電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)簡介

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)

1.1繼電保護(hù)的基本概念

“繼電”源于繼電器（Relay）.最早誕生的繼電器是電磁型過電流繼電器。在正常情況

下，其觸點(diǎn)是打開的。當(dāng)輸入電流大于預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作旦流（稱為整定值）時(shí)，其觸點(diǎn)將閉

合（啟動(dòng)）。只有當(dāng)輸入電流減小到小于返回電流時(shí)，繼電器觸點(diǎn)才重新打開（返回）。返回

電流小于啟動(dòng)電流。

無論啟動(dòng)和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，不可能停留在某一個(gè)中間位置，這種

特性稱為“繼電特性”。

繼電保護(hù)（RelayProtection）泛指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障（如短路、

斷線）或不正常運(yùn)行狀態(tài)（如過負(fù)荷），并動(dòng)作于相應(yīng)斷路器跳閘或發(fā)出告警信號(hào)的一種自

動(dòng)化技術(shù)和裝置。

繼電保護(hù)裝置是保證電力元件安全運(yùn)行的基本裝備，任何電力元件不得在無繼電保護(hù)

的狀態(tài)下運(yùn)行。

1.2繼電保護(hù)研究的內(nèi)容

?提出保護(hù)原理

在分析電網(wǎng)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)卜各種電氣量或其他特征物理量（如變壓器油

箱內(nèi)的瓦斯）的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，找出它們與正常運(yùn)行狀態(tài)的之間的差別，然后制定出合

理的保護(hù)動(dòng)作判據(jù)。

?研制保護(hù)裝置

根據(jù)已經(jīng)提出的保護(hù)原理，設(shè)計(jì)實(shí)際裝置來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。

1.3繼電保護(hù)分類

?按反應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分類

I）反應(yīng)故障（包括短路和斷線）狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作于用應(yīng)斷路器跳閘；

2）反應(yīng)不正常運(yùn)行狀態(tài)（如過負(fù)荷、小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故隙等），保護(hù)動(dòng)作

于告警信號(hào)。

?按保護(hù)對(duì)象分類

如：變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、電容器保護(hù)等。

?按保護(hù)所起的作用分類

可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。

主保護(hù)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所保護(hù)范圍內(nèi)的故障。

?按保護(hù)所起的作用分類

可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。

后備保護(hù)指主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除所保護(hù)范圍內(nèi)故障的保護(hù)原理或裝置，可分

為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)由相鄰電力設(shè)各或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。近后備保護(hù)

由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)（當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)），或者由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)

現(xiàn)（當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，只動(dòng)作于母聯(lián)斷路器和母線分段斷路器）。

?按保護(hù)所起的作用分類

可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。

輔助保護(hù)是為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)所增設(shè)的

簡單保護(hù)。

?按構(gòu)成保護(hù)判據(jù)的特征物理量分類

如：電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。

?按利用的故障信號(hào)頻譜特征分類

I）工頻分量；2）暫態(tài)分量

常規(guī)保護(hù)原理只反應(yīng)工頻分量。利用暫態(tài)分量可以構(gòu)成各種超高速保護(hù)，如行波保護(hù)、

暫態(tài)保護(hù)等。

?按通信通道分類

主要針對(duì)線路保護(hù)而言?？煞譃橛型ǖ辣Ｗo(hù)和無通道保護(hù)。前者包括高頻保護(hù)、微波保

護(hù)、光纖保護(hù)等，后者包括所有只利用本端測(cè)量信號(hào)的保護(hù)原理。

?按保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)型式分類

可分為機(jī)電型、靜態(tài)型和微機(jī)型。

1.4繼電保護(hù)的工作回路

總體構(gòu)成：

繼電保護(hù)裝置

繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成：

?測(cè)最比較環(huán)節(jié)：測(cè)最特征量，并與整定值比較，以判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)。

?邏輯判斷環(huán)節(jié)：按一定邏輯關(guān)系判斷是否發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。

