21 单侧电源网络相间短路的电流保护-电力系统继电保护.ppt

主讲人徐振宇电气与电子工程学院四方研究所Office教五B309,NorthChinaElectricPowerUniversity,,第二章电网的电流保护,第一节单侧电源网络相间短路的电流保护,2.1.1继电器1．电磁型过电流继电器工作特性（a）动作特性，过电流继电器动作（触点闭合）（b）返回特性，过电流继电器返回（触点打开）动作电流使继电器动作的最小电流返回电流使继电器恢复原位的最大电流返回系数,,过电流继电器符号,继电器的工作特性曲线,“继电特性”继电器的动作是明确的，例如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,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,另外一种电磁型过电流继电器,动作，触点闭合返回，触点打开返回系数,2、晶体管型过电流继电器,硬件原理图,触发特性曲线图,特点（1）由二极管、三极管等晶体管元件构成；（2）仍具有电磁型继电器的“继电特性”，并满足。,1、时间继电器作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系。①延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。②瞬时返回。对正在动作的继电器，一旦线圈所加电压消失，则迅速返回原始状态。2、中间继电器起中间桥梁作用①触点容量大，可直接用作于跳闸。②触点数目多,其它几种常见的继电器,3、信号继电器作为装置动作的信号指示，标示所处的状态，或接通灯光信号（音响）回路。信号继电器的触点自保持，由值班人员手动复归或电动复归。,继电器是一种能自动执行通断操作的部件，可以说继电保护装置是由不同类型的继电器构成。电磁型电流继电器启动继电器感应型电压继电器度量继电器整流型功率方向继电器时间继电器数字型阻抗继电器信号继电器中间继电器,,,,欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）,,a三相短路电流计算E-系统等效电源的相电势-短路点至保护安装处的阻抗－保护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗,2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征,b两相相间短路电流计算,线路相间短路电流计算,,相同地点发生两相相间短路是三相短路电流的倍。,,,,在故障点位置确定，故障类型确定，短路电流Ik仅与系统等值阻抗Zs有关。,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，与此对应的系统运行方式，称为系统最大运行方式。,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，与此对应的系统运行方式，称为系统最小运行方式。,短路电流曲线横坐标故障位置纵坐标短路电流,希望电流速断保护2的保护范围包括线路AB的整个范围。但是当线路AB段的末端d1点短路时的短路电流，和线路BC段的首端d2点（BC线路出口处）短路时的短路电流基本是相等的。因为非常小。为了满足选择性，电流速断保护2的保护范围不能包括线路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。,三段式电流保护,2.1.3电流速断保护（电流Ⅰ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Ⅰ段）；2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）；3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）。,特点在保证选择性的前提下，动作（跳闸）速度越快越好。,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。,电流速断保护中的过电流继电器I1反映一次线路侧电流I增大而动作，跳开断路器QF。,电流速断保护（电流Ⅰ段）的单相原理接线图,（1）电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作原理,从电流Ⅰ段保护的单相接线图可见，决定保护动作的关键因素是过电流继电器I1，过电流继电器I1触点闭合则断路器跳闸线圈TQ通过电流，断路器QF断开。,过电流继电器I1的动作电流就是电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动电流值。,过电流继电器I1的动作电流如何整定（计算）必须根据所保护范围内的短路故障电流来整定，即保证其保护范围内所有地点发生短路，其都可以动作。,,（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则,①起动电流整定值躲开本线路BC段末端（或相邻下一线路出口处）C处最大短路电流。即大于本线路末端（即母线C处）的最大短路电流。②动作时限整定值,，是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.21.3,对上图中的电流速断保护2进行整定计算。,所以电流Ⅰ段只能保护本线路首端一部分。,电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动（动作）电流整定值,,以电流速断保护1为例。,是本线路末端C处最大短路电流。,产生本线路末端C处最大短路电流的条件①系统处于最大运行方式②短路形式是三相短路,是保护一次侧动作电流，保护的二次侧动作电流为,，其中是电流互感器变比。,是接线系数，一般取1.0。,电流速断保护（电流Ⅰ段）的保护范围,1、最大保护范围lmax出现在系统最大运行方式下发生三相短路；2、最小保护范围lmin出现在系统最小运行方式下发生两相短路。,（4）电流速断保护的优缺点优点简单可靠,动作迅速缺点（1）不能保护本线路全长。（2）保护范围受影响（a）系统运行方式；（b）故障类型。在运行方式变化较大、短线路的情况下可能失去保护范围。,特例当线路与变压器组相连接时，电流速断保护可以保护线路的全长，并能够保护变压器的一部分,2.1.4限时电流速断保护（电流Ⅱ段）,定义能够以较小的时限切除全线路范围以内的故障。