電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理2ppt課件

1、第二章 電網(wǎng)的電流保護(hù) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護(hù) 中性點(diǎn)接地電網(wǎng)接地短路的零序電流及方向保護(hù) 中性點(diǎn)非接地電網(wǎng)單相接地故障時(shí)零序電壓電流及方向保護(hù) 1.單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù) 電流繼電器 電流速斷保護(hù) 限時(shí)電流速斷保護(hù)定時(shí)限過電流保護(hù) 階段式電流保護(hù)裝置電流保護(hù)的接線方式 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，輸電線路上流過負(fù)荷電流，額定情況下，母線電壓為額定電壓。 當(dāng)輸電線路發(fā)生相間短路時(shí)，各電源至短路點(diǎn)之間的回路上流過短路電流，故障相母線電壓降低為殘余電壓。利用這一特征反應(yīng)故障的發(fā)生，可構(gòu)成電流電壓保護(hù)。 電流保護(hù)就是在輸電線路中電流達(dá)到電流整定值時(shí)電流繼電器

2、動作。常見的輸電線路相間短路電流保護(hù)有電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)。 電流繼電器 電流繼電器是電流保護(hù)的基本元件，反應(yīng)于電流的增大而動作。 使電流繼電器臨界動作的電流值稱為動作電流。在繼電保護(hù)動作使斷路器跳開切除了故障后，線路中的電流大小迅速減小，為了使繼電器能夠盡快復(fù)歸，以準(zhǔn)備應(yīng)對下一次故障，電流繼電器應(yīng)該在電流下降到一定值時(shí)復(fù)歸到正常狀態(tài)，亦即返回。在電流下降過程中，使電流繼電器臨界返回的電流值稱為返回電流。電流繼電器的返回電流小于動作電流，二者的比值稱為返回系數(shù): 電流繼電器的返回系數(shù)一般取值為0.850.9。 oprereIIk&=TAMI0V濾波整流比較U

3、g3ms/00/ 12ms輸出1 2 3 4UgU1U2 10mst(ms)t(ms)U3 t(ms)U4t(ms)集成電路型電流繼電器U 在如圖2-1-a所示單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)中，變電所A、B、C都裝設(shè)有電流保護(hù)，在線路L1上任意一點(diǎn)發(fā)生的短路故障，A站保護(hù)1應(yīng)可靠起動，并跳開斷路器1QF，切除故障。同理，對于線路L2和L3上的短路故障，B、C站保護(hù)2、3應(yīng)分別起動并跳開2QF、3QF。 L 1 3 2 1QF 2QF 3QF A B C IL.max.1 L1 IL.max.2 L2 L3 （a） k3 I(2)k.min I(3)k.max Iact.1.I I(3)k.B.max Ia

4、ct.1.II Iact.2.I Lmin% Lmax% L Ik IOP （b） （c） t L t1.III t t2.III t t3.III t1.I t2.I t t1.III t2.III 圖 2-1 電流保護(hù)原理與特性示意圖 t1.II t2.II （d） k2 k1 當(dāng)系統(tǒng)中某一點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，穩(wěn)態(tài)短路電流為： 當(dāng)系統(tǒng)中某一點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)，穩(wěn)態(tài)短路電流為： 式中: E系統(tǒng)等效相電勢，常采用平均電壓Uave； ； X=Xs+Xk從等效電源到短路點(diǎn)的阻抗，其中,Xs為等效 電源阻抗，Xk為短路阻抗。3skEE()kXXXI=23322skEE()kXXXI= 不同的系統(tǒng)運(yùn)行方式

5、下，Xs取值不同。對應(yīng)于系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式，Xs分別取為最小系統(tǒng)阻抗Xs.min和最大系統(tǒng)阻抗Xs.max ，此時(shí)的短路電流分別為最大短路電流Ik.max和最小短路電流Ik.min 。常用的有最大三相短路電流I(3)k.max 、最小三相短路電流I(3)k.min和最小兩相短路電流I(2)k.min 。圖2-1-b所示兩條曲線分別表示在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路I(3k.max和最小運(yùn)行方式下兩相短路電流I(2)k.min關(guān)于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處距離L的曲線，即短路電流曲線。 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)可作為快速切除被保護(hù)元件出口處的嚴(yán)重短路故障的保護(hù)，其動作不帶時(shí)限，僅有保護(hù)裝置的固

