電力系統(tǒng)繼電保護——單側(cè)電源相間短路的電流保護

1、電力系統(tǒng)繼電保護原理電力系統(tǒng)繼電保護原理主講教師：范春菊主講教師：范春菊2.電網(wǎng)的電流保護和方向性電流電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護保護2.電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護2.3 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護2.4 中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地短路的零序電壓、電流及方向保護什么是電流保護什么是電流保護電流保護主要是反應(yīng)故障時電流量的不正常狀態(tài)電流保護主要是反應(yīng)故障時電流量的不正常狀態(tài)（增大）而動作的（增大）而動作的 針對相間故障針對相間故障 2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路電

2、流保護 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護針對接地故障針對接地故障 2.3 中性點直接接地電網(wǎng)接地短路的電流保護 2.4 中性點非直接接地電網(wǎng)單相接地的電流保護2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護2.1.1 電流繼電器2.1.2 電流速斷保護2.1.3 限時電流速斷保護2.1.4 定時限過電流保護2.1.5 階段式電流保護2.1.7 電流保護的接線方式2.1.8 三段式電流保護的接線圖2.1.1 電流繼電器電流繼電器電流繼電器的工作原理電流繼電器的工作原理MeasureactII繼電器動作條件：reI使繼電器返回的最大電流值，稱為返回電流返回電流actI使繼電

3、器剛剛能夠動作的最小電流值，稱為繼電器的啟動電流繼電特性和返回系數(shù)繼電特性和返回系數(shù)繼電特性要點：1) 永遠處于動作或返回狀態(tài)，無中間狀態(tài)2) 動作電流不等于返回電流，防止觸點抖動1rereactIKI返回系數(shù)：2.1.2 電流速斷保護電流速斷保護（電流（電流段保護）段保護）電流速斷保護的定義僅僅反映于電流的增大而動作的保護。單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的特點單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的特點電流的流向固定，由電源流向負荷電流的流向固定，由電源流向負荷在在35kV以下的配網(wǎng)當中非常普遍，特別是以下的配網(wǎng)當中非常普遍，特別是10kV網(wǎng)絡(luò)，基本上是輻射狀供電的網(wǎng)絡(luò)，基本上是輻射狀供電的 隨著對供電可靠性要求的提高，網(wǎng)絡(luò)單側(cè)電源供

4、電的方式將越來越少 在負荷轉(zhuǎn)移時，可能存在短時的雙電源或多電源供電一般還存在分支一般還存在分支短路電流特征分析短路電流特征分析(3):kSkEkIZZ(2)3:*2AkBkCSkEkIIZZ (1,0)103:2AkAEkIZZ220120(1,1)220120():()kBkkCkZaZIIaZZkZa ZIIaZZ補充概念補充概念最大運行方式最小運行方式區(qū)內(nèi)故障區(qū)外故障保護范圍內(nèi)保護范圍外大方式和小方式大方式和小方式當負荷較大時，由三個當負荷較大時，由三個電源一起供電，則屬于電源一起供電，則屬于大方式大方式 大方式和小方式是相對而言的 當發(fā)生短路時，大方式下短路電流大，而小方式下短路電流小

5、 電流速斷保護的目的和原理電流速斷保護的目的和原理目的：反應(yīng)本線路的相間短路故障目的：反應(yīng)本線路的相間短路故障考慮各種誤差的影響，僅靠短路電流幅值無法分辨k1和k2兩處短路以保護2為例，當本線路末端k1點短路時，希望速斷保護2能夠瞬時動作切除故障，而當相鄰線路B-C的始端k2點短路時，按照選擇性要求，速斷保護2就不應(yīng)該動作，因為該處的故障應(yīng)由速斷保護1動作切除。然而，保護2是無法從短路電流的數(shù)值區(qū)分d1點和d2點短路的。整定原則整定原則保證選擇性保證選擇性IkactII為短路電流 IactI為繼電保護的整定值 IImaxactrelkIK ImaxkI是指本線路末端發(fā)生短路時可能出現(xiàn)的最大短路