特点保护线路的全长；具有较小的动作时限。（1）工作原理以限时电流速断保护2为例。由于要求保护本线路全长，则保护范围必然延伸到下一线路出口。为了保证选择性，需带时限。比下一线路电流速断保护高t。,（2）限时电流速断保护（电流Ⅱ段）的整定原则①起动电流整定值限时电流速断保护2的保护范围不应超过保护1的Ⅰ段保护范围（电流Ⅱ段可靠系数Kk″＝1.1～1.2）②动作时限（△t＝0.5s）时限特性（d2故障虽保护2限时电流速断起动但不动作）灵敏度校验,按照最小运行方式、末端两相相间短路时的短路电流进行校验。若不满足,考虑与保护1的限时电流速断（电流Ⅱ段）配合。,限时电流速断保护（电流Ⅱ段）的动作特性和时限特性,（3）原理接线图,限时电流速断保护的单相原理接线图,（4）电流Ⅱ段保护优缺点优点灵敏度好，能保护线路全长。缺点带0.5秒左右的延时，速动性较差；不能做下一段线路的远后备,加装定时限过电流保护。,电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线路的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足速动性的要求，可以作为“主保护”。,2.1.5定时限过电流保护,定义作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护。其起动电流是按照躲开最大负荷电流来整定的。,特点（1）保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路全长，甚至更远。（2）为了保证选择性，动作时限一般较长。是一种后备保护。,（1）定时限过电流保护的整定计算原则,①起动电流整定值起动电流整定值应满足大于最大负荷电流外部故障切除后保护装置能够可靠返回，即返回电流要满足,以定时限过电流保护1为例。要求（a）起动电流要躲开最大负荷电流（b）在外部故障切除后，电动机M发生自起动时仍然能够返回，即,－可靠系数，1.15～1.25－返回系数，0.85－自起动系数，与负荷性质与接线有关，大于1②动作时限阶梯型的时限特性，一般,所以，,起动电流,，与相邻下一线路的电流Ⅲ段动作时限相配合。,,1、处于电网终端的保护装置，其过电流保护的动作时限为零。这种情况下过电流保护可作为主保护兼后备保护，不需装设电流速断保护和限时电流速断保护。保护3设定时限过电流保护（电流Ⅲ段），无延时动作。保护2设电流速断（电流Ⅰ段）和过电流保护（电流Ⅲ段）。保护1按一般原则装设三段式电流保护。,2、应与相邻多条线路中的最大动作时限配合。,定时限过电流保护的动作时限,（2）灵敏度校验最小运行方式，本线路（相邻线路）末端相间短路。近后备作为本线路AB段的后备。远后备作为相邻下一线路BC段的后备。灵敏度应相互配合越靠近故障点保护灵敏度应越高（3）原理接线同限时电流速断保护，时间继电器的时间整定值不同（4）评价简单可靠。但越靠近电源端，保护的动作时限越长,定时限过电流保护动作时限与短路电流的大小无关,动作时限是人为事先整定的。定时限过电流保护（电流Ⅲ段）由于时限的配合原因，造成故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长，这是其缺陷。反时限电流保护也是一种过电流后备保护，其动作时间是电流的函数。电流小时，动作时间长；电流大时，动作时间短。,是瞬时动作电流；,是起动电流；,是瞬时动作触点闭合时间。,2.1.6阶段式电流保护,每一线路装设有三段式继电保护，Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段之间，并与相邻线路三段式继电保护共同构成了较完善的保护系统。,2.1.8电流保护的接线方式,接线方式电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。主要有2种接线方式（a）三相星形接线方式；（b）两相星形接线方式。,1.三相星形接线和两相星形接线的性能比较,（1）相间短路中性点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电器数目不同。（2）中性点直接接地电网单相接地短路两相星形接线不能反应中性点直接接地电网的B相接地短路。,中性点直接接地电网中发生单相接地故障，接地相故障电流很大。中性点非直接（不）接地电网中发生单相接地故障，接地相故障电流很小。,（3）中性点非直接接地电网（异相）两点接地短路由于中性点非直接接地电网中允许单相接地时继续短时运行，为了保证供电可靠性，希望只切除一个故障点。,串联线路,辐射线路,性能比较,（4）Y/d接线变压器后面（d侧）的两相短路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压侧线路的后备时，三相星形接线可使灵敏系数增大一倍；两相星形接线的灵敏系数只能由A,C相决定，较三相星形接线灵敏系数降低一半。措施在中线上接入一个继电器，以提高灵敏系数。,三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。还应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故障的保护。两相星形接线由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点非直接接地配电网中（辐射线路较普遍）广泛使用。※两相星形接线时，应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都装于A、C相上），以保证在不同的线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。,（5）评价及应用,三段式电流保护接线图举例,五.三段式电流保护的评价及应用,选择性通过动作电流、动作时间来保证选择性。单电源辐射网络上可保证获得选择性；多电源网络上在某些特殊情况下才获得选择性。速动性无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的；过电流保护则常常不能满足速动性的要求。灵敏性运行方式变化较大时，速断保护往往不能满足要求。被保护线路很短时，无限时电流速断保护常为零。长距离重负荷线路过电流保护的灵敏度常常也很小。灵敏度差是电流电压保护的主要缺点。可靠性继电器简单、数量少，整定计算和校验容易。可靠性好是它的主要优点。应用主要用在35kv及以下的单电源辐射网上。,