電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù).ppt

電網(wǎng)的電流保護(hù),第二章,第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),繼電器是一種能自動(dòng)執(zhí)行斷續(xù)控制的部件，當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計(jì)的狀態(tài)變化，如觸點(diǎn)打開(kāi)、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的作用。,2.1.1繼電器,1.繼電器的分類和要求,按照動(dòng)作原理可分為：,按照反應(yīng)的物理量可分為：,按照作用可分為：,電磁型感應(yīng)型整流型電子型數(shù)字型,電流繼電器電壓繼電器功率方向繼電器阻抗繼電器頻率繼電器瓦斯（氣體）繼電器,起動(dòng)繼電器量度繼電器時(shí)間繼電器中間繼電器信號(hào)繼電器出口繼電器,2.過(guò)電流繼電器,過(guò)電流繼電器是實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元件，也是反映于一個(gè)電氣量而動(dòng)作的簡(jiǎn)單繼電器的典型，它是一個(gè)量度繼電器。,量度繼電器,過(guò)量繼電器,欠量繼電器,過(guò)電流繼電器過(guò)電壓繼電器高周波繼電器,低電壓繼電器阻抗繼電器低周波繼電器,反映故障參數(shù)增大而動(dòng)作,反映故障參數(shù)降低而動(dòng)作,電磁型電流繼電器,電磁型過(guò)電流繼電器結(jié)構(gòu),鐵心,空氣隙,可動(dòng)舌片組成的磁路.舌片被磁化后與鐵心產(chǎn)生電磁吸力,吸引舌片向鐵心靠近,當(dāng)電磁吸力足夠大時(shí),即可吸動(dòng)舌片,并使觸點(diǎn)接通,稱為繼電器“動(dòng)作”.,因此,由電磁力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)矩為:,5,1,2,3,4,6,7,8,正常情況下,線圈中流入負(fù)荷電流,為保證繼電器不動(dòng)作可動(dòng)舌片受彈簧7拉力的控制而保持在原始位置.此時(shí),彈簧產(chǎn)生的力矩Mth1稱為初拉力矩.,此外,舌片轉(zhuǎn)動(dòng)須克服由摩擦力所產(chǎn)生的摩擦力矩Mm,其值認(rèn)為是一個(gè)常數(shù).故阻礙繼電器動(dòng)作的全部機(jī)械反抗轉(zhuǎn)矩就是Mth+Mm.,5,1,2,3,4,6,8,為使繼電器起動(dòng)并閉合其觸點(diǎn),須IJ變大,Mdc增大,繼電器能夠動(dòng)作的條件為:,把能使繼電器動(dòng)作的最小電流值,稱為繼電器的動(dòng)作電流(起動(dòng)電流).以Iop.J表示,對(duì)應(yīng)此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩:,對(duì)應(yīng)這一電磁轉(zhuǎn)矩,能使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流.以Ire.J表示,則此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為：,在繼電器動(dòng)作之后,為使它重新返回原位.需使IJ減小以使Mdc減小,然后由彈簧的反作用力把舌片拉回,這時(shí)摩擦力又起阻礙返回的作用.故返回的條件是:,由此可知:,繼電器根本不動(dòng)作,繼電器能夠突然迅速地動(dòng)作閉合其觸點(diǎn).,繼電器又能突然地返回原位,觸點(diǎn)重新打開(kāi).,繼電特性圖,無(wú)論起動(dòng)和返回,繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的,它不可能停留在某一個(gè)中間位置,這種特性稱為“繼電特性”.,返回電流與起動(dòng)電流的比值稱為繼電器的返回系數(shù),由于剩余轉(zhuǎn)矩以及摩擦轉(zhuǎn)矩的影響,Kre恒小于1,一般要求Kre=0.850.9,Kre=0.850.9,電流繼電器,晶體管型過(guò)電流繼電器,R1,UR1,IJ,I2,D1D4,C1,C2,R2,R3,R4,R5,R6,R8,R7,R9,D5,D6,T1,T2,W,0V,+E1,UC2,+,-,UR3,a,b,I1,I2,Ib1,Ib2,ID5,電壓形成回路的作用是用中間交流器LB將加入繼電器的電流轉(zhuǎn)換成一個(gè)在電阻R1的電壓降UR1,以便與電流互感器的二次回路相隔離,并取得晶體管回路所需要的信號(hào)電壓.當(dāng)整流濾波回路以后的負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于R1時(shí),LB,整流濾波回路由二極管D1D4和兀型濾波器(C1,C2,R2)組成,它將交流輸出電壓UR1變成一個(gè)比較平滑的直流電壓加于電位器R3上,從R3活動(dòng)頭取出的電壓以UR3表示,它與加入繼電器的電流IJ成正比.,比較回路由R4和穩(wěn)壓管W組成,W兩端給出穩(wěn)定的電壓Ub(一般為3V左右),稱為比較電壓.