高壓線路保護本講內容1、高壓線路概括2、高壓線路保護的配置3、高壓線路保護的原理4、高壓線路保護的特點及應用場合高壓線路概括

一、以電壓等級分1、35KV及以下線路2、110KV及以上線路3、220KV及以上線路二、以電源分1、單電源輻射性線路2、單電源環網線路3、雙（多）電源開式和環網線路三、以中性點是否接地分1）中性點不接地2）中性點經消弧線圈接地3）中性點直接接地

35KV及以下單電源輻射性網絡階段式電流保護一、瞬時電流速斷保護（又稱電流Ⅰ段保護）

反應電流升高而不帶時限動作，電流高于動作值時繼電器立即動作，跳開線路斷路器。1、作用：快速切除線路首端的故障。2、工作原理：反應電流增大為保護的判據，為快速切除故障，選擇性的獲得靠提高動作電流的整定值來實現。

動作電流整定必須保證繼電保護動作的選擇性，如下圖所示，k1處故障對于保護P1是外部故障，應當由保護P2跳開2QF。當k1處故障時短路電流也會流過保護P1，需要保證此時保護P1不動作，即P1的動作電流必須大于外部故障時的短路電流。

3、整定計算三部曲：動作值、動作時限、靈敏度1）動作值：按躲過被保護線路末端短路的最大電流整定。

Iop=KrelIk.max2)動作時限:t=0s3)靈敏度:與保護范圍成正比方法（1）按保護范圍不小于被保護線路15%~20%方法（2）用線路首端最小兩相短路電流來校驗。靈敏系數計算：用線路首端的最小短路電流除以動作電流。4、特點：快速切除線路首端的故障。僅靠動作電流值來保證其選擇性，只能無延時地保護本線路的一部分，保護范圍隨運行方式變化較大。5、原理接線圖2.2無時限電流速斷保護完全星形接線方式及動作邏輯示意圖6、用“四性”評價1）選擇性的獲得：靠提高動作電流的整定值實現；2）快速性：保護瞬時動作不帶延時；3）靈敏性：差，只能保護線路首端部分的故障，且受系統運行方式的影響。4）可靠性：好，簡單可靠。二、限時電流速斷保護（第Ⅱ段）

反應電流增大并經一較短的時限動作的保護。1、作用：為保護線路全長而設。以較快的時間切除本線路內任一點的故障。與瞬時速斷保護一起構成本線路的主保護。反應于電流增大而動作，與相鄰線路Ⅰ段配合，增設一短時限保證選擇性（一般取0.5s）。2、工作原理：反應電流增大為保護的判據，為較快切除全線任一點的故障，選擇性的獲得靠動作電流和動作時間與相鄰線路瞬時速斷保護（或現時速斷）相配合的原則整定來實現的。3、整定計算Ⅱ段保護整定的原則是與下線Ⅰ段保護配合：（1）動作時限配合：Ⅱ段時間應長于Ⅰ段保護動作、斷路器跳閘、Ⅱ段保護返回時間之合，同時還要考慮時間繼電器誤差以及留有一定裕度。一般為0.3s～0.5s，一般取0.5s,時間元件精度較高時可取較小值。（2）保護區配合：Ⅱ段保護區不伸出下線Ⅰ段保護區。即1）動作值：與相鄰線路瞬時速斷保護相配合的原則整定。

2)動作時限:t=0.5s3)靈敏度:設置限時電流速斷保護的目的是保護線路全長，故應校驗在本線路發生故障，短路電流最小的情況下保護能否動作。即在最小運行方式下線路末端最小短路電流下有足夠的靈敏度。當靈敏度不滿足要求按與相鄰線路的限時速斷保護配合整定。4、特點：限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長，依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性，與第Ⅰ段共同構成被保護線路的主保護，兼作第Ⅰ段的后備保護，但不能作為相鄰線路的后備。5、原理接線圖2.6定時限過電流保護的完全星形接線方式及邏輯圖6、用“四性”評價（1）、選擇性的獲得：整定動作電流和動作時間按與相鄰線路的瞬時速斷（或限時速斷）保護相配合的原則整定來實現的；（2）、快速性：較好，能較快切除全線路任一點短路。（3）、靈敏性：較好，能保護線路全長。但任受系統運行方式的影響。（4）、可靠性：好，簡單可靠。三、定時限過電流保護（第Ⅲ段）

