#《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》輔導(dǎo)資料二

1、第 1 頁(yè)共 16 頁(yè)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)輔導(dǎo)資料二主 題：課件第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)第 1-21-2 節(jié)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保護(hù)學(xué)習(xí)時(shí)間：20132013 年 1010 月 7 7 日1010 月 1313 日內(nèi) 容 ：我們這周主要學(xué)習(xí)第二章的第 1-21-2 節(jié)，單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)和 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容。 希望通過(guò)下面的內(nèi)容能使同學(xué)們加 深電網(wǎng)電流保護(hù)相關(guān)知識(shí)的理解。一、學(xué)習(xí)要求1 1掌握三段式電流保護(hù)的配合原則、整定計(jì)算，會(huì)閱讀三段式電流保護(hù)的 原理圖；2 2理解方向性電流保護(hù)中方向元件的作用，能正確按動(dòng)作方向分組配合、 整

2、定計(jì)算。二、主要內(nèi)容（一）單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)1 1 繼電器（1 1）基本原理能自動(dòng)地使被控制量發(fā)生跳躍變化的控制元件稱為繼電器。 當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到 某一定值或由某一定值突跳到零時(shí)， 繼電器就動(dòng)作， 使被控制電路通斷。 它的功 能是反應(yīng)輸入信號(hào)的變化以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)。繼電器的繼電特性： （也稱控制特性 ）繼電器的輸入量和輸出量在整個(gè)變化過(guò) 程中的相互關(guān)系。第 2 頁(yè) 共 16 頁(yè)繼電器的返回系數(shù)Kr:返回值Xr和動(dòng)作值Xop的比值。即K7過(guò)量繼電器：反應(yīng)電氣量增加而動(dòng)作的繼電器。其返回系數(shù)小于 0.850.85o欠量繼電器：反應(yīng)電氣量降低而動(dòng)作的繼電器。其返回系數(shù)大于1.21.2。

3、(2)繼電保護(hù)裝置的基本分類按動(dòng)作原理：電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型等繼電器。 按反應(yīng)的物理量：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器和頻率繼電器等。 按作用：起動(dòng)繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、信號(hào)繼電器和出口繼電器等。(3)過(guò)電流繼電器動(dòng)作電流(lop)(lop):使繼電器動(dòng)作的最小電流。返回電流(Ire)(Ire):使繼電器由動(dòng)作狀態(tài)返回到起始位置時(shí)的最大電流2.2.單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)電流量值特征正常運(yùn)行：負(fù)荷電流1 1，不小于1 1，不大于第 3 頁(yè) 共 16 頁(yè)短路：三相短路、兩相短路E(pI Ik= = K K - -Z Zs sZ Zsk式

4、中，E:系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì);Zs保護(hù)安裝處至系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；Zk短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗；K:短路類型系數(shù)(三相短路取1,兩相短路取3)2最大運(yùn)行方式：系統(tǒng)等值阻抗最小，流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流最大最小運(yùn)行方式：系統(tǒng)等值阻抗最大，流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流最小3.3.電流速斷保護(hù)(1 1 )工作原理在保證選擇性和可靠性要求的前提下， 根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)快速性的要求，原則 上應(yīng)裝設(shè)快速動(dòng)作的保護(hù)裝置，使切除故障的時(shí)間盡可能短。反應(yīng)電流增加，且 不帶時(shí)限( (瞬時(shí)) )動(dòng)作的電流保護(hù)稱為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，簡(jiǎn)稱電流速斷保護(hù)。(2)(2)電流速斷保護(hù)的整定1動(dòng)作電流的整定原則: :保護(hù)裝置

