電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護.ppt

,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第一節(jié) 電磁型繼電器,一、電磁型繼電器的工作原理,二、電磁型電流繼電器,圖2-2為DL-12-6型電磁型電流繼電器。,圖2-2 電磁型電流繼電器,1）作用：測量電流大小。 2）結(jié)構(gòu)：多采用轉(zhuǎn)動舌片式結(jié)構(gòu)。 3）動作原理： 在線圈3中通以電流, 磁通（,）,產(chǎn)生電磁力矩M（,彈簧力矩、摩擦力矩共同作用使繼電器工作。 4）繼電器動作：,） 該電磁力矩與,定義：當增大線圈中的電流，電磁力矩能克服彈簧力矩與摩擦力矩之和時，Z形舌片轉(zhuǎn)動，其觸頭閉合，稱之為繼電器動作。 動作條件：,動作電流：使繼電器動作的最小電流值，稱為繼電器的動作電流，記作 。,5）繼電器的返回 定義：當減小線圈中的電流，電磁力矩減小，在彈簧力矩的作用下，Z形舌片反向轉(zhuǎn)動，其觸頭斷開，稱之為繼電器返回。, 返回條件：, 返回電流：使繼電器返回的最大電流值，稱為繼電器的返回電流，記作 。,繼電特性：,當 時，繼電器不動作，而當 時，則繼電器迅速動作，觸點閉合；當減小 使 時，繼電器又立即返回原位，觸點打開。繼電器的起動和返回特性稱為“繼電特性”。 返回系數(shù)：,一般為0.850.9,返回系數(shù)小于1的原因：有剩余力矩和摩擦力矩存在。 提高返回系數(shù)的措施：采用堅固的軸承以減小摩擦力矩，改善磁路結(jié)構(gòu)以減小剩余力矩。,6）動作電流的調(diào)整方法： 改變繼電器線圈的連接：由串聯(lián)改為并聯(lián)，動作電流增大1倍； 調(diào)整調(diào)整把手，改變彈簧的張力； 改變初始空氣隙的長度。,7）繼電器的型號與圖形符號：,三、電磁型電壓繼電器 1）作用：測量電壓大小。 2）符號：見圖。 3）繼電器返回系數(shù)Kre：一般為1.2。 4）繼電器動作電壓的調(diào)整,A：調(diào)整調(diào)整把手 B：改變線圈的連接：由并聯(lián)改為串聯(lián)，動作電壓增大1倍。,圖24 電壓繼電器,（1）過電壓繼電器 過電壓繼電器工作原理與電流繼電器相同。當輸入電壓高于設(shè)定值時，電磁力矩克服彈簧力矩及摩擦力矩，繼電器動作，動合觸點閉合。 （2）低電壓繼電器 低電壓繼電器的工作特點是“動作“、”返回“時銜鐵運動方向與電流繼電器相反，結(jié)構(gòu)如圖2-5所示,圖2-5 低電壓繼電器結(jié)構(gòu)原理,低電壓繼電器動作電壓：能使繼電器動作的最大電壓； 返回電壓：能使繼電器返回的最低電壓。 低電壓繼電器的動作條件：輸入電壓低于動作電壓； 返回條件：輸入電壓高于返回電壓。 動斷觸點（常閉接點）：不加入電壓（電流）或所加電壓（電流）不足時其觸點是閉合的。,圖2-6所示為（過）電流繼電器、過電壓繼電器、低電壓繼電器的動作過程示意圖。,四、輔助繼電器 1電磁型時間繼電器（有交流型、直流型） 1）作用：提供必要的延時。 2）要求：應(yīng)能延時動作；應(yīng)能瞬時返回。 3）結(jié)構(gòu)：電磁部分（電磁鐵、線圈）、時鐘部分、觸點等。,圖2-7 DS-116型時間繼電器,4）動作原理： 當螺管線圈通入電流時，銜鐵在電磁力的作用下，立即克服塔形彈簧反作用力而被吸入線圈。銜鐵被吸入的同時，上緊鐘表機構(gòu)的發(fā)條，鐘表機構(gòu)開始帶動可動觸點，經(jīng)整定延時閉合其觸點。這種繼電器一般多為直流操作。 注意：要求時間繼電器計時準確，而且要求其動作時間不隨直流操作電壓的波動而變化。,5）繼電器的型號： 國產(chǎn)電磁型時間繼電器的型號有DS-100系列產(chǎn)品，其動作時間最長為9s。此外，還有DS-20A和DS-30系列時間繼電器，與DS-100系列的相比，只是在延時機構(gòu)上作了改進，這類繼電器的動作時間最長為20s。,（2）電磁型中間繼電器 1）作用： 提供足夠數(shù)量的觸點； 增加觸點的容量； 提供必要的延時特性。 可實現(xiàn)自保持。,2）結(jié)構(gòu)及符號： 結(jié)構(gòu)：一般采用吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)，有電磁鐵、線圈、彈簧、觸點。