1、作用作為本線路主保護的近后備以及相鄰線下一線路保護的遠后備。2、工作原理：反應電流增大為動作的判據，選擇性主要靠整定階梯時限獲得。3、整定計算1）動作值：為保證被保護線路通過最大負荷時不誤動作，以及當外部短路故障切除后出現最大自起動電流時應可靠返回，過電流保護應按以下兩個條件整定：（1）為保證過電流保護在正常運行時不動作，其動作電流應大于最大負荷電流，即：Iop>IL.max（2）保證過電流保護在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應大于外部短路故障切除后流過保護的最大自起動電流。即:Ire>IL.max2)動作時限:按時限的“階梯特性”整定。階梯特性如下圖所示，實際上就是實現指定的跳閘順序，距離故障點最近的（也是距離電源最遠的）保護先跳閘。階梯的起點是電網末端，每個“臺階”是Δt，一般為0.5”，Δt的考慮與Ⅱ段保護動作時限一樣。

3）靈敏系數校驗過電流保護用于本線路近后備保護，同時作為相鄰線路的遠后備保護。故應按這兩種情況校驗靈敏系數，即以最小運行方式下本線路末端兩相金屬性短路時的短路電流，校驗近后備靈敏度；以最小運行方式下相鄰線路末端兩相金屬性短路時的短路電流，校驗遠后備靈敏度。4、特點此保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。依靠動作時間來保證其選擇性，其動作時間按階梯原則整定。5、原理接線與電流Ⅱ段類似，只是時間按階梯原則整定。

圖2.6定時限過電流保護的完全星形接線方式及邏輯圖四、階段式電流保護1、主保護與后備保護無時限電流速斷保護和限時電流速斷的保護共同構成了線路的主保護，所謂主保護是滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。僅Ⅰ段保護不能構成主保護，因為Ⅰ段保護不能切除線路上所有的故障。由Ⅰ、Ⅱ段構成的主保護最長的切除故障時間為0.5秒。除了主保護，線路上還應配有后備保護，所謂后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。一旦主保護設備或斷路器發生故障拒動，依賴后備保護切除故障。定時限過電流保護（電流Ⅲ段保護）就是后備保護。后備保護分為遠后備、近后備兩種方式。近后備是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護實現的后備保護。所謂遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的后備。2、階段式電流保護組成由電流Ⅰ段、電流Ⅱ段、電流Ⅲ段組成，三段保護構成“或”邏輯出口跳閘。電流Ⅰ段、電流Ⅱ段為線路的主保護，本線路故障時切除時間為數十毫秒（電流Ⅰ段固有動作時間）至0.5秒。電流Ⅲ段保護為后備保護，為本線路提供近后備作用，同時也為相鄰線路提供遠后備作用。電流保護一般采用不完全星形接線。電流Ⅰ段保護按躲過本線末端最大運方下三相短路電流整定以保證選擇性，快速性好，但靈敏性差，不能保護本線全長。電流Ⅱ段保護整定時與下線電流Ⅰ段保護配合，由動作電流、動作時限保證選擇性，動作時限為0.5s，動作電流躲過下線Ⅰ段保護動作電流，快速性較Ⅰ段保護差，靈敏性較好，能保護本線全長。電流Ⅲ段保護按階梯特性整定動作時限以保證選擇性，整定動作電流時按正常運行時不起動、外部故障切除后可靠返回計算，動作慢，但靈敏性好，能保護下線全長。

下圖所示為三段式電流保護的保護區，當線路NQ上故障，保護P2或斷路器2QF拒動時，需要由保護P1提供后備作用，跳開1QF以切除故障。如k3處故障，P1Ⅰ段拒動，由Ⅱ段跳開1QF。如k1處故障，P2或2QF拒動，P1Ⅱ段跳開1QF。不難看出，Ⅰ段保護不能保護本線全長，無后備保護作用；Ⅱ段保護具有對本線路Ⅰ段保護的近后備作用以及對下線保部分的遠后備作用。對于圖中k2處故障，若P2或2QF拒動，保護P1Ⅱ無法反應，故障將不能被切除，這是不允許的，因此，必須設立Ⅲ段保護提供完整的遠后備，顯然Ⅲ段應能保護下線全長。

