项目二 输电线路的保护及自动重合闸 - 图文

项目二 输电线路的保护及自动重合闸

【学习项目描述】：本项目包括35kV（10kV）、110kV、220kV～500kV线路保护装置及自动重合闸（装置）的原理及性能检验与运行维护。通过本项目的学习，可以掌握输电线路保护的配置、保护动作过程的分析处理、线路保护装置性能检验调试和运行维护。

【教学目标】： 1．知识目标

（1）掌握各种电压等级输电线路保护的配置；

（2）掌握各种电压等级输电线路保护（自动重合闸）的构成、基本原理、作用和特点； （3）熟悉先关的技术手册及规程； （4）熟悉继电保护测试仪的使用；

（5）熟悉输电线路保护（自动重合闸）的动作性能检验过程和试验数据分析方法。 2．能力目标

（1）能看懂各种电压等级线路保护标准化作业指导书、定值单、装置设备说明书； （2）能对保护配置图和原理图进行正确识读与分析； （3）能正确使用继电保护测试仪；

（4）能对各种电压等级输电线路保护（自动重合闸）的动作过程进行分析和处理； （5）能进行各种电压等级线路保护（自动重合闸）装置的动作性能检验和运行维护。 【教学环境】：

1.学习场地、设施要求：

一体化教室，有授课区，实训区，多媒体设备等。二次接线实训室，继电保护测试仪，各电压等级微机线路保护装置，模拟断路器，保护说明书，二次接线图，线路保护测试作业指导书，测试报告单，电力工程设计手册，继电保护和安全自动装置技术规程，万用表，螺丝刀，安全设施器具，常用电工仪表工具箱。

2.对教师的要求：

（1）具备高校教师资格的讲师（或培训师）及以上职称。 （2）具有系统的继电保护理论知识。

（3）具有发电厂及变电站二次回路的分析、二次设备的选择、二次回路的设计等专业能力和电气安装的工程技术水平和技术能力。

（4）具备一定的项目设计能力和项目组织经验。

（5）具有先进的教学方法，有比较强的驾驭课堂的能力。

（6）课内实践部分指导教师必须具备现场实际工作经历2年以上。 （7）具备输电线路保护调试的能力。

（8）具备设计基于行动导向教学法的设计应用能力。 （9）具有良好的职业道德和责任心。

任务四：35kV（10kV）线路保护装置的原理及性能检验与运行维护

【教学目标】： 1.知识目标

（1）掌握35kV（10kV）线路保护的配置；

31

（2）掌握单侧电源线路的三段式电流保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围，动作性能的检验和运行维护；

（3）掌握双侧电源线路的方向性电流保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围，动作性能的检验和运行维护；

（4）掌握小接地电流系统零序保护的构成、作用、动作的逻辑关系，动作性能的检验。 2.能力目标

（1）能看懂35kV（10kV）线路保护标准化作业指导书、定值单、装置设备说明书； （2）能对35kV（10kV）线路保护配置图和原理图进行正确识读与分析； （3）能正确使用继电保护测试仪；

（4）能进行35kV（10kV）线路保护装置的动作性能检验和运行维护； （5）能对35kV（10kV）输电线路保护的动作过程进行分析和处理。 3.素质目标

能严格按照企业的行为规范开展工作，具备勤奋、进取的敬业精神和认真严谨的工作态度。具备互相配合的团队协作精神。

【任务描述】：

依据35kV（10kV）线路保护标准化作业指导书，设置检验测试安全措施，依据保护装置说明书进行装置界面操作，依据35kV（10kV）线路保护二次图纸对线路保护装置三段式电流（方向）保护回路外观进行检查，连接好测试接线，操作测试仪器，对线路三段式电流（方向）保护的交、直流回路及定值、逻辑进行检验测试，对照定值单等对检验测试结果进行判断。

【任务准备】：

（1）教师下发项目任务书，明确项目学习目标和任务；

（2）讲解线路电流保护的基本原理及检验测试流程和注意事项；

（3）学生熟悉变配电站电气主接线，查阅典型电力系统网络中线路的运行方式及线路电流保护的接线特点，并对线路电流保护检验测试规程和技术规范、标准等相关资料进行查阅；熟悉线路保护标准化作业指导书、定值单、装置设备说明书；进行继电保护测试仪的学习使用；

（4）学生进行小组人员分工及职责分配；

（5）讨论35kV（10kV）线路保护如何配置？讨论单侧电源线路的三段式电流保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围分别有哪些？讨论35kV（10kV）线路三段式电流保护动作性能的检验测试流程有哪些？讨论检验过程中注意事项有哪些？讨论双侧电源线路的方向性电流保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围分别有哪些？讨论35kV（10kV）线路三段式电流方向保护动作性能的检验测试流程有哪些？讨论小接地电流系统零序保护的构成、作用、动作的逻辑关系分别有哪些？

（6）制订工作计划及实施方案。教师审核工作计划及实施方案，引导学生确定最终实施方案。

【相关知识】：

一、单侧电源网络相间短路的电流保护

32

在电力系统中，输电线路发生短路故障时，线路中的电流增大，母线电压降低。利用电流增大这一特征，当电流超过某一预定值时保护即动作，称为线路的电流保护。该预定值叫做整定的动作电流Iact。电流保护分为瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。

（一）瞬时电流速断保护（第Ⅰ段）

对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为瞬时电流速断保护。 1.工作原理

对于图2-4-1所示单侧电源的辐射形电网，电流保护装设在线路始端，当线路发生三相短路时，短路电流计算如下：

(3)IK?E?Zs?ZK?E?Zs.min?Z1lK （2-4-1）

式中 E?——系统等效电源的相电动势；

； Zs——系统阻抗（系统电源到保护安装点的阻抗）

Zs.min——最大运行方式下系统阻抗；

。 ZK——短路阻抗（保扩安装点到短路点的阻抗）

（Zs?ZK）为电源至短路点之间的总阻抗。当短路点距离保护安装点越远时，ZK越大，短路电流越小；当系统阻抗越大时，短路电流越小；而且短路电流与短路类型有关，同一点I(3)K?I(2)K（其中I(2)KE?3(3)3）。短路电流与短路点的关系如图?IK?22Zs.max?Z1lK2-4-1的IK?f(L)曲线，曲线1为最大运行方式（系统阻抗为Zs.min，短路时出现最大短路电流）下三相短路故障时的IK?f(L)，曲线2为最小运行方式（系统阻抗为Zs.max，短路时出现最小短路电流）下两相短路故障时的IK?f(L)。可见，Ik的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关。

33

图2-4-1 瞬时电流速断保护工作原理示意图

瞬时电流速断保护反应线路故障时电流增大而动作，并且没有动作延时，所以必须保证只有在被保护线路上发生短路时才动作，例如图2-4-1的保护1必须只反应线路L1上的短路，而对L1以外的短路故障均不应动作。这就是保护的选择性要求，瞬时电流速断保护是通过对动作电流的合理整定来保证选择性的。

2.整定计算原则

为了保证瞬时电流速断保护动作的选择性，应按躲过本线路末端最大短路电流来整定计算。对于图2-4-1保护1的动作电流，应该大于线路L2始端短路时的最大短路电流。实际上，线路L2始端短路与线路L1末端短路时反应到保护1的短路电流几乎没有区别，因此，线路L1的瞬时电流速断保护动作电流的整定原则为：躲过本线路末端短路的可能出现的最大短路电流，计算如下：

II（3） Iact.1?KrelIK.B.max （2-4-2）

I式中 Iact.1——线路L1的瞬时电流速断保护一次动作电流；

II Krel——瞬时电流速断保护的可靠系数，一般取Krel=1.2～1.3；

（3）IK.B.max——最大运行方式下，线路L1末端（母线）发生三相短路时流过保护1（即线

路L1）的短路电流。

3.构成

电流速断保护的单相构成原理接线如图2-4-2所示。过电流继电器接于电流互感器TA的二次侧，当流过它的电流大于它的动作电流后，比较环节KA有输出。在某些特殊情况下需要闭锁跳闸同路，设置闭锁环节。闭锁环节在保护不需要闭锁时输出为l，在保护需要闭锁时输出为0。当比较环节KA有输出并且不被闭锁时，与门有输出，发出跳闸命令的同时，启动信号KS。

图2-4-2 瞬时电流速断保护的单相原理接线图

4.保护范围、灵敏度的校验

在已知保护的动作电流后，大于动作电流的短路电流对应的短路点区域，就是保护范围。保护的范围随运行方式、故障类型的变化而变化，在各种运行方式下发生各种短路时保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围称为最小保护范围，例如保护1的最小保

I护范围为图2-4-1中直线Iact.1与曲线2的交点的前面部分。最小保护范围为在系统最小运

行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的15％～20％。

34

评价：瞬时电流速断保护的优点是简单可靠、动作迅速，缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。

（二） 限时电流速断保护（第Ⅱ段） 1.工作原理

如图2-4-3所示中的限时电流速断保护1，因为要求保护线路的全长，所以它的保护范围必然要延伸到下级线路中去，这样当下级线路出口处发生短路时，它就要动作，是无选择性动作，为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关。如果它的保护范围不超过下级线路速断保护的范围，动作时限则比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯△t （为0.3～0.6s，一般取0.5s）。如果与下级线路的速断保护配合后，在本线路末端短路时灵敏性不足，则此限时电流速断保护必须与下级线路的限时电流速断保护配合，动作时限比下级的限时速断保护高出一个时间阶梯，即两个时间阶梯2△t，约为1s。

图2-4-3 限时电流速断保护动作整定分析图

2.整定计算原则 （1）动作电流的整定

设图2-4-3所示系统保护2装有瞬时电流速断，其动作电流按式（2-4-2）计算后为

IIact.2，它与短路电流变化曲线的交点N即为保护2瞬时电流速断的保护范围。根据以上分

析，保护1的限时电流速断范围不应超出保护2瞬时电流速断的范围。因此它的动作电流就应该整定为：

IIⅡact.1?Iact.2 （2-4-3）

引入可靠性配合系数KⅡ，则得： rel（一般取为1.1～1.2）

ⅡⅠIⅡact.1?KrelIact.2 （2-4-4）

（2）动作时限的整定

图2-4-3中，线路L2的BM段处于线路L2的第I段电流保护和线路L1的第Ⅱ段电流保护的双重保护范围内，在BM段发生短路时，必然出现这两段保护的同时动作。为了保证选择性，应由L2的第I段电流保护动作跳开QF2，L1的第Ⅱ段电流保护不跳开QF1。为此，L1的限时速断的动作时限t1，应选择比下级线路L2瞬时速断保护的动作时限t2高出一个时间阶梯△t，即：

35

??