繼電器能夠動(dòng)作的條件:,故調(diào)節(jié)UR3就可調(diào)整Idz.J,Ua=Ub+UR3,執(zhí)行回路是由T1,T2組成單穩(wěn)觸發(fā)器.T2集電極輸出Uc2的變化,即表示繼電器的不同工作狀態(tài).,正常工作時(shí),IJt1,引入時(shí)間階段t,則應(yīng)保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)限為t2=t1+t.保護(hù)2的時(shí)限確定后,當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí),它將以t2的時(shí)限切除故障,此時(shí),為了保證保護(hù)3動(dòng)作的選擇性,則必須整定t3t2,t3=t2+t.同理,t4=t3+t,t5=t4+t.,M,4,5,3,2,1,A,B,C,D,t4,t,t,t,t,t3,t2,t1,t5,任一過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限,應(yīng)選擇得比相鄰各元件保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限均高出至少一個(gè)t，只有這樣才能充分保證動(dòng)作的選擇性。,結(jié)論:,稱為階梯型時(shí)限特性,當(dāng)故障越靠近電源端時(shí)，短路電流越大，而此時(shí)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作切除故障的時(shí)間反而越長(zhǎng)。故在電網(wǎng)中,廣泛采用電流速斷和限時(shí)電流速斷作為本線路的主保護(hù)，以快速切除故障，利用過(guò)電流保護(hù)作為本線路和相鄰元件的后備保護(hù)。由于它作為相鄰元件后備保護(hù)的作用是在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)的，因此屬于遠(yuǎn)后備保護(hù)。,過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn),作為本線路的主保護(hù)和近后備,作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù),注意：,在各個(gè)過(guò)電流保護(hù)之間，還必須要求靈敏系數(shù)互相配合，即對(duì)同一故障點(diǎn)而言，要求越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。,例如當(dāng)k1點(diǎn)短路時(shí)，應(yīng)要求各保護(hù)的靈敏系數(shù)之間具有下列關(guān)系:,在后備保護(hù)之間，只有當(dāng)靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都互相配合時(shí)，才能切實(shí)保證動(dòng)作的選擇性，這一點(diǎn)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)中，尤其應(yīng)該注意。以上要求同樣適用于以后的零序段和距離段保護(hù)。,電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路始端的一部分。限時(shí)電流速斷保護(hù)雖能保護(hù)本線路的全長(zhǎng),但不能作為相鄰線路的后備。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)及相鄰下一條線路的全長(zhǎng),然而動(dòng)作時(shí)限太長(zhǎng),且越靠近電源,動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。,階段式電流保護(hù),概念:為了迅速可靠地切除被保護(hù)線路的故障,將三種電流保護(hù)組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù),稱為階段式電流保護(hù).,電流速斷段,限時(shí)電流速斷段,由、段共同構(gòu)成主保護(hù).過(guò)電流段,近后備和遠(yuǎn)后備.,注:不一定三段全用,也可只用兩段即用電流速斷或限時(shí)速斷做為段，過(guò)電流作為段,一般對(duì)于電網(wǎng)末梢線路,只裝帶0.5s延時(shí)的過(guò)電流保護(hù),而對(duì)靠近電源處的線路,因過(guò)電流保護(hù)時(shí)限太長(zhǎng),需裝設(shè)三段式電流保護(hù).,具有電流速斷，限時(shí)電流速斷和過(guò)電流的單相原理接線圖,+,-,+,TA,TQ,+,+,+,-,-,+,+,+,+,1,2,3,4,5,6,7,8,9,信號(hào),信號(hào),信號(hào),KT,KA,KA,KA,KT,KS,KS,KS,電流段,電流段,電流段,+,+,TAA,TQ,TAC,+,+,-,-,-,-,+,+,+,1,2,4,5,6,7,8,9,11,12,13,DL,LP,LP,LP,3,10,信號(hào),信號(hào),信號(hào),KAa,KAc,KAa,KAc,KA,KA,KA,KT,KT,KS,KS,KS,具有電流速斷，限時(shí)電流速斷和過(guò)電流的三相原理接線圖,電流段,電流段,電流段,A相二次電流,兩相不完全星形接線,LP,電流速斷保護(hù),限時(shí)電流速斷保護(hù),過(guò)電流保護(hù),跳閘及信號(hào)回路,KAa,KAc,KAa,KAc,KT,K,K,KT,KAa,KAb,KAb,KS,KS,KT,KT,KT,QF,+,-,兩相三繼電器接線,電流保護(hù)的接線方式,常用電流保護(hù)接線方式,三相完全星形接線方式,二相不完全星形接線方式,三相完全星形接線方式,可反應(yīng)各種相間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的單相接地短路。