6、電流，即在最大運行方式下發(fā)生三相短路時的短路電流 IrelK為可靠系數(shù)，一般取1.21.3 kI動作判據(jù)： 又稱為按躲開下一條線路出口處短路的條件整定又稱為按躲開下一條線路出口處短路的條件整定引入可靠系數(shù)引入可靠系數(shù)確保不誤動確保不誤動實際短路電流大于理論計算值對瞬時動作保護還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響電流繼電器的實際起動電流可能小于整定值考慮最不利的情況，留有必要的裕度整定原則整定原則保護的二次側(cè)整定值保護的二次側(cè)整定值IactI為繼電保護的一次側(cè)整定值 TAn保護安裝處電流互感器的變比conK為電流保護的接線系數(shù)，與電流保護的接線方式有關(guān)計算出保護的一次動作電流后，還需要求出繼電器

7、的二次動作電流IIact.mactconTAIIKn儀用互感器的討論儀用互感器的討論-作用作用實現(xiàn)一次與二次系統(tǒng)的電的隔離，不影響一次系統(tǒng)的正常工作；將變電所或者電廠的高電壓和大電流按比例降低；便于改變保護的整定值；實現(xiàn)信號的綜合-變成相應(yīng)的電壓量以進行比較。電流互感器電流互感器-等值電路等值電路 主要作用是將一次系統(tǒng)高電壓電路上的大電流，準確地變換為二次低電壓電路上的小電流（額定值為5A或1A）；同時，它還具有高、低電壓電路的隔離作用，以保障二次設(shè)備和工作人員的安全。1U2U2Z1Z1II2ILZZ12=0LLZZZZ可能小于 或，甚至，電流互感器電流互感器-向量圖向量圖電流互感器的兩個基本

8、誤差：一是變比誤差另一個是角度誤差I(lǐng)電流互感器電流互感器-誤差分析（幅值）誤差分析（幅值）（1）變比誤差 定義 10% 由于誤差 一般很小，所以變比誤差可近似寫成121100%IIII 11cossinuuIIIII 當 ，即二次側(cè)為純阻性負荷時，變比誤差最小；當 ，即二次側(cè)為純感性負荷時，變比誤差最大。0a 90a 電流互感器電流互感器-10%的誤差曲線的誤差曲線電流互感器電流互感器-誤差分析（角度）誤差分析（角度）（2）角度誤差 由于角度誤差 很小，所以可近似表示為11sincos(rad)57.3cos( )uuIIII當 ，即二次側(cè)為純阻性負荷時，變比誤差最大；當 ，即二次側(cè)為純感性負

9、荷時，變比誤差最小。一般來說，角度誤差小于0a 90a 7電壓互感器電壓互感器 將電力系統(tǒng)的高壓電在二次側(cè)準確地變換為繼電保護及儀表所允許電壓，使繼電器和儀表既能在低電壓情況下工作，又能準確地反應(yīng)電力系統(tǒng)中高電壓設(shè)備的運行情況；同時它還具有高、低電壓電路的隔離作用，以保障二次設(shè)備和工作人員的安全。LI2I2U1UU1I Z.221()IZZ12222121221()()uuUUI ZIIZUI ZI ZZ 幅值誤差和角度誤差都非常小，一般來說，幅值誤差小于1% 電流速斷保護的保護范圍（靈敏性）電流速斷保護的保護范圍（靈敏性） 保護范圍的校驗保護范圍的校驗電流速斷保護的目的是反應(yīng)本線路的相間短路

10、故障，因此應(yīng)按照如下標準校驗靈敏度： 在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生相間短路時，電流速斷保護的保護范圍應(yīng)不小于不小于1520%討論討論保護范圍受哪些因素影響保護范圍受哪些因素影響系統(tǒng)的運行方式故障類型三相短路和兩相相間短路最大運行方式下的保護范圍的求取最小運行方式下的保護范圍的求取電流速斷保護（電流速斷保護（I段）的動作時限段）的動作時限一般情況下，可以認為0S，實際上的動作時間為0.02-0.06SI10.1tS單相原理接線圖單相原理接線圖采用閉鎖的原因：某些特殊情況下繼電保護需要閉鎖跳閘回路，設(shè)置閉鎖環(huán)節(jié)。以前是采用中間繼電器：增大繼電器觸點容量，以驅(qū)動跳閘增大保護裝置固有動作時間(0.060.

