被允許的，因?yàn)閷?duì)于線路變壓器組接線，變壓器故障時(shí)其必然停止運(yùn)行，此時(shí)只向這一臺(tái)變壓器供電的線路跳閘與否其后果是一樣的。，其中，是變壓器的阻抗。（四）段的保護(hù)范圍作圖法如圖2.1.4-1，M和N點(diǎn)的橫坐標(biāo)。不難發(fā)現(xiàn)，最大方式下保護(hù)范圍末端的短路電流等于保護(hù)的整定值。解析法保護(hù)范圍末端三相短路, 保護(hù)范圍末端兩相短路, 2.1.5限時(shí)電流速斷保護(hù) 限時(shí)電流速斷保護(hù)又稱為段電流保護(hù)。 （一）段的整定計(jì)算方法 如圖2.1.5-1所示，段的保護(hù)范圍l小于線路全長(zhǎng)，必須增加段來(lái)保護(hù)剩余的部分。因?yàn)橐?/p>

10、求在最小方式下段也能夠保護(hù)全部線路，所以其在最大方式下的保護(hù)范圍l1一定大于線路全長(zhǎng)。為滿足選擇性要求，段的動(dòng)作時(shí)限必須比相鄰下一級(jí)線路段的動(dòng)作時(shí)限增加Dt。段的整定原則被描述為：躲過(guò)相鄰下一級(jí)線路段保護(hù)范圍末端三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的相電流。 其整定值用下式計(jì)算， (2.1.5-1) 其中，是可靠系數(shù)，是考慮計(jì)算和測(cè)量短路電流存在誤差而留有裕度，一般取值為1.11.2；稱為分支系數(shù)，即相鄰下一級(jí)線路短路時(shí)流過(guò)相鄰下一級(jí)線路的電流與流過(guò)本線路的電流之比。規(guī)定段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 (2.1.5-2) 其中通常為0.30.5s。上述方案也被描述為：按與相鄰下一級(jí)線路的段相配合整定。（二）助增與外汲如圖2.

11、1.5-1，其中的分支系數(shù)為助增情況，而。如圖2.1.5-2，其中的分支系數(shù)為外汲情況，而。在復(fù)雜電網(wǎng)中可能同時(shí)既存在助增情況，也存在外汲情況，分支系數(shù)的值可能為任意正數(shù)。 （三）有多個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備的情況被保護(hù)線路存在多個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備時(shí)， 首先按與各個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備的段相配合整定，然后選擇數(shù)值較大者（因?yàn)槭请娏鞅Ｗo(hù)是增量保護(hù)，如此才能夠同時(shí)滿足與各個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備段相配合的要求）。（四）段的靈敏性校驗(yàn)段保護(hù)的靈敏性通過(guò)計(jì)算其最小靈敏系數(shù)來(lái)檢驗(yàn)，規(guī)定其必須大于1.31.5， (2.1.5-3)其中， 是在最小方式下被保護(hù)線路末端兩相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的電流，如圖2.1.5-1， 。如果靈敏

12、系數(shù)檢驗(yàn)不滿足要求，則應(yīng)該按與相鄰下一級(jí)線路的段相配合重新整定： (2.1.5-4)同時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間也改為 (2.1.5-5)然后按式（2.1.5-3）重新校驗(yàn)靈敏系數(shù)。（五）二次接線段的接線圖與段保護(hù)接線的主要區(qū)別是用時(shí)間繼電器代替了原來(lái)的中間繼電器，在數(shù)字式繼電保護(hù)裝置中，它們是共用同一硬件的兩段程序，其跳閘邏輯出口為“或”關(guān)系。由常規(guī)繼電器實(shí)現(xiàn)的兩段保護(hù)各自有一套硬件，其跳閘出口部分電路并聯(lián)。2.1.6定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（一）主保護(hù)與后備保護(hù)主保護(hù)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。后備保護(hù)可