,保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式,（2）兩相不完全星形接線方式,可反應(yīng)各種相間短路,但不反應(yīng)B相單相接地短路,可反應(yīng)各種相間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的單相接地短路。,（3）兩相三繼電器接線,+,回顧剛才的三相原理接線,當(dāng)采用以上兩種接線方式時(shí)流入繼電器的電流就是互感器的二次電流，設(shè)電流互感器的變比為，則。,稱為二次動(dòng)作電流,因此，當(dāng)保護(hù)裝置的起動(dòng)電流整定為時(shí)，則反應(yīng)到繼電器上的起動(dòng)電流即應(yīng)為:,兩相電流差接線法,把流入繼電器的電流與電流互感器的二次電流之比稱為接線系數(shù).,在求得保護(hù)的動(dòng)作電流之后則:,正常運(yùn)行和三相短路時(shí):,AC兩相短路時(shí):,AB和BC兩相短路時(shí):,三段式電流保護(hù)整定計(jì)算,試對(duì)線路AB進(jìn)行三段式電流保護(hù)整定,計(jì)算保護(hù)各段的一次動(dòng)作電流,二次動(dòng)作電流,最小保護(hù)范圍,靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限.,已知:采用兩相星形接線方式,Kss=2線路的最大負(fù)荷電流IL.max=100A,互感器變比nTA=300/5,保護(hù)2的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為2.2s,母線ABC等處三相短路時(shí)流過(guò)線路AB的短路電流值為(kA):,Z1=0.4/km,解:,段,動(dòng)作電流:,靈敏性校驗(yàn),最小運(yùn)行方式下：,其中:37為35kV電網(wǎng)的平均線電壓.(351.05=37電網(wǎng)始端調(diào)高),最大運(yùn)行方式下Ik最大,根據(jù)A點(diǎn)短路數(shù)據(jù)可求出A點(diǎn)背后等效電源的等值阻抗,最大運(yùn)行方式下：,最小運(yùn)行方式下最小保護(hù)范圍:,滿足要求,動(dòng)作時(shí)限整定t=0s,最大運(yùn)行方式下最小保護(hù)范圍:,段,動(dòng)作電流:AB的段應(yīng)與BC的段配合,繼電器動(dòng)作電流:,靈敏性校驗(yàn):,動(dòng)作時(shí)限:,段,動(dòng)作電流的整定:,繼電器的動(dòng)作電流:,靈敏性:,近后備,遠(yuǎn)后備,對(duì)Y,d接線變壓器一側(cè)兩相短路流過(guò)另一側(cè)保護(hù)中電流的分析,+,I,3,I,1,I,2,(a)接線圖,Y，d11接線降壓變壓器兩相短路時(shí)的電流分析及過(guò)電流保護(hù)的接線,對(duì)線路變壓器組，一般保護(hù)到變壓器低壓側(cè)出口。主要是保護(hù)變壓器。保護(hù)安裝在高壓側(cè)，反應(yīng)變壓器繞組和引出線故障。也作為低壓側(cè)線路故障的后備保護(hù),高壓側(cè),低壓側(cè),（Y，d11）接線的降壓變壓器，分析當(dāng)三角形（低壓）側(cè)發(fā)生AB兩相短路時(shí)在星（高壓）側(cè)各相電流的關(guān)系。,由此可求出:,設(shè)側(cè)各相繞組中的電流分別為，和，則:,三角形側(cè)電流向量圖,當(dāng)三角形（低壓）側(cè)發(fā)生AB兩相短路時(shí)：,根據(jù)變壓器的工作原理，即可求得星形（高壓）側(cè)電流的關(guān)系為:,當(dāng)Y,d11接線的降壓變壓器低壓側(cè)A-B兩相短路時(shí)，在高壓側(cè)各相的電流具有和的關(guān)系；,而當(dāng)Y,d11接線的升壓變壓器高壓（星型）側(cè)BC兩相短路時(shí)，在低壓（三角）側(cè)各相的電流為和。,0,當(dāng)過(guò)電流保護(hù)接于降壓變壓器的高壓側(cè)以作為低壓側(cè)線路故障的后備保護(hù)時(shí)，如果保護(hù)采用三相星形接線，則接于B相上的繼電器由于流有較其它兩相大一倍的電流，因此靈敏系數(shù)增大一倍，這是十分有利的。如果保護(hù)采用的是兩相星形接線，則由于B相上沒(méi)有裝設(shè)繼電器，因此靈敏系數(shù)只能由A相和C相的電流決定，在同樣的情況下，其數(shù)值要比采用三相星形接線時(shí)降低一半。,例：如圖所示，35kV單側(cè)電源輻射網(wǎng)，確定線路AB的保護(hù)方案，變電所B，C中變壓器連接組別為Y，d11,且在變壓器上裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)，線路AB的最大傳輸功率為Pmax=9MW,cos=0.9,KSS=1.3。