第2章电网相间短路的电流电压保护.ppt

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1、第2章 电网相间短路的电流电压保护,电磁型继电器原理结构图,2.1 电磁型继电器,DL-12-6型电磁型电流继电器,2.1.2电磁型电流继电器,2019/7/12,第2章 电网相间短路的电流电压保护,4,电磁型电流继电器的基本原理,1线圈,2铁心；,3空气间隙,4固定触点,5可动触点,6止档,7弹簧,8被吸引的可动舌片,吸引衔铁式继电器,2019/7/12,第2章 电网相间短路的电流电压保护,5,作用到舌片上的电磁力矩,正常情况下继电器不工作，弹簧对应于空气间隙长度 产生一初始力矩 。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，弹簧产生的反抗力矩为,摩擦力矩,弹簧产生的反抗力矩,另外，在可动舌片转动的

2、过程中，还必须克服摩擦力矩 Mf 。,电磁型电流继电器的基本原理,动作条件为,动作电流与返回电流,弹簧力矩,摩擦力矩,电磁力矩,IK.act：动作电流，能使电流继电器动作的最小电流。,动作： 继电器动合触点（常开接点）由打开状态变为闭合状态,返回条件为,弹簧力矩,摩擦力矩,电磁力矩,IK.re：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。,返回： 继电器动合触点（常开接点）由闭合状态回到打开状态,动作： 返回：,电磁型电流继电器工作原理,电磁转矩：,弹簧反抗力矩：,所以：,初始,吸合后富余力矩,吸合,断开,总结：当 时，继电器不动作， 当 时，则继电器动作，触点闭合； 当减小IK 使 时，继电器又

3、立即返回原位，触点打开。,返回系数：,一般为0.850.9,“继电特性”：继电器的动作是明确的，触点只能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可能停留在某一个中间位置。,返回系数,一般为0.850.9,动作电流的调整方法如下： （1）改变弹簧力矩 弹簧旋紧则IK.act 松则IK.act （2）改变两个线圈的连接方式 线圈串联时的动作电流是并联时的一半。,（3）继电器动作电流调整,2.1.3电磁型电压继电器,加在线圈上的电压,线圈阻抗,*过电压继电器：反应电压升高而动作 返回系数 Kre=(UK.re/UK.act)1,低电压继电器使用的是动断触点（常闭接点） 当继电器没有输入电压时，其

4、接点闭合。,电力系统正常运行时，电压较高，电压继电器接点打开； 当发生故障时电压较低，继电器接点闭合，接通跳闸回路。,2.1.4 辅助继电器 （1）时间继电器,作用： 建立必要的动作时限。 电磁型时间继电器多为 直流继电器。,时间继电器应用,时间电路原理框图符号,返回边,（2）中间继电器 作用：1）可同时闭合或断开几个回路； 2）作为出口继电器，接通断路器跳闸或 合闸回路，并在必要时构成自保持回路； 3）可实现较短的延时。 类型：1）普通吸引衔铁式；2）带自保持线圈式 3）小型密封；4）干簧继电器式,中间继电器使用,（3）信号继电器 KS 作用：用于对继电器或继电器保护装置所处状 态给出明显标

5、示，或接通灯光、音响回 路，以提醒运行人员发现故障。 类型：1）机械保持型 2）磁保持型,三段式电流保护,1. 瞬时电流速断保护（电流段） 定义：仅反映电流增大而瞬时动作的保护。,包括： 1、电流速断保护（电流段）； 2、限时电流速断保护（电流段）； 3、定时限过电流保护（电流段）。,特点：在保证选择性的前提下，动作（跳闸）速度越快越好。,3.1 单侧电源网络相间短路的电流保护,反应电流增加且不带人为时限动作的电流保护， 又称为电流段保护 。,整定时应考虑区外发生故障时电流段保护不动作。,3.1.1无时限电流速断保护整定,为提高系统运行的稳定性，保证向重要用户的可靠供电，防止短路电流损坏故障设

