1、第三章 电力系统输电线路的电流电压保护第一节 相间短路的电流电压保护第二节 相间短路的方向电流电压保护第三节 接地短路的电流电压保护第三章 电力系统输电线路的电流电压保护第一节 相间短路的电流电压保护线路相间短路电流电压保护主要用于35kV及以下的小接地电流系统中。包括两种保护：1、反应电流增大而动作的电流测量元件为基础构成的电流保护电流保护，2、由反应电流增大而动作的电流测量元件和由反应电压下降而动作的电压测量元件为基础构成的电流电压保护电流电压保护。第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第 I段）线路各点三相和两相短路时的短路电流分别为：)(1min)3(maxlf
2、lXXEIssk?)(231max)2(minlflXXEIssk?如图 3-1 中的曲线 1 和 2 所示。1、无时限电流速断保护的动作原理与整定计算第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第 I段）断路器 1QF 处的无时限电流速断保护的动作电流 IIop1应整定为：max1KBIrelIopIKI?式中，IrelK称为电流保护第 I 段的可靠系数，大于 1，可取 1.21.3，以保证在有各种误差的情况下(如元件整定误差和非周期分量影响等)该保护在区外短路时不动作。1、无时限电流速断保护的动作原理与整定计算第一节一、无时限电流速断保护（电流保护第I段）1、无时限电流速
3、断保护的动作原理与整定计算结论：(1)无时限电流速断保护依靠动作电流值保证选择性，不必外加延时元件即可保证保护的选择性。(2)无时限电流速断保护的灵敏度可用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。如图 3-1所示，当系统在最大运行方式下三相短路时保护范围最大，为lmax，而系统在最小运行方式下两相短路时保护范围最小，为minl；(3)无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的 15%，如minmin,%15%lllAB?从图 3-1 中知也可由解析法求得：因为 ISSIOPlXXEImin1max123?所以 )2
4、3(1max11minSIOPSIXIEXl?第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第I段）2、无时限电流速断保护的构成1电流测量元件2否门3信号元件4闭锁元件，如雷击使线路避雷器对地放电等情况出现时输出闭锁信号第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第I段）3、无时限电流电压联锁速断保护1电流测量元件2电压测量元件，当输入电压低于其动作电压时有输出3逻辑元件，当电流、电压测量元件均有输出且元件5无闭锁信号输出时该元件有输出4断线信号元件，在电压互感器TV二次回路断线时发出告警信号5闭锁元件，与图3-2中闭锁元件的作用相同6保护动作的信号元件，当该
5、保护动作跳闸时发出信号第一节一、无时限电流速断保护3、无时限电流电压联锁速断保护按保护在正常运行方式下有本线路 75%长度的保护范围进行整定，即断路器 1QF 处电流、电压元件的一次动作值分别为：IIop1=11lXXESNS?UIop1=1113lXIIOP 式中，XSN为正常运行方式下归算至保护安装处的等值电源阻抗 1l为正常运行方式下无时限电流电压联锁速断保护的保护范围，即l1=75%lAB 第一节一、无时限电流速断保护3、无时限电流电压联锁速断保护无时限电流电压联锁速断保护在最大和最小运行方式下被保护线路上发生短路时不会误动作。该保护的保护范围应由电流元件和电压元件中保护范围最小的元件
6、来确定第一节一、无时限电流速断保护3、无时限电流电压联锁速断保护为了躲开线路末端故障以保证选择性，电流元件整定值和电压元件整定值之间应满足可靠系数的要求，即 IrelIopABIopKUZI?11/3 可靠系数IrelK一般取 1.3。在网路正常运行情况下，若电压互感器 TV 出现二次断线而使输入至电压测量元件的电压降低甚至可能为 0，这时有可能导致整套保护无选择性动作，需要告警。第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第I段）4、特殊情况下无时限电流速断保护的整定第一节 相间短路的电流电压保护一、无时限电流速断保护（电流保护第I段）整定计算的基本原则：电流测量元件的动作
