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1、第一部分 电力系统继电保护一、概述电力系统继电保护是电网安全稳定运行的重要保证。因此，继电保护的安全、可靠运行，一直受到电网各级管理部门的高度重视。特别是当前，大容量机组的增加、电网容量的不断扩大，电网的安全稳定运行问题犹为重要。因此，对继电保护装置的可靠运行，提出了新的、更高的标准和要求。1.对继电保护装置的基本要求 长期以来，为保证电网的安全可靠运行，对继电保护装置提出了以下几项基本要求：选择性：指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。 快速性：在发生故障时，应力求保护装置能迅速切除故障。快速切除故障可以提高电力系统并列运
2、行的稳定性、减少用户在电压降低的情况下工作的时间、缩小故障元件的损坏程度、防止大电流流过非故障设备引起损坏等。 灵敏性：指对于其保护范围内发生故障或不正常的运行状态的反应能力。实质上是要求继电保护应能反应在保护范围内所发生的所有故障和不正常运行状态。可靠性：要求保护装置在应该动作时可靠动作；在不应该动作时不应误动，即既不应该拒动也不应该误动。2.反措对继电保护的要求从上个世纪90年代开始，国家电网公司先后颁布了电力系统继电保护及安全自动装置反措要点、二十五项反措、十八项反措等反事故措施。根据这些反措的要求，220kV及以上的线路、母线、接入220kV电压等级的变压器保护必须按双重化配置。而且，
3、反措还对保护做出了具体规定和要求。反措对保护的基本要求： 保护双重化的基本要求（1）同一元件的两套主保护分别安装于不同的盘柜；（2）两套主保护的电流分别取自电流互感器不同的二次绕组；（3）两套主保护的直流电源须取自不同的直流母线；（4）每套主保护必须设置各自独立的跳闸出口，动作于断路器不同的跳闸线圈；（5）保护装置的操作箱、断路器控制回路及跳闸线圈须按双重化的原则设置，两组跳闸回路的控制电源取自不同的直流母线；3对保护运行和回路的基本要求（1）变压器非电量保护不起动失灵保护。非电量保护中，除重瓦斯投跳闸外，其它如温度、压力释放等，均只投信号。二、变压器保护 变压器保护中最重要的保护是差动保护。
4、还配置有方向过流保护、中性点零序过电流保护及本体瓦斯保护。1.差动保护的主要功能及技术要求：(1)采用比率制动的原理,能可靠防止区外故障时保护装置误动。新型变压器保护差动保护的动作特性，是把传统的比率制动特性抬高，称高值比率特性，用特性躲过区外故障电流互感器的饱和的影响；新增加了灵敏变斜率比率制动曲线, 为防止该特性在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和闭锁动作的判据，灵敏的抗电流互感器饱和的变斜率比率制动曲线可以保证区外严重故障不误动，区内轻微故障可靠动作。下图是新型变压器差动保护的动作特性。 图 1 差动保护制动特性图A
5、所示是区内故障，高值比率差动动作，可发跳闸令。 图B所示是区内严重故障，差动速断动作，可发跳闸令。(2)具有电流互感器(TA)断线判别功能，并能闭锁差动或报警，当电流大于额定电流时应自动解除闭锁并可动作出口跳闸，同时发出断线信号。虽然，差动保护具有上述功能，但是，从安全考虑，当差动保护发生TA断线时，应允许差动保护动作跳闸，而不应闭锁保护，因为即使继续运行，处理也不安全。1(3)为防止由于故障电流过大时，电流互感器饱和导致差动保护拒动，在差动保护中装设有差动电流速断保护，能够有效保证在区内发生各种短路故障时，保护装置可靠动作，如图B所示。(4)由于各侧电流互感器的变比和接线方式可能不同，有平衡
6、差动保护各侧电流幅值和电流相位角的功能；(5)对于变压器的差动保护有涌流闭锁功能；22差动保护中的差动速断的作用当变压器内部故障电流过大时，变压器差动保护用的电流互感器将要饱和，电流互感器饱和时将产生各种高次谐波，其中包含二次谐波分量。而变压器差动保护的涌流闭锁功能，目前大部分采用二次谐波闭锁，当电流互感器饱和时，电流中的二次谐波分量将会使差动保护闭锁，不能动作出口。这时，只能靠差动速断保护动作出口，因为涌流闭锁不闭锁速断。因此，变压器差动保护中要设置速断保护。根据差动速断保护的特点，要求差动速断保护满足以下两点要求：（1）动作电流应能躲过最大励磁涌流电流。（2）区内发生最大短路电流故障时，应