6、备，要求各种电气设备必须配备电流速断保护，以快速切除故障。,即电流段保护动作电流“躲过”区外故障的最大短路电流。,最大运方三相短路,本线末最大短路电流,保护区,如何计算短路电流？,三相短路时,两相短路时,系统阻抗,相电势,故障点到保护安装处距离,0.4欧姆/公里,短路电流大小由以下因素决定： a.系统运行方式（简称运方）， 系统电源等效阻抗,与电源投入数量、电网结构变化有关，,最大时短路电流最小，称为最小运方；,最小时短路电流最大，称为最大运方。,c.短路类型，,b.故障点远近，,外部故障时流过保护P1的最大短路电流为：,动作电流应满足以下条件：,考虑电流互感器、电流继电器均有误差,可靠系数,

7、1.21.3,为照顾MN回全线，Iact应整定在Ik.max.N，如此又引出母线N前后短路电流相同，导致MN区外回短路故障时，MN回跳闸，失去选择性。,整定过程图解,最大运方三相短路,本线末最大短路电流,保护区,电流速断保护单相原理接线图,2.2.2无时限电流速断保护原理接线,注意：保护装置总是固定安装在断路器附近。而保护范围的大小不是因为传感器安放的远近，而是因为继电器动作电流整定值高低决定的。高则范围小，低则范围大。,2.2.3无时限电流速断保护特点,（1）保护区受运方、故障类型影响,短路电流水平降低，电流保护的保护区缩短,最大运方三相短路,最小运方两相短路,（2）电流段保护不能保护本线全

8、长,段保护最长的保护区不能伸出本线范围,特殊情况，如线变组时，将段保护区伸入变压器， 可以保护线路全长。,线路变压器组接线方式,利用变压器高 阻抗调低Iact 以保护全线,线变组整定方法,2019/7/12,第2章 电网相间短路的电流电压保护,34,（3）. 线路较短时，可能无保护范围 (？纵联差动保护),正常线路,较短线路,2.3 限时电流速断保护,限时电流速断保护，又称电流段保护,设置目的：弥补电流段保护不足，保护本线全长,整定原则：为了可靠保护本线全长，保护区必然伸入下线，但必须解决与下线保护“抢动”问题。,电流II段与下回线电流I段配合 具体为时限配合及保护区配合,（1）时限配合,动作

9、时限较下线电流段保护长，可取0.30.5秒,（2）保护区配合,保护区不超过下线电流段保护区,电流II段与下回线电流I段的时限配合,保护1的II段,保护2的II段,保护区配合：如果保护区超过了下线电流段保护区 会出现下面问题,P2段不起动（该动但不符合起动条件）； P1 段起动，0.5秒后误动，切除1QF。,如何保证段保护区不超过下线段保护区？,由动作电流整定保证,电流段保护整定公式：,按上面公式整定能保证选择性，但能保护本线全长吗？,应进行灵敏度校验，确认保护本线全长能力。,灵敏度校验概念,电流保护动作条件：,即：,灵敏度系数 Ksen,考虑TA、继电保护误差，Ksen1不能保证可靠动作,Ks

10、en1.25才能保证可靠动作,应选取本线范围内最小的短路电流进行校验。,2019/7/12,第2章 电网相间短路的电流电压保护,42,为被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流。,灵敏度校验概念 灵敏度是指保护装置在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。其高低用灵敏系数来衡量。灵敏度系数定义为：,限时电流速断保护灵敏度为：,2019/7/12,第2章 电网相间短路的电流电压保护,43,问题3：灵敏度不能满足要求怎么办？与下一条线路的限时电流速断保护配合,由于限时电流速断保护的重要性，进行灵敏度效验时条件苛刻是因为： 绝大多数故障为非金属性故障Ik减小