11、08s)，防止避雷器放電(0.040.06s)時誤動保護評價保護評價優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速 缺點：不能保護線路的全長，保護范圍直接受系缺點：不能保護線路的全長，保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。統(tǒng)運行方式變化的影響。特例：特例： 當系統(tǒng)運行方式變化很大或者被保護線路的長度很短時，可能沒有保護范圍 當應(yīng)用于線路-變壓器組時，可按躲開變壓器低壓側(cè)線路出口處短路來整定，其保護范圍可保護線路全長 運行方式變化對保護范圍的影響運行方式變化對保護范圍的影響 2A B1LkI.2actI 線路長短不同時，對保護范圍的影響線路長短不同時，對保護范圍的影響 用于線路用于線路-變壓器

12、組的電流速斷保護變壓器組的電流速斷保護2.1.3 限時電流速斷保護限時電流速斷保護（電流（電流段保護）段保護）限時電流速斷保護-既反映于電流的增大，同時又限定動作時間的保護，可以保護線路的全長的保護。 限時電流速斷保護的目的和原理限時電流速斷保護的目的和原理目的：反應(yīng)本線路速斷保護范圍以外的相間故障IIIII.2.1actrelactIKI動作電流的整定動作電流的整定IIIIIIII,2,1. .maxactrelactrelrelk CIK IK K IIIrelK為限時電流速斷保護的可靠性系數(shù)，一般為1.11.2 動作時限的整定動作時限的整定21IIIttt t通常取0.5s，保證保護的選

13、擇性，保證保護以可靠返回動作時限的配合關(guān)系動作時限的配合關(guān)系電流段和段保護聯(lián)合工作，能夠保證全線路范圍內(nèi)的相間故障都能夠在段時限內(nèi)切除，構(gòu)成該線路的主保護靈敏性校驗靈敏性校驗對于過量保護，靈敏性的定量計算方法：對于過量保護，靈敏性的定量計算方法：靈敏性靈敏性：按最小方式下，線路末端兩相短路時的短路電流進行校驗. .min. .minsenIIIII,2. .maxk Bk Bactrelrelk CIIKIK K Isen1.31.5KsenK保護范圍末端發(fā)生金屬性短路故障參數(shù)計算值保護整定值靈敏度不滿足時靈敏度不滿足時靈敏度不滿足要求時，在發(fā)生內(nèi)部故障時保護可能不動作靈敏度不滿足要求時，在發(fā)

14、生內(nèi)部故障時保護可能不動作靈敏度不滿足時靈敏度不滿足時整定值調(diào)整整定值調(diào)整IIIIIIIIIIIIIIII.2,1,3,maxactrelactrelrelactrelrelrelk DIKIKKIKKKI需要進一步延伸限時電流速斷保護的保護范圍，按照下一線路的限時電需要進一步延伸限時電流速斷保護的保護范圍，按照下一線路的限時電流速斷保護來整定流速斷保護來整定靈敏性不滿足時靈敏性不滿足時時限調(diào)整時限調(diào)整當按照下一線路的限時電流速斷保護來整定時，需要進當按照下一線路的限時電流速斷保護來整定時，需要進一步增加延時一步增加延時 ，以同時滿足選擇性的要求，即：，以同時滿足選擇性的要求，即：2112II

15、IIIttttt 單相原理接線圖單相原理接線圖保護評價保護評價限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長與與段保護段保護配合，可在較短時間內(nèi)切除全線路范圍內(nèi)任何點相間故障可作為線路的主保護主保護優(yōu)點：可保護本線路全長；可作為優(yōu)點：可保護本線路全長；可作為段的近后備段的近后備缺點：速動性差（有延時）缺點：速動性差（有延時）2.1.4 定時限過電流保護定時限過電流保護（電流（電流段保護）段保護）定義：按照躲開最大負荷電流的一種電流保護，可以保護本線路和相鄰線路的全長，同時又具有確定的動作時限的保護。 定時限過電流保護的目的和原理定時限過電流保護的目的和原理目的