6、有動作時(shí)間。以圖2-1-（a中線路AB的保護(hù)1為例，為保證選擇性，在相鄰線路BC出口短路時(shí)，保護(hù)1瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不應(yīng)起動，為此其動作電流應(yīng)躲過線路末端B點(diǎn)的最大短路電流，因此瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動作電流按躲過本線路末端短路時(shí)流過保護(hù)的最大短路電流來整定，即式中 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動作電流； krel可靠系數(shù)，取1.21.3； I(3)k.B.max被保護(hù)線路末端短路時(shí)，流過保護(hù)的最大短路電流。 max.1 .BkIrelIsetIKIIsetI1 .電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍 從圖2-1-（b可以看出，瞬時(shí)電流速斷不能保護(hù)線路全長，只能保護(hù)線路首端的一部分，最大運(yùn)行方式發(fā)生三相短路時(shí)，保護(hù)區(qū)長度為

7、Lmax；最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)，保護(hù)區(qū)長度為Lmin，保護(hù)范圍因系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障形式而改變。電流速斷保護(hù)的靈敏度用保護(hù)范圍百分比來表示。一般要求最大保護(hù)范圍達(dá)線路全長的50，最小保護(hù)范圍達(dá)線路全長的1520。 保護(hù)1最小保護(hù)范圍可按下式計(jì)算：act 1132mins.maxAB. .IUL%xxI=電流速斷保護(hù)的單相原理接線電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖所示，電流繼電器KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器KM，其觸點(diǎn)閉合后，使操作電源經(jīng)信號繼電器KS接通斷路器的跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘。QF YR QF1 TA KA KM 圖 2-2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理

8、接線圖 k KS 信號 電流速斷保護(hù)中間繼電器的作用 中間繼電器的作用是： 電流繼電器KA的接點(diǎn)容量比較小，不能直接接通跳閘線圈YR，電流繼電器動作后起動中間繼電器KM，再由中間繼電器的觸點(diǎn)容量大去跳閘； 當(dāng)線路裝設(shè)有管型避雷器時(shí)，利用中間繼電器的固有動作時(shí)間約0.1s），防止管型避雷器放電時(shí)引起瞬時(shí)電流速斷保護(hù)誤動作。 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)簡單可靠，動作迅速，但不能保護(hù)線路全長，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，必須與限時(shí)電流速斷共同構(gòu)成線路的主保護(hù)。 限時(shí)電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù) 限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)為線路的全長，其保護(hù)范圍必然要延伸到相鄰線路的一部分，并保證其保護(hù)范圍不超過相鄰線路

9、的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，它的動作電流應(yīng)按躲過相鄰線路瞬時(shí)電流速斷的動作電流來整定。對圖2-1-（a中保護(hù)1，應(yīng)為 式中 Iact.1.II保護(hù)1限時(shí)電流速斷的動作電流； Iact.2.I下一級線路瞬時(shí)電流速斷的動作電流； krel可靠系數(shù)，取1.11.2。 act 1relact 2. .II. .IIk I=限時(shí)電流速斷保護(hù)動作時(shí)限 為保證選擇性，限時(shí)電流速斷應(yīng)有時(shí)限，其動作時(shí)限t1。II應(yīng)比相鄰線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動作時(shí)間t2.I約0.1s大一個(gè)t，即限時(shí)電流速斷保護(hù)裝置的單相原理接線圖如圖所示，其電流繼電器KA和時(shí)間繼電器KT按限時(shí)電流速斷保護(hù)整定。 tttIII=. 2. 1QF YR

10、QF1 TA KA KT KT 圖 1-3 電流保護(hù)單相原理圖 k KS 信號 限時(shí)電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù) 在線路末端校驗(yàn)保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的靈敏系數(shù)：式中 Iact.1.II被校驗(yàn)保護(hù)1的II段動作電流， I(2)k.B.min在校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生最小兩相短路時(shí)，流過被校驗(yàn)保護(hù)的短路電流。如果靈敏度不能滿足要求時(shí)，可考慮與下線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)相配合，其動作時(shí)限也必須比下一線路的限時(shí)電流速斷大一個(gè)t，以保證選擇性。 2ksenact 11 31 5().B.min. .IIIk. .I=定時(shí)限過電流保護(hù) 電流保護(hù)的動作條件是流過保護(hù)的電流達(dá)到保護(hù)的動作值Iact，過

11、電流保護(hù)應(yīng)保證流過正常運(yùn)行時(shí)可能的最大負(fù)荷電流IL.max保護(hù)可靠不誤動。 過電流保護(hù)動作電流Iact通常按躲開最大負(fù)荷電流整定。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)應(yīng)可靠不誤動，在其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，反應(yīng)于短路電流而動作。其保護(hù)范圍不僅能覆蓋本線路的全長，而且也能覆蓋相鄰線路的全長。 以圖2-1-（a所示單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)為例。線路L1的過電流保護(hù)動作值Iact.1.III應(yīng)躲過正常運(yùn)行最大負(fù)荷電流ILmax ： act 1 . .IIIL.maxII 當(dāng)相鄰元件三相短路故障切除后，負(fù)荷自起動時(shí)，保護(hù)1在最大自起動電流IMs.max下應(yīng)可靠地返回。所以，保護(hù)1的返回電流Ire應(yīng)滿足： 引入可靠系數(shù)kk，