11、实际短路电流小于计算电流 电流互感器负误差（饱和，使测量值比实际值小，该动而不动） 起动电流正误差（实际比标定需要的电流更多）,Ksen1.25，灵敏度合格， 能够保护本线全长,Ksen1.25，灵敏度不合格， 不能保护本线全长,本线最小 短路电流,应考虑更换为距离保护或改与下线段保护配合,1,2,下线II端,限时电流速断保护单相原理接线图,2.4 定时限过电流保护,线路配置了电流段及段后，可以切除本线路上的故障。,但是当继电保护或断路器发生故障时， 如果仍不能保证切除故障。还应设段保护。,拒动,主保护,后备保护,2.4 定时限过电流保护,线路配置了电流段及段后，可以切除本线路上的故障。,但是

12、当继电保护或断路器发生故障时， 仍不能保证切除故障。还应设段保护。,拒动,主保护,后备保护,近后备,远后备,“近后备”与“远后备”,其中第I、II段作为线路的主保护，第III段作为本线路主保护的后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。,2.4.2定时限过电流保护（电流段）整定原则,（1）过电流保护动作时限整定,段保护动作时限阶梯特性,（2）过电流保护动作电流整定,A.过电流保护在正常运行时不动作,负荷电流,B.过电流保护在外部故障切除后可靠返回 *,自起动系数,自起动情况,外部故障切除时，电压升高，相当于电动机负荷同时起动，此时电流为电机的起动电流，大于负荷电流。,为自起动系数，它决定于网络接线

13、和负荷性质， 一般取1.53,（3）过电流保护灵敏系数校验,校验用作本线路近后备保护的灵敏度,校验作为相邻线路的远后备保护灵敏度,若使用本线路末端最小短路电流校验， 要求1.5,若使用相邻线路末端最小短路电流校验， 要求1.25,2.5 电流保护的接线方式,电流保护接线方式：电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接关系。 *完全星型接线： *不完全星型接线：,接线系数： 流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值 完全星形与不完全星形接线的接线系数均为1,上页,下页,返回,第四节 电流保护的接线方式,一、三种基本的接线方式,电流保护的接线方式， 指的是电流继电器与 电流互感器二次绕组 之

14、间的连接方式,有三 种基本的接线方式。,三相三继电器完全星接线方式,两相两继电器不完全星接线方式,两相电流差接线方式,三相三继电器完全星接线方式,可以反 应各种 类型的 相间故 障和接 地故障,上页,下页,返回,“或”关系,正常时为0， 短路时为3I0,零序电流,上页,下页,返回,两相两继电器不完全星接线方式,可以反 应各种 类型的 相间故 障和有 电流互 感器相 的接地 故障。,正常时：,上页,下页,返回,两相电流差接线方式,通过继电器的 电流为两相电 流之差.不同 故障类型和 短路相别下, 通过继电器 的电流和电 流互感器二 次电流之比 是不同的 .,定义接线系数，为流入继电器 的电流与电

15、流互感器二次电流之比， 以 表示。,上页,下页,返回,两相电流差接线方式,正常运行或三相短路（对称）时,AC两相短路时,AB或BC两相短路时,不同 故障类型和 短路相别下, 通过继电器 的电流和电 流互感器二 次电流之比 是不同的 .,上页,下页,返回,第四节 电流保护的接线方式,二、各种接线方式的性能分析,(一)对相间短路故障的反应能力 完全星形和不完全星形接线都能正确反应被保 护线路不同相别的相间短路故障，只是动作的继电 器数目不同而已。两相不完全星形接线方式在AB和 BC相间短路故障时只有一个继电器动作。三相完全 星形接线方式在各种相间短路故障时，至少有两个 继电器动作，动作可靠性较高。