課題三電網的接地保護

一、電網中性點運行方式電網中性點的運行方式有以下幾種：1）中性點不接地2）中性點經消弧線圈接地3）中性點直接接地前兩種接地電網系統稱為小接地電流系統，后一種接地系統稱為大接地電流系統，小接地電流系統和大接地電流系統的區分是根據電網中發生單相接地故障時，接地電流的大小來區分的。在我國一般情況下110kV及以上的電壓等級電網采用中性點直接接地運行方式，66kV及以下的電壓等級電網采用中性點不接地或經消弧線圈接地運行方式。二、大接地電流系統運行經驗表明,在中性點直接接地系統中,K(1)幾率占總故障率的70%∽90%.所以如何正確設置接地故障的保護是該系統的中心問題之一.而在該系統中發生d(1),系統中會出現零序分量,而正常運行時無零序分量.故可利用零序分量構成接地短路的保護。（一）單相接地時零序分量的特點

1、零序電壓與三相不對稱程度有關，故障點U0最高,離故障點越遠,U0越低；變壓器中性點接地處U0=02、零序電流由零序電壓產生分布:與中性點接地變壓器的位置有關大小:與線路及中性點接地變壓器的零序阻抗及接地數目有關3、零序功率短路點最大(與U0相同).方向:與正序相反,從線路→母線（二）階段式零序電流保護三段式或四段式零序電流保護1）Ⅰ段:速動段保護2）Ⅱ段(Ⅱ、Ⅲ段)應能有選擇性切除本線路范圍的接地故障，其動作時間應盡量縮短。3）最末一段：后備三段式零序電流保護原理與三段式電流保護是相似的。但與三相星形接線相間短路電流保護（也可反映d（1））作比較，則有優點：1）零序電流保護更靈敏，Ⅰ、Ⅱ受運行方式影響較小，Ⅰ段保護范圍長且穩定，Ⅱ段靈敏性易于滿足，Ⅲ段躲不平衡電流，定值低更靈敏且時間較短。

2）零序功率繼電器（在多電源的大接地電流系統中，為保證選擇性，需要裝設零序功率方向繼電器，構成方向性零序電流保護）出口無死區，接線簡單、經濟、可靠。

3）系統振蕩、短時過負荷等情況下（三相對稱）I0不受影響缺點：不能反映相間短路故障(三)零序電流的獲得三、中性點非直接接地電網（一）接地時零序分量特點

中性點不接地系統中，發生接地故障時，由于中性點不接地，只能依靠對地電容構成回路，因此電流很小。由于線路阻抗相對于對地容抗很小，分析時可以忽略線路阻抗。

結論：

1）接地故障時，故障相電壓為0，非故障相電壓為線電壓，系統各處零序電壓相等，為3倍的相電壓，中性點對地電壓為相電壓。

2）零序電流為對地電容電流，非故障線路的零序電流為本身的電容電流，方向從母線流向線路；故障線路的零序電流為非故障線路零序電流之和，方向從線路流向母線。

（二）中性點非直接接地電網的接地保護由于零序電流很小，依靠零序電流構成保護，其靈敏度往往達不到要求。尤其在架空線與電纜混架的變電所，電纜線路的對地電容大，當架空線故障時，故障線路與電纜線路的故障電流接近，此時無法保證選擇性。目前，還沒有很完善的中性點非直接接地電網接地保護。一般采取如下措施：（1）絕緣監視如下圖所示，通過對母線零序電壓的監視，可以知道電網是否有接地故障。當零序電壓較大時，值班人員輪流拉開各出線的斷路器，如果零序電壓消失，說明所拉線路就是故障線路；如果拉開線路后，零序電流依然存在，說明所拉線路不是故障線路，則把所拉開線路斷路器合上，繼續拉下一條線路，直到零序電壓消失。

