继电保护分析与应用毕业论文

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1、中文题目（继电保护分析与应用） 摘 要 继电保护已经成为电力系统中不可或缺的重要部分，本文将对继电保护原理进行介绍和分析。电网相间短路的电流保护是根据短路时电流增大的特点构成的，在单侧电源辐射形网络中采用阶段式电流保护，它由无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护组成，可根据实际情况采用两段式或三段式。无时限电流速断保护、限时电流速断保护共同构成电流的主保护，定时限过电流保护是本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。 设计首先是对保护原理进行分析，保护的整定计算及灵敏性效验。设计内容包括原理分析、保护整定计算和灵敏性校验。电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常

2、运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。电力系统继电保护的基本作用是：全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警信号等措施，以求最大限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的求，电子技术、计算机技术与通讯技术的飞速发展又为电力系统继电保护技术的发展不断地注入了新的动力。本文主要对继电保护的发展以及其应用原理和新型微机保护的工作原理进行分析探讨。关键词：继电保护 设计原理 故障分析 英文题目（Relay protection analysis and appl

3、ication） Abstracts Relay protection has become an important part of power systeem,this paper will introduce and analyze the principle of relay protection Grid and short-circuit current protection is according to the characteristics of the short circuit current increases when, in the unilateral power

4、 radiation form network using phase current protection, it is no time limit current instantaneous fault protection, current instantaneous fault protection, fixed time limit over current protection, according to the actual situation with two stages or higher. No time limit current instantaneous fault

5、 protection, fault protection constitute the main protection of current electric velocity, definite time overcurrent protection is this line nearly far backup protection backup protection and adjacent lines. Design is first analyze the protection principle, protection setting calculation and sensiti

6、vity efficacy. Design content including principle analysis, protection setting calculation and sensitivity calibration. Power system relay protection is reflected in the power system electrical equipment failure or abnormal running status and action in the circuit breaker tripped or the signal an au

7、tomatic device. Power system relay protection is the basic role of: within the scope of whole system, according to the specified partition in real-time detection of various faults and abnormal operation, rapid and timely take measures such as fault isolation or alarm signal, in order to maximize the

8、 stability of the support system, keeping the continuity of power supply and guarantee personal safety, prevent or reduce the damage to the equipment. With the rapid development of electric power system of relay protection continuously put forward new, electronic technology, the rapid development of

9、 computer technology and communication technology and the development of power system relay protection technology constantly injected new impetus. This article mainly to the development of relay protection and its application principle and the working principle of new type of microcomputer protectio

10、n is analyzed.Keywords: Relay protection Design principle Failure analysis目 录第一章 继电保护概论1（一）继电保护技术的发展11.继电保护技术的简史12.继电保护技术的前景2（二）继电保护的作用与原理41.继电保护的作用与意义4继电保护的基本原理和保护装置的组成4第二章 继电保护技术应用与分析6（一）继电保护装置使用条件61.电力系统对继电保护的基本要求6（二）110kV变电站常配保护71.主变常配保护72.110kV母线的保护配置83.输电线路保护配置113.1距离保护113.2零序电流保护153.3保护配置的整定4

11、4第三章 结论56第一章 继电保护概论一、继电保护技术的发展 现代人们的生活离不开电，而电需要有电网来传输和分配，那么电网的安全就成为了我们必须解决的问题，然而继电保护应时而生，随着一百多年的发展，现今我国的继电保护水平已是世界前列。1.继电保护技术的简史 上世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器，本世纪初，随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电

12、压比较的保护原理，并导致了本世纪29年代初距离保护的出现。随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率或相位的高频保护装置。在50年代，微波中继通讯开始应用与电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。早在50年代就出现了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想。经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通讯将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革.

13、50年代以前的继电保护装置都是由电磁型感应型或电动型继电器组成的这些继电器统称为机电式继电器. 本世纪50年代初由于半导体晶体管的发展开始出现了晶体管式继电保护装置称之为电子式静态保护装置.70年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期满足了当时电力系统向超高压大容量方向发展的需要.80年代后期标志着静态继电保护从第一代(晶体管式)向第二代(集成电路式)的过渡.目前后者已成为静态继电保护装置的主要形式. 在60年代末有人提出用小型计算机实现继电保护的设想由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究对后来微型计算机式继电保护(简称微机保护)的发展奠定了理论基础.70年代后半期比较完善的微机保护样机

14、开始投入到电力系统中试运行. 80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋于成熟并已在一些国家推广应用这就是第三代的静态继电保护装置.微机保护装置具有巨大的优越性和潜力因而受到运行人员的欢迎.进入90年代以来它在我国得到了大量的应用将成为继电保护装置的主要型式.可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来将成为未来电力系统保护控制运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.2.继电保护技术的前景 我国继电保护技术的发展是随着电力系统的发展而发展的,电力系统对运行可靠性和安全性的要求不断提高,也就要求继电保护技术做出革新,以应对电力系统新的要求。熔断器是我国最初使用的保护装置,随着电力事业的发展