,注意：一般要求動作電壓不應(yīng)大于額定電壓的70%（動作電流不應(yīng)大于銘牌額定電流）； 具有保持線圈的保持電流不應(yīng)大于其額定電流的80%，保持電壓不應(yīng)大于其額定電壓的65%； 裝設(shè)短路環(huán)或短路線圈等阻尼元件來獲得一定的延時。,3）類型：國產(chǎn)DZ型：一般電磁型中間繼電器； DZB型的：帶自保持線圈的中間繼電器。 （3）電磁型信號繼電器 1）作用：是在保護動作時，發(fā)出燈光和音響信號，并對保護裝置的動作情況有記憶作用，以便記錄保護裝置動作情況和分析電力系統(tǒng)故障性質(zhì)、保護動作的正確性。 信號繼電器器的記憶作用是由機械掉牌或磁保持、手動復(fù)歸完成的，即運行人員記錄保護動作情況后手動將信號繼電器復(fù)位。,2）結(jié)構(gòu)及符號： 結(jié)構(gòu)：采用吸引銜式結(jié)構(gòu)，有電磁鐵、線圈、彈簧、觸點、信號牌等 3）類型：DX-11等系列,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第二節(jié) 無時限電流速斷保護,一無時限電流速斷保護整定 1定義：反應(yīng)電流增大且瞬時動作的保護稱為瞬時電流速斷保護，又稱為電流I段保護。 2工作原理：,系統(tǒng)的運行方式：最大運行方式下，短路電流最大；最小運行方式下，短路電流最小。 短路的類型：三相短路最大。 4動作電流的整定：,應(yīng)大于最大運行方式下線路末端三相短路時的短路電流IK.B.max，即,取1.21.3,3影響短路電流的因素,短路點的位置：距電源越近，短路電流越大；距電源越遠，短路電流越小。,2.保護范圍：本線路的一部分。 3動作時限：瞬時動作，t0s 4.靈敏度：用其保護范圍占線路全長的百分數(shù)來表示。,Lmin/l:最大運行方式下不低于50%，最小運行方式下不低于15%20%。,當運行方式為圖2-12所示的線變組方式時，電流段保護可將保護區(qū)伸入變壓器內(nèi)，保護本線全長，整定方法如圖所示。,二、無時限電流速斷保護原理接線,1）動作原理分析 2）KM的作用： 因KA的觸頭容量小，不能直接起動跳閘線圈YR； 在裝有管型避雷器的線路上，如管型避雷器三相同時放電，將造成相間短路，采用延時0.060.08s的DZS型中間繼電器以增大保護的固有動作時間，從時間上躲過避雷器放電，防止誤動作。 3）QF1的作用,容量大，能可靠地切斷跳閘回路，并保護時間繼電器的觸頭免受電弧的損傷。 三、無時限電流速斷保護的特點 1優(yōu)點：簡單可靠、動作迅速。 2缺點：不能保護線路的全長，保護范圍受運行方式、故障類型的影響：, 運行方式變化較大時，可能無保護范圍； 或在最大運行方式整定后，在最小運行方式下無保護范圍。 在線路較短時，可能無保護范圍。 在特殊情況下，電流速斷可以保護線路全長，如在采用線路一變壓器組的接線方式的電網(wǎng)中，把線路和變壓器可以看成是一個元件，速斷保護按躲開變壓器低壓側(cè)出口處短路來整定，由于變壓器的阻抗一般較大，因此，保護的起動電流大為減小，以至保護線路的全長。,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第三節(jié) 限時電流速斷保護,一、限時電流速斷保護整定 （1）動作電流、動作時限整定 限時電流速斷保護（電流段保護）設(shè)置的目的： 因無時限電流速斷保護不能保護線路全長，因此必須增加一段電流保護，用以保護本線全長。 問題：段保護的保護必然會伸入下線（相鄰線路），在圖2-14陰影區(qū)域發(fā)生故障時，P1段保護存在與下線保護（P2）“搶動”的問題。,解決方法：,影響t的因素： 斷路器QF2的跳閘時間t1（從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄滅所需時間）； 保護2時間繼電器的動作時間比整定時間延長（即具有正誤差t2）；,段保護整定的原則是與下線段保護配合： （a）動作時限配合：,保護1動作時間的縮短（即具有負誤差t3）； 時間裕度t4；,t=t1+t2+t3+t4=0.350.6s. 