许继继电保护基本原理.doc

1、1继电保护基本原理及 电 力 知 识 问 答刘甲申 主编许继教育中心 电气销售公司 人力资源部 编2编审委员会成员名单主 任 委 员 ：程利民 许继集团副总裁 高级经济师副主任委员：谢世坤 许继集团副总裁 高级工程师任志航 许继集团电气销售公司总经理 工程师刘福成 许继集团电气销售公司经理、书记 工程师晋国运 许继集团教育中心主任 高级讲师陈晓征 许继集团人力资源部部长 副研究员委 员：过 薇 胡克明 段卫东3前 言本书是为提高许继集团员工综合素质，由教育中心、许继电气销售公司和人力资源部共同编写和出版，是针对电气工程类职工的培训教材。本书共分为三篇：第一篇为继电保护基本原理，作者以天津大学贺

2、家李、宋从矩老师编写的电力系统继电保护原理为蓝本，根据自己多年从事继电保护产品的设计、研发、试验以及教学培训的经验和体会，结合许继集团的产品实际进行改编，力求做到删繁就简、去粗取精、简明扼要、突出重点，把最精华的部分呈献给读者。第二篇为新产品的介绍，该篇针对许继集团最近几年研制开发并已成功推向市场的 8000 系列综自和 800 系列保护的产品，简单介绍了这些产品的主要功能、特点、分类、应用范围，并与国内的几个主要生产厂家的产品作了对比。第三篇为电力基础知识，该篇除了电力系统、继电保护、自动化的基础知识以外，还包括了许继集团各子公司的主要产品。作者查阅了大量的相关资料，筛选出了二百多道题目，采

3、用问答的形式编写，便于读者学习和掌握。本书可以作为许继集团有限公司电气工程类设计研发人员、制造人员、工程调试人员、售后服务人员、市场营销人员、销售人员及新员工培训的教材，也可以作为电力部门继电保护人员调试、运行、维护的培训和参考资料。全书由刘甲申主编，任志航、刘福成校核，谢世坤审核，教育中心、电气销售公司和人力资源部共同编辑出版。本书在编写过程中得到了各相应子公司的大力支持和帮助，在此一并致谢。由于编写时间紧张，作者能力有限，书中难免有错误和不当之处，敬请读者批评指正。编 委2006 年 1 月4目 录前言第一篇 继电保护基本原理 1第一章 概述 1第二章 电网的电流保护和方向性电流保护 4第

4、一节 单侧电源网络相间短路的电流保护 4第二节 电网相间短路的方向性电流保护 7第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护 11第四节 中性 点 非 直 接 接 地 电 网 中 单 相 接 地 故 障 的 零 序 电 压 、 电 流及方向保护14第五节 电流保护计算举例16第三章 电网的距离保护 19第一节 距离保护的作用原理19第二节 阻抗继电器20第三节 阻抗继电器的接线方式25第四节 关于阻抗继电器的整定阻抗和精确工作电流26第五节 距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价27第六节 影响距离保护正确工作的因素及防止方法29第七节 距离保护计算举例32第四章 输电线纵联保护

5、 35第一节 输电线纵联差动保护35第二节 输电线的高频保护37第三节 分相电流差动保护简介40第四节 输电线纵联保护的发展趋势41第五章 自动重合闸 42第六章 电力变压器的继电保护 46第一节 电力变压器的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式46第二节 变压器的纵差动保护46第三节 变压器的电流和电压保护51第四节 变压器保护计算举例52第七章 发电机的继电保护 54第一节 发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式54第二节 发电机的纵差动保护和横差动保护54第三节 发电机的单相接地保护56第四节 发电机的负序过电流保护57第五节 发电机的失磁保护58第六节 发电机变压器组继

6、电保护的特点62第八章 母线的继电保护 64第九章 微机继电保护概述 69第一节 微型机继电保护的发展过程69第二节 微型机继电保护的基本构成705第三节 微型机继电保护的特点71第二篇 新产品介绍73一 8000 系列综自系统的特点 73二 8000 系列综自产品的分类及应用 73三 国内几大厂家综自系统对比分析 73四 800 系列保护的主要特点 74五 800 系列保护的分类 74六 800 系列保护的主要功能及应用范围 74七 供货业绩 76第三篇 电力基础知识问答 78参考文献 1156第一篇 继电保护基本原理第一章 概述一什么是电力系统？有两种说法：1 由生产和输送电能的设备所组成

