電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理電流保護(hù)(1-2)(1)-1

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電網(wǎng)的電流保護(hù)電網(wǎng)的電流保護(hù)電氣與信息工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院2 2 電網(wǎng)的電流保護(hù)電網(wǎng)的電流保護(hù)2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路電流保護(hù)2.2 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路方向電流保護(hù)2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接地短路的零序 電流及方向保護(hù)2.4 中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故 障的保護(hù) 2.1 2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間 短路電流保護(hù)短路電流保護(hù)2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器繼電器分類：按作用分測量繼電器：能直接反應(yīng)電氣量的變化。輔助繼電器：用來改進(jìn)和完善保護(hù)的功 能。按結(jié)構(gòu)型式分電磁型 、感應(yīng)型、整流型、電子型、數(shù)字型2.1.1 2.1.1 繼

2、電器繼電器電磁電流繼電器2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器集成電路電流繼電器2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器繼電器的工作原理2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器繼電器的工作原理2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器繼電器的工作原理繼電器的工作原理2.1.1 2.1.1 繼電器繼電器繼電器的工作原理繼電器的工作原理返回系數(shù)：即繼電器的返回電流與動作電流 的比值。演示演示設(shè) E:系統(tǒng)等效電源的相電動勢Zs:保護(hù)安裝處至系統(tǒng)等效電源的等效阻抗Zl:保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)阻抗三相短路 Ik(3)=兩相短路 Ik(2)=2.2.22.2.2相間短路時電流量值特征相間短路時電流量值特征近似短路計(jì)算2.2.

3、22.2.2相間短路時電流量值特相間短路時電流量值特征征短路電流的確定（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式（Zs）；（2）短路點(diǎn)位置(Zl)；（3）短路類型(三相、兩相)；（4）電網(wǎng)聯(lián)接方式(E)；三相短路 Ik(3)=兩相短路 Ik(2)= 2.2.22.2.2相間短路時電流量值特征相間短路時電流量值特征最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式：對繼電保護(hù)而言，在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時流過保護(hù)安裝處的電流最大，稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最小，ZsZs.min對繼電保護(hù)而言，在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時流過保護(hù)安裝處的電流最小，稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式，對應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最小,ZsZs.max2.2.22.

4、2.2相間短路時電流量值特征相間短路時電流量值特征Zs.minZs.max2.2.22.2.2相間短路時電流量值特征相間短路時電流量值特征最大短路電流 Ik.max=最小短路電流 Ik.min=2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作的電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)1.1.電流速斷保護(hù)整定電流速斷保護(hù)整定AB線路末端最大短路電流Ik.1= (Zl=ZAB)BC線路首端最大短路電流 Ik.2= Ik.1電流保護(hù)電流保護(hù)1 1的選擇性的選擇性IIIIset.1 set.1 Ik.1提高可靠性提高可靠性IIIIset

5、.1= Krelset.1= KrelIk.1=KrelKrelIk.B.MaxIk.B.Max=Krel=Krel2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)電流保護(hù)電流保護(hù)2:2:IIset.2IIset.2=KrelKrelIk.c.MaxIk.c.Max=Krel=Krel繼電器的動作電流繼電器的動作電流: :IIopIIop=IIset/nTAnTA為電流互感器變比為電流互感器變比2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)2.最小保護(hù)范圍校驗(yàn)2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)2.最小保護(hù)范圍校驗(yàn)2.1.3 2.1

6、.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)3.電流速斷保護(hù)的構(gòu)成信 號2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)4.評價優(yōu)點(diǎn)：動作速度快，接線簡單；缺點(diǎn)：不能保護(hù)線路全長，保護(hù)范圍受運(yùn) 行方式的影響。2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)特例:在短線路且運(yùn)行方式變化很大的系統(tǒng)中，最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍很小甚至等于零。2.1.3 2.1.3 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)特例:當(dāng)速斷保護(hù)應(yīng)用于線路-變壓器組時，其動作電流可按躲過變壓器低壓母線短路整定，因而，其保護(hù)范圍可保護(hù)線路全長。2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)用來切除本線路上速斷保護(hù)范圍以外的故障，同時也能作為速斷保

