输电线路的电流电压保护
电力系统继电保护原理 第十二章 高压直流输电系统的保护
• 低电压保护属于后备保护，在两站失去通信的 情况下仍能正常工作。
• 纵联差动保护的判据为
| I dL I dL.oth |
• 式中：IdL 为直流线路电流；I dL.oth 为对站直流线路电流。
• 纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如 果两站电流差值超过了设定值，保护动作。
– （1）极母线设备的闪络或接地故障。 • 极母线设备包括平波电抗器、直流滤波器等。
– （2）极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。 – （3）中性母线开路或接地故障。 – （4）站内接地网过流。 – （5）接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。 – （6）直流滤波器过流、过负荷、失谐，高压电容器不平衡以及有源部分
• 在研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控 制系统。
第二节 直流输电系统保护原理与配置
一、直流线路故障过程
直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论， 短路故障的过程可以分为初始行波、暂态和稳态三个阶段。 1、初始行波阶段
- 与交流输电线路故障时的波过程相似，直流输电线故障后，沿线路的 电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流行波和相应的电压行 波。
• 横联差动电流保护属于后备保护，只适用于单极金属 回线方式。
三、直流系统保护的配置
（一） 直流系统保护设计原则
- （1）满足可靠性、灵敏性、选择性、速动性的基本要求。 - （2）在直流系统各种运行方式下，对全部运行设备都能提供完全
的保护。能检测到设备的故障和异常情况，并从系统中切除影响运行 的故障设备。 - （3）保护系统应至少双重化配置，每一保护区域具备充分冗余度。保 证保护不误动或拒动，如有可能，后备保护应尽可能使用不同的测量 原理。 - （4）相邻保护区应有重叠，保证无保护死区。采用分区保护、保护区 搭接的方式。 - (5）各保护之间配合协调，并能正确反映故障区域，保护动作尽量避 免双极停运。 - （6）与直流控制系统能密切配合，控制系统故障不引起保护跳闸。
国家电网继电保护培训课程----电网相间短路接地的电流电压保护
组成：1）电流速断保护（第一段）。2）限时电流速断保护（第二段）。3） 定时限过电流保护（第三段）。
作用：第一段、第二段构成本线路故障时的主保护，第三段既是下级线路 或断路器拒动时的远后备，又是本给线路主保护拒动时的近后备，所以三 段式电流保护具有作为主保护和后备保护的全部功能。 优点：简单可靠，具有明确的选择性。适用于35KV及以下的单侧电源供电 网络，非重要用户。 缺点：1）当运行方式变动大的电网，灵敏度常常难以满足要求。2）第三 段保护，当故障点离电源愈近，短路电流愈大，对系统的影响也愈大，但 为了满足选择性要求，动作时间却愈长。3）第一段保护为了满足选择性要 求，需躲过本线路未端的最大短路电流，这样对于较短的线路或运行方式 变动大的系统，其保护范围很小满足不了灵敏度要求。通常在最大运行方 式下，保护区达线路全长的50%时，即认为有良好的灵敏度，在最小运行方 式下发生两相短路，保护区能达15-20%，即可安装。4）第二段保护虽然能 保护线路的全长，但保护的快速性方面较差。
方向性电流保护（二）
为实现功率方向判别，关键在于功率方向继电 器（GJ）。要正确测量短路功率方向，必须正 确联接电流互感器和电压互感器二次极性端子 与功率方向继电器的电流、电压端子。一般相 间短路方向继电器采用90度接线方式。主要原 因是：1）在中心点不接地系统中，中性点对 地电位是不固定的，各相对地电压难以确切反 应相间短路工况，因而采用线电压。2）为避 免两相短路时出现电压死区。
电流回路监视
通过比较两组电流互感器或同一 只电流互感器的两组不同的线圈 的 二 次 侧 的 和 电 流 3I0 ， 来 监 视 CT 二次电路的完好性，当和电流的 差值超过设定值时发出信号，所 发的信号可用来报警或闭锁不同 的保护功能。
线路保护介绍
保护配置基本配置系统差异接地系统和不接地系统的差异分相保护和不分相保护的差异:不一致、单跳、单重电压的差异：电容电流和末端过电压、网架中心和重要程度功能介绍距离保护：距离元件采用比相式姆欧继电器，即由工作电压Uop 与极化电压Up 构成比相方程。
比相式距离继电器的通用动作方程为：009090<<-POPU U Arg式中：工作电压OP set U U I Z =-⨯，极化电压1P U U =-.对接地距离继电器,工作电压为：()set OP Z I K I U U ⨯⨯+-=ΦΦΦ03 对相间距离继电器，工作电压为：set OP Z I U U ⨯-=ΦΦΦΦΦΦ装置中三段式接地与相间距离继电器，在正序极化电压较高时由正序电压极化否则进入三相低压程序，此时采用记忆正序电压作为极化电压。
采用非记忆的正序电压作为极化电压,故障期间,正序电压主要由健全相电压形成，正序电压同故障前保持一致，继电器具有很好的方向性。
