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1、第2章 电网的电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.1 电流系统故障的特点,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,故障的特征量电流的跃变,2.2 如何检测电流,电流继电器 电流继电器的特点,正常时打开，短路时，电流很大，则接点闭合，从而判断故障发生，清除故障 电流继电器的重要参数：,动作电流Iop,返回电流Ire,返回系数Kre=Ire/Iop Kre1,2.3 电流的三断式电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,引入线路电流定值的选定举例图 图中设线路末端短路电流1000A,如电流继电器定值低于1000A 选择性如何保证,整定都是以选择性为前提条
2、件整定的,如电流继电器定值高于1000A 灵敏性如何保证,在选择性和灵敏性出现矛盾时，选择性是首要的,2.3.1 电流速断保护(I 段),电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.1 整定,Iset=Krel Id.max Krel=1.21.3 考虑的因素:,3. 最大的运行方式 当动作电流确定后,在本回线中有一保护区,但无法保护线路的全长,2.最严重的故障类型(三相短路),1 故障位置线路末端短路(下一回出口处短路),电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.2 动作时间,理论上 0s 实际上 10-50ms,如最小的保护区15%线路长度 则值得保护,用最小
3、保护区来衡量 两相短路 最小运行方式,2.3.1.3 灵敏性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.4 评价,优点:-简单可靠 缺点:- (1) 灵敏度问题 (2) 受电力系统的运行方式影响非常大,- 可将电流整定点考虑在变压器的低压侧 - 终端用户,2.3.1.5 保护全长的可能性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.2.1 整定,Iset.2=KrelIset.1 Kk=1.1-1.2 问题:有没有考虑运行方式/故障类型的因素,速动性 t=0.5S - 等待时间 考虑因素:,2.3.2.2 动作时间,2.3.2 限时电流速断保护(II 段),电力系统继
4、电保护 （第2章 电网的电流保护）,考虑因素: (1) 1号继电器固有的动作时间(比理论慢) (2) 2 号继电器的提前动作 (3) 1号断路器动作时间 (4) 2号保护的返回时间 (5) 一定的时间裕度 2.3.2.3 灵敏性,2.3.2.2 动作时间,- 反应线路上的所有故障 最轻微故障 线路最末端 最小的运行方式,Ksen=Id.min/Iset” Ksen=1.31.5,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,主保护限时电流速断+电流速断 电流速度 t=0S 限时电流速断动作 t=0.5S 一旦灵敏度不足时,本回线的限时电流速断可和下回线的限时电流速断配合 本回线路限时电流速断保
5、护区不伸出下回线路限时电流速断保护区 Iset2”=Krel”Iset.1” t2=t1+0.5S 2.3.2.5 其他,2.3.2.4 评价,三段式电流保护主要用在35KV的辐射形网络上 本回线任何位置故障可速断切除的例子 整定电流保护首要考虑的是“选择性” 限时电流速断牺牲“速动性”以换取“选择性”和“灵敏性”,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,确保正常时,电流继电器不启动,一旦它动作,则线路上必有故障,Iset=KrelKss/KreIL.max Krel=1.15-1.25 Kss 自启动电流系数 为了保证当下回线路短路切除后,本回线路电流III段的电流继电器能自动返回,不
6、会受到电动机同时启动时很大电流的影响 Kre 返回系数 为了保证区外短路故障切除后,使继电器可靠返回 问题:为什么I/II段的整定计算中没有考虑这些因素?,从用户端开始相互配合,按t级差增加延时,2.3.2.2 动作时间,2.3.3 定时限过电流保护(III 段),2.3.3.1 整定,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,Krel11.3-1.5 Krel21.2 定时限过电流保护躲开正常的最大负荷电流整定,因此线路上即使很远的地方发生故障,它都会启动 它不仅要保证本线路故障切除有一定的灵敏度,而且要保证下回线路故障切除也有一定的灵敏度,选择性自然满足 即:本线路的III段保护区不会
7、超出下回线路III段电流保护区,2.3.3.4 选择性,2.3.3.3 灵敏度,近后备(本线路) 远后备(下回线),2.3.3.5 后备作用,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,提高了保护的速动性 对下回线路的反应更灵敏 但整定配合比较困难 定.反时限之间更难配合,不建议采用.,2.3.5.1 保护配置 2.3.5.2 时序图,2.3.4 反时限特性的电流保护,2.3.5 三段式电流保护的保护配置,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,1 35KV故障特点 存在不同线路上的两点接地故障 三相式电流保护可能同时切除两回线 若只切除一回线,则线路供电可靠性大大提高. 2 二相式
8、2/3机会只切除一回线情形； 2/3机会选择性情形 3 问题 有可能会越级切除故障,电力系统大小运行方式和保护的大小运行方式说明,2.3.6 二相式电流保护,2.3.7 其他,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.1 问题的提出 三段式电流保护在双电源网络上的问题无法同时满足灵敏性和选择性问题,2.4 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.2 功率方向继电器,2.4.2.1 原理 P=UICos 0 正前方发生故障 0 反方向发生故障 显然,不能用简单的潮流功率来替代上述功率,2.4.2.2 引入内角 设计功率方向继电器 满
9、足:正前方发生三相短路或二相短路时P0 反方向发生三相短路或二相短路时P0,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.3 功率方向继电器的接线方式90 接线方式,A: IA UBC B: IB UCA C: IC UAB,设计: PjA=IAUBCCos(jA+ ) PjB=IBUCACos(jB+ ) PjC=ICUABCos(jC+ ),问题:只有在发生三相短路时才有很小的电压死区,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.4 选择合适的内角- ,1 正前方三相短路K(3),线路阻抗角 l 0,90 JA = l 90 因此 A相有: PJA=IAUBCCos(jA