通常取0.5s.,（b）保護區(qū)配合：段保護區(qū)不伸出下線段保護區(qū) P1段保護保護區(qū)配合如圖2-15所示，若P1段保護區(qū)伸出下線段保護區(qū)，在圖示陰影部分發(fā)生故障時，P2段不動，P1段與P2段起動，同時動作，跳開1QF、2QF，保護動作為非選擇性的。,圖2-15 段保護區(qū)配合,電流段保護整定公式如下：,取1.11.2,電流整定過程可用圖2-16說明。,圖2-16 電流動作電流整定,3.靈敏度： 為了使此保護在最小運行方式下兩相短路時，能可靠地保護本線路全長，應(yīng)以本線路末端作為靈敏系數(shù)的校驗點，故,如校驗不合格，措施： 使線路L1的限時電流速斷保護與下一線路L2的限時電流速斷保護相配合，即的保護范圍,Krel可靠系數(shù)，取1.11.2.,4動作時限,0.5s(與下一線路的第段相配合),1s (與下一線路的第段相配合),5保護范圍：本線路全長。,6.單相原理接線,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第四節(jié) 定時限過電流保護,一、主保護與后備保護 無時限電流速斷保護和限時電流速斷保護共同構(gòu)成了線路的主保護，所謂主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度、有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。 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。定時限過電流保護（電流段保護）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(shè)備或線,圖2-18 遠后備保護方式,路的另一套保護實現(xiàn)的后備保護，如k3處故障，P1段拒動，由段跳開1QF。 所謂遠后備是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備，如k1處,故障，P2或2QF拒動，P1段跳開1QF。 結(jié)論：段保護為后備保護，既是本線主保護的近后備保護又是下線路的遠后備保護，段保護區(qū)應(yīng)伸出下線路范圍。,二、定時限過電流保護（電流段）整定原則 （1）過電流保護動作時限整定 定時限過電流保護要求保護區(qū)較長，其動作電流按躲過最大負荷電流整定，一般動作電流較小，其保護范圍伸出相鄰線路末端。,電流段的動作選擇性由動作電流保證，電流段的選擇性由動作電流與動作時限共同保證，而電流段是依靠動作時限的所謂“階梯特性”來保證的。, 若線路有幾條并行的，則上一級的動作時限應(yīng)比下一級每一并行的線路的動作時限均要大一個時限級差。 注意：按動作時限的配合要求，保護裝設(shè)地點離電源越近，其動作時限越長，而故障點離電源越近，短路電流越大，對系統(tǒng)影響也越嚴重。所以它不能滿足快速性要求。,（2）動作電流的整定計算： 1）為了使過電流保護在在運行時不動作，啟動電流必須大于正常運行時被保護線路上流過的最大負荷電流 ：,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(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護的最大自起動電流：,又：,所以只需滿足第二個條件即可，又因：,所以：,Krel可靠系數(shù)，取1.151.25. Kre返回系數(shù)，取0.85.,3靈敏度： 近后備：為了使此保護在最小運行方式下兩相短路時，能可靠地保護本線路全長，應(yīng)以本線路末端作為靈敏系數(shù)的校驗點，故,遠后備：為了使此保護在下一線路最小運行方式下兩相短路時，能可靠地保護下一線路全長，應(yīng)以下一線路末端作為靈敏系數(shù)的校驗點，故,4單相原理圖：與第II段保護相同。 5對定時限過電流的評價 不僅能作本線路的近后備（有時作主保護），而且能作為下一條線路的遠后備。在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用，一般在35kv及以下網(wǎng)絡(luò)中作為主保護。定時限過電流保護的主要缺點是越靠近電源端其動作時限越大，對靠近電源端的故障不能快速切除。