16、,第四节 电流保护的接线方式,二、各种接线方式的性能分析,(二)对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力 在小接地电流电网中，发生单相接地故障时，流 过接地点的仅为零序电容电流，相间电压仍然对称， 对负荷没有影响。为提高供电可靠性，允许小接地电 流电网带一点接地继续运行一段时间。故在这种电网 中，在不同地点发生两点接地短路时，要求保护动作 只切除一个接地故障点，以提高供电可靠性。,上页,下页,返回,电源中性点不直接接地系统,对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力,1.串联线路,上页,下页,返回,完全星型,不完全星型,由于两个保护在定值和时限上都按选择性要求而配合整定的，因此，能够保证10

17、0地只切 除线路。,由于B相不装电流互感器和相应的电流继电器，当线路上发生B相接地，而线路I上发生A相或C相接地时，保护2不能动作，只能由保护1动作切除线路I，扩大了停电范围。这种接线方式在不同相别的两点接地组合中，只能保证2/3的机会有选择性地切除一条线路。,上页,下页,返回,1.并联线路,对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力,完全星型,两套保护将同时动作，而切除两条线路。,不完全星型,保护动作情况,“+”动作 “-”不动作,能保证有2/3的机会只切除一条线路。,Y，d接线变压器后的两相短路,因为,当过电流保护接入降压变压器高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，采用三相星形接线，相继电

18、器灵敏度高一倍，有利！,采用两相星形接线，相无继电器，灵敏度降低，增加一只继电器,经济性比较 三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，提高保护动作的可靠性和灵敏性。此外，它也可用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。 两相星形接线较为简单经济，在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，得到广泛应用。此外在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在并联线路上的可能性比发生在串联线路上的大得多。采用两相星形可以保证有2/3的机会只切除一条线路，此点比用三相星形

19、接线有优越性。采用两相星形接线方式时，应在所有线路上将保护装置安装在相同的两相上，保证不同线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。,(三)对YN，d11接线变压器后两相短路的反应能力,上页,下页,返回,当过电流保护接于变压器的一侧，作为变压器及另一侧线路故障的后备保护时，保 护的接线将直接影响保护对某些故障的 反应能力或灵敏性。,d侧各相电流之间的关系,Y侧各相电流之间的关系,d侧a、b两相发生短路时，YN侧A相和C 相中的电流只为B相电流的一半。,上页,下页,返回,对YN，d11接线变压器后两相短路的反应能力结论,当采用变压器高压侧(YN侧)的过电流保护，作为 变压器保护的后备保护时，若保护

20、采用三相完全星形 接线，则接于B相的电流继电器灵敏度最高，是其他 两相电流继电器的两倍。 当采用两相不完全星形接线时，因B相上没有电流 继电器，所以不能反应B相的最大电流，故灵敏度只有 三相完全星形接线时的一半。 为克服这一缺点，可在不完全星形接线的中性线 上接入一个电流继电器，流过这个继电器的电流大小 与B相电流相等。称为二相三继电器接线。,上页,下页,返回,第五节 阶段式电流保护,将无时限电流速断、限时电流速断及定时限过电 流保护组合在一起，构成一整套保护，使之相互补充 和配合，称为三段式电流保护。 通常将无时限电流速断保护称为I段； 限时电流速断保护称为段； 定时限过电流保护称为段。 I

21、段和段保护共同组成线路的主保护，段保 护作为本线路I、段保护的近后备，也作为下一线 路保护的远后备。,三段式电流保护保护范围示意图,上页,下页,返回,上页,下页,返回,三段式电流保护接线原理图,I段,II段,III段,上页,下页,返回,三 段 式 电 流 保 护 接 线 展 开 图,I段,上页,下页,返回,三 段 式 电 流 保 护 接 线 展 开 图,电流保护完全星形接线,电流保护不完全星形接线,电流保护一般用于1035kV电网，属于小电流接地系统， 一般采用不完全星形接线。 保护应统一安装在同名相上（通常装于A、C相）。,注意在1035kV小电流接地系统中发生单相接地时， 没有短路电流。线