7、有足够的灵敏度（一般这种故障都是发生在高压套管引线上）。3.差动保护与瓦斯保护的区别当发生变压器内部故障时，根据保护的特点，差动保护比瓦斯保护动作速度要快。但是，当变压器发生匝间短路时，由于短路的匝数不同，电流变化不一定很大，又因为变压器的流进、流出电流的方向不会改变，因此，差动保护很可能不会动作。而匝间短路故障如不及时解决、处理，将导致更大的故障，造成更大的损失。所以，这时依靠瓦斯保护动作将变压器从电网中断开。所以，差动保护和瓦斯保护不能互相替代。4.变压器过激磁对差动保护的影响当系统电压过高，将引起变压器过激磁，当变压器过激磁时，变压器铁芯将饱和，铁芯饱和后，变压器的传变特性会变坏，造成变
8、压器输入输出电流不成比列，从而导致差动保护误动。因此当这种现象出现时应将差动保护闭锁。根据分析，过激磁时，电流中的5次谐波分量较大，用5次谐波分量将差动保护闭锁，防止保护误动。三、线路纵联保护1.概述纵联保护由于能够反映被保护线路上任何一点的故障并以瞬时速度跳闸，因而被定义为超高压线路的主保护。一般用于220kV线路。根据信号的传输方式，纵联保护主要分为两大类，即：由载波通道及保护装置共同构成的线路纵联保护、由光纤通道及保护装置共同构成的线路纵联保护。根据保护的原理，可分为纵联方向、纵联距离、纵联差动、电流相位差动等保护。500kV线路目前都是光纤差动保护，220kV线路目前也有很多线路将光纤
9、差动作为主保护，但仍有一部分线路的主保护采用以载波通道为传输方式的纵联保护。但均按双重化配置。2.纵联方向保护(1) 基本原理纵联方向保护由载波通道和方向保护元件构成。载波通道分专用和复用两种。保护又分为闭锁式和允许式.闭锁式：当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动本侧发信机发信（称为闭锁信号），两侧方向元件判定为正方向故障时，方向元件动作使发信机停信，当收信回路收不到对侧及本侧信号时，即输出信号，同方向元件动作信号构成“与”门，发出跳闸脉冲。当发生区外故障时，两侧起动元件同时起动发信，但这时只有处于远故障点侧的方向元件动作，使本侧
10、发信机停信，而处于近故障点侧的方向元件不动作，不使本侧停信，因两侧收发信机使用同一频率，故两侧仍然能收到高频信号，两侧收信机均不输出允许跳闸的信号，因此，两侧均不跳闸。允许式：当被保护线路发生区内故障时，两侧的起动元件动作但不起动发信机发信，由方向元件判断为正方向故障后，方向元件动作起动发信（称为允许信号），对侧受到允许信号后，如对侧的方向元件动作，则收信输出信号和方向元件动作信号构成“与”门，发出跳闸脉冲。当发生区外故障时，两侧的起动元件起动，不发信。这时，远故障点一侧的方向元件动作，起动发信，由于近故障点侧的保护为反向，方向元件不动作，也就不起动发信，也不发跳闸脉冲。处于远故障点一侧的保护
11、，虽然方向元件动作，但由于没有收到对侧的允许信号，“与”门不输出信号，因此，也不发跳闸脉冲。除上述主保护之外，纵联方向保护还配置了常规的距离和零序保护，作为主保护的后备。2主要功能和技术要求（1）保护装置的起动逻辑由反映突变量的零序和负序元件构成。突变量元件起动后开放保护装置的动作出口回路，正常运行和系统振荡时不会起动，受外界影响小，抗干扰能力较强。此外，反映零序和负序突变量的元件在线路故障时起动速度快，有助于缩短保护固有动作时间，达到快速切除故障的目的。（2）对闭锁式纵联保护，要求起动元件（零序、负序或正序电流突变量元件）在故障初始须快速起动发信，故障切除后，起动元件的返回应稍带有一定的延时
12、。原因是保证在区外故障切除后，保证方向元件首先返回，闭锁信号再返回。（3）无论是闭锁式还是允许式纵联保护，都应设置外部保护（如母差、失灵）跳闸停信或发信回路。对闭锁式纵联保护当母差、失灵等保护动作跳开本线路开关时，应同时发出停信信号，使本侧发信机停信，以便让对侧保护跳闸。对允许式纵联保护，当母差或失灵保护动作时，应同时发出发信信号，也是为了使对侧保护动作跳闸。这是因为考虑到，当母差或失灵保护动作跳本线路开关，而开关失灵、跳不开时，让对侧开关跳闸，以达到切断故障电流的目的。（4）对纵联方向保护装置，应设置PT断线闭锁元件。对后备距离保护，还应设置振荡闭锁，系统发生振荡时，闭锁距离保护的一、二段。