7、电流总必须躲过外部短路(包括双电源网络和环形网络中正 方 向 与 反 方 向 短 路)时 流 过 保 护 的 最大短路电流(一般按保护最大运行方式下的三相短路考虑)以保证保护的选择性。电流测量元件的灵敏度则应按流过保护可能的最小短路电流(一般取保护最小运行方式下流过保护的最小两相短路电流)进行校验并满足灵敏度(即保护范围)的要求。第一节 相间短路的电流电压保护二、带时限电流速断保护（电流保护第 II段）带时限电流速断保护整定必须遵循以下原则：第一、在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端），为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护
8、线路的全长；第二、为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合。第一节 相间短路的电流电压保护二、带时限电流速断保护（电流保护第 II段）断路器 1QF 处带时限电流速断保护的动作电流和动作时间应分别整定为：IIIop1=IIrelKIm in2/bIOPK tIIop1=tIop2+t=t t时限阶段，在我国通常取 0.5 秒 Kbmin分支系数bK的最小值 分支系数 Kb的定义如图 3-6 所示，为在相邻线路第 I 段保护范围末端即 k1点短路时，流过故障线短路电流与流过被保护线短路电流的比值，
9、如图 3-6 中，其分支系数为 Kb=ABBCII。第一节 相间短路的电流电压保护二、带时限电流速断保护（电流保护第 II段）灵敏度校验：1、5.13.1IIKII1OPminKBIIsen?IkBmin在本线末端短路时流过 1QF 处保护的最小短路电流 2、当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第 II 段整定值配合，以降低本线路电流保护第 II 段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为 minbII2opIIrelII1opKIKI?动作时间亦和相邻线第 II 段动作时间配合，即 tttII2opII1op?可见这种提高灵敏度的办法牺牲了断路器 1QF 处电流保护第 II
10、 段的速动性。第一节 相间短路的电流电压保护二、带时限电流速断保护（电流保护第 II段）结论：第一、带时限电流速断保护的保护范围大于本线路的长度AB；第二、带时限电流速断保护必须有延时元件才能保证选择性；第三、带时限电流速断保护可兼作本线路无时限电流速断保护的近后备，即当在AB线路电流第I段保护范围内发生短路故障而该处电流保护第I段拒动时，则由该处电流保护第II段控制断路器1QF延时跳闸；第四、带时限电流速断保护的构成与图3-2同，仅逻辑门2后应增加延时为的延时逻辑元件。当延时元件有输出时，送出电流保护第II段的动作信号并控制被保护线路的断路器跳闸，从而切除被保护线路上的短路故障。II1opt
11、第一节 相间短路的电流电压保护三、定时限过电流保护（电流保护第 III段）1、电流保护第III段动作电流的整定电流保护第 III 段的动作电流 IIIIOP1应按以下条件进行整定：第一、正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流为 KssILmax时该电流保护不动作，即要求动作电流满足下式：IIIopI1KSSILmax 第二、外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护在下一母线有电动机启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即要求满足以下公式：即 电流测量元件的返回电流 Ire=IIIrelKKssILmax 将reIII1opreKII?（返回系数）代入，得到整定电流计算公式：max1
12、LressIIIrelIIIopIKKKI?为了保证选择性，在图中，若IIIopIIIoptt25?时，则必须满足以下关系：tttIIIopIIIop?51；对于末级线路的定时限过电流保护的动作时间IIIopt4可以是保护中所有元件的固有动作时间之和而不必外加延时逻辑元件，故该线路可不必再装电流速断保护作为主保护；越接近电源的线路的定时限过电流保护动作时间越长，故必须依靠该线路的主保护动作以迅速切除故障；第一节三、定时限过电流保护（电流保护第III段）1、电流保护第III段动作电流的整定IIIopIIIopIIIoptttt321?tttIIIopIIIop?43 tttIIIopIIIop?