13、分為近后備和遠(yuǎn)后備兩種方式。電流段和段共同工作能夠快速切除全線短路故障，可以構(gòu)成35kV及以下線路的主保護(hù)，必須再設(shè)置后備保護(hù)。近后備保護(hù)是當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)是當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備和線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備。除了斷路器失靈保護(hù)，近后備保護(hù)在斷路器拒動(dòng)情況下不能夠起到后備作用。而斷路器失靈保護(hù)在本設(shè)備的所有保護(hù)都拒動(dòng)時(shí)也不能夠起到后備作用。因?yàn)橐鶕?jù)其他保護(hù)發(fā)出的跳閘信號(hào)才能夠判斷斷路器是否拒動(dòng)，所有保護(hù)都拒動(dòng)時(shí)沒(méi)有跳閘信號(hào)發(fā)出，斷路器失靈保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)。遠(yuǎn)后備保護(hù)可以預(yù)防相鄰下

14、一級(jí)設(shè)備的繼電保護(hù)和斷路器拒動(dòng)。段保護(hù)既可以做為本線路的近后備，又可以做為相鄰下一級(jí)線路的遠(yuǎn)后備，保護(hù)它們的全長(zhǎng)。（二）段整定計(jì)算方法段應(yīng)該躲過(guò)保護(hù)安裝處流過(guò)的最大負(fù)荷電流，即，這是要求之一。滿足該條件的段會(huì)非常靈敏，在外部設(shè)備短路時(shí)往往會(huì)啟動(dòng)，為了滿足選擇性要求，段的動(dòng)作時(shí)間一般會(huì)被設(shè)置得較長(zhǎng)。在外部設(shè)備短路的情況下，段啟動(dòng)后在其動(dòng)作時(shí)間內(nèi)故障常常已經(jīng)被切除，系統(tǒng)中正常的電動(dòng)機(jī)會(huì)在電壓恢復(fù)后會(huì)進(jìn)入自啟動(dòng)狀態(tài)，保護(hù)安裝處將流過(guò)自啟動(dòng)電流，此時(shí)段保護(hù)應(yīng)該可靠地返回而不要誤動(dòng)，所以還要求其返回電流大于自啟動(dòng)電流。如圖2.1.5-3，自啟動(dòng)電流通常大于最大負(fù)荷電流，而電流保護(hù)的動(dòng)作電流是大于返回電流

15、的，如果滿足后一要求，則前一要求自然滿足。 由，可令，其中，是可靠系數(shù)，一般取值大于或等于1.2?？芍?(2.1.6-1)式中，是電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，由電網(wǎng)具體情況確定，一般取1.53；是繼電保護(hù)裝置的返回系數(shù)，取值為0.850.95。段整定原則可以描述為：躲過(guò)線路正常時(shí)流過(guò)的最大相電流。規(guī)定段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間： (2.1.6-2)被稱為階梯型動(dòng)作時(shí)間配合關(guān)系。如果存在多個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備，段的動(dòng)作時(shí)間按與各個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備的段動(dòng)作時(shí)間配合后，選擇最大值整定。段保護(hù)也稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。由式（2.1.6-2）可知，段做為后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間比段和段的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，也比相鄰下一級(jí)設(shè)備的段、段和段的動(dòng)作

16、時(shí)間長(zhǎng)。越靠近電源的設(shè)備的段保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。（三）段靈敏性校驗(yàn)段保護(hù)的靈敏性通過(guò)計(jì)算其最小近后備和遠(yuǎn)后備靈敏系數(shù)來(lái)檢驗(yàn)， (2.1.6-3) 規(guī)定最小近后備靈敏系數(shù)必須大于1.31.5，是在最小方式下被保護(hù)線路末端兩相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的電流，此時(shí)。規(guī)定最小遠(yuǎn)后備靈敏系數(shù)必須大于1.2，是在最小方式下相鄰下一級(jí)設(shè)備末端兩相短路時(shí)流過(guò)本線路保護(hù)安裝處的電流，此時(shí)。（四）二次接線 段、段和段的接線圖相同，在數(shù)字式繼電保護(hù)裝置中，它們是共用同一硬件的軟件程序，其跳閘邏輯出口為“或”關(guān)系。由常規(guī)繼電器實(shí)現(xiàn)的各段保護(hù)各自有一套硬件，其跳閘出口部分電路并聯(lián)。2.1.7電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護(hù)（一）運(yùn)