7、護(hù)的后備。 與無時限電流速斷保護(hù)配合作為被保護(hù)線路相間短路的主保護(hù)2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)1.起動電流的整定 保護(hù)區(qū)要延伸到相鄰線路、或相鄰元件的一部分。2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)2.選擇性問題應(yīng)比下一條線路速斷保護(hù)的動作時限高出一個時間階梯t t1II=t2I+tt 通常取為0.5s2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)整定計(jì)算2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)3.靈敏性的校驗(yàn)基本出發(fā)點(diǎn)：選擇在要求的保護(hù)區(qū)內(nèi)短路最不利于保護(hù)動作的情況，來校驗(yàn)保護(hù)是否能夠動作運(yùn)行方式：最小短路類型：兩相短路點(diǎn)

8、：本線路末端要求Ksen 1.31.52.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)當(dāng)靈敏度不滿足要求時2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)4.4.限時電流速斷保護(hù)的構(gòu)成限時電流速斷保護(hù)的構(gòu)成2.1.4 2.1.4 限時電流速斷保護(hù)限時電流速斷保護(hù)5.評價 限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長； 依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性； 與電流速斷共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作 電流速斷的近后備保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：可保護(hù)本線路全長；可作為電流速斷的近后備保護(hù)；缺點(diǎn)：速動性差（有延時）；2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)過電流保護(hù)是指其起動電流按躲最大負(fù)荷

9、電流來整定的保護(hù)。該保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長，且能保護(hù)相鄰線路的全長?？勺鳛楸揪€路主保護(hù)的近后備保護(hù)以及相鄰下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)1.起動電流的整定（1）大于流過該線路的最大負(fù)荷電流Il.max（2）外部故障切除后電動機(jī)自起動時，應(yīng)可靠返回2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)1.1.起動電流的整定起動電流的整定2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)1.1.起動電流的整定起動電流的整定2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)2.選擇性問題選擇性問題QF1QF2QF3K點(diǎn)短路一般短路電流大于保護(hù)裝置1、2、3的動作電流，保護(hù)1、2、3

10、將起動。K2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)2.選擇性問題選擇性問題為滿足選擇性的要求，必須依靠各保護(hù)裝置具有不同的動作時限來保證。QF1QF2QF32.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)動作時限2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)動作時限2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)3.3.靈敏性的校驗(yàn)靈敏性的校驗(yàn)（1）作為近后備時 采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時的電流來校驗(yàn)，要求K Ksen sen 1 1.3 3 1 1.5 52.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)3.3.靈敏性的校驗(yàn)靈敏性的校驗(yàn)（2 2）作為遠(yuǎn)后備時）作為遠(yuǎn)后備時 采用最小運(yùn)行方式下

11、相鄰線路末端兩相短路時的電采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來校驗(yàn)，要求流來校驗(yàn)，要求K Ksen 1.2sen 1.22.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)4.4.過電流保護(hù)的構(gòu)成過電流保護(hù)的構(gòu)成2.1.5 2.1.5 過電流保護(hù)過電流保護(hù)5.5.評價評價過電流的動作電流的動作電流小，其靈敏度更高；在后備保護(hù)之間，只有靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，才能保證選擇性；保護(hù)范圍是本線路和相鄰下一線路全長；2.1.62.1.6階段式電流保護(hù)配合階段式電流保護(hù)配合電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長，限時電流速斷保護(hù)不能作為相鄰元件的后備保護(hù)，為迅速而有選擇性地切成故障常常將電流速斷、限時