13、32 tttIIIopIIIop?21 第一节三、定时限过电流保护（电流保护第III段）1、电流保护第III段动作电流的整定灵敏度要求：3.11min1?IIIopKBIIIsenIIK （近后备）2.11min1?IIIopKCIIIsenIIK （远后备）minkBI为被保护线路末端短路时流过该处保护的最小故障电流 minkCI为相邻线路末端短路时流过该处保护的最小故障电流 第一节 相间短路的电流电压保护三、定时限过电流保护（电流保护第 III段）2、低电压启动的过电流保护1低电压测量元件2电流测量元件3与门4延时元件，延时为电流保护第III段的动作时间5信号元件第一节 三、定时限过电流保
14、护（电流保护第III段）2、低电压启动的过电流保护电流测量元件和低电压测量元件的一次动作电流整定公式：NreIIIrelIIIopIKKI?1 mindd1wreIIIrelIIIopUKKU?将电压测量元件的返回系数、可靠系数和母线最小工作电压值代入式时得到电压测量元件的动作电压为：NIIIOPUU7.01?灵敏度校验：max1KIIIopIIIsenUUK?第一节 相间短路的电流电压保护四、电流保护的接线方式第一节 相间短路的电流电压保护四、电流保护的接线方式两种接线方式的电流保护表现出不同的特点：（1）两种接线的投资不同；（2）在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不完
15、全星形接线不能反应B相接地故障；（3）当在保护动作时间相同的并行线路上发生两点接地时，在接地电流足够大的情况下，不完全星形接线只有三分之一的机会切除两条线，而完全星形接线则均切除两条线，因此，前者供电可靠性较高；在串联运行的两相邻线路上发生两点接地时，不完全星形接线方式的电流保护有三分之一的机会无选择性动作，而完全星形接线则百分之百有选择性。（4）对于Y.d接线的变压器后发生付方发生ab两相短路时，完全星形接线方式电流保护的灵敏度是不完全星形接线电流保护的灵敏度的二倍第一节 相间短路的电流电压保护四、电流保护的接线方式第一节 相间短路的电流电压保护四、电流保护的接线方式第一节 相间短路的电流电
16、压保护五、三段式电流保护的原理图及延时特性1、4、7分别为A、B、C三相电流保护第I段的测量元件2、5、8分别为A、B、C三相电流保第II段的测量元件3、6、9分别为A、B、C三相电流保第III段的测量元件11、12分别为电流第II、III段电流保护的逻辑延时元件、13、14、15分别为电流保护第I、II、III段的报警用信号元件KS、KS、KS 16出口跳闸中间继电器KCO17、18、19与门逻辑元件第一节 相间短路的电流电压保护五、三段式电流保护的原理图及延时特性第一节 相间短路的电流电压保护五、三段式电流保护的原理图及延时特性第一节 相间短路的电流电压保护六、电流电压保护的性能分析1、电
17、流电压保护的选择性电流电压保护在单电源辐射网中一般有很好的选择性。但在多电源或单电源环网等复杂网络中这种保护可能无法保证选择性。2、电流电压保护的动作速度电流电压保护第I段和第II段满足35KV及以下网络主保护的速动性要求。电流电压保护第III段一般情况下只能作为线路的后备保护。3、电流电压保护的灵敏度在系统运行方式变化很大、线路很短和线路长而负荷重等情况下灵敏度可能不容易满足要求，甚至保护范围为零。4、电流电压保护的可靠性第二节相间短路的方向电流电压保护一、方向电流电压保护的产生1、双电源网络对无时限电流速断保护的影响2、双电源网络对定时限过电流保护的影响第二节相间短路的方向电流电压保护二、
18、方向电流保护的构成1、2、3分别为方向电流保护I、II、III段的电流测量元件，4功率方向测量元件，在保护线路正方向短路时动作，即短路功率为正时动作5、6、7与门逻辑元件8、9分别为方向电流保护第II、III段的延时逻辑元件10、11、12分别为方向电流保护第I、II、III段的信号元件13或门第二节相间短路的方向电流电压保护三、功率方向测量元件1.功率方向元件的构成原理第二节第二节相间短路的方向电流电压保护相间短路的方向电流电压保护三、功率方向测量元件2.功率方向元件的接线方式表 3-1 功率方向元件的090接线 继电器 rI?rU?1 aI?bcU?2 bI?caU?3 cI?abU?第二
19、节相间短路的方向电流电压保护三、功率方向测量元件3.功率方向元件的构成原理及特性相位比较式功率方向元件?90IUarg90rr第二节第二节三、三、3.功率方向元件的构成原理及特性功率方向元件的构成原理及特性相位比较式功率方向元件相位比较式功率方向元件最灵敏角、内角和线路阻抗角(即金属短路时的短路阻抗角k?)之 间 应 有 关 系sen?=(K090?)。第二节第二节三、三、3.功率方向元件的构成原理及特性功率方向元件的构成原理及特性幅值比较式功率方向元件幅值比较式功率方向元件两个相位比较的矢量为?DC,，其间的相角为?A?DC，?B=?DC 当009090?时，一定有 A?B；当?090和?-
