电力系统继电保护教案

概 述

一、保护的任务

*故障时：自动、快速、有选择性地切除故障元件，zhog保证非故障部分恢复正常运行

*不正常运行时：自动、及时、有选择地动作于信号、减负荷或跳闸

二、对保护的基本要求

1、选择性；2、速动性；3、灵敏性；4、可靠性

三、保护基本工作原理

1、反应设备一端系统正常运行与故障时基本参数的区别（单端测量）

由于无法从测量电气量上来区分本设备末端故障点与相邻设备首端故障点，为了保证选择性，在本设备末端附近保护区的动作必须带延时（不能实现全线速动）。

2、反应设备内部故障与外部故障及正常运行时两端电气量的差别（双端测量或纵联保护）

由于可准确区分本设备内部故障点与外部其他设备故障点，可实现全线速动。但不具备远后备作用（不能作其他设备的后备保护）。

§2 电网的电流保护和方向性电流保护

§2-1 单侧电源网络相间短路的三段电流保护（主要用于35KV及以下线路） 一、电流I段保护：瞬时动作的电流保护 1、短路特性分析 ↓

三相短路时d(3),流过保护处的短路电流：Id =

EE= Zd(?)↑ → IdZ?Zs?Zd

曲线max：系统最大运行方式下发生三相短路情况 曲线min：系统最小运行方式下发生两相短路情况

3倍） 2 （线路上某点的两相短路电流为该点三相短路电流的2、动作电流整定

原则：躲开下条线路出口（始端）短路时流过本保护的最大短路电流（以保证选择性）:

I Idz.1 = KkI·I(3)d.B.max ； I Idz.2 = KkI·I(3)d.C.max 可靠系数KkI = 1.2～1.3 3、灵敏性校验

该保护不能保护本线路全长，故用保护范围来衡量灵敏性 ?max：最大保护范围； ?min：最小保护范围

校验保护范围：（?min / L）·100% ? 15% ～ 20%

二、电流II段：以较小的动作时限切除本线路全线范围内的故障。

1、动作电流的整定

保护范围延伸到下条线路，但不超出下条线路电流I段保护范围末端(与下

条线路电流I段配合)。即躲开下条线路短路使下条线路电流I段刚刚动作时，流过本保护的最大短路电流。

I IIdz.1 = KkII·I Idz.2 可靠系数KkII=1.1~1.2（考虑到暂态过程已过，比KkI稍小）

2、动作时限的选择

为保证本线路电流II段与下条线路电流I段保护范围重叠区内发生故障时

的动作选择性，动作时限与下条线路电流I段配合：

t II1 = t I2 + ?t ≈?t 3、灵敏性的校验

对于过量保护（反映测量电气量上升而动作的保护）： 灵敏系数：Klm =

应保护的区域内金属性短路的故障参数计算值

保护的动作参数时差?t：0.35s～0.6s，一般取0.5s

校验灵敏度时的故障参数计算值：应考虑系统最小运行方式下，被保护线路

末端发生两相短路时，流过保护的最小短路电流。

I(2)d.B.min对保护1的电流II段：Klm = 要求：Klm ? 1.3～1.5 IIIdz.1若Klm不满足要求，可继续延伸保护范围使本线路电流II段与下条线路电流

I段配合：

I IIdz.1 = KkII·I IIdz.2

tII1 = t II2 + ?t ≈ 2?t （保证重叠区内故障的动作选择性） 三、电流III段：一般作为后备保护，灵敏度高但动作时限长。 1、动作电流的整定

基本整定原则：躲开流过保护的最大负荷电流：I IIIdz > If.max

实际整定原则：考虑到外部故障切除后，电压恢复时电动机的自启动过程中，保护要能可靠返回，则要求返回电流：I IIIh > Izq.max= Kzq·If.max (电动机负荷自启动系数Kzq>1)

返回电流IhIhIIIKzq?If.max则：Idz => （返回系数Kh=）

KhKh动作电流Idz III

取可靠系数

KkIII =1.15～1.25，则：I IIIdz =

KkIII?Kzq?If.maxKh

2、按选择性要求确定电流III段动作时限

为保证动作选择性，动作时限按阶梯原则整定（前级线路保护动作时限

至少比下级线路保护动作时限高一个时差?t）

tIII1 = max{t III2, t III3, t III4}+ ?t

对电流III段，当故障越靠近电源端时，此时短路电流Id越大,但电流III

段的动作时限反而越长 ——— 缺点

则：电流III段一般作为后备保护，但在电网的终端可以作为主保护。

3、电流III段灵敏系数校验

(1)、作为本线路主保护或近后备（本线路保护的后备）时

I(2)d.bm.min按本线路末端最小短路校验：Klm = 要求 ? 1.3～1.5 IIIIdz(2)、作为远后备（下条线路保护的后备）时

I(2)d.xm.min按下条线路末端最小短路校验：Klm = 要求 ? 1.2 IIIIdz(3)、要求各级线路保护之间Klm互相配合

对同一故障点，越靠近故障点的保护，其Klm要求越大：Klm.1< Klm.2< Klm.3< Klm.4 ? 即本级线路电流III段动作电流>下级线路电流III段动作电流。 对单侧电源辐射网，有I IIIdz.1> I IIIdz.2> I IIIdz.3> I IIIdz.4 ?， 自然满足此条件

§2-2 电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性问题的提出

对于双侧电源电网

E1单独供电：由保护1、3、5起线路保护作用 E2单独供电：由保护6、4、2起线路保护作用 E1 、E2 同时供电：以B母线两侧保护2,3为例：

假设：电流I段：I Idz.3 > I Idz.2；电流III段：t III3 > t III2 若d1点短路，可满足要求：2动作，3不动作； 但若出现d2点短路，则：2误动 → 非选择性动作 规定保护正方向：保护安装处母线→被保护线路（设备）