?執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)：負(fù)貨發(fā)出保護(hù)動(dòng)作脈沖信號(hào)。

出

輸入輸

號(hào)

信（接通跳閘或信號(hào)回路）

信號(hào)

整定值

1.5對(duì)繼電保護(hù)的基本要求

對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性

和靈敏性。

?可靠性

包括安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)性能最根本的要求。安全性要求繼電保護(hù)在不需要

它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)作。信賴性要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)

該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作。

?選擇性

指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，在可能最小的區(qū)間內(nèi)將故障部分從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度地保

證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。它包含兩層意思：

1）只應(yīng)由裝在故障元件上的保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障：

2）力爭相鄰元件的保護(hù)裝置對(duì)它起后備保護(hù)的作用。

選擇性

?速動(dòng)性

故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障元件，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少用戶

經(jīng)受電壓驟降的時(shí)間以及故障元件的損壞程度。

故障切除時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間的總和。一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為

0.06s?0.12s,最快的可達(dá)0.01s~0.04sc一般斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.06s~0.15s,最快的可達(dá)

0.02s-0.06so

保護(hù)動(dòng)作速度越快，為防止保護(hù)誤動(dòng)采取的措施越復(fù)雜，成本也相應(yīng)提高。因此，配電

網(wǎng)保護(hù)裝置在切除故障時(shí)往往允許帶有一定延時(shí)"

?靈敏性

指對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故

障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置、短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，保護(hù)裝置都應(yīng)能

靈敏反應(yīng)，沒有似動(dòng)非動(dòng)的模糊狀態(tài)。保護(hù)裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)來衡量。根據(jù)規(guī)程

規(guī)定，要求靈敏系數(shù)在1.2~2之間。

實(shí)際工作中，在確定被保護(hù)元件的保護(hù)方式時(shí)，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性要求，即在滿足基本

保護(hù)功能要求的前提下，應(yīng)盡可能減少投資。隨著電力市場(chǎng)化進(jìn)程的深入，對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求越

來越重視，甚至把它和前面介紹的四個(gè)基本要求合在一起，稱為保護(hù)的五個(gè)基本要求。

考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，不能僅僅局限于保護(hù)裝置本身投資的大小，還應(yīng)從電網(wǎng)的整體安全及社

會(huì)利益出發(fā)，按被保護(hù)元件在電網(wǎng)中的作用和地位來確定保護(hù)方式，因?yàn)楸Ｗo(hù)不完善或不可

靠造成的損失，一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過即使是最復(fù)雜的保護(hù)裝置的投資。

對(duì)繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)基本要求是研究分析繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)。這些要求之間往往

是相互制約的，例如提高保護(hù)裝置動(dòng)作可靠性的措施，一般會(huì)造成動(dòng)作速度及動(dòng)作靈敏性下

降，并增加保護(hù)成本。因此，繼電保護(hù)的研究、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的絕大部分T作就是圍繞

著如何處理好這些基本要求之間關(guān)系進(jìn)行的。

實(shí)際工作中，要根據(jù)具體情況以及要解決的主要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，尋求一個(gè)適當(dāng)?shù)慕?/p>

決方案。

1.6繼電保護(hù)發(fā)展概況

繼電保護(hù)原理隨著對(duì)電網(wǎng)故障特性認(rèn)識(shí)的不斷深入而呈現(xiàn)出低速、高速到超高速的發(fā)展

趨勢(shì)。

破。

全數(shù)字式繼電保護(hù)裝置：

隨著電子傳感器及高速數(shù)據(jù)（光纖）通信技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置可以通過通信接

口獲取來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化后的電壓、電流信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護(hù)，使微機(jī)保護(hù)裝

置的構(gòu)成出現(xiàn)革命性的變化。

2.繼電保護(hù)基本原理

2.1電流保護(hù)

（1）三段式電流保護(hù)

（2）反時(shí)限過電流保護(hù)