12、可選擇返回電流滿足： 動作電流與返回電流之間滿足關(guān)系： Ms.maxreIIMs.maxrerelIk I=act 1Ms.max1rel. .IIIrererekIIIkk= 所以，過電流保護(hù)的動作電流可整定為：krel可靠系數(shù)，一般采用1.151.25； kMs自起動系數(shù)，由負(fù)荷性質(zhì)決定，其數(shù)值大于或等于1； kre返回系數(shù)，一般采用0.85。這樣整定的過電流保護(hù)一般都很靈敏，當(dāng)線路L3上k3點(diǎn)短路時(shí)，短路電流由電源經(jīng)線路L1、L2至短路點(diǎn)。短路電流經(jīng)過的各線路的過電流保護(hù)可能都會起動。按選擇性的要求，此時(shí)應(yīng)由保護(hù)裝置3動作，使斷路器 3QF跳閘。故障切除后，短路電流消失，各保護(hù)裝置都返回

13、。 過電流保護(hù)的動作電流整定Mact 11rels. .IIIreL.maxrerek kIIIkk=過電流保護(hù)靈敏系數(shù)校驗(yàn)過電流保護(hù)的靈敏度是用靈敏系數(shù)來校驗(yàn)的，靈敏系數(shù)就是在被保護(hù)元件靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，流過繼電保護(hù)的最小短路電流與動作電流之比，即式中 ksen靈敏系數(shù)； I(2)k.min靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)兩相短路時(shí)流過繼電器的最小短路電流； Iact保護(hù)的動作電流。過電流保護(hù)作為本線路后備保護(hù)時(shí)，靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)在本線路末端，此時(shí)，要求ksen1.5；作為相鄰線路遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)在相鄰元件末端，此時(shí)要求ksen1.2。過電流保護(hù)一般作為后備保護(hù)，可采用瞬時(shí)電流速斷和限時(shí)電

14、流速斷作為線路的主保護(hù)。 2ksenact().minIkI=過電流保護(hù)的動作時(shí)間整定 為保證過電流保護(hù)的選擇性，各保護(hù)裝置應(yīng)具有不同的動作時(shí)間，即： t1 t2 t3 引入時(shí)間級差t，使 t1= t2+ t，t2= t3+ t 為了降低整個(gè)電網(wǎng)保護(hù)的動作時(shí)間，在滿足選擇性的前提下，t應(yīng)盡量小，可按下式確定： t= tDL+ te.(+)+te.(-)+ t 式中 tDL斷路器跳閘時(shí)間； te.(+)下一級保護(hù)裝置動作時(shí)間的正誤差； te.(-)本級保護(hù)裝置動作時(shí)間的負(fù)誤差； t時(shí)間裕度。 根據(jù)斷路器和繼電器的型式不同，t在0.350.6s之間，一般取0.5s。 階梯時(shí)限特性 圖2-1-（c為

15、定時(shí)限過電流保護(hù)裝置動作時(shí)間特性圖。圖中，從用戶到電源，各保護(hù)裝置的動作時(shí)間逐級增加，稱為階梯時(shí)限特性。這一整定過電流保護(hù)的動作時(shí)間的方法稱為階梯原則。當(dāng)下一級相鄰元件不止一個(gè)時(shí)，過電流保護(hù)的動作時(shí)間應(yīng)比每一個(gè)相鄰元件保護(hù)的動作時(shí)限至少大一個(gè)t，這樣才能充分保證保護(hù)的選擇性。 過電流保護(hù)階梯時(shí)限特性 圖2-1-（c為定時(shí)限過電流保護(hù)裝置動作時(shí)間特性圖。圖中，從用戶到電源，各保護(hù)裝置的動作時(shí)間逐級增加，稱為階梯時(shí)限特性。這一整定過電流保護(hù)的動作時(shí)間的方法稱為階梯原則。當(dāng)下一級相鄰元件不止一個(gè)時(shí)，過電流保護(hù)的動作時(shí)間應(yīng)比每一個(gè)相鄰元件保護(hù)的動作時(shí)限至少大一個(gè)t，這樣才能充分保證保護(hù)的選擇性。 由于