分析可知：保护正方向故障时，保护可确保选择性，但在保护的反方向发生短路时，可能造成该保护误动作。

为防止保护误动作,增设功率方向闭锁元件GJ(装于可能误动的保护上) ┌ 母线 → 线路（正方向）：GJ动作启动保护 功率方向 │

└ 线路 → 母线（反方向）：GJ不动闭锁保护 增设GJ后,双侧电源网可以按单侧电源网的三段电流保护进行配合 二、功率方向元件GJ工作原理

?、电流I?： 方向元件GJ中加入电压UJJ?与I?相位差在相位平面上的某个范围时，方向元件动作； 当UJJ?与I?相位差在相位平面上的另一个范围时，方向元件不动作。 当UJJGJ动作边界一般设计为一条直线（半个平面为动作区，另半个平面为非动作区），且动作边界可根据故障类型及接线方式任意调整。

?UGJ动作条件：－90°≤ argJ + ? ≤ 90° （锐角型）

?IJ

1、单相接地故障时的零序分量

???3E?（A相(1)零序电压：同中性点不接地电网：全系统都出现零序电压3U0A接地时） (2)零序电流：

消弧线圈L的作用：降低单相接地时故障点的接地电流。

???I??j?C3U??U?/(j?L)?jU?(3?C?1) 故障点总电流：I?Id0.?C.?L?000??L1?=0 *完全补偿：3?C??，即：IC.??IL → Id0.??L但在系统正常运行时，若线路三相对地电容不对称或断路器三相触头不同时闭合将出现一个零序分量电压源串在回路中→串联谐振→很大的谐振电流→中性点谐振过电压

故不能采用完全补偿

1，即：IC.??IL → 补偿后接地点仍有容性电流 ?L1当系统运行方式变化时（例如某元件退出或被切除）→CΣ↓→ 3?C??

?L*欠补偿：3?C??→ 谐振过电压，不宜采用。

*过补偿：3?C??采用）

过补偿度p =

IL?IC.?，一般选择p = 5%～15% IC.?1，即：IC.??IL → 补偿后接地点有感性电流（广泛?L电网单相接地故障时（过补偿方式）：

?：?超前3I非故障元件所测零序电流等于其本身对地电容电流，方向：3U00-90°

故障元件所测零序电流等于全系统所有非故障元件对地电容电流总和与消弧线圈上电感电流的叠加。对过补偿方式其值=(本身对地电容电流 + 总电容电

?超流的p倍)，由于过补偿度p很小，故其值与非故障元件相差不大。方向：3U0?：-90°，与非故障元件一致。 前3I0 可见，利用零序电流大小和零序方向无法区分故障元件和非故障元件，不能采用零序电流保护和零序功率方向保护。 2、保护方式

(1)绝缘监视装置（利用零序电压，无选择性） (2)反映零序高次谐波的保护 (3)反映暂态电流的保护

(4)其他方法：群体比幅比相法；负序分量法；有功分量法；相电流突变量法；能量法；小波变换法；注入法；消弧线圈动态调节法等。

§2-4 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

（用于110kV及以上中性点直接接地系统中接地故障的主保护或后备保护） 一、电网中发生接地短路时,零序分量的特点：

规定正方向：零序电流：母线→线路； 零序电压：线路高于大地

(1)故障点零序电压最高，距故障点越远，零序电压越低。

??(?3I?')?Z，保护所测零序电流超前零序电压：(180°－Φd0) ，零序(2) 3U0.A0T1.0电流的分布取决于零序网结构。

(3)零序分量受系统运行方式变化的影响小（零序网基本不变） 二、零序电流I段：瞬时动作的零序电流保护 整定原则：

(1)躲开下条线路出口（本线路末端）接地短路时可能出现的最大零序电流3Id0.bm.max：

3I I0.dz = KkI·3Id0.bm.max （KkI:取1.2～1.3）

(2)躲开QF三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0.btq.max： 3I I0.dz = KkI·3I0.btq.max

若保护动作时间t I > 断路器合闸时间tQF ，可不考虑此条件

(3)当线路采用综合重合闸（含单相重合闸），躲开非全相运行状态下系统又发生振荡时所出现的最大零序电流（其值较大）。 ┌灵敏I段： 按条件(1),(2)整定 └不灵敏I段：按条件(3)整定

系统全相运行时： 灵敏I段起作用（动作值小，灵敏度高） 系统非全相运行时：灵敏I段退出，不灵敏I段起作用 （零序电流I段不能保护本线路全长）

三、零序电流II段：以较小的动作时限切除本线路全线范围内的接地故障。 1、动作电流整定及动作时限：与下条线路的零序电流I段配合。

3I II0.dz.1 = KkII·3I I 0.dz.2/Kfz.min （KkII:取1.15～1.2） t II1 = t I2＋Δt ≈Δt 2、校验灵敏度：Klm=

3Id0.bm.min ≥1.5 II3I0.dz （3Id0.bm.min：被保护线路末端接地短路时保护所测的最小零序电流） 若Klm不满足要求，采用以下方式解决：

(1)使零序电流II段与下条线路的零序电流II段相配合：

3I II0.dz.1 = KkII·3I II 0.dz.2/Kfz.min ； t II1 = t II2＋Δt ≈2Δt

(2)保留0.5s的零序电流II段，并增加按(1)整定的零序电流II段 (3)改用接地距离保护 四、零序流III段

1、动作电流整定及动作时限

基本整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时保护所测的最大不平衡电流3I

0.bp.max：

3I III0.dz = KkIII·3I 0.bp.max

动作时限按阶梯原则配合（安装在受端变压器上的零序电流III段可以瞬动）。

实际整定：与下条线路的零序电流III段配合（满足灵敏系数按逐级配合原则）。即本线路零序电流III段的保护范围不超出下条线路零序电流III段的保护范围：

3I III0.dz.1 = KkIII·3I III 0.dz.2/Kfz.min

在高压电网中为了缩短零序电流III段的动作时限，可采用本线路零序电流III段与下条线路的零序电流II段配合: 3I III0.dz.1 = KkIII·3I II 0.dz.2/Kfz.min；t III1 = t II2＋Δt