,圖2-21 段保護靈敏度校驗,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第五節(jié) 電流保護接線方式,所謂電流保護接線方式，是指電流保護中電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式。 對保護接線方式的要求是能反應(yīng)各種類型故障，且靈敏度盡量一致。 電流保護接線方式有：三相三繼電器的完全星形接線（圖2-22）、兩相兩繼電器的不完全星形接線（圖2-23），電動機保護也可采用兩相電流差接線（圖2-24）。,接線系數(shù)KC：流入電流繼電器的電流與電流互感器二次繞組電流的比值。,特點： 能反應(yīng)相間短路；能反應(yīng)接地短路； 接線系數(shù)KC=1,； 多用于大接地電流系統(tǒng)。,圖2-23 電流保護不完全星形接線,特點： 能反應(yīng)相間短路； 不能反應(yīng)接地短路； 接線系數(shù)KC=1； 多用于小接地電流系統(tǒng),特點：能反應(yīng)相間短路；不能反應(yīng)接地短路； 接線系數(shù)與短路故障類型有關(guān)： 三相短路，KC=, AC、AB、BC兩相短路，KC=1； 多用于電動機保護或靈敏系數(shù)易滿足的線路。,；,圖2-24 兩相電流差接線, 采用不完全星形接線時必須注意保護應(yīng)統(tǒng)一安裝在同名相上（通常裝于A、C相）。 如果保護未裝于同名相，如圖2-25所示，發(fā)生圖示兩點接地故障時，保護將會拒動。,表31 不同線路的不同相別兩點接地短路時不完全星形接線保護動作情況,圖2-25 電流保護未安裝于同名相情況,Y，d11接線變壓器后發(fā)生兩相短路,分析： 當側(cè)發(fā)生AB兩相短路時，該電流相量圖如圖所示。對于Y/側(cè)300的原則，可得到Y(jié)側(cè)電流相量圖。由圖可見，在側(cè)和Y側(cè)電流的大小分別(以相為參考相量),為：,圖 Y/11接線降壓變壓器兩相短路時的電流分析及過電流保護的接線 （a）接線圖； （b）側(cè)電流相量圖； （c）Y側(cè)電流相量圖,1）采用三相星形接線時： B相上沒有繼電器的電流比其它兩相大1倍，因此靈敏系數(shù)增大1倍，這是十分有利的。 2）采用兩相星形接線時,由于B相上沒有裝設(shè)繼電器，使B相中比A相、C相大一倍的電流遺失，不能使保護的靈敏度得到充分提高。 采取措施：在兩相星形接線的中線上再接上一個繼電器（兩相三繼電器方式）。,3）采用兩相電流差接線時 由于 ，所以流入繼電器的電流為零，保護不動作。因此，這種接線方式不能用來保護變壓器。,3各種接線方式的應(yīng)用范圍 1）、三相星形接線方式： 廣泛用于發(fā)電機、變壓器、大型貴重電氣設(shè)備的保護中。 用在中性點直接接地電網(wǎng)中（大接地電流系統(tǒng)中），作為相同短路的保護，同時也可保護單相接地（對此一般都采用專門的零序電流保護）。 2）、兩相星形接線方式： 在中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，,廣泛地采用它作為相間短路保護在10kv以上，特別在35kv非直接接地電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。 在610kv 中性點不接地系統(tǒng)中的過流保護裝置廣泛應(yīng)用兩相星形接線方式。 3）、兩相電流差接線方式 主要用在610kv中性點不接地系統(tǒng)中，作為饋電線和較小容量高壓電動機的保護。,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第六節(jié) 電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護,一、電壓保護特點 發(fā)生短路時，母線電壓下降，低電壓保護由母線電壓構(gòu)成判據(jù)。整定方法如圖2-26所示。,圖2-26 低電壓保護整定,電壓保護具有以下特點： （1）母線電壓變化規(guī)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(qū)越長。 （2）最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(qū)縮短。 （3）僅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(lián)鎖速斷保護,電流電壓聯(lián)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(tǒng)運方不是最大運方時，電流速斷保護的保護區(qū)縮短。電流電壓聯(lián)鎖速斷保護則是按系統(tǒng)最常見的運方整定，當系統(tǒng)運方不是最常見運方時，其保護區(qū)縮短，不會喪失選擇性。 電流電壓聯(lián)鎖速斷保護整定方法如圖2-27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(qū)。,圖2-27 電流電壓聯(lián)鎖速斷保護整定示意圖,電流電壓聯(lián)鎖速斷保護原理框圖如圖2-28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(yīng)于線電壓的電壓元件組成，電流元件與電壓元件構(gòu)成“與”邏輯出口。,圖2-28 電流電壓聯(lián)鎖速斷保護原理框圖,第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護,第七節(jié) 階段式電流保護,一、階段式電流保護的組成 由電流段、電流段、電流段組成，三段保護構(gòu)成“或”邏輯出口跳閘。 電流段、電流段為線路的主保護，本線路故障時切除時間為數(shù)十毫秒（電流段固有動作時間）至0.5秒。電流段保護為后備保護，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。 電流段保護整定時與下線路電流段保護配合，由動作電流、動作時限保證選擇性，動作時限為0.5s，動作電流躲過下線段保護動作電流，快速性較段保護差，但靈敏性較好，能保護本線全長。 電流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，能保護下線路全長。,二、電磁型電流保護歸總圖與展開圖 歸總式原理圖：繪出了設(shè)備之間連接方式，繼電器等元件繪制為一個整體，該圖便于說明保護裝置的基本工作原理。 展開圖：各元件不畫在一個整體內(nèi)，以回路為單元說明信號流向，便于施工接線及檢修。 一）、歸總式原理圖 歸總式原理圖表示保護裝置的構(gòu)成很直觀，但是二次接線難于編號，交、直流各種回路集中在一張圖上，安裝施工、檢修困難。,二）、展開式原理圖 按交流電流（電壓）、直流邏輯、信號、出口（控制）回路分別繪制。,三、低壓線路保護邏輯框圖 微機型保護將母線電壓、線路電流經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，在程序中進行判別；許多各電流、時間元件在保護內(nèi)部由程序?qū)崿F(xiàn)，并沒有相應(yīng)的觸點、線圈；微機保護的直流邏輯部分常以邏輯框圖表示，如圖2-30所示。,圖2-30 三段式電流保護邏輯框圖,四、三段式電流保護整定計算 例1：,L1和L2上最大負荷電流為74A和40A。求L1上三段式電流保護的整定值。,解：1、K1點短路時： 最大運行方式下K1點三相短路電流為：,最小運行方式下K1點兩相短路電流為：,2K2點短路時： 最大運行方式下K2點三相短路電流為：,最小運行方式下K1點兩相短路電流為：,3整定計算： I段：動作電流,靈敏度校驗：,可見，此保護無保護區(qū)，因此不裝設(shè)或改為電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。 II段：動作電流,靈敏度校驗：,可見靈敏度不滿足，考慮與下一線中第II段配合的限時電流速斷保護。,靈敏度滿足。,動作時限：,III段：動作電流,靈敏度校驗：近后備時,遠后備時,動作時限,例2： 10kV系統(tǒng)圖如下圖所示，斷路器1QF、2QF、3QF均裝設(shè)三段式相間電流保護P1、P2、P3，等值電源的系統(tǒng)阻抗：,線路每公里正序阻,抗 。1QF 流過的最大負荷電流 保護P3的過電流保護動作時間為0.5s，各段可靠系數(shù)取 ， ， ；自起動系數(shù) 繼電器返回系數(shù) 。,圖231 電流保護整定計算例圖,1.保護1電流I段整定計算 （1）求動作電流,（2）動作時限。為保護固有動作時間。 （3）靈敏性校