2019精品电力系统继电保护 韩笑 第三章-2新数学
华北电力大学精品课程-电力系统继电保护(黄少锋教授)—距离(3-123原理、特性、实现)教材
A B C
两相 接地
AB BC CA
两相 相间
AB BC CA
三相 ABC
相间距离接线方式 AB相 BC相 CA相
UAB IA IB
UBC IB IC
UCA IC IA
35/77
接线方式可以反映的故障类型：
K(1)
K ( 1,1 ) K(3)
此式的分析过程还包含了接线方式的产生过程。
如果 UK 0 ,此时要想得到反映短路点K到保护 安装处M的正序阻抗 Z1，那么，只要进行下面的计
算就可以实现：
Um UK Im K 3I0m
Im
Um K 3I0m
Z1
实际为Z1K
带零序补偿的00接线方式
22/77
三相的M点与K点在任何情况下的通用表达式为：
8/77
测量阻抗具有以下的“差异”： 1）系统正常运行时
Um近似等于额定电压；
Im为
负荷电流
，
一般有：
额定电
流；
m一般小于30。
负荷状态 Z m
Um Im
UL IL
—
用Z
表示。
L
9/77
2）短路时
Zm
Um Im
ZK
z1l K
r1
jx1 lK
其中，z1的角度一般在700 ～850，视线路而定。
刚才推导了 : ZBC
UBC IBC
Z1
EC
EB
UCUBICBUB
29/77
ICEA
刚才推导了 : ZBC
UBC IBC
Z1
但, Z AB
UAB IA IB
UAB IB
EC
UAB EB
UAB
电力系统继电保护课后习题及答案完整版马永祥北京大学出版社
填空题1。
故障发生后对电力系统造成的后果有烧坏故障设备、影响用户正常工作和产品质量、破坏电力系统稳定运行。
2。
电气设备运行超过额定电流时将引起过热、加速绝缘老化、降低寿命、引起短路等 3.继电保护的基本任务是当电力系统故障时，能自动、快速、有选择的切除故障设备，是非故障设备免受损坏,保证系统其余部分继续运行当发生异常情况时，能够自动、快速、有选择的发出信号,由运行人员进行处理或切除继续运行会引起故障的设备。
4。
继电器是当输入量达到整定值时改变输出状态的一种自动器件；继电保护装置由一个或若干个继电器连接组成,一般分为测量、逻辑执行部分。
5缩短故障切除时间就必须缩短保护动作时间、缩小断路器的跳闸时间。
6.所谓运用中的设备是指全部或部分带电及一经操作带电的设备。
7。
实际工作中只能用整组试验的方法校验保护回路和整定值的正确性。
8。
电网继电保护的整定不能兼顾速动性、选择性或灵敏性时按下列原则取舍局部电网服从整个电网,下级电网服从上级电网，自行消化局部问题尽量照顾局部电网和下级电网的需要，保证重要用户供电.9。
在某些情况下，必须加速切除短路时，可使保护无选择性动作。
但必须采用补救措施。
如重合闸和备自投来补救。
10。
电力设备由一种运行方式转为另一种运行的操作过程中,被操作的有关设备均应在保护的范围内。
部分保护装置可短时失去选择性.3。
1判断题1。
在最大运行方式下,电流保护的保护区大于最小运行方式下的保护区。
对2。
继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无保护的状态下运行。
对3。
大接地电流系统是指所有变压器中性点均直接接地的系统.错4．在我国系统零序电抗与正序电抗的比值是大接地电流系统与小接地电流系统的划分标。
对5。
继电保护装置的电磁兼容性是指它具有定的耐受电磁干扰的能力对周围电子设备产生较小的干扰.对6．系统运行方式越大，保护装置的动作灵敏度越.错7.自耦变压器中性点必须直接接地运行。
电力系统继电保护 韩笑 第三章-1新
最大保护区 最小保护区 M
N
2QF
最大运方 最小运方
U (2) k.min
N
l
36 2019/12/1
电压保护具有以下特点： （1）母线电压变化规律与短路电流相反 （2）大运方下母线电压水平高，电压保护的保护区缩短。 （3）仅由母线电压不能判别是母线上哪一条线路故障， 电压保护无法单独用于线路保护。
一般取1.5～3
25 2019/12/1
过电流保护灵敏系数校验 校验用作本线路近后备保护的灵敏度 使用本线路末端最小短路电流校验，要求>1.5
校验作为相邻线路的远后备保护灵敏度 使用相邻线路末端最小短路电流校验，要求>1.25
26 2019/12/1
4 反时限电流保护
定时限过电流保护缺点： 故障点距离电源越近，短路电流越大，动作时限却较长
（1)无时限电流速断保护整定
由于无延时，为保证选择性，保护区不超出本线路。 即电流Ⅰ段保护动作电流“躲过”区外故障的最大短路电 流。
3 2019/12/1
如何计算短路电流？
相电势
三相短路时
I (3) F
E ZS Z1l
系统阻抗
故障点到保护 安装处距离
0.4欧姆/公里
两相短路时
I (2) E 3 F ZS Z1l 2
反时限过电流保护特点： 动作时限与短路电流有关， 短路电流越大，动作时限较短； 短路电流较小，动作时限较长。
整定配合较困难，线路保护较少应用反时限电流保护， 反时限保护多用于企业内部供电线路或电动机保护。
27 2019/12/1
t
o
反时限部分
I 速断部分
t
0.14
继电保护第三章2
•
•
•
•
•
阻抗继电器的接线方式
A相接地故障时，
• • •
U kA = 0
•
•
I A1 = I A2 = I A0
•
•
•
•
U MA = U kA + I A1 z1lk + I A 2 z 2lk + I A0 z0lk = ( I A1 + I A 2 + I A0 ) z1lk + ( z0 − z1 )lk
阻抗继电器的精工电流 当
arg
•
UK
•
= ϕ sen
IK
Z act = 0.9Z set
时，使得继电器刚好动作的 电流。 当 I K > I ac 时，就可以保 证起动阻抗的误差在10％之 内。
• •
阻抗继电器
方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法