5、的動(dòng)作電流要躲過(guò)本線路末端的最大短路電流。繼電保護(hù)的一次動(dòng)作電流IsetI|set k.maxsetrel I k.maxY Y I I i i繼電器的二次動(dòng)作電流| |op = A心。.TA2動(dòng)作時(shí)間第 4 頁(yè) 共 16 頁(yè)t t = =0 03保護(hù)范圍的校驗(yàn)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，而且保護(hù)的范圍隨運(yùn)行方式和故障類 型的變化而變化。電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)通常用保護(hù)范圍來(lái)衡量， 保護(hù)范圍越長(zhǎng)，表明保護(hù) 越靈敏。保護(hù)范圍通常用線路全長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)表示， 一般要求最大保護(hù)范圍50%50% , 最小保護(hù)范圍15%15%o電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍的計(jì)算：在最大運(yùn)行方式下，保護(hù)范圍末端發(fā)生三 相短路

6、時(shí)，由于短路電流和動(dòng)作電流相等，得到保護(hù)范圍最大值；在最小運(yùn)行方 式下，保護(hù)范圍末端發(fā)生兩相短路時(shí)，由于短路電流和動(dòng)作電流相等，得到保護(hù) 范圍最小值。(3)(3)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成圖 2 2 電流速斷保護(hù)的單相原理接線電流繼電器 KAKA 接于電流互感器 TATA 的二次側(cè)，當(dāng)流過(guò)它的電流大于它的動(dòng)作電流后，電流繼電器 KAKA 動(dòng)作，啟動(dòng)中間繼電器 KMKM，KMKM 觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)信 號(hào)繼電器線圈、斷路器輔助觸點(diǎn)接通跳閘線圈，使斷路器跳閘。電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、簡(jiǎn)單可靠。缺點(diǎn)是不能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式和線路結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大或被保護(hù)線路很短時(shí)

7、，甚至沒(méi)有保護(hù)范圍。4.4.限時(shí)電流速斷保護(hù)第 5 頁(yè) 共 16 頁(yè)(1(1 )工作原理圖 3 3 限時(shí)電流速斷動(dòng)作特性的分析由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，為快速切除本線路其 余部分的短路，應(yīng)增設(shè)第二套保護(hù)。為保證選擇性和快速性，該保護(hù)應(yīng)和下一線 路的電流速斷保護(hù)在保護(hù)范圍和動(dòng)作時(shí)限上相配合， 即保護(hù)范圍不超過(guò)下一線路 電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，動(dòng)作時(shí)限比下一線路電流速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)限級(jí) 差，這種帶有一定延時(shí)的電流速斷保護(hù)稱為 限時(shí)電流速斷保護(hù)。(2 2)限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定1動(dòng)作電流的整定原則: :保護(hù)裝置的動(dòng)作電流要躲過(guò)下級(jí)線路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流繼電保護(hù)的一次動(dòng)作電

8、流Iset| | | | 1set1set下級(jí)廠 = =K K 丨setrelset.下級(jí)2動(dòng)作時(shí)限的整定t t T T下級(jí).t t（3 3）靈敏性的校驗(yàn)原則：用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的本線路末端的最小短路電流當(dāng)靈敏系數(shù)不滿足要求時(shí)，和下級(jí)線路的限時(shí)電流速斷配合（動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間配合）KSen=皿-1-31.5第 6 頁(yè) 共 16 頁(yè)Iset（4 4）限時(shí)電流速斷保護(hù)的組成圖 4 4 限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線5.5.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（1 1 ）工作原理過(guò)電流保護(hù)通常是 指其動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的保護(hù) ，它分為 兩種類型：一種是保護(hù)啟動(dòng)后出口的動(dòng)作時(shí)間是固定的整定時(shí)間， 稱為定時(shí)

9、限過(guò) 電流保護(hù)；另一種是出口動(dòng)作時(shí)間和過(guò)電流的倍數(shù)有關(guān)， 電流越大，出口動(dòng)作越 快，稱為反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（也可簡(jiǎn)稱為過(guò)電流保護(hù)）在正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)電 網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作。由于短路電流一般比最大負(fù)荷電 流大得多，所以保護(hù)的靈敏性較高，不僅能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，作本線路的近后 備保護(hù)，而且還能保護(hù)相鄰線路全長(zhǎng)，作相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。為保證在正常情況下各條線路上的過(guò)電流保護(hù)絕對(duì)不動(dòng)作，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于該線路上可能出現(xiàn)且通過(guò)保護(hù)裝置的最大負(fù)荷電流，同時(shí)還必須考慮在外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)負(fù)荷自啟動(dòng)電流作用下保護(hù)裝置必須能夠可靠 返回，即返回電流