15、,这种装置已经不再适用,而继电保护装置的使用,是继电保护技术发展的开始。我国的继电保护装置技术经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式的发展历程。 随着科技时代的来临,我国的继电保护技术,也开始走向了科技时代。在未来的一段时间内,我国继电保护的技术主要是朝微机继电保护技术方向发展。 与传统的继电保护相比,微机保护有其新的特点。一是全面提高了继电保护的性能和有效性。主要表现在其有很强的记忆力,可以更有效的采取故障分量保护,同时在自动控制等技术,如自适应、状态预测上的使用,使其运行的正确率得到进一步提高。二是结构更合理,耗能低。三是其可靠性和灵活性得到提高,比如其数字元件不易受温度变化影响,具有

16、自检和巡检的能力,而且操作人性化,适宜人为操作。而且可以实现远距离的实效监控。 微机继电保护技术的这些特点,使得这项技术在未来有着广阔的发展前途,特别是在计算机高度发达的21世纪,微机继电保护技术将会有更大的拓展空间。在未来继电保护技术将向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展的趋向发展。 我国应当在继电保护技术上增加投入,以便建立一套适应现代电力系统安全运行保障要求的继电保护技术,在继电保护装置的使用上要注意及时的更新,适应我国各方面对电力安全使用的要求,为在未来切实的做好继电保护工作提供最基本的设备支持。同时还应该掌握世界继电保护技术的发展,在微机继电保护技术上进一

17、步的增强研究引进的力度,使我国的电力系统的安全系数达到世界先进水平,为我国强势的经济增长速度提供更完善的电力支持。二、继电保护的作用与原理1.继电保护的作用与意义 电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。 继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。继电保护的基本原理和保护装置的组成 反应系统正常运行与故障时电器元件（设备）一端所测基本参数的变

18、化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）运行参数：I、U、Z 反应 I过电流保护 反应 U低电压保护反应 Z低阻抗保护(距离保护) 反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理） 以A-B线路为例： 规定电流正方向：保护处母线被保护线路规定电压正方向：母线高于中性点 利用以上差别，可构成差动原理保护。 如：纵联差动保护； 方向高频保护； 相差高频保护等。保护装置的组成部分 输入测量逻辑执行 输出信号 信号 整定值第二章 继电保护技术应用与分析一、继电保护装置使用条件1.电力系统对继电保护的基本要求动作于跳闸的继电

19、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， 图13 单侧电源网络中，又分为远后备和近后备。

20、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

21、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。二、110kV变电站常配保护1.主变常配保护主保护：瓦斯及纵差保护。后备保护：10KV过电流：1.0s跳分段；1.5s跳主变本侧 35KV复合电压方向过流：1.5s跳分段，2s跳主变本侧35KV复合电压过流：4s跳主变三侧。110KV复合电压过流：2.5s跳母联；3.5s跳主变本侧4s 跳主变三侧中性点接地投：110KV中性点零序过流：1.5s跳母联；2.0s跳主变本侧；2.5s跳主变三侧；中性点不接地投：110KV中性点零序（间隙）过流：0.5s跳主变三侧110KV中

22、性点零序过电压：0.5s跳主变三侧2.110kV母线的保护配置 电力系统中的母线是具有公共电气连接点,它起着汇总和分配电能的作用。所以发电厂和变电站中的母线是电力系统中的一个重要组成元件。母线运行是否安全可靠,将直接影响发电厂,变电站和用户工作的可靠性,在枢纽变电所的母线上发生故障时,甚至会破坏整个系统的稳定。 引起母线短路故障的主要原因有:由于空气污溃,导致断路器套管及母线绝缘子的闪络；母线电压和电流互感器的故障；运行人员的误操作,如带负荷拉隔离开关、带接地线合断路器。母线故障的类型,主要是单相接地和相间短路故障。与输电线路故障相比较,母线故障的几率虽较小,但造成的后果却十分严重。因此,必须

23、采取措施来消除或减少母线故障所造成的后果。 由设计的已知条件可知,110kV母线均是采用单母线接线,对于单母线我们可以采用母线完全电流差动保护。母线完全差动保护的原理接线图如图所示,和其它元件的差动保护一样,也是按环流法的原理构成。在母线的所有连接元件上必须装设专用的电流互感器,而且这些电流互感器的变比和特性完全相同,并将所有电流互感器的二次绕组在母线侧的端子互相连接,在外侧的端子也互相连接,差动继电器则接于两连接线之间,差动电流继电器中流过的电流是所有电流互感器二次电流的相量和。这样,在一次侧电流总和为零时,在理想的情况下,二次侧电流的总和也为零。此图为母线外部K点短路的电流分布图,设电流流