2、校验灵敏度：

近后备（按本线路末端接地短路的最小零序电流校验）：Klm=

3Id0.bm.min ≥1.5 III3I0.dz3Id0.xm.min/Kfz.max3I0III.dz远后备（按下条线路末端接地短路的最小零序电流校验）：Klm=≥1.2

五、零序电流IV段

在高压电网中，为了配合及调整方便（尤其是旁路QF代出线QF时），往往增设零序电流IV段。

整定原则（包括动作电流与动作时限）：一般与下条线路的零序电流III段配合，也可与下条线路的零序电流IV段配合。

六、方向性零序电流保护

多台变压器中性点接地的复杂网中零序电流保护要考虑方向性问题：

在某保护的反方向接地短路时，该保护可能误动。为防止误动，在可能误动的保护上增设零序功率方向元件GJ0。

?超前3I?：保护正方向接地短路时：3U－(180°－Φd0)，GJ0动作，开放保护。 00?超前3I?：Φd0，GJ0不动，闭锁保护。 保护反方向接地短路时：3U00为保证正方向接地短路时GJ0灵敏动作，最灵敏角Φlm应设为：－(180°－Φ

d0)

§3 电网的距离保护 （主要用于110KV及以上线路）

§3-1 距离保护基本原理

一、距离保护基本概念（欠量保护：反映所测电气量下降而动作的保护）

距离保护：反应映故障点至保护安装处之间的距离，并根据距离的远近而确

定动作时间的一种保护装置。

?U 测量阻抗ZJ =J ZJ > Zdz ,保护不动作；ZJ < Zdz ,保护动作。

?IJ特点：(1)故障时：即反映UJ↓，又反映IJ↑ → Klm↑

(2)系统运行方式变化时，ZJ不变，故基本不受运行方式变化的影响 二、三段式距离保护基本逻辑框图

§3-2 阻抗元件（ZKJ）

为消除过渡电阻Rg及TA、TV误差的影响，并尽量简化，通常把ZKJ的动作特性扩大为一个区域（圆、多边形、透镜形、苹果形等），测量阻抗ZJ落在区域内则动作，落在区域外则不动作。 一、圆特性阻抗元件ZKJ动作特性实现

三种常用圆特性：

整定阻抗Zzd：在最大灵敏角?lm方向（圆的直径正方向）上刚好使ZKJ动作的阻抗。 1、全阻抗ZKJ

以原点为圆心，以整定阻抗Zzd为半径的一个圆

?U 动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角? J=argJ无关，无方向性。

?IJ?U??(1)幅值比较式：动作条件：|ZJ| < |Zzd|，即：|UJ|< |IJ?Zzd|。 （ZJ =J）

?IJ(2)相位比较式：动作条件：270? > arg

ZJ?Zzd> 90?

ZJ?Zzd??I??ZUJJzd即：270? > arg> 90? —— 钝角型

??I??ZUJJzd??I??ZUJJzd（或：-90? < arg< 90? —— 锐角型）

??UJ?IJ?Zzd?C?|的幅值?|< |A*动作条件为：270? > arg> 90?的相位比较式与动作条件为：|B?D比较式的互换条件（即满足以下条件，两种比较式具有完全相同的动作特性区）：

??p(C??D??D??q?)，D?) ??q??A?)，B??A??p(C?)； 或 C?(B?(B A（p, q：可为任意相量或常数） 2、方向阻抗ZKJ

以整定阻抗Zzd为直径，且过原点的一个圆

?U 动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角? J=argJ有关，具有完全方向性。

?IJ11??I??1Z|< |I??1Z| Zzd | < |Zzd|，即：|UJJzdJzd2222?UJ(2)相位比较式动作条件：270? > arg> 90? ——钝角型

??U?I?Z(1)幅值比较式动作条件：|ZJ-

JJzd??I??ZUJJzd（或：-90? < arg< 90? —— 锐角型）

?UJ3、偏移特性ZKJ

当正方向整定阻抗为Zzd时，同时向反方向偏移一个?Zzd （0

1 圆心坐标Z0=(1-?)Zzd , 直径：|(1+?)Zzd|

2?U 动作阻抗|Zdz.J|与测量阻抗角? J=argJ有关，具有不完全方向性。

?IJ11(1)幅值比较式动作条件：|ZJ-(1-?)Zzd | < |(1+?)Zzd|，

22??1(1??)Z| ??I??1(1??)Z|< |I即：|UJJzdJzd22??I????ZUJJzd(2)相位比较式动作条件：270? > arg> 90? ——钝角型

??U?I?ZJJzd??I??ZUJJzd（或：-90? < arg< 90? —— 锐角型）

??I????ZUJJzd二、四边形特性阻抗元件ZKJ（设测量电阻为Rm，测量电抗为Xm） 1、正四边形特性ZKJ 动作判据： Xzd.1 ≤Xm ≤ Xzd.2

Rzd.1 ≤ Rm ≤ Rzd.2

（Xzd.1，Xzd.2，Rzd.1，Rzd.2：定值） 2、方向性四边形ZKJ

定值：Xzd，Rzd （或：Zzd，?lm，Rzd）

θ1(15°~30°)：保证出口经过渡电阻Rg短路时能可靠动作。

θ2(15°)：保证高压线路金属性短路且有测量角误差时仍能可靠动作。 θ3( ≤φlm=φd 一般取45°或60°)：躲区内短路的过渡电阻。 θ4(7°~10°)：防末端区外经Rg短路时可能出现的超越误动。 动作判据： －Rm·tg|θ1| ≤ Xm ≤ Xzd－Rm·tg|θ4|

－Xm·tg|θ2|≤ Rm ≤ Rzd + Xm·ctg|θ3|

*三段距离保护电阻定值Rzd皆相同，各段电抗定值Xzd各不相同：XIzd

Xp：如本段Xzd<1Ω，则Xp=X/2；如本段Xzd>1Ω，则Xp=0.5Ω Rp=Min{Rzd/2, 8Xp}

为防止反方向出口短路时ZKJ误动，在ZKJ动作区判断前，先采用带记忆作用的方向元件判别方向（用故障前电压与故障后电流判方向），若为正方向则进入ZKJ动作区判别，若为反反方向则直接闭锁保护。