12、電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式的電流保護(hù)2.1.62.1.6階段式電流保護(hù)配合階段式電流保護(hù)配合保護(hù)1：瞬時過電流 保護(hù)保護(hù)2：0.5s過電流 保護(hù) 可加電流速斷 (兩段式)保護(hù)3：電流速斷 限時電流速斷 過電流保護(hù) 三段式演示演示2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式所謂所謂電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式是指電流互感器和電是指電流互感器和電流測量元件間的連接方式。流測量元件間的連接方式。為能反映所有類型的相間短路，電流保護(hù)要求為能反映所有類型的相間短路，電流保護(hù)要求至少在至少在兩相線路兩相線路上應(yīng)裝有電流互感器和電流測上應(yīng)裝有電流互感器和電流測量元

13、件。量元件。2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式（一）兩種常用的接線方式（1）三相星形接線特點(diǎn):三相電流互感器二次繞組與三個電流繼電器分別按相連接，三個繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)。2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式（一）兩種常用的接線方式（2）兩相星形接線特點(diǎn):只有兩相裝設(shè)電流互感器，按相連接繼電器。2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式（一）兩種常用的接線方式當(dāng)保護(hù)裝置的一次動作電流為時Iset，則反應(yīng)到繼電器上的動作電流應(yīng)為IopIopIop=Iset/nTAIset/nTAnTAnTA為電流互感器變比為電流互感器變比2.1.2.

14、1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時的性能分析1.1.對各種相間短路對各種相間短路相同之處：兩種接線方式均能正確反應(yīng)不同之處：動作的繼電器個數(shù)不同2. 2. 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的單相接地短路中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的單相接地短路三相星形接線可反應(yīng)各種單相接地故障兩相星形接線不能反應(yīng)B相接地故障2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時的性能分析3.3.中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點(diǎn)接地短路中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點(diǎn)接地短路（1 1）在相互串聯(lián)的兩條線路上）在相互串聯(lián)的兩條線路上2.1.2.1.8 8 電

15、流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式三相星形接線100%有選擇地切除線路2。兩相星形接線兩相星形接線 2/3機(jī)會有選擇地切除線路2。2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式3.中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點(diǎn)接地短路(2)(2)在同一母線的兩條線路上三相星形接線 當(dāng)保護(hù)動作時間相同時，同時切除兩條線路2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式(2)(2)在同一母線的兩條線路上 兩相星形接線兩相星形接線兩相星形接線2/3機(jī)會僅切除一條線路。2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式注意：若電流互感器不在同相上保護(hù)拒動保護(hù)拒動所有電流互感器接在

16、相同的相上所有電流互感器接在相同的相上2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式4.4.在在Y,d11Y,d11接線的變壓器后兩相短路時接線的變壓器后兩相短路時2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式4.4.在在Y,d11Y,d11接線的變壓器后兩相短路時接線的變壓器后兩相短路時這對采用兩相星形接線的后備保護(hù)不利這對采用兩相星形接線的后備保護(hù)不利! !2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式解決方法（兩相三繼電器法）解決方法（兩相三繼電器法）2.1.2.1.8 8 電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式5.5.兩種接線方式的應(yīng)用兩種接線方

17、式的應(yīng)用 三相星形三相星形接線廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器接線廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器的的后備保護(hù)中后備保護(hù)中 兩相星形兩相星形接線被廣泛應(yīng)用在中性點(diǎn)直接接接線被廣泛應(yīng)用在中性點(diǎn)直接接地地系統(tǒng)和非直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路電流系統(tǒng)和非直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路電流保護(hù)的接線方式保護(hù)的接線方式2.2 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的 方向性電流保護(hù)2.2.1 問題提出問題提出雙端電源供電的優(yōu)勢2.2.1 問題提出問題提出問題過電流保護(hù)：K1短路，選擇性t2t3K2短路，選擇性t3t22.2.2 2.2.2 解決方法解決方法根據(jù)區(qū)內(nèi)與區(qū)外短路，靠近短路點(diǎn)的保護(hù)所流過根據(jù)區(qū)內(nèi)與區(qū)外短路，靠近短路點(diǎn)的保護(hù)所流過