（3）方向電流保護(hù)

（4）零序電流保護(hù)

（1）三段式電流保護(hù)

包括：

1）無時(shí)限電流速斷保護(hù)（I段保護(hù)）

2）帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（II段保護(hù)）

3）定時(shí)限過電流保護(hù)（HI段保護(hù)）

它們可組合成兩段或三段電流保護(hù)。

這三種電流保護(hù)都是反應(yīng)電流增大而動(dòng)作，區(qū)別主要在于按照不同的原則來整

定動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)限。

（1）三段式電流保護(hù)

I段保護(hù)——

工作原理：

反應(yīng)于短路電流幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作。

為了保證選擇性，被保護(hù)線路的保護(hù)動(dòng)作電流要躲過（即大于）下級(jí)線路出口處（可

等同于被保護(hù)線路末端母線處）短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大短路電流。

set.l-八rel'kC.max

I段保護(hù)-式中《為可靠系數(shù):

動(dòng)作電流的整定:set.2-Krel'kB.max心=1.2?1.3

引入可靠系數(shù)的原因是消除整定值的計(jì)算和設(shè)置誤差、短路電流中非周期分量等因素的

影響，使保護(hù)動(dòng)作具有選擇性，以確保在被保護(hù)線路以外出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作。

動(dòng)作時(shí)限的整定：

/I取決于保護(hù)裝置本身固有的動(dòng)作時(shí)間，一般小于10ms?？紤]到躲過線路中避雷器的

放電時(shí)間為（40?60）ms,一般人為地加入（60?80）ms的動(dòng)作延時(shí)，以防止保護(hù)誤動(dòng)作。

靈敏性校驗(yàn)：

有選擇性的I段保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長。因此，其靈敏性只能用保護(hù)范圍的大小來

衡量，通常用線路全長的百分?jǐn)?shù)來表示。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)，I段保

護(hù)范圍最小。一般情況下，應(yīng)按這種運(yùn)行方式和故障類型來校驗(yàn)其保護(hù)范圍，要求大于被保

護(hù)線路全長的（15-20）%。

保護(hù)的最小范圍計(jì)算：

I、、於%L

&=-----；~~；—皿x100%〉（15?20）%

Zs.max+ZlAninL

Eg——系統(tǒng)等效電源的相電碘：

Z，max—最小運(yùn)行方式下保護(hù)舞處到

系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；

Lmin一一I段最小保護(hù)范圍長度；

z,——線路單位長度的正序阻抗；

L——被保護(hù)線路全長

評(píng)價(jià)：

主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速，缺點(diǎn)是不可能保護(hù)線路的全長，并且保護(hù)范圍受電網(wǎng)運(yùn)行方式變

化及短路型式的影響。

II段保護(hù)—

工作原理：

從選擇性出發(fā)，通過與下級(jí)線路保護(hù)在動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)限上的配合，將保護(hù)范圍延伸

到下級(jí)線路中去，從而能夠以較小的時(shí)限快速切除被保護(hù)線路全線范圍內(nèi)的故障。

動(dòng)作電流配合表示要躲過下級(jí)保護(hù)的動(dòng)作電流。

動(dòng)作時(shí)限配合表示在下級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的基礎(chǔ)上，增加一定的動(dòng)作延時(shí)。

T11-了]式中K置為可靠性配合系數(shù)：

動(dòng)作電流的整定：/?et7=K",||

set.2relset.lK胃=1.1?1.2

考慮n段保護(hù)動(dòng)作時(shí)，非周期分量已經(jīng)衰減，因而可靠性配合系數(shù)比I段保護(hù)整定時(shí)所

取的可靠系數(shù)要小。

動(dòng)作時(shí)限的整定:gl=十八，

△/通常取為0.5s。隨著技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)和斷路器動(dòng)作速度以及定時(shí)精度有了很大的提高。