17、行方式變化對(duì)保護(hù)的影響電流保護(hù)受運(yùn)行方式變化的影響很大，如圖2.1.7-1，運(yùn)行方式不同，保護(hù)范圍也不同。 當(dāng)最大和最小運(yùn)行方式差異較大時(shí)，無(wú)時(shí)限電流速斷的保護(hù)范圍可能很小，甚至出現(xiàn)保護(hù)范圍為零的情況，如圖2.1.7-2所示。限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)也可能在某些運(yùn)行方式下不滿足要求。雖然定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的靈敏度一般較高，但同樣也要受運(yùn)行方式的影響。另外受選擇性要求的制約，其動(dòng)作的快速性被降低，動(dòng)作時(shí)間一般較長(zhǎng)?？梢?jiàn)，無(wú)時(shí)限電流速斷、限時(shí)電流速斷和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏度對(duì)不同運(yùn)行方式而言是不穩(wěn)定的，其可靠性也就不高。（二）電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護(hù)為了在不延長(zhǎng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的前提下，增加

18、保護(hù)范圍，提高靈敏性，同時(shí)不會(huì)失去選擇性，可以采用電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護(hù)。其原理是為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)增加一個(gè)電壓閉鎖環(huán)節(jié)，規(guī)定保護(hù)安裝處電壓低于整定值是動(dòng)作于跳閘的必要條件，在此基礎(chǔ)上就可以減小無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的整定值，從而在保證選擇性的前提下提高靈敏性。整定原則是：使保護(hù)在主要運(yùn)行方式（一般不是最大方式）下，電壓繼電器和電流繼電器都有相同且較大的保護(hù)范圍（通常是設(shè)備阻抗的75%）。式中，是等值系統(tǒng)在主要運(yùn)行方式下的阻抗，是保護(hù)范圍與線路全長(zhǎng)的百分比。當(dāng)保護(hù)安裝處3個(gè)線電壓中的任一個(gè)數(shù)值小于時(shí)，電壓元件將啟動(dòng)。 如圖2.1.7-3所示，電壓、電流聯(lián)鎖保護(hù)中電流繼電器的最小保護(hù)范圍l2比無(wú)時(shí)

19、限電流速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍l1大得多，在最大方式下保護(hù)范圍可能達(dá)到全長(zhǎng)。在k1處發(fā)生三相短路時(shí)，電流繼電器會(huì)啟動(dòng)，但保護(hù)安裝處殘壓大于電壓繼電器的整定值，電壓繼電器不會(huì)啟動(dòng)，能夠保證此情況下電壓、電流聯(lián)鎖保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。校驗(yàn)電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護(hù)的靈敏度要求最小保護(hù)范圍不小于線路全長(zhǎng)的15%，校驗(yàn)電流繼電器的方法與無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)相同，還應(yīng)該校驗(yàn)此時(shí)保護(hù)安裝處故障相的電壓是否小于電壓整定值。2.1.8反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)帶時(shí)限的保護(hù)按動(dòng)作時(shí)間特性分為定時(shí)限和反時(shí)限兩種。定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間是固定不變的，與短路電流大小無(wú)關(guān)；而反時(shí)限過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流大小成反比，故稱為反時(shí)限特性，如圖

