《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第 一章 緒 論 一,電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài),不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài),最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是各種類型的短路.發(fā)生短路時(shí) 可能產(chǎn)生以下后果:1)通過故障點(diǎn)的短路電流和所燃起的電弧使故障設(shè)備或線路損壞.2)短路電流通過非故障設(shè)備時(shí),由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用,引起電氣設(shè)備損傷或損壞,導(dǎo)致使用壽命大大縮減.3)電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低,破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量.4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)瓦解.繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)是:1)自動(dòng)地,迅速地和有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞,保證其他無故障部分迅速恢 復(fù)正常運(yùn)行.2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài),并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件(如有無經(jīng)常值班人員)而動(dòng)作于信號(hào)的裝置.二, 繼電保護(hù)的基本原理及其組成1,繼電保護(hù)的基本原理電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,工頻電氣量變化的主要特征是:1)電流增大. 短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流.2)電壓降低. 當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí),系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降,且越靠近短路點(diǎn),電壓越低.3)電流與電壓之間的相位角改變. 正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角,一般約為20;三相短路時(shí) ,電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定,一般為6085;而在保護(hù)反方向三相短路時(shí),電流與電壓之間的限 額將則是180+(6085).4)不對(duì)稱短路時(shí),出現(xiàn)相序分量, 如單相接地短路及兩相接地短路時(shí),出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量.這些分量在正 常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的.利用短路故障時(shí)電氣量的變化,便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù).例如,據(jù)短路故障時(shí)電流的增大,可構(gòu)成 過電流保護(hù) ;據(jù)短路故障時(shí)電壓的降低,可構(gòu)成 電壓保護(hù) ;據(jù)短路故障時(shí)電流與電壓之間相角的變化,可構(gòu)成功率方向保護(hù);據(jù)電壓 與電流比值的變化,可構(gòu)成 距離保護(hù) ;據(jù)故障時(shí)被保護(hù)元件兩端電流相位和大小的變化,可構(gòu)成 差動(dòng)保護(hù); 據(jù)不對(duì)稱 短路故障時(shí)出現(xiàn)的電流,電壓相序分量,可構(gòu)成零序電流保護(hù),負(fù)序電流保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)等.2, 繼電保護(hù)的組成及分類模擬型繼電保護(hù)裝置的種類很多,它們都由測(cè)量回路,邏輯回路和執(zhí)行回路 三個(gè)主要部分組成.3,對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求(l) , 選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí),其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除,當(dāng)故障設(shè) 備或線路的保護(hù)或斷路器拒絕動(dòng)作時(shí),應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除.(2),速動(dòng)性速動(dòng)性就是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障.對(duì)于反應(yīng)短路故障的繼電保護(hù),要求快速動(dòng)作的主要理由和必要性在于1 )快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性.2 )快速切除故障可以減少發(fā)電廠廠用電及用戶電壓降低的時(shí)間,加速恢復(fù)正常運(yùn)行的過程.保證廠用電及用戶工作的穩(wěn)定性.3 )快速切除故障可以減輕電氣設(shè)備和線路的損壞程度.4 )快速切除故障可以防止故障的擴(kuò)大,提高自動(dòng)重合問和備用電源或設(shè)備自動(dòng)投人的成功率.對(duì)于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置,一般不要求快速動(dòng)作,而應(yīng)按照選擇性的條件,帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào).3 , 靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí),保護(hù)裝置的反應(yīng)能力.所謂系統(tǒng) 最大運(yùn)行方式 ,就是在被保護(hù)線路末端短路時(shí),系統(tǒng)等效阻抗最小,通過保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行 方式;系統(tǒng) 最小運(yùn)行方式 ,就是在同樣的短路故障情況下,系統(tǒng)等效阻抗為最大,通過保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行 方式.保護(hù)裝置的靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量.靈敏系數(shù)表示式為:l )對(duì)于反應(yīng)故障參數(shù)量增加(如過電流)的保護(hù)裝置:保護(hù)區(qū)末端金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的最小計(jì)算值2 )對(duì)于反應(yīng)故障參數(shù)量降低(如低電壓)的保護(hù)裝置:保護(hù)區(qū)末端金屬性短路時(shí)故障參數(shù)的最小計(jì)算值4,可靠性可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了故障該保護(hù)應(yīng)動(dòng)作時(shí),不應(yīng)由于它本身的缺陷而拒動(dòng)作;而在不屬于它動(dòng)作的任何情況 下,則應(yīng)可靠地不動(dòng)作.以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì),配置和維護(hù)繼電器保護(hù)的依據(jù),又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ).這四個(gè)基本要求之間,是相 互聯(lián)系的,但往往又存在著矛盾.因此,在實(shí)際工作中,要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì),辯證地進(jìn)行統(tǒng)一.