7、的系统叫电力系统，例如发电机、变压器、母线、输电线路、配电线路等，或者简单说由发、变、输、配、用所组成的系统叫电力系统。2 有的情况下把一次设备和二次设备统一叫做电力系统。一次设备：直接生产电能和输送电能的设备，例如发电机、变压器、母线、输电线路、断路器、电抗器、电流互感器、电压互感器等。二次设备：对一次设备的运行进行监视、测量、控制、信息处理及保护的设备，例如仪表、继电器、自动装置、控制设备、通信及控制电缆等。二电力系统最关注的问题是什么？由于电力系统故障的后果是十分严重的，它可能直接造成设备损坏，人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计的巨大损失，因此电力

8、系统最为关注的是：安全可靠、稳定运行。三电力系统的三种工况正常运行状态；故障状态；不正常运行状态。而继电保护主要是在故障状态和不正常运行状态起作用。四继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发信号。五继电保护的基本原理和保护装置的组成为完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。如图 1-1（a） 、 （b）所示的单侧电源网络接线图， （这是一种最简单的系统） ，图 1-1(a)为正常运行情况，每条线路上都流过

9、由它供电的负荷电流 İf（一般比较小） ， 各变电所母线上的电压，一般都在额定电压（二次线电压 100V）附近变化，由电压和电流之比所代表的“测量阻抗”Zf 称之为负荷阻抗，其值一般很大。图 1-1(b)表示当系统发生故障时的情况，例如在线路 B-C 上发生了三相短路，则短路点的电压 Ud 降低到零，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流 İd, 各变电所母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低İf(A-B) İf(B-C)İf(C1)İf(C2)İ=0İ=0İd İd7（称之为残压） 。设以 Zd 表示短路点到变电所 B 母线之间的阻抗，根据欧姆定律很显然 Zd 要大大小于 Zf。即短路阻抗

10、要大大小于负荷阻抗。图 1-1 单侧电源网络接线 六继电保护分类 在一般情况下，发生短路之后，总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减少，以及电压与电流之间相位角的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，就可以构成各种不同原理的保护。一般继电保护可以分为两类：第一类利用比较正常运行与故障时电气参量（U 、 I、 Z、 f）的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如反应于电流增大而动作的过电流保护；反应于电压降低而动作的低电压保护；反应于阻抗降低而动作的距离保护，反应于频率降低而动作的低（或欠）频保护等。第二类首先规定两个前提：一个规定电流的正方向是从母线指向线路；

11、第二个一定是双端电源。例如图 1-2（a） 、 （b）所示的双端电源网络接线。分析1-2（a ） 、 （b）图中 BC线路靠近 B 母线侧电流的情况，我们发现在正常运行的负荷电流和故障时的短路电流的相位发生了 180的变化。因此利用比较正常运行（包括外部故障）与内部故障时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护。例如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。差动原理的保护只反应内部故障、不反应外部故障，因而被认为具有绝对的选择性。 图 1-2 双侧电源网络接线 七对电力系统继电保护的基本要求(a) d1İd1A B Cİd1İd1I (b)I A B Cİf(B-C)İf

12、(A-B)8动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。a) 选择性定义：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。如图 1-3所示单侧电源网络中，当 d1 点短路时，应由距短路点最近的保护 1 和 2 动作跳闸，将故障线路切除，变电所 B 则仍可由另一条无故障的线路 3-4 继续供电。原则：就近原则，即系统短路时，应由距离故障点最近的保护切除相应的断路器。相关链接：主保护能在全线范围速动的保护。 后备保护作为主保护的后备，不 能在全线范围速动，要带一定的延时，

13、 图 13 单侧电源网络中，又分为远后备和近后备。 有选择性动作的说明b).速动性 所谓速动性，就是发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障。对不同的电压等级要求不一样，对 110KV 及以上的系统，保护装置和断路器总的切故障时间为 0.1 秒，因此保护动作时间只有几十个毫秒（一般 30 毫秒左右） ，而对于 35KV 及以下的系统，保护动作时间可以为 0.5 秒。c）灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。其灵敏性有的保护是用保护范围来衡量，有的保护是用灵敏系数来衡量。d）可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它