§3-3 阻抗元件的接线方式

一、相间短路距离保护阻抗元件的0?接线方式

??I? ? , I?＝U?＝I 0?接线方式： ZKJ1：UJJABAB?＝U? , I?＝I??I? ZKJ2：UJBCJBC? , I?＝U?＝I??I? ZKJ3：UJCAJCA1、正向三相短路

三相对称，三个阻抗元件工作情况相同，以ZKJ1为例：

?Z1?-I?Z1?= (I??I?)Z1? ?=I?＝UUJABABAB??I?)= Z1? ，可正确反映线路阻抗。 ?/(I其测量阻抗ZJ1 =UABAB

（Z1：线路单位正序阻抗； ?：短路点至保护安装处距离） 2、正向两相短路

以A-B两相短路为例：

?Z1?-I?Z1?= (I??I?)Z1? ?=I?＝U故障相阻抗元件ZKJ1：UJABABAB??I?)= Z1? ，可正确反映线路阻抗 ?/(IZJ1 =UABAB? | （U?|>|U?包含非故障相电压） 非故障元件ZKJ2：|UBCBCAB??I?| （I?, I??I?=?2I?） ??I?|<|I??I?=I |IBCBCBABBAB ZJ2 > ZJ1，ZKJ2可能拒动

非故障元件ZKJ3同ZKJ2

三个ZKJ出口采用“或”逻辑，故保护仍能正确动作。 3、中性点直接接地电网中的两相接地短路

以A-B两相接地短路为例：

设：线路单位自感为ZL，单位互感为ZM

?ZL?+I?ZM? ；U?ZL?+I?ZM? ?=I?=I故障相阻抗元件ZKJ1：UABABBA??I?)(ZL-ZM )?= (I??I?)Z1? ?= (I?＝UUJABABAB??I?)= Z1? ，可正确反映线路阻抗 ?/(IZJ1 =UABAB

非故障相位ZKJ可能拒动，但三个ZKJ出口采用“或”逻辑，整套保护可正确动作。

二、接地短路距离保护的阻抗元件的零序电流补偿接线方式

?↑ ?↓,故障相电流I 单相接地短路时（A相接地）:故障相电压UAA?分解为对称分量： ?与流过保护的故障相电流I 将故障点电压UdAA??I??I??I? ??U??U??U?= 0 ；I UdAd1d2d0A120 保护安装处A相电压的各序分量：

??U??I??Z? U1d111??U??I??Z? U2d221??U??I??Z? U0d000则：保护安装处A相电压：

??U??U??U??U??U??U??I?Z??I?Z??I?Z? UA120d1d2d0112100?）Z1? ?+ Z0?Z13I =（I0A3Z1?） ?+ Z0?Z13I为了正确反映故障线路阻抗，加入ZKJ的电流应为：（I0A3Z1零序电流补偿接线方式：

? ?+ K3I? , I?＝U?＝IZKJ1：U0JJAA? ? , I?＝U?＝I?+ K3IZKJ2：U0JJBB? ? , I?＝U?＝I?+ K3IZKJ3：UC0JJC 其中零序电流补偿系数：K=抗）

Z0?Z1 （Z1、 Z0：线路单位正序、零序阻3Z1§3-4 系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁方法 一、系统振荡对距离保护的影响

系统振荡(同步振荡或异步运行)→ I ?，U ? → Z ? → 距离保护可能误

动

1、系统振荡时的测量阻抗分析

以双侧电源辐射网为例（三相对称，只分析单相）

?摆动或旋转（E?与E?绕E?的夹角δ在0°～360°间变化）振荡时，ENNMM→ 测量阻抗ZJM沿着直线OO’变化，若振荡中心位于本线路内部（振荡中心在

1整个系统阻抗的正中位置：Z?）,则测量阻抗将进入本线路距离保护动作特性

2区，导致距离保护误动。 ZJM经过误动区的时间：twd

若保护动作延时t > twd （≥1.5S），则可躲过振荡的影响（如距离III段） 2、振荡闭锁方法

(1) 利用负序（和零序）分量启动元件作为振荡闭锁

系统振荡时：无负序及零序分量，保护不启动。

线路故障时：出现负序或零序分量（三相对称故障在初瞬间存在负序或零序），保护启动并自保持一段时间。

集成电路型或微机型负序过滤基本原理：

??U??e?j120??U??ej120? ?= UUABC2(2) 反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路

(利用负序、零序分量启动元件虽然可以构成振荡闭锁，但是在振荡时又发生外部故障或外部故障时又出现振荡的情况下，可能导致振荡闭锁失败，故负序、零序分量启动元件一般不能单独作为振荡闭锁)

反映三段阻抗元件的启动次序（测量阻抗变化速度）：

振荡时：测量阻抗ZJ先进入ZIII圆，再进入ZII圆，再进入ZI圆，闭锁距离I、II段保护。

保护范围内故障时：ZI，ZII，ZIII几乎同时启动，开放距离I、II段保护。

振荡：ZIII先启动，在ZI，ZII尚未启动时，由“&”门经0.5s展宽将ZI，ZII

闭锁

(由于III段动作时限较长 > 误动区时间twd，故III段不需振荡闭锁) *延时30ms的作用：防止范围内故障时，ZIII与ZII，ZI启动稍有先后造成误闭锁。 *展宽0.5s的作用：在振荡初期，振荡周期一般较大，测量阻抗进入动作区时，ZIII启动与ZII，ZI启动的先后间隔在30ms以上，可确保ZIII将ZI，ZII闭锁。但随着振荡发展，振荡周期逐渐缩短，ZIII启动与ZII，ZI启动的先后间隔可能小于30ms，造成闭锁失败。为防止这种情况采用对闭锁信号展宽0.5s，在振荡初期，振荡闭锁回路动作后，使振荡闭锁信号自保持0.5s（大于半个振荡周期），从而保证在振荡周而复始的过程中始终有一个持续的振荡闭锁信号。 (3) 反映测量电阻的变化情况dZ/dt或dR/dt（微机保护中常用）