20、2.1.8-1所示。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定值與定時(shí)限過(guò)流保護(hù)相同，用下式計(jì)算反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間式中，k1和k2是需要設(shè)置的反時(shí)限特性參數(shù)，是由保護(hù)裝置自動(dòng)計(jì)算的動(dòng)作時(shí)間。由圖2.1.8-1可知，反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)在快速性上常常優(yōu)于定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，只是在動(dòng)作時(shí)間的配合上比定時(shí)限過(guò)流保護(hù)復(fù)雜。2.1.9電流電壓保護(hù)的性能和應(yīng)用（一）選擇性無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)是依靠動(dòng)作電流整定值獲得選擇性的，過(guò)電流保護(hù)主要依靠動(dòng)作時(shí)間獲得選擇性，限時(shí)電流速斷保護(hù)的選擇性依靠電流和動(dòng)作時(shí)間共同實(shí)現(xiàn)的。（二）快速性無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護(hù)沒(méi)有人為的延時(shí)，主要保護(hù)裝置固有的動(dòng)作時(shí)間，約0.0

21、60.1s，其動(dòng)作快速。限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間一般為0.5s。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般較長(zhǎng)，特別是靠近電源的保護(hù)，有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒。（三）靈敏性電流保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏系數(shù)受運(yùn)行方式變化的影響，有時(shí)不能夠滿足要求。對(duì)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，當(dāng)被保護(hù)線路阻抗與等值系統(tǒng)阻抗相比很小時(shí)（如短線路），其保護(hù)范圍可能很小，甚至為零。對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)，當(dāng)相鄰下一級(jí)線路阻抗很小時(shí)，其靈敏系數(shù)可能不滿足要求。過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)一般較大，但對(duì)于長(zhǎng)距離重負(fù)荷線路，其靈敏系數(shù)也可能達(dá)不到要求。當(dāng)相鄰下一級(jí)設(shè)備阻抗很大時(shí)，做為其遠(yuǎn)后備的過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)往往不夠。（四）可靠性電流電壓保護(hù)的原理、結(jié)構(gòu)和接線比較簡(jiǎn)單，

22、整定計(jì)算方便，具有較高的可靠性。三段式電流保護(hù)廣泛用于35kV及以下電網(wǎng)，在更高電壓等級(jí)電網(wǎng)中很少采用，一般是做為輔助保護(hù)。（五）應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用中，保存在繼電器中的整定值應(yīng)該是按電壓互感器變比和電流互感器變比折算的二次值，即和。2.1.10 電流保護(hù)的接線方式及應(yīng)用（一）電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中測(cè)量元件電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。對(duì)于相間短路的電流保護(hù)，基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式、兩相兩繼電器的不完全星形接線方式、兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。完全星形接線是將三個(gè)電流互感器與三個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起，互感器和繼電器均

23、接成星形，在中線上流回的電流為，正常時(shí)此電流約為零，在發(fā)生故障時(shí)則為3倍零序電流。不完全星形接線，用裝設(shè)在A、C相上的兩個(gè)電流互感器與兩個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起，它和完全星形接線的主要區(qū)別在于B相上不裝設(shè)電流互感器和相應(yīng)的繼電器，因此，它不能反映B相中所流過(guò)的電流。中線上流回的電流是。由于這種接線方式，是兩繼電器節(jié)點(diǎn)并聯(lián)后去啟動(dòng)時(shí)間繼電器，所以它能反映各種類(lèi)型的相間短路，但在沒(méi)有裝電流互感器的一相（如B相）發(fā)生單相接地短路時(shí)，保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作，因此，多用于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，構(gòu)成相間短路保護(hù)。（二）兩種接線方式的應(yīng)用三相星形接線需要三個(gè)電流互感器、三個(gè)電流繼電器和四根二次電纜，相對(duì)來(lái)講