对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时，故障线路母线上的残余电压将 降低到零， •
•
•
•
IM
EM − EN E M − E N E M (1 − e − jδ ) = = = Z SM + Z MN + Z SN Z∑ Z∑
•
•
•
•
•
•
2 EM δ = sin Z∑ 2
δ=180°, δ=360°,
IM = 2EM / Z∑
ɺ IM = 0
•电力系统振荡时电流、电压的分布
PQ = E M − E N
• • • • • •
• • • •
•
•
•
阻抗继电器的接线方式
对距离保护接线方式的要求及接线种类
继电保护课后部分习题答案
电力系统继电保护张保会尹项根主编1、2继电保护装置在电力系统中所起得作用就是什么?答:继电保护装置就就是指能反应电力系统中设备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得一种自动装置、它得作用包括:1、电力系统正常运行时不动作;2、电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3、电力系统故障时,甄别出发生故障得电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网得其她部分隔离。
1、3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定得保护功能,各环节得作用就是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断与执行输出三个部分完成预定得保护功能。
测量比较环节就是册来那个被保护电器元件得物理参量，并与给定得值进行比较，根据比较得结果，给出“就是”、“非”、“0”或“1”性质得一组逻辑信号，从而判别保护装置就是否应该启动。
逻辑判断环节就是根据测量环节输出得逻辑信号，使保护装置按一定得逻辑关系判定故障得类型与范围，最后确定就是否应该使断路器跳闸。
执行输出环节就是根据逻辑部分传来得指令，发出跳开断路器得跳闸脉冲及相应得动作信息、发出警报或不动作。
1、6线路上装设两组电流互感器，线路保护与母线保护应各接哪组互感器？答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。
因为母线保护与线路保护得保护区必须重叠，使得任意点得故障都处于保护区内。
1、8后备保护得作用就是什么？答：后备保护得作用就是在主保护因保护装置拒动、保护回路中得其她环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障得情况下，迅速启动来切除故障。
2、6为什么定时限过电流保护得灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断得灵敏度不需要逐级配合？答：定时限过电流保护得整定值按照大于本线路流过得最大负荷电流整定，不但保护本线路得全长，而且保护相邻线路得全长，可以起远后备保护得作用。
当远处短路时，应当保证离故障点最近得过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度与动作时间上逐级配合，最末端得过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。
电力系统继电保护课后部分习题答案
电力系统继电保护（第二版）张保会尹项根主编继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备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.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。
继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。
测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。
逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。
执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。
因为母线保护和线路保护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。
后备保护的作用是什么答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。
为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合答：定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远后备保护的作用。
当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。
电力系统继电保护课后习题解析_张保会_尹项根主编
电力系统继电保护课后习题答案1 绪论电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什么情景？答：现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。
当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。
如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。
