3，继电特性：
无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性我们称之为“继电特性”。
4，系统最大运行方式：
对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的
方式，称之为系统最大运行方式。
5，系统最小运行方式：
对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的
方式，称之为系统最小运行方式。
6，电压死区：
功率方向继电器当其正方向出口附近发生三相短路、A-B或A-C两相接地短路，以及A相接地短路时，由于Ua约等于0或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电器的“电压死区”。
二、基本原理：
1，电流速断保护：
仅反应于电流增大而瞬时动作
a.动作特性：
见图2-5
图2-5
b.整定原则：
根据电力系统短路的分析，当电源电势一定时，短路电流的大小取决于短路点和电源之间的总阻抗Z，三相短路电流可表示为：
Id=E/Z=E/Zs+Zd
式中E——系统等效电源的相电势
Zd——短路点至保护安装处之间的阻抗
Zs——保护安装处到系统等效电源之间的阻抗
在一定的系统运行方式下，E和Zs等于常数，此时Id将随Zd的增大而减小，如图2-5所示。
当系统运行方式及故障类型改变时，Id都将随之改变。
对不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情况选取其最大和最小运行方式。
在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，而在最小运行方式下两相短路时，则短路电流为最小。
这两种情况下短路电流的变化如图2-5中的曲线1和曲线2所示。
为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其起动电流Idz.1必须整定得大于d4点短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流Id.c.max，亦即
Idz.1>Id.c.max
引入可靠系数Kk=1.2-1.3,则上式即可写为
Idz.1=Kk*Id.c.max（2-11）
对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流应整定得大于d2点短路时的最大短路电流Id.b.max,即
Idz.2=Kk*Id.b.max
起动电流与Zd无关，所以在图2-5上是直线，它与曲线I和曲线II各有一个交点。
在交点以前短路时，由于短路电流大于起动电流，保护装置都能动作。
而在交点以后短路时，由于短路电流小于起动电流，保护将不能起动，由此可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长。
因此，速断保护对被保护线路内部故障的反应能力（即灵敏性），只能用保护范围的大小来衡量，此保护范围通常用线路全长的百分数来表示。
由图2-5可见，当系统为最大运行方式时，电流速断的保护范围为最大，当出现其他运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断的保护范围为最小。
一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护范围。
c.优缺点：
优点是简单可靠，动作迅速；缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范
围直接受系统运行方式变化的影响。
*应用中间继电器的原因：
一是因为电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸
线圈，故先起动中间继电器，然后再由中间继电器的触点去跳闸；二是因为中间继电器
可增大保护装置的固有动作时间，可防止线路上管型避雷器放电时引起速断保护误动作。
2.限时电流速断保护：
用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断
的后备保护。
a.动作特性：
见图2-10
图2-10
b.整定原则：
设保护1装有电流速断，其起动电流按（2-11）式计算后为Idz.1,它与短路电流变化曲线的交点M即为保护1电流速断的保护范围。
当在此点发生短路时，短路电流即为Idz.1，速断保护刚好动作。
根据以上分析，保护2的限时电流速断不应超过保护1电流速断的范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为
I''dz.2>Idz.1
上式中不可取等号，因为保护1和保护2的安装地点不同，使用的电流互感器和继电器不同，故它们之间的特性很难完全一样，会导致其中之一误动作。
引入可靠系数Kk,则得Idz.2=Kk*Idz.1
其中Kk一般取为1.1-1.2。
从以上分析中已经得出，限时速断的动作时限t2,应选择得比下一条线路速断保护的动作时限t1高出一个时间阶段，即
现以线路A-B上发生故障时，保护1和保护2的配合关系为例，说明确定
的原则如下：
1）
应包括故障线路DL的跳闸时间
因为在这一段时间里，故障并未消除，因此保护2在故障电流的作用下仍处于起动状态。
2）
应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定值
要大
才能动作。
3）
应包括保护2中时间继电器可能比预定时间提早
动作闭合它的触点。
4）如果保护2中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于的影响而不能立即返回时，则
中还应包括测量元件延迟返回的惯性时间
。
5）考虑一定的裕度，再增加一个裕度时间ty,就得到t2”和t1”之间的关系为
或
=
+
+
+
+
或
=
+
+
+
+
对于通常采用的断路器和间接作用的二次式继电器而言，
位于0.35-0.6之间，通常多取为0.5s。
c.优缺点：
*应用时间继电器的原因：
采用了时间继电器，则当电流继电器动作后还必须经过一
段延时t2才能动作与跳闸，而如果在以前故障已经切除，则电流继电器立即返回，整个保护随即恢复原状，而不会误动作。
3，定时限过电流保护：
其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定，正常时不应该起动
而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本
线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。
a.工作原理及整定原则：
见图2-14
为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可能
出现的最大负荷电流If.max。
