极化回路记忆作用对继电器动作特性的影响

一. 保护正方向短路时

   结论：

1） 特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作。

2）特性圆比稳态特性圆大，扩大了保护范围，有利于躲过渡电阻的影响。

3正方向的保护范围不变。

二.保护反方向短路时

 在反方向短路时，继电器有明确的方向性。

继电器的整定阻抗

1.  距离保护第I段的整定

2.距离保护第II段的整定

一原则1：与相邻线路的距离I段配合

二原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定

一取上上述两项中数据值小者作为距离保护第II段定值

一：距离II段灵敏系数校验

         保护装置的动作阻抗    

Klm=------------------------------------       保护范围内发生金属性短路时故障阻抗的

计算值

二: 灵敏度校验：按本线路末端故障校验灵敏度

灵敏度要求大于1.25

若灵敏度不满足要求，应与相邻线路距离保护II段配合。

3，距离保护第III段的整定

一 原则;按躲过输电线的的

1.整定阻抗时候用最小分之际系数

2. 灵敏度校验时候用最大分之系数

3.5.2 对距离保护的评价

1. 选择性

一 在多电源的复杂网络中能保证动作的选择

2. 快速性

一  距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电源的线路至少有30%的范围保护要以II

3.4.5阻抗继电器的精确工作电流

.阻抗继电器是利用测量阻抗来反映故障点的位置，即Uj与Ij的比值

精确工作电流：继电器的动作阻抗与整定阻抗之间的误差等于整定阻抗的10%时，加入阻抗继电器的电流。记作Ijg

3.4 集成电路型方向阻抗继电器的接线和特性分析

3.4.1 方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法

一. 产生死区的原因

一.在保护正方向出口发生相间短路时，UJ=0，继电器不动作。发生这种情况的一定范围，就称为死区。

幅值比较式

继电器的执行元件动作需要一定的功率，所以继电器不动。

相位比较式

当Uj=0时，因进行比相的一个电压为零无法比相，所以继电器不动作。

二.消除死区的方法

- 记忆回路

-高Q值50Hz带通篮板球 

- 引入非故障相电压

三.记忆回路

- 瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，在极化电压Up的回路中广泛采用了记忆回路的接线

- 记忆回路是由一个R,  L,   C组成的工频串联谐振电路

.  UJ与Up同相位

四 . 高Q值50Hzda带通滤波器

-  利用高Q值的550Hz带通有源滤波器响应特性的时间延迟，起到记忆作用

五。引入非故障相电压

一. 结论：

 .  出口两相短路时，因为第三相电压而产生的Up可保证继电器的方向性。

. 但出口三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区。

.  装设辅助保护

一 .辅助保护主要是电流速断保护，它可以在方向性保护的死区范围内，快速动作切除故障。

一.当不采用记忆回路时，极化电压即为保护安装处的母线电压Uj

一.当采用记忆回路后，极化电压将短时记忆短路前负荷状态下母线电压Uf的相位，

一.在短路后瞬间继电器动作条件

一.继电器的动作特性只能结合具体系统的接线参数和短路点位置进行分析

一. 保护正方向短路时

结论：

1）特性圆包括坐标原点，故保证出口短路时可靠动作。

2）.特性圆比稳态特性圆大，扩大了保护范围，有利于躲过渡电阻的影响。

3）.正方向的保护范围不变。

-. 