第二章,電網(wǎng)的電流保護(hù)一, 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)輸電線路發(fā)生相間短路時(shí),電流會(huì)突然增大,故障相間的電壓會(huì)降低.利用電流會(huì)這一特征,就可以構(gòu)成電流保護(hù).電流保護(hù)裝置的中心環(huán)節(jié)是反應(yīng)于電流增大而動(dòng)作的電流繼電器.電流繼電器是反應(yīng)于一個(gè)電器量而電阻的簡(jiǎn)單繼電器的典型.1,繼電器(1)電磁型繼電器電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)形式有螺管線圈式, 吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式三種,如圖 2.1 所示. 電流繼電器在電流保護(hù)中用作測(cè)量和起動(dòng)元件, 它是反應(yīng)電流超過一整定值而動(dòng)作的繼電器. 電磁繼電器是利用電磁原理工作的,以吸引 銜鐵式繼電器例進(jìn)行分析,在線圈 1 中通以電流 ,則產(chǎn)生與其成正比的磁通 ,通過由鐵心,空氣隙和可動(dòng)舌片而成的磁路,使舌片磁化于鐵心的磁極產(chǎn)生電磁吸力,其大小于 成正比,這樣由電磁吸引力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)距 可表示為( 2.1 )式中 比例常數(shù);電磁鐵與可動(dòng)鐵心之間的氣隙.( a )螺管線圈式; (b) 吸引銜鐵式; (c) 轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式圖 2.1 電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)原理1 線圈; 2 可動(dòng)銜鐵; 3 電磁鐵; 4 止擋; 5 接點(diǎn); 6 反作用彈簧正常工作情況下,線圈中流入負(fù)荷電流,繼電器不工作,這是由于彈簧對(duì)應(yīng)于空氣隙 產(chǎn)生一個(gè)初始力矩 .由于彈簧的張力與伸長(zhǎng)量成正比,因此,當(dāng)空氣長(zhǎng)度由 減小到 時(shí),彈簧產(chǎn)生的反作用力矩為式中 比例常數(shù).另外,在可動(dòng)舌片轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,還必須克服摩擦力力矩 .因此1 )繼電器動(dòng)作的條件.為使繼電器動(dòng)作,必須增大電流 ,通過增大電流 來增大電磁電磁轉(zhuǎn)矩,使其滿足關(guān)系式:2 ) 動(dòng)作電流 .能夠滿足上述條件,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),記作 .3 )繼電器的返回條件.繼電器動(dòng)作后,當(dāng) 減小時(shí),繼電器在彈簧的作用下將返回.為使繼電器返回,彈簧的作用力矩 必須大于電磁力矩 及摩擦力矩 之和,即或4 ) 返回電流. 滿足上述條件,使繼電器返回原位的最大值電流稱為繼電器的返回電流,記為 ,5 )返回系數(shù). 返回電流和起動(dòng)電流的比值成為繼電器的返回系數(shù),可表示為6 ) 動(dòng)作電流的調(diào)整方法:改善繼電器線圈的匝數(shù);改變彈簧的張力;改變初始空氣隙的長(zhǎng)度.7 ) 剩余力矩 .在繼電器的動(dòng)作過程和返回過程中,隨著氣隙 的變化,都將出現(xiàn)一個(gè)剩余力矩 ,從而使繼電器的動(dòng)作過程和返回過程都雪崩式的進(jìn)行,繼電器要么動(dòng)作,要么返回,它不可能停留在某一個(gè)中間狀態(tài),具有明顯的繼電特性.同時(shí),該力矩還有利于繼電器的觸點(diǎn)可靠的接觸與斷開.2,幾個(gè)基本概念1 )系統(tǒng)最大運(yùn)行方式在被保護(hù)線末端發(fā)生短路時(shí),系統(tǒng)等值阻抗最小,而通過保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行方式.2 )最小運(yùn)行方式在同樣短路條件下,系統(tǒng)等值阻抗最大,而通過保護(hù)裝置的電流為最小的運(yùn)行方式.系統(tǒng)等值阻抗的大小與投入運(yùn)行的電氣設(shè)備及線路的多少等有關(guān).3 )最小短路電流與最大短路電流在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)通過保護(hù)裝置的電流為最大,稱之為最大短路電流.而在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí),通過保護(hù)裝置的短路電流為最小,稱之為最小短路電流.4 )保護(hù)裝置的起動(dòng)值對(duì)因電流升高而動(dòng)作的電流保護(hù)來講,使起動(dòng)保護(hù)裝置的最小電流值稱為保護(hù)裝置的起動(dòng)電流,記作 .保護(hù)裝置的起動(dòng)值是用電力系統(tǒng)的一次側(cè)參數(shù)表示的,當(dāng)一次側(cè)的短路電流達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí),安裝在該處的這套保護(hù)裝置就能夠起動(dòng).5 )保護(hù)裝置的整定所謂整定就是根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求,確定保護(hù)裝置的起動(dòng)值(一般情況下是指電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)),靈敏性,動(dòng)作時(shí)限等過程.3,無時(shí)限電流速斷保護(hù)根據(jù)對(duì)保護(hù)速動(dòng)性的要求,在滿足可靠性和保護(hù)選擇性的前提下,保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間,原則上總是越快越好.因此,各種電氣元件應(yīng)力求裝設(shè)快速動(dòng)作的繼電保護(hù).僅反應(yīng)電流增大而能瞬時(shí)動(dòng)作切除故障的保護(hù),稱為電流速斷保護(hù),也稱為無時(shí)限流速斷保護(hù).(1),工作原理無時(shí)限速斷保護(hù)是為了保證其動(dòng)作的選擇性,一般情況下速斷保護(hù)只保護(hù)被保護(hù)線路的一部分,具體工作原來如圖 2.6 所示.對(duì)于單側(cè)電源供電線路,在每回電源側(cè)均裝有電流速斷保護(hù).在輸電線上發(fā)生短路時(shí),流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流可用下式計(jì)算( 2.4 ) 圖 2.06 電流速斷保護(hù)的動(dòng)作特性分析最大運(yùn)行方式下三相短路電流;最小運(yùn)行方式下兩相短路電流由式( 2.4 )和( 2.5 )可看出,流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流值隨短路點(diǎn)的位置而變化,且與系統(tǒng)的運(yùn)行方式和短路類型有關(guān). 和 與 的關(guān)系如圖 2.6 中的曲線和所示.從圖可看出,短路點(diǎn)距保護(hù)安裝點(diǎn)愈遠(yuǎn),流過保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流愈小.(2),整定計(jì)算1 )動(dòng)作電流為了保證選擇性,保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)按躲開下一條線路出口處(如 點(diǎn)即 B 變電所短路時(shí),通過保護(hù)的最大保護(hù)電流(最大運(yùn)行下的三相短路電流)來整定.即可靠系數(shù)對(duì)保護(hù) 1 ( 2.6 )把起動(dòng)電流標(biāo)于圖 2.6 中,可見在交點(diǎn) M 與保護(hù) 2 安裝處的一段線路上短路對(duì) 2 能夠動(dòng)作.在交點(diǎn) M 以后的線路上的短路時(shí),保護(hù) 2 不動(dòng)作.因此,一般情況下,電流速斷保護(hù)只能保護(hù)本條線路的一部分,而不能保護(hù)全線路.2 )保護(hù)范圍(靈敏度 )計(jì)算(校驗(yàn))規(guī)程規(guī)定,在最小運(yùn)行方式下,速斷保護(hù)范圍的相對(duì)值 為 15%20% ,即式中 最小保護(hù)范圍;當(dāng)系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式時(shí),三相短路時(shí)保護(hù)范圍最大;當(dāng)系統(tǒng)為最小運(yùn)行方式時(shí),兩相短路時(shí)保護(hù)范圍最小.