13、3根据规程规定，系统最长振荡周期应按1.5秒考虑（整定规程），距离一、二段动作时间较短，特别是距离一段。无法躲过系统振荡，因此，必须设置正当闭锁功能。而三段按大于1.5秒整定，可以躲过振荡周期。（5）载波通道是纵联保护传输信号的重要途径，线路正常运行时，应有对载波通道进行长期监视的手段，对专用载波通道，每天均应进行通道对试，以保证通道的完好。对复用载波通道，应设置与跳闸脉冲频率不同的监频信号，当通道异常时，发出报警信号。3.纵联距离保护（1）基本原理纵联距离保护与纵联方向保护相同，作为220kV线路的主保护。一般由专用载波通道和三（四）段式相间和接地距离保护构成，而且采用闭锁式的形式较多。下面
14、以闭锁式纵联距离保护为例，说明其动作原理。当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动本侧发信机发信（称为闭锁信号），然后由主保护中带方向的阻抗元件（一般按大于1.3倍线路阻抗整定）动作后立即停信，两侧都停信后收信回路即有输出，与带方向的距离阻抗元件构成“与”门，发出跳闸脉冲。当故障发生在线路一端的出口处（区内）时，近故障点侧的起动元件动作，起动发信。主保护中的带方向的阻抗元件动作停信。远故障点侧的起动元件动作后起动发信，这时由于主保护中带方向的阻抗元件按大于被保护线路阻抗整定，能够可靠动作停信，收信回路的输出信号和带方向的阻抗元件的动作
15、信号构成“与”门，瞬时跳闸。达到了纵联保护全线速动的目的。当发生区外故障时，虽然远故障点侧方向阻抗能够停信，但近故障点侧处于反向，阻抗元件不动作、不停信，始终发闭锁信号，两侧保护均不跳闸。除上述主保护外，纵联距离保护还设置了后备相间和接地距离保护。根据距离保护的原理和特性，在电力系统发生振荡时，距离保护的阻抗元件将会误动。如按最长的振荡周期考虑，一、二段阻抗元件因动作时间短，无法躲过系统振荡的时间，而三段阻抗因其动作时间较长，则可以躲过系统振荡。此外，当发生PT断线时阻抗元件也会误动。因此，在距离保护中，都设有振荡闭锁和PT断线闭锁，防止发生上述两种情况时距离保护误动。（2）主要功能和技术要求
16、a. 保护装置的起动逻辑由反映突变量的零序和负序元件构成。突变量元件起动后开放保护装置的动作出口回路，正常运行和系统振荡时不会起动，受外界影响小，抗干扰能力较强。此外，反映零序和负序突变量的元件在线路故障时起动速度快，有助于缩短保护固有动作时间，达到快速切除故障的目的。b. 相间距离和接地距离保护中的阻抗元件整定阻抗应大于被保护线路全长的50%，一般情况下相间距离的一段阻抗整定在85%左右。接地距离因考虑接地电阻的影响，可适当缩小范围。对于闭锁式纵联距离保护的阻抗定值，也可以超范围整定，即一段阻抗整定为线路全长的120%c. 在纵联距离保护装置中，应设置PT断线闭锁和振荡闭锁元件。当放生PT断
17、线或系统振荡时闭锁保护。振荡闭锁应闭锁距离保护的一、二段阻抗。d. 对载波通道的技术要求与纵联方向保护相同。线路正常运行时，应有对载波通道进行长期监视的手段，对专用载波通道，每天均应进行通道对试，以保证通道的完好。4. 纵联方向保护基本原理与纵联距离保护相同，只有以下两点与纵联距离保护有不同之处：1. 当被保护线路发生区内故障时，线路两侧保护中的起动元件（由负序、零序或正序电流突变量元件构成）立即起动，但不发信。由主保护中的方向元件动作后发信，对侧保护受到信号后，与本侧方向元件构成与门，跳开本侧断路器。区内故障无论故障点发生在线路的任何一点，两侧保护均能快速动作跳闸。2.区外故障时，远故障点的
18、保护方向元件能够动作，发出允许信号，但近故障点的方向元件不动作，与对侧允许信号构成的与门无输出，因此不能跳闸。远故障点的方向元件虽然能够动作发允许信号，但收不到对侧允许信号，同样由于“与”门无输出，也不能跳闸。5. 对线路纵联保护的评价(1)无论是纵联方向还是纵联距离保护，均能满足继电保护选择性、灵敏性、快速性、可靠性的要求。因此，两种保护目前仍然得到广泛的使用。(2)设备质量良好，性能稳定。因装置原因造成误动的情况虽有，但不是很多。(3)由于使用高频载波作为信号的传输工具，所以，载波通道受环境影响较大，因天气不好，会造成通道的衰耗增大，甚至有可能使保护短时退出运行。(4)高频通道设备应定期检