16、過電流保護(hù)的動作時(shí)間是按階梯原則進(jìn)行整定的，在靠近電源處的過電流保護(hù)的動作時(shí)限可能較長，所以，過電流保護(hù)一般不能作為主保護(hù)，而是作為本線路的近后備保護(hù)和相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的單相原理接線圖 定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的單相原理接線圖及其動作情況可參考圖2-2，其中，電流繼電器KA和時(shí)間繼電器KT按定時(shí)限過電流保護(hù)整定。 圖2-2定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的單相原理接線圖QF YR QF1 TA KA KT KT 圖 1-3 電流保護(hù)單相原理圖 k KS 信號 電流保護(hù)的接線方式 電流保護(hù)的接線方式是指電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式?；蛘哒f，就是如何把三相電流互感器二

17、次電流Ia、Ib、Ic構(gòu)成三相繼電器電流Ika、Ikb、Ikc。常用的相間短路接線方式有： 三相完全星形接線; 兩相不完全星形接線。三相完全星形接線和兩相不完全星形接線QF TA 圖 2-24 三相星形接線方式原理圖接線圖 I1 I2 I3 aI& bI& cI& abcI I I & & & A B C QF TA 圖 2-25 兩相星形接線方式原理圖接線圖 I1 I3 aI& cI& acI I & & A B C 兩種接線方式在各種故障時(shí)的性能分析比較 (1) 對中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中的各種相間

18、短路 這兩種接線方式均能正確反應(yīng)這些故障，不同之處僅在于動作的繼電器數(shù)不一樣三相完全星形接線方式在各種兩相短路時(shí)，均有兩個(gè)繼電器動作，而兩相不完全星形接線方式在AB和BC相間短路時(shí)只有一個(gè)繼電器動作。 (2) 對中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的兩點(diǎn)接地短路 由于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行。因此，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。 如果兩個(gè)接地點(diǎn)分別在串聯(lián)的兩條線路上，三相完全星形接線可以保證切除后面一條線路，停電范圍較小。兩相不完全星形接線則只能保證三分之二的機(jī)會切除后面一條線路。 在同一變電所引出的放射形線路上，發(fā)生兩點(diǎn)接地短路時(shí)，希望任意切除其中一條線路。當(dāng)保護(hù)1和2均采用三相星形接線

19、時(shí)，兩套保擴(kuò)都會起動，如果保護(hù)l和保護(hù)2的時(shí)限相同，保護(hù)l和2可能同時(shí)動作切除兩條線路。如果采用兩相星形接線，即使保護(hù)l和保護(hù)2的時(shí)限相同，它也能保證有三分之二的機(jī)會只切除一條線路。 (3) 對Y，d接線變壓器后面的兩相短路 當(dāng)過電流保護(hù)安裝在變壓器的一次側(cè)，作為二次側(cè)線路故障的后備保護(hù)時(shí)，當(dāng)二次側(cè)發(fā)生兩相相間故障時(shí)，變壓器二次側(cè)有兩相流過大小相等方向相反的故障電流，在變壓器一次側(cè)則三相中都流過故障電流，其中一相中的故障電流較大，且正好等于另外兩相中的故障電流的2倍，當(dāng)二次側(cè)故障相別不同時(shí)，一次側(cè)故障電流較大的相別也不同，例如，對于Yd/11接法的降壓變壓器，如果二次側(cè)為AB相間故障，則一次側(cè)

20、B相的故障電流較大，這樣，如果保護(hù)是采用三相星形接線，則接于B相上的電流繼電器中流過的電流是其它兩相電流的2倍，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，由于B相上沒有裝設(shè)電流繼電器，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。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以在兩相星形接線的中線上再接入一個(gè)電流繼電器，其中流過的電流為，其大小等于電流，利用這個(gè)繼電器能夠提高靈敏系數(shù)。 對Y，d接線變壓器后面的兩相短路YAI& CI& YBI& YCI& BI&AI&aI& bI& cI

21、& 圖 對 Y，d 接線變壓器后面的兩相 AB 短路 k（AB） 電流向量圖 圖 電流向量圖 BI&AI&1CI& 1AI& 1BI& 2CI& 2AI& 2BI& 2YCI& 1YCI& 2YAI& 1YAI& 2YBI& 1YBI&YAI& YCI& YBI&繼電器電流構(gòu)成ITA 接線方式 IA.K IB.K IC.K 接線系數(shù) 備注 完全星型接線 IA IB IC 1 能反應(yīng)各種相間短路和單相接地短路 不完全星型接線 IA 無TA IC 1 簡單