20、900时，一定有 AB。第二节三、功率方向测量元件4、功率方向元件在各种工作情况下的动作保护线路正方向三相短路第二节三、功率方向测量元件4、功率方向元件在各种工作情况下的动作保护线路正方向两相短路第二节第二节三、功率方向测量元件三、功率方向测量元件4、功率方向元件在各种工作情况下的动作电压互感器二次断线A 侧 araII?，?baraUU21，)18150(?ra brbII?，?barbUU21，)1830(?rb crcII?，?abrcUU，)1890(00?r B 侧 araII?，?baraUU21，?481830ra brbII?，?barbUU21，?16812180rb crc
21、II?，?abrcUU，00001089018180?rc 第二节第二节三、功率方向测量元件三、功率方向测量元件4、功率方向元件在各种工作情况下的动作2QF：?0raII，?bcraUU?0ra 0?IIrb，?crbUU?150rb 0?IIrc，?brcUU?150rc 3QF：?0IIra，?bcraUU，?180ra 0?IIrb，?crbUU，?30rb 0?IIrc，?brcUU，?30rc 保护线反方向单相接地故障第二节相间短路的方向电流电压保护四、三段式方向电流保护的特点方向电流保护用于双电源网络和单电源环行网络时有以下特点：1.在保护构成中应增加功率方向测量元件；2.方向电流
22、保护第I段不必躲过反方向外部最大短路电流；3.第III段电流保护动作电流应考虑躲过反方向不对称短路时，流过非故障相的电流 Iunf。第二节相间短路的方向电流电压保护四、三段式方向电流保护的特点4、在环网和双电源网中，功率方向可能相同的电流保护第III段的动作电流之间和动作时间之间应相互配合以保证保护的选择性。5、环网中方向电流保护第 II、III段的灵敏度校验可能出现不满足要求的情况。第二节相间短路的方向电流电压保护四、三段式方向电流保护的特点6、方向电流保护应采用按相启动接线。7、方向电流保护主要用于35KV及 以下的双电源和单电源环网作相间短路保护。第三节 接地短路的电流电压保护一、大接地
23、系统中的多段式零序电流保护一、大接地系统中的多段式零序电流保护二、大接地电流系统中的方向零序电流保护二、大接地电流系统中的方向零序电流保护三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流及功率方向保护及功率方向保护四、零序反时限过电流保护四、零序反时限过电流保护第三节接地短路的电流电压保护一、大接地系统中的多段式零序电流保护1、大接地电流系统接地故障的特征第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护1、大接地电流系统接地故障的特征中性点直接接地系统发生接地短路有以下特征：(1)系统中出现零序电流且零序电流的分布与接地点的位置和数目相关；(2)系统中出现零序
24、电压且故障点零序电压 U0最高，而变压器中性点的零序电压为 0；(3)零序功率000IUS?。因此，故障点的零序功率最大，零序功率方向在故障线路上是由线路指向母线；(4)在故障线路上，故障点零序电压和零序电流间的相差角?000IU，亦取决于线路和变压器的零序阻抗角0K?，00180K?，若0K?为 80左右，则0?在?100左右；第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护2、变压器中性点接地方式的安排系统中变压器中性点是否接地运行的原则是“应尽量保持变电所零序阻抗基本不变”，以保持系统中零序电流的分布不变及使零序电流电压保护有足够的灵敏度和变压器不致于承受过电压危险。第三节一、大接地系统中的多
25、段式零序电流保护3、零序分量获取方法第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护3、零序分量获取方法第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护(1)无时限零序电流速断保护（零序电流保护 I 段）其动作电流应按以下原则整定：第一、躲过相邻下一线出口即本线路末端单相或两相接地短路时可能出现的最大三倍零序电流max03I 第二、躲过本线路三相断路器触头不同时合闸时出现的最大三倍零序电流ustI.03 第三、对于采用单相重合闸的线路，还应躲非全相运行又发生系统振荡时所出现的最大三倍零序电流uncI.03 最小保护范围不