（a）接线图；（b）电流分布图；（c）三角形侧电流矢量图；（d）星形侧电流矢量图

从上图Y，d11接线降压变压器AB两相短路时的电流分布图中可知：

IA??IB IC?0

.1.?2.?Ia?Ic?IA Ib??IA （2-4-16）

33...Y.Y.Y.Y.?.?.? IA?IC IB??2IA

同此可知，Y，d11接线降压变压器滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位。 Y，d11升压变：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。

对于Y，d11变压器可采取针对措施：在两相星形接线的中线上再接入一个KA，其电流为：

(IA?IC)/nl??IB/nl （2-4-17）

其中，nl为电流互感器的变比，以提高灵敏性（见图2-4-11）。

.Y.Y.Y

图2-4-11 两互感器三继电器不完全星形接线

2.应用情况说明

（1）三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中及大电流接地电网系统中输电线路的电流保护中（要求较高的可靠性和灵敏性）。

（2）两相星形接线：广泛用于小电流接地电网中输电线路的电流保护。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。）

二、双侧电源线路的方向性电流保护 （一）方向问题的提出

采用图2-4-12所示的两侧供电辐射形电网或单电源环形电网可以提高供电可靠性，但必须在线路两侧都装设断路器和保护装置，以便在线路故障时，两侧断路器可以跳闸切除故障。当在图2-4-12（a）和（b）中的kl点发生相间短路时，要求保护3和4动作，断开3QF和4QF两个断路器，即切除故障元件，保证非故障设备继续运行。在这种电网中，如果还采用一般的电流保护作为相间短路保护，往往不能满足选择性的要求。

41

（a）双侧电源供电的辐射形电网

（b）单电源供电的环形电网 图2-4-12 电网示意图

例如：在图2-4-12（a）的保护3的1段范围内k1点短路，则M侧电源供给的短路电

?，N侧电源供给的短路电流为I??I，则保护2和3的无时限电流速?，若I流为IKMKMact.2KN断保护同时动作，错误地将断路器2QF跳开，造成变电站P全部停电。所以对电流速断保护来说，在双电源线路上难于满足选择性的要求。

对电流保护第Ⅲ段而言，k1点短路故障时，为保证选择性，要求保护5的时限大于保护4的时限，即t5?t4；而当k2点短路故障时，又要求t4?t5，显然这是无法整定的。

（二）解决问题的措施

为此，应在k1点短路时，保护2、5不反应，而k2点短路时，保护4不反应。根据k1点、k2点短路时，流经保护的短路功率方向不同是可以实现的。k1点短路时，流经保护2、5的短路功率方向是被保护线路流向母线，保护不应该动作；而流经保护3、4的短路功率方向是母线流向被保护线路，保护应该动作。所以若在过电流保护2、3、4、5上各加一功率方向元件，则只有当短路功率是由母线流向线路时，才允许保护动作，反之不动作。这样，就解决了保护动作的选择性问题。这种在过电流保护中加一方向元件的保护称为方向性电流保护。

图2-4-13所示为一双侧电源辐射形电网，电网中装设了方向过电流保护，图中所示箭头方向，即为各保护的动作方向，这样就可将两个方向的保护拆开看成两个单电源辐射形电网的保护。其中，保护1、3、5为一组，保护2、4、6为另一组，如各同方向保护的时限仍按阶梯原则来整定，它们的时限特性如图2-4-13（b）所示。当L2上发生短路时，保护2和5处的短路功率方向是由线路流向母线，功率为负，保护不动作。而保护l、3、4、6处短路功率方向为由母线流向线路，即功率为正，故保护1、3、4、6都启动，但由于t1?t3，t6?t4，故保护3和4先动作跳开相应断路器，短路故障消除，保护1和6返回，从而保证了保护动作的选择性。

42

图2-4-13 双侧电源辐射形电网各保护动作方向规定及其保护时限

（a）双侧电源辐射形电网各保护动作方向的规定；（b）方向过电流保护的阶梯型时限特性

（三）方向性电流保护单相原理接线图

图2-4-14示出了方向性电流保护单相原理接线图。其中电流继电器KA为电流测量元件，用来判别短路故障是否在保护区内；功率方向继电器KW，用来判别短路故障方向；时间继电器KT，用来建立过电流保护动作时限。

图2-4-14 方向性电流保护单相原理接线图

（四）功率方向判别元件

如果规定从母线指向线路的电流方向为正，在图2-4-15（a）所示的网络接线中．对

?，即为短路电流I?，滞后保护1而言，当正方向k1点三相短路时，流过保护1的电流Irk1?一个相角?（?为从母线至k1点之间的线路阻抗角）于该母线电压U，其值为k1k1

?90???k1?90?，如图2-4-15（b）所示。当反方向k2点短路时，通过保护1的短路电

?的相角将是?供给的，此时流过保护1的电流是?I?，滞后于母线电压U流是由电源EⅡk2180???k2（?k2为从该母线至k2点之间的线路阻抗角），其值为

?作为参考相量，并180??(180???k2)?270?，如图2-4-15（c）所示。如以母线电压U?在以上两种短路情况下相位相差180。 设?k1??k2??k，则流过保护安装处的电流Ir? 43

图2-4-15 方向元件工作原理的分析

??（a）网络接线示意图；（b）正方向k1短路时U与I?的相量关系；（c）反方向k2短路时U与I?的相量关系

rr利用判别短路功率的方向或短路后电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。该元件称为功率方向元件。由于它反应加入继电器中电流和电压之间的相位，因

?）和电?（如U此用相位比较方式来实现最为简单。对A相的功率方向元件，加入电压UAr? （如I?）流IrA，则当正方向短路时，元件中电压、电流之间的相角为

?rA反方向短路时，为

?U?argA??k1 （2-4-18）

?Ik1A?rA?U?argA?180???k2 （2-4-19）

??Ik2A?U?超前I?的角度。 式中，等号arg表示取相量A的幅角，即取UAk1A?Ik1A如果取?k?60?，可画出相量关系如图2-4-16所示。

图2-4-16 正反方向短路时输入功率方向继电器的电压和电流

一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者相位差的大小而改变，当输出为最大时的相位差称最大灵敏角?sen。为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏，采用上述接线的功率方向元件应作成最大灵敏角为

?sen??k?60?。又为了保证当短路点有过渡电阻、线路阻抗角?k在0?~90?范围内变化

44

情况下正方向故障时，继电器都能可靠动作，功率方向元件动作的角度应该是—个范围，这个范围通常取为?sen?90?。此动作特性在复数平面上是一条直线，如图2-4-17（a）所示。其动作方程可表示为

?e?j?senU90?argr??90? （2-4-20）

?Ir?或

?sen?U?90?argr??sen?90? （2-4-21）

?Ir?采用这种特性和接线的功率方向元件时，在其正方向出口附近短路接地，故障相对地的电压很低时，功率方向元件不能动作，称为“电压死区”。为了减小和消除死区，在实际应用中广泛采用非故障的相间电压作为接入功率方向元件的电压参考相量，判别故障相电

?和电压U?/I?，?。此时，??argU流的相位。例如对A相的功率方向元件加入电流IArABCArBC当正方向短路时，?rA??k?90???30?，反方向短路时，?rA?150?，相量关系也示于图2-4-19中。在这种情况下功率方向元件的最大灵敏角设计为?sen??k?90???30?，动作特性如图2-4-20（b）所示，动作方程为

j(90???k)?Ue90??argr??90? （2-4-22）

?Ir习惯上称??90???k为功率方向继电器的内角，则式（2-4-22）可变为

?U90???argr??90??? （2-4-23）

?Ir?

图2-4-17 功率方向元件的动作特性（阴影部分表示动作区）

??0，继电器具有很小的电压死区外，在其除正方向出口附近发生三相短路时，UBC他任何包含A相的不对称短路时，IA的电流很大，UBC的电压很高，因此继电器不仅没有死

45

区，而且动作灵敏度很高。采用IA、UBC，IB、UCA，IC、UAB的接线方式叫做90接线，指系

??Ir?90?的接线方式。 统三相对称且cos??1时，arg?Ur90?接线方式的主要优点是：①对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非

故障的相间电压，其值很高；②选择继电器的内角??90???k后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。

注：90o接线方式仅为了称呼方便，且仅在定义中成立。 （五）方向性电流保护的整定计算

方向性电流保护的整定计算方法与三段式电流保护的整定计算方法基本相同，不同的是方向性电流保护的动作电流要按正向电流大小计算。

对于方向过电流保护的时间整定，根据同方向的保护按阶梯时限整定。 方向元件的加装原则：

1.若不装方向元件，也不会造成无选择性误动作，就不必装设方向元件。 2.各段保护在什么情况下加装方向元件，需要具体情况具体分析。 （1）瞬时电流速断

当保护安装处反方向故障，通过保护的电流大于瞬时电流速断保护的动作电流时，瞬时电流速断保护必须加装方向元件。

（2）带时限电流速断

反向电流瞬时速断保护区末端短路故障，流过本保护的电流小于带时限电流速断保护的动作电流时，可不加装方向元件。

（3）定时限过电流保护

在同一母线上，负荷线路不装方向元件；双侧电源线路动作时间最长的过电流保护可不装设方向元件，动作时间短的需装设方向元件，两者时间相等的则都需装设方向元件。在图2-4-18中，各断路器过电流保护的动作时间如图所示；因此，只需在QF2和QF5上加装方向元件就能满足过电流保护选择性的要求。

图2-4-18 过电流保护加装方向元件的分析图

在阶段式电流保护中增设方向元件，和电流继电器构成“与”门逻辑，便形成阶段式方向性电流保护。

（六）对方向性电流保护的评价和应用

方向性电流保护在多电源网络及单电源环网中能保证选择性；快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护；接线比单电源电流保护复杂，可靠性稍差，且增加投资；灵敏度受网络结构和运行方式的影响；出口三相短路时，功率方向元件有死区，使保护有死区；不能全线速动。因此，方向性电流保护应力求不装设方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）。