22、、經(jīng)濟(jì)，反應(yīng)Y/變壓器二次側(cè)相間短路時(shí)，靈敏度下降為二分之一 階段式電流保護(hù)裝置階段式電流保護(hù)裝置為了迅速、可靠地切除線路的故障，可采用三段式電流保護(hù)。通常，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)為I段，限時(shí)電流速斷保護(hù)為II段，定時(shí)限過電流保護(hù)為III段，I、II段共同構(gòu)成主保護(hù)，III段作為后備保護(hù)。對于電網(wǎng)的末端線路也可只用兩段I+III或II+III），或只裝帶0.5s時(shí)限的過電流保護(hù)。圖2-1說明了三段式電流保護(hù)各段動作電流、保護(hù)范圍及動作時(shí)限的配合情況。由圖可見，正常情況下，在被保護(hù)線路的首端發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)I段瞬時(shí)動作，在被保護(hù)線路末端故障時(shí)，保護(hù)II段帶0.5s延時(shí)切除故障，III段作為后備，裝設(shè)三

23、段式電流保護(hù)的線路，可以在0.5s內(nèi)切除故障，實(shí)現(xiàn)全線速動，并能夠?qū)崿F(xiàn)近、遠(yuǎn)后備。 L 1 3 2 1 Q F 2 Q F 3 Q F A B C IL .m ax.1 L1 IL .m ax .2 L2 L3 （ a） k3 I(2 )k .m in I(3 )k .m ax Iact.1.I I(3 )k .B .m ax Iact.1.II Iact.2.I Lm in% Lm ax% L Ik IO P （ b） （ c） t L t1 .III t t2.III t t3.III t1 .I t2.I t t1 .III t2 .III 圖 2 -1 電 流 保 護(hù) 原 理 與 特

24、性 示 意 圖 t1 .II t2.II （ d） k2 k1 2 2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護(hù)電網(wǎng)相間短路的方向性電流電壓保護(hù) 2.12.1方向性電流保護(hù)的工作原理方向性電流保護(hù)的工作原理在雙側(cè)電源線路或環(huán)網(wǎng)線路中，線路兩端都裝設(shè)在雙側(cè)電源線路或環(huán)網(wǎng)線路中，線路兩端都裝設(shè)有斷路器和繼電保護(hù)裝置。以圖有斷路器和繼電保護(hù)裝置。以圖2-42-4所示雙側(cè)所示雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)為例，當(dāng)電源供電網(wǎng)絡(luò)為例，當(dāng)k1k1發(fā)生短路時(shí)，要求保發(fā)生短路時(shí)，要求保護(hù)護(hù)1 1、2 2動作斷開斷路器動作斷開斷路器1QF1QF、2QF2QF；在；在k2k2點(diǎn)發(fā)生點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，要求保護(hù)短路時(shí)，要求保護(hù)3 3、4 4動作

25、斷開斷路器動作斷開斷路器3QF3QF、4QF4QF。對過電流保護(hù)，當(dāng)。對過電流保護(hù)，當(dāng)k1k1點(diǎn)短路時(shí)，按選擇點(diǎn)短路時(shí)，按選擇性的要求，作為后備，應(yīng)該是保護(hù)性的要求，作為后備，應(yīng)該是保護(hù)2 2動作而不動作而不是保護(hù)是保護(hù)3 3，必須有，必須有t3t3t2t2；而當(dāng)；而當(dāng)k2k2點(diǎn)短路時(shí)，點(diǎn)短路時(shí)，則要求保護(hù)則要求保護(hù)3 3先于保護(hù)先于保護(hù)2 2動作，必須有動作，必須有t2t2t3t3。顯然，這是互相矛盾的。顯然，這是互相矛盾的?？梢?，這種情況下，僅憑時(shí)限保證選擇性的定時(shí)可見，這種情況下，僅憑時(shí)限保證選擇性的定時(shí)限的要求，必須增加方向元件，使保護(hù)具有方限的要求，必須增加方向元件，使保護(hù)具有方向性

26、，才能保證選擇性。對速斷保護(hù)的分析，向性，才能保證選擇性。對速斷保護(hù)的分析，也會有類似的結(jié)論。也會有類似的結(jié)論。給電流保護(hù)加裝方向元件以后的分析可知，僅給電流保護(hù)加裝方向元件以后的分析可知，僅部分保護(hù)需方向元件），以保證選擇性，就構(gòu)部分保護(hù)需方向元件），以保證選擇性，就構(gòu)成了方向性電流保護(hù)。成了方向性電流保護(hù)。 1 2 3 5 1QF 2QF 3QF 5QF 6QF k1 k2 圖 2-4 雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)中過電流保護(hù)選擇性 k1 4 k3 6 4QF 8QF 7QF A B C D K1點(diǎn)短路時(shí)：保護(hù)1、2動作，跳開1QF、 2QF，必須有t3t2，防止保護(hù)3 誤動K2點(diǎn)短路時(shí)：保護(hù)3、4動