26、少于本保护线长度的 15%，其整定的动作延时为 0 秒。第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护(2)带时限零序电流速断保护（零序电流保护 II 段）动作电流应该按以下条件整定：第一、与相邻下一线路的零序电流保护第 I 段配合 第二、躲过本线可能非全相运行时的最大零序电流uncI.03 第三、躲线路末端母线上变压器另一侧母线接地短路时流过本线的最大零序电流 第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护若不满足灵敏度要求时，可采用以下措施：a.与相邻线路零序电流保护第II段配和；b.保留与相邻线零序I段配合的II段，增加与相邻线零序II段配合的II段，
27、以保证保护在各种运行方式下的灵敏度；c.改用接地距离保护。第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护(3)零序过电流保护（零序电流保护 III 段）它的动作电流的整定计算应遵循以下原则：第一、与相邻线路零序电流 II 段配合 第二，若上述配合有困难时，可与相邻线路零序电流保护 III 段相互配合 第三、本线末端接地短路有足够灵敏度整定 第四、对于 110kV 网络，该段应躲线路末端变压器另一侧短路时可能出现的最大不平衡电流maxunbI 第五、对于 110kV 网络，该段作为本线路经高电阻接地故障的后备保 护和作为相邻元件接地短路时的后备保护，其一次动作电流应不大于 30
28、0 安。第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护(4)零序过电流保护IV段第一、零序电流IV段（最末一段）动作时应与相邻线在非全相运行中不退出工作的零序电流保护第III段配合第二、本线路经高阻（为100300）接地时有灵敏度整定第三、若配合有困难，可在灵敏度和动作时间上与相邻线路第IV段配合第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护第三节一、大接地系统中的多段式零序电流保护4、多段式零序电流保护第三节接地短路的电流电压保护二、大接地电流系统中的方向零序电流保护1、方向零序电流保护的构成第三节接地短路的电流电压保护二、大接地电流系统中的方向零序电流保
29、护2、零序功率方向元件的构成原理（a）零序电压电流的相位(b)零序方向元件的接线(c)动作区图3-41零序功率方向测量元件第三节接地短路的电流电压保护二、大接地电流系统中的方向零序电流保护3.零序功率方向元件的特点(1)根据大接地电流系统接地短路零序电压的分布特征，故障点零序电压最高，故零序功率方向元件无保护出口的电压死区；(2)零序功率方向元件不受系统全相振荡和过负荷的影响；(3)零序功率方向元件在远离故障点时由于零序电压很小可能拒动。第三节接地短路的电流电压保护三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流及功率方向保护第三节接地短路的电流电压保护三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流
30、及功率方向保护中性点不接地系统发生单相接地时有以下特征：a.全系统出现零序电压和零序电流；b.非故障线的零序电流为该线非故障相对地电容电流之和，方向由母线指向线路且超前零序电压的角度为90；c.故障点的电流为全系统非故障相对地电容电流之和，其相位超前零序电压的角度90；d.故障线的零序电流等于除故障线外的全系统中其它元件的电容电流之和，其值远大于非故障线的零序电流，且方向与非故障线相反，由线路指向母线且滞后零序电压的角度90；e.故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。第三节接地短路的电流电压保护三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流及功率方向保护第三节接地短路的电流电压保护三、小接地电流系统中单相接地的零序电压、电流及功率方向保护采用过补偿后，该系统中零序分量的特征如下：a.全系统出现零序电压和零序电流；b.由于过补偿作用使故障点、故障线的零序电流大大减小而与非故障线的零序电流值差别不大；c.由于采用过补偿方式使故障线零序电流和零序功率方向与非故障线零序电流的零序功率方向相同；d.另外研究表明，在接地短路暂态过程中，接地电流中将含丰富的高次谐波分量；e.研究还表明，接地故障时，暂态过程中的暂态电容电流比稳态电容电流大得多且在过渡过程中的首半波出现最大值；