19、验。增加了继电保护专业人员的维护工作量。6. 线路光纤纵联差动保护光纤电流差动保护是220kV、500kV线路的主保护之一。光纤作为继电保护的通道介质，具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、频带宽和衰耗低等优点。目前，光纤电流差动作为220kV及以上电压等级的线路主保护，已经得到了普遍应用。随着电力光纤网络的逐步完善，光纤保护也将在继电保护领域中得到更为广泛的应用。(1) 光纤的基本工作原理a光纤的结构与分类：光纤为光导纤维的简称，由直径大约0.1 mm的细玻璃丝构成。继电保护所用光纤为通信光纤，是由纤芯和包层两部分组成的，如图10-1所示。纤芯区域完成光信号的传输；包层则是将光封闭在纤芯
20、内，并保护纤芯，增加光纤的机械强度。 按光在光纤中的传输模式，光纤可分为单模光纤和多模光纤。多模光纤(multi modefiber)的中心玻璃芯较粗(芯径为50 m或62.5 m)，可传多种模式的光，但其模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，而且随着距离的增加，其限制效果更加明显。单模光纤(single mode fiber)的中心玻璃芯很细(芯径一般为9 m或10m)，只能传一种模式的光，因此，其模间色散很小，适用于远程传输，但仍存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的带宽和稳定性有较高的要求，带宽要窄，稳定性要好。 b. 继电保护用光纤的特点： 继电保护用光纤对衰耗值要求较高，不
21、同波长的光信号衰耗值不同，表10-1对单模光纤和多模光纤在3个波长区域的传输特性进行了比较。图2 光纤的结构表10-1 光纤的传输特性光纤类型波长/m衰耗dB/km多模光纤0.8523多模光纤1.30.51.2单模光纤1.30.30.8单模光纤1.550.10.3由表10-1可以看出，单模光纤的传输衰耗最小，波长1.31 m处是光纤的一个低损耗窗口。所以现在继电保护用光纤均使用单模光纤，使用1.3 m的波长段。 (2) 光纤电流差动保护的基本工作原理超高压输电线路的光纤电流差动保护是220kV、500kV线路的主保护。与普通的电流差动保护在原理上区别不大。就电流差动保护本身而言，具有原理简单，
22、不受运行方式变化的影响、动作灵敏度高、快速、可靠，而且能适应电力系统振荡、非全相运行等优点。是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护在继承了电流差动保护的这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输通道，保证了传输电流幅值和相位的正确可靠。进一步提高了继电保护运行的安全性和可靠性。光纤电流差动保护通过光纤电缆传输继电保护需要的模拟量信号和开关量信号。正常运行时，通过光缆将线路对侧的电流幅值和相位传送到本侧，与本侧的电流幅值和相位进行比较。线路正常输送负荷的情况下，两侧的电流幅值相等，相位互差1800 。保护中的差电流为0，保护装置不动作。当被保护线路发生区内故障时，两侧的电流相位相差00，两侧保
23、护瞬时跳开本侧开关。区外故障时，两侧电流的相位与正常运行时相同，相差1800。两侧电流的幅值则因为故障电流的大小不同而不等。特别是当区外故障电流较大时，由于两侧CT的特性差异，会造成电流差动保护中的不平衡电流增加，差流增大，导致保护误动。为此，光纤电流差动保护具有比率制动特性，可有效的保证区外故障时保护不会误动。在复用通道的光纤电流差动保护中，保护与复用装置时间同步的问题对于光纤电流差动保护的正确运行起到关键的作用，因此，目前光纤差动电流保护都采用主、从方式，以保证时钟的同步；同时，在线监视误码率，当通道异常时自动闭锁差动保护。线路的光纤电流差动保护中还设置了后备保护。后备保护通常是三段式距离
24、和零序电流保护。当光线通道异常、电流差动保护退出运行时，起到后备保护的作用。对后备距离、零序保护的要求与纵联保护相同。光纤差动保护还具有“直跳”和“远传”的功能，当本侧失灵、过电压等保护动作时，由这些保护发出“直跳”或“远传”命令，使对侧开关跳闸。(3) 主要功能和技术要求a保护中的总起动元件由反映工频变化量的相电流和零序电流元件组成，起动元件动作时，短时开放出口继电器。既保证了出口继电器可靠动作跳闸，又能保证正常运行时保护的安全可靠。b光纤电流差动保护装置具有64Kbit（或2M）的数据通信接口，能够较好、准确的传送保护数字信号。装置有通道自动监测、在线显示误码率的功能，当通道异常时发出报警