16、：不僅能保護本線路的全長，而且也能保不僅能保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用動作電流的整定動作電流的整定 IIIIIImaxrerelssactLrereIK KIIKK為可靠性系數(shù)，一般為1.151.25 .maxLI為電動機的自啟動系數(shù)，跟電動機的數(shù)目有關(guān) ，一般取1.5按照躲開最大負荷電流來整定外部故障切除后電動機自起動時，應(yīng)可靠返回IIIrelKSSK為最大負荷電流 動作時限的整定動作時限的整定按階梯原則來整定按階梯原則來整定動作時限的整定動作時限的整定保護4既要與相鄰線路上的保護3配合，也要和相鄰元件（電動機、變壓

17、器）的保護配合靈敏性校驗靈敏性校驗近后備近后備minsenIIIkactIKIsen1.31.5K1 (1)作為近后備時 采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流來校驗靈敏性校驗靈敏性校驗遠后備遠后備minsenIIIkactIKIsen1.2K(2)作為遠后備時 采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來校驗1 保護評價保護評價段保護的動作電流比段、段的小得多，因此靈敏性更高保護范圍是本線路和相鄰下一線路的全長可作為本線路的近后備和相鄰元件的遠后備故障越靠近電源端時，短路電流越大，但是過電流保護的動作時限反而越長段保護處于電網(wǎng)終端附近時，其動作時限并不長，可作為主保護兼后備保護2.

18、1.5 階段式電流保護的總結(jié)及階段式電流保護的總結(jié)及評價評價階段式電流保護階段式電流保護“四性四性”的討論的討論電流段：按躲開本線路末端的最大短路電流來整定；不能保護線路全長電流段：按躲開下一級相鄰元件速斷保護的動作電流來整定；不能作為相鄰元件的后備電流段：按躲開最大負荷電流來整定；動作時限較長階段式電流保護：為保證選擇性和速動性，將電流段、 段和段聯(lián)合起來工作 階段式電流保護的配合階段式電流保護的配合-定值的配合定值的配合15432M或或I IIIIIIIIIIII IIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIII 階段式電流保護的配合階段式電流保護的配合-

19、動作時限的配合動作時限的配合階段式電流保護的單相原理圖階段式電流保護的單相原理圖優(yōu)點和缺點優(yōu)點和缺點優(yōu)點：簡單、可靠，廣泛應(yīng)用于35kV及以下較低電壓的網(wǎng)絡(luò)中缺點：直接受電網(wǎng)接線和運行方式變化的影響 整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式選擇 靈敏性必須用系統(tǒng)最小運行方式來校驗2.1.7 電流保護的接線方式電流保護的接線方式電流保護接線方式的定義：電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式三相星型接線方式三相星型接線方式.actact mTAIIn繼電器上的起動電流：兩相星型接線方式兩相星型接線方式兩相三接線方式兩相三接線方式測量B相電流，提高靈敏度 兩種接線方式的性能分析兩種接線方式的性能分析(1)

20、對各種相間短路相同之處：均能正確反應(yīng)不同之處：動作的繼電器個數(shù)不同對單相接地短路需要區(qū)分中性點直接接地系統(tǒng)（單相接地立即跳閘）和非直接接地系統(tǒng)（單相接地允許繼續(xù)短時運行）兩種接線方式的性能分析兩種接線方式的性能分析(2)中性點直接接地系統(tǒng)的單相接地短路三相星型接線可反應(yīng)各種單相接地故障兩相星型接線不能反映B相接地故障兩種接線方式的性能分析兩種接線方式的性能分析(3)非直接接地系統(tǒng)串聯(lián)線路的異地兩點接地短路采用三相星型接線時，100%有選擇地切除B-C采用兩相星型接線時，有2/3的機會有選擇地切除B-C兩種接線方式的性能分析兩種接線方式的性能分析(4)非直接接地系統(tǒng)的放射線路兩點接地短路采用三相星型接線時，若t1=t2，將同時切除兩條線路采用兩相星型接線時，有2/3的機會僅切除一條線路在在Y,d11接線變壓器后兩相短路時接線變壓器后兩相短路時(1)在在Y,d11接線變壓器后兩相短路時接線變壓器后兩相短路時(2)過電流保護接在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采用三相星