求保護(hù)范圍時(shí)考慮后者.由圖 2.6 可知( 2.7 )其中, 代入式( 2.7 )整理得( 2.8 )(3)動(dòng)作時(shí)限無時(shí)限電流速斷保護(hù)沒有人為延時(shí),只考慮繼電保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間.考慮到線路中管型避雷器放電時(shí)間為 0.040.06s ,在避雷器放電時(shí)速斷保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作,為此在速斷保護(hù)裝置中加裝一個(gè)保護(hù)出口中間繼電器,一方面擴(kuò)大接點(diǎn)的容量和數(shù)量,另一方面躲過管型避雷器的放電時(shí)間,防止誤動(dòng)作.由于動(dòng)作時(shí)間較小,可認(rèn)為 t=0 .( 4 )電流速斷保護(hù)的接線圖1 )單相原理接線圖電流繼電器接于電流互感器 TA 的二次側(cè),它動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器,其觸點(diǎn)閉合后,經(jīng)信號(hào)繼電器發(fā)出信號(hào)和接通斷路器跳閘線圈.(5),對(duì)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單可靠,動(dòng)作迅速.缺點(diǎn):不能保護(hù)線路全長(zhǎng).運(yùn)行方式變化較大時(shí),可能無保護(hù)范圍.如圖 2.9 所示 ,在最大運(yùn)行方式整定后,在最小運(yùn)行方式下無保護(hù)范圍.在線 路較短時(shí),可能無保護(hù)范圍.4, 限時(shí)電流速斷保護(hù)由于電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng),因此必須增設(shè)一套新的保護(hù),用來切除本線路 電流速斷保護(hù)范圍以外的故障,作為無時(shí)限速斷保護(hù)的后備保護(hù),這就是限時(shí)電流速斷保護(hù).( 1 )對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的要求增設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)的主要目的是為了保護(hù)線路全長(zhǎng),對(duì)它的要求是在任何情況下都能保護(hù)線路全長(zhǎng)并具有足夠的靈敏性,在滿足這個(gè)全體下具有較小的動(dòng)作時(shí)限.( 2 )工作原理1 ) 為了保護(hù)本線路全長(zhǎng),限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍必須延伸到下一條線線路去,這樣當(dāng)下一條線路出口短路時(shí),它就能切除故障.2 ) 為了保證選擇性,必須使限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作帶有一定的時(shí)限.3 ) 為了保證速動(dòng)性,時(shí)限盡量縮短.時(shí)限的大小與延伸的范圍有關(guān),為使時(shí)限較小,使限時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍不超出下一條線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的范圍.因而動(dòng)作時(shí)限 比下一條線路的速斷保護(hù)時(shí)限 高出一個(gè)時(shí)間階段 .( 3 )整定計(jì)算1 )動(dòng)作電流動(dòng)作電流 按躲開下一條線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的電流進(jìn)行整定( 2.9 )2 )動(dòng)作時(shí)限 .為了保證選擇性,時(shí)限速斷電流保護(hù)比下一條線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)時(shí)間階段 ,即( 2.10 )當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)以后,它們聯(lián)合工作就可以 0.5s 內(nèi)切除全線路范圍的故障,且能滿足速動(dòng)性的要求,無時(shí)限電流速斷和限時(shí)速斷構(gòu)成線路的主保護(hù).3 )靈敏度校驗(yàn). 保護(hù)裝置的靈敏度(靈敏性),是只在它的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),保護(hù)裝置的反應(yīng)能力.靈敏度的高低用靈敏系數(shù)來衡量, 限時(shí)電流速斷保護(hù)靈敏度為( 2.11 )式中 被保護(hù)線路末端兩相短路時(shí)流過限時(shí)電流速斷保護(hù)的最小短路電流;當(dāng) 時(shí),保護(hù)在故障時(shí)可能不動(dòng),就不能保護(hù)線路全長(zhǎng),故應(yīng)采取以下措施:為了滿足靈敏性,就要降低該保護(hù)的起動(dòng)電流,進(jìn)一步延伸限時(shí)電流一條線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍).為了滿足保護(hù)選擇性,動(dòng)作限時(shí)應(yīng)比下一條線路的限時(shí)電流速斷的時(shí)限高一個(gè) ,即速斷保護(hù)的保護(hù)范圍,使之與下一條線路的限時(shí)電流速斷相配合(但不超過下( 4 )限時(shí)電流速斷保護(hù)的接線圖1 )單相原理接線 如圖 2.11 所示,( 5 )對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià)限時(shí)電流速斷保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠,能保護(hù)本條線路全長(zhǎng),但不能作為相鄰元件(下一條線路)的后備保護(hù)(有時(shí)只能對(duì)相鄰元件的一部分起后備保護(hù)作用).因此,必須尋求新的保護(hù)形式.5,定時(shí)限過電流保護(hù)( 1 )工作原理過電流保護(hù)通常是指其動(dòng)作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定,而時(shí)限按階梯性原則來整定的一種電流保護(hù).在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)它不起動(dòng),而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),則能反應(yīng)電流的增大而動(dòng)作,它不僅能保護(hù)本線路的全長(zhǎng),而且也能保護(hù)下一條線路的全長(zhǎng).作為本線路主保護(hù)拒動(dòng)的近后備保護(hù),也作為下一條線路保護(hù)和斷路器拒動(dòng)的遠(yuǎn)后備保護(hù).如圖 2.13 所示,( 2 )整定計(jì)算1 )動(dòng)作電流.按躲過被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流 ,且在自起動(dòng)電流下繼電器能可靠返回進(jìn)行整定( 2.12 )2 )靈敏系數(shù)校驗(yàn).要求對(duì)本線路及下一條線路或設(shè)備相間故障都有反應(yīng)能力,反應(yīng)能力用靈敏系數(shù)衡量.本線路后備保護(hù)(近后備)的靈敏系數(shù)有關(guān)規(guī)程中規(guī)定為 ( 2.13 )作為下一條線路后備保護(hù)的靈敏系數(shù)(遠(yuǎn)后備),規(guī)程中規(guī)定( 2.14 )當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí),可以采用電壓閉鎖的過流保護(hù),這時(shí)過流保護(hù)自起動(dòng)系數(shù)可以取 13 )時(shí)間整定.由于電流段的動(dòng)作保護(hù)的范圍很大,為保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性,其保護(hù)延時(shí)應(yīng)比下一條線路的電流段的電阻時(shí)間長(zhǎng)一個(gè)時(shí)限階段 為( 2.15 )( 3 )靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限的配合過電流保護(hù)是一種常用的后備保護(hù),實(shí)際中使用非常廣泛.