24、是復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)的。一般廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型重要的電氣設(shè)備的保護(hù)中，它能提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性。此外，它也可以用在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護(hù)。由于兩相星形接線較為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，因此，廣泛用于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路的保護(hù)，但它不能安全反映單相接地短路，當(dāng)下一設(shè)備為Y/接線的降壓變壓器時(shí)，為了提高低壓側(cè)兩相短路時(shí)保護(hù)的靈敏度，可在中線上加接一電流繼電器。2.2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)2.2.1方向電流保護(hù)的工作原理電流保護(hù)常用于單側(cè)電源輻射形網(wǎng)絡(luò)，而為了提高供電可靠性，電網(wǎng)常常采用雙側(cè)電源或環(huán)網(wǎng)接線。如圖2.2.1所示，在k處發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)

25、P2和P3的安裝處都會(huì)流過(guò)短路電流I。對(duì)于P3，短路電流是從線路流向母線B，而對(duì)于P2，短路電流是從母線B流向線路。按規(guī)定，保護(hù)安裝處短路電流從母線流向線路，其功率方向?yàn)檎槐Ｗo(hù)安裝處短路電流從線路流向母線，其功率方向?yàn)樨?fù)。此時(shí)，電流保護(hù)P3的功率方向?yàn)樨?fù)，電流保護(hù)P2的功率方向?yàn)檎Ｈ绻鸓3采用2.1節(jié)中的電流保護(hù)，對(duì)其動(dòng)作電流和時(shí)間進(jìn)行整定時(shí)不會(huì)考慮到如下情況：在k處發(fā)生故障時(shí)流過(guò)保護(hù)P3安裝處的電流大小，以及保護(hù)P3在動(dòng)作時(shí)間上與保護(hù)P2相配合。如此P3將存在失去選擇性的可能，發(fā)生反方向誤動(dòng)。為解決上述問(wèn)題，在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上增加功率方向判別環(huán)節(jié)，規(guī)定功率方向?yàn)檎请娏鞅Ｗo(hù)動(dòng)作于跳閘的必

26、要條件，從而構(gòu)成方向電流保護(hù)。裝設(shè)方向電流保護(hù)的P3，在k處發(fā)生故障時(shí)，即便電流元件可能啟動(dòng)，因?yàn)楣β史较蛟拈]鎖作用，也不會(huì)反方向誤動(dòng)。因?yàn)樵黾恿斯β史较蛟较螂娏鞅Ｗo(hù)在動(dòng)作電流和時(shí)間的整定上都不需要考慮和反方向的保護(hù)相配合，圖2.2.1 中的方向電流保護(hù)的整定計(jì)算可以分別采用圖2.2.1中b和圖2.2.1 中c的形式進(jìn)行。并不是說(shuō)圖2.2.1中的電網(wǎng)一定不能夠采用電流保護(hù)，只是必須還要考慮到與反方向的保護(hù)相配合，如此會(huì)使問(wèn)題變得復(fù)雜，也不一定能夠完滿解決，所以在雙側(cè)電源或環(huán)網(wǎng)接線的電網(wǎng)中通常都采用帶方向的保護(hù)。2.2.2功率方向繼電器（一）工作原理電流是在保護(hù)安裝處的電流，是母線電壓

27、，是電流滯后于電壓的相角。進(jìn)入功率方向元件的短路功率時(shí)，功率方向元件啟動(dòng)，實(shí)際上就是判斷相角的取值。為了增大短路功率的值，使功率方向元件最靈敏，為其設(shè)置了內(nèi)角，以使最大，因此功率方向元件的動(dòng)作方程是即將電壓向量旋轉(zhuǎn)后，計(jì)算其與電流向量的相位關(guān)系，當(dāng)為銳角時(shí)判斷為正方向。不難理解，為保證判斷正確，的取值是有限制的。將稱為最大靈敏角，它是的一個(gè)取值。（二）90°接線功率方向繼電器的接線方式是指如何選擇輸入其中的和，必須保證在各種短路類(lèi)型下能夠正確判斷短路功率方向，并使和的值盡可能大，接近于最大靈敏角，盡可能減小或消除“電壓死區(qū)”，以提高靈敏性和可靠性。采用表2.2.2所示的電流電壓組合做