46

方向性电流保护广泛应用于35kV及以下的多侧电源网络和单电源环网。 三、小接地电流系统零序保护

在中性点非直接接地的电网（又称小接地电流系统）中发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电影响小，在故障不扩大的情况下，可以运行1～2h。要求保护装置发信号，而不必跳闸，只在对人身和设备的安全有危险时，才动作于跳闸。特别是对配电网供电可靠性要求越来越高的今天，更是应该如此。

1.绝缘监视装置

绝缘监视装置是利用单相接地时出现零序电压的特点来构成的，其原理接线如图2-4-19所示，在发电厂或变电站的母线上装设三相五柱式电压互感器，其二次侧有两组绕组，一组接成星形，接3只电压表用以测量各相对地电压， 另一组接成开口三角形，以取得零序电压，过电压继电器接在开口处用来反应系统的零序电压，并接通信号回路。

图2-4-19 绝缘监视装置原理图

正常运行时，系统三相电压对称，无零序电压，过电压继电器不动作，3块电压表读数相等。当发生单相接地时，系统各处都会出现零序电压，因此开口三角有零序电压输出，使继电器动作并起动信号继电器发信号。若要判断是哪一相发生了故障，可以通过电压表读数来判别，接地相对地电压为零，非故障相电压升高3倍。

根据这种装置的动作，可以知道系统发生了接地故障和故障的相别，但不知道接地故障发生在哪条线路上，因此绝缘监视装置是无选择性的。为查找故障线路，需要由值班人员依次短时断开每条线路，再用自动重合闸将断开线路投入。当断开某条线路时，零序电压消失，3只电压表读数相同，即说明该线路发生了故障。

2.零序电流保护

当发生单相接地时，故障线路的零序电流是所有非故障元件的零序电流之和，故障线路零序电流比非故障线路大，利用这个特点可以构成零序电流保护。保护装置通过零序电流互感器取得零序电流，电流继电器用来反映零序电流的大小并动作于信号。

3.零序功率方向保护

利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点，可以构成有选择性的零序功率方向保护，发生接地故障时，故障线路的零序电流滞后于零序电压90°，若使零序功率方向继电器的最大灵敏角为?sen?max?90?，则此时保护装置灵敏动作。非故障线路的零序电

47

流超前零序电压90°，零序电流落入非动作区，保护不动作。

【任务实施】： 1.工作策略

在学习线路三段式电流保护基本原理知识后，按照10kV线路三段式电流保护的定期检验作业指导书的要求，运用继电保护测试仪（本文以博电PW系列继电保护测试仪为例来说明，下同），根据定值单要求，完成10kV线路三段式电流保护的检验测试；

（2）在学习线路三段式电流方向保护基本原理知识后，按照10kV线路三段式电流方向保护的定期检验作业指导书的要求，运用继电保护测试仪，根据定值单要求，完成10kV线路三段式电流方向保护的检验测试。

2.工作规范

（1）保护的检验测试过程及其结果分析每做一步要进行检查一步（自查）；

（2）每个保护的检验测试过程及其结果分析完毕后，各个小组进行整体检查（复查）； （3）自评：学生对本项目的整体实施过程进行评价；

（4）互评：以小组为单位，分别对其他组的工作结果进行评价和建议；

（5）教师评价：教师对工作过程、工作结果进行评价，指出每个小组成员的优点，并提出改进建议。

3.劳动组织

学生汇报计划与实施过程，回答同学与教师的问题。重点检查检验项目和检验结果，教师与学生共同对工作结果进行评价。

4.参考案例

根据现有实际教学条件，可灵活举例演示。 5.总结提炼

学生和教师对本任务的学习全过程进行总结提炼，以便后续项目内容或课程的更好更有效的学习。

一、单侧电源网络相间短路的电流保护检验与调试 （一）工作准备

1.课前预习相关知识的理论知识部分

2.学习10kV线路三段式电流保护的定期检验作业指导书要求的相关测试项目，阅读定值单中的相关定值，查阅10kV线路保护图纸，测试仪相关项目测试的使用说明，经小组认真讨论后编制测试方案，填写测试仪的参数设置、保护压板的投退及接线端子。

3.填写任务工单的咨询、决策、计划部分。 （二）操作步骤

操作流程的要求同项目任务的要求，尤其要注意测试前要做好装置初始状态记录（如压板的位置等），断开待测试设备与运行设备相关联的电流、电压回路，做好记录和安全措施。测试后要按记录恢复到初始状态。

10kV线路三段式电流保护测试以电流I段1时限为例进行试验，其它各段各时限测试方法类似。

1、电流I段保护动作特性测试

对电流I、Ⅱ、Ⅲ段的动作值和动作时间进行测试。在测试过程中，需要将非测试段

48

退出，将不要测试的功能（如方向退出）。

压板：只投“电流I段（瞬时速断）保护”硬压板。 1）定值设置 定值设置：

①将电流I段定值调到5A；

②退出电流Ⅱ段：电流二段一时限控制字 设置 为000E； 退出电流Ⅲ段：电流三段控制字 设置 为000E。 2）试验接线

测试仪电流——10kV线路保护装置交流电流（接线见保护柜 图）； 开入触点——并接保护出口接点两端（接线见保护柜 图）；

试验接线对应表见表2-4-1。

表2-4-1试验接线对应表

项目 电 流 开 入 测试仪 IA IB IC IN A AN 保护装置 1D1-1 1D1-2 1D1-3 1D1-4、5、6 1LP19-② 1D51-1 备注 1D1-4、5、6要短接 注意： 试验前应断开检修设备与运行设备相关联的电流回路。 3）试验步骤 ①测试仪设置

选择测试模块：“递变”—“试验参数”—“电流保护”。如图2-4-20。

图2-4-20 测试仪设置（选择测试模块）

②选择测试模块：“递变”—“开关量”。如图2-4-21。

49

图2-4-21 测试仪设置（选择开关量）

③选择测试模块：“递变”——“试验参数”——“电流保护”——“添加试验项”； 依次设置测试项目、动作值及动作时间的设置； 测试项目：依次选择动作值和动作时间；

动作值：“步长变化时间”要大于保护出口动作时间；“变化始值”要小于动作值；而“变化终值”要大于动作值设置；如图2-4-22。

图2-4-22 测试仪设置（设置电流电压）

动作时间：“故障电流”按1.2倍动作电流设置；“故障前时间”设为5s，大于保护上电复位时间；“最大故障时间”设为0.7s，大于保护出口动作时间。

③设置好后，点击“开始试验”即可。

④查看测试仪、保护动作情况（动作事件、动作出口、信号出口、录波记录）； 重复上述步骤，依次测试电流I、Ⅱ、Ⅲ段动作值、动作时间是否与整定值一致。 4）试验记录。填在表2-4-2中。

50

表2-4-2试验记录情况表

检验项目 1.05倍整定值动作行为 电流Ⅰ段定值试验 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 1.05倍整定值动作行为 电流Ⅱ段定值试验 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 1.05倍整定值动作行为 电流Ⅲ段定值试验 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 动作情况

任务工单见表2-4-3。

表2-4-3任务工单

工作任务 三段式电流保护及测试 学时 6 姓名 学号 班级 日期 任务描述：完成微机保护的三段式电流保护的整定定值的调整及动作过程的检验测试。 1. 咨询（课外完成） （1）继电保护实训指导书 ①认识微机线路保护的软、硬件。 ②了解通过微机保护的人机接口调整定值的方法。 ③画出实验接线图。 （2）相关问题 ①10kV线路微机保护的定值清单是什么，包括哪些内容？ ②三段式电流保护每一段的动作电流和动作时限如何整定，它们之间有什么样的关系？ ③三段式电流保护每一段的作用是什么？ ④确定实验用仪器仪表与量程。 ⑤写出实验步骤。 2. 决策（课外完成） （1）分工： 分工 仪器仪整理工编制检接线 操作 观察 读数 记录 组别 表选择 位 验报告 （2）编制三段式电流保护测试方案： 3. 计划 51

根据《继电保护实训指导书》核对各组编制的测试方案。 4. 实施 （1）实验时注意哪些事项？ 5. 检查及评价 个人评分规则： 考评项目 自我评估 组长评估 劳动纪律（5分） 积极主动（5分） 素质考评（20分） 协作精神（5分） 贡献大小（5分） 工单考评（20分） 检验测试结果分析（20分） 综合评价（40分） 教师评估 备注 二、双侧电源线路的方向性电流保护检验与调试 （一）工作准备

1.课前预习相关知识部分

2.学习35kV双电源线路方向性电流保护的定期检验作业指导书要求的相关测试项目，

阅读定值单中的相关定值，查阅35kV线路方向性电流保护图纸，测试仪相关项目测试的使用说明，经小组认真讨论后编制测试方案，填写测试仪的参数设置、保护压板的投退及接线端子。

3.填写任务工单的咨询、决策、计划部分。 （二）操作步骤

操作流程的要求同项目任务的要求，尤其要注意测试前要做好装置初始状态记录（如压板的位置等），断开待测试设备与运行设备相关联的电流、电压回路，做好记录和安全措施。测试后要按记录恢复到初始状态。

35kV双电源线路方向过电流保护测试以过流I段1时限为例进行试验，其它各段各时限测试方法类似。

1．过电流保护动作特性测试

对过流I、Ⅱ、Ⅲ段的动作值和动作时间进行测试。在测试过程中，需要将非测试段退出，将不要测试的功能（如重合闸）退出。

压板：只投“方向过电流保护”硬压板。 1）定值设置 定值设置：

①将过流I段定值调到5A；

②退出过流Ⅱ段：过流二段一时限控制字 设置 为000E； 退出过流Ⅲ段：过流三段控制字 设置 为000E。 2）试验接线

测试仪电流——35kV双电源线路保护装置交流电流（接线见保护柜 图）； 测试仪电压——35kV双电源线路保护装置交流电压（接线见保护柜 图）； 开入触点——并接保护出口接点两端（接线见保护柜 图）；见表2-4-4。

52

表2-4-4试验接线对应表

项目 电 流 电 压 开 入 测试仪 IA IB IC IN UA UB UC UN A AN 保护装置 1D1-1 1D1-2 1D1-3 1D1-4、5、6 1D2-1 1D2-2 1D2-3 1D2-4 1LP19-② 1D51-1 备注 1D1-4、5、6要短接 注意： 试验前应断开检修设备与运行设备相关联的电流、电压回路。 3）试验步骤 ①测试仪设置