25、信号并自动闭锁保护。c装置应设置PT断线闭锁和振荡闭锁功能，防止在PT断线或系统振荡情况下后备距离保护误动。四、线路的后备保护一、距离保护1距离保护工作原理（包括相间和接地距离保护）在线路发生短路时,距离保护测量阻抗ZK=UKIKZd等于保护安装点到故障点的(正序)阻抗。显然该阻抗和故障点的距离是成比例的。因此习惯地将距离保护继电器称为阻抗继电器。三段式距离保护的原理和电流保护是相似的，其差别在于距离保护反应的是电力系统故障时测量阻抗的下降，而电流保护反映是电流的升高。距离保护的动作特性是复平面第二象限上一个带方向的圆特性或多边形特性。如图10-2所示： a 圆特性方向阻抗继电器 b 多边形方
26、向阻抗继电器 图3 阻抗继电器动作特性图3（a）中，ZZD 为阻抗继电器的整定阻抗，圆内为继电器的动作区，当线路的正方向发生故障，测量阻抗小于整定阻抗、进入圆内时，继电器动作。圆周即为动作边界。当测量阻抗与整定阻抗差1800 时，属于反向故障，继电器不动作。ZK 即为线路正方向保护范围内故障时，阻抗继电器测量到的阻抗。 图3（b）中，F1为多边形阻抗继电器的方向边界线，F1之上为正方向，动作区，F1之下为反向，非动作区。X-X0是接地阻抗继电器在线路单相经过渡电阻接地时，防止继电器不正确动作而采取的措施，使继电器的上边下斜一个角度，以减小过渡电阻的影响。一般相间阻抗继电器上边是直线，没有下斜角
27、度。4距离保护一般设置为三段，一段为瞬动段，即在一段范围内发生故障时，距离一段瞬时动作跳闸。一段的整定范围为被保护线路全长的（接地距离短些，6070。）这是由于距离保护第1段的动作时限为保护本身的固有动作时间，为了和相邻的下一条线路的距离保护第1段有选择性的配合，两者范围不能有重叠的部分，否则，本线路第1段的保护范围会延伸到下一线路，造成无选择动作。另外，保护定值计算用的线路参数有误差，电压互感器和电流互感器的测量也有误差，考虑最不利的情况，如果这些误差为正值相加，而且第I段的保护范围为被保护线路全长的100%，就不可避免地要延伸到相邻下一条线路。此时，若下一线路出口故障，则相邻的两条线路都将
28、跳闸，这将使保护失去选择性，扩大停电范围。所以，阻抗一段定值按线路末端故障可靠不动作整定，取线路全长的8085。接地距离由于相邻线路出口故障时，有可能会误动，因此保护范围稍短些。二段和三段为延时动作段，也称为后备段，二段阻抗整定范围不超过相邻线路I段的保护范围。为保证选择性，延时0.5S左右(微机保护为0.4S)动作。三段阻抗按躲开正常运行时负荷阻抗来整定。动作延时按规程要求，应大于1.5S。2保护的功能和技术要求（1）记忆功能，当故障发生在线路出口处，无论保护采用母线PT还是线路PT，电压都会突然降到零。为保证阻抗元件在这种情况下可靠动作，阻抗元件中设置了记忆回路。将故障前的电压记忆下来，当
29、发生线路出口故障时，利用记忆电压的作用，使保护正确可靠动作。记忆回路的记忆时间不应小于100mS。此外，当发生反方向出口故障时，记忆电压还能够使距离保护保证方向性，不使保护误动。（2）自动偏移功能，当距离保护采用线路PT，手动合闸或单相重合于永久性故障线路时，线路电压没有恢复，阻抗元件中也没有电压，阻抗元件在这种情况下具有自动偏移功能，将阻抗元件变成一个偏移阻抗继电器（如图10-3所示），把坐标原点包括在阻抗特性圆内，使阻抗元件能够可靠动作。 图4 偏移阻抗特性（3）躲弧光电阻和过渡电阻的能力，电力系统中短路一般都不是纯金属性的，而是在短路点存在过渡电阻，过渡电阻一般是由电弧电阻引起的。它的存
30、在，使得距离保护的测量阻抗发生变化。一般情况下，会使保护范围缩短。但有时候也能引起保护超范围动作或反方向动作(误动)。这里指的是接地距离保护。所以，阻抗元件必须具备抗过渡电阻的能力。图3（b）中的阻抗特性就是一种抗过渡电阻影响的阻抗元件。 （4）振荡闭锁功能，根据阻抗元件的原理特点，当电压降低、电流增大时，测量阻抗就会减小，当测量阻抗减小到进入阻抗动作范围时，阻抗继电器就会动作。线路短路时，就是这种情况，保护动作是正确的。然而，当发生系统振荡、振荡中心处于保护安装处时，也会出现这种情况，如果这时保护动作就不正确了。因此阻抗元件须能够正确判断短路故障和系统振荡。为此，在阻抗元件中设置了振荡闭锁功