故障时：启动前到启动后，测量电阻突减；启动稳态后，测量电阻不再变化。 振荡时：在整个过程中测量电阻不断地缓慢变化（随振荡周期变化）。 振荡闭锁判据：任一相测量阻抗在整个过程中缓慢变化则闭锁距离I、II段。 则：无振荡时的所有故障皆开放保护

系统振荡时再发生三相对称故障也能开放保护 但系统振荡时再发生不对称故障，保护将被闭锁。

为保证振荡时区内又发生不对称故障，保护能可靠动作，增设不对称故障开放元件：

当：I0 + I2 > m I1 ，则开放距离I、II段。

§3-5 三段式距离保护整定计算 一、分支对距离保护的影响

?IABZAB?IBCZdI1、助增电源：保护1测量阻抗: ZJ == ZAB＋BCZd = ZAB＋Kfz Zd

?IABIAB

?I分支系数Kfz=BC>1，在保护整定值已定的情况下，有助增电源，ZJ↑ → 保

?IAB护范围↓

?IABZAB?IBCZdI2、外汲电流：保护1测量阻抗: ZJ == ZAB＋BCZd = ZAB＋Kfz Zd

?IABIAB

?I分支系数Kfz=BC<1，在保护整定值已定的情况下，有外汲电流，ZJ↓→ 保护

?IAB范围↑

二、距离保护整定计算

1、距离I段

整定：躲过下个元件出口短路时本保护的测量阻抗

Z Idz.1 = KkI·ZAB∠Φd （KkI取0.8～0.85，Φd：线路阻抗角），时限：t I≈ 0s

n二次整定阻抗：Z Izd.1= Z Idz.1·TA

nTV2、距离II段

(1)整定：躲过下个元件瞬动保护范围末端短路时本保护的测量阻抗 ① Z IIdz.1 = KkII(ZAB+Kfz.min·Z Idz.2)∠Φd KkII取0.8 ② Z IIdz.1 = KkII(ZAB+Kfz.min·ZT)∠Φd KkII取0.7 取①, ②中较小者作为最终整定值

其中分支系数按可能出现的最小值考虑（但不必考虑极少出现的运行方式）

n二次整定阻抗：Z IIzd.1= Z IIdz.1·TA

nTV t II1= t I2+Δt ≈Δt = 0.5s (2)校验灵敏度 欠量保护灵敏系数Klm =

保护的动作参数

应保护区域内发生金属性短路时故障参数计算值IIZdz 保护1灵敏度校验：Klm=.1，要求Klm≥1.25

ZAB若Klm不满足要求，可延伸保护范围，使其与下条线路的距离II段相配合：

Z IIdz.1 = KkII(ZAB+Kfz.min·Z IIdz.2)∠Φd t II1= t II2+Δt ≈2Δt = 1.0s 3、距离III段 (1)整定

基本整定原则：躲过最小负荷阻抗：Z IIIdz < Zf.min =

Uf.minIf.max

考虑到外部故障切除后，电动机自启动时，距离III段须可靠返回 Z

III

III

dz.Φf＝Kk

Zf.minKzq?Kh∠Φf (在负荷阻抗角Φf方向上)

（可靠系数KkIII一般取0.8，自启动系数Kzq、返回系数Kh皆为大于1的数）

为求二次整定阻抗，必须先将一次动作阻抗从负荷阻抗角Φf方向折算到线

路阻抗角Φd方向（一般选择ZKJ的最灵敏角?lm=线路阻抗角Φd）:

对于全阻抗ZKJ：Z IIIdz.Φd = Z IIIdz.Φf

对于方向阻抗ZKJ：Z IIIdz.Φd = Z IIIdz.Φf/Cos(Φd-Φf)

n二次整定阻抗：Z IIIzd= Z IIIdz.Φd·TA

nTV动作时限按阶梯原则配合。

高压电网中整定配合时，为了缩短距离III段的动作时限，可采用本线路距离III段与下条线路距离II段配合。若灵敏度不够，再采用与下条线路距离III段配合。 (2)灵敏度校验

IIInZzd近后备（本线路AB的后备）：Klm =·TV (要求≥1.5)

ZABnTAIIIZzdn·TV (要求≥1.2)

?Kfz.max?ZBCnTA远后备（下条线路BC的后备）：Klm =

ZAB（其中分支系数Kfz按可能出现的最大值考虑）

§3-6 全线相继速动距离保护

双侧电源供电的线路上，在靠近线路一端短路时，靠近短路点端的保护以距离I段快速跳闸，远离短路点端的保护可根据近短路点端动作后电气参数的变化来加速本端保护的动作（远离短路点端保护本应由距离II段以较小的延时动作）。

相继加速方法：

1、利用负序、零序电流的两次突变来加速

以AB 线路为例:

d1点短路时，保护1将第一次感受到负序、零序电流的突变；保护2由I段切除断路器后，保护1将再一次感受到负序、零序电流的突变。则保护1利用第二次感受到负序、零序电流突变来加速距离II段的动作（不再经延时而立即

跳闸）

此方法难点：本线路外其他线路d2点短路若保护4先于保护3跳闸、或d2点发生转换性短路则保护1距离II段仍未返回且也感受到两次负序、零序电流突变而误动。

2、利用近故障点端跳闸后非故障相的负荷电流变为零来加速

例如：d1点BC相短路，保护2由I段动作跳开三相，A侧A相电流由负荷电流变为零，则A侧保护1加速动作。

此方法难点：本线路外其他线路d2点BC相短路而保护4先于保护3跳闸也可能造成A侧保护1距离II段未返回而A相电流也由负荷电流变为零（或变得很小）而导致误动。（且本线路d1点BC相短路，对于长线路，存在较大的对地空载电容电流，在保护2跳闸后，A侧A相电流由负荷电流变为线路空载电容电流，虽变小但并不为零）。