选择测试模块：“递变”——“试验参数”——“复压闭锁及功率方向”。如图2-4-23。

图2-4-23 测试仪设置选择测试模块 ②选择测试模块：“递变”—“开关量”。如图2-4-24。

图2-4-24 测试仪设置选择开关量

53

③选择测试模块：“递变”—“试验参数”—“复压闭锁及功率方向”—“添加试验项”；如图2-4-25。

依次设置测试项目、动作值及动作时间的设置； 测试项目：依次选择动作值和动作时间；

动作值：“步长变化时间”要大于保护出口动作时间；“变化始值”要小于动作值；而“变化终值”要大于动作值设置；

图2-4-25 测试仪设置

动作时间：“故障电流”按1.2倍动作电流设置；“故障前时间”设为5S，大于保护上电复位时间；“最大故障时间”设为0.7S，大于保护出口动作时间。

④设置好后，点击“开始试验”即可。

⑤查看测试仪、保护动作情况（动作事件、动作出口、信号出口、录波记录）； 重复上述步骤，依次测试过流I、Ⅱ、Ⅲ段动作值、动作时间是否与整定值一致。 4）试验记录见表2-4-5。

表2-4-5试验记录情况表

检验项目 1.05倍整定值动作行为 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 1.05倍整定值动作行为 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 1.05倍整定值动作行为 0.95倍整定值动作行为 1.2倍整定值动作时间 动作情况 方向过流 Ⅰ段定值试验 方向过流 Ⅱ段定值试验 方向过流Ⅲ段定值试验

54

任务工单见表2-4-6。

表2-4-6任务工单

工作任务 方向性电流保护及测试 学时 4 姓名 学号 班级 日期 任务描述：完成微机保护功率方向判别功能的整定定值的调整及动作过程的测试。 1. 咨询（课外完成） （1）继电保护实训指导书 ①认识微机线路保护的软、硬件。 ②了解通过微机保护的人机接口调整定值的方法。 ③画出实验接线图。 （2）相关问题 ①方向性电流保护装置的动作区、动作电流和动作时限如何整定，它们之间有什么样的关系？ ②方向性电流保护的作用是什么？ ③确定实验用仪器仪表与量程。 ④如何配合使用移相器和相位表来确定方向保护的动作区？如何计算灵敏角？ ⑤写出实验步骤。 2. 决策（课外完成） （1）分工： 分工 仪器仪整理工编制检接线 操作 观察 读数 记录 组别 表选择 位 验报告 （2）编制方向性电流保护测试方案： 3. 计划 根据《继电保护实训指导书》核对各组编制的测试方案。 4. 实施 （1）实验时注意哪些事项？ 5. 检查及评价 个人评分规则： 考评项目 自我评估 组长评估 劳动纪律（5分） 积极主动（5分） 素质考评（20分） 协作精神（5分） 贡献大小（5分） 工单考评（20分） 检验测试结果分析（20分） 综合评价（40分） 教师评估 备注 55

三、35kV（10kV）线路保护配置及运行维护 （一）35kV（10kV）线路保护配置

35kV（10kV）线路保护的基本配置，一般为三段式电流（方向）保护、反时限过流保护、过负荷保护、小电流接地选线装置、三相自动重合闸、低周（压）减载装置等。目前35kV（10kV）线路保护型号主要有：RCS-9611、CSC-160、CSC-211、PDS-741A、ISA-351G。如选用深圳南瑞的ISA-351G型保护测控装置，该装置集保护与测控于一体（下面以此为例来说明运行维护情况）。10kV线路保护配置一览表见表2-4-7。

表2-4-7 某10kV线路保护配置一览表

保护设备名称 屏内装置型号 保护配置 三段式过流保护 反时限过流保护 相电流加速保护 三相自动重合闸 低周、低压减载 接地保护 过负荷保护 控制回路断线告警 某10kV线路 ISA-351G保护测控装置 （深圳南瑞） （二）装置操作说明及运行注意事项 1.显示说明

显示模块是最常用的人机接口单元，主要由一个128*128的点阵液晶显示窗，9键键盘列阵及若干状态指示发光二极管组成。

（1）液晶显示窗

每行可显示8个汉字或16个英文字符，每屏可显示8行。采用多级菜单显示模式，具有自动背光管理功能。

（2）九键键盘阵列加独立复归按钮 [▲]光标上移一行或上翻一页 [▼]光标下移一行或下翻一页 [[

]光标右移一格，或启动设置，启动打印 ]光标左移一格，或启动设置，启动打印

[+]增加数值 [-]减少数值

[确定]进入下一级菜单或确认当前修改，执行当前操作 [取消]返回上一级菜单或取消当前修改，取消当前操作 [复位]系统重新启动，正常运行时严禁随意按复位键 [复归]复归保护事件 （3）状态指示灯

指示灯名称：电源、运行、告警、保护跳、重合闸、重合允许，正常运行时电源灯和运行灯亮。

2.装置菜单说明及操作说明

装置上电经初始化后，进入开机界面，显示装置地址、装置类型、定值区号、系统时间等信息，按确认键进入主菜单。通过[▲]、[▼]键移动菜单选项，被选中项反显。按确

56

认键进入相应菜单子项，按取消键返回上级菜单。在任何界面下连续按取消键，均可返回开机画面。

（1）实时信息

显示各类装置采集的实时数据及计算数据，包括遥测采样值、遥信状态、电度量、谐波及通信状态。

测量信息，包括保护测量、监控测量、相角测量、相序测量。 ①保护测量

显示各类装置对保护回路采集的电压、电流、频率等实时数据。 ②监控测量

显示各类装置对测量回路采集的母线电压、电流、频率等实时采集数据，并计算分相有功、无功、总有功、总无功、系统频率、功率因数等实时计算值。在监控测量界面下按确认键可以切换选择测量一次值和二次值显示。屏幕右上角有相应提示。

③相角测量

显示各类装置各相电压、各相电流（测量、保护）对参考相的相对夹角。对逆时针方向为正。

④相序测量

显示各类装置电压、保护电流的正序分量值、负序分量值和零序分量值。 （2）遥信信息 包括实遥信，虚遥信。

通过[▲]、[▼]键翻屏显示各项遥信数据。屏幕右上角显示当前屏遥信起始序号，点号从1开始计数。

①实遥信

显示各类装置采集的断路器、刀闸、有载调压分接头或外部硬压板的实时状态。 ②虚遥信

显示各类装置自身产生的保护事件、告警事件、自检事件信息。依装置类型不同显示虚遥信内容不同。

（3）历史信息

显示装置记录的历史数据，包括保护动作事件、保护动作过程、自检记录、事件顺序记录、操作记录、录波记录。

按[▲]、[▼]键翻屏显示各项记录。记录依据先入先出原则，第1条为当前最新记录。按左右键启动打印。

①保护动作事件

记录各种保护动作、告警的时间、类型、动作值、动作相别。 ②保护动作过程

记录各种保护的动作过程，包括各种保护的启动时间、返回时间、闭锁原因。与保护动作事件组合，可实现保护动作过程的“可视”。

③自检事件

记录装置硬件、软件自检监测的信息，记录自检出错、自检恢复、内容、时间。 ④事件顺序记录

57

记录各实遥信、虚遥信发生变位的时间、性质。 ⑤操作记录

记录人工对装置进行的各种操作及各种参数、定值的修改，包括：就地/远方的遥控操作、装置参数修改、定值修改、系统参数修改。

⑥录波记录

记录40条故障录波信息。 （4）定值管理

完成定值工作区的选择，完成定值控制字的及定值的查询和修改。 （5）自动打印

可以分别对历史事件中的保护事件、保护过程、自检记录、事件顺序记录、操作记录进行自动打印功能设置，通过投入或退出，实现自动打印功能。

3.装置投运步骤 （1）投入直流电源；

（2）检查装置“运行”指示灯亮，其余指示灯灭，装置无“告警”等异常信号； （3）按运行要求投入装置压板。 4.运行注意事项

（1）装置投运后的检修必须遵照有关规程规定执行； （2）装置投运后的检修必须由专业人员进行；

（3）运行中禁止随意开出传动、切换定值区、更改定值、投切软压板、更改装置地址。 5.保护投退规定

正常情况下根据调度下发的继电保护定值通知单投入相应保护。 （三）异常处理及事故分析

装置出现异常时，向调度申请退出保护出口压板，通知检修人员进行处理。 【复习思考】：

2-4-1.第Ⅱ段电流保护的动作时限、动作电流及灵敏系数如何计算？为什么？ 2-4-2．第Ⅲ段电流保护是如何保证选择性的？在整定计算中为什么要考虑返回系数及自启动系数？

2-4-3.三段式电流保护是怎样构成的？画出三段式电流保护各段的保护范围和时限配合图。

2-4-4.在图2-4-26所示电网中，线路L1 、L2均装有三段式电流保护，当在线路L2的首端k点短路时，有哪些保护启动？由哪个保护动作跳开哪个断路器？

图2-4-26

2-4-5.在图2-4-27所示的35kV单侧电源辐射形电网中，已知线路L1正常最大工作电流为ll2A，电流互感器的变比为300/5；最大运行方式下，kl点三相短路电流为l2OOA，k2点三相短路电流为500A；最小运行方式下，kl点三相短路电流为1050A，k2点三相短

58

路电流为485A。线路L2过电流保护的动作时限为2s。试计算LI线路三段式电流保护各段的继电器动作电流及动作时限，校验Ⅱ、Ⅲ段保护的灵敏度。

图2-4-27

2-4-6.为什么在Y，d接线的变压器线路上电流保护一般要采用两相三继电器接线方式？

2-4-7.中性点不接地系统单相接地时的电流和电压有什么特点？ 2-4-8.画出绝缘监视装置的原理图并简述其工作原理。

59

任务五：110kV线路保护装置的原理及性能检验与运行维护

【教学目标】： 1.知识目标

（1）掌握110kV线路保护的配置；

（2）掌握距离保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围，动作性能的检验和运行维护；

（3）掌握大接地电流系统零序保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围，动作性能的检验。

2.能力目标

（1）能看懂110kV线路保护标准化作业指导书、定值单、装置设备说明书； （2）能对110kV线路保护配置图和原理图进行正确识读与分析； （3）能正确使用继电保护测试仪；