（2）零序電流保護

1）反應單相接地短路時出現的零序電流分量，使保護動作。根據小電流接地系統零序電流分量的特點，零序電流保護的動作電流必須大于本線路的電容電流。即

Ic本身<Iop<Ic非本身2）零序電流的獲取架空線路：零序電流濾過器；電纜：零序電流互感器（3）零序方向保護零序電流保護只有當線路數目較多時，才有足夠的靈敏度，反之，實現這種保護就有困難。這時可利用接地時故障相和非故障相電流方向相反，實現零序方向保護。

課題四階段式距離保護

一、基本原理

距離保護是由阻抗繼電器完成電壓、電流比值測量，根據比值的大小來判斷故障的遠近，并利用故障的遠近確定動作時間的一種保護裝置。

Z=V/I=Z1L

1）反應短路時阻抗的下降而動作—低阻抗保護。（用于元件）

2）阻抗僅僅隨著短路點到保護安裝處的距離而變—距離保護。（用于線路）二、特點及應用

靈敏度高，基本上不受系統運行方式的影響，一般作為110KV及以上輸電線路的主保護，220KV及以上則與高頻保護共同作為主保護且兼作后備保護。三、距離保護基本組成

距離保護一般都做成三段式，它有三個動作范圍，與其相對應的有三個動作時限。

1）I段：瞬時速斷動作—主保護

第I段的保護范圍一般為線路全長的80～85%，動作時限為各繼電器的固有動作時間，約為0.1S左右。

2）II段：t=0.5s限時速斷動作—主保護

第II段的保護范圍為被保護線路的全長并對下一線路有一定的保護長度，其動作時限要與下一線路保護第I段的動作時限相配合，一般為0.5S左右。3）III段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性。—后備保護第Ⅲ段為后備保護，通常其保護范圍較長，包括本線路和下一線路的全長乃至更遠，其動作時限是按階梯原則來整定的。

距離保護裝置由起動元件、測量元件與邏輯回路三部分組成。四、阻抗繼電器

1、作用：是距離保護中的核心元件，用來測量故障點到保護安裝處的阻抗（距離），并與整定值比較，以確定保護是否應該動作。2、種類：（1）根據阻抗繼電器的比較原理，阻抗繼電器可以分為幅值比較式和相位比較式。（2）根據阻抗繼電器的輸入量不同，阻抗繼電器可以分為單相式（第I型）和多相補償式（第II型）兩種。本節介紹的就是單相式的阻抗繼電器。（3）根據阻抗繼電器的動作邊界（動作特性）的形狀不同，阻抗繼電器可以分為圓特性阻抗繼電器和多邊形特性阻抗繼電器（包括直線特性阻抗繼電器）兩種。常見的是圓特性。3、阻抗的基本概念

1）測量阻抗：加在阻抗繼電器上的電壓Um和電流Im的比值稱為測量阻抗Zm

。

2）一次測量阻抗Zk

：保護安裝處一電壓Uk

和被保護線路一次電流Ik

的比值。

3）整定阻抗：繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗，使阻抗繼電器動作的最大測量阻抗Zset。

4）動作阻抗（起動阻抗）：阻抗繼電器剛好動作時加入繼電器的電壓與電流的比值Zact。

5）短路阻抗：短路時短路電壓和短路電流的比值。

6）負荷阻抗：正常運行時母線電壓和線路負荷電流的比值。4、阻抗繼電器的構成原則考慮以下因素：（1）過渡電阻的影響（2）TV、TA的相位誤差（3）簡單，易實現根據以上要求，用直線型阻抗繼電器難于實現，常用的是圓特性的阻抗繼電器。微機保護中則常用多邊形阻抗繼電器。5、單相式圓特性阻抗繼電器特性常見的圓特性阻抗繼電器主要有以下三種：（1）全阻抗繼電器：動作方程、動作區、特點：簡單、無方向性（2）方向阻抗繼電器：動作方程、動作區、特點：有方向性、存在死區（3）偏移阻抗繼電器：動作方程、動作區、特點：復雜、反方向有一部分無選擇性6、阻抗繼電器的精確工作電流