3、利用近故障点端跳闸后，故障相出现电容电流来加速（不对称故障相继加速）

本线路内部d1点不对称短路时，保护2由I段动作跳开三相，A侧部分相（非故障相）由原来的负荷电流变为电容电流（故障相仍为短路电流），利用部分相出现容性电流来相继加速保护（但如果三相皆出现容性电流则不加速）。

(1)外部其他线路d2点短路保护3跳闸后，A侧三相皆出现电容电流，保护不会相继加速（且此时保护1的II段已返回）。

(2)三相线路空载时，由于三相皆出现电容电流，保护的相继加速关闭。 (3)展宽时间t：防止三相线路空载状态下又发生外部其他线路d2点不对称短路，导致部分相存在电容电流，造成保护误发相继加速跳闸令。t应大于相邻线路切

除故障的最长时间+本保护II段的最大返回时间。

(4)针对手动合闸于不对称故障具有加速作用，针对平行双回线路上的不对称故障也具有相继加速作用。

(5)针对三相对称短路没有相继加速作用。 4、平行双回线路的全线相继速动距离保护

当d1点短路时（包括三相短路），N侧保护2的距离I段动作跳闸后，保护3上所测功率发生倒向（由短路时的M→N，到保护2跳闸后的N→M），即保护3的距离III段的方向阻抗元件由动作到返回，从而加速保护1的距离II段。

当外部d2点短路时，保护5距离I段跳闸后，保护1、3的II段皆返回，保护不会误发加速跳闸令（考虑到保护1、3距离II段返回稍有先后，为防止先返回的保护由于可能测到的功率倒向而使后返回的保护相继加速误跳，则相继加速回路应稍带延时，躲过保护1、3距离II段的返回时间差）

§4 输电线路纵联保护（双端测量，可实现全线速动）

§4-1 输电线路纵联差动保护

??I??I?；制动电流I??1(I??I?) 差动电流Icdmnzdmn2???I?，则：|I?|?|I?|，保护不动作。 1、正常运行及外部故障时Imncdzd??I?，则：|I?|?|I?|，保护动作。 2、线路内部短路时Imncdzd

§4-2 输电线的高频保护

一、高频保护基本概念

高频保护：利用输电线路本身作为保护信号的传输通道，在输送50Hz工频信号的同时叠加传送50~300KHz的高频讯号（保护测量信号），以进行线路两端电气量的比较而构成保护。

高频保护分类： *方向高频保护：比较线路两端的功率方向（广泛采用）

*相差高频保护：比较线路两端的电流相位（基本淘汰）

二、高频通道构成原理

1、阻波器（L、C组成的并联电路）

对高频：并联谐振，呈大阻抗，不能通过，限制在本段输电线内。 对工频：无谐振，呈小阻抗，能顺利通过，不影响工频电量传输。 2、结合电容器

其电抗Xc = 1 / (ωC) ，通高频，阻工频。 同时起到隔离高压线路与高频收、发讯机的作用。 3、连接滤波器（由可调空心变和高频电缆侧电容组成）

*结合电容器+连接滤波器→带通滤波器 （提取所需高频信号，滤除其余高频干扰）

*为消除高频波反射，减小高频能量损耗，带通滤波器的波阻抗： 输电线侧与输电线波阻抗（400Ω）匹配 高频电缆侧与电缆波阻抗（100Ω）匹配 *接地刀闸6用于检修连接滤波器。 4、高频电缆 5、高频收、发讯机

*发讯机：由保护控制。两种发讯方式：故障发讯；长期发讯。 *收讯机：可收到本端和对端发讯机所发高频讯号。

按所收高频信号的性质可分为：闭锁信号；允许信号；跳闸信号。 三、高频闭锁方向保护

1、高频闭锁方向保护的基本原理（平时无讯，外部故障时发闭锁讯号）

(1)主要组成：启动元件；功率方向元件（正方向元件、反方向元件）。 (2)工作情况：

外部故障时，近故障点端为反方向，不停闭锁讯号，两端被闭锁。 内部故障时，两端皆为正方向，皆停发闭锁讯号，两端保护动作。 (3)时间元件：

展宽t1=100ms：为防止外部故障d2点短路被切除后，本线路上功率方向可能倒向（如重负荷在远离故障点端）而导致近故障点端保护误动（微机保护中测出功率倒向后一般展宽60ms）；或两端保护返回时间存在误差使近故障点端保护先返回而远故障点端的保护后返回，从而导致远故障点端保护误动。

延时t2=7ms：考虑到线路对讯号传输的延迟，防止外部故障时，近故障点端的闭锁讯号尚未到达远故障点端而导致远故障点端的保护误动。（微机保护要求满足以下三条件并经延时确认后才允许保护出口动作：

*启动后收到持续时间达5~7ms的高频闭锁信号； *然后又收不到闭锁信号； *本端判断为正方向且已停讯。）

(4)特点：保证在内部故障并伴随通道破坏（输电线接地或断线）时，保护仍能正确跳闸。

2、高频闭锁负序及零序方向保护

(1)采用负序启动元件和负序方向元件 (2) t1展宽100ms，t2延时7ms：作用同前。

(3)发生三相对称故障时，初瞬间存在负序分量，由t3展宽将负序动作出口保持40-60ms，故三相对称故障仍能正确动作。

(4)高频闭锁负序或零序方向保护动作灵敏度高，不受系统振荡影响。 （高频闭锁零序方向保护与高频闭锁负序方向保护类似，仅用零序方向元件取代负序方向元件。且只反映线路的接地故障） 3、高频闭锁距离保护

以无方向性的ZIII（全阻抗ZKJ）或相电流突变量元件或负序与零序组合电流元件作为启讯元件；以具有完全方向性的ZII或ZIII作为方向判别元件（方向ZKJ）。

*若采用方向性ZIII作为启讯元件：外部出口附近故障时，近故障点端因功率反向而不能启讯导致远故障点端的保护误动。

§4-3 输电线的光纤保护

由于高频通道的传输衰耗大，抗干扰能力较低，使高频通道难以正确传送电流的幅值（或瞬时值）大小，因此高频保护只是比较两端电流的相位（相差高频）或功率方向（方向高频），而不进行两端电流大小的比较，从而没有充分利用电流的全部信息，造成在某些特殊情况下高频保护的性能较差，甚至拒动。