（4）能进行110kV线路保护装置的动作性能检验和运行维护； （5）能对110kV输电线路保护的动作过程进行分析和处理。

（5）能自我调节，正确面对学习和生活中的成绩和挫折，及时总结和反思，不断提高。 3.素质目标

能严格按照企业的行为规范开展工作，具备勤奋、进取的敬业精神和认真严谨的工作态度。具备互相配合的团队协作精神。 【任务描述】：

依据110kV线路保护标准化作业指导书，设置检验测试安全措施，依据保护装置说明书进行装置界面操作，依据110kV线路保护二次图纸对线路保护装置距离保护、零序保护回路外观进行检查，连接好测试接线，操作测试仪器，对线路距离保护、零序保护的交、直流回路及定值、逻辑进行检验测试，对照定值单等对检验测试结果进行判断。

【任务准备】：

（1）教师下发项目任务书，明确项目学习目标和任务；

（2）讲解线路距离保护、零序电流保护的基本原理及检验测试流程和注意事项；

（3）学生熟悉变电站（发电厂）电气主接线，查阅典型电力系统网络中线路的运行方式及线路距离保护和零序电流保护的接线特点，并对线路距离保护和零序电流保护检验测试规程和技术规范、标准等相关资料进行查阅；熟悉线路保护标准化作业指导书、定值单、装置设备说明书；进行继电保护测试仪的学习使用；

（4）学生进行小组人员分工及职责分配；

（5）讨论110kV线路保护如何配置？讨论距离保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围分别有哪些？讨论110kV线路距离保护动作性能的检验测试流程有哪些？讨论检验过程中注意事项有哪些？讨论大接地电流系统零序保护的构成、各段的作用、动作的逻辑关系、整定原则、特点、接线方式及应用范围分别有哪些？讨论110kV线路零序保护动作性能的检验测试流程有哪些？

（6）制订工作计划及实施方案。教师审核工作计划及实施方案，引导学生确定最终实施方案。 【相关知识】： 一、距离保护

(一)距离保护的基本概念

电流保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以

60

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以上电压的复杂网络中，它们都很难满足选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。

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间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离(阻抗)继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。如图2-5-1所示，当k点短路时，保护2测量的阻抗是Zk，保护1测量的阻抗是ZAB+Zk。由于保护2距短路点较近，保护1距短路点较远，所以保护2的动作时间可以做到比保护1的动作时间短。这样，故障将由保护2切除，而保护1不致误动作。这种选择性的配合，是靠适当地选择各个保护的整定值和动作时限来完成的。

图2-5-1距离保护网络接线图

?/I?，保护安装处母线电压与线路电流之比Zm?U称为测量阻抗，故障时它反应了保护安装处至mm故障点的阻抗。将此测量阻抗与动作阻抗Zact进行比较，当Zm?Zact时，说明故障点在保护范围内，保护动作；当Zm?Zact时，说明故障点在保护范围外，保护不动作。Zm只与故障点k至保护安装处的距离成正比，基本不受系统运行方式的影响，所以距离保护的保护范围基本不随系统运行方式变化而变化。

(二)距离保护的阶段时限特性及整定

距离保护的动作时限t与测得的故障点与保护安装处的距离L的关系，即t=f(L)或t=f(Z)称为距离保护的时限特性。目前广泛应用的是三段式阶梯形时限特性，它具有3个保护范围及相应的三

?????段延时t1?、t2、t3，如图2-5-2所示。距离保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段(简称距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段)的整定

计算与电流保护的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段相似，不同之处是距离Ⅰ段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他两段受到的影响也比较小，故距离保护的保护范围比较稳定。

为保证选择性，瞬时动作的距离Ⅰ段的保护范围为被保护线路全长的80%～85%，动作时限为各继电器的固有动作时间，约0.ls以内，故认为是瞬时动作。距离Ⅱ段的保护范围为被保护线路的全

???长及下一线路的30%～40%，动作时限要与下一线路的距离Ⅰ段的动作时限配合，即t1?t2??t，

为0.5s。距离Ⅲ段为后备保护，其保护范围较长，一般包括本线路及下一线路全长甚至更远，故距

?????离Ⅲ段的动作时限应按阶梯原则整定，即t1?t2??t。如图2-5-2。

图2-5-2 三段式距离时限特性

由图2-5-2可以看出，当k点发生短路时，从保护2安装处到k点的距离为Ｌ2，保护2将以t2的时间动作；从保护1安装处到k点的距离为Ｌ1，保护1将要以t1的时间动作， t1>t2，保护2

61

??????将动作于跳闸，切除故障，满足了选择性要求。由于距离保护从原理上保证了离故障点近的保护的动作时间总是小于离故障点远的保护的动作时间，故障总是由距故障点近的保护首先切除，因此它能在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。 距离保护Ⅰ段的动作阻抗整定为： ZⅠ)ZAB （2-5-1） act?1?(0.8~0.85距离保护Ⅱ段的动作阻抗整定为： Ⅰ （2-5-2）ZⅡ?K(Z?Z)act?1relABact?2距离保护Ⅲ段的动作阻抗整定按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来选择，动作时限应按阶梯特性原则整定。 距离保护Ⅰ段与Ⅱ段共同构成本线路的主保护，距离保护Ⅲ段除作为本身距离Ⅰ、Ⅱ段的后备保护外，还作为相邻线路保护装置和断路器拒动时的后备保护。 (三)阻抗继电器 阻抗继电器是距离保护的核心元件，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。阻抗继电器的类型主要有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性的阻抗继电器以及四边形阻抗继电器等。 1.全阻抗继电器 全阻抗继电器的特性是以继电器安装点为圆心，以整定阻抗Zset为半径所作的一个圆，如图2-5-3所示。当测量阻抗Zm位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应于此时的阻抗就是继电器的起动阻抗。由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此，不论加入继电器的电压和电流的夹角?为多大（由0o～180o之间变化），继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗。具有这种特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性。 jXZsetZsetZmZmR R 图2-5-3 全阻抗继电器的动作特性图

2.方向阻抗继电器

方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Zset为直径而通过坐标原点的一个圆，如图2-5-4所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加入继电器的短路电压和短路电流之间的相位差?为不同数值时，该继电器的起动阻抗也将随之改变。当?等于整定阻抗Zset的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此这个角度称为继电器的最大灵敏角。当保护范围内部发生故障时，???K（为被保护线路的阻抗角），因此应该使继电器的最大灵敏角等于?K，以便继电器工作在最灵敏的条件下。

当反方向发生短路时，测量阻抗Zm位于第三象限，继电器不能动作，因此它本身具有方向性，故称为方向阻抗继电器。

62

可用相位比较动作方程表示为：

90??argZm?Zset?270? （2-5-3） Zm 图2-5-4 方向阻抗继电器动作特性图

3.偏移特性的阻抗继电器

偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为Zset时，同时向反方向偏移一个?Zset，其中0???1，继电器的动作特性如图2-5-5所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为

11Zset??Zset，圆心的坐标为Z0?(Zset??Zset)，圆的半径为Zset?Z0?(Zset??Zset)。

22可用相位比较动作方程表示为：

90??arg

Zm?Zset?270? （2-5-4）

Zm??Zset

图2-5-5 具有偏移特性的阻抗继电器图

这种继电器的动作特性介于方向阻抗继电器和全阻抗继电器之间，当采用??0时，即为方向

阻抗继电器；当??1时，则为全阻抗继电器，其起动阻抗Zact既与?有关，但又没有完全的方向性，一般称其为具有偏移特性的阻抗继电器。实用上通常采用?=0.1～0.2，以便消除方向阻抗继电器的死区。

下面，总结一下这三种阻抗的意义：

（1）测量阻抗Zm：由加入阻抗继电器的电压UK与电流IK的比值确定。 （2）整定阻抗Zset：一般取阻抗继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗。 全阻抗继电器的Zset：圆的半径。

方向阻抗继电器的Zset：在最大灵敏角方向上圆的直径。

偏移特性阻抗继电器的Zset：在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。

63

（3）起动阻抗（动作阻抗）Zact：它表示当继电器刚好动作时，加入继电器的电压UK 和电流

IK的比值。除全阻抗继电器以外，Zact随?K的不同而改变。当?K??sen时，Zact?Zset，此时起

动阻抗最大。

（四）阻抗继电器的接线方式

?和电流I?应满足以下要求： 根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压Ukk（1）继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；

（2）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。

为此，我们所采用的阻抗继电器常用接线方式主要有0°接线、相电压和具有k3I0补偿的相电流接线两种。

1. 相间阻抗继电器的0o接线方式

?和I??I?时，这是在距离保护中广泛采用的接线方式，当阻抗继电器加入的电压和电流为UABAB称之为“0o接线”。继电器端子上所加电压和电流如表2-5-1所示。

表2-5-1 0o接线时阻抗继电器所加电压和电流

阻抗继电器 KR1 KR2 KR3 ? Uk? UAB? Ik??I? IAB? UBC? UCA??I? IBC??I? ICA现根据这种相应的接线方式，对各种相间短路时继电器的测量阻抗分析如下： 1）三相短路 在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的阻抗，三个继电器均能动作。 2）两相短路 与三相短路时的测量阻抗相同，因此，KR1继电器也能动作。 在A-B两相短路的情况下，对继电器KR2和KR3而言，由于所加电压为非故障相间的电压 ，数(2)?为高，??I?为小，值较U而电流又只有一个故障相的电流，数值较I因此其测量阻抗必然大于ZKABAB1的数值，也就是说它们不能正确地测量保护安装地点到短路点的阻抗，从而不能起动。 由此可见，在A-B两相短路时，只有KR1能准确地能够短路阻抗而动作。同理，分析B-C和C-A两相短路可知，相应地也只有KR2和KR3能准确的测量到短路点的阻抗而动作，这就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。 3）中性点直接接地电网中的两相接地短路保护能够正确动作。 2. 接地阻抗继电器的相电压和具有k3I0补偿的相电流接线方式 在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，主要是用来正确反应这个电网中的接地短路。 反应接地故障阻抗继电器的测量阻抗为 ??(1)?K?3I?UZlIm1A0??Z0?Z1，为零序电流补偿系数） （2-5-5） （其中，KZm???Zl1??(1)?K?3I?3Z1IImA0(四)影响距离保护正确动作的因素 阻抗继电器的测量阻抗时受很多因素影响的。主要有： 64