根據阻抗繼電器的動作特性，從理想的條件出發，即認為比幅元件（或比相元件）的靈敏度很高，或者認為只要電壓電流的比值滿足要求繼電器就會動作。但實際上任何比較元件都有最小的動作電壓U0（比較電路）。當電流很小時，繼電器是無法動作的。為了考核阻抗繼電器的性能，引入了精確工作電流的概念。所謂精確工作電流指的是當阻抗繼電器電壓與電流夾角為最靈敏角，且起動阻抗Zop=0.9Zsen時，使得繼電器剛好動作的電流。其中的最小值稱為最小精確工作電流，最大值稱為最大精確工作電流。測量阻抗繼電器的精確工作電流方法是給繼電器加不同的電流，測出使得繼電器剛好動作的電壓（電壓與電流夾角為最靈敏角），電壓與電流的比值就是起動阻抗。

7、接線方式：1）基本要求：①要求測量阻抗正比于保護安裝處到短路點的阻抗。②要求測量阻抗的值僅與保護安裝處至故障點的距離有關，而與故障類型無關。2）常用接線方式（1）0o接線（2）+30o接線、-30o接線（3）零序補償接線其中0o接線，+30o接線和-30o接線的阻抗繼電器用于反映各種相間短路。0o接線常用作測量元件；+30o接線和-30o接線常用作起動元件，+30o用于受電端，-30o用于送電端。相電壓和具有k3I0補償的相電流接線用于反映各種接地故障。繼電器K1K2K3應用特點接線方式UkIkUkIkUkIk00UABIA-IBUBCIB-ICUCAIC-IA反應相間故障、用作測量元件+300UABIAUBCIBUCAIC反應相間故障、用作受電端起動元件-300UAB-IBUBC-ICUCA-IA反應相間故障、用作送電端起動元件零序補償00接線UAIA+K3I0UBIB+K3I0UCIC+K3I0反應接地故障五、影響距離保護正確動作的因素及防止方法阻抗繼電器的測量阻抗受很多因素影響。主要有：

（1）短路點的過渡電阻—使測量阻抗增大，保護拒動或失去選擇性。—①在保護范圍不變的前提下，選擇適當的阻抗繼電器（偏R軸方向）；②采用瞬時測量裝置。（2）電力系統振蕩—使測量阻抗減小，保護誤動—①.延長保護裝置的動作時間（如距離Ⅲ段）；②.把定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外；③增設振蕩閉鎖回路。（3）保護安裝處與故障點之間有分支電路—使測量阻抗增大（減小）—在整定計算中引入分支系數。（4）CT,PT的誤差—使測量阻抗增大（減小）（5）PT二次回路斷線—使測量阻抗減小為0—增設斷線閉鎖回路（6）串聯補償電容—使測量阻抗減小六、三段式距離保護的整定計算1、整定原則2、整定計算舉例

課題五電流電壓連鎖速斷保護一、電壓保護特點

發生短路時，母線電壓下降，低電壓保護由母線電壓構成判據。整定方法下如圖所示。電壓保護具有以下特點：1.母線電壓變化規律與短路電流相反，故障點距離電源越近母線電壓越低；母線電壓水平越低，保護區越長。2.大運方下短路電流較大，母線電壓水平高，電壓保護的保護區縮短。3.由母線電壓不能判別是母線上哪一條線路故障，電壓保護無法單獨用于線路保護。二、電流電壓聯鎖速斷保護1、基本原理電壓保護不能單獨用于線路保護，但可利用其保護區變化規律與電流保護相反的特點，與電流保護一起構成電流電壓聯鎖速斷保護，電流繼電器與電壓繼電器觸點串聯出口。2、整定方式電流電壓聯鎖速斷保護與電流速斷保護整定最大的不同是運行方式的選擇。為了躲過本線末最大的外部短路電流，電流速斷保護整定時按最大運行方式整定，當系統運方不是最大運方時，電流速斷保護區縮短。電流電壓聯鎖速斷保護是按系統最常見運方整定，當系統運方不是最常見運方時，其保護區縮短，不會喪失選擇性。