網(wǎng)絡(luò)中阻抗為歸算至37kV電壓級(jí)有名值。,線路AB的過(guò)流保護(hù)要保護(hù)到變壓器T1低壓側(cè)短路。,（1）電流速斷保護(hù),B母線短路最大三相短路電流：,靈敏度校驗(yàn)：最小運(yùn)行方式15%處兩相短路靈敏度：,故靈敏度滿足要求,（2）限時(shí)電流速斷保護(hù),1）按躲開(kāi)變壓器T1低壓側(cè)母線短路整定：,2）與相鄰線路電流速斷保護(hù)配合：,選取較大值作為動(dòng)作電流，則：,3）靈敏度校驗(yàn)：,不滿足要求,改用與T1低壓側(cè)母線短路配合，則,動(dòng)作時(shí)間取1s,即：,（3）定限時(shí)過(guò)電流保護(hù),靈敏度校驗(yàn)：,1）作為本線路近后備保護(hù)：,2）作為相鄰線路遠(yuǎn)后備保護(hù)：,3）作為相鄰元件變壓器遠(yuǎn)后備保護(hù)：,靈敏度滿足要求,靈敏度滿足要求,靈敏度滿足要求,填空題:,2-1瞬時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍隨_和_而變。2-2瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍在被保護(hù)線路_端，在_運(yùn)行方式下，保護(hù)范圍最小。2-3本線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍一般不超過(guò)相鄰下線路的_保護(hù)的保護(hù)范圍，故只需帶_延時(shí)即保證選擇性。2-4線路裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)一般是為了作本線路的_及作相鄰下一條線路的_。,2-5為使過(guò)電流保護(hù)在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作，其動(dòng)作電流應(yīng)大于_，為使過(guò)電流保護(hù)在外部故障切除后能可靠返回，其返回電流應(yīng)大于_。2-6為保證選擇性，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)按_原則整定，越靠近電源處的保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限越_。2-7在段式電流保護(hù)中，電流段又稱為_(kāi)保護(hù)，電流段又稱為_(kāi)保護(hù)，電流三段又稱為_(kāi)保護(hù)，并且由電流段和電流段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的_。,2-8裝有三段式電流保護(hù)的線路，其首端故障時(shí)，一般_保護(hù)動(dòng)作，末端故障時(shí)一般_保護(hù)動(dòng)作。2-9三段式電流保護(hù)中，最靈敏的是第_段，因?yàn)開(kāi)。2-10已知返回系數(shù)，可靠系數(shù)，自啟動(dòng)系數(shù)，最大負(fù)荷電流，三段式電流保護(hù)段的整定電流=_。根據(jù)整定公式，為了保護(hù)動(dòng)作的可靠性。要求返回系數(shù)=_。,選擇題,2-23電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于_。（A）被保護(hù)線路末端短路時(shí)的最大短路電流；（B）線路的最大負(fù)載電流；（C）相鄰下一線路末端短路時(shí)的最大短路電流。2-24電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍在_運(yùn)行方式下最小。（A）最大；（B）正常；（C）最小。2-25雙側(cè)電源線路的電流速斷保護(hù)為提高靈敏性，方向元件應(yīng)裝在_。（A）動(dòng)作電流大的一側(cè)；（B）動(dòng)作電流小的一側(cè)；（C）兩側(cè)。,2-26若裝有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的線路，其末端變電所母線上有三條出線，各自的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限分別為1.5s、0.5s、1s，則該線路過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限應(yīng)該定為_(kāi)（A）1.5s；（B）2s；（C）3.5s；2-27定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流需要考慮返回系數(shù)，是為了_。（A）提高保護(hù)的靈敏性；（B）外部故障切除后保護(hù)可靠返回;（C）解決選擇性。2-28裝有三段式電流保護(hù)的線路,當(dāng)線路末端短路時(shí)，一般由_動(dòng)作切除故障。（A）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)；（B）限時(shí)電流速斷保護(hù)；（C）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。,2-29三段式電流保護(hù)中靈敏性最好的是_。（A）I段；（B）II段；（C）III段。2-30三段式電流保護(hù)中,保護(hù)范圍最小的是_。（A）I段；（B）II段；（C）II