??（1）短路点的过渡电阻； （2）电力系统振荡；

（3）保护安装处与故障点之间有分支电路； （4）TA、TV的误差； （5）TV二次回路断线； （6）串联补偿电容。

距离保护的评价：距离保护灵敏度比电流保护高，距离Ⅰ段不受运行方式的影响，Ⅱ、Ⅲ段受运行方式影响小；在多电源的复杂网络中能保证选择性；距离Ⅰ段虽然是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长的80%-85%，因此两端合起来就使得在30%-40%的线路长度内的故障，不能从两端瞬时切除，在一端须经过0.35～0.5s的延时才能切除，在220kV及以上的电网中，有时侯这不能满足电力系统稳定运行的要求，因而不能作为主保护来应用。距离保护一般用于110kV电网线路上作为主保护。

二、大接地电流系统零序保护

110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。该电网中发生一点接地故障即构成单相接地短路，将产生很大的故障相电流。从对称分量角度分析，则出现很大的零序电流，反映零序电流增大而动作的保护叫零序电流保护。

(一)中性点直接接地系统发生接地故障时的零序分量 1.零序分量分析

设在图2-5-6（a）所示网络中k点发生A相接地故障，零序电流的参考方向仍取从母线流向线路，零序电压的参考方向则取指向大地。从图中可看出：

（1）故障点零序电压最高，离故障点越远零序电压越低，变压器接地中性点处零序电压为零。 （2）零序电流是由故障点零序电压产生的，经变压器接地的中性点构成回路。零序电流的分布主要取决于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源的数目和位置无关。

（3）对发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，零序功率方向实际上都是从线路流向母线。零序功率为

? P?3I3Ucos(180??k0)＜0（其中，?k0为线路的零序短路阻抗角，＜90） 000?（4）正向故障时，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位差，取决于母线背后变压器的零

序阻抗，而与保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关。

图2-5-6 单相接地短路零序分量分析图

（a）接线图；（b）零序等效网络图；（c）零序电压的分布；（d）零序电流、电压相量图

用零序电压过滤器和零序电流过滤器即可实现接地短路的零序电流和方向保护。现分别讨论如

下。

2.零序电流滤过器

接地保护装置是通过零序电流滤过器来取得零序电流的。将三相电流互感器极性相同的二次端子分别接在一起，就组成了零序电流滤过器，如图2-5-7所示。流入继电器的电流为：

65

??I??I??I? （2-5-6） 3I0abc

图2-5-7 零序电流滤过器

图2-5-8 零序电流互感器接线示意图

（a）结构图；（b）接线图

对采用电缆引出的送电线路，采用零序电流互感器获得零序电流。如图2-5-8所示，此电流互

??I??I??3I?，只有当一次侧出现零序电流感器套在电缆的外面，即这个互感器的一次电流是IABC0时，在互感器二次侧才有相应的零序电流输出，故称它为零序电流互感器。

3.零序电压过滤器

零序电压滤过器是指输入端加三相电压而输出端只有零序电压的滤过器。见图2-5-9所示。

图2-5-9 零序电压滤过器取得零序电压的接线图

（a）用三个单相式电压互感器；（b）用三相五柱式电压互感器

(二)零序电流保护

一般采用三段式或四段式。三段式零序电流保护由零序电流速断(零序I段)、限时零序电流速断(零序Π段)、零序过电流(零序IΠ段)组成。其中Ⅰ段为速动段保护，Ⅱ段（Ⅱ、Ⅲ段）应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短，最末一段则为后备保护。三段式零序电流保护原理与三段式电流保护是相似的。

l.零序电流速断保护(零序I段)

零序电流速断保护的整定原则如下：

(1)零序I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时可能出现的最大零

66

?序电流3I0?max。

IIIact?Krel3I0.max（其中，KⅠrel=1.2～1.3） （2-5-7）

(2)躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。

IIIact?Krel3I0.unb（其中，KⅠrel=1.1～1.2） （2-5-8）

(3)在220kV及以上电压等级的电网中，当采用单相或综合重合闸时，会出现非全相运行状态，

若此时系统又发生振荡，将产生很大的零序电流，按(1)、(2)来整定的零序I段可能误动作。如果使零序I段的动作电流按躲开非全相运行系统振荡的零序电流来整定，则整定值高，正常情况下发生接地故障时，保护范围缩小。

为此，通常设置两个零序I段保护。一个是按整定原则(1)、(2)整定，由于其定值较小，保护范围较大，称为灵敏I段，它用于全相运行状态下出现的接地故障，在单相重合闸时，则将其自动闭锁，并自动投入第二种零序I段。称为不灵敏I段，按躲开非全相振荡的零序电流整定，其定值较大，灵敏系数较低，用来保护非全相运行状态下的接地故障。

灵敏的零序I段，其灵敏系数按保护范围的长度来校验，要求最小保护范围不小于线路全长的15%。

2.限时零序电流速断保护(零序Ⅱ段)

零序Ⅱ段能保护线路全长，以较短时限切除接地故障。其动作电流与下一线路的零序I段配合。零序Ⅱ段的动作时限比下一线路零序I段的动作时限大一个时限级差?t为O.5s。

ⅡⅠⅡIⅡact?1?KrelIact?2（其中，Krel=1.1～1.2） （2-5-9）

Ⅱt1?tⅠ2??t?0.5s （2-5-10）

零序Ⅱ段的灵敏系数，按本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，要求Ksen?1.5。

若灵敏度不满足要求，则本线路零序Ⅱ段与下一线路零序Ⅱ配合，即

3I0?min≥IⅡact?1ⅡⅡⅡIⅡact?1?KrelIact?2（其中，Krel=1.1～1.2） （2-5-11）

Ⅱt1?tⅡ2??t?1.0s （2-5-12）

同时采用0.5s的零序Ⅱ段和1.0s的零序Ⅱ段。

3.零序过电流保护(零序Ⅲ段)

零序过电流保护在正常运行及外部相间短路时不应动作，而此时零序电流滤过器有不平衡电流输出并流过本保护，所以零序Ⅲ段的动作电流应按躲过最大不平衡电流来整定。

（1）躲过相邻线路首端三相短路时，出现的最大不平衡电流，即

ⅢⅢIact?KrelIunb?max （2-5-13）

其中，Iunb.max?Kaper?Kss?Kmet?Ik?max

(3)Kaper―― 非周期分量系数t＝0s时取1.5～2，t=0.5s时取1；

Kss―― 同型系数。同型时取0.5，不同型时取1；

67

Kmet―― CT误差，取0.1；

)Ik(3?max――线末变压器另一侧短路时流过保护的最大短路电流。

(2)与相邻零序Ⅲ段进行灵敏度配合

ⅢⅢⅢIact?K?1relIact?2 （2-5-14）

零序电流Ⅲ段保护动作电流定值取上面较大值。

动作时限的确定按阶梯形原则配合，配合范围比相间短路过电流保护配合范围小，因此同一条线路上零序过电流动作时限比相间短路过电流时限短。

零序电流Ⅲ段保护的灵敏系数，按保护范围末端接地短路时的最小零序电流来校验。作近后备时，校验点取本线路末端，要求Ksen?末端，要求Ksen≥1.25。

(三)零序方向电流保护 l.方向性问题的提出

在双侧或多侧电源的电网中，电源处变压器的中性点一般至少有一点接地，如图2-5-10 (a)所示的电网。当在线路上发生接地故障时，零序电流流经各个中性点接地变压器。图2-5-10 (b)、(c)分别画出了k1点与k2点短路时的零序等值网络。当在k1点短路时，应由保护1和2动作切除故障，

3I0?min≥1.5；作下一线路的远后备时，校验点取下一线路ⅢIact?1?流过保护2与3，保护3有可能动作。同理当在k2点短路时，保护2可能动作。因但零序电流I02此，与方向电流保护相同，必须在零序电流保护上增加功率方向元件，判别零序电流的方向，构成

零序方向电流保护。

图2-5-10 零序方向电流保护

(a)网络图；(b)k1点短路的零序等值网络；(c)k2点短路的零序等值网络

2.零序功率方向元件

测量零序电压和零序电流的夹角，满足下述动作方程（2-5-15），继电器动作，反之继电器不动作。

?U?190?arg0??10? （2-5-15）

?I0?下面分析一下零序功率方向继电器。 正方向接地故障时，?0＝argUI。。 ＝－（180o－?k0） 68

??3U?，当?k0＝70～80时，?0＝－（110～100），此时，?sen≈－105，所以，接线为：UK0o

o

o

o

o

??3I?。 IK0??3I?。 ???3U?，I以前，整流型和晶体管型：?sen＝70～85，所以，接线为：UK0K0o

o

由于越靠近故障点的零序电压越高，因此出口短路时零序功率方向继电器无死区，远处故障时

U0下降 I0减小，零序功率方向继电器可能不动，为此要求灵敏性（作相邻元件后备）

Ksen?Smin?1.5。 Sact3.阶段式零序方向电流保护。

三段式零序方向电流保护的原理接线图如图2-5-11所示。只有在零序功率方向元件动作后，零序电流保护才能动作于跳闸。当发生正方向接地故障时，KWO判别功率方向为正而动作，电流继电器流过故障电流动作，故保护跳闸。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段零序电流保护共用一个功率方向继电器KW0。

图2-5-11 三段式零序方向电流保护的原理接线图

（四）对大接地电流系统零序保护评价

在前面分析相间短路电流保护的接线方式中，已经指出三相星形接线也可反映单相接地故障，那为什么还要采用专门的零序电流保护呢？这是因为两者比较，后者具有很多的优点：

1）零序电流保护更灵敏，Ⅰ、Ⅱ受运行方式影响较小，Ⅰ段保护范围长且稳定，Ⅱ段灵敏性易于满足，Ⅲ段躲不平衡电流，定值低更灵敏且时间较短；

2）零序功率方向继电器出口无死区，接线简单、经济、可靠； 3）系统振荡、短时过负荷等情况下（三相对称）I0不受影响。

零序电流保护的缺点是：

1）对于短线路或运行方式变化比较大的情况，保护往往不能满足系统运行的要求；

2）采用单相重合闸方式时，在重合闸过程中出现的非全相运行状态会影响零序电流保护的正确工作，因此应从整定计算上考虑，或在单相重合闸过程中短时退出运行；

3）采用自耦变压器联系两个不同电压等级电网时，任一网络的接地短路都将在另一侧产生零序电流，使零序保护的整定配合复杂化，并增大第Ⅲ段保护的动作时限。

69

【任务实施】： 1.工作策略

（1）在学习线路距离保护基本原理知识后，按照线路距离保护的定期检验作业指导书的要求，运用继电保护测试仪，根据定值单要求，完成110kV线路距离保护的检验测试；

（2）在学习线路零序电流保护基本原理知识后，按照线路零序电流保护的定期检验作业指导书的要求，运用继电保护测试仪，根据定值单要求，完成110kV线路零序电流保护的检验测试。