然而，在实际上确定保护装置的起动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置是否能够返回的问题。
在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自起动的过程。
电动机的自起动电流要大于它正常工作的电流，因此，引入一个自起动系数Kzq来表示自起动时最大电流Izq.max与正常运行时最大负荷电流If.max之比，即
Izq.max=Kzq*If.max
保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回。
为此应使保护装置的返回电流Ih大于Izq.max。
引入可靠系数Kk，则
Ih=Kk*Izq.max=Kk*Kzq*If.max
由于保护装置的起动与返回是通过电流继电器来实现的。
因此，继电器返回电流与起动电流之间的关系也就代表着保护装置返回电流与取得道路之间的关系。
引入继电器的返回系数Kh，则保护装置的起动电流即为
Idz=Ih/Kh=Kk*Kzq*If.max/Kh
式中Kk——可靠系数，一般采用1.15-1.25；
Kzq——自起动系数，数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定；
Kh——电流继电器的返回系数，一般采用0.85.
由这一关系可见，当Kh越小时，则保护装置的起动电流越大，因而其灵敏性就越差。
这是不利的。
这就是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。
b.灵敏性的校验：
参见式2-18。
当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求Klm>1.3-1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求klm>1.2.
此外，在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数相互配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。
在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都相互配合时，才能切实保证动作的选择性。
这一点在复杂网络的保护中，尤其应该注意。
c.缺陷：
当故障越靠近电源端时，短路电流越大，此时过电流保护动作切除故障的时限反而越长，所以过电流保护较少用来作主保护。
4，阶段性电流保护总体评价：
电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。
它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流，即速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流而整定。
而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。
由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。
具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。
使用I段、II段或III段组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。
因此在电网中特别是在35kv及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应用。
保护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。
四、基本接线方式：
电流保护的接线方式，即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。
对相间短路的电流保护，目前广泛应用的是三相星形接线和两相星形接线。
（一）三相星形接线如图2-1所示，是将三个电流互感器与三个电流图2-1
继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中线上流回的电流为Ia+Ib+Ic,正常时此电流为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流3I0。
三个继电器的触点是并联接线的，相当于“或”回路当其中任一触点闭合后均可动作与跳闸或起动时间继电器等。
由于在每相上均有电流继电器，因此，它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。
（二）两相星形接线如图2-2所示，用装设在A、C相上的两个电流互感器与两个电流继电器分别按相连接在一起，它和三相星形接线的主要区别在于B相上不装设电流互感器和相应的继电器，因此，它不能反应B相中所流过的电流。
在这种接线中，中线上流回的电流是IA+IC。
当采用以上两种接线方式时，流入继电器的电流IJ就是互感器的二次电流I2，设电流互感器的变比为nl=I1/I2，则IJ=I2=I1/nl，。
因此，当保护装置的起动电流整定为IDZ时，则反映到继电器上的起动电流即应为：
IDZJ=IDZ/nl。
（三）两种接线方式的经济性比较：
三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。
具体
使用情况如下：
三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。
此外，它也可用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。
然而，实际应用中为达上述目的而采用三相星形接线方式的并不多。
由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都是广泛地采用它作为相间短路的保护，此外在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在图2-1所示线路上的可能性要比图2-2的可能性大得多。
，采用两相星形就可以保证有2/3的机会只切除一条线路，这一点比之用三相星形接线是有优越性的。
当电网中的电流保护采用两相星形接线方式时，应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上，以保证在不同线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。
电力变压器的继电保护
一、基本概念
1，励磁涌流：
当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励磁涌流。
这是因为在稳态工作情况下，如图6-2（a）所示。
铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+Φm。