3.3.2  相间短路阻抗继电器的0度接线方式

三. 中性点直接接地电网两相接地短路

结论：

. 同两相短路

四.结论

- 0度接线方式在三相短路.两相短路及两相接地短路时至少有一个阻抗继电器能正确反映故障点到保护安装处的距离

- .相间距离保护必须采用三个阻抗继电器

3.3.3 接地短路阻抗继电器的接线方式

. 以A相接地短路为例

- 在单相接地时，只有故障相的电压降低，电流增大，从原则上看，应该将故障相的电压和电流加入继电器中

结论

- 故障相的阻抗继电器能正确测量以短路点到保护安装处之间线路正序阻抗

- 必须采用三各阻抗继电器

二.测量瞬时值同为一正一负的异或门比相回路

-适用方程

3.3  阻抗继电器的接线方式

一.要求

（1）阻抗继电器的测量阻抗必须正比于保护安装处到故障点的距离与电网运行方式无关。

（2）阻抗继电器的测量阻抗与短路类型无关，保护范围不随故障类型而变化

二. 分类

. 0度接线，+30度接线和-30度接线的阻抗继电器用于反映各种相间短路。

. 相电压和具有K3I0补偿的相电流接线用于反映各种接地故障

3.3.2相间短路阻抗继电器的0度接线方式

当cos=1时，加入继电器的电压和电流之间的夹角为0度称为0度接线

此处测量阻抗采用电力系统一次侧阻抗

结论：

.接于故障环路的阻抗继电器反映保护安装处到故障点之间的线路正序阻抗。

.  其余两只阻抗继电器的测量阻抗很大，不会动作

                    3.2.4幅值比较回路

一.基本原理

一.将UA和UB分别整流后进行幅值比较，有两种类型

一. 均压式                                   

UA整流后在R1上产生Ua  

-UB整流后在R2上产生Ub

-继电器反应Uab=Ua-Ub而动作。

环流式

UA整流后在R1回路产生Ia,

Ub整流后R2回路产生Ib.

继电器反应Ia-Ib而动作。

二. 执行元件

一.1.极化继电器

 3.2.5     相位比较回路

一.测量瞬时值同为正（或同为负）的与门比相回路

一 适用方程

阻抗继电器的构成

一. 主要由 两大基本部分组成：电压形成回路和幅值比较或相位比较回路。

一. UA.UB.UC.UD基本上是由UJ和IJzd组合而成。

一.UJ可直接从电压互感器二次侧取得，必要时经YB变换。IJZzd则经过DKB获得。

一.电抗互感器DKB的工作原理

一.作用：

 . 将电流互感器的二次电流变换成与之成正比并超前其一定角度的电压；

. 将继电保护回路与电流互感器二次回路隔离以降低干扰

2. 结构

.铁心中又气隙

.二次侧接近于 开路工作状态

W1:初级电流绕组

W2 W3：次级电压绕组

R;改变次级绕组中感应电势的相位。

 3.    原理

  0电流变换为电压

.阻抗角

3.  电网的距离保护

3.1 距离保护的作用原理

3.1.1  距离保护的基本概念

-  .距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。

-.. 实际上是测量保护装置处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称阻抗保护

-.当短路点在保护范围以內时，即当Zd<Zzd时保护动作；

- .当短路点在保护范围时，即Zd>Zzd时，保护不动作

3.1.2 距离保护的时限特性

- 为了保证选择性，广泛应用阶梯型时限特性，这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同。

一.  距离保 护第I段 

瞬间动作的，其动作时限仅为保护装置的固有动作时间

保护范围不能延时到下一线路中去，为本线路全长的80%至85%

二.  距离保护第II段（距离II段）

. 动作时限和起动值要与相邻线路保护的I段或II段相配合

三.  距离III段

. 为本线路和相邻线路（元件)的后备保护，

.  其动作时限的整定原则与过电流保护相同，即大于下一条变电站母线出线保护的最大动作时限一个时间级差，

.  其动作阻抗应按躲过正常运行时的最小负荷阻抗来整定

3.1.3 距离保护的主要组成元件

一. 距离保护由起动元件.测量（距离）元件与逻辑回路（时间元件）三部分组成

一.起动元件

.作用：当被保护线路发生故障时，起动元件瞬间起动保护装置，以判断线路是否发生了故障，并兼做后备保护。

. 起动元件采用过电流继电器或阻抗继电器，也可采用发应负序电流或零序电流分量的复合滤波器。

二. 距离元件

.  作用：用来测量保护安装处至故障点之间的距离（阻抗），并判断短路故障的方向

. 一般为阻抗继电器。距离I段和距离II段采用方向阻抗继电器，距离III段采用偏移特性阻抗继电器。

三.时间元件

作用：建立距离保护II段.III段的时限，以获得其所需要的动作时限特性

. 通常采用时限继电器

 3.2 阻抗继电器

.阻抗继电器是距离保护的核心元件

作用：用来测量保护装置处故障点到故障点的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内部故障还是保护区外故障