继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备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.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。
继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。
测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。
逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。
执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。
电力系统继电保护课后习题解析第二版_张保会_尹项根主编实用版
电力系统继电保护课后习题答案1 绪论1、2继电保护装置在电力系统中所起的作用就是什么?答:继电保护装置就就是指能反应电力系统中设备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、它的作用包括:1、电力系统正常运行时不动作;2、电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3、电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其她部分隔离。
1、3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用就是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断与执行输出三个部分完成预定的保护功能。
测量比较环节就是册来那个被保护电器元件的物理参量,并与给定的值进行比较,根据比较的结果,给出“就是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号,从而判别保护装置就是否应该启动。
逻辑判断环节就是根据测量环节输出的逻辑信号,使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型与范围,最后确定就是否应该使断路器跳闸。
执行输出环节就是根据逻辑部分传来的指令,发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
1、4 依据电力元件正常工作、不正常工作与短路状态下的电气量复制差异,已经构成哪些原理的保护,这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障不？答:利用流过被保护元件电流幅值的增大,构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低,构成了低电压保护;利用电压幅值的异常升高,构成了过电压保护;利用测量阻抗的降低与阻抗角的变大,构成了低阻抗保护。
单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障,因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时,本线路首端的电气量差别不大。
所以,为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作,这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。
1、6 如图1-1所示,线路上装设两组电流互感器,线路保护与母线保护应各接哪组互感器？答:线路保护应接TA1,母线保护应接TA2。
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22 2019/9/1
7.微机型零序功率方向元件
①比较零序电压、零序电流的相位
动作方程
90
arg
U0 I0e j80o
270
即 190 arg U0 10
I0
②比较零序功率的幅值
最灵敏角为-100°
零序功率 P0
第k点采样值
P0 3u0 (k) 3i0 (k)
P0>0，表明是反方向故障，反方向元件动作； P0<0 ，表明是正方向故障，正方向元件动作。
故障点零序电压
3U k0 UkA UkB UkC EA
M母线测量到的电压是其背后
变压器T1的零序电压。
5
2019/9/1
ZT10 M
Z
' k0
.
I
Ɗ k0
N
.
U k0
I
" 0
故障点零序电压电流
Uk0 I '0 (ZT1 Z 'k0 )
a rg(ZT1 Z 'k0 ) 0
t III M
max{相邻线tNIII} 0.5s
18 2019/9/1
6 零序方向保护 * 零序电流保护采用方向闭锁的必要性
A
T1
M
PD1
N
k P T2
PD2 PD3
PD4
1QF
2QF 3QF
4QF
采用方向元件的原因与方向电流保护相同。
19 2019/9/1
传统的零序功率方向继电器
正方向故障 argU0 / I0 (180 0 ) 零序阻抗角一般80°
第3章 电网保护原理 3.2 110kV输电线路保护
3.2 110kV输电线路保护
3.2.1零序电流保护
中性点直接接地电网接地时零序分量特点 三段式零序方向电流保护 零序方向元件
2 2019/9/1
1 零序电流和零序电压的获取
（1）零序电流的获取方法 a、微机保护自采零序电流
IA
IB
大零序电流3I0.max才能满足选择性。
15 2019/9/1
（2）带时限零序电流速段保护（零序电流II段）计算 躲过相邻线路Ⅰ段末端短路时流过本线路的最大零序电流。
I =K I II 0.set.1
II rel M0.k.max
K为相邻线路Ⅰ段末端
线路末端接地故障
时的最小值
灵敏度校验
Ksen
3I M0.min.N II