為了縮短故障持續(xù)時(shí)間，減少故障引起的電壓驟降對(duì)用電設(shè)備的影響，人們開始傾向于將△

，選得更小一些，如選為0.3s甚至更短。

靈敏性校驗(yàn)：

保護(hù)2的II段應(yīng)采用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下線路A-B末端（B母線）發(fā)生兩相短路時(shí)的

短路電流計(jì)算靈敏系數(shù)，具體可以表示為：

K-'kB.min

△sen―"Tn

1set.2

為了保證在線路末端短路時(shí)，保護(hù)一定能夠動(dòng)作，要求Ksen21.3~1.5。

當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí).，通?？紤]降低H段的整定值，使之與下級(jí)線路n段保護(hù)

相配合。在這種情況下的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)取為：

.II|A/

12—11+△，

考將達(dá)至l」（l?l.2）s

評(píng)價(jià)：

主:要優(yōu)點(diǎn)是能夠保護(hù)線路全長，動(dòng)作比較迅速（僅當(dāng)與下級(jí)線路I段配合時(shí)），缺點(diǎn)是保護(hù)

范圍受電網(wǎng)運(yùn)行方式變化及短路型式的影響。

當(dāng)被保護(hù)線路同時(shí)配備了I段和H段保護(hù)時(shí)，它們的聯(lián)合工作就可以保證全線路范圍內(nèi)

的故障都能夠在設(shè)定的時(shí)限（＜0,5s）內(nèi)予以切除，在?般情況下都能夠滿足速動(dòng)性的要求。

具有這種性能的保護(hù)稱為該線路的“主保護(hù)”。

III段保護(hù)——

工作原理：

是一種過負(fù)荷保護(hù)，其動(dòng)作電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定。其動(dòng)作時(shí)限按選擇性要

求來整定，是固定的（與電流的大小無關(guān)）。

它在正常運(yùn)行時(shí)不啟匆，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作。

動(dòng)作電流的整定：

K】llKK；；：-------可靠系數(shù)，一般取為.157.25；

/in=⑹住j系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；

set丫7L.max

K[e七-------電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)；

Krc-------過流返回系數(shù)一般取為0.85~0.95；

ILmax----------正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流。

動(dòng)作時(shí)限的整定:

靈敏性校驗(yàn)：

1）當(dāng)作為本線路主保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校

驗(yàn)，要求KsenN1.3~1.5c

2）當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，則應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的

電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求Ksen21.2。

3）對(duì)于同一故障點(diǎn)而言，各個(gè)過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)必須相互配合，即要求越靠近故障

點(diǎn)的保護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。

評(píng)價(jià)：

1）主要優(yōu)點(diǎn)是不僅能夠保護(hù)本線路的全長，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長，從而起到遠(yuǎn)

后備保護(hù)的作用。缺點(diǎn)是動(dòng)作速度較慢。另外，由于要躲過電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流，因而降低

了反應(yīng)故障的靈敏性。

2）對(duì)于靠近電源端的定時(shí)限過電流保護(hù)來說，不管短路電流多大，其動(dòng)作延時(shí)都是很長

的。因此，定時(shí)限過電流保護(hù)僅用作本線路和相鄰元件的后備保護(hù)。由于它作為相鄰元件

后備保護(hù)的作用是在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)的，因此是屬于遠(yuǎn)后備保護(hù)。

3）對(duì)于電網(wǎng)終端的過電流保護(hù)來說，動(dòng)作延時(shí)并不長。因此，可以作為主保護(hù)兼后備保

護(hù)，而無需再裝設(shè)無時(shí)限和帶時(shí)限速斷保護(hù)。

（2）反時(shí)限過電流保護(hù)

是動(dòng)作時(shí)限與被保護(hù)線路中電流大小有關(guān)的一種保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限與電流呈反時(shí)限特

性，即當(dāng)電流大時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限短，而電流小時(shí)動(dòng)作時(shí)限長。