14、不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。简单说就是：该动的时候动，不该动的时候不动。该动的时候不动是属于拒动，不该动的时候动了是属于误动。不管是拒动还是误动，都是不可靠。以上四个基本要求不仅要牢牢记住，而且要理解它们的内涵，其中可靠性是最重要的 ，选择性是关键，灵敏性必须足够，速动性则应达到必要的程度。我们所有的继电保护装置都是围绕这四个要求做文章，当然不同的保护，对这些要求的侧重点是不一样的，有的侧重于选择性，有的侧重于速动性，有时候为了保证主要的属性可能会牺牲一些其他的属性。这些我们在以后讲到具体的保护时会提到。八继电保护的发展过程继电保护技术是随着电力系统的

15、发展以及技术水平的进步而发展起来的，最早的熔断器就是最简单的过电流保护，以后经历了机电型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型五个阶段，而现在微机型的继电保护又进入第三代和第四代。九本章总结9本章尽管没有讲具体的保护，但是对本书的主要内容作了简要的概述，是非常重要的，读者应掌握以下几个主要的重点：1. 要能正确描述什么是电力系统、一次设备、二次设备。2. 电力系统故障有哪些严重后果？3. 电力系统有哪三种工况？继电保护在哪些工况下起作用？起什么样的作用？4. 继电保护可以分为几大类？它们是按什么原则划分的？5. 对电力系统继电保护有哪些基本要求？读者不仅要牢记四个基本要求，更重要的是要理解其中

16、的内涵以及它们之间的关系。6. 什么是主保护，什么是后备保护，远后备和近后备有何区别？第二章 电网的电流保护和方向性电流保护第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护一电流继电器1 定义：电流继电器是实现电流保护最基本的元件，也是反应于一个电气量（单激励量）而动作的简单继电器的典型。它的工作原理是非常简单的，就是电磁感应原理，因此不准备多讲，下面讲四个基本概念。2 .四个基本概念：（1）起动电流能使电流继电器动作的最小电流值，称为继电器的起动电流。这里要特别关注最小两个字，因为电流继电器是反应电流增加而动作的，是增量动作的继电器。如果是低电压继电器，是欠量动作的继电器，应该是能使电压继电器动作的最

17、大电压值，称为起动电压。（2）返回电流能使继电器返回原位的最大电流称为继电器的返回电流。这里特要别关注最大两个字，理由同前。如果是低电压继电器的返回电压，应该是继电器返回原位的最小电压值，称为返回电压。（3）继电特性无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性我们称之为“继电特性” 。（4）返回系数返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为 Kh= 。增量动作的继电器其返回系数小于 1，欠量动作的继电器其返jdzI回系数大于 1。以上这四个基本概念不仅是适合于电流继电器和电压继电器，对所有的继电器或保护装置都是适用的，但首先要搞清楚是增量动作的

18、还是欠量动作的。如果是增量动作的，就按照电流继电器的原则去套，如果是欠量动作的，就按照低电压继电器的原则去套。二电流速断保护 A B C1定义：反应于电流增大而瞬时动作的 电流保护，称为电流速断保护。顾名思义 d1 d2电流速断保护应该侧重于速动性。2动作特性分析： İd以图 2-1 来分析电流速断保护的动作 2 110特性。 II 假定在每条线路上均装有电流速断保护， Idz.2则当线路 AB 上发生故障时，希望保护 2能瞬时动作，而当 BC 上发生故障时，希望保护 1 能瞬时动作，它们的保护范围最好 能达到本线路全长的 100%。但是这种愿望 0 L是否能实现，需要作具体分析。以保护 2

19、为 图 2-1 电流速断动作特性分析例，当本线路末端 d1 点短路时，希望速断保护2 能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路 BC 的始端（习惯上又称为出口处）d2 点短路时，按照选择性的要求，速断保护 2 就不应该动作，因为该处的故障应由保护 1 动作切除。但是实际上，d1 和 d2 点短路时，保护 2 所流过短路电流的数值几乎是一样的，很难区分开来（特别对于长线路） 。因此，希望 d1 点短路时速断保护 2 能动作，而 d2 短路时又不动作的要求就不可能同时得到满足。3. 整定原则：为了解决这个矛盾可以有两种办法，通常都是优先保证动作的选择性，即从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短

