1、变电站保护与监控技术（任课教师：穆大庆）0 继电保护原理知识综述0-1 中、低压线路的阶段式电流保护阶段式电流保护属于单端测量的过量保护，用于 35kV 及以下输电线路。由于 35kV及以下电网为中性点非直接接地电网，因此电网中不存在单相接地短路，故阶段式电流保护仅作为反映线路相间短路的保护。注释：单端测量保护：由被保护元件一端所测电气量的情况来决定保护动作与否。双端测量保护：由被保护元件两端所测电气量的关系来决定保护动作与否。过量保护：反映所测电气量上升而动作的保护。低量保护：反映所测电气量下降而动作的保护。1、电流 I 段保护（电流速断保护）瞬时动作的电流保护。(1) 短路特性分析：三相短
2、路时 d(3),流过电源到短路点间线路的短路电流：I (3)d = = EZdS（Zs：等效电源的内阻抗；Zd：等效电源接入点到短路点之间的线路阻抗）Zd () I d（可见某设备保护所测短路电流的大小反映了故障点距该保护的远近）max 为最大情况：最大运行方式下（即系统内阻抗 Zs 为最下的运行方式） ，三相短路。min 为最小情况：最小运行方式下（即系统内阻抗 Zs 为最大的运行方式） ，两相短路。（某点两相短路电流与该点三相短路电流的关系：I (2)d = I(3)d = 0.866 I(3)d )23(2) 电流 I 段动作电流（动作边界）整定原则：按躲开下一条线路出口（始端）短路时流
3、过本保护的最大短路电流来整定（以保证选择性） 。IIdz.1= KkII(3)d.B.max ； IIdz.2 = KkII(3)d.C.max （可靠系数 KkI = 1.21.3）(3) 电流 I 段保护的主要优缺点主要优点：动作迅速； 主要缺点：不能保护本线路全长。（电流 I 段作为线路主保护的一部分）2、电流 II 段保护（限时电流速断保护）以较小的动作时限切除本线路全线范围内故障的电流保护。(1) 电流 II 段动作电流的整定保护范围延伸到下一条线路，但不超出下一条线路电流 I 段保护范围的末端。即躲开下条线路电流 I 段保护范围末端短路时（即流过下条线路的短路电流刚好为其电流 I段
4、保护整定值时） ，流过本保护的最大短路电流。即：本线路电流 II 段保护与下条线路的电流 I 段保护配合。IIIdz.1= KkIIIIdz.2= KkIIKkII(3)d.C.max ； IIIdz.2= KkIIIIdz.3= KkIIKkII(3)d.D.max 可靠系数 K kII = 1.11.2 （I d 中非周期分量已衰减，故比 KkI 稍小）(2) 电流 II 段动作时限的选择为保证下条线路出口附近（即本线路电流 II 段保护与下条线路电流 I 段保护在下条线路首端附近形成的保护范围重叠区）发生故障时的动作选择性，动作时限按下式配合：tII1 = tI2 + t t （时阶t
5、：0.3s0.5s，微机保护一般取 0.3s）(3) 电流 II 段保护的特点可保护本线路全长，但保护的动作具有一定的小延时（不能瞬时动作） 。（电流 II 段作为线路主保护的另一部分，即作为电流 I 段的补充）3、电流 III 段保护（定时限过流保护）主要作为后备保护：当由于干扰或短路点的过渡电阻等因素导致实际短路电流偏低而使电流 I、II 段拒动时，由该保护动作来切除故障。作为后备保护，对灵敏度要求高。灵敏度：一般用灵敏系数 Klm 来衡量，对电流保护：Klm = 。保 护 的 动 作 电 流 值过 保 护 的 短 路 电 流 值保 护 的 区 域 内 短 路 时 流可见保护的动作电流灵敏
6、度(1) 电流 III 段动作电流的整定原则基本原则：按躲开流过本保护的最大负荷电流来整定：I IIIdz Ifh.max I IIIdz.1 =KkIII Ifh.max.1 （可靠系数 KkIII 取：1.151.25）由于负荷电流一般远小于短路电流，因此该保护整定值小，灵敏度高。（实际整定时，还要求本线路的 III 段保护范围不超出下条线路 III 段的保护范围：即：I IIIdz.1 =KphIII I IIIdz.2，配合系数 KphIII 取 1.1）(2) 按选择性要求确定电流 III 段动作时限为保证各级线路电流 III 段保护动作的选择性，电流 III 段动作时限按“阶梯原则
7、”整定。t III1 =Max tIII2, tIII3, tIII4 + t(3) 电流 III 段的主要优缺点主要优点：灵敏度较高。主要缺点：保护的动作时限一般较长（越靠近电源的线路上发生故障时，此时短路电流 Id 越大,但电流 III 段保护的动作时限反而越长） 。 电流 III 段保护一般作为后备保护，但在电网的终端可以作为主保护。4、多电源网的方向性电流保护(1) 方向性问题的提出（以双侧电源电网为例）E1 单独供电：由保护 1、3、5 起线路保护作用E2 单独供电：由保护 6、4、2 起线路保护作用E1 、E2 同时供电：（以 B 母线两侧保护 2,3 为例）d1 点短路时，要求：
8、2 动作，3 不动。 假设： 电流 I 段： I Idz.3 IIdz.2 电流 III 段：t III3 tIII2d1 点短路时，要求：2 动作，3 不动。虽然此时可能满足选择性（3 不误动） ，但若出现 d2 点短路，则：2 误动 非选择性动作。规定保护正方向：保护安装处母线 被保护线路分析可知：被保护线路正方向短路时保护不会出现误动，但在反方向短路时，由对侧电源供给的短路电流可能造成该保护误动作。此时的功率方向：线路 母线为防止保护误动,增设功率方向闭锁元件 GJ(装于误动保护上) 正方向（母线 线路）：GJ 动作启动保护短路点位于 反方向（线路 母线）：GJ 不动闭锁保护增设 GJ
9、后,双侧电源网可以按单侧电源网的三段电流保护进行配合(2) 电流保护中 GJ 对于故障所在方向的判别方法及其接线方式GJ 是通过其所测电压 和电流 的相位关系（即 超前 的角度 J）来判别故JUJIJUJI障所在方向。考虑到正方向故障时，由于干扰、测量误差、不同故障类型等因素的影响，和 的相位关系 J 有可能存在一定的变化，因此 GJ 往往设计成当所测角度在某半JUI个相位平面时动作，在另外半个相位平面时不动作。方向元件 GJ 的动作条件为：-90 Zdz 保护不动作ZJ Zdz 保护动作特点：* 故障时：即反映 U,又反映 IK lm* 系统运行方式变化时，Z J 不变，故不受运行方式变化的影响(2)三段式距离保护基本配置原则I 段：Z Idz.1=KIkZAB ZIdz.2=KIkZBC （K Ik 取 0.8 0.85）tI 0sII 段：Z IIdz.1=KIIk(ZAB+ZIdz.2) (KIIk 取 0.8)tII1= tI2+tIII 段：Z IIIdz Zfh.mintIII 按阶梯原则配合(3)三段式距离保护基本逻辑框图2、距离（阻抗）元件 ZKJ 动作特性 三种常用的圆特性 ZKJ（测量阻抗 ZJ 落在圆内则动作）：（Z zd：ZKJ 的整定阻抗，由用户整定）动作判据（以方向阻抗 ZKJ 为例）：