2.工作规范

（1）保护的检验测试过程及其结果分析每做一步要进行检查一步（自查）；

（2）每个保护的检验测试过程及其结果分析完毕后，各个小组进行整体检查（复查）； （3）自评：学生对本项目的整体实施过程进行评价；

（4）互评：以小组为单位，分别对其他组的工作结果进行评价和建议；

（5）教师评价：教师对工作过程、工作结果进行评价，指出每个小组成员的优点，并提出改进建议。

3.劳动组织

学生汇报计划与实施过程，回答同学与教师的问题。重点检查检验项目和检验结果，教师与学生共同对工作结果进行评价。

4.参考案例

根据现有实际教学条件，可灵活举例演示。 5.总结提炼

学生和教师对本任务的学习全过程进行总结提炼，以便后续项目内容或课程的更好更有效的学习。

一、距离保护的检验与调试 (一)工作准备

1.课前预习相关知识部分

2.学习110kV线路距离保护装置定期检验作业指导书要求的相关测试项目，阅读定值单中的相关定值，查阅线路保护图纸，测试仪相关项目测试的使用说明，经小组认真讨论后编制测试方案，填写测试仪的参数设置、保护压板的投退及接线端子。

3.填写任务工单的咨询、决策、计划部分。 (二)操作步骤

操作流程的要求同项目任务的要求，尤其要注意测试前要做好装置初始状态记录（如压板的位置等），断开待测试设备与运行设备相关联的电流、电压回路，做好记录和安全措施。测试后要按记录恢复到初始状态。

110kV线路距离保护测试以距离I段1时限为例进行试验，其它各段各时限测试方法类似。

1 距离保护动作特性测试

对距离I、Ⅱ、Ⅲ段的动作值和动作时间进行测试。在测试过程中，需要将非测试段退出，将不要测试的功能（如重合闸）退出。

压板：只投“距离保护”硬压板。

70

1）定值设置 定值设置： ①将距离I段定值调到2Ω； ②退出距离Ⅱ段：距离Ⅱ段一时限控制字 设置 为000E； 退出距离Ⅲ段：距离Ⅲ段控制字 设置 为000E。 2）试验接线 测试仪电流——110kV线路距离保护装置交流电流（接线见保护柜 图）； 测试仪电压——110kV线路距离保护装置交流电压（接线见保护柜 图）； 开入触点——并接保护出口接点两端（接线见保护柜 图）； 表2-5-2 试验接线对应表 项目 电 流 测试仪 IA IB IC IN UA UB UC UN A AN 保护装置 1D1-1 1D1-2 1D1-3 1D1-4、5、6 1D2-1 1D2-2 1D2-3 1D2-4 1LP19-② 1D51-1 备注 1D1-4、5、6要短接 电 压 开 入 注意： 试验前应断开检修设备与运行设备相关联的电流、电压回路。 3）试验步骤 ①测试仪设置 选择测试模块：“线路保护定值校验”—“阻抗定值校验”—“添加”。如图2-5-12。

图2-5-12 测试仪设置选择测试模块

②选择测试模块：“线路保护定值校验”—“阻抗定值校验”—“开关量”。如图2-5-13。

71

图2-5-13 测试仪设置选择开关量 ③选择测试模块：“线路保护定值校验”—“阻抗定值校验”—“添加”—“阻抗定值校验”—“确认”； 依次设置故障类型、阻抗角、短路电流、阻抗定值及动作时间的设置； 测试项目：依次选择动作值和动作时间； 动作值：按0.95倍和1.05倍动作值来进行设置； 动作时间：“故障前时间”设为5S，大于保护上电复位时间；“最大故障时间”设为0.7S，大于保护出口动作时间。 ④设置好后，点击“开始试验”即可。 ⑤查看测试仪、保护动作情况（动作事件、动作出口、信号出口、录波记录）； 重复上述步骤，依次测试距离I、Ⅱ、Ⅲ段动作值、动作时间是否与整定值一致。 4）试验记录 ①相间距离保护检验见表2-5-3。 表2-5-3 相间距离保护试验情况表 动作段 Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 整定值 故障 电流 故障电压 0.95*2*I*ZZ1 1.05*2*I*ZZ1 0.95*2*I*ZZ2 1.05*2*I*ZZ2 0.95*2*I*ZZ3 1.05*2*I*ZZ3 0V 故障 类型 AB BC CA AB 保护动 作情况 动作 不动 动作 不动 动作 不动 不动 动作时间 整定值 实测 － － － － － － － － － 模拟反方向故障 ②接地距离保护检验表2-5-4。 72

表2-5-4 接地距离保护试验情况表 动作段 Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 整定值 故障 电流 故障电压 （K=0.67） 0.95*(1+K)*I*XD1 1.05*(1+K)*I*XD1 0.95*(1+K)*I*XD2 1.05*(1+K)*I*XD2 0.95*(1+K)*I*XD3 1.05*(1+K)*I*XD3 0V 故障 类型 AN BN CN AN 保护动 作情况 动作 不动 动作 不动 动作 不动 不动 动作时间 整定值 实测 － － － － － － － － － 模拟反方向故障 任务工单见表2-5-5

表2-5-5任务工单 工作任务 距离保护及测试 学时 6 姓名 学号 班级 日期 任务描述：完成微机保护的距离保护的整定定值的调整及动作过程的测试。 1. 咨询（课外完成） （1）继电保护实训指导书 ①认识微机线路保护的软、硬件。 ②了解通过微机保护的人机接口调整定值的方法。 ③测试仪的使用，画出试验接线图。 （2）相关问题 ①110kV线路微机保护的定值清单是什么，包括哪些内容？ ②三段式距离保护每一段的动作电流和动作时限如何整定，它们之间有什么样的关系？ ③三段式距离保护每一段的作用是什么？ ④确定实验用仪器仪表与量程。 ⑤写出实验步骤。 2. 决策（课外完成） （1）分工： 分工 仪器仪整理工编制检接线 操作 观察 读数 记录 组别 表选择 位 验报告 （2）编制线路距离保护测试方案： 3. 计划 根据《继电保护实训指导书》核对各组编制的测试方案。 4. 实施 （1）测试试验时注意哪些事项？ 5. 检查及评价 个人评分规则： 考评项目 自我评估 组长评估 劳动纪律（5分） 积极主动（5分） 素质考评（20分） 协作精神（5分） 贡献大小（5分） 工单考评（20分） 检验测试结果分析（20分） 综合评价（40分） 教师评估 备注 73

二、110kV线路零序电流保护装置的检验与调试

(一)工作准备

1.课前预习相关知识部分

2.学习110kV线路零序电流保护装置定期检验作业指导书要求的相关测试项目，阅读定值单中的相关定值，查阅110kV线路零序电流保护图纸，测试仪相关项目测试的使用说明，经小组认真讨论后编制测试方案，填写测试仪的参数设置、保护压板的投退及接线端子。

3.填写任务工单的咨询、决策、计划部分。 (二)操作步骤

操作流程的要求同项目任务的要求，尤其要注意测试前要做好装置初始状态记录（如压板的位置等），断开待测试设备与运行设备相关联的电流、电压回路，做好记录和安全措施。测试后要按记录恢复到初始状态。

110kV线路零序电流保护测试以零序I段1时限为例进行试验，其它各段各时限测试方法类似。

1 零序电流保护动作特性测试

对过流I、Ⅱ、Ⅲ段的动作值和动作时间进行测试。在测试过程中，需要将非测试段退出，将不要测试的功能（如重合闸）退出。

压板：只投“零序电流保护”硬压板。 1）定值设置 定值设置：

①将零序I段定值调到1A；

②退出零序Ⅱ段：零序二段一时限控制字 设置 为000E； 退出零序Ⅲ段：零序三段控制字 设置 为000E； ③将“零序I段经方向闭锁”控制字设置为“0”。 2）试验接线

测试仪电流—110kV线路零序电流保护装置交流电流（接线见保护柜 图）； 测试仪电压—110kV线路零序电流保护装置交流电压（接线见保护柜 图）； 开入触点—并接保护出口接点两端（接线见保护柜 图）；

表2-5-6 试验接线对应表 项目 电 流 测试仪 IA IB IC IN UA UB UC UN A AN 保护装置 1D1-1 1D1-2 1D1-3 1D1-4、5、6 1D2-1 1D2-2 1D2-3 1D2-4 1LP19-② 1D51-1 备注 1D1-4、5、6要短接 电 压 开 入 注意： 试验前应断开检修设备与运行设备相关联的电流、电压回路。 3）试验步骤 ①测试仪设置