24、进母线的方向为正方向。图中线路I,II接于系统电源,而线路III则接于负载。(1)在正常和外部故障时(K点),流入母线与流出母线的一次电流之和为零,即:而流入继电器的电流为:因电流互感器变比nTA相同,在理想情况下流入差动继电器的电流为零,即Ig=0 但实际上,由于电流互感器的励磁特性不完全一致和误差的存在,在正常运行或外部故障时,流入差动继电器的电流为不平衡电流。其中Iunb是电流互感器特性不一致而产生的不平衡电流。 母线故障时,所有有电源的线路,都向故障点供给故障电流,即:其中Ik是故障点的总短路电流,此电流数值很大,足以使差动继电器动作。电流差动保护配置的整定a）差电流起动元件整定差电流

25、起动元件的动作电流满足两个整定条件：（1） 按躲开母线外部的最大不平衡电流整定，即： krel可靠系数，取1.3kLH电流互感器变比误差，取0.1kfzq非周期分量系数，一般电流继电器取1.52Id.max母线差动保护外部短路时流过的最大短路电流。（2）电压闭锁元件 三个相间电压元件的动作电压按躲开正常运行的最底电压整定，由于母线短路时的电压闭锁元件的灵敏度较高，为简化计算可直接取.Udzj=6065v。 复合电压闭锁元件整定、负序电压元件动作电压按经验公式：Udz.2=（0.060.09）Ue，零序电压元件动作电压按经验公式Udz.0=（1520）v。负序电压元件和零序电压元件的灵敏度应高于

26、差电流起动元件灵敏度。3.输电线路保护配置3.1距离保护 电流保护的主要优点是简单，可靠，经济，但它的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷，长距离，电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性，灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能完善的保护装置，因而就引入了“距离保护”。距离保护是反馈故障点至保护安装点之间的距离或阻抗，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离或阻抗继电器，它可根据其端子所加的电压和电流侧知保护安装处至短路点之间的阻抗值，此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗。其主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小；相反地，短路点距离保护

27、安装点越远，其测量阻抗越大，动作时间就越长。这样就可保证有选择地切除故障线路，如图所示，K点短路时，保护1的测量阻抗是Zk，保护2的测量阻抗是（ZAB+ZK）。由于保护1距离短路点较近，而保护2距离短路点较远，所以，保护1的动作时间就比保护2的短。这样故障就由保护1动作切除，不会引起保护2的误动作。这种选择性的配合是靠适当的选择各保护的整定阻抗值和动作时限来完成的。(a)距离保护的基本构成距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小（距离大小）的阻抗继电器为主要元件（测量元件），动作时间具有阶梯性的相间保护装置。当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大雨预定值时，表示故障点在保护范围之外，保护

28、不动作当上述阻抗小于预定值时，表示故障点在保护范围之内，保护动作。当再配以方向元件（方向特性）及时间元件，即组成了具有阶梯特性的距离保护装置。(b)距离保护的应用距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择性的较快的切除相间故障。当线路发生单相接地故障时，距离保护在有些情况下也能动作；当发生两相短路接地故障时，它可与零序电流保护同时动作，切除故障。因此，在电网结构复杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时，则应考虑采用距离保护装置。（c）距离保护各段动作特性 距离保护一般装设三段，必要时也可采用四段。其中第I段可以保护全线路的80%85%，其动作时间一

29、般不大于0.030.1s（保护装置的固有动作时间），前者为晶体管保护的动作时间，后者为机电型保护的动作时间。第II段按阶梯性与相邻保护相配合，动作时间一般为0.51.5s，通常能够灵敏而较快速地切除全线路范围内的故障。由I、II段构成线路的主要保护。第III（IV）段，其动作时间一般在2s以上，作为后备保护段。(d)距离保护装置特点1）由于距离保护主要反映阻抗值，一般说其灵敏度较高，受电力系统运行方式变化的影响较小，运行中躲开负荷电流的能力强。在本线路故障时，装置第I段的性能基本上不受电力系统运行方式变化的影响（只要流过装置的故障电流不小于阻抗元件所允许的精确工作电流）。当故障点在相邻线路上时