28、為和，在功率因數(shù)為1且三相對(duì)稱時(shí)，和的相角為900，所以這種接線形式被稱為900接線 。表2.2.2 900接線方式電流電壓的組合繼電器相別ABC采用900接線形式時(shí)，必須滿足。為獲得最大靈敏角，應(yīng)該采用，其中是被保護(hù)設(shè)備的阻抗角。功率方向元件的內(nèi)角一般選擇300或450。（三）按相啟動(dòng)方向電流保護(hù)的啟動(dòng)接線如圖2.2.2。（四）90°接線的評(píng)價(jià)適當(dāng)選擇內(nèi)角，能夠在線路發(fā)生各種相間短路時(shí)正確判斷功率方向。兩相短路時(shí)均無(wú)電壓死區(qū)。對(duì)三相短路的電壓死區(qū)有一定改善，采用電壓記憶回路，一般可消除三相短路電壓死區(qū)。非故障相的功率方向元件在兩相短路或單相短路時(shí)可能誤動(dòng)，所以應(yīng)該采用按相啟動(dòng)接線。

29、2.3大接地電流系統(tǒng)的零序保護(hù)2.3.1零序電壓、電流和功率（一）零序分量的特點(diǎn)電力系統(tǒng)按中性點(diǎn)接地方式分為大接地電流系統(tǒng)，又稱為直接接地電網(wǎng)，和小接地電流系統(tǒng)。直接接地的中性點(diǎn)通常選擇的是變壓器的中性點(diǎn)。如圖2.3.1所示的直接接地系統(tǒng)，忽略電阻的影響，并假設(shè)正序電抗和負(fù)序電抗相等，在短路處和保護(hù)安裝處正序功率和負(fù)序功率、零序功率（電壓與電流向量的內(nèi)積）的符號(hào)總是相反的，即零序功率的正方向是線路指向母線。不難發(fā)現(xiàn)，在短路處零序電壓的幅值最大，大接地電流系統(tǒng)中直接接地的中性點(diǎn)零序電壓為零，接地短路時(shí)保護(hù)安裝處的零序電壓不會(huì)為零，所以保護(hù)安裝處的零序功率繼電器不存在“電壓死區(qū)”。系統(tǒng)中直接接地的

30、中性點(diǎn)的位置和數(shù)目對(duì)零序電流有很大的影響，為了使零序電流保護(hù)的性能穩(wěn)定，應(yīng)該盡量保持不變。系統(tǒng)運(yùn)行方式也會(huì)影響零序電流。（二）測(cè)量零序電壓獲取零序電壓的原理。電壓互感器的一次側(cè)繞組接成星形并將中性點(diǎn)接地，二次側(cè)繞組接成開(kāi)口三角形，開(kāi)口處電壓等于。非直接接地的中性點(diǎn)電壓等于。數(shù)字式繼電保護(hù)可以用三相電壓計(jì)算得到零序電壓。正常運(yùn)行時(shí)，理論上不存在零序電壓。但由于實(shí)際三相系統(tǒng)不平衡或電壓互感器存在誤差，二次側(cè)會(huì)出現(xiàn)一定大小的零序電壓，稱其為不平衡電壓。當(dāng)系統(tǒng)中存在三次諧波時(shí)，上述方法也會(huì)測(cè)得零序電壓。（三）測(cè)量零序電流獲取零序電流的原理。電流互感器的二次側(cè)繞組接成星形，中性線上的電流等于。電纜線路可