27、作，跳開3QF、4QF ，必須有t2t3，防止保護(hù)2 誤動，必須有t5t4，防止保護(hù)5誤動K3點(diǎn)短路時(shí)：保護(hù)5、6動作，跳開5QF、 6QF，必須有t4t5，防止保護(hù)4 誤動這是相互矛盾的，不能同時(shí)滿足，必須有新的措施：方向性 1 2 3 1QF 2QF 3QF k1 k2 圖 2-3 方向繼電器工作原理分析 k1 4QF U& k1I& k2I& 1E& 2E& k1U&k1I&k1U&k2I&k1I&方向繼電器對方向繼電器的要求 應(yīng)有明確的方向性:發(fā)生正方向故障時(shí),可靠動作,發(fā)生反方向故障時(shí),可靠不動作; 發(fā)生

28、正方向故障時(shí),繼電器動作有足夠的靈敏度.最大靈敏角 如果正方向故障時(shí),輸入繼電器的電壓為 ,電流為 ,相位差為 ,有:kU&kI&kkU&kI&k 為了繼電器動作最靈敏,則設(shè)計(jì)最大靈敏角 ,則方向繼電器的動作區(qū)sen.maxk=kU&kI&sen.maxk=方向繼電器動作方程009090sen.maxjkkU eargI&009090ksen.maxsen.maxkUargI&kU&kI&sen.max1kU&2kU&動作條件 方向繼電器的動作條件為:0kkksen.maxU I cos() 如果選

29、擇一個(gè)繼電器內(nèi)角=-sen.max,那么,動作條件就是: 0kkkU I cos()動作方程009090kkUargI&kU&kI&sen.max=1kI&2kI&相間短路功率方向繼電器接線方式 在保護(hù)出口三相短路時(shí),方向繼電器會有死區(qū),因此,通常采用900接線方式:BCU&CAU&ABU&AI&BI&CI&kU&kI&3 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)接地短路時(shí)零序電流及方向保護(hù) 在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，將出現(xiàn)較大的零序電流,在正常運(yùn)行時(shí),理想條件下,系統(tǒng)中不含有零序電壓電流。采

30、用三相完全星形接線的過電流保護(hù)雖然可以反應(yīng)故障，但靈敏度往往不能滿足要求，時(shí)限也較長。因此，在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中,都裝有利用有零序電壓電流構(gòu)成的接地短路保護(hù)。 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)單相接地短路時(shí)電流和電壓的特點(diǎn) 在如圖2-51-（a所示中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)中任何一點(diǎn)K發(fā)生單相接地短路以A相為例時(shí)，將產(chǎn)生零序電壓和零序電流:000AkBCkAIIIIU=&0033kkAkBkCABCUUUUIIII=&0033AkkAIIIUU= &kCU& kAkUU&=03 0AU& 0KU& 0BU& 0AU& kI&

31、 0KU& 0BU& 0I & 0I & XT1.0 Xwl.0 Xwl.0 XT2.0 1 2 k1 T1 A B T2 A B 圖 2-51 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的單相接地短路 （c） （b） （a） kBU&AkIII&=03 0 零序電壓、電流的相位關(guān)系 零序電壓電流向量圖0kU&0I&0k00180k0I&0I&0I&零序電流的分布 零序電流可以看成是在接地故障點(diǎn)的每一相中疊加的一個(gè)零序電壓作用于零序阻抗Z0產(chǎn)生的。假定零序電流的參考正方向是從接地故障點(diǎn)經(jīng)大地流向變壓器接地中性點(diǎn)，再經(jīng)變壓器返回線

32、路，零序電壓的電位是線路高于大地，如果忽略，則零序電流超前于零序電壓900，考慮回路電阻時(shí)，零序電流超前于零序電壓的角度大于900 零序電流的分布，取決于變壓器中性點(diǎn)是否接地及中性點(diǎn)接地變壓器數(shù)目，零序電流按與零序阻抗成反比的關(guān)系在變壓器接地中性點(diǎn)之間的零序網(wǎng)絡(luò)中分布。零序電壓在故障點(diǎn)最高，其值為U0，在變壓器的接地中性點(diǎn)，零序電壓為零。 零序電壓過濾器、零序電流過濾器 零序電壓過濾器： 三個(gè)單相電壓互感器 三相五柱式電壓互感器 接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的 合成零序電壓 零序電流過濾器： 零序電流過濾器 零序電流互感器 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的接地保護(hù)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的接地保護(hù) 三段式零序電流保護(hù)是常用