距离保护正方向故障动作特性应用于较短输电线路时，为了提高抗过渡电阻能力,极化电压中使用了接地距离偏移角如图中所示θ1，该定值可以由用户整定为0°， 15° 或 30°。
接地距离偏移角会使动作特性圆向第一象限移动。
虽然这可提高测量过渡电阻的能力，在高阻接地故障条件下保证很好的动作性能，但是如果在线路对侧存在助增电源的情况下,对于经过渡电阻接地的故障可能会出现超越现象。
为了防止超越,通常距离保护Ⅰ、Ⅱ段和零序电抗元件配合使用。
零序电抗工作电压： ()set OP Z I K I U U ⨯⨯+-=ΦΦΦ03极化电压：D P Z I U ⨯-=Φ0,式中D Z 为模拟阻抗，幅值为1，角度为78°。
比相方程为()000090390<⨯-⨯⨯+-<-ΦΦDsetZ I Z I K I U Arg低压距离继电器保护采用记忆电压作为极化电压，通过比较极化电压与工作电压之间的相位关系来判别是否满足动作条件。
继电保护基础知识
电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电 保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设 计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息 的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断 路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果利用通讯手段传 送信息，还包括通讯设备。
2).继电保护的基本作用
继电保护装置构成示意图
1.2.2 继电保护装置的构成
以过电流保护装置为例,来说明继电保护的组成和 基本工作原理.
动作过程：电流继电器动作时其触点闭合， 中间继电器得电，由中间继电器KM触点通 线路断路器跳闸回路，同时信号继电器KS 发出保护跳闸信号。
§1.3 对继电保护的基本要求
对于继电保护，在技术上一般应满足四个基本要 求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。即保护 的四性。 1.3.1 选择性 ( Selectivity ) 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件或线 路从电力系统中切除，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。 选择性就是故障点在区内就动作，在区外不动作。 术语：主保护 远后备保护 近后备保护
4)继电保护的主要特点
微机保护充分利用了计算机技术上的两个显著优势：高速的运算能力和完 备的存贮记忆能力，以及采用大规模集成电路和成熟的数据采集，A/D模数 变换、数字滤波和抗干扰措施等技术，使其在速动性、可靠性方面均优于以 往传统的常规保护，而显示了强大生命力，与传统的继电保护相比，微机保 护有许多优点，其主要特点如下： 1）改善和提高继电保护的动作特征和性能，正确动作率高。主要表现在 能得到常规保护不易获得的特性；其很强的记忆力能更好地实现故障分量保 护；可引进自动控制、新的数学理论和技术，如自适应、状态预测、模糊控 制及人工神经网络等，其运行正确率很高，已在运行实践中得到证明。 2）可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便 地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。 3）工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准；装置 体积小，减少了盘位数量；功耗低。 4）可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、 使用年限的影响，不易受元件更换的影响；且自检和巡检能力强，可用软件 方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。 5）使用灵活方便，人机界面越来越友好。其维护调试也更方便，从而缩 短维修时间；同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性、结构。 6）可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机 监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。
10kV线路过电流保护的整定与校核
10kV线路过电流保护的整定与校核摘要：电力系统是指以电能的生产，转换，配送，分配和使用为目的的各类电气设备，它们根据一定的技术与经济需求，而有机地组合在一起的一个联合系统。
10kV配电线路结构比较复杂，其中有的是用户专线，而用户专线只连接极少的用户群体；有的呈现出放射形状，在同一线路上，有数十个乃至数百个变电所在线路的支路上相连。
10kV线路的长度差别很大，从数十米到数十公里不等，有的线路上还连接着一个小的客户变电站或一个区域的开关变电站。
10kV输电线路是电力系统中不可忽视的重要组成部分。