C——啟動(dòng)電流；

—瞬時(shí)動(dòng)作電流;

tb——瞬時(shí)動(dòng)作時(shí)間。

反時(shí)限過電流保護(hù)起動(dòng)電流的整定與定時(shí)限過電流保護(hù)類似。為保證選擇性，保護(hù)的動(dòng)

作時(shí)限的整定配合較復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下短路時(shí)，其動(dòng)作時(shí)限可能較長。因此，主

要用于單側(cè)電源供電的終瑞線路和較小容量的電動(dòng)機(jī)上，作為主保護(hù)和后備保護(hù)使用。

保護(hù)的反時(shí)限動(dòng)作特性與電氣設(shè)備發(fā)熱特性相吻合,因此適合用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)

備；當(dāng)作為終端線路保護(hù)時(shí)，容易與分支線路上的熔斷器配合，保證其動(dòng)作的選擇性。

（3）方向電流保護(hù)

在雙側(cè)電源供電情況下，僅靠電流保護(hù)無法保證選擇性，需要增加故障方向判別元件,

構(gòu)成方向電流保護(hù)。

?當(dāng)K1點(diǎn)短路時(shí)，對(duì)A側(cè)電源來說，如果保證保護(hù)的選擇性，要求保護(hù)3動(dòng)作時(shí)間

大于保護(hù)4的動(dòng)作的時(shí)問。

?當(dāng)K2點(diǎn)故障時(shí)，卻要求保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)間小于保護(hù)4的動(dòng)作時(shí)間。

?解決方案是給電流保護(hù)加裝一個(gè)短路電流方向閉鎖元件，并將動(dòng)作方向規(guī)定為短路

電流由母線流向線路。

?當(dāng)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上的電流保護(hù)裝設(shè)方向元件以后，就可以把它們拆開看成兩個(gè)單側(cè)

電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，這兩組方向保護(hù)之間不要求有配合關(guān)系，這樣就可以采用單側(cè)電

源網(wǎng)絡(luò)的三段式電流保護(hù)的工作原理和整定計(jì)算原則。

?方向電流保護(hù)可通過判別短路功率的方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。

4）零序電流保護(hù)

?在中性點(diǎn)直接接地（如UOkV系統(tǒng)）或經(jīng)小電阻接地的配電網(wǎng)中，當(dāng)線路發(fā)生單相

或兩相接地故障時(shí)，將出現(xiàn)很大的零序電流。

?對(duì)于采用單三角形接線的補(bǔ)償電容器組，當(dāng)任一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電容器內(nèi)部串聯(lián)元件發(fā)生

擊穿故障時(shí)，因三條支路電流失去平衡而同樣會(huì)出現(xiàn)零序電流。

?在正常運(yùn)行情況下，電網(wǎng)中并不存在零序電流。因此，可以利用零序電流構(gòu)成繼電

保護(hù)。

?與相電流保護(hù)相比，零序電流保護(hù)具有靈敏度高、動(dòng)作速度快、不受負(fù)荷電流影響

的優(yōu)點(diǎn)。

零序電流和零序電壓一般通過專門的零序電流互感器和零序電壓互感器（三相五柱式電壓互

感器）獲得。在微機(jī)保護(hù)裝置中，也可以分別利用三相電流和三相電壓來合成：

3/0=iA+iB+ic=u八+uB+uc

?零序電流保護(hù)?般由三段構(gòu)成，第I段為無時(shí)限零序電流速斷保護(hù)，第1I段為帶時(shí)

限零序電流速斷保護(hù)，第ni段為定時(shí)限零序過電流保護(hù)。三段式零序電流保扶的基

本工作原理，與一?般的三段式電流保護(hù)工作原理基本相同。

?在雙電源或多電源電網(wǎng)中，一般有多臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，零序電流保護(hù)往往

需要加裝方向元件才能滿足線路保護(hù)選擇性要求。當(dāng)被保護(hù)線路正方向發(fā)生短路時(shí),

零序電壓落后于零序電流；而當(dāng)反方向發(fā)生短蟀時(shí)，零序電壓超前于零序電流。因

此，通過測(cè)量零序電壓、電流之間的相位關(guān)系，即可以判斷接地故障的方向。

2.2距離保護(hù)