30、，由于可能有助增作用，对于地II、III段，保护的实际动作区可能随运行方式的变化而有所变化，但一般情况下，均能满足系统运行的要求。2）由于保护性能受电力系统运行方式的影响较小，因而装置运行灵活、动作可靠、性能稳定。特别是在保护定值整定计算和各级保护段相互配合上较为简单灵活，是保护电力系统相间故障的主要阶段式保护装置。(e)距离保护定值计算中所用分支系数的选择及计算分支系数的正确计算，直接影响到距离保护定植及保护范围的大小，也就影响了保护各段的相互配合及灵敏度。正确选择与计算分支系数，是距离保护计算配合的重要工作内容之一。1）对于辐射状结构电网的线路保护配合时这种系统，其分支与故障点之位置无关。

31、计算时故障点可取在线路的末端，主电源侧采取大运行方式，分支电源采用小运行方式。2）环形电力网中线路保护间分支系数的计算这种电力网中的分支系数随故障点位置的不同而变化。在计算时，应采用开环运行的方式，以求出最小分支系数。3）单回辐射线路与环网内线路保护相配合时应按环网闭环运行方式下，在线路末端故障时计算。4）环网与环网外辐射线路保护间相配合时应按环网开环计算。应该指出，上述原则无论对于辐射状电网内，还是环形电网内的双回线与单回线间的分支系数的计算都是适用的。3.2零序电流保护 大接地电流系统是在接地电力系统中性点直接接地或经低阻抗接地的三相系统，当发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以叫大接

32、地电流系统。 小电流接地系统是中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，又称中性点间接接地系统。当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统被称为小电流接地系统 利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。对 l10kV 以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流(接地)保护， 作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。一）、零序电流保护及其在系统中的作用不对称短路的计算相当于在短路点增加了一个额外附加阻抗的三相短路如下:可见零序电流的大小与系统运

33、行方式有关。但零序电流在零序网罗中的分布只与零序网络的结构以及变压器中性点接地的数目和位置有关。图3-31（ b）为其短路计算的零序等效网络。在零序等效网络中，零序电流看成是故障点F出现一个零序电压UF0产生的，其方向取由母线流向故障点为正。零序电压的方向采用线路高于大地的电压为正。这样，A母线的零序是电压表示为。 （3-48）该处零序电压与零序电流之间的相位差是由Z0T1的阻抗角决定的，与线路的零序阻抗无关，线路两端零序功率方向实际上都是由线路流向母线，与正序功率的方向相反 利用零序分量构成线路接地短路的继电保护装置，由于工作原理与结构简单，不受负荷电流影响，保护范围比较稳定，正确动作率高达

34、97%等优点，在我国大接地电流系统的不同电压等级电网的线路上，广泛装设带方向性和不带方向性的多段式零序电流保护，作为反应接地短路的基本保护。二）、中性点直接接地系统变压器中性点接地原则中性点直接接地系统发生接地短路时，线路上零序电流的大小和分布，主要决定于电网中线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗 以及中性点接地变压器的数目和位置，对于变压器中性点接地的原则：（1）发电厂及变电站低压侧有电源的变压器，若变电站中只有单台变压器运行，其中性点应接地运行，以防止出现不接地系统的工频过电压。 （2）自耦变压器和有绝缘要求的其它变压器其中性点必须接地运行；（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为

35、宜。当T接变压器低压侧有电源时，则应采取防止接地故障时产生工频过电压的措施 ，最好故障时将小电源解裂；（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后再将其断开。（5）从保护的整定运行出发，还应做如下考虑：变压器中性点接地运行方式的安排，应尽量保持同一厂（站）内零序阻抗基本不变，如：有两台及以上变压器时，一般只将一台变压器中性点接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中的一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地的变压器直接接地。 如图3-32所示的系统发生接地短路时，可以清楚看出零序电流的数值和

36、分布与变压器中性点接地有很大关系。只有变压器T1的中性点直接接地，当F点发生单相接地短路时，由于变压器T2的中性点不接地，所以零序电流只流经T1而不流向T2。T1的侧绕组中虽然感应有零序电流，但它只在侧绕组中环流而不能流向侧的引出线。在图3-32（b）中，变压器T1、T2的中性点都直接接地。所以在F点发生单相接地时，零序电流经由T1、T2两条路径形成回路。在图3-32（c）中，变压器T1和T2的三个中性点都直接接地，当T2的低压侧F点发生单相接地时，不仅T2低压侧线路有零序电流，而且T1与T2之间的线路上也有零序电流。三）、三段式零序电流保护的整定采用三相完全星形接线方式的相间电流保护，由于其

37、动作电流较大，用来反应单相接地短路，灵敏性可能不满足要求。为了反应接地短路，必须装设专用的接地保护。1 零序电流速断保护零序电流速断保护为了保证选择性，其保护范围不超过本线路末端，启动电流应按以下原则整定。（1）躲过被保护线路末端接地短路时的最大零序电流3I0max，即 （3-49）式中可靠系数，取1.21.3。在接地短路中，应以常见的故障类型和故障方式为依据。 1）只考虑单一设备故障。对两个或两个以上设备的重叠故障，可视为稀有故障，不作为整定保护的依据。2）只考虑常见的，在同一点发生单相接地或两相短路接地简单故障，不考虑多点同时短路的复杂故障。当网络的正序阻抗等于负序阻抗时，即Z1=Z2，则