1.10kV线路过电流保护的研究背景随着继电保护的发展状态和电力系统的发展，科学家们对继电保护持续地提出了新的要求，而其中，电力电子技术的发展、计算机技术的发展以及通信技术的发展又一次给继电保护技术的发展注入了新的活力。
我国的电脑继电保护技术研究早在70年代后期就已经开始，其中高校科研院所居于领导地位。
而在1984年，我国研制成功了一台输送线路的微机保护装置，这也是我国在国产输送线路的微机保护装置上的一个开始，到了20世纪90年代，我国的继电保护技术已经完全进入到了微机保护的时代。
2.研究10kV线路过电流保护目的和意义2.1研究过电流保护的目的过电流保护指的是在超过预先预定规定的某个数值时，保护装置检测并启动，并通过时间来保证动作的选择性，从而使断路器跳闸或发出相应的报警信号。
它具有大的整定电流和快速动作的特性，常用电磁型电流继电器，常用的短路保护元件为保险丝。
10kV配电线路的结构较为复杂，部分线路为用户专线，而用户专线仅与很小一部分用户群相连接；有的呈现出放射形状，在同一条线路上连接几十台变压器甚至上百台变压器在线路的分支上。
10kV线路长度可以从几十米到几十千米有着很大的区别，还有的线路上连接的有小型的用户变电站或者一个地区的开关变电站。
10kV线路在整个配电网中有着不可忽略的作用。
10kV线路过电流保护主要保护电路太大了过载保护跳闸或者熔断，保护整个电路不损坏，或者人触电不会造成太大的伤害。
线路三段式电流保护
实验一三段式电流保护一、传统电磁型继电器三段式电流保护（1）实验目的1．掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理、工作特性及整定原则。
2．理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用。
（2）实验原理1．阶段式电流保护的构成无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，还必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。
由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。
输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。
例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。
又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区。
图1 三段式电流保护各段的保护范围及时限配合很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。
在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的保护范围和时限特性见图2.11-1。
XL-1线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为t1I，它由继电器的固有动作时间决定。
第Ⅱ段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的全部并延伸至线路X L-2的一部分，其动作时限为t1II= t2I+△t。
无时限电流速断和带时限电流速断是线路XL-1的主保护。
第Ⅲ段为定时限过电流保护，保护范围包括X L-1及XL-2全部，其动作时限为t1III，它是按照阶梯原则来选择的，即t1III=t2III+△t ，t2III为线路XL-2的过电流保护的动作时限。
220kV线路保护配置及运行方式
220kV线路保护配置及运行方式概况220kV踏九线线路保护装置由两套独立的、配置相同保护功能的保护装置组成。
两套装置配置了光纤差动保护、零序保护、距离保护。
两套装置都带有重合闸功能，其中2号保护装置单相重合闸启用。
光纤差动保护输电线路保护采用光纤通道后由于通信容量很大所以往往做成分相式的电流纵差保护。
输电线路分相电流纵差保护本身有选相功能，哪一相纵差保护动作那一相就是故障相。
输电线路两侧的电流信号通过编码成码流形式然后转换成光的信号经光纤输出。
传送的信号可以是包含了幅值和相位信息在内的该侧电流的瞬时值，保护装置收到输入的光信号后先转换成电信号再与本侧的电流信号构成纵差保护。
纵联电流差动继电器的原理I CD312K=0.75K=0.6I0dzIdzI f许继差动特性四方差动特性本装置差动保护由故障分量差动、稳态量差动及零序差动保护组成。
差动保护采用每周波96点采样，由于高采样率，差动保护可以进行短窗相量算法实现快速动作，使典型动作时间小于20ms。
故障分量差动保护灵敏度高，不受负荷电流的影响，具有很强的耐过渡电阻能力，对于大多数故障都能快速出口；稳态量差动及零序差动则作为故障分量差动保护的补充。
比例制动特性动作方程如下：..I M I IN CDset（3）. I . . .M I K I IN MN （4）***************************************************************************** 讲解例子IdES M IMINNERTA TAKr(a) 系统图IqdIr(b) 动作特性ESM II NMNERESM II NMNTA TAIKTA TAIK(c)内部短路(d)外部短路图2-29 纵联电流差动保护原理设流过两侧保护的电流I M 、I N 以母线流向被保护的线路方向规定为其正方向，如图中箭头方向所示。