74

选择测试模块：“线路保护定值校验”—“零序电流定值校验”—“添加”。如图2-5-14。

图2-5-14 测试仪设置选择测试模块

②选择测试模块：“线路保护定值校验”—“零序电流定值校验”—“开关量”。如图2-5-15。

图2-5-15 测试仪设置开关量选择

③选择测试模块：“线路保护定值校验”—“零序电流定值校验”—“添加”—“零序定值校验”—“确认”；

依次设置故障类型、故障方向、零序定值及动作时间的设置； 测试项目：依次选择动作值和动作时间；

动作值：按0.95倍和1.05倍动作值来进行设置；

动作时间：“故障电流”按1.2倍动作电流设置；“故障前时间”设为5s，大于保护上电复位时间；“最大故障时间”设为0.7s，大于保护出口动作时间。

③设置好后，点击“开始试验”即可。

④查看测试仪、保护动作情况（动作事件、动作出口、信号出口、录波记录）；重复上

75

述步骤，依次测试零序电流I、Ⅱ、Ⅲ段动作值、动作时间是否与整定值一致。

4）试验记录见表2-5-7。

表2-5-7 试验记录情况表 动作段 Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段 Ⅳ段 整定值 故障 电压 30V 30V 30V 30V 30V 故障电流 1.05*I01 0.95*I01 1.05*I02 0.95*I02 1.05*I03 0.95*I03 1.05*I04 0.95*I04 1.2*I01 故障 类型 AN BN CN AN AN 保护动 作情况 动作 不动 动作 不动 动作 不动 动作 不动 不动 动作时间 整定值 实测 － － － － － － － － － － － 模拟反方向故障 任务工单见表2-5-8。 表2-5-8任务工单 工作任务 零序电流保护及测试 学时 4 姓名 学号 班级 日期 任务描述：完成微机线路保护零序电流保护的整定定值的调整及动作过程的测试。 1. 咨询（课外完成） （1）继电保护实训指导书 ①认识微机线路保护的软、硬件。 ②了解通过微机保护的人机接口调整定值的方法。 ③画出实验接线图。 （2）相关问题 ①零序电流、零序电压的特点 ②零序电流保护的构成原理，保护范围、动作时限、整定值的配合、接线方式的特点？ ③确定实验用仪器仪表与量程。 ④如何使用继电保护测试仪来模拟接地故障？ ⑤写出实验步骤。 2. 决策（课外完成） （1）分工： 分工 仪器仪整理工编制检接线 操作 观察 读数 记录 组别 表选择 位 验报告 （2）编制零序电流保护测试方案： 3. 计划 根据《继电保护实训指导书》核对各组编制的测试方案。 4. 实施 （1）实验时注意哪些事项？ 5. 检查及评价 个人评分规则： 考评项目 自我评估 组长评估 教师评估 备注 76

劳动纪律（5分） 积极主动（5分） 素质考评（20分） 协作精神（5分） 贡献大小（5分） 工单考评（20分） 检验测试结果分析（20分） 综合评价（40分） 三、110kV线路保护配置及运行维护 （一）110kV线路保护配置

110kV线路保护的基本配置为：三段相间距离保护、三段接地距离保护、四段零序电流保护、过流保护、三相自动重合闸等，有部分110kV线路采用光纤纵联差动电流保护作为主保护。目前110kV线路保护型号主要有：RCS-900系列、LFP941、PSL-621C、PSL-621D、PDS-711B、PDS-713A、CSC-163A、WXH-811等。下面举例说明110kV线路保护配置及运行维护情况。保护配置见表2-5-9。

表2-5-9 某110kV线路保护配置一览表

保护设备名称 某110kV线路1 502 屏内装置型号 PSL-621C （国电南自） 保护配置 三段相间和接地距离 四段零序保护 三相一次重合闸 光纤差动 三段相间和接地距离 四段零序保护 三相一次重合闸 三段相间和接地距离 四段零序保护 两段式过流保护 三相自动重合闸 过负荷告警 低周保护 分相、零序电流差动 三段相间和接地距离 四段零序保护 三相自动重合闸 两段式过流保护 某110kV线路2 504 PSL-621D （国电南自） 某110kV线路3 506 RCS-941A （南京南瑞） 某110kV线路4 508 RCS-943A （南京南瑞） （二）装置操作说明及运行注意事项 1.保护装置面板介绍及操作说明

（1）装置各信号（指示灯等）名称、指示状态

PSL621C保护装置面板包括液晶显示、信号指示灯和操作小键盘。信号指示灯信号灯有运行、重合允许、保护动作、重合动作、PT断线和告警、跳位、合位、I母、II母。

① 运行：正常时亮，表示装置运行正常；

② 重合允许：表示重合闸充电完成，重合条件满足； ③ 跳位：断路器跳闸 ；合位：断路器合位；

④ 告警：表示装置异常。正常时不亮，如灯亮，表示装置硬件异常，此时，将闭锁保护出口回路的+24V电源；

77

⑤ PT断线：PT断线时，对差动保护没影响，退出距离保护； ⑥ I母、II母对应线路所在母线。

PSL621D保护装置面板信号灯同PSL621C保护装置。 （2） 装置菜单说明及操作说明

PSL621C保护装置(PSL621D同)主菜单界面如图2-5-16所示：

图2-5-16 PSL621C保护装置(PSL621D同)主菜单 1）定值调阅、打印

用“↑”“↓”键选择至“定值”，在定值管理菜单中通过“↑”“↓”键选择“显示和打印”菜单，按“╝”键进入后，选择保护类型，选择后将选择打印。

2）时钟核对、修改

操作方法：按“╝”键进入主菜单→移动大光标到“设置”，按“╝”键进入子菜单→移动大光标到“时间设置”，按“╝”键进入即可修改时间。

3）采样值调阅与打印

在[主菜单]中进入“采样信息”菜单后选择“显示有效值”或者“打印采样值”菜单，然后操作。

4）报告调阅与打印

操作方法：按“╝”键进入主菜单→移动大光标到“事件”，按“╝”键进入自菜单→移动大光标到“分报告”，按“╝”键进入下一级菜单→按“╝”键选择CPU号，再移动光标到“√”上，按“╝”键进入下一级菜单→用“←”“→”键翻页选择欲打印的动作报告，按“╝”键打印动作索引，并进入下一级菜单→移动光标选择报告输出格式，按“╝”键开始打印。

2.装置投运步骤

（1）检查保护装置在通电投运前所有跳闸出口压板应退出； （2）合上直流电源快分开关，这时装置面板上“运行”灯亮；

（3）电压互感器和电流互感器有且仅有一处接地点，接地点设在保护屏内，并应牢固； （4）保护专业人员检查交流回路三相电压、电流相序及相位正确；

（5）校对液晶显示屏的时钟正确。运行方式显示模件指示运行状态与系统运行方式一致；

（6）将打印机与保护装置连接好，合上打印机电源，检查打印机运行正常；

78

（7）保护定值按调度定值整定通知单整定，所有保护的定值整定完后，打印一份各保护的定值清单，核实无误后签名存档；

（8）投运前退出装置传动试验的全部试验项目，避免正常运行中因误操作导致装置误动作；

（9）保护专业人员检查各 CPU 保护软压板是否正确投退；

（10）按调度命令加用各单元跳闸出口压板，装置投运正常（各保护保护压板功能说明及投退规定详见附录）。

3.运行注意事项

（1）装置发出告警信号后，应查看液晶画面显示的告警内容。在排除告警原因后，才能按复归按钮复 归告警信号，严禁运行人员随意按复位按钮。

（2）严禁运行人员进行以下操作：投退软压板、切换定值区、修改定值、开出传动、更改装置运 行参数及出厂设置参数和需进行参数固化的操作等。

（3）严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板上的芯片和器件。 （4）运行中要停用装置的所有保护，要先断跳闸压板再停直流电源。 （5）运行中直流电源消失，应首先退出跳闸压板。 4.保护投退规定

正常情况下根据调度下发的继电保护定值通知单投入相应保护。 （三）异常处理及事故分析 1.装置的异常处理

（1）装置运行灯熄灭或运行中异常，检查装置液晶屏是否显示正常、是否有其他异常情况，若有其他异常应立即向调度申请退出保护，并通知检修人员进行处理；

（2）装置背面电源插件上装置内部+24V、+5V电源指示灯灭，应立即向调度申请退出保护，通知检修人员进行处理。110kV线路保护装置异常情况处理见表20-5-10。

表2-5-10 某110kV线路保护装置异常情况处理表

事件名称 装置上电 RAM 错误 EPROM 错误 闪存错误 EEPROM 错误 开出异常 AD 错误 零漂越限 内部电源偏低 无效定值区 定值校验错误 TV 断线 TV 三相失压 线路 TV 断线 TV 反序 TA 不平衡 TA 反序 负载不对称 装置反应 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 呼唤 告警、呼唤、闭锁保护 告警、呼唤、闭锁保护 TV 断线灯亮、呼唤 TV 断线灯亮、呼唤 TV 断线灯亮、呼唤 呼唤 呼唤 呼唤 呼唤 处理措施 停机检修 停机检修 停机检修 停机检修 停机检修 停机检修 停机检修 停机检修 切换到有效定值区 重新输入正确定值 检修 TV 回路 检修 TV 回路 检修线路 TV 回路 检修 TV 回路 检修 TA 回路

79

【复习思考】：

2-5-1.简述距离保护的基本工作原理。

2-5-2.距离Ⅰ段的保护范围是多少？动作时间是多少？ 2-5-3.距离Ⅱ段的保护范围是多少？动作时间如何整定？ 2-5-4.距离Ⅲ段的保护范围是多少？动作时间如何整定？ 2-5-5.距离保护相对于电流保护而言有什么优点？

2-5-6.写出两种阻抗继电器的动作方程并画出其动作特性。 2-5-7.反映相间故障的阻抗继电器是如何接线的？ 2-5-8.三段式距离保护是如何整定的？

2-5-9.三段式距离保护是如何来实现选择性的？ 2-5-10.反应接地故障的阻抗继电器是如何接线的？

2-5-11.理想的阻抗继电器动作特性表示在复平面上，应为什么图形？实际应用中为什么广泛采用圆特性？

2-5-12什么是分支系数？对助增系统和汲出系统分支系数的大小是否相同？计算整定阻抗时应如何考虑？

2-5-13.双侧电源或单电源环网的线路电流保护为什么要加装方向元件？

2-5-14.为什么要特别注意方向元件接线的极性？在实际应用中若将方向继电器中的电流或电压线圈的极性接反，会产生什么后果？

2-5-15.说明电流零序滤过器的基本原理。

2-5-16.中性点直接接地系统发生接地故障时有什么特点？ 2-5-17.零序电流速断保护是按什么原则整定的？ 2-5-18.限时零序电流速断保护是按什么原则整定的？ 2-5-19.零序电流保护为什么要加装方向元件？

2-5-20.中性点直接接地电网阶段式零序电流保护是如何构成的？说明其整定计算原则和时限特性。

2-5-21.在图2-5-17中，拟在断路器QF1～QF6处装设相间第Ⅲ段电流保护和零序第Ⅲ段电流保护，已知△t=△t0=0.5s，试确定：

(1)相间第Ⅲ段电流保护和零序第Ⅲ段电流保护的动作时间。 (2)画出上述两种保护的时限特性并进行评价。

图2-5-17

2-5-2.中性点直接接地电网的零序电流保护是如何构成的？画出三段式零序电流保护的原理接线图、时限特性，说明其整定计算的原则。

80

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0azo.html