18、的短路功率方向不同，引入方向元件來判別短路的短路功率方向不同，引入方向元件來判別短路功率的方向，從而區(qū)別區(qū)內(nèi)或區(qū)外短路。功率的方向，從而區(qū)別區(qū)內(nèi)或區(qū)外短路。(以母線電壓為參考方向以母線電壓為參考方向,規(guī)定電流從母線流向線路規(guī)定電流從母線流向線路為正為正)2.2.2 2.2.2 解決方法解決方法接線原理圖接線原理圖2.2.3 2.2.3 功率方向判別元件功率方向判別元件利用判別短路功率的方向或電流與電壓之間的相位關(guān)系，就可以判別發(fā)生故障的方向。2.2.3 2.2.3 功率方向判別元件功率方向判別元件用以判別功率方向或測定電流與電壓間相位角的繼電器稱為功率方向繼電器功率方向繼電器?；靖拍罨靖拍?/p>

19、r為加入繼電器的電壓和電流的夾角即設(shè)sen為最大靈敏角最大靈敏角，2.2.3 2.2.3 功率方向判別元件功率方向判別元件若設(shè)繼電器內(nèi)角，則=-sen2.2.3 2.2.3 功率方向判別元件功率方向判別元件注意問題1.死區(qū)死區(qū)：當(dāng)輸入繼電器的電壓，小于繼電器最小動作電：當(dāng)輸入繼電器的電壓，小于繼電器最小動作電壓，繼電器不動作，這一范圍稱為功率方向繼電器的壓，繼電器不動作，這一范圍稱為功率方向繼電器的死區(qū)。死區(qū)。2.2.潛動問題潛動問題是指繼電器僅加入電壓或電流一個電量就會動作的現(xiàn)是指繼電器僅加入電壓或電流一個電量就會動作的現(xiàn)象。象。只加電流不加電壓時所產(chǎn)生的潛動稱為只加電流不加電壓時所產(chǎn)生的潛

20、動稱為電流潛動電流潛動。只加電壓不加電流時所產(chǎn)生的潛動稱為只加電壓不加電流時所產(chǎn)生的潛動稱為電壓潛動電壓潛動. .2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線方式接線方式接線方式：是指繼電器與電流互感器和電壓互：是指繼電器與電流互感器和電壓互 感器之間的連接方式。感器之間的連接方式。要求要求： 1）必須保證功率方向繼電器具有良好的）必須保證功率方向繼電器具有良好的 方向性。方向性。 2 2）盡量使功率方向繼電器在正向短路故）盡量使功率方向繼電器在正向短路故 障時具有較高的靈敏性。障時具有較高的靈敏性。 2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線

21、方式采用采用9090接線接線90接線方式是指在三相對稱且功率因數(shù) cos? = 1的情況下， 加入繼電器的電流Ir超前電壓Ur 90的接線方式。2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線方式三相短路 A相功率繼電器k：線路阻抗角rA= k -90則最大靈敏角Sen=rA=k -90則繼電器內(nèi)角= 90- k 當(dāng)線路阻抗角為60時為30 2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線方式采用按相啟動接線。所謂按相啟動接線是指接入同名相電流的測量元件和功率方向元件的接點(diǎn)串聯(lián)，而后于其他元件相并聯(lián)后啟動邏輯元件。2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線方式對功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性。2.2.4 2.2.4 功率方向判別元件接線方式功率方向判別元件接線方式優(yōu)點(diǎn)：(1)各種兩相短路故障都沒有死區(qū)，因?yàn)槔^電器加入的是非故障的相間電壓，其值很高。(2)適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對線路上各種相間故障都保證動作的方向性。2.2.52.2.5方向電流保護(hù)的應(yīng)用特點(diǎn)方向電流保護(hù)的應(yīng)用特點(diǎn)缺點(diǎn)： 正方向出口三相短路時有死區(qū) 投資增大，接線復(fù)雜，可靠性降低 能不加方向元件最佳2.2.52.2.5方向電流保護(hù)的應(yīng)用特點(diǎn)方向電流保護(hù)