但是,由于過電流保護(hù)僅是依靠選擇動(dòng)作時(shí)限來保證選擇性的,因此在負(fù)責(zé)電網(wǎng)的后備保護(hù)之間,除要求各后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限相互配合外,還必須進(jìn)行靈敏系數(shù)的配合(即對(duì)同一故障點(diǎn)而言越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)).( 4 )對(duì)定時(shí)限過電流的評(píng)價(jià)定時(shí)限過電流結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,對(duì)單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動(dòng)作.不僅能作本線路的近后備(有時(shí)作主保護(hù)),而且能作為下一條線路的遠(yuǎn)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(hù).定時(shí)限過電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)是越靠近電源端其動(dòng)作時(shí)限越大,對(duì)靠近電源端的故障不能快速切除.6, 階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分,限時(shí)電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng),但卻不能作為下一相相鄰的后備保護(hù),因此必須采用定時(shí)限過電流保護(hù)作為本條線路和下一段相鄰線路的后備保護(hù).由電流速斷保護(hù),限時(shí)電流速斷保護(hù)及定時(shí)限過電流保護(hù)相配合構(gòu)成一整套保護(hù),叫做三段電流保護(hù).實(shí)際上,供配電線路并不一定都要裝設(shè)三段式電流保護(hù).比如,處于電網(wǎng)末端附近的保護(hù)裝置,當(dāng)定時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)限不大于 0.50.7s 時(shí),而且沒有防止導(dǎo)線燒損及保護(hù)配合上的要求的情況下,就可以不裝設(shè)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù),而將過電流保護(hù)為主要保護(hù).在某些情況下,常采用兩段組成一套保護(hù),( 2 )階段式電流保護(hù)的時(shí)限階段式電流保護(hù)的時(shí)限特性是指各段電流保護(hù)的保護(hù)范圍與動(dòng)作時(shí)限的關(guān)系曲線.電流三段式保護(hù)的保護(hù)特性及時(shí)限特性如圖 2.14 所示. 圖 2.14 電流三段式保護(hù)特性及時(shí)限特性分析圖繼電保護(hù)的接線圖一般可以用原理圖和展開圖形式來表示.電流三段式保護(hù)單相原理接線圖如圖 2.15 所示,( 3 )階段式保護(hù)的選擇性電流速斷保護(hù)是通過選擇動(dòng)作電流保證選擇性的,定時(shí)限過電流保護(hù)通過選擇動(dòng)作時(shí)限來保證選擇性的,而限時(shí)電流速斷保護(hù)則是通過同時(shí)選擇動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限來保證選擇性的.這是應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)理解的環(huán)節(jié).( 4 )對(duì)階段式電流保護(hù)的評(píng)價(jià)三段式電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,可靠,并且一般情況下都能較快切除故障,一般用于 35kv 及以下電壓等級(jí)的單側(cè)電源電網(wǎng)中.缺點(diǎn)是它的靈敏度和保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式和短路類型的影響,此外,它只在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性.7,電流保護(hù)接線方式電流保護(hù)的接線方式就是指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次繞組之間的連接方式.( 1 )三相完全星型接線主要接線方式1 )三相完全星型接線方式如圖 2.17 所示,三個(gè)電流互感器與三個(gè)電流繼電器分別按相連接在一起,形成星型.三個(gè)繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)連接,相當(dāng)于或回路.三相星型接線方式的保護(hù)對(duì)各種故障,如三相,兩相短路,單相接地短路都能動(dòng)作.圖 2.17 完全星型接線圖 圖 2.18 不完全星形接線圖2 )相不完全星型接線方式兩相不完全星型接線方式如圖 2.18 所示.它與三相星形的保護(hù)的區(qū)別是能反應(yīng)各種相間短路,但 B 相發(fā)生單相短路時(shí),保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作.( 2 )各種接線方式在不同故障時(shí)的性能分析1 )中性點(diǎn)直接接地或非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路.前述三種接線方式均能反應(yīng)這些故障(除兩相電流接線不能保護(hù)變壓器外),不同之處在于動(dòng)作的繼電器數(shù)目不同,對(duì)不同類型和相別的相間短路,各種接線的保護(hù)裝置靈敏度有所不同.2 )中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的兩點(diǎn)接地短路圖 2.20 串聯(lián)內(nèi)線路上兩點(diǎn)接地的示意圖在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)(小接地電流)中,某點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí),只有不大的對(duì)地電容電流流經(jīng)故障點(diǎn),一般不需要跳閘,而只要給出信號(hào),由值班人員在不停電的情況下找出接地點(diǎn)并消除之,這樣就能提高供電的可靠性.因此,對(duì)于這種系統(tǒng)中的兩點(diǎn)接地故障,希望只切除一個(gè)故障.串聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地情況,如圖 2.20 所示,在 和 點(diǎn)發(fā)生接地短路,希望切除距電源遠(yuǎn)的線路.若保護(hù) 1 和保護(hù) 2 均采用三相星形接線時(shí),如果它們的整定值和時(shí)限滿足選擇性,那么,就能保證 100% 地只切除 BC 段線路故障.如采用兩相星形接線,則保護(hù)就不能切除 B 相接地故障,只能由保護(hù) 2 切除 BC 線路,使停電范圍擴(kuò)大.這種接線方式在不同相別的兩點(diǎn)接地組合中,只能有 2/3 的機(jī)會(huì)有選擇地后面的一個(gè)線路.放射性線路上兩點(diǎn)接地情況如圖 2.21 所示, 圖 2.21 放射性線路上兩點(diǎn)接地的示意圖在 點(diǎn)發(fā)生接地短路時(shí),希望任意切除一條線路即可.當(dāng)采用三相星型接線時(shí),兩套保護(hù)(若時(shí)限整定相同)均將起動(dòng).如采用兩相星型接線,則保護(hù)有 2/3 的機(jī)會(huì)只切除任一線路.因此,在放射性的線路中,兩相星型比三相星型應(yīng)用更廣泛.( 3 )各種接線方式的應(yīng)用三相星形接線方式能反應(yīng)各種類型的故障,保護(hù)裝置的靈敏度不因故障相別的不同而變化.主要應(yīng)用如下方面:1 )廣泛用于發(fā)電機(jī),變壓器,大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中.2 )用在中性點(diǎn)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(hù),同時(shí)也可保護(hù)單相接地(對(duì)此一般都采用專門的零序電流保護(hù)).3) 在采用其它更簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的接線方式不能滿足靈敏度的要求時(shí),可采用這種接線方式.