31、能，当电力系统发生振荡时，瞬时闭锁距离保护。由于系统振荡周期最长一般在1.5S左右，这对于距离保护的一、二段则无法躲过，距离三段由于动作时间较长，靠时间能躲过振荡周期。因此，振荡闭锁只闭锁一、二段。 （5）PT断线闭锁功能，距离保护在PT断线时将会发生误动，因此，保护设置了判断PT断线闭锁的功能，当发生PT断线时立即闭锁保护，防止误动。二、零序电流保护和方向性零序电流保护零序电流保护是线路的后备保护。当超高压线路发生接地故障时，起后备保护作用。零序电流保护一般设置三段或四段。零序电流保护原理简单、动作速度快，但要有选择性，保护定值整定要与相邻线路保护配合。以下是零序电流保护整定的基本原则。1零
32、序电流速断(零序I段)保护整定原则(1)躲开被保护线路末端单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0max。(2)躲过断路器三相触头不同时闭合时所出现的最大零序电流3I0bt当线路上采用单相自动重合闸时，通常是设置两个零序I段保护。其中：一个是按条件(1)、（2）整定。由于其整定值较小，保护范围较大，灵敏度较高。因此，称为灵敏I段，它的主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围，而当单相重合闸起动时，则因保护尚未复归，需待恢复全相运行时才能重新投入。另一个是按躲过非全相振荡时出现的最大零序电流整定。由于它的定值较大，因此称为不灵敏I段。装设它的主要目的，是为了在单
33、相重合闸过程中其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏I段的缺陷，尽快地将故障切除。当然，不灵敏I段也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围较灵敏I段为小。2零序电流限时速断(零序II段)保护 零序II段即带时限的零序电流速断保护，它的原理及整定计算与用于相间短路保护的电流II段相似，它能够保护线路的全长，起动电流要考虑和下一条线路的零序电流速断相配合，并带有高出一个t的时限、以保证动作的选择性。 零序II段应当考虑分支电路的影响，因为它将使零序电流的分布发生变化。3零序过电流(零序III段)保护零序III段保护的作用，在一般情况下是作为本线路接地故障的近后备保护和和相邻元件接地故障
34、的远后备保护使用，但在中性点直接接地电网中的终端线路上，它也可以作为主保护使用。 在零序过电流保护中，对继电器的起动电流，原则上是按照躲开在下条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Iunb.max来整定。同时还必须要求各保护之间的灵敏系数上要互相配合，满足灵敏系数和选择性的要求。 因此，实际上对零序过电流保护的整定计算，必须按逐级配合的原则来考虑。具体地说，就是本保护零序III段的保护范围，不能超出相邻线路零序III段的保护范围。4零序方向电流保护 在双侧或多侧电源的网络中，处于电源点的变压器中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变
35、压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。 零序功率方向继电器的输入取自零序电压和零序电流，零序功率方向元件的动作与否，取决于零序功率的方向。当保护范围内部故障时，方向应工作在最灵敏的条件之下。5 五、 线路自动重合闸装置1.概述在电力系统的线路故障中，架空线路故障大部分都是瞬时性故障。例如，由雷电引起的绝缘子表面闪络、大风引起的碰线、通过鸟类以及树枝等物掉落在导线上引起的短路等，当线路被断路器迅速断开以后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新恢复，外界物体(如树枝、鸟类等)也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开的线路断路器再合上，就能够恢复正常的供电，因此，称这类故