33、的中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)接地故障主保護(hù)。典型的配置是以瞬時(shí)零序電流速斷保護(hù)作為I段，限時(shí)零序電流速斷保護(hù)作為II段，定時(shí)限零序過電流保護(hù)作為III段，根據(jù)具體需要，有時(shí)是四段保護(hù)。在基本工作原理上，三段式零序電流保護(hù)與電流保護(hù)基本相同。 瞬時(shí)零序電流速斷保護(hù)瞬時(shí)零序電流速斷保護(hù)整定原則：應(yīng)躲過下一級線路出口處發(fā)生接地短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的最大三倍零序電流 ：應(yīng)躲過斷路器三相觸頭不同期合閘的最大三倍零序電流：如按2整定時(shí) 動作電流過大，可在手動合閘和重合閘過程中，使零序I段具有0.1s的時(shí)限，以躲過三相觸頭不同期合閘的時(shí)間。應(yīng)躲過單相自動重合閘過程中，系統(tǒng)非全相運(yùn)行且出現(xiàn)振蕩時(shí)的最大三倍零序電流因此

34、，有時(shí)設(shè)置兩個(gè)零序I段。03actrel.maxIkI=03actrel.utIkI =限時(shí)零序電流速斷保護(hù) 限時(shí)零序電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)躲過下一級相鄰元件的瞬時(shí)零序電流速斷保護(hù)范圍末端發(fā)生接地短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的三倍零序電流3I0： 在本線路末端校驗(yàn)靈敏度時(shí)，要求ks1.5，若不能滿足，可考慮與相臨線路零序II段配合。 3IB.min為本線路末端發(fā)生接地短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的最小三倍零序電流.03actrelIkI=3B.minsenactIkI=0KU& 0I & 1 2 k1 T1 A B C 圖 2-56 有分支線路時(shí),零序電流 II 段整定 T2 0I &

35、; 0I& 0I & 0I& 0I & 零序過電流保護(hù) 零序過電流保護(hù)動作電流應(yīng)躲過下一條線路出口處相間短路時(shí)零序電流濾過器輸出的最大不平衡電流Iub.max： 時(shí)限的整定仍按階梯原則，但配合關(guān)系始于變壓器的接地保護(hù)，而不是網(wǎng)絡(luò)的末端。零序三段作本線路后備時(shí)，靈敏系數(shù)要求ks2，作相鄰線路后備時(shí)，靈敏系數(shù)要求ks1.5。 其中3Imin為校驗(yàn)點(diǎn)接地故障時(shí),流過保護(hù)安裝處的最小3倍零序電流.act.IIIrelut.maxIk I=3minsenactIkI=零序電流保護(hù)原理接線圖 零序電流保護(hù)原理接線圖 QF YT QF1 1KA KM 2KA 1KT 3KA

36、2KT TA0 1KS 2KS 3KS 信號 信號 信號 方向性零序電流保護(hù) 在線路兩端都有中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器的網(wǎng)絡(luò)中，零序電流保護(hù)也有方向性問題，必須使保護(hù)具有方向性，才能保證保護(hù)的良好選擇性。 1 2 T1 T2 0KU& k2 圖 2-60 方向性零序電流保護(hù)原理分析 0I& 0I & k1 3 4 0U& 0kU&0007085k=0095110sen= 03I&03I&零序功率元件的最大靈敏角 為了保證線路內(nèi)部接地故障時(shí),零序電流保護(hù)能夠正確動作,選擇零序功率元件的最大靈敏角sen=-950-1100(零序阻抗角為70085

37、0時(shí)). 動作方程(sen= -1100): 如果把輸入繼電器的零序電壓取反方向則動作方程(sen= 700):000020200UargI &000020160UargI&評價(jià)評價(jià)三相星形接線相間短路電流保護(hù) ，也可反映d1），作比較優(yōu)點(diǎn)：（1） 零序電流保護(hù)更靈敏 、受運(yùn)行方式影響較小，段保護(hù)范圍長且穩(wěn)定，段靈敏性易于滿足 段躲不平衡電流，定值低更靈敏且時(shí)間較短 （2） KPDo出口無死區(qū)，接線簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。 （3） 系統(tǒng)振蕩、短時(shí)過負(fù)荷等情況下三相對稱Io不受影響缺陷： 不能反映相間短路故障，受重合閘影響。中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地故障的零序電壓電流及方向保護(hù) 電力系統(tǒng)

38、中性點(diǎn)接地方式可分為直接接地和不直接接地兩大類。35kV及以下電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式有：不接地方式，經(jīng)消弧線圈接地方式，經(jīng)高阻、中阻和小電阻接地方式等。我國66kV及以下的電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，在單相接地時(shí)的電容電流不大于安全電流如：35kV系統(tǒng)為10A，10kV為20A時(shí)，采用不接地方式，否則通常采用經(jīng)消弧線圈接地方式。 由于故障點(diǎn)電流較小,一般允許繼續(xù)運(yùn)行12小時(shí),并由保護(hù)給出信號(或者跳閘),以便轉(zhuǎn)移負(fù)荷,安排檢修.AE&C B A C0.1 C0.2 EI& WL1 WL2 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)的單相接地短路 CE& AE& kBU&kCU&A