10、+ A)0 得到:00 得到:00 得到:0 C90 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2 正前方二相短路K(2) 考虑两个极端 (1) 距离继电保护装置很近处故障 (2)距离继电保护装置相当远处故障,近处发生二相短路 不失一般性,假定故障发生在BC相出口处 A相: IA=0(设故障前空载) 不动作 B相: 近处故障 UCA非常大 线路阻抗角 l 0,90 JB = l 90 PJB=IBUCACos(jB+ B)0 得到:00 得到:0 C90 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,(2) 远处发生二相短路(远至系统电压和保护安装处电压几乎相同) 不失一般性,假定故障
11、发生在BC相 A相: IA=0(设故障前空载) 不动作 B相: UCA非常大 线路阻抗角 l 0,90 JB = -(180-60-l )= l120 PJB=IBUCACos(jB+ B)0 得到:300 得到: -30 C60 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,3 反方向发生三相和二相短路 考虑 由于系统电势相角基本系统,因此电流和正前方发生故障相位基本相反.因此满足1 2 分析的 此时都能保证P0 而不动作.,4 结论 30 60 含意: 任何线路,无论正前方发生何种故障,只要选用30 60 的功率方向继电器,都能正确判别方向 实际一般有二种内角的功率方向继电器30 45
12、,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.5 评价,1 功率方向继电器的灵敏性 PPo 启动功率 Po 越小,它的灵敏度越高 有时需要注意和电流III段灵敏度的配合 在同样的故障电流下：不同的故障类型反应能力可能不同。不同的故障位置可能也不同。,2 功率方向特性曲线 UJ=Po/(IJCos(J+ ) - 表证功率方向继电器的工作特性 希望功率方向继电器都工作至UJ最小的时候,最灵敏 灵敏角定义: sen=- ,3 接点竞争问题（如正常时功率方向接点闭合时发生反方向故障） 4 死区问题 三相短路时有死区 5 能不用的地方尽量不用 一般三段式电流保护用于特别是35KV以下线路.而其
13、经常为解环运行,所以双电源的情况遇到得越来越少,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.5.1 原理 反应 3Uo； 信号； 2.5.2 整定 2.5.3 延时 2.5.4 选择性 3Uo本身无选择性无法区分故障发生在那一回线 采用 1 拉闸 2 故障选线装置 2.5.5 故障选线装置 1 零序电容电流原理 2 高次谐波方式 3 叠加式,2.5 中性点非直接接地系统中单相接地故障保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.1 问题的提出 序分量从无有,故障特征更明显 接地短路性故障占故障的绝大部分.对接地故障能灵敏地反应,就保证了对绝大多数故障的保护.,2.6 中性点
14、直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护,2.6.2 接地故障的特点 我国 110KV以上的系统均为大电流直接接地系统 1 从3Io的获取角度 2 从零序网络结构 3 从运行方式 4 从故障类型 负序电流没有优势,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3 三段式零序电流保护,2.6.3.1 零序电流速断（I段） 1 整定 原则：零序速断（I段）保护范围不应超出本线路的末端 a） IsetI=KrelI*3Io.max 故障点发生在本线路末或是下回线路始端 故障类型单相接地或两相接地 并选择两者的最大值 运行方式最大运行方式（实际变化很小） b) IsetI=KrelI*3Io
15、.unb 由于三相不同期合闸产生的纵向不对称会产生零序电流 c） IsetI 按照躲过单相重合闸期间（非全相运行）可能出现的最大零序电流整定,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,由于第三个条件会严重地降低灵敏性，考虑 设置两个零序电流I段保护 （1） 灵敏I段(单相重合闸期间闭锁） 考虑 a）b） t0“ 或考虑 a） t0.1” (2) 不灵敏I段 考虑 c）实际已考虑(a)(b) t=0 2 动作时间 t0或0.1“ 3 我国的电力系统稳定问题,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3.2 限时零序电流速断（II段） 1 整定 本回线路的限时零序电流速断的保护范围
16、不超出下回线的零序电流速断范围 Iset.2II=KrelII / Ko.b* Iset.1I 2 动作时间 t0.5” 3 灵敏性 Kre1.5 故障点发生在本线路末 故障类型单项接地或两相接地 并选择两者的最小值 运行方式最小运行方式（实际变化很小）,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3.2 零序过电流（III段） 1 整定 躲开本回线路末端发生的相间短路时所出现的最大不平衡电流 IsetIII=KrelIII* Iunb.max 同时必须满足： Iset.2III=KrelIII / Ko.b* Iset.1III Ko.b在相邻线路零序III段保护范围末端发生接地故
17、障，故障线路中零序电流电过过本线路中零序电流之比。 2 动作时间 t2t1+0.5” 3 灵敏性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.4 零序功率方向继电器,2.6.4.1 要求 正方向发生接地故障 动作 背后发生接地故障 不动作 2.6.4.2 灵敏角 保护安装处背后的零序阻抗角，约在70 零序方向继电器 内角 =110 灵敏角 sen110 通过交换极性，生产厂家提供功率方向继电器 内角 =70 灵敏角 sen70 无论如何：以现场判定正方向的故障能动作为准 2.6.4.3 接线正确性保证 可采用自产零序。,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.5 评价,1 灵敏度较高 2 绝大多数为接地故障，因此作用明显 3 受电力系统运行方式影响小 4 无死区 5 振荡时不发生误动 6 零序功率方向继电器方向反应的是背后系统的零序阻抗角，在发生故障时保持不变 7 零序功率方向继电器接线复杂，容易接错 8 整定计算复杂,