36、障是瞬时性故障。除此之外，也有永久性故障。例如由于线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在线路被断开之后，它们仍然是存在的。这时，即使再合上电源，由于故障仍然存在，线路还要被继电保护再次断开，因而就不能恢复正常的供电。由于输电线路上的故障具有以上的性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸，就能在多数情况下重合成功,从而提高了供电的可靠性和连续性。为此在电力系统中采用了自动重合闸装置。在线路上装设重合闸以后，不论是瞬时性故障还是永久性故障都必须完成一次重合。因此，在重合以后可能成功(指恢复供电不再断开)，也可能不成功（永久性故障，重合后保护再次动作跳闸，不再重合）。用重合成功的次数与总
37、动作次数之比来表示重合闸的成功率。根据运行资料的统计，成功率一般在6090之间。以前的重合闸装置，由于电磁式保护制造水平有限，功能不够完善，因此，当发生单相接地故障时，只能靠零序电流保护动作起动重合闸，经重合闸选相跳闸。所以，重合闸装置中设置有选相元件。目前的微机保护中已经有了功能完善的接地阻抗元件，发生接地故障时，保护可以正确判断故障，直接跳闸。因此，现在的重合闸装置不设置选相元件。2.基本功能和原理(1) 起动方式自动重合闸装置是高压线路的自动装置。其起动方式有两种，即保护起动和不对应起动。当线路故障，保护动作跳闸的同时，起动重合闸装置，重合闸起动后，待开关跳闸后，经一个延时，发出合闸脉冲
38、。这种起动方式为保护起动。在线路正常运行时，如发生开关偷跳，装置可以根据合闸手把与开关的位置不对应状态，起动重合闸，发出合闸脉冲，这种方式为不对应起动。(2) 重合次数根据我国电力系统的运行习惯和要求，重合闸装置一般只重合一次。为此，在装置中设置一个充电电容，这个电容在开关合闸、正常运行时充电，充电时间为1520S，只能提供一次合闸的能量。当开关在分闸位置时，用开关的常闭辅助接点，将电容放电，使电容不能充电。线路发生永久性故障，重合后再次跳闸，充电电容要等1520S后才能再次发合闸脉冲，况且开关一旦跳闸，其常闭接点已将电容放电回路接通，不会再充电，因此，能够保证只重合一次。(3) 重合方式根据
39、有关的规程和要求，重合闸装置必须具备以下几种重合方式可供选择：（1）单重方式:当线路发生单相故障时，继电保护动作跳闸，跳闸的同时起动重合闸。开关跳闸后，经单重时间，装置发出合闸脉冲。当线路发生相间故障，保护动作跳三相，虽然保护动作的同时，发出了起动重合闸的命令信号，但由于选定方式为“单重”，开关三相跳闸时，重合闸装置闭锁重合闸，不发合闸脉冲，保证单相跳闸能重合，三相跳闸不重合。（2）三重方式:选择三重方式时,无论线路发生单相或相间故障，重合闸均使开关三相跳闸,然后再重合三相。（3）综重方式：选择综重方式时，线路发生单相故障，跳单相，重合单相。发生相间故障时，开关三相跳闸，重合三相。（4）停用方
40、式：当选择重合闸为停用时，装置即闭锁重合闸。无论线路发生单相或相间故障，均使开关跳三相不重合。(4) 重合时间重合闸装置在开关跳闸之后，需要经一个延时，再发出合闸脉冲。这是考虑躲开开关跳闸时间和故障点的熄弧时间，再加一个可靠系数，以保证重合时，故障已确实消失，如果是瞬时故障，不等故障点熄弧就重合，相当于重合到故障点上，导致保护再次动作跳闸，重合失败。重合闸装置中的重合时间分为三重时间和单重时间两种。应能够分别整定。一般单重时间较长，三重时间较短。当线路发生单相故障跳单相后，由于另外两健全相与故障相之间存在着互感，又由于超高压线路对地有电容电流，互感电流和电容电流都经故障线路、故障点和电源点形成
41、回路，这个回路中的电流称为“潜供电流”。如图5所示： 图5 潜供电流示意图由于“潜供电流”的存在，延长了故障点的熄弧时间，为此，超高压线路的综合重合闸装置的单重时间应考虑潜供电流的影响。所以，单重时间应长一些。潜供电流的大小与线路长短、电压等级及线路是否有并联电抗器有关，特别是500kV线路，单重时间的整定应视具体情况而定。*线路发生相间故障跳三相后，由于三相都已断开，感应电流、电容电流均不存在，因此，故障点的熄弧时间就很短，重合时间不需要很长，只要保证开关三相跳开，稍加一点裕度即可。综上所述，重合闸装置的单重和三重时间必须能够分开整定。3. 对自动重合闸装置的基本要求(1) 手动或由自动控制