38、在同一地点发生单相接地或两相接地短路的短路电流分别为： ； 如果Z0Z1时，启动电流应采用单相接地短路时的零序电流来整定；而当Z1 Z0时，启动电流应采用两相接地短路时的零序电流来整定。（2）躲过断路器三相触头不同时接通时所引起的最大零序电流。1）断路器先接通一相，相当两相断线时，零序电流为 （3-50）2）断路器先接通两相，相当一相断线时，零序电流为 （3-51） 上两式、E2断线点两端系统的等值电势，考虑最严重情况，与的相位差为180。、从断线点看进去网络正序、零序综合阻抗。对于（3-50）、（3-51）两式，取其中的较大者进行整定计算。（3）在装有综合重合闸的线路上，应躲过非全相状态下又

39、发生振荡所出现的最大零序电流。保护装置的灵敏性是以保护范围的长度来衡量。零序电流速断保护的长度不小于被保护线路全长的（1520）%。如果按这一条件整定，在正常情况下发生接地故障时，其保护范围太小，不满足要求，通常可以设置两个零序I段保护，一个按条件（1）、（2）整定的零序I段（称灵敏I段），其主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，在单相重合闸启动时，将其闭锁，另一个是按条件（3）整定的I段（称不灵敏I段）装设的目的是在单相重合闸过程中，又发生接地故障时起保护作用。2零序电流限时速断保护零序电流限时速断保护的动作范围应包括线路的全长，启动电流按以下原则整定。（1）启动电流应与下一线路零

40、序电流速断保护配合，即躲过下一线路零序I段保护范围末端接地短路时，通过本保护的最大零序电流。 （3-52）相邻线路有多条出线时，上式的应选择其中的最大者。为可靠系灵敏，取1.1；Kob为最小分支系数，其值等于下一线路零序I段保护范围末端接地短路时，流经故障线路与本线路的零序电流之比的最小值。动作时限为0.5秒。用被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流进行灵敏度校验，灵敏系灵敏。若灵敏度校验不合格，改用下面两种方法整定。（2）与下一段线路零序电流限时速断保护相配合进行整定，即， （3-53）时限再抬高一级，取11.2秒。（3）保留灵敏度校验不满足要求，时限为0.5秒的零序段。一人定值较

41、大，能在正常运行方式或最大运行方式下，以较短的延时切除本线路的接地短路，另一个则具有较长的延时，保护各种运行方式下线路末端接地短路时，具有足够的灵敏系数。3、零序过电流保护零序过电流保护主要作为本线路零序I段和零序段的近后备和相邻线路、母线、变压器接地短路的远后备保护。在终端线路上可以作为主保护使用。启动电流以下面原则进行整定。（1）躲过相邻线路出口处三相短路时所出现的最大不平衡电流， （3-54）（2）启动电流按逐渐配合的原则整定，即本线路零序过电流保护的保护范围不能超出相邻线路上零序过电流的保护范围。逐级配合的原则是保证电网保护有选择性动作的重要原则，不遵守这条原则就难免出现保护越级跳闸。

42、例如：假定图3-33中三段式零序电流保护A没有按上述原则严格地与相邻线三段式零序电流保护B相配合。尽管保护B的第二段对线路B末端故障有足够灵敏度，保护A的第三段在动作时间上大于保护B的第二段动作时间，但是保护A第三段在灵敏度上与保护B的二、三段不配合，其动作特性如图3-33所示，出现相互交错的情况，如图中打叉部分。此时，虽然在线路B上发生的金属性接地故障，仍可以由保护B的第一段或第二段动作，有选择地切除故障，但在下述许多情况下，如果保护B第二段不能可靠动作，则可以导致保护A越级跳闸。1）在线路B末端发生经大过渡电阻的接地故障（如对树放电，对竹子放电等）时，保护B第二段不一定能动作，但第三段可以

43、动作。然而保护A第三段因为其动作特性与保护B第三段重迭，也可能同时动作，后果是造成线路A不必要地被切断。2）线路B的始端断路器因故断开一相，但负荷较轻，其两相运行零序电流较小，不足以起动保护B第三段。这本来完全可以由运行人员手动处理，或依靠断路器非全相保护动作，跳开三相断路器，但由于保护A第三段的灵敏度与保护B第三段不配合，它反而可能动作而越级跳开A断路器。3）在线路C发生金属性接地故障而其断路器因故拒绝动作时，本来可以靠保护B作为后备，跳开B断路器，但由于保护A与保护B动作特性重迭，因而可能导致断路器A越级跳闸。上述配合原则，不仅适用于第一次故障的情况，还应该同样适用于重合闸过程中又发生故障