兩相星形接線方式較為經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單,能反應(yīng)各種類型的相同短路.主要應(yīng)用于如下方面:1 )在中性點(diǎn)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(hù)在 10kv 以上,特別在 35kv非直接接地電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用.2 )在分布很廣的中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中,兩點(diǎn)接地短路常發(fā)生在放射型線路上.在這種情況下,采用兩相星形接線以保證有 2/3 的機(jī)會(huì)只切除一條線路(要使保護(hù)裝置均安裝在相同的兩相上,一般為 AC 相).如在6 10kv 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中對(duì)單相接地可不立即跳閘,允許運(yùn)行 2 小時(shí),因此在 610kv 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的過流保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用兩相星形接線方式.兩相電流差接線方式具有接線簡(jiǎn)單,投資較少等優(yōu)點(diǎn),但是靈敏性較差,又不能保護(hù) Y/ -11 接線變壓器后面的短路,故在實(shí)際應(yīng)用中很少作為配電線路的保護(hù).這種接線主要用在 6 10kv 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,作為饋電線和較小容量高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù).二,雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)1,方向性電流保護(hù)的工作原理在單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中,各個(gè)電流保護(hù)線路靠近電源的一側(cè),在發(fā)生故障時(shí),它們都是在短路功率的方向從母線流向線路的情況下,有選擇性地動(dòng)作,但在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中,如只裝過電流保護(hù)是不能滿足選擇性要求.( 2 )幾個(gè)概念1 ) 短路功率 :指系統(tǒng)短路時(shí)某點(diǎn)電壓與電流相乘所得到的感性功率.在不考慮串聯(lián)電容和分布電容在線路上短路時(shí),短路功率從電源流向短路點(diǎn).2 ) 故障方向 :指故障發(fā)生在保護(hù)安裝處的哪一側(cè),通常有正向故障和反向故障之分,它實(shí)際上是根據(jù)短路功率的流向進(jìn)行區(qū)分的.3 )功率方向繼電器 :用于判別短路功率方向或測(cè)定電壓電流間的夾角的繼電器,簡(jiǎn)稱方向元件.由于正反向故障時(shí)短路功率方向不同,它將使保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性.4 ) 方向性電流保護(hù) :加裝了方向元件的電流保護(hù).由于元件動(dòng)作具有一定的方向性,可在反向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖.2,方向過電流保護(hù)的原理接線圖方向過電流保護(hù)的原理接線圖如圖 2.25 ( a )所示 .圖 2.25 方向過電流保護(hù)的原理接線圖方向過電流保護(hù)是利用功率方向元件與過電流保護(hù)配合使用的 一種保護(hù)裝置,以保證在反方向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖起來而不致誤動(dòng)作.主要由方向元件 電流元件和時(shí)間元件組成.只有電流元件和功率方向元件同時(shí)動(dòng)作時(shí),保護(hù)裝置才能動(dòng)作于跳閘.3,功率方向繼電器的 90 接線方式( 1 )功率方向繼電器的接線方式由于功率方向繼電器的主要任務(wù)是判斷短路功率的方向,因此對(duì)其接線方式提出如下要求.1 )正方向任何形式的故障都能動(dòng)作,而當(dāng)反方向故障時(shí)則不動(dòng)作.2 )故障以后加入繼電器的電流和電壓 應(yīng)盡可能地大一些.并盡可能使 接近于最大靈敏度角 ,以便消除和減小方向繼電器的死區(qū).為了滿足以上要求,廣泛采用的功率方向繼電器接線方式為 90 接線方式.所謂 90 接線方式是指在三相對(duì)稱的情況下,當(dāng) cos =1 時(shí),加入繼電器的電流 和電壓 相位相差90 .( 2 )方向過電流保護(hù)裝置的接線圖1 )接線圖如圖 2.27 所示.電流繼電器 1 , 3 是起動(dòng)元件,功率方向繼電器 2 , 4 是方向元件.各相的電流繼電器和功率方向繼電器的觸點(diǎn)是串聯(lián)的.時(shí)間繼電器 5 使保護(hù)獲得必要的動(dòng)作時(shí)限,起觸點(diǎn)閉合可以跳閘和發(fā)出信號(hào).2 )按相起動(dòng)原則按相起動(dòng)原則是指接入同名相電流的電流繼電器和方向元件的觸點(diǎn)直接串聯(lián),而后再接入時(shí)間繼電器線圈的接線,3 )動(dòng)作特性功率方向繼電器采用 90 接線方式的保護(hù)裝置,主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):第一,對(duì)各種兩相短路都沒有死區(qū),因?yàn)槔^電器加入的是非故障相的線電壓,其值很高;第二,適當(dāng)?shù)剡x擇繼電器的內(nèi)角 后,對(duì)線路上發(fā)生的各種故障,都能保證動(dòng)作的方向性,且有較高的靈敏性.方向繼電器在一切故障情況下都能動(dòng)作的條件為兩相式接線適用于小接地電流系統(tǒng),作為各種形式相間短路的保護(hù),在大接地電流系統(tǒng)中,如果裝有專門的接地保護(hù),也以采用兩相式接線作為相間短路的保護(hù).4,對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)1 )方向性電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是在單電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和多電源輻射型電網(wǎng)中,都能保證動(dòng)作的選擇性.2 )理論上當(dāng)保護(hù)安裝地點(diǎn)附近正方向發(fā)生三相短路時(shí),由于母線電壓降低至零,保護(hù)裝置拒動(dòng),出現(xiàn)死區(qū).運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出,三相短路的幾率很小.3 )由于保護(hù)中采用了方向元件使接線復(fù)雜,投資增加,可靠性降低.因此,在應(yīng)用中如果保護(hù)裝置在起動(dòng)值,動(dòng)作時(shí)限整定以后,能夠滿足選擇性要求,就可以不用方向元件.例如:1 ,對(duì)電流速斷保護(hù)來講,如圖 2.28 的保護(hù) 7 ,如果反方向線路 CD 出口處 短路時(shí),由電源 供給的短路電流 ,那么,在反方向任何地點(diǎn)短路時(shí),保護(hù) 7 都不會(huì)誤動(dòng).即從整定值上躲開了反方向的,這時(shí)可以不用方向元件.2 ,對(duì)過電流保護(hù)來講,仍以上述保護(hù) 7 為例,如果其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限 大于保護(hù) 2 過電流保護(hù)的時(shí)限 ,即在在反方向發(fā)生短路時(shí),從時(shí)限上保證了動(dòng)作的選擇性,因此保護(hù) 7 可以不用方向元件(但保護(hù) 2 必須采用方向元件).方向過電流保護(hù),常用于 35KV 以下的兩側(cè)電源輻射型電網(wǎng)和單電源環(huán)型電網(wǎng)中作為主要保護(hù),在電壓為 35KV及 110KV 輻射型電網(wǎng),常常與電流速斷保護(hù)配合使用,構(gòu)成三段式方向電流保護(hù),作為線路相間短路的整套保護(hù).