20、路时不起动，即整定原则是：按躲开下一条线路出口处短路的条件整定，或者简单说躲相邻线路出口短路的最大短路电流。所谓躲就是电流速断保护的整定电流要大于相邻线路出口短路的最大短路电流（因为电流速断是增量动作的） 。另一种办法就是在个别情况下，当快速切除故障是首要条件时，就采用无选择性的速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性的动作。现在大多数是采用第一种方法。4. 最大运行方式和最小运行方式最大运行方式对每套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式，称之为最大运行方式。最小运行方式通过该保护装置的短路电流为最小的方式，称之为最小运行方式。在最大运行方式下，保护安装处附近发生三相短路时流过

21、保护装置的短路电流最大。在最小运行方式下，保护范围末端发生两相短路时流过保护装置的短路电流最小。在图 2-1 所示的电流速断保护动作特性分析中，可以看到有两条曲线 I 和II，它们分别为最大运行方式和最小运行方式下短路电流随着输电线路的分布曲线，还有一条平行于横轴的直线 İdz.2，它为保护 2 的电流速断的定值，很显然它分别与 I 和 II 有两个交点，这两个交点在横轴上所对应的 L 即为两种运行方式下的保护范围，可以看出无论在最大运行方式还是最小运行方式都不能保护线路的全长，而且在不同的运行方式下，其保护范围是不一样的，最大运行方式下的保护范围大，最小运行方式下的保护范围小，这就有可能出现

22、按最大运行方式的整定电流在最小运行方式下的保护范围不满足要求（电流速断的灵敏度是用保护范围来衡量） ，当最大运行方式和最小运行方式相差很大时，在最小运行方式下有可能没有保护范围。此外，当保护线路长短不一样时，对于短线路的保护范围可能很小或者不满足要求。115结论：电流速断保护尽管简单、经济、可靠、而且快速，但是它不能保护线路的全长，因此它不能作主保护，而且受系统运行方式和接线方式的影响很大，但总的来说，综合评价的结果，还是很好的一种保护，因此应用很普遍。三 限时电流速断保护1定义：由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，因此可以考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时

23、也能作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。2整定原则：与相邻线路的电流速断保护相配合。具体来说，保护范围除了保护本线路全长以外，还要伸到相邻线路一部分，但是不能超过相邻线路电流速断的保护范围，动作时间比相邻线路的电流速断高 0.5S。a) 保护的配合：保护配合含两个方面的涵义，第一个是灵敏度或（定值）的配合，另一个是时间的配合。限时电流速断是保护配合最典型的例子，既有定值的配合，又有时间的配合。 b) 线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作可以保证全线范围内的故障都能在 0.5S 的时间以内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求，因此可以做主保护。当然这种主保护只

24、能在 35KV 及以下要求不是很高的系统。c)限时电流速断保护的灵敏性校验为了能够保护本线路全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数Klm 来衡量，对反应增量动作的保护装置，灵敏系数的含义是:式中故障参数（如电流、电压等）的计算值，应根据实际情况合理地采用最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来选定，保护装置的动作参数，是电流整定值或电压整定值。为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，限时电流速断保护的灵敏系数 Klm 要求为 1.31.5。四定时限过电流保护1整定原则：起动电流按照躲开最大负荷电流来整定。动作

25、时间比限时电流速断再高 0.5S。2 动作时限特性是一个从负载端到电源端逐级升高的阶梯特性。这是为了保证动作的选择性，因为整定值上配合不了，只好用时间来配合，很显然这个时间特性曲线并不理想，因为越靠近电源侧的动作时间越长。五阶段式电流保护的应用及对它的评价电流速断、限时电流速断和过电流都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的整定原则来选择起动电流。即电流速断是按照躲开相邻线路出口处的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定， （或者说与相邻线路的电流速断保护相配合） ，而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。这三种电流保

26、护，速断和限时电流速断是复杂保护（因为要计算短路电流） ，而过电流保护是简单保护（因为只要看负荷电流） ，速断的定值最大，过电流的定值最小。六保护的配置1总的原则：能用简单的绝对不用复杂的（适用于所有的保护配置） 。保 护 装 置 的 动 作 参 数 值短 路 时 故 障 参 数 的 计 算保 护 范 围 内 发 生 金 属 性lm122具体的配置原则是：我们用一个 35KV 系统的情况来加以说明，如图 2-2 所示。5 4 3 2 1负载A B C D 图 2-2 阶段式电流保护的配置从负载端开始，例如对于保护 1，我们首先考虑采用过电流保护，因为在用户端发生短路故障时，从电源流过来的短路电