44、（单相重合过程中健全相又故障）和重合于永久性故障的情况。当零序电流保护作近后备时，校验接地短路点在被保护线路的末端，要求灵敏系数；而作为远后备时，校验接地短路点在相邻线路的末端，要求灵敏系数。按上述原则整定的零序过电流保护，起动电流一般较小，因此，当本电压级电网内发生接地短路时，凡零序电流流过的各个保护都能起动，为了保证各保护之间动作的选择性，它们的动作时限应按阶梯原则来选择，与相同故障电流保护时限特性一样，所不同的时是接地故障零序电流保护的动作时限不须从离电源最远处的保护开始逐级增大，而相间故障的电流保护的动作时限则必须从离电源最远处的保护开始逐级增大，如图3-34所示（其中时间阶梯特性1代

45、表零序电流保护的时限特性，2代表相同短路电流保护的时限特性）。这是因为变压器T1的侧以后无零序电流流通之故。四）、零序电流滤过器线路零序电流保护的零序电流，除了单台Y，d变压顺单回出线的变电所，可以取自变压器中性点电流互感器之外，一般都取自线路三相电流互感器组成的零序电流滤过器。微机保护用的，一般由软件构成。一般变压器的零序电流保护，可以自变压器中性点电流互感器取得零序电流。但对自耦变压器，由于不是所有接地故障都能在变压器中性点产生具有一定方向、并且幅值足够的零序电流，所以它的零序电流保护，一般不是从变压器中性点取得零序电流，而是从变压器出口零序电流滤过器取得零序电流。例如：当在图3-35中所

46、示的自耦变压器的高压侧发生接地故障时，高压绕组通过零序电流，并产生零序安匝。它的一部分为三次绕组产生的零序安匝III0NIII所抵销，剩下部分才分为二次绕组产生的安匝III0NII所抵销。而一、二次安匝的比例关系又决定于二次绕组所在电网零序综合阻抗的值，当为某一值时，一、二次安匝比可能等于一、二次匝数比，即 此时，一、二次电流大小相等，但方向相反，即 一、二次电流将在共用的绕组中完全抵销，因而在中性点不出现电流；当大于此值时，中性点零序电流将与高压侧故障电流同相；当小于此值时，中性点零序电流又将与高压侧故障电流反相。采用零序电流滤过器方式时，由于三个电流互感器的变比误差不一致以及励磁电流有差异

47、等原因，正常时就存在不平衡电流。当发生相间故障时，一次电流增大，不平衡电流也将随之增大，在整定灵敏的零序电流保护时，必须考虑这个因素。用三相电流互感器构成的零序电流滤过器的原理图如图3-36所示。由图可知 （3-55）对于三相对称的正序电流或负序电流，其输出电流为零，即，对于零序电流，则。由此可知，这种零序电流滤过器的输出电流实际上就是电流互感器星形接线方式的中线电流。因此，在继电保护的具体接线中并不需要专设一组电流互感器来构成零序电流滤过器，只要把零序保护的电流线圈直接串接在相间短路保护用电流互感器的中线上即可。图3-37示出了一个电流互感器的等效电路，若考虑励磁电流的影响，则二次电流与一次

48、电流的关系为 （3-56） 于是，这种零序电流滤过器的等效电路可用图3-38表示，其输出电流为 =+ =（）（） （3-57）在电网正常运行或发生非接地相间短路故障时，滤过器的输出电流为 =（）= （3-58） 式中称为零序电流滤过器的不平衡电流，它是由于三个电流互感器励磁电流不完全相等和三相不完全对称而产生的。电流互感器铁芯饱和特性的差异和制造过程中的其它差异，都会引起励磁电流的变化。当系统发生相间短路时，电流互感器的一次电流很大，且含有大量的非周期分量，使铁芯饱和程度加剧，不平衡电流也较大。五）、方向性零序电流保护1零序功率向方向继电器的动作特性及其接线。在大接地电流系统中，如果线路两端的

49、变压器中性点都接地，当线路上发生接地短路时，在故障点与各变压器中性点之间都有零序电流流过，其情况和两侧电源供电的辐射形电网中的相间故障电流保护一样。为了保证各零序电流保护有选择性动作和降低定值，就必须加装方向继电器，构成零序方向电流保护，使得零序方向电流保护在母线向线路输送零序功率时退出，而线路向母线输送零序功率时投入。正确的零序功率方向继电器的动作特性和接线，应在被保护线路正方向接地故障时，使零序电流与零序电压的相位关系进入继电器动作区的较灵敏部分。当电流自母线流向线路为正，电压以线路高于大地为正时，线路正方向故障，零序电流越前零序电压180-，为变电所变压器零序阻抗的阻抗角。如果为85，则