& 零序Ⅳ段经方向
0 D8 1
经或不经零序方向元件控制
零序过流 Ⅰ段时间
零序过流 Ⅱ段时间
零序过流 Ⅲ段时间
零序过流 Ⅳ段时间
四个带延 时段的零 序方向电 流保护
零序Ⅰ段动作
零序Ⅱ段动作
零序Ⅲ段动作
零序Ⅳ段动作
25 2019/9/1
后加速及TV断线过电流保护框图
B（起动元件开放保护）
手合或重合 零序过流加速元件
一般情况下按照整定条件① 整定，但在手动合闸或自动 重合闸期间增加100ms延时。
求t方法（取较大值）：
a.两相先合，相当于一相断线的零序电流
3I t
3 EM－EN
Z11
Z22 Z00 Z22 Z00
Z22 Z22 Z00
3 EM－EN Z11 2Z00
零序起动元件与零序功率正方向元件
24 2019/9/1
零序正方向元件动作或TV断线
C
TV断线
1 保护起动
TV断线留零序Ⅰ段 1
Ⅰ段零序元件
B
D4
0
0&
零序Ⅰ段经方向 0
0 D5
Ⅱ段零序元件
10
& 零序Ⅱ段经方向
Ⅲ段零序元件
0 D6 1
0
& 零序Ⅲ段经方向 0
Ⅳ段零序元件
0 D7 1
0
a rg(ZN0 Zl0 ) 0
arg U0 I0
0
反方向故障零序电压与 零序电流夹角约80°
8 2019/9/1
单相接地时的零序特点 • 故障点处的零序电压最高 • 零序电流的大小和分布，主要取决于系统的零序阻
抗和中性点接地变压器的零序阻抗及其所处位置。 • 零序电流仅在中性点接地的电网中流通 • 正方向故障时，保护安装处母线零序电压与零序电
3.2 110kV输电线路保护
3.2.2距离保护
28 2019/9/1
3.2.2距离保护
内容与要求
距离保护的基本原理与适用 • 电压与电流的比值、比幅与
场合
比相动作方程分析
单相式方向阻抗继电器的分 析方法
•
工频变化量、正序电压极化、 电抗、四边形等方向阻抗继
微机常用方向阻抗继电器的 原理
Z11为纵向正序阻抗
单相断线 k 2Z11 Z11 2Z00
两相断线 k 2Z11 2Z11 Z00
可见=180°时有最大的零序电流。
13 2019/9/1
零序电流灵敏I段与不灵敏I段比较 灵敏I段动作值小，保护区长，灵敏度高，但在非全相运 行时要退出运行。 不灵敏I段动作值大，保护区小，作为非全相运行时的主 要接地保护。
III
0.set
rel ub.max
最大不平衡电流， 无法精确计算
灵敏度校验
近后备Ksen
3I M0.min.N I II
0.set.1
线路末端接地故障最小值
1.3 ~ 1.5
远后备Ksen
3I M0.min.P II
I 0.set.1
1.2
相邻线末端接地故障最小值
动作时间按照阶梯原则与相邻线路配合。
A
T1 M PD1
I M0
t1
N PD2 I N0 t2
P PD3 I P0 t3
即动作电流I0.set大于本线路末端三相短路时流过本保护的 最大不平衡电流。一般不计算，取2-4A
17 2019/9/1
零序过电流保护（零序电流III段）计算 躲过本线路末端三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。
I K I III
出现的零序电流；TV断线过电流保护作为TV断线时的后
备保护。
26 2019/9/1
零序电流保护评价
•速动性好——只在中性点直接接地电网中配合。
• 灵敏性好——系统运行方式变化时，零序网基本保持不 变；零序阻抗一般大于正序阻抗，零序短路电流曲线更 陡。
• 应用范围——110kV及以上电网广泛采用
27 2019/9/1
流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗 • 正向故障时 argU0 / I0 (180 0 ) • 反向故障时 argU0 / I0 0
9 2019/9/1
3 零序电流速断保护（零序电流I段）---无延时 整定原则：保护区不超出本线路以保证选择性。
A
T1 M
k
N
l 3I M0
•
电器的构成原理 相间接线与接地接线
阻抗继电器的接线方式
• 区分振荡与短路，从而构成 闭锁措施
振荡闭锁的原理
• 过渡电阻特点及对继电保护
过渡电阻对距离保护的影响 的影响
与消除措施
29 2019/9/1
1 距离保护的基本原理
* 距离保护的引入
M
E
ZS
Ik
1QF
N
k 2QF 3QF
距离保护就是利用 电压电流比值判断 故障的一种保护。
14 2019/9/1
4 带时限零序电流速段保护（零序电流II段）
整定原则：保护区不超出相邻线路I段 保护区。
A
T1 M PD1
N PD2
kP
T2
B
I M0
I N0
T3
C
3I0 3I M0
N 3I N0
II 0.set.1
I II 0.set.1
II 0.set.2
3I M0.max
o
l
即动作电流I0.set大于相邻线路末端短路时流经本保护的最
.
I
" 0
U k0
.
I
' 0
0
.
.
I0' I0"
arg Uk0 I '0
(180
0 )
故障点零序电压与零序 电流夹角约-100°
6 2019/9/1
正方向故障分析
Z M0
M Z' PD1 k0
k
Z
" k0
. I0
Rg
U0
U k0
N ZN0
I 0 Z M0
M0 I0
180 M0
b. 一相先合，相当于两相断线的零序电流。
3I t
3 EM－EN 2Z11 Z00
Z11、Z22、Z00为纵向序阻抗
12 2019/9/1
零序电流灵敏I段与不灵敏I段
不灵敏I段：按整定条件③整定。
两侧电源 相差时的 零序电流
求3I0.unc方法
E
I0.unc k Z11 sin 2
即 90 arg 3U0 90
3I0
最灵敏角为-
要使得正方向时零序功率方向继电器最灵敏，则＝-80°
20
2019/9/1
式中 KU 80 最灵敏角 sen 80
KI
画出动作区如下
3U 0（正方向接地故障）
动作区 最灵敏线
需要强调的是，推导过程 与相量图均以-3U0、3I0关 系来完成。