電流電壓聯鎖速斷保護整定方法如下圖所示，考慮常見運方下三相短路時電流、電壓保護均有80％的保護區。當系統運方變大時，如圖中所示，電流速斷保護區伸長，但電壓保護區縮短，電流保護與電壓保護構成“與”邏輯出口，總的來說電流電壓聯鎖速斷保護的保護區縮短，不會誤動。運行方式變小時，則電壓速斷保護區伸長，但電流保護區縮短，電流電壓聯鎖速斷保護的保護區還是縮短，不會誤動。

3、原理框圖電流電壓聯鎖速斷保護原理框圖如下圖所示，電流元件由A、C相電流繼電器組成；電壓元件由三個反應線電壓的電壓元件組成，電流元件與電壓元件構成“與”邏輯出口。

課題六方向電流保護一、

問題的提出

為提高供電的可靠性，出現了單電源環形供電網絡、雙電源或多電源網絡。但在這樣的網絡中簡單的電流保護不能滿足要求。針對以下雙側電源供電網絡，分析如下：

對電流速斷保護：d1處短路，若Id1>Idz3I，則保護3誤動，d2處短路，若Id2>Idz2I，則保護2誤動。對過電流保護：d1處短路，要求t3>t2，d2處短路，要求t2>t3，

顯然，這種要求是矛盾的。上述矛盾的要求不可能同時滿足。

原因分析：反方向故障時對側電源提供的短路電流引起保護誤動。解決辦法：加裝方向元件——功率方向繼電器。當方向元件和電流測量元件均動作時才啟動邏輯元件。這樣雙側電源系統保護系統變成針對兩個單側電源的子系統。由下圖可見，保護1、3、5只反映由左側電源提供的短路電流，它們之間應相互配合。而保護2、4、6僅反映由右側電源提供的短路電流，它們之間應相互配合，矛盾得以解決。

方向電流保護簡化框圖方向保護工作原理

在原來電流保護基礎上加裝方向元件，規定：正方向從母線指向線路。方向不同者用方向元件保證選擇性，方向相同者用時間元件保證選擇性。時間元件按逆向階梯原則整定，即在某一動作方向下，從遠離電源處到靠近電源處動作時間逐級增加。二、功率方向繼電器的工作原理

電流規定方向：從母線流向線路為正方向。

電流本身無法判定方向，需要一個基準—母線電壓；在電壓一定的情況下，電流的方向就是功率的方向。

d1處短路（對保護2為正方向）,d2處短路（對保護2為反方向）,

因此：利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關系，就可以判別發生故障的方向。

1、最大靈敏角：在UJ、IJ幅值不變時，其輸出（轉矩或電壓）值隨兩者之間的相位差的大小而改變。當輸出為最大時的相位差稱最大靈敏角φlm

。2、

動作范圍：-900≤φ≤900

3、動作特性

4、

死區：當正方向出口短路時，，GJ不動——電壓死區。消除辦法：采用90度接線方式，加記憶回路。5、

潛動：從理論上講，當只加電壓或電流時，J不動。但由于比較回路中各元件參數的不完全對稱，可能使得在僅有電壓或電流時，J動作,即潛動。僅有電壓時動，叫電壓潛動，僅有時電流動，叫電流潛動潛動對保護的影響：對正方向接地短路時，有利于保護正確動作；當反方向接地短路時，可能導致GJ誤動，使得保護誤動；另外，增大GJ的動作功率，可降低靈敏性；消除方法：調R1（電流潛動時），調R2（電壓潛動時）。（整流型）

三、功率方向繼電器的接線方式分為輸入（線圈）部分和輸出（接點）部分的接線（一）輸入部分的接線方式1、含義及要求功率方向繼電器輸入部分的接線方式是指它與電流互感器和電壓互感器之間的連接方式，應滿足如下要求：（1）必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性。即正向發生任何類型的故障都能動作，而反向故障時則不動作。（2）盡量使功率方向繼電器在正向故障時具有較高的靈敏度，接近最大靈敏角。