27、流已经很小，几乎和负荷电流差不多，用过电流保护应该是可以的；对于保护 2，首选还是过电流保护，只有当过电流保护不满足要求时，再考虑加一级电流速断或者限时电流速断；对于保护 3 也是一样；但是对于靠近电源侧的保护 4，速断、限时电流速断、过电流三种保护都要配，这个道理应该很简单，因为靠近电源侧的短路电流大，因此希望可靠切除故障。七电流保护的接线方式电流保护的接线方式，就是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。对相间短路的电流保护，目前广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。三相星形接线是将三个电流互感器与三个电流继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中线

28、上流回的电流为 İa+İb+İc，正常时此电流约为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流 3İ0。两相星形接线是用装设在 A、C 相上的两个电流互感器与两个电流继电器分别按相连接在一起，B 相既不接电流互感器也不接电流继电器，它不能反应B 相中所流过的电流，中线上流过的电流是 İa+İc。第二节 电网相间短路的方向性电流保护一问题的提出在第一节中我们讨论了单侧电源网络电流保护的配置情况，而实际上电力系统是由多个电源组成的，在多电源系统中（双侧电源系统是多电源系统中最简单的，因此我们只考虑双侧电源系统） ，如果我们还是配电流保护的话，按照单侧电源网络的原则来配置，有没有问题？为了回答这个问题，我们

29、用图 2-3 的双侧电源网络接线来进行分析。EI d1 E 4 3 5 2 6 1 7 8 A B İd1 İd1 C D图 2-3 双侧电源网络接线及保护动作方向的规定二几个前提131. 我们规定电流的正方向（包括功率的正方向）是由母线流向线路，以后如果没有特别的说明，都按这个规定。2. 在系统中任何地方发生短路故障，凡是有电源的地方，都要向故障点提供短路电流。3. 在图 2-3 所示的双侧电源接线中，由于两侧都有电源，因此，在每条线路的两侧均需装设断路器和保护装置。假设断路器 8 断开，电源 EII 不存在，则发生短路时保护 1、2、3、4 的动作情况和由电源 EI 单独供电时一样，它们之

30、间的选择性是能够保证的。如果断路器 4 断开，电源 EI 不存在，则保护 5、6、7、8由电源 EII 单独供电，此时它们之间也同样能够保证动作的选择性。如果两个电源同时存在，如图 2-3 所示，当在 BC 段的 d1 点短路时，按照选择性的要求，应该由距故障点最近的保护 2 和 6 动作切除故障，而其它的保护则不要动作切除其它 的断路器。下面我们进行分析，以离故障较近的保护 1 为例，显然，由电源EII 提供的短路电流 İd1 也将通过保护 1，如果保护 1 采用电流速断且 İd1 大于保护装置的起动电流 İ dz.1， 则 保 护 1 的 电 流 速 断 就 要 误 动 作 ； 如 果 保

31、 护 1采 用 过 电 流 保 护 且 动 作 时 限 t1t6，则 保 护 1 的 过 电 流 保 护 也 将 误 动 。 同 样 道理 对 于 保 护 5 也 会 由 电 源 EI 提 供 的 短 路 电 流 İd1 而误动。如果在 AB 段或 CD段发生短路，也会有类似的结果。分析双侧电源供电情况下所出现的这一新矛盾，可以发现有下面三个特点或规律：一是误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障；二是误动的保护都是由对侧电源供给的短路电流所引起的；三是对误动的保护而言，实际短路功率的方向照例都是由线路流向母线，显然与其应保护的线路故障时的短路功率方向相反。因此为了消除这种无选择的动作

32、，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。这样由电流元件和功率方向元件所组成的保护我们叫它为方向电流保护。很显然功率方向元件是方向电流保护中的另一个关键元件，下面我们来研究功率方向继电器。三功率方向继电器的工作原理在图 2-4（a）所示的网络接线中，对保护 1 而言，当正方向 d1 点三相短路时，如果短路电流 İd1 的给定正方向是从母线流向线路，则它滞后于该母线电压 一U个相角 d1（d1 为从母线至 d1 点之间的线 路 阻 抗 角 ， 输 电 线 路 是