10、應(yīng)大于負(fù)荷自啟動(dòng)電流。（2 2）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的整定動(dòng)作電流的整定第 7 頁(yè) 共 16 頁(yè)原則：保護(hù)裝置的動(dòng)作電流要躲過(guò)本線路出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流， 返回電流也 應(yīng)大于負(fù)荷自啟動(dòng)電流。繼電保護(hù)的一次動(dòng)作電流Iset1ss.max -KsslL.maxIreHss.maxIK川Irerelss.maxi-1re1 set一KKre動(dòng)作時(shí)限的整定t t =t=t t t下級(jí)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限是按階梯原則來(lái)選擇的。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間向電源側(cè)逐級(jí)增加至少一個(gè)，只有這樣才能充分保證動(dòng)作的 選擇性。過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限在按上述階梯原則整定的同時(shí)，還需要和各線路末端變電所母線上所有出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限最長(zhǎng)者配合。

11、（3 3）靈敏度的校驗(yàn)原則：本線路的保護(hù)：用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下本線路末端的最小短路電流2下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)：用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下下級(jí)線路末端的最小短路 電流3要求各級(jí)過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)相配合，下級(jí)的靈敏系數(shù)要比上級(jí)的大（4 4）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的的組成（同限時(shí)電流保護(hù)的組成）6.6.階段式電流保護(hù)的配合及使用電流速斷保護(hù)是按照躲開(kāi)本線路末端的最大短路電流來(lái)整定，它雖能無(wú)延時(shí)動(dòng)作，但卻不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)；限時(shí)電流速斷保護(hù)是按照躲開(kāi)下級(jí)線路各相鄰 元件電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來(lái)整定， 它雖能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，卻不能作 為相鄰線路的后備保護(hù)；而定第 8 頁(yè) 共 16 頁(yè)時(shí)限過(guò)電流保護(hù)則是按照躲開(kāi)

12、本線路最大負(fù)荷電流 來(lái)整定， 可作為本線路及相鄰線路的后備保護(hù)，但動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。為保證迅速、可靠而有選擇性地切除故障，可將這三種電流保護(hù)，根據(jù)需要 組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù)，稱為階段式電流保護(hù)。圖 5 5 階段式電流保護(hù)的配合和實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的示意圖具體使用時(shí)，可以采用電流速斷保護(hù)加定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)， 或限時(shí)電流速斷 保護(hù)加定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，也可以三者同時(shí)采用。使用較多的就是三段式電流保 護(hù)。跳閘KT11KS1:TAKSn1KSm圖 6 6 具有三段式電流保護(hù)的單相原理框圖7.7.電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中電流繼電器和電流互感器二次繞組之間的 連接方式。對(duì)于第 9 頁(yè) 共 1

13、6 頁(yè)相間短路的電流保護(hù)，主要有三種接線方式：三相三繼電器的完 全星形接線，兩相兩繼電器的不完全星形接線，兩相一繼電器的兩相電流差接線。（二）電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)對(duì)于單電源輻射形供電的網(wǎng)絡(luò)，每條線路上只在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)裝置就可以 了。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，只要相應(yīng)的保護(hù)裝置動(dòng)作于斷路器跳閘， 便可以將故障 元件和其他元件斷開(kāi)，但卻要造成一部分變電所停電。為了提高電網(wǎng)供電的可靠 性，在電力系統(tǒng)中多采用雙側(cè)電源供電的輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)形電網(wǎng)供電。 此時(shí)，采用階段式電流保護(hù)將難以滿足選擇性要求，應(yīng)采用方向性電流保護(hù)。1.1.方向電流保護(hù)的基本原理為解決在雙側(cè)電源供電的電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)中相間