以两侧电流的相量和作为继电器的动作电流I d ，I d I M I N 。
精编继电保护课程教案资料
电力系统继电保护课程教案目录第一章电力系统继电保护概述第二章继电保护的基本元件第三章输电线路的电流电压保护第四章输电线路的距离保护第五章输电线路的全线快速保护第六章电力变压器的继电保护第七章发电机的继电保护第八章母线保护第一章电力系统继电保护概述一、电力系统继电保护的作用1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。
﹡继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。
﹡继电保护装置是完成继电保护功能的核心。
P1继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件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。
2. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统）* 故障：各种短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1-1)）)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。
其后果：1.电流I增加危害故障设备和非故障设备；2．电压U降低或增加影响用户的正常工作；3．破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃）4．发生不对称故障时，出现I2，使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现I0，—对相邻通讯系统造成干扰* 不正常运行状态：电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。
如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。
3．继电保护的作用：（1） 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；（2） 反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发出信号、减负荷或跳闸。
二、继电保护的基本原理、构成与分类：1． 基本原理：为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——必须找出两种情况下的区别。
① I 增加 故障点与电源间 —>过电流保护 ② U 降低 母线电压 —>低电压保护③ 相位变化，φφIU arg变化； 正常：为负荷的功率因数角一般为0-30°左右短路：为输电线路的阻抗角一般为60°～85°—>方向保护.④ 测量阻抗降低，Z=I U 模值减少 增加ψ —>阻抗保护⑤ 双侧电源线路外部故障：出入I I = 内部故障：出入I I ≠ ——电流差动保护。
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2、动作时限：0.5s 3、灵敏系数（比瞬时电流速断保护高，可保护线路全
长，但速动性差） （三）原理接线：P61图3-5
根据归总式原理图画出展开图 瞬时电流速断与限时电流速断的配合 分析各区段保护动作情况：AM、MB、BQ、QN 结论：两者配合，可在0.5s的短时间内切除全线路 范围内任何点短路故障——可作为线路的主保护 例题3-1P67 三、定时限过电流保护 （一）工作原理 正常时不应该动作，短路时起动并以时间来保证动 作的选择性。
近后备——Ksen≥1.3-1.5 远后备——K6sen≥1.2
（三）保护范围：作为本线路的后备保护（近后备）， 也可作为相邻线路的后备保护（远后备）
（四）原理接线： ①采用电磁型继电器构成的定时限过电流保护 组成：LJ、SJ、XJ、（ZJ） 特点：短路点离电源越近的线路→Id↑→t↓，但同 一条线路动作时限相同 ②采用感应型电流继电器构成的反时限过电流保护 。 特点：接线简单，但时限配合较困难 被保护线路不同地点短路，动作时限不同 可加快切除线路首端短路故障
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两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时 限相同） a、双回线路保护装置LH装设在同名相A、C上 XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 + + - - + + XL-2切除情况 - + + + + 停电线路数目 1 2 1 1 2 1 其中：“+”为切除；“-”为不切除 结论：2/3机会切除一个故障点；1/3机会切除两个 故障点