这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2Φm，如图6-2（b）。
其数值最大可达额定电流的6—8倍，如图6-2（c）所示。
请看励磁电流动态演示图
2，最小起动电流：
如图6-1所示，当中没有电流时，为使差动继电器起动，需在工作线圈中加入一个电流，由此电流产生的磁通在中感应一定的电势，它刚好能使执行元件动作，此电流称作继电器的最小起动电流。
二、保护类型
1.故障类型及不正常运行状态
a.变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种：
油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损，油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。
（上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言）
b.变压器的不正常运行状态主要有：
由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。
2.相应保护类型
a.瓦斯保护：
针对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低而装设，反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。
其中轻瓦斯保护动作与信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的短路器。
应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：
800kVA及以上的油浸式变压器河400kVA及以上的车间内油浸式变压器。
b.纵差动保护：
（1）基本接线如图6-3，由图可知，要实现变压器的纵差动保护就适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。
（2）保护特点：
需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。
不平衡电流产生的原因和消除方法详见表6-1。
（3）差动继电器类型：
带有速饱和变流器的差动继电器及具有比率制动和二次谐波
制动的差动继电器。
c.电流和电压保护：
根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现保护的方式
有：
过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护以及负序过电流
保护等。
d.零序保护：
对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器
中性点接地运行则应装设零序电流保护，当有选择性要求时应增设零序方向元件。
e.过负荷保护：
对400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。
f.过励磁保护：
高压侧电压为500KVA及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。
母线保护
一．装设母线保护的基本原则
发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。
此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。
一般说来，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。
当双母线同时运行或母线分段单母线时，供电元件的保护装置则不能保证有选择性地切除故障母线，因此应装设专门的母线保护,具体情况如下：
1）在110KV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续进行，应装设专门的母线保护。
2）110KV及以上的单母线，重要发电厂的35KV母线或高压侧为110KV及以上的重要降压变电所的35KV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。
为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。
所以不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即：
a）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为I总=0；
b）当母线上发生故障时，所有与电源连接元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零，因此，I总=Id。
c）如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体地说，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。
而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。
二．完全电流差动母线保护
原理接线如图8-4所示，在母线的所有连接元件上装设
具有相同变比和特性的电流互感器。
因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互感器必须具有相同的变比nl，才能保证二次侧的电流总和也为零。
所有互感器的二次线圈在母线侧的端子互相连接，另一端的端子也互相连接，然后接入差动继电器。
这样，继电器中的电流Ij即为各个二次电流的向量和。
在正常运行及外部故障时，流入继电器的是由于各互感器的特性不同二引起的不平衡电流Ibp；而当母线上（如图中d点）故障时，则所有与电源连接的元件都向d点供给短路电流，于是流入继电器的电流为Id即为故障点的全部短路电流，此电流足够使继电器2动作而起动出口继电器3，使断路器DL1、DL2和DL3跳闸。
差动继电器的起动电流应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：
1）躲开外部故障时所产生的最大不平衡电流，当所有电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动继电器采用具有速饱和铁心的继电器时，起动电流Idz.j可按下式计算：
式中Kk为可靠系数，取为1.3；Id.max为在母线范围外任一连接元件上短路时，流入差动保护电流互感器的最大短路电流；nl为母线保护用电流互感器的变比。
2）由于母线差动保护电流回路中连接的元件较多，接线复杂，因此，电流互感器二次回路断线的机率就比较大，为了防止在正常运行情况下，任一电流互感器二次回路断线时，引起保护装置误动作，起动电流应大于任一连接元件
中最大的负荷电流If.max，即：