（1）距離測(cè)量的基本概念

（2）距離保護(hù)的阻抗整定原則

（3）三段式距離保護(hù)

（4）距離保護(hù)的構(gòu)成原理

（1）距離測(cè)量的基本概念

?當(dāng)配電線路發(fā)生短路故障時(shí)，故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離可以通過“測(cè)量阻抗”來換

算。

?故障距離或故障后的測(cè)量阻抗與故障電流的大小無關(guān)，也基本不受電網(wǎng)運(yùn)行方式的

影響。

?因此，通過測(cè)量故障距離可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)，這就是距離保護(hù)，也稱為阻抗保護(hù)，

其保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。

（2）距離保護(hù)的阻抗整定原則

?距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)的阻抗值，整定為線路上被保護(hù)范圍末端發(fā)生故障時(shí)的測(cè)量阻抗值。

?在被保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，測(cè)鼠阻抗小于整定值，保護(hù)動(dòng)作；而在被保護(hù)范圍外故障

時(shí)，測(cè)量阻抗大于整定值，保護(hù)不動(dòng)作。

（3）三段式距離保護(hù)

類似于電流保護(hù)，距離保護(hù)也采用具有三段動(dòng)作范圍的階梯時(shí)限特性，并分別稱為距

離保護(hù)的I、II、IH段。

?距離I段是瞬時(shí)動(dòng)作的，tl是其固有動(dòng)作時(shí)間。距離I段只能保護(hù)本線路全長的

80%?85%。為了切除本線路末端15%?20%范圍以內(nèi)的故障，就需設(shè)置距離II

段。

?距離II段整定值的選擇類似帶時(shí)限電流速斷，即應(yīng)使其不超出下一條線路距離I段

的保護(hù)范圍，同時(shí)帶有一個(gè)的△，時(shí)限，以保證選擇性。

?距離I段與II段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的主保護(hù)。

?為了作為相鄰線路保護(hù)和斷路器拒動(dòng)的后備保廣，同時(shí)也作為本線路距離I、H段

的后備保護(hù)，還應(yīng)該裝設(shè)距離III段。對(duì)距離?III段整定值的考慮與過電流保護(hù)相似,

其起動(dòng)阻抗要按般開正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷阻抗來選擇，而動(dòng)作時(shí)限則應(yīng)使其比距離III

段保護(hù)范圍內(nèi)其它各保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限延長一個(gè)。

（4）距離保護(hù)的構(gòu)成原理

主要由三種元佇構(gòu)成。

主要由三種元件構(gòu)成：

1）起動(dòng)元件，在發(fā)生故障的瞬間起動(dòng)整套保護(hù)，井和阻抗元件的輸出組成與門，起動(dòng)

出口回路動(dòng)作于跳閘，以提高保護(hù)動(dòng)作可靠性。

2）阻抗元件，是距離保護(hù)的核心元件，它測(cè)量故隙點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離（阻抗）,

其作用與電流保護(hù)中的電流元件類似。

3）時(shí)間元件，用來建立階梯性保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，以保證保護(hù)選擇性。

2.3電壓保護(hù)

電壓保護(hù)一般用于無功補(bǔ)償電容器組的保護(hù)，具體可以分為:

（1）過壓保護(hù)

（2）失壓保護(hù)

（3）零序電壓保護(hù)

（I）過壓保護(hù)

?當(dāng)接有補(bǔ)償電容器組的母線電壓過高時(shí)，不但電容器的功率損耗和發(fā)熱量隨電壓值

的平方增大，而且電容器的壽命也隨之縮短。還有可能導(dǎo)致其過熱損壞。

?我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定補(bǔ)償電容器允許在105%Ue下長期運(yùn)行，在110%Ue下運(yùn)行時(shí)間