光纤传输的特点：衰耗小、干扰小、传输容量大。 一、光纤通道

1、光纤材料：二氧化硅 2、按光的传输模式分：

单模光纤：纤芯较细，只传一种模式的光。传输距离远，但带宽窄，对稳定性要求高。

多模光纤：纤芯较粗，可传多种模式的光。传输距离受限。 3、保护用光纤：使用单模光纤，采用1.3微米波长的光波。 4、电力用光缆敷设方式 *埋地式：直埋于地下

*缠绕式：光缆缠绕在高压输电线上 *悬挂式：并行悬挂在高压输电线上

*复合地线式（架空地线与光缆合）：外层为金属保护层作避雷线，内芯为绞制的光纤。

二、光纤保护两种方式

1、光纤纵差（电流纵差）：主要用于较短的重要输电线路

利用纵差原理，光纤通道传送两端电流的全信息（大小及相位，或瞬时值），通过比较两端电流全信息来确定保护的动作行为。一般采用分相电流纵差。

分相电流纵差基本原理：将线路两端的A相、B相、C相、零序4组电流分别进行纵差动比较。

纵差动比较基本判据：| im+ in |－K| im－in |≥ Idz

动作量 制动量

im、in：本端及对端电流；K：制动系数（0

与高频方向保护原理相同，仅用光纤通道代替高频通道。 按纵联信号性质分为：闭锁式和允许式

§4-4 平行双回线路的横联差动保护

?|>Idz ?-I启动元件：用以判别是否线路内部发生故障。动作条件：|IIII?)比相： ?与(I?-I方向元件：用以判别是哪回线路故障。用UIIMI?|，U?)：线路阻抗角Φd ?|>|I?超前(I?-ILI短路：|IIIIIIMI?|，U?)：-(180°-Φd) ?|<|I?超前(I?-ILII短路：|IIIIIIMI

§5 变压器保护

§5-1 变压器的纵差保护（作为变压器的主保护） 一、变压器纵差保护的特点

1、变压器高、低压两侧额定电流不同（变压器存在变比nT），故需适当选择高、低压侧TA的变比：nTA低 / nTA高= nT 2、励磁涌流Ily → Ibp （不平衡电流）

变压器的励磁电流I? →T原、副边电流折算到同侧后不相等→Ibp） 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，Il↑↑→ Ily → Ibp↑↑ Ily的特点：

*包含很大成分的非周期分量

*包含大量的高次谐波（以二次谐波为主） *波形之间出线间断（间断角为?） 防止Ily影响的措施

*采用具有速饱和铁心的CJ *利用二次谐波制动

*利用波形间断制动或波形不对称制动（正半波与负半波不对称） 2、变压器两侧电流相位差 → Ibp

Y/?-11接线的变压器： 正序：T的?侧超前?侧：30?；

负序：T的?侧落后?侧：30?

相位校正措施：

T的?侧：三个二次电流：

???I??；I???I?? ???I??；II1a2b3cT的?侧：三个二次电流：

?Y?1(I?Y?I?Y)；I?Y?1(I?Y?I?Y)；I?Y?1(I?Y?I?Y) I1ab2bc3ca333对于常规保护，T的?侧三个TA接成Y形，T的Y侧三个TA接成?形。

对于微机保护，可在内部实现相减处理。

负序分量分析与正序类似，同样可起到相位校正作用。

一次侧零序电流只存在于变压器Y侧，而Y侧两两相减，故二次无零序电流。

微机保护也可采用：

T的Y侧在内部取I?1Y=I?aY－I?0Y，I?2Y=I?bY－I?0Y，I?3Y=I?cY－I?0Y； T的?侧在内部取I?1????

(Ic－Ib) I?3?=31?

=

13(I??a－

I??

c)，I?2

?

=

13(I??b－

I?a

?

)，

3、计算变比与实际变比不同 → Ibp

计算变比≠实际变比→变比配合关系nTA低 / nTA高= nT不满足→ Ibp 对常规保护，采用自耦变流器TAA调平衡 对微机保护，采用内部比例系数调平衡 4、两侧电流互感器型号不同 → Ibp

整定时考虑，引入同型系数Ktx：

同型时： Ktx =0.5 不同型时：Ktx =1.0

5、变压器带负载调压 → Ibp

调压（调分接头）→ nT变化→ 变比配合条件nTA低 / nTA高= nT不满足 → Ibp

整定时考虑躲过（引入分接头调整相对误差）。

6、变压器纵差保护的最大不平衡电流计算（采取各种措施后）

Ibp.max = (Ktx·fi＋?U＋?m)·Id.w.max /nTA

fi ：TA最大误差，取10%，即0.1

?U：带负载调压引起的相对误差，取调压范围的一半

?m：自耦变流器TAA调整时的相对误差，初步计算时取0.05；对微机

保护无调整误差，?m取0。

Id.w.max /nTA：外部故障的最大短路电流折算到二次侧的值

二、具有比例制动和二次谐波制动的纵差保护及整定计算 1、比率制动特性的整定 比率制动特性：

其中：差动电流Icd=|I?I+I?II | （对三卷变：Icd=|I?I+I?II +I?III |）

制动电流Izh=|I?III|}） 动作条件：

Icd > Idz.min 当Izh ≤ Izh.min时 Icd > Kzh( Izh - Izh.min) + Idz.min 当Izh > Izh.min时 (1) 最小启动电流Idz.min