2.4.2 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点

.  消弧线圈：在中性点接入一个电感线圈，当单相接地时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统中的电容电流相撤销，可以减少流经故障点的电流。

.  适用场合：

   一.  如果单相接地时接地电容电流的总和

 .  在3-6KV电网中，大于30A

.   10KV电网大于20A

.   22-66KV电网大于10A

1. 单相接地时电流的分布

一 当采用消弧线圈以后，单相接地时的电流分布将发生重大的变化。

- 电容电流的大小和分布与不接消弧线圈时是一样的。

-在接地点又增加了一个电感分量的电流

2. 消弧线圈的补偿方式

-.（1）完全补偿

    接地点电流近似为零

 优点：消除故障点电弧，避免出现弧光过电压

缺点：可能出现串联谐振，使中性点对地电压出现严重升高

. 在实际上不能采用这种方式

一.  （2）欠补偿

     补偿后的接地点电流仍然是电容性的。

缺点：系统运行方式发生变化，当某个元件被切除或因故障跳闸，则电容电流就将减少，可能出现完全补偿。

. 一般在电力网中欠补偿方式是不采用的。

- （3） 过补偿

.  过补偿后的残余电流是电感性的。

. 采用这种方式不可能发生串联谐振的过电压问题。

. 在实际中获得泛应用

IL大于Icz的程度用过补偿度P来表示，

P= IL-Icz/Icz

2.4.4   中性点不接地电网中单相的保护

1.  无选择性绝缘监视装置

-. 在发电厂和变电所的母线上，一般装上设网络单相接地监视装置，他利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号

.   正常运行时，系统三相电压对称没有零序电压

. 当系统任一出线发生接地故障时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV动作，给出接地信号。

-  当零序电压较大时，值班人员轮流拉开各出线的断路器，如果零序电压消失 说明所拉开线路就是故障线路； 如果拉开后，零序电流依然存在，说明所拉线路不是故障线路，则把所拉开线路断路器合上，继续拉下一条线路，直到零序电压消失。

2.   零序电流保护

.   利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。

一 一般使用在有条件安装零序电流互感器的线路上

3.  零序功率方向保护

-  利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于信号或跳闸。

- 适用零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络线路上。

零序电流保护(零序III段)

一.动作时限：

    从零序网的最末级（受电端变压器）开始按阶梯原则向电源方向推算。

零序保护从受电端变压器开始增加t

相间保护起点从离电源的最远位置开始依次增加T 

零序电流保护比相间保护时间短。

     2.3.7     方向性零序电流保护

一.方向性零序电流保护工作原理

一 保护安装处零序电流与零序电压的相位关系

   . 正方向接地时   零序电流超前零序电压95度至110度

  .   反方向接地时    零序电流滞后于零序电压70度至85度。

优点：

一  （1） 零序电流保护更灵敏

1.  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

2.    III段躲不过平衡电流，定值低更灵敏且时间较短

-- （2）GJ0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

缺点：不能反应相间短路故障。

   2.4  中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压. 电流及方向保护

.  在中性点非直接接地电网中发生单相接地时

一. 由于故障点的电流很小，一般只要求继电保护有选择地发出信号，而不必跳闸。

一  非故障相电压升高根号3倍

一 线电压仍对称

.对保护的要求

一. 一般只要求继电保护能有选择地发出信号，而不必跳闸。

一.当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。

2.4.1 中性点不接地系统的单相接地的特点

1.单电源单线路系统的单相接地

一（1) zai在正常运行情况下，三相对地有相同的电容，在相电压作用下，每相都有一个电容电流流入地中，而三相电流之和等于零。

一 每相对地电容电流：    Ia=Ib=Ic

2. 单电源多线路系统的单相接地

故障点处的零序电流

一对于故障线路

. 零序电流为线路本身的电容电流，电容性无功率的方向为由母线流向线路。

一 对于发电机

  . 零序电流为发电机本身的电容电流。其电容性无功功率的方向是由母线而向发电机。

一 对于故障线路

   零序电流等于全系统非故障元件对地电容电流之和（但不包括故障线路本身）. 其电容性无功功率的方向为由线路流向母线。

结论

 .1） 单相接地时，全系统都将出现零序电压，而短路点的零序电压在数值上为相电压；

.2）在非故障元件上有零序电流，其数值等于本相原对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路，零序电流超前零序电压