31、采用零序電流互感器，其二次側(cè)繞組上的電流等于。數(shù)字式繼電保護(hù)可以用三相電流計(jì)算得到零序電流。正常運(yùn)行時(shí)，理論上不存在零序電流。但由于實(shí)際三相系統(tǒng)不平衡或電流互感器存在誤差，二次側(cè)會(huì)出現(xiàn)一定大小的零序電流，稱其為不平衡電流。當(dāng)系統(tǒng)中存在三次諧波時(shí)，上述方法也會(huì)測(cè)得零序電流。發(fā)生三相短路時(shí)，一次側(cè)電流最大且含有非周期分量，引起三相電流互感器的鐵心磁化特性差異最大，此時(shí)不平衡電流也最大。2.3.2 無(wú)時(shí)限零序電流速斷保護(hù)（一）整定方法1躲開(kāi)被保護(hù)線路末端單相或兩相接地短路時(shí)保護(hù)安裝處最大零序電流的3倍，即。 （2.3.2-1）躲開(kāi)被保護(hù)線路斷路器三相不同時(shí)合閘（按斷線計(jì)算）時(shí)保護(hù)安裝處最大零序電流的

32、3倍，即。 （2.3.2-2）選擇其中數(shù)值最大者，動(dòng)作時(shí)間?？煽肯禂?shù)取1.21.3。（二）整定方法2式（2.3.2-2）的值可能較大，影響靈敏性，造成保護(hù)范圍過(guò)小。為此僅按式（2.3.2-1）整定，將動(dòng)作時(shí)間改為，以躲過(guò)斷路器三相不同時(shí)合閘的影響。（三）單相重合閘的影響采用單相重合閘時(shí)，應(yīng)該設(shè)置靈敏段和不靈敏段，以躲開(kāi)非全相運(yùn)行時(shí)又發(fā)生系統(tǒng)振蕩出現(xiàn)的零序電流。靈敏段按方法1或2整定，只在全相運(yùn)行時(shí)工作，當(dāng)單相重合閘啟動(dòng)時(shí)（非全相運(yùn)行狀態(tài)）靈敏段被閉鎖而不工作，恢復(fù)全相運(yùn)行后繼續(xù)工作。不靈敏段按躲開(kāi)非全相運(yùn)行時(shí)又發(fā)生系統(tǒng)振蕩出現(xiàn)的3倍零序電流（通常由系統(tǒng)分析軟件計(jì)算）整定，其工作在全相運(yùn)行和非全

33、相運(yùn)行時(shí)，保護(hù)范圍比靈敏段小。（四）保護(hù)范圍校驗(yàn)零序段的最小保護(hù)范圍不小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的15%20%。2.3.3 帶時(shí)限零序電流速斷保護(hù)（一）整定原則被保護(hù)線路存在多個(gè)相鄰下一級(jí)設(shè)備時(shí)，首先按與各個(gè)相鄰下一級(jí)線路的段相配合整定，然后選擇數(shù)值較大者。 （2.3.3-1）是相鄰下一級(jí)線路段保護(hù)范圍末端（通常也可選擇線路末端）短路時(shí)流過(guò)相鄰下一級(jí)線路的零序電流與流過(guò)本線路的零序電流之比的最小值，取1.1。（二）動(dòng)作時(shí)間 （2.3.3-2） （三）靈敏系數(shù) （2.3.3-3）應(yīng)該不小于1.31.5，是被保護(hù)線路末端接地短路時(shí)保護(hù)安裝處的最小零序電流。（四）靈敏系數(shù)不合格時(shí)的修正如果靈敏系數(shù)校驗(yàn)不合格，按與相鄰下一級(jí)線路的零序段相配合整定 （2.3.3-4）再重新按式（2.3.3-3）校驗(yàn)靈敏系數(shù)。動(dòng)作時(shí)間改為 （2.3.3-5）前一個(gè)靈敏系數(shù)校驗(yàn)不合格的零序段可以保留，與后一個(gè)零序段共同使用。2.3.4 零序過(guò)電流保護(hù)（一）整定原則按躲過(guò)相鄰線路出口處三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的最大不平衡電流整定，短