三,中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接 短路的零序電流及方向保護(hù)1, 接地短路時(shí)零序電流,零序電壓和功率的分布中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),接地短路電流很大.接地故障具有如下特點(diǎn):1 )故障帶內(nèi)的零序電壓最高,離故障點(diǎn)越遠(yuǎn),零序電壓越低.2 ) 零序電流的分布,決定于線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗及變壓器接地中性點(diǎn)的數(shù)目和位置,而與電源的數(shù)量和位置無關(guān).3 )故障線路零序功率的方向與正序功率的方向相反,是由線路流向母線的.4 )某一保護(hù)(如保護(hù) 1 )安裝地點(diǎn)處的零序電壓與零序電流之間(如 與 )的相位差取決于背后元件(如變壓器)的阻抗角,而與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無關(guān).2,零序電壓,電流過濾器( 1 )零序電流過濾器為取得零序電流,可以采用三個(gè)電流互感器按圖 2.31 ( a )的方式連接,此時(shí)流入繼電器中的電流為接地故障時(shí)流入繼電器的電流為零序電流,即在正常運(yùn)行和相間短路時(shí),零序電流濾過器 也存在一個(gè)不平衡電流 ,即它是由于三個(gè)互感器鐵心的飽和程度不同,以及制造過程中的某些差別而引起的.( 2 )零序電壓過濾器為了取得零序電壓,通常采用如圖 2.32 所示的三個(gè)單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器,其一次繞組接成星形并將中性點(diǎn)接地,二次繞組接成開口三角形.從 m,n 端子上得到的輸出電壓為發(fā)生接地故障時(shí),輸出電壓 U 為零序電壓,即正常運(yùn)行和電網(wǎng)相間短路時(shí),理想輸出 .實(shí)際上由于電壓互感器的誤差及三相系統(tǒng)對(duì)地不完全平衡,在開口三角形側(cè)也有電壓輸出,此電壓稱不平衡電壓,以 表示,即3, 零序電流速斷保護(hù)零序電流速斷保護(hù)又稱零序 I 段.( 1 )整定計(jì)算與相間短路的電流保護(hù)類似,零序電流速斷保護(hù)起動(dòng)值的整定原則如下:1 )躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流3 ,即 ( 2. 17 )2 )躲過斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)出現(xiàn)的零序電流 3 ,即( 2. 18 )根據(jù)式( 2. 17 ),式( 2. 18 )的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,先取其中的較大值作為保護(hù)裝置的整定值.3 )如果線路上采用單相自動(dòng)重合閘時(shí),零序電流速斷應(yīng)躲過非全相運(yùn)行又產(chǎn)生震蕩時(shí)出現(xiàn)的最大零序電流.4, 限時(shí)零序電流速斷保護(hù)限時(shí)零序電流速斷保護(hù)又稱段.( 1 ) 整定計(jì)算1 )動(dòng)作電流零序段的起動(dòng)電流應(yīng)與下一段線路的段保護(hù)相配合.當(dāng)該保護(hù)與下一段線路保護(hù)之間無中性點(diǎn)接地變壓器時(shí),該保護(hù)的起動(dòng)電流 為( 2.21 )下一段線路零序段保護(hù)的起動(dòng)值. 當(dāng)該保護(hù)與下一段線路保護(hù)有中性點(diǎn)接地變壓器時(shí),該保護(hù)的起動(dòng)電流為( 2.22 )在下一段相鄰線路保護(hù)零序段保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí),流過本保護(hù)裝置的零序電流計(jì)算值.2 )動(dòng)作時(shí)限零序段的動(dòng)作時(shí)限與相鄰線路保護(hù)零序段相配合,動(dòng)作時(shí)限一般取 0.5 秒.( 2 ) 靈敏度校驗(yàn)零序段的靈敏系數(shù),應(yīng)按本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流來校驗(yàn),并滿足 1.5 的要求,即= ( 2.23 )式中 本線路末端接地短路時(shí)的最小零序電流.5,零序過電流保護(hù)零序過電流保護(hù)又稱段保護(hù),它用于本線路接地故障的近后備保護(hù)和相鄰元件(線路,母線,變壓器)接地故障的后備保護(hù).在本線路零序電流保護(hù),段拒動(dòng)和相鄰元件的保護(hù)或開關(guān)拒動(dòng)時(shí)靠它來最終切除故障.在中性點(diǎn)接地電網(wǎng)中的終端線路上也可作為主保護(hù).( 1 )整定計(jì)算 躲開在下一條線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流 即( 2.24 )式中 可靠系數(shù),取 1.1 1.2 ;下一條線路出口處相間短路時(shí)的最大不平衡電流.與下一線路零序段相配合就是本保護(hù)零序段的保護(hù)范圍,不能超出相鄰線路上零序段的保護(hù)范圍.當(dāng)兩個(gè)保護(hù)之間具有分支電路時(shí)(有中性點(diǎn)接地變壓器時(shí)),起動(dòng)電流整定為( 2.25 )式中 可靠系數(shù),取 1.1 1.2 ;在相鄰線路的零序段保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí),流過本保護(hù)范圍的最大零序電流計(jì)算值.如與相鄰線路保護(hù)間有分支電路時(shí),則 取下一條相鄰線路零序段的起動(dòng)值.取,中最大者.( 2 ) 靈敏度校驗(yàn)1 )作為本線路近后備保護(hù)時(shí),按本線路末端發(fā)生接地故障時(shí)的最小零序電流 3 來校驗(yàn),要求 2 ,即( 2.26 )2 )作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí),按相鄰線路保護(hù)范圍末端發(fā)生接地故障時(shí),流過本保護(hù)的最小零序電流 3 來校驗(yàn),要求 1.5 即( 3 ) 動(dòng)作時(shí)限零序段電流保護(hù)的起動(dòng)值一般很小,在同電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生接地短路時(shí),都可能動(dòng)作.為保證選擇性,各保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限也按階梯原則來選擇.如圖 2.33 所示,只有在兩個(gè)變壓器間發(fā)生接地故障時(shí),才能引起零序電流,所以只有保護(hù) 4 , 5 , 6 才能采用零序保護(hù).圖 2.33 中同時(shí)示出了零序過電流保護(hù)和相間短路的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限,相比可知前者具有較小的動(dòng)作時(shí)限,這是它的優(yōu)點(diǎn)之一.6,方向性零序電流保護(hù)( 1 )構(gòu)成方向性零序電流保護(hù)時(shí)應(yīng)注意的問題1 )在多電源大接地電流系統(tǒng)中,每個(gè)變電站至少有一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地,以防止單相接地短路時(shí),非故障相產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓.2 )在圖 2.34 所示雙側(cè)電源供電系統(tǒng)中,它的兩側(cè)電源處的變壓器中性點(diǎn)均直接接地.如將 TM-1 側(cè)的電源去掉,則為單電源供電網(wǎng)絡(luò),在相間短路的電流保護(hù)中, TM-2 變壓器短路時(shí),短路電流不流過保護(hù) 1 .但在零序電流保護(hù)中, TM-2 變壓器短路時(shí),零序電壓側(cè)流過保護(hù) 1 .此時(shí),為了保證保護(hù) 1 動(dòng)作的選擇性,就須采用方向性零序電流保護(hù),這一點(diǎn)應(yīng)特別注意.即在零序電流保護(hù)正方向有中性點(diǎn)接地的變壓器的情況下,不管被保護(hù)線路的對(duì)側(cè)有無電源,為了防止保護(hù)的靈敏度過低和動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng),就須采用方向性零序電流保護(hù).