33、一 种 感 性 负 载 ）， 其 值 为 0d190，如图 2-4（b）所示。 d2 d1 当反方向 d2 点短路时，通过保护 1EI 1 2 E 的短路电流是由电源 EII 供给的。此时对保护 1 如果仍按规定的电流正方向观察，则 İd2 滞 后 于 母线电压 的 相 角 将 是UII(c)U(a)(b)d1180+d2d1d2d2d1d2Ud2I14180+d2。如图 2-4（c）所示。因此，利用判别 d1 短路功率方向或者电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。图 2-4 方向继电器工作原理分析1. 定义 ： 用以判别功率方向或测定电流、电压相位角的继电器称为功率方向继电器。

34、2. 基本要求： （1） 应具有明确的方向性，即正方向发生各种故障时可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作；（2） 故障时继电器的动作有足够的灵敏度。3. 动作判据：功率方向继电器既要输入电压，又要输入电流，因此是一种多激励量继电器，很显然它要比单激励量继电器的动作原理复杂。（a） 用相位比较方式表示的动作判据90 arg -90 jjIU（b）用三角函数表示的动作判据Ujİjcos（j -lm）0式中 lm 为最大灵敏角 。 所谓最大灵敏角，是指功率方向继电器当输入电压 Uj 和输入电流 İ j 幅值确定了以后，那么功率方向继电器输出功率就与电压与电流之间的相角差有关，输出功率最大所对应的那

35、个角度叫做最大灵敏角。4. 动作特性功率方向继电器的动作特性在复数平面上是一条直线，如图 2-5 所示。+j 其动作特性是这样做出来的:在复数阻抗平面内作一条与最大灵敏角相垂直且过坐标原点的直线，这直lm 线与最大灵敏角相对应的半个平面是动作区，另外半个平面是制动区，从动作0 R 特性图可以看出，功率方向继电器的动作角度范围在理论上应该是180，当然15实际情况一般小于180。采用这种特性和接线的继电器，如果当输入激励量为 j= A、 j= A 时，UI在其正方向出口附近发生三相短路、A-B 或 C-A 两相接地短路，以及 A 相接地短路时，由于 UA=0 或数值很小，使继电器不能动作，这称为

36、继电器的“电压死区” 。当上述故障发生在死区范围以内时，整套保护将要拒动，这是一个很大的缺点，因此实际上很少采用。 5相间功率方向继电器为消灭死区的接线方式基本要求：（1） 正方向任何型式的故障都能动作，而当反方向故障时则不动作。（2） 故障以后加入继电器的电流 İj 和电压 j 应尽可能地大一些，并尽可U能使 j 接近于最灵敏角 lm，以便消除和减小方向继电器的死区。为了满足以上要求，功率方向继电器广泛采用 90接线，所谓 90接线方式是指在三相对称的情况下，当 cos=1 时，加入继电器的电流如 İA和电压BC相位相差 90（ B与 CA； C与 AB） 。这个定义仅仅是为了称呼的方便，U

37、IUI没有什么物理意义。分析功率方向继电器采用了 90的接线以后，线路上发生正方向三相短路和两相短路时可以得出，015%， t1= 0 S4.07515.求 D 母线上最大短路电流Id.Dmax= =1.4KA Idcmax2.4.35min BDAsXE 6求保护 1 限时电流速断保护的定值I“dz.1=K“kKkId.Dmax=1.151.251.4=2.012KA（与相邻线路电流速断相 配合）7求最小运行方式下线路末端 B 母线最小短路电流值Id.Bmin= KAXEABs 5.1203.823maxKLm= I“dz.2I“dz.3=K“k Id.Fmax=K“k =1.15DFBAS

38、XXEmin 140213/5=0.4KA I“dz.1=K“kI“dz.3=1.15 0.4=0.46KA 灵敏系数 K“Lm=1.5/0.46=3.31.3 满足要求 动作时限 t1=1S第三章 电网的距离保护第一节 距离保护的作用原理一 距离保护的基本概念上一章我们介绍了电流保护，电流保护的主要优点是简单、经济、可靠，因而得到了广泛的应用。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在 35KV 及以上的电压等级的复杂网络中，它们都很难满足选择性、灵敏性、以及快速性26切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离