14、短路電流保護(hù)失去選 擇性和動(dòng)作時(shí)限難以整定的問(wèn)題，引入短路功率方向的概念：短路電流方向由母 線流向線路稱為正方向故障，允許保護(hù)動(dòng)作；短路電流方向由線路流向母線稱為 反方向故障，不允許保護(hù)動(dòng)作。在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)能判斷短路功率流向的方向元件，即功率方向繼電器，并且只有當(dāng)短路功率由母線流向線路時(shí)才允許動(dòng)作， 而由線路流向母線 時(shí)則不允許動(dòng)作，從而使保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性。 這樣就可以解決反方向 短路保護(hù)誤動(dòng)作的問(wèn)題。這種在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝方向元件的保護(hù)稱為方向 電流保護(hù)。方向電流保護(hù)既利用了電流的幅值特征， 又利用了短路功率的方向特 征。第 10 頁(yè) 共 16 頁(yè)圖 7 7 方向過(guò)

15、電流保護(hù)的單相原理接線圖2.2.功率方向繼電器功率方向繼電器是用來(lái)判斷短路功率方向的，是方向電流保護(hù)中的主要元 件。（1 1）對(duì)功率方向元件的基本要求1應(yīng)具有明確的方向性2正方向故障時(shí)有足夠的靈敏度（2 2）功率方向元件的動(dòng)作特性1具有明確的方向性繼電器的內(nèi)角：:動(dòng)作特性：-90-90 V Vr* * Y Y 9090 U j a動(dòng)作方程：-90-90 3 3 勺孑 7907902正方向故障時(shí)有足夠的靈敏度最大靈敏度角sen -3.3.相間短路功率方向判別元件的接線方式對(duì)功率方向元件接線方式的要求：正方向任何類型的短路故障都能動(dòng)作，當(dāng)反方向故障時(shí)則不動(dòng)作；故障后加入繼電器的電壓和電流應(yīng)盡可能大

16、一些，使電壓和電流的相位 差接近于最大靈第 11 頁(yè) 共 16 頁(yè)敏度角，以便消除和減小方向元件的死區(qū)。采用 9090。接線方式：在三相對(duì)稱的情況下，當(dāng)功率因數(shù)為1時(shí)，加入繼電器 的電流和電壓相位相差 9090 （這只是加入繼電器的電壓和電流的一種組合，并無(wú) 實(shí)際意義）注意：（1 1）按相連接（按相起動(dòng)）：同一相的電流元件和功率元件必須串聯(lián)， 然后再和其他相并聯(lián)，一起起動(dòng)時(shí)間繼電器。（2 2）功率方向元件電流線圈和電壓線圈的極性9090。接線方式，線路上發(fā)生各種故障時(shí)可能動(dòng)作的內(nèi)角的范圍：1正方向發(fā)生三相短路為使方向繼電器在任何 0 0 Y Y K K Y90Y90 的情況下均能動(dòng)作，應(yīng)選擇0

17、V Y90之間才能滿足要求。2正方向發(fā)生兩相短路ABC圖 8 8 B B、C C 兩相短路的系統(tǒng)接線圖a a 短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝地點(diǎn)附近為使方向繼電器在任何0 YKY90Y90 的情況下均能動(dòng)作，應(yīng)選擇0YY 90之間才能滿足要求b b 短路點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝地點(diǎn)E相繼電器能夠動(dòng)作的條件30V12。C相繼電器能夠動(dòng)作的條件-30 VV60第 12 頁(yè) 共 16 頁(yè)正方向發(fā)生兩相短路E相繼電器能夠動(dòng)作的條件3090C相繼電器能夠動(dòng)作的條件0W60分析結(jié)論：三相短路和任意兩相短路，當(dāng) 0Y0YKY90使故障相方向繼電器動(dòng)作的條件為30609090 接線方式的優(yōu)點(diǎn)：兩相短路沒(méi)有死區(qū)；選擇繼電器的內(nèi)角在3