不得超過6h。所以，電容器組的運(yùn)行電壓若超過1.05?1.10倍額定電壓，過壓保護(hù)

應(yīng)動(dòng)作，把電容器從電網(wǎng)上切除。

?過壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)躲過電網(wǎng)可能發(fā)生的瞬時(shí)過電壓。

（2）失壓保護(hù)

當(dāng)電容器組所接母線突然失壓時(shí)，可能產(chǎn)生以下后果：

1）當(dāng)電壓突然恢復(fù)時(shí)，電源變壓器與補(bǔ)償電容器形成串聯(lián)回路（即LC回路），在過渡

過程中，可能在電容器上出現(xiàn)過電壓而損壞。

2）母線失壓后，如在電容器上的殘留電荷未完全釋放的情形下，電壓突然恢復(fù)，由于

合閘瞬間電源極性使殘留與電源電壓相加亦會(huì)使電容器損壞。

因此，失壓保護(hù)必須在電容器組所接母線失壓后，立即將其從電網(wǎng)上切除。

失壓保護(hù)的啟動(dòng)電壓應(yīng)小于正常運(yùn)行時(shí)電容器組配接母線可能出現(xiàn)的最低電壓值，動(dòng)

作時(shí)延應(yīng)大于該母線上所接饋線短路保護(hù)的最長動(dòng)作時(shí)延。但又應(yīng)小于電源側(cè)自動(dòng)重合閘的

動(dòng)作時(shí)延。

（3）零序電壓保護(hù)

當(dāng)補(bǔ)償電容器組為三相星形接法時(shí)，當(dāng)任一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電容器內(nèi)部串聯(lián)元件發(fā)生擊穿故障

時(shí)，三條支路電壓不平衡，三相電壓互感器二次電壓相量和不為零，可由此構(gòu)成零序電壓保

護(hù)。

2.4縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)

（1）全線（回路）速動(dòng)維電保護(hù)的必要性

（2）線路縱差保護(hù)

（3）變壓器縱差保護(hù)

（1）全線（回路）速動(dòng)繼電保護(hù)的必要性

1）在電力系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求對(duì)超高壓輸電線路全長范圍內(nèi)的故

障進(jìn)行無時(shí)限切除（即全線速動(dòng)）；

2）在配電網(wǎng)中，一些重要的線路，如要求全線速動(dòng)的110kV線路、110kV短線路以

及直接接入配電網(wǎng)的中小型分散發(fā)電廠的聯(lián)絡(luò)線等，需要配備能夠保護(hù)線路全長的無時(shí)限速

斷保護(hù)；

3）如果電網(wǎng)接有對(duì)電壓驟降特別敏感的重要用電設(shè)備，也應(yīng)無時(shí)限切除故障，以防止

故障持續(xù)時(shí)間過長引起長時(shí)間低電壓，影響這些重要用電設(shè)備的正常運(yùn)行；

4）對(duì)于變壓器、發(fā)電機(jī)等元件，也需要其主保護(hù)在整個(gè)元件回路范圍內(nèi)具有速動(dòng)特性;

5）所有單端電氣展保護(hù)不具有全線（回路）速動(dòng)特性；

6）解決問題的途徑是通過縱向比較被保護(hù)設(shè)備兩端的同類電氣量（如電流、功率方向）

之間的差異，識(shí)別內(nèi)部故障和外部故障。如果是內(nèi)部故障，則兩端的保護(hù)將各自瞬時(shí)動(dòng)作于

跳閘。這種雙端電氣量保護(hù)稱為縱聯(lián)保護(hù)；

7）目前，在縱聯(lián)保護(hù)中應(yīng)用較為廣泛的是縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，簡稱縱差保護(hù)。

（2）線路縱差保護(hù)

MN

光纖通道

（3）變壓器縱差保護(hù)