39、kEU&330= EI& BE& A 相單相接地時(shí)電壓電流相位關(guān)系 2EI& 11 . 03EII&= 2 . 03I&2 1 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地短路特點(diǎn) 在如圖所示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，連接有n條線路，當(dāng)任何一點(diǎn)k發(fā)生單相接地短路以線路2的A相故障為例時(shí)，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓 ，系統(tǒng)中各點(diǎn)電位發(fā)生偏移，但各點(diǎn)間電勢差不變。各相對地電壓橫向不對稱，但相間電壓仍保持對稱。忽略線路阻抗的影響，把線路對地電容看作集中參數(shù)，則故障點(diǎn)各相對地電壓為： 故障點(diǎn)零序電壓為： 0U&00.150.150.033k Ajk BBAAjk CCAAUUEE

40、E eUEEE e=&0.33k Ak Bk CAUUUUE= &各線路非故障相對地電容電流 各線路非故障相對地電容電流為： 二者之和為： 非故障線路保護(hù)安裝處零序電流為： 故障點(diǎn)電流方向如圖所示為 :0150. 1.01013jk Bk BAIUj CE ej C=&0150. 1.01013jk Ck CAIUj CE ej C=&1. 1. 10100133Ek Bk CAIIIE j CU j C= =&.00033Enk Bnk CnAnnIIIE j CU j C= =&01011 . 033CjUIIE &=000033Cj

41、UCjUIIiEiE&=000033CjUCjUIIiEiE&在理想情況下， ， 由系統(tǒng)運(yùn)行方式?jīng)Q定，所以故障點(diǎn)電流值與故障點(diǎn)位置無關(guān)。故障線路保護(hù)安裝處零序電流： 由此，可有結(jié)論：當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，整個(gè)電壓系統(tǒng)產(chǎn)生零序電壓；非故障線路零序電流為本身對地電容電流之和，相位超前零序電壓900；故障線路零序電流為所有非故障元件對地電容電流之和，相位滯后零序電壓900。非故障線路的零序功率方向與故障線路相反，在同一電壓等級元件較多時(shí)，故障線路的零序電流也會遠(yuǎn)大于其它元件。 故障線路保護(hù)安裝處零序電流 AEU&=00C)(33020022 . 0CCj

42、UIIIEE= &中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護(hù) 利用以上結(jié)論，可以構(gòu)成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的常用電流電壓保護(hù)： 絕緣監(jiān)視裝置 零序電流保護(hù) 零序功率方向保護(hù) 其它原理的保護(hù)絕緣監(jiān)視裝置絕緣監(jiān)視裝置 在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中任一點(diǎn)發(fā)生單相接地故在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中任一點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓。母線上三相五柱障時(shí)，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓。母線上三相五柱式電壓互感器開口三角形側(cè)輸出零序電壓，過式電壓互感器開口三角形側(cè)輸出零序電壓，過電壓繼電器反應(yīng)此零序電壓，動作于信號，同電壓繼電器反應(yīng)此零序電壓，動作于信號，同時(shí)，星形側(cè)三只用于測量各相對地電壓的電壓時(shí)，星形

43、側(cè)三只用于測量各相對地電壓的電壓表的指示也會不平衡，值班人員根據(jù)信號和電表的指示也會不平衡，值班人員根據(jù)信號和電壓表指示的變化，只能知道電網(wǎng)發(fā)生了單相接壓表指示的變化，只能知道電網(wǎng)發(fā)生了單相接地故障及故障的相別，必須用依次斷開線路的地故障及故障的相別，必須用依次斷開線路的方法判斷發(fā)生故障的線路，并切除故障線路。方法判斷發(fā)生故障的線路，并切除故障線路。 零序電流保護(hù)零序電流保護(hù) 以圖2.1中線路WL2的零序電流保護(hù)2為例，保護(hù)2的動作電流應(yīng)躲過單相接地時(shí)本線路電容電流之和，即： 式中 krel可靠系數(shù)，瞬時(shí)動作時(shí)，取45，有一定延時(shí)，取2。 保護(hù)的靈敏度按被保護(hù)線路發(fā)生接地故障時(shí)，流過該保護(hù)的最小零序電流進(jìn)行校驗(yàn)： 顯然，只有在出線較多時(shí)才能保證靈敏度。22023act.relErelIkIkU j C=5 . 125. 13020202 .min. 2 . 0=CkCCIIkrelops 零序功率方向保護(hù)零序功率方向保護(hù) 從上文的分析可以得出，故障線路保護(hù)安裝處通過的零序電流落后于零序電壓900，非故障線路的零序電流超前于零序電壓900。利