.3） 在故障元件上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之相量和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。

零序过电流保护（零序III段）

作用：

  一. 用于本线路接地故障的近后备保护和相邻元件（线路，母线，变压器）接地故障的后备保护。

一. 在本线路零序电流保护  I.  I I段拒动和相邻元件的保护或开关拒动时靠它来最终切除故障。

一.在中性点接地电网中的终端线路上也可以作为主保护。

整定计算

1. 躲开在一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流

2. （2）与下一线路零序III段相配合就是本保护零序III段的保护范围，不能超出相邻线路上零序III段的保护原理。

一‘灵敏性：近后备和远后备时均校验

一.动作时限

定时限过电流保护

1. 动作电流：其动作电流的整定仍按躲过最大负荷电流整定。

2.动作时限

-将动作方向一致的保护，各自独立按阶梯性原则进行

方向向性电流保护的评价

3.   方向元件的加装原则

一.在保证选择性和灵敏性的情况下，在继电保护中应为力求不用方向元件

2.1.1 方向性电流保护的工作原理

    一. 问题的提出

    .为提高供电的可靠性，出现了单电源环形供电网络.双电源或多电源网络。但在这样的网络中简单的电流保护不能满足要求。保护将失去选择性。

二. 概念

    1）短路功率：指系统短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率。

    2.）故障方向- 从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障称之为正方向故障。反之为反方向故障。

三. 原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起保护误动。

四.  解决办法：

    .  利用方向元件与电流元件结合就构成了方向电流保护。

.   双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。

功率方向继电器的工作原理

含义：

 -.功率方向继电器： 用于判别短路功率方向或测定电压电流间的夹角的继电器，简称方向元件。

- . 功率方向继电器的工作原理

一.母线电压参考方向为“母线指向大地”，电流参考方向为“母线指向线路”

1.故障方向的判断

.  利用判别短路功率方向或电流.电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。

2. 对继电器保护中方向继电器的基本要求是：

 （1）应只有明确的方向性，

（2）故障时继电器的动作有足够的灵敏度。

3.     功率方向继电器的实现---动作特性

      .1） 最大灵敏角

      .  2.)动作方程 

二. 具有电流速断.限时电流速断和过电流保护的单相原理接线图

阶段式电流保护的应用及评价

五.评价

一. 选择性：

一  .    在单相则电源辐射网中，保护具有较好的选择性（靠动作电流.动作时限），但在多电源或单电源环网等复杂网络等复杂网络中可能无法保证选择性。

 - 灵敏性：

  .受运行方式的影响大，往往满足不了要求。  --电流保护的缺点

--. 速动性;

 .第I  II段满足;

.第 III段越靠近电源，动作时限越长--缺点

-- 可靠性：

 .线路越简单，可靠性越高---优点。

电流保护接线方式

一.指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。

一.  接线系数指流入电流继电器的电流与电流互感器侧电流的比值。

2.常用的两种接线方式

一.分类: 对相间短路的电流保护。目前广泛使用的是

.   三相星形接线（也称为完全星形接线）

.   两相星形接线（也称为不完全星形接线）

2.  两种接线方式的性能比较

一1） 对中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种短路

. 对于各种相间短路及单相接地短路，完全星形接线均能正确反应。

. 不完全星形接线能反应各种相间短路，但不能反应全部的单相接地短路（如B相接地）。所以不适用于中性点直接接地电网。

限时电流速断保护动作的配合

当线路上装上电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除。

保护装置灵敏性校验

一.为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。

通常用灵敏系数来衡量。

灵敏系数的计算

一般采用最小运行方式下发生两相短路时的短路电流来计算

电流速断保护

2. 保护装置的整定

  1）.保护装置的起动值

    对因电流升高而动作的电流保护来讲，使其动保护装置的最小电流值称为保护装置的起动电流

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