變壓器縱差保護(hù)一般也稱為變壓器差動(dòng)保護(hù)。

3.利用故障分量的繼電保護(hù)原理

3.1故障信息與故障分量

3.2故障分量的提取

3.3故障分量的運(yùn)用

3.1故障信息與故障分量

電力系統(tǒng)的故障信號(hào)中同時(shí)含有故障信息和和非故障信息，其中故障信息包括故障發(fā)生時(shí)

間、故障方向、故障類型、故障距離及故障持續(xù)時(shí)間等，是電力系統(tǒng)故障的表征特性。

電力系統(tǒng)的短路故障行為等效于故障瞬間在故障支路中串聯(lián)接入兩個(gè)大小相等、方向相反的

電壓源。在線性電路的假設(shè)前提下，可以將故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)分解為一個(gè)故障前狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)

故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

?如果忽略線路故障后系統(tǒng)調(diào)節(jié)的影響，則故障前網(wǎng)絡(luò)即為正常運(yùn)行狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)，其中

的電氣量（電壓、電流）就是負(fù)荷分量。

?故障附加狀態(tài)下的電氣量（電壓、電流）稱為故障分量。故障分量是故隙信息的外

在表現(xiàn)形式。

?對(duì)故障分量進(jìn)行適當(dāng)處理，就能夠得到各種故障信息，并且不受正常負(fù)荷狀態(tài)以及

系統(tǒng)振蕩的影響。

3.2故障分量的提取

如果忽略線路故障后系統(tǒng)調(diào)節(jié)的影響，則故障分量可以通過消除負(fù)荷分量來提取。

SO（，）=S⑺—（―—〃7/2）

33故障分量的運(yùn)用

?電流元件

?方向元件

?差動(dòng)元件

?啟動(dòng)元件

?選相元件

?距離元件

4.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)

4.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的穩(wěn)態(tài)特征

4.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)特征

43利用暫態(tài)故障分量的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障保護(hù)原理

4.1小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的穩(wěn)態(tài)特征

?接地相電壓幾乎為零（對(duì)于金屬性接地故障），車故障相電壓升高1.732倍。

?故障電流中基波幅度較小。

?消弧線圈的補(bǔ)償影響（故障電流中基波幅度更加微弱）。

4.2小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)特征

?哲態(tài)電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)電容電流。音態(tài)最大電流與穩(wěn)態(tài)電容電流之比，近似等于自由

振蕩頻率與工頻之比，可達(dá)到幾倍到十幾倍。

?暫態(tài)最大電流值與故障時(shí)電壓相角有關(guān)。一般故障都發(fā)生在電壓最大值附近。

?故障電弧不穩(wěn)定（間隙性拉弧），信號(hào)畸變嚴(yán)重。

I-—V

4.3利用暫態(tài)故障分量的小電流接地系統(tǒng)單相接地故隙保護(hù)原理

?暫態(tài)電流幅值比較法（面保護(hù)）

比較同一母線所有出線暫態(tài)零序電流的幅值（均方根值），幅值最大者被選定為故障線路。

?暫態(tài)電流極性比較法（面保護(hù)）

比較同一母線所有出線暫態(tài)零序電流的極性，極性與其他線路相反者被選定為故障線

路。

?暫態(tài)容性電流方向判別法

故障線路容性電流由線路流向用線，健全線路容性電流由用線流向線路。檢測(cè)容性電流

方向，可以確定故障方向。

5.微機(jī)保護(hù)裝置的構(gòu)成原理

5.1微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

5.2微機(jī)保護(hù)裝置的軟件技術(shù)

5.3微機(jī)保護(hù)的算法基礎(chǔ)

5.1微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

總體結(jié)構(gòu)

電

力

系

統(tǒng)

主站或調(diào)

度中心

GPS對(duì)時(shí)

操作界面

及指示燈

模擬量采集系統(tǒng)多

電壓形成fALFfS/IIf

路

轉(zhuǎn)信號(hào)

模擬量輸入

換輸出

（TV、TAA/D