原则：躲过最大负荷状态下的差动不平衡电流。

一般按经验公式：Idz. min=(0.4~0.5) Ie.2 （Ie.2：二次额定电流） (2) 拐点电流Izh.min

原则：在额定负荷状态下不需制动，大于额定负荷电流后才需制动

1?|II－I?II | （对三卷变：一般取Izh=max{|I?I|、|I?II|、2一般取Izh.min=(0.5~0.7) Ie.2

(3) 制动特性斜率Kzh：躲过外部短路的最大不平衡差动电流。 最大不平衡电流为：Ibp.max =(Kfzq·Ktx·fi+?U+?m)·Id.w.max /nTA 最大制动电流为：Izh.max =Id.w.max /nTA

则：制动特性斜率Kzh=(Kk·Ibp.max－Idz.min)/(Izh.max－Izh.min) 为简单起见，当Izh.min <

Kzh =Kk·Ibp.max /Izh.max =Kk·(Kfzq·Ktx·fi+?U+?m) 一般按经验公式：Kzh =0.4~0.5 (4) 内部短路灵敏度校验

用系统最小运行方式下，T出口金属性短路的最小短路电流周期分量Id.ck.min校验：

计算在Id.ck.min情况下相应的制动电流Izh，由比率制动特性查出（算出）对应Izh的动作电流：Idz= Kzh( Izh - Izh.min) + Idz.min

要求灵敏系数Klm =Id.ck.min / Idz >2.0 2、二次谐波制动

励磁涌流→二次谐波→闭锁保护 闭锁（制动）条件：Icd.2/ Icd.1 > K2 Icd1、Icd2：差动电流的基波、二次谐波模值， K2：二次谐波制动比（定值），K2的选取： 距电源较近的中小型T：13%~15% 容量较大的T：16%~18% 大型发-变组：18%~20%

（涌流制动出口可采用分相涌流制动方式，也可采用三相涌流制动“或”门输出方式）

3、差动速断的整定

接于超高压长线路（或附近有无功补偿设备）的变压器内部某些不对称短路及变压器严重内部短路时→短路初期有较大二次谐波分量而制动保护→延误保护动作。加速差动保护动作的措施：

(1)、采用差动速断加速：差动电流大于最大可能的励磁涌流时则取消二次谐波制动而立即出口跳闸。

差动速断动作电流：Idz=Kk Ily.max/nTA （Ily.max：最大励磁涌流，Kk：可靠系数，取1.15~1.3）

一般经验公式：大型发-变组：Idz = 4倍Ie.2 ，

大容量变：Idz=(4~6) Ie.2 中小容量变：Idz=(8~10) Ie.2

(2)、其他措施

*低压加速：当出现较低端电压时取消励磁涌流判据。（励磁涌流时变压器端电压较高，内部故障时变压器端部残压较低）

低压加速判据：U < Ku Ue.2 （Ue.2：二次额定电压，Ku：加速系数，取0.65～0.7） *记忆相电流加速：变压器差动保护启动前，若不是空载也不是外部故障切除后的电压恢复过程，则取消励磁涌流判据。

取消励磁涌流判据的条件： IΦ0 > Il.0 （说明不是空载投入）

且 IΦ0 ≤ Ifh。max （说明不是外部故障切除过程）

（IΦ0：启动前一周期的相电流；Il.0：空载励磁电流；Ifh。max：最大负荷电流） 三、与励磁涌流无关的纵差保护 1、分侧纵差保护

对于每一绕组都有两个引出端子的变压器（如超高压的三个单相变压器组）可采用分侧纵差。即在变压器两侧分别单独构成纵差保护。

分侧纵差优点：

(1)由于是电路直接联系，无励磁电流问题，也就与励磁涌流无关。

(2)保护两侧不存在相角差问题，因此两侧TA皆可采用Y形接线→Iunb小，灵敏度高（尤其对于单相接地短路有较高灵敏度）

(3)保护两侧TA同型同变比→Iunb小（不存在变比不匹配问题），且分接头调压不产生Iunb。

(4)保护原理简单，装置可靠，整定调试方便。 分侧纵差缺点：

(1)要求T的每一绕组有两个引出端子→应用范围受限 (2)需要两套纵差保护装置（每侧一套）→设备增加

(3)不能反映常见的匝间短路（匝间短路只能单纯依靠瓦斯保护或另加其他匝间短路保护） 2、零序差动保护

(1) 零序差动保护特点：

①只反映接地短路，不反映相间短路。

②由于是反映零序电流分量，该保护的不平衡电流较小。 ③由于是电路直接联系，不存在励磁涌流问题。

④一般纵差保护在T的Y侧纵差范围内单相接地短路时，由于T两侧二次皆已不存在零序分量，则保护的Klm较低，尤其是Y侧绕组单相接地短路时有可能出现与外部短路类似的穿越电流，则保护Klm更低，而零序差动保护在T内单相接地短路时则有较高的灵敏度。 (2) 零序差动保护整定

同样采用比率制动特性 ①最小启动电流Idz.min=(0.3~0.4) Ie.2

②拐点电流Izh.min=(0~0.1) Ie.2 （正常运行或相间短路时，无制动电流） ③制动特性斜率Kzh=0.3~0.5 ④灵敏系数要求：>1.5~2

§5-2 变压器的过电流保护

一、变压器过流保护概述

过流保护作用： ┌ 作为内部短路时的近后备

└ 作为外部短路时的远后备

Idz =

KKIfh.max KhIfh.max的考虑：

(1) 对并联运行变：考虑突然切除一台时出现的过负荷。

设有n台同容量变并运，则：Ifh.max =

nIe.T n?1(2) 对降压变：考虑低压侧电动机自启动的影响。

Ifh.max = Kzq·Ie.T （Kzq：电动机自启动系数）

由于Ifh.max较大→Idz较大→Klm↓（需采取措施） 二、低电压闭锁的过流保护

电流元件??同时启动→整套保护启动

电压元件?电流元件整定时，不考虑变压器过载情况，而按额定值整定： Idz =

KK1.2Ie.T=Ie.T↓→ 电流元件Klm↑ Kh0.95变压器内部或外部短路出现过流时，I↑，U↓

电流元件启动??→整套保护动作

电压元件启动?

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/97ov.html