(2) 動(dòng)作特性以圖 2.34 為例,在 點(diǎn)接地短路時(shí),一部分零序電流要經(jīng)過 TM-2 變壓器構(gòu)成回路,一部分零序電流要經(jīng)過TM-1 變壓器構(gòu)成回路.斷路器 1QF 4QF 處的零序電流保護(hù)均可能動(dòng)作,為保證動(dòng)作的選擇性, 2QF , 3QF 的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為 同理,在 點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí),要求 顯然,零序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限同時(shí)滿足這兩個(gè)條件是不可能的,必須加裝功率方向元件,構(gòu)成方向性零序電流保護(hù).( 3 )解決措施1 )假設(shè)母線零序電壓為正,零序電流由母線流向線路方向?yàn)檎?故障線路兩側(cè)零序電流的實(shí)際方向?yàn)樨?fù),零序功率為負(fù),非故障線路遠(yuǎn)離短路點(diǎn)側(cè)的零序電流也為負(fù),近短路點(diǎn)側(cè)零序電流的方向?yàn)檎?這時(shí)只須加裝反應(yīng)零序功率而動(dòng)作的繼電器就可保證選擇性.在 點(diǎn)接地,只需滿足 在 點(diǎn)接地,只需滿足即可保證選擇性.四,中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí),由于故障點(diǎn)的電流很小,而且三相之間的線電壓仍然保持對(duì)稱,對(duì)負(fù)荷供電沒有影響.在一般情況下都允許再繼續(xù)運(yùn)行 1 2h .因此單相接地時(shí),一般只要求繼電保護(hù)有選擇地發(fā)出信號(hào),而不必跳閘.1,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地的特點(diǎn)( 1 )單電源單線路系統(tǒng)的單相接地如圖 2.39 所示的單電源單線路系統(tǒng),在正常運(yùn)行情況下,三相對(duì)地有相同的電容 ,在相電壓 作用下,每相都有一個(gè)電容電流 流入地中,而三相電流之和等于零.即 在 A 相接地時(shí)(圖 2.40 ),各相對(duì)地的電壓為 故障相電壓為零,非故障相對(duì)地電壓升高為原來的 倍.因此,故障點(diǎn) D 的零序電壓為可見,故障點(diǎn)的零序電壓 大小與相電壓 相等.各相對(duì)地電容電流為 其有效值為從接地點(diǎn)流回的電流 為即為正常運(yùn)行時(shí),三相對(duì)地電容電流的算術(shù)和.( 2 )單電源多線路系統(tǒng)的單相接地如圖 2.41 所示,當(dāng)線路 A 相接地時(shí),電容電流分布在圖中用 表示. 類似于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的分析,在此接地電流 為有效值式中 全系統(tǒng)每相對(duì)地電容的總和.從分析各元件(發(fā)電機(jī)出線端,線路始端的)電流互感器所反應(yīng)的零序電流可得如下結(jié)論:1 )單相接地時(shí),全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓,而短路點(diǎn)的零序電壓在數(shù)值上為相電壓 ;2 ) 在非故障元件上有零序電流,其數(shù)值等于本相原對(duì)地電容電流,電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛赡妇€流向線路;3 )在故障元件上,零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之相量和,電容性無功功率的實(shí)際方向?yàn)橛删€路流向母線.2,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的接地保護(hù)根據(jù)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的的但相接地時(shí)的以上特點(diǎn),可構(gòu)成相應(yīng)的各種保護(hù).( 1 )零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)是利用故障線路另序電流較非故障線路為大的特點(diǎn),來實(shí)現(xiàn)有選擇性地發(fā)出信號(hào)或動(dòng)作于跳閘的保護(hù)裝置.零序電流保護(hù)的原理接線圖如圖 2.42 所示,保護(hù)裝置由零序電流互感器 和零序電流繼電器 所組成. 零序電流保護(hù)裝置的起動(dòng)電流 必須大于本線路的零序電容電流(即非故障時(shí)本身的電容電流),即零序電流保護(hù)裝置的靈敏度,可以按被保護(hù)線路上發(fā)生接地故障時(shí)流經(jīng)保護(hù)的最小零序電流(即為全網(wǎng)絡(luò)中非故障線路電容電流的總和)來校驗(yàn),靈敏系數(shù)為由上式可見,當(dāng)系統(tǒng)出線越多時(shí),全網(wǎng)絡(luò)的電流越大;或被保護(hù)線路的電容電流越小時(shí),零序電流保護(hù)的靈敏系數(shù)就越容易滿足要求.( 2 )方向性零序電流保護(hù)在出線較少的情況下,非故障線路零序電流與故障線路零序電流差別可能不大,采用零序電流保護(hù)靈敏度很難滿足要求.此時(shí)可采用方向性零序電流保護(hù).由上節(jié)分析可知,中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí),非故障線路零序電流超前零序電壓 ;故障線路零序電流滯后零序電壓 .因此,利用零序功率方向繼電器可明顯區(qū)分故障線路和非故障線路.此時(shí),方向性零序電流保護(hù)的接線和工作原理與大電流接地系統(tǒng)的方向性零序電流保護(hù)極為類似,只是在使用中應(yīng)注意相應(yīng)的零序功率方向繼電器要采用正極性接入方式接入 3 和 3 ,且最大靈敏角為 90 度.4,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地的特點(diǎn)在 3 6KV 電網(wǎng)中,如果單相接地時(shí)接地電容電流的總和大于 30A , 10KV 電網(wǎng)大于 20A , 22 66KV電網(wǎng)大于 10A ,那么單相接地短路會(huì)過渡到相間短路,因此在電源中性點(diǎn)需加裝一個(gè)電感線圈.單相接地時(shí)用它產(chǎn)生的感性電流,去補(bǔ)償全部或部分電容電流.這樣就可以減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流,避免在接地點(diǎn)燃起電弧,把這個(gè)電感線圈稱為消弧線圈.在圖 2.43 所示電網(wǎng)中,在電源中性點(diǎn)接入一消弧線圈.當(dāng)線路上 A 相接地時(shí)的電流分布如圖 2.43 所示,與圖 2.41 相比,不同之處是在接地點(diǎn)又增加了一個(gè)電感分量的電流 ,因此,從中性點(diǎn)流回的總電流為消弧線圈的電流,設(shè)用 L 表示它的電感,則 .由于 和 的相位大約相差 ,因此 將因消弧線圈的補(bǔ)償而減少.根據(jù)對(duì)電容電流的補(bǔ)償程度不同,消弧線圈可以有完全補(bǔ)償,欠補(bǔ)償及過補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式.( 1 )完全補(bǔ)償法完全補(bǔ)償就是使 ,接地點(diǎn)的電流 近似為零,從消除故障點(diǎn)電弧,避免出現(xiàn)弧光過電壓的角度來看,這種補(bǔ)償方式是最好的.但是由于對(duì)于 交流電感 L 和三相對(duì)地電容 將產(chǎn)生串聯(lián)諧振,從而使電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓嚴(yán)重升高,這是不允許的,因此在實(shí)際上不能采用這種方式.( 2 )欠補(bǔ)償法欠補(bǔ)償法就是使 ,補(bǔ)償后的接地點(diǎn)電流仍然是電容性的.如果系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化,當(dāng)某個(gè)元件被切除或因故障跳閘,則電容電流就將減少,很可能又出現(xiàn) 的情況.和( 1 )有相同的缺點(diǎn).因此這種方式一般也是不采用的.這里順便說明,一般在電力網(wǎng)中欠補(bǔ)償方式是不采用的.( 3 )過補(bǔ)償法過補(bǔ)償法就是使 補(bǔ)償后的殘余電流是電感性的.采用這種方式不可能發(fā)生串聯(lián)諧振的過電壓?jiǎn)栴},因此在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用.