42、装置（如NCS）合闸、分闸时，不起动、并闭锁重合闸。而且手动合闸于故障线路时，应加速跳闸。(2) 有加速功能，无论手合或自动重合后，均能与保护配合，实现加速跳闸。(3) 重合方式功能完善，可选择。(4) 单重和三重时间可分别整定。(5) 功能完善，能与各种类型的保护配合。如有些超高压线路，出于对系统稳定的考虑，对线路故障后保护的切除及重合时间有一定的要求，超过这个时间，即使是单相、瞬时故障，也不允许重合。这个时间整定范围一般在250mS以内，称之为“有效时间”。(6) 应能够反映断路器传动机构气压及SF6压力，当这些压力降低、不允许重合闸时，应立即将重合闸闭锁。此时，无论线路发生何种故障均跳三
43、相，不重合。(7) 当线路发生单相故障保护动作跳开单相后，在非全相运行过程中，如又发生另一相或两相的故障，即所谓“相继故障”，保护应能有选择性地予以切除。上述故障如发生在单相重合闸的脉冲发出以前，则在故障切除后能进行三相重合；如发生在重合闸脉冲发出以后，则切除三相不再进行重合。(8) 在发电厂一次系统为单元式接线（发变组直接带线路）时，为保证机组的安全，应考虑重合闸只选择单重方式，不能使用三重方式。目前，我国大部分地区的超高压输电线路，只采用单相重合的方式，一般不采用三重和综重方式。110kV线路一般只采用三重方式。六、 母差保护及断路器失灵保护1. 母差保护母线差动保护是电力系统发电厂及变电
44、站高压母线的主保护。目前普遍采用的是中阻抗母差保护和微机型母差保护，按反措要求，220kV及以上系统的母差保护均按双重化配置。母差保护主要有以下几种：中阻抗电磁式母差，型号为RADSS，上海继电器厂引进ABB技术生产。特点是制造工艺精细，质量可靠，动作速度快。但装置体积大，调试工作量较大，试验较复杂。微机型母差保护，型号为RCS-915，南瑞继电保护公司生产。特点是装置外形尺寸小，质量可靠，动作速度快。此外，调试工作量小。微机型母差保护，型号为BP-2B，深圳南瑞公司生产。特点与RCS-915相同。微机型母差保护，型号为CSC-150，北京四方公司生产。按双重化配置的母差保护，一般均采用上述母
45、差保护中的两种。母差保护的基本原理，就是节点电流定律，即I=0。有以下几项主要功能：（1）复合电压闭锁，对用于双母线的母差保护，根据反措要求，必须有复合电压闭锁功能。包括低电压、零序、负序电压等。这是为了防止在正常运行中，由于各种原因使母差保护误动。对于3/2接线，没有该项要求。（2）互联功能，用于双母线的母差保护，根据目前的母差保护原理,在一次系统倒方式的过程中，应投入互联功能。因倒闸操作时，两条母线的隔离开关跨接在两母线之间，如果这时母线发生故障，母差保护无法正确判断。因此，这时应投入互联方式，即非选择方式。在一些微机母差保护中，能够自动判断是否进行倒闸操作，自动投入互联功能。但一般都有互
46、联压板。对3/2接线的厂、站，不存在这个问题。（3）可以允许各连接元件的CT变比不同。在保护中进行设置，以满足母差保护的运行条件。（4）母差保护动作后，应给线路纵联保护发出允许或闭锁信号，以便使对侧开关跳闸2. 断路器失灵保护(1) 失灵保护的功能和基本原理当被保护线路或元件发生故障,继电保护动作跳闸,脉冲已经发出，而断路器却因本身原因没有跳开，失灵保护则以较短的延时，跳开故障开关的相邻开关，或故障开关所在母线上所有其它开关。以尽快将故障线路或元件从电力系统切除。根据失灵保护的上述功能，要求继电保护在动作跳闸的同时起动失灵保护。失灵保护的设置形式与一次系统的接线形式有关。在双母线接线形式的厂、
47、站，只设置一套失灵保护，母线上连接的任何一个元件（线路或变压器）的保护装置动作跳闸的同时，均起动失灵保护。失灵保护根据故障开关所在的位置，动作后切除相应母线上的其它开关。在3/2接线的厂、站中，失灵保护是按断路器设置的，当保护动作跳闸，断路器跳不开时，故障开关本身的失灵保护起动，如果故障开关是中间开关，则跳开相邻的两个边开关。如果是边开关故障，则一方面跳开中间开关，另一方面，起动所在母线的母差保护动作，跳开所在母线上的其他开关。按反措要求，双母线的失灵保护与母差保护相同，为防止正常运行时保护误动，应设置复合电压闭锁。在发电厂或变电站，无论一次系统是哪种接线形式，均只设置一套失灵保护。2对失灵保护的技术要求（1）对双母线接线的失灵保护，当变压器保护起动失灵保护时，应有解除电压闭锁的输入回路。这是因为，当变压器内部或低压侧故障时，失灵保护中的低电压和负序电压的灵敏度可能不够，造成不能开放跳闸回路，跳不开母线上的其它断路器。因此，反措中明确要求，变压器起动失灵保护要解除复合电压闭锁。（2）失灵保护跳闸时，应同时起动断路器的两组
