1、线路保护基本原理,西南交通大学电气工程学院,2,继电保护概述电流保护距离保护,主要内容,3,一、电力系统构成及运行状态电力系统的构成 发电输电变电用电电力系统的运行状态短路（电压，电流）不正常运行状态,第1节 继电保护概述,4,发生故障的后果短路电流以及电弧烧坏设备短路电流产生的热和电动力使设备的使用寿命缩短 电压降低将破坏用户工作的稳定性或影响产品质量,5,发生过负荷的后果加速了绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障电能的质量设备的寿命用户生产产品的质量,6,二、继电保护的作用,定义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 作用切
2、除故障自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。,7,反应不正常运行状态根据运行维护条件，动作于发信号或跳闸，一般不要求迅速动作（延时动作）。基本原理提取电力系统元件在三种运行状态下的“差异”；区分出三种运行状态（故障、不正常、正常）；识别出发生故障和出现异常的元件；完成继电保护任务。,8,三、对继电保护的基本要求,可靠性安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作（不误动）。依赖性在保护范围内发生应该动作的故障时应可靠动作（不拒动）。提高不误动的安全性措施与提高不拒动的依赖性措施相互矛盾。,9,选择性保护装置动作时，在可能最小
3、的区间将故障从系统中切除，最大限度的保证系统中无故障部分继续运行。只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。,10,速动性尽可能快的切除故障，以减少设备和用户在大短路电流和低电压下的运行时间，降低设备的损坏程度，提高系统运行的稳定性。需要快速切除的故障：高压输电线路上的故障（系统稳定性）；发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为0.7倍额定电压）；大容量的发电机、变压器及电动机内部发生的故障；线路导线截面过小，不允许延时切除的故障； 故障切除时间=保护装置动作时间+断路器动作时间,11,灵敏性对保护范围内发生故障和不正常运行状态的反应能力，一般用灵
4、敏系数和灵敏度衡量。增大灵敏度，增大保护动作的依赖性，但有时与保护的安全性相矛盾。上述四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础。在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。,12,第2节 电流保护原理,短路电流与电力系统运行方式电流速断保护限时电流速断保护过电流保护,最小运行方式,最大运行方式,一、短路电流与电力系统运行方式,14,二、电流速断保护（电流段） 当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护。,工作原理： 电流速断保护为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分。,
5、15,整定计算,可靠性系数，一般取1.21.3,最大运行方式下的三相短路电流,整定原则：躲开下一条线路出口处的最大短路电流。,动作电流,动作时限,没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间,16,保护范围校验,最大运行方式下三相短路时保护范围最大，最小运行方式下两相短路时保护范围最小。,线路全长,最小运行方式下两相短路时的保护范围,17,电流速断保护的评价,优点：简单可靠，动作迅速,缺点：,不可能保护线路的全长,保护范围直接受系统运行方式变化的影响。,结论：当系统运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。,18,三、限时电流速断保护（电流段）,切除本
6、线路上电流速断保护范围以外的故障，作为电流速断保护的后备保护。,工作原理,19,整定原则,保护范围必须延伸到下一条线路中去,动作带有一定的时限（选择性）,整定计算,动作电流：动作电流按躲开下一条线路流速断保护的动作电流进行整定。,保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围（速动性）,可靠系数，一般取1.11.2,下一条线路电流速断保护的动作值,20,动作时限,21,被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流,灵敏度校验,限时电流速断保护灵敏度,若灵敏度不满足要求，可采用降低动作电流的方法，使本线路限时速断保护与下一线路限时速断保护配合。,22,对限时电流速断保护的评价,优
7、点,结构简单，动作可靠能保护本条线路全长,缺点,不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，只能对相邻元件的一部分起后备保护作用。,23,四、定时限过电流保护（电流段）,反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护。,M,24,动作电流：按躲开被保护线路的最大负荷电流 ，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定。,整定原则及计算,自起动系数，取13,可靠系数，一般取1.151.25,继电器的返回系数,25,动作时限,动作时限与电流大小无关，为此称为定时限。,26,灵敏度校验,作本条线路主保护或后
8、备保护（近后备）,作为下一条线路后备保护（远后备）,27,评价,优点：结构简单，工作可靠。不仅能作为本线路的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。,缺点：越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。,28,五、三段式电流保护应用及评价,三段式电流保护：由电流速断保护、限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。评价,优点：简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。缺点：直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，故往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。,29,小 结,30,第3节 距离保
9、护原理,一、问题的提出高压长距离重负荷输电线路，负荷电流大，线路末端短路时，短路电流的数值和负荷电流相差不大，故电流保护不能满足灵敏度的要求；电流速断保护受电网运行方式的影响，保护范围不稳定，甚至无保护范围。因此，电压、电流保护作为主保护一般只适应于35kV及以下电压等级电网；对于110kV及以上电压等级的复杂电网，线路保护常采用距离保护。距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（阻抗大小）而确定动作时限的一种保护装置（阻抗保护）。,31,二、距离保护的工作原理,A,B,C,Z,正常情况下： 测量阻抗,d,故障时： 测量阻抗,1,2,3,4,32,距离保护的实质是用测量阻抗 与被保护线路的整定阻
10、抗 比较。当短路点在保护范围以外时，即 时， 继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即 时， 继电器动作。,Z,1,2,3,4,33,距离保护分为三段式：,段：Zset.3=(0.80.85)ZAB 瞬时动作,段：Zset.3=Krel(ZAB+KbraZact.2),段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性 后备保护,主保护,三、距离保护的整定,34,四、距离保护的时限特性,距离保护的动作时间 t 与保护安装处到故障点的距离 l 之间的关系称为距离保护的时限特性,= t2t,= t”2t,35,五、阻抗继电器特性单相式阻抗继电器的构成方式有两种：对电气量的幅值进行比较（比幅式阻抗继电器）和对电气量
11、的相位进行比较（比相式阻抗继电器）。,1、全阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,36,（2）相位比较,R,jX,o,R,jX,o,Zset,R,jX,o,Zset,ZK,Zset+ZK,ZKZset,ZK,ZK Zset,Zset+ZK,ZK,Zset+ZK,ZK Zset,（a）测量阻抗在圆上 （b）测量阻抗在圆内 （c）测量阻抗在圆外,动作与边界条件：,（a）,（b）,（c）,37,2、方向阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,R,jX,o,Zset,ZK,（2）相位比较,动作与边界条件：,或,（a）幅值比较的分析,38,3、偏移特性阻抗继电器,（1）幅值比较,动作与边界条件：,Zset,Zk,o,ZkZoo,39,（2）相位比较,动作与边界条件：,ZKZset,ZK+Zset,40,四边形阻抗继电器的动作特性在复平面上是各种形状的四边形，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为非动作区。,由于圆特性阻抗继电器存在以下两个缺点：,受短路点过渡电阻的影响较大；长距离重负荷线路时,躲负荷阻抗的能力差。,因此推出四边形阻抗继电器。,4、具有四边型特性的阻抗继电器,