39、保护就是适应这种要求的一种保护装置。（1）定义：距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗） ，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。前面我们已经分析过，故障时的短路阻抗 Zd 要比正常运行的负荷阻抗 Zf 小，因此，距离保护是反应阻抗降低而动作的保护装置，是一种欠量动作的继电器。二距离保护的整定原则、保护范围以及时限特性见图 3-1 距离保护的各段保护范围及时间阶梯特性。 dZAB(a) 2.dZ(b)图 3-1 三段式距离保护各段保护范围及时间阶梯特性(a)网络接线（b）时限特性和电流保护一样，距离保护一般也是三段式，叫做距离 I、II、III 段。其整定原则，也和电流保

40、护相类似。距离保护 I 段：按本线路的 80进行整定（和电流速断保护一样，也是为了保证选择性，是以牺牲保护范围为代价） ；动作时限为几十毫秒，或粗略说为零。距离保护 II 段：与相邻线路的距离保护 I 段相配合，具体来说，其保护范围是，除了本线路全长，还要伸到相邻线路，但不能超过相邻线路距离保护 I 段的范围；动作时限为高出相邻线路距离保护 I 段一个时间阶梯 0.5 秒。距离保护 III 段：躲本线路的最小负荷阻抗，具体来说，其保护范围是，本线路全长+相邻线路全长，还要伸到第 III 级的线路一部分，动作时限为 1 秒以上。从图 3-1 的时间特性我们可以看出，尽管它也是阶梯形特性，但是它是

41、从电源侧开始到负荷侧，是逐渐升高的，这和过电流保护的时间阶梯特性刚好相反。这种时间特性正好是我们所需要的。三距离保护的主要组成元件见图 3-2 所示三段式距离保护的组成元件和逻辑框图2 dABZ1 3dABZ A BdA Cdt dABLdABZt2.1t2.2 t1.2t1.3QDJZIZIIZIIItIItIII1& 出口 跳闸t2.3t1.1.27图 3-2 三段式距离保护组成元件和逻辑框图1起动元件 QDJ（振荡闭锁元件）起动元件的主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护，并和距离元件动作后组成与门，起动出口回路动作于跳闸，以提高保护装置的可靠性。起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或

42、反应于负序和零序电流的继电器构成。我们现在一般采用负序和零序电流增量继电器。2距离（阻抗）元件（ZI、ZII 和 ZIII）距离元件的主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗（亦即距离） 。3时间元件时间元件的主要作用是按照故障点到保护安装地点的远近，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。第二节 阻抗继电器和电流继电器是电流保护的核心元件一样，阻抗继电器也是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。由于阻抗继电器是欠量动作的继电器，因此只有当 ZjZ zd，亦即 Zj= 测

43、量阻抗小于等于整定阻抗 Zzd 时，jjIU阻抗继电器才能动作。阻抗继电器按其构成方式可以分为单相式和多相式两种。由于单相式比较简单，而且现在大部分也是采用单相式。因此我们只研究单相式。单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压 j（可以是相电压或线U电压）和一个电流 j（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器， j 和I j 的比值称为继电器的测量阻抗 Zj，即IZj= jjIU一二次测量阻抗 Zj与一次阻抗 Zd之间的关系见图 3-3 的网络2 dAB1 dABA CdABZZJLHYH IJUJB IBC28图 3-3 阻抗继电器的网络接线Zj= YLdYLBCLYj nZIUnI）

44、（）（上式表示了二次测量阻抗与一次阻抗之间的关系，即二次测量阻抗 Zj 等于一次阻抗 Zd 乘以电流互感器的变比再除以电压互感器的变比。二利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器（一）圆特性 圆特性的阻抗继电器最典型的有如下三种， 通常用幅值比较和相位比较两种分析方法来进行分析。1. 全阻抗继电器 全阻抗继电器是以继电器安装点为圆心，以整定阻抗 Zzd 为半径所作的一个圆，如图 3-4 所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。(a) (b)图 3-4 全阻抗继电器的动作特性 （a）幅值比较式；（ b）相位比较式幅值比较式的动作判据为 Zj Zzd相位比较式的动作判据为 270arg 90zdj2. 方向阻抗继电器方向阻抗继电器是以整定阻抗 Zzd 为直径圆周通过坐标原点的一个圆，圆内是动作区，圆外是不动作区。如图 3-5 所示。0d0 j0ZzdZjjxRZjZzd Zj-ZzdZj+Zzd0jxR0 Rjx ZzdZjZzd21Zj- ZzdLmjx0 RZzdZjlmZj-Zzd29(a) (