大于 的程度用脫諧度 P 來表示,其關(guān)系為一般選擇脫諧度 P 為 5% 10% ,而不大于 10% .采用過補(bǔ)償時(shí),由于 ,所以 的實(shí)際方向與圖 2.43 所示的方向相反.距離保護(hù),就是一種可以滿足高壓電網(wǎng)發(fā)展要求的新原理保護(hù),它可以在任何形式的電網(wǎng)中選擇性地切除故障.并且有足夠的快速性和靈敏性.第三章 電網(wǎng)的距離保護(hù)一, 距離保護(hù)的概念距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離,并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)裝置.測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離,實(shí)際上是測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的阻抗大小,故有時(shí)又稱阻抗保護(hù).正常運(yùn)行時(shí),保護(hù)安裝處測(cè)量到的線路阻抗為負(fù)荷阻抗 , 即當(dāng)發(fā)生線路故障時(shí),母線測(cè)量電壓為 ,輸電線路上測(cè)量電流為 ,這時(shí)的測(cè)量阻抗為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的短路阻抗 ,即在短路以后.母線電壓下降,而流經(jīng)保護(hù)安裝處的電流增大,這樣短路阻抗 比正常時(shí)測(cè)量到的 大大降低,距離保護(hù)的實(shí)質(zhì)是用整定阻抗 與被保護(hù)線路的測(cè)量阻抗 比較.如圖 3.1 所示當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以內(nèi)時(shí),即當(dāng) 時(shí)保護(hù)動(dòng)作;當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時(shí),即當(dāng) 時(shí),保護(hù)不動(dòng)作.因此,距離保護(hù)又叫低阻抗保護(hù) .2,距離保護(hù)的時(shí)限特性距離保護(hù)是利用測(cè)量阻抗來反應(yīng)保護(hù)安裝處到至短路點(diǎn)這間距離的,為了保證選擇性,獲得廣泛應(yīng)用的是階梯型時(shí)限特性,這種時(shí)限特性與三段式電流保護(hù)的時(shí)限特性相同.距離保護(hù)第段是瞬間動(dòng)作的,其動(dòng)作時(shí)限 僅為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間.為了與下一條線路保護(hù)的段有選擇性地配合,兩者保護(hù)范圍不能重疊,因此,三段的保護(hù)范圍不能延伸到下一線路中去,而為本線路全長(zhǎng)的 80%85% ,即段的動(dòng)作阻抗整定為 80%85% 線路全長(zhǎng)的阻抗.為了有選擇性地動(dòng)作,距離段的動(dòng)作時(shí)限和起動(dòng)值要與相鄰下一條線路保護(hù)的段和段相配合.根據(jù)相鄰線路之間選擇性地配合的原則:如兩者的保護(hù)范圍重疊,則兩保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限整定不同;如動(dòng)作時(shí)限相同,則保護(hù)范圍不能重疊.距離段為本線路和相鄰線路(元件)的后備保護(hù),其動(dòng)作時(shí)限 的整定原則與過電流保護(hù)相同,即大于下一條變電站母線出線保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限一個(gè) ,其動(dòng)作阻抗應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗來整定.3, 距離保護(hù)的主要組成元件距離保護(hù)裝置一般由以下五個(gè)主要元件組成.1 )起動(dòng)元件當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí),起動(dòng)元件瞬間起動(dòng)保護(hù)裝置,以判斷線路是否發(fā)生了故障,并兼有后備保護(hù)的作用.通常起動(dòng)元件采用過電流繼電器或阻抗繼電器.為了提高元件的靈敏度,也可采用反應(yīng)負(fù)序電流或零序電流分量的復(fù)合濾過器來作為起動(dòng)元件.2 )測(cè)量元件用來測(cè)量保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)之間的距離,并判斷短路故障的方向.通常采用帶方向性的阻抗繼電器作測(cè)量元件.如果阻抗繼電器是不帶方向性的,則需增加功率方向元件來判別故障的方向.3 )時(shí)間元件用來建立距離保護(hù) II 段, III 段的動(dòng)作時(shí)限,以獲得其所需要的動(dòng)作時(shí)限特性.通常采用時(shí)間繼電器或延時(shí)電路作為時(shí)間元件4 )振蕩閉鎖元件用來防止當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí),距離保護(hù)的誤動(dòng)作.在正常運(yùn)行或系統(tǒng)振蕩時(shí),振蕩閉鎖元件將保護(hù)閉鎖,而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),解除閉鎖開放保護(hù),使保護(hù)裝置根據(jù)故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近有選擇性地動(dòng)作.5 )電壓回路斷線失壓閉鎖元件用來防止電壓互感器二次回路斷線失壓時(shí),引起阻抗繼電器的誤動(dòng)作.二, 阻抗繼電器及其動(dòng)作特性阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件,它主要用來作測(cè)量元件,也可以作起動(dòng)元件和兼作功率方向元件.1,阻抗繼電器的特性按相測(cè)量阻抗繼電器稱為單相式阻抗繼電器,加入繼電器的只有一個(gè)電壓 和一個(gè)電流 .由于電壓與電流之比是阻抗,即 ,所以測(cè)量阻抗電壓和電流來實(shí)現(xiàn). 繼電器動(dòng)作情況取決于 的值(即測(cè)量阻抗),當(dāng)測(cè)量阻抗 小于預(yù)定的整定值 時(shí)動(dòng)作,大于整定值時(shí)不動(dòng)作.運(yùn)行中的阻抗器是接入電流互感器 TA 和電壓互感器 TV 的二次側(cè),其測(cè)量阻抗與系統(tǒng)一次側(cè)阻抗之間的關(guān)系為( 3.1 )對(duì)于單相阻抗繼電器的動(dòng)作范圍,原則上在阻抗復(fù)數(shù)平面上用一個(gè)小方框可以滿足要求.但是當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電 阻存在時(shí),阻抗繼電器的測(cè)量阻抗將不在幅角為 的直線上,此外,應(yīng)電壓互感器,電流互感器都存在角誤差,使測(cè)量阻抗角發(fā)生變化.所以,要求阻抗繼電器的動(dòng)作范圍不是以 為幅角的直線,而應(yīng)將其動(dòng)作范圍擴(kuò)大,擴(kuò)大為一個(gè)面或圓(但整定值不變).3,全阻抗繼電器( 1 )全阻抗繼電器的動(dòng)作特性全阻抗繼電器動(dòng)作邊界的軌跡在復(fù)數(shù)阻抗平面上是一個(gè)以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心(相當(dāng)于繼電器安裝點(diǎn)),以整定阻抗 為半徑的圓,如圖 3.10 所示,圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū),圓外為非動(dòng)作區(qū).其特點(diǎn)如下:1 )無方向性. 當(dāng)測(cè)量阻抗位于圓外時(shí),不滿足動(dòng)作條件,繼電器不動(dòng)作;當(dāng)測(cè)量正好位于圓周上時(shí),處于臨界狀態(tài),繼電器剛好動(dòng)作,對(duì)應(yīng)此時(shí)的阻抗就是繼電器的起動(dòng)阻抗 ;當(dāng)保護(hù)正方向短路時(shí),測(cè)量阻抗位于第象限,當(dāng)保護(hù)反方向短路時(shí),測(cè)量阻抗位于第象限,但保護(hù)的動(dòng)作行為與方向無關(guān),只要測(cè)量阻抗小于整定阻抗,落在動(dòng)作特性圓內(nèi),阻抗繼電器就動(dòng)作.2 ) 無論