18、 0和6 0之間，各種相間短路都能保證動(dòng)作的方向性缺點(diǎn)：在保護(hù)安裝地點(diǎn)附近正方向發(fā)生三相短路時(shí)，方向保護(hù)存在動(dòng)作的死 區(qū)。、習(xí)題（一）單選題1 1對(duì)于單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間短路保護(hù)主要采用三段式電流保護(hù)，第一段為（ ）保護(hù)。A A .限時(shí)電流速斷保護(hù)B.B. 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)C.C. 定時(shí)限電流速斷保護(hù)D.D. 反時(shí)限電流速斷保護(hù)答案：B B2.2. 繼電器主要由哪三個(gè)部分組成？（ ）A A .反應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、響應(yīng)機(jī)構(gòu)B.B. 反應(yīng)機(jī)構(gòu)、延遲機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)C.C. 響應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)第 13 頁(yè) 共 16 頁(yè)D.D. 反應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)答案： D D（二）判斷題1.1.

19、繼電器是根據(jù)某種輸入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換電路的自動(dòng)控制電器。（）答案：22.2. 繼電器的比較機(jī)構(gòu)也稱中間部分，它處于反應(yīng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，其作用是將輸出部分反應(yīng)并變換的物理量和繼電器的動(dòng)作值進(jìn)行比較， 以決定執(zhí)行 機(jī)構(gòu)是否動(dòng)作（簡(jiǎn)稱為比較功能 ）。（）答案：X第 14 頁(yè) 共 16 頁(yè)3 3 電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)通常用保護(hù)范圍來(lái)衡量，保護(hù)范圍越長(zhǎng)，表明保護(hù)越靈敏。（）答案：“（三）計(jì)算題如下圖所示的網(wǎng)絡(luò)，試對(duì)保護(hù) 1 1 進(jìn)行三段式電流保護(hù)整定計(jì)算，并計(jì)算繼電KTA=600/ 5。解：（1 1）保護(hù) 1 1 電流I段整定計(jì)算： 求動(dòng)作電流。按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下本線路末端（即 k1k1 點(diǎn)）

20、三相短路時(shí)流 過(guò)保護(hù)的最大短路電流來(lái)整定，即:snh 叫 Zsmjz 九3啟詵 T4.93 kA注意：計(jì)算時(shí)，母線電壓應(yīng)考慮 5%5%的裕量采用兩相不完全星形接線方式時(shí)，流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為: 動(dòng)作時(shí)限。第I段為電流速斷，動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，即h =0（s）器的動(dòng)作電流。已知乙=0們/km, G 3K 書(shū)=1.1Kr；=1.2 Kss=2 Kre=0.852311帀晌-AQF.ITUtXITUtX= =6.76.7 G GZitnin= =5.5.5 5 flfl/QB Am=400A一/Li&mux=I OS- AT I IOP 1IOP J - KTA4.93-12

21、0= 41.08 AA AHOkVHOkVi=30kmi=30km第 15 頁(yè) 共 16 頁(yè)3靈敏系數(shù)校驗(yàn)，即求保護(hù)范圍第 16 頁(yè) 共 16 頁(yè)在最大運(yùn)行方式下發(fā)生二相短路時(shí)的保護(hù)范圍為:在最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍為:L12 41Lmin%吧 100%100% =41.37% 15%則L130，滿足要求。(2)(2)保護(hù) 1 1 電流U段整定計(jì)算： 求動(dòng)作電流IOP1。按和相鄰線路保護(hù) I I 段動(dòng)作電流相配合的原則來(lái)整定,即：采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為: 動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù) I I 段動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差 氏，即:1 1=t2l 亠辻=00.5 =0.5(s)3靈敏系數(shù)校驗(yàn)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端( (即 k1k1 點(diǎn)) )發(fā)生兩相金屬 性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即：罷7 115/