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b、双回线路保护装置的LH，一条装于A、C相， 另一 条装于A、B相 XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 + + - - + + XL-2切除情况 + - + - + + 停电线路数目 2 1 1 0 2 2 结论：1/2机会切除两个故障点； 1/3机会切除一个故障点； 1/6机会两套保护均不动作
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பைடு நூலகம் 组成：感应型电流继电器
组合式带有动作时限（Id↑→t↓）—替代SJ，接点 容量大—替代ZJ，动作指示掉牌—替代XJ
运用：多用在电压较低的配电网线路上和在电动机上 （末级线路）
四、电流保护接线方式（LJ线圈与LH二次线圈之间的 连接方式）
1、三相三继电器接线（完全星形接线）P65图2-15
（1）特点：三只LJ接入各自相应相别LH的二次侧，两 星形中点连接 ——可反映各种类型短路
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4、两相单继电器接线（两相电流差接线）P66图2-17
（1）特点：一只继电器，
两只LH反极性连接
（2）缺点：
a、短路形式不同，保护灵敏系数不同
三相短路：Kjx=
IJ=Ia
两相短路：A、C Kjx=2 （A、C相装LH）
A、B Kjx=1
或
b、 在 Y/Δ -11 变 压 器 后 发 生 两 相 短 路 时 ， 保 护
（2）接线系数Kjx：继电器线圈电流Ij与LH二次电流I2 的比值 Kjx=Ij/I2 完全星形接线：Kjx=1
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（3）适用：大接地电流系统——相间短路保护 （4）缺点：费用高且小接地电流系统不适用
例：两条线路在不同相别发生接地且其保护动作时 限相同——两条线路会同时断开，而小接地电流系 统允许短时单相接地运行 2、两相两继电器接线（不完全星形接线）P65图2-16 （1）特点：两只LJ和两只LH均接成不完全星形，两中 点之间有中线连接 ——可反映各种相间短路及B相 除外的单相接地故障。 （2）Kjx=1 （3）适用：小接地电流系统——作为相间短路保护 （4）各处保护装置的LH必须装设在同名相上
KM的作用：1）增大接点容量 2）增大装置动作时间（0.06～0.08s）
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3）防止管型避雷器放电（0.04～0.06s）误动作 QF辅助接点的作用：保护KM的接点。 二、限时电流速断保护 （一） 工作原理 1、特点：既能保护线路全长，又能快速切除故障， 兼作瞬时电流速断的后备。 2、保护范围：本线路全长及相邻线路一部分（不 超过相邻线路瞬时电流速断保护范围） （二）动作电流及动作时限的整定： 1、动作电流：
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（二）整定原则 1、动作电流的整定： （1）按躲过被保护线路的最大负荷电流整定
（2）相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回
——可靠系数，取1.15-1.25 ——电动机自起动系数，取1.5-3 ——返回系数，取0.85
要特别注意的确定。可举例说明。 2、动作时限的整定：按阶梯原则整定——保证动作 的选择性，具有定时限特性，动作时限与流过电流 大小无关。 3、灵敏度：IOP小→Ksen高
输电线路的电流电压保护
§3-1 单侧电源线路相间短路的电流电压保护 输电线路一般设置三段式电流保护，即：瞬时电流 速断保护（Ⅰ段）、限时电流速断保护（Ⅱ段）、 定时限过电流保护（Ⅲ段）。 一、瞬时电流速断保护 |I| （一）工作原理： 1、 2、动作特性分析：P56图3-1 注意讲清楚最大运行方式、最小运行方式 3、动作电流的整定：Idz>Id.max（被保护线路外部短 路时最大短路电流），保证动作的选择性。
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（5）缺点： 用于Y/Δ 变压器保护时，灵敏系数可能比完全星形 接线小一半； 辐射形电网两段线路的两点接地，可能造成非选择 性动作，P149，图9-16（c）
3、两相三继电器接线（不完全星形接线） （1）特点：回路比不完全星形接线多接一只继电器 （2）Kjx=1（对于Y/Δ -11变压器保护，灵敏系数与 完全星形接线相同） （3）适用：小接地电流系统——作为相间短路保护
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Idz ——保护的动作电流：继电器的动作电流 （可举例说明）例题3-1P67 4、保护范围,P143图9-8:
最大保护范围——Lmax≥50%L 最小保护范围——Lmin≤15%L无意义 5、优点：动作迅速，简单可靠
缺点：不能保护线路全长，单独使用不能作为主保护。 6、原理接线：P58图3-3
根据归总式原理图画出展开图：先介绍归总式原理图、 展开图的特点。