50、零序电流越前零序电压95。目前常用的零序功率方向继电器动作特性，根据制造厂习惯不同，有最灵敏角为电流越前电压100110和最灵敏角为电流滞后电压70两种，见图3-39（a）和图3-39（b）。前一种与正方向故障情况相一致，其电流和电压回路的极性应分别与零序电流互感器和零序电压互感器的同极性相连接，如图3-40中的继电器A；后一种的零序功率方向继电器，应将其电流线圈套中标有“”号的端子与零序电流滤过器标有“”号的端子相联接，以输入；而继电器电压线圈标有“”号的端子与零序电压滤过器未标“”号的端子联系，以取得，这一点在实际工作中应予注意。2 利用一次负荷电流和运行电压检查零序功率方向继电器零序功率

51、方向继电器是比较零序电压与零序电流之间的相位关系来判别方向的。在运行中，很大一部分零序电流方向保护的误动作，是由于零序功率方向继电器交流回路接线不正确所致。为了防止接线不正确引起的误动作，对于新安装的保护在运行前除了必须查明零序功率方向继电器的动作特性和端子极性以及正确连接由互感器端子箱到继电器的电流和电压回路的接线之外；还可以利用一次负荷电流和正常运行电压，用试验的方法证明继电器接线是否正确。在线路带负荷情况下，检查零序电流方向保护向量的步骤如下：（1）首先用一组TV专供零序电流方向保护做相量检查用，其它线路运行设备，由另一组TV供电。（2）在TV端子箱处，将开口三角绕组的接线进行改接，使方

52、向元件有电压。由于各站TV接线方式不同，可根据现场情况模拟A相或B相或C相接地（见表3-1）。表3-1 带负荷后零序电流方向保护相量的分析（3）在保护盘处，测量开口三角的L对星形端A、B、C的电压，以确定方向元件所加电压相位是否正确。（4）零序方向元件依次通入电流。（5）测三相负荷电流相位，与盘表核对。确定功率因数角及功率送受情况。（6）开口三角绕组改线后，方向元件端子上电压，应符合表3-1所列数值。（7）分析判断。模拟哪相接地，即应以该相电压为基准，根据功率继电顺的动作特性，画出继电器动作区。通入哪些电流，即应以该电流同相之相电压为基准，画出四个象限。纵坐标表示有功线，横坐标表示无功线。电流

53、相量确定后，即可明显看出继电器动作状态，见表3-2。表3-2 测量结果功率送受情况+P+QP+QPQ+PQ通入电流IAIBICIAIBICIAIBICIAIBIC模拟A相接地+0000+0+0相拟B接地+000+000+模拟C相接地0+000+00注 表中是功率因数角在090间变化时继电器动作情况，当功率因数角确定后，不定应为动作或不动。改接开口三角绕组接线时，零序电压回路出现100V，应采取措施，防止零序过压继电器烧毁。L端对星形接线绕组电压值，按开口三角绕组TV电压=100V，TV星形侧线电压=100V，相电压=为基准进行计算的，基准值变化时，交影响L点对星形侧各点的电压值。3零序功率方向

54、继电器的使用原则电力系统事故统计材料表明，大接地电流系统电力网中，线路接地故障占线路故障总数的80%90%，零序电流方向保护的正确动作率约97%，是高压线路保护中正确动作率最高的一种。零序电流方向保护具有原理简单、动作可靠，设备投资小，运行维护方便，正确动作率高等一系列优点。因此，在我国大接地电流系统不同电压等级电力网的线路上，都装设了这种保护作为基本保护。然而，在运行实践中，零序功率方向继电器误动作时有发生。为了提高零序电流保护动作可靠性，简化其回路，零序功率方向继电器的使用原则如下：（1）除了采用方向元件后，能使保护性能有较显著改善的情况外，对于动作机率最多的零序电流保护的瞬时段，特别是“

55、躲非全相I段”，以及起后备作用的最末一段，应不经方向元件动作跳闸。（2）其它各段，如实际选用的定值，可以不经方向元件能保证选择性并有一定灵敏度时，也不宜经方向元件动作跳闸。（3）对于平行双回线，特别是对采用单相重合闸的平行双回线，如果互感较大，零序电流保护的有关延时段，必要时也包括灵敏I段，一般以经过零序方向元件控制为宜，因为这样要以不必考虑非全相运行情况下双回线路保护之间的配合关系，可以改善保护工作性能。（4）方向继电器的动作功率，应以不限制保护动作灵敏度为原则，一般要求在发生接地故障且当零序电流为保护启动值时，应有2以上的灵敏度。六）、对零序电流保护的评价在大接地电流系统中，采用零序电流保