22、路仍可继续运行2小时。,2.6 电流电压连锁速断保护,电流电压联锁速断保护原理接线,2.6.1电压保护特点,母线电压,短路点离母线越远，母线电压下降越小。,电压保护具有以下特点：,（1）母线电压变化规律与短路电流相反,（2）大运方下母线电压水平高，电压保护的保护区缩短。,（3）仅由母线电压不能判别是母线上哪一条线路故障（通常母线挂接多条传输线），电压保护无法单独用于线路保护。,2.6.2电流电压联锁速断保护,电流保护“与”电压保护构成速断保护， 电流继电器与电压继电器触点串联出口。,电流速断保护整定时按最大运行方式整定,关键是整定时考虑的运方不同,当系统运方不是最大运方时，电流速断保护的保护区

23、缩短。,电流电压联锁速断保护则是按系统最常见的运方整定，,当系统运方不是最常见运方时，其保护区缩短，保证常见 运方下保护区最长。,电流电压联锁速断保护整定方法,按常见运方下80保护区整定,保护区,不是常见运方时， 如大运方保护区缩短,电流电压联锁速断保护原理框图,2.7 阶段式电流保护,2.7.1 阶段式电流保护的构成,*无时限电流速断保护（电流I段） *限时电流速断保护（电流II段） *定时限过电流保护（电流III段）,主保护,后备保护,l,0,三段式电流保护的保护区及时限配合特性,l,A,B,C,1,2,3,QF1,QF3,QF2,IK,t,I,I,I,0.5,t,I,I,0.5,t,I,

24、归总式原理图,2.7.2电磁型电流保护归总图与展开图,展开式原理图,2.7.3低压线路保护逻辑框图,2.7.4 阶段式电流保护整定实例,1.保护1电流I段整定计算 （1）动作电流,按躲过最大运行方式下本线路末端（即B母线处） 三相短路时流过保护的最大短路电流整定，即,（2）动作时限，为保护固有动作时间。,（3）灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。 在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为：,最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为：,2.保护1电流段整定计算,（1）求动作电流,与相邻线路保护2的段动作电流相配合,（2）动作时限,（3）灵敏系数校验,使用最小运行方式下本线路末端（即B母线处）

25、 发生两相金属性短路时流过保护的电流来校验,灵敏系数合格,3保护1电流段整定计算,（1）求动作电流,躲过本线路可能流过的最大负荷电流,（2）动作时限,应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差t,（3）灵敏系数校验,（a）近后备灵敏度校验,校验本线路灵敏系数,近后备灵敏度满足要求,（b）远后备灵敏度校验,校验相邻线路末端灵敏系数,远后备灵敏度满足要求,2.8反时限电流保护,定时限过电流保护缺点： 故障点距离电源越近，短路电流越大，动作时限却较长,反时限过电流保护特点： 动作时限与短路电流有关， 短路电流越大，动作时限较短； 短路电流较小，动作时限较长。,整定配合较困难，线路保护较少应用反时限

26、电流保护， 反时限保护多用于企业内部供电线路或电动机保护。,一般反时限,非常反时限,极度反时限,电流保护评价 1.选择性 电流保护在单电源线路上具有选择性。 电流段由动作电流保证选择性； 电流段由动作电流及动作时间保证选择性； 电流段由动作时间阶梯特性保证选择性。,2.快速性 电流段快速性最好，动作时间仅为ms级的 继电器固有动作时间； 电流段快速性次之，动作时间为0.5s左右； 电流段快速性最差，动作时间长。,3.灵敏性 电流段灵敏性最差，不能保护本线全长（除线变组情况）； 电流段灵敏性较好，能保护本线全长； 电流段灵敏性最好，能保护下线全长。,4.可靠性 电流保护构成简单，可靠性较高。,电流保护应用范围 电流保护简单可靠，但是保护区随系统运行方式 及短路类型变化。 电流保护主要用于单电源的1035kV馈电线路 作为相间短路的保护。,实际应用时，由于段保护动作时限不长，常将阶段式电流保护简化为电流速断保护与过电流保护两段式。,