Idz.j=Kk*If.max/nl
当保护范围内部故障时，应采用下式校验灵敏系数，其值一般应不低于2
Klm=Id.min/Idz.j*nl
式中Id.min应采用实际与中可能出现的连接元件最少时，在母线上发生故障的最小短路电流值。
这种保护方式适用与单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。
自动重合闸
一.基本概念
（1）瞬时性故障：
在线路被继电保护迅速断开后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新恢复，外界物体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，就能恢复正常的供电，因此称这类故障为“瞬时性故障”。
（2）永久性故障：
在线路被断开以后，故障仍然存在，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。
此类故障称为“永久性故障”。
二.基本要求
1，在下列情况下，重合闸不应动作：
1）由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时；
2）手动投入断路器，由于线路上有故障，而随即被继电保护将其断开时。
因为在这种情况下，故障是属于永久性的，它可能是由于检修质量不合格、隐患未消除或者保安的接地线忘记拆除等原因所产生，因此再重合一次也不可能成功。
2，除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。
3，为了能够满足第1、2项所提出的要求，应优先采用由控制开关的位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸，即当控制开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸起动，这样就可以保证不论是任何原因使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合。
当用手动操作控制开关使断路器跳闸以后，控制开关与断路器的位置仍然是对应的。
因此，重合闸就不会起动。
4，自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。
如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该在动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。
5，自动重合闸在动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。
但对10KV及以下电压的线路，如当地有值班人员时，为简化重合闸的实现，也可采用手动复归的方式。
采用手动复归的缺点是：
当重合闸动作后，在值班人员未及时复归以前，而又一次发生故障时，重合闸将拒绝动作，这在雷雨季节，雷害活动较多的地方尤其可能发生。
6，自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地与继电保护相配合加速故障的切除。
7，在双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源的同步问题，并满足所提出的要求。
8，当断路器处于不正常状态（如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置锁闭。
三．重合闸与继电保护的配合
1，前加速保护：
重合闸前加速保护一般又简称为“前加速保护”。
如图5-11所示的网络接线，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯型原则来配合。
因而在靠近电源端保护3处的时限就很长。
为了能加速故障的切除，可在保护3处采用前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时动作予以切除。
如果故障是在线路A-B以外（如d点），则保护3的动作都是无选择性的。
但断路器3跳闸后，即起动重合闸重新恢复供电，从而纠正了上述无选择性动作。
如果此时的故障
是瞬时性的，则在重合闸以后就恢复了供电。
如果故障是永久性的，则由保护1或2切除，当保护2拒动时则保护3第二次就按有选择性的时限t3动作于跳闸。
为了使无选择性的动作范围不扩展的太长，一般规定当变压器低压侧短路时，保护3不应动作。
因此，其起动电流还应按照躲开相邻变压器低压侧的短路（d2）来整定。
采用前加速的优点是：
a.能够快速地切除瞬时性故障；
b.可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率；
c.能保证发电厂和重要变电所的母线0.6-0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量；
d.使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。
采用前加速的缺点是：
a.断路器工作条件恶劣，动作次数较多；
b.重合于永久性故障上时，故障切除时间可能较长；
c.如果重合闸装置或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围。
甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。
前加速保护主要用于35KV以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。
在这些线路上一般只装设简单的电流保护。
2，后加速保护
重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”。
所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性地动作，然后进行重合。
如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作，瞬间切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。
后加速的配合方式广泛应用于35KV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。
因为在这些线路上
一般都装有性能比较完善的保护装置。
后加速保护的优点：
a.第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正。
b.保证了永久性故障能瞬间切除，并仍然是有选择性的
c.和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条
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