56、护与采用三相完全是形接线的电流保来反应接地故障相比较，前者具有较突出优点：（1）相间短路的过电流保护，其动作电流按躲过最大负荷电流来整定，一般为57A，而零序过电流保护则是按躲过最大不平衡电流整定的，其动作电流一般为24A。由于发生单相接地短路时，故障相电流与零序电流相等。因此，零序过电流是保护有较高的灵敏度。（2）零序过电流保护的动作时限，不必与y，d接线变压器的d侧线路保护的动作时限相配合，故动作时限比相间保护的动作时限小。（3）线路零序阻抗较正序阻抗大，X0=（23.5）X1，故线路始端与末端接地短路，零序电流变化显著，系统运行方式改变时，零序电流变化较小，因此零序速断保护的保护范围较大

57、，对于一般的中、长线路可以达到线路全长的70%80%，性能与距离保护相近，并且保护范围比较稳定，零序II段的灵敏系数也易于满足要求。（4）保护安装地点正方向附近接地短路，零序功率方向继电器没有电压死区，而相间短路保护功率方向继电器有死区。（5）保护不受负荷和系统振荡的影响，而相间短路电流保护则受系统振荡、短时过负荷的影响而可能误动作，必须采取防止措施。零序电流保护反应于零序电流的绝对值，受故障过渡电阻的影响较小。零序电流保护也存在一些缺点，有：（1）当电流回路断线时，可能造成保护误动作，这是一般较灵敏的保护的共同弱点，需要在运行中注意防止。就断线机率而言，它比距离保护电压回路断线的机率要小得多

58、，如果确有必要，还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。（2）当电力系统出现不对称运行时，也要出现零序电流，例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行，单相重合闸过程中的两相运行，三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期，母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下，由于隔离开关或者说断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流（图3-41），以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流，特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下，可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等，都可能使零序电流保护起动。（3）地理位置靠近的平行线路，当其中一条线路故障时

59、，可能引起另一条线路出现感应零序电流，造成反方向侧零序方向继电器误动作。对于此种情况，可以改用负序方向继电器，来防止上述方向继电器误判断。七）、零序电流保护与重合闸配合使用1在采用单相重合闸的线路上，零序电流保护最末一段的时间要躲过线路的重合闸周期，其原因是：1）零序电流保护最末一段通常都要求作相邻线路的远后备保护以及保证本线经较大的过渡电阻（220KV为100）接地仍有足够的灵敏度，其定值一般整定得较小。线路重合过程中非全相运行时，在较大负荷电流的影响下，非全相零序电流有可能超过其整定值而引起保护动作。2）为了保证本线路重合过程中健全相发生接地故障能有保护可靠动和切降故障，零序电流保护最末一

60、段在重合闸启动后不能被闭锁而退出运行。综合上述两点，零序电流保护最末一段只有靠延长时间来躲过重合闸周期，在重合过程中既可不退出运行，又可避免误动。当其定值躲不过相邻线非全相运行时流过本线的时，其整定时间还应躲过相邻线的重合闸周期。2与三相重合闸配合使用的零序电流方向保护（1）零序电流一段保护阶段式零序电流方向保护的一段，在整定时要避越正常运行和正常检修方式下线路末端（不带方向时应为两端母线）单相及两相接地故障时流经被保护线路的最大零序电流。当零序电流保护与三相重合闸配合使用时，由于线路后重合侧断路器合闸不同期造成瞬时性（断路器三相合闸不同期时间，实际可能达到4060ms）非全相运行，也产生零序

61、电流。当躲不过这种非全相的最大零序电流时，不带时限的一段保护将发生误动作。避越线路末端故障整定是绝对必须的。如果该定值又大于避越断路器不同期引起的非全相零序电流整定值，那么，只需要设置一个不带时限的一段电流保护。如果断路器不同期引起的非全相零序电流大于末端故障的零序电流时，或者按躲非全相情况整定；或者在三相重合闸时给躲不开非全相运行零序电流的第一段带0.1s的时限；或者按两个第一段，一个按躲非全相情况整定不带时限，另一个按躲末端故障整定，但在重合闸后加0.1s时限或退出工作。综上所述，在三相重合闸配合作用时，零序电流方向保护装置必须具备实现两个第一段（灵敏一段与不灵敏一段）保护的可能性和无时限的一段保护在重合闸时带0.1s时限的可能性。（2）零序电流方向保护装置中带时限的后备保护段数根据规程规定，多段式