電力系統(tǒng)繼電保護(hù)-第二章

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理黑龍江科技學(xué)院目錄第一章緒論第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)第四章輸電線的縱聯(lián)保護(hù)第五章自動(dòng)重合閘第六章電力變壓器的繼電保護(hù)第七章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)第八章母線的繼電保護(hù)第一章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性

電流保護(hù)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.2網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)2.3大接地電流系統(tǒng)的零序電流保護(hù)2.4小接地電流系統(tǒng)的接地保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)一、繼電器二、電流保護(hù)：電流速斷保護(hù)（I段）限時(shí)電流速斷保護(hù)（II段）過(guò)電流保護(hù)（III段）三、電流保護(hù)的接線方式四、三段式電流保護(hù)的原理接線圖

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

輸電線發(fā)生相間短路時(shí)，電流會(huì)突然增大，故障相間的電壓會(huì)降低，利用這一特征就可以構(gòu)成電流保護(hù)。電流保護(hù)主要包括：無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)電流繼電器是實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元件，電流繼電器是反應(yīng)于一個(gè)電氣量而動(dòng)作的簡(jiǎn)單繼電器的典型第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)一、繼電器1.螺管線圈式結(jié)構(gòu)：鐵心、線圈、可動(dòng)銜鐵止擋、接點(diǎn)、彈簧

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)2.吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)：鐵心、線圈、可動(dòng)銜鐵、止擋、接點(diǎn)、彈簧

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)3.轉(zhuǎn)動(dòng)銜鐵式結(jié)構(gòu)：鐵心、線圈、可動(dòng)銜鐵、止擋、接點(diǎn)、彈簧

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

繼電器的動(dòng)作條件：為使繼電器動(dòng)作，必須增大電流，通過(guò)增大電流來(lái)增大電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于彈簧的作用力矩及摩擦力矩之和時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。繼電器的動(dòng)作電流：能使繼電器動(dòng)作的最小電流IdzJ繼電器的返回條件：繼電器動(dòng)作之后，當(dāng)電流減小時(shí)，繼電器在彈簧的作用下返回。為使繼電器返回，第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)彈簧的作用力矩必須大于電磁力矩及摩擦力矩之和。繼電器的返回電流：能使繼電器返回原位的最大電流值IhJ繼電器的返回系數(shù)：返回電流與啟動(dòng)電流的比值Kh第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)無(wú)論啟動(dòng)和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個(gè)中間位置，這種特性稱為繼電特性。

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)二、電流保護(hù)1.電流速斷保護(hù)（I段）僅反應(yīng)電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)。（1）短路電流的計(jì)算：短路電流的大小與系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障點(diǎn)的位置和故障類型有關(guān)。相關(guān)概念：最大運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，通過(guò)該保護(hù)裝第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)置的短路電流為最大的方式最小運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最小的方式指同一點(diǎn)同一故障。最大運(yùn)行方式：是系統(tǒng)在該方式下運(yùn)行時(shí)，具有最小的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最大的一種運(yùn)行方式。

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)最小運(yùn)行方式：是系統(tǒng)在該方式下運(yùn)行時(shí)，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最小的一種運(yùn)行方式。

圖中上面的曲線：最大運(yùn)行方式下三相短路電流曲線圖中下面的曲線：最小運(yùn)行方式下兩相短路電流曲線短路電流計(jì)算公式：第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)結(jié)論：

①系統(tǒng)運(yùn)行方式越大（Zs越小的運(yùn)行方式）短路電流越大

②故障點(diǎn)越近，短路電流越大，反之短路電流越小

③在某種運(yùn)行方式下，同一點(diǎn)短路三相短路的短路電流大于兩相短路的短路電流第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

（2）整定計(jì)算為了保證選擇性，保護(hù)裝置A的動(dòng)作電流就必須大于被保護(hù)線路AB末端短路時(shí)的最大短路電流Id.B.max

整定。

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電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

可靠系數(shù)：引入可靠系數(shù)的原因：必須考慮實(shí)際上存在的各種誤差的影響①實(shí)際的短路電流大于計(jì)算值②

對(duì)瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響③保護(hù)裝置中電流繼電器的實(shí)際啟動(dòng)電流可能小于第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)整定值

④必須考慮必要的裕度從最不利的情況出發(fā)，即使同時(shí)存在著以上幾個(gè)因素的影響，也能保證在預(yù)定的保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)裝置不誤動(dòng)，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。（3）靈敏度的校驗(yàn)用保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量，規(guī)程規(guī)定，其最小保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)保護(hù)范圍一般不應(yīng)小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的（15~20）%。解：得：第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)相關(guān)概念：保護(hù)裝置的動(dòng)作電流：對(duì)于反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)而言，能使該保護(hù)裝置啟動(dòng)的最小電流值，是用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表示的。結(jié)論：①僅靠動(dòng)作電流值來(lái)保證其選擇性②能無(wú)延時(shí)地保護(hù)被保護(hù)線路的一部分（不是完整的電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

（4）單相原理接線圖

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)中間繼電器的作用:

①接點(diǎn)容量大，可直接接通TQ去跳閘②當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用其固有動(dòng)作時(shí)間（60ms）防止避雷器放電時(shí)保護(hù)誤動(dòng)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)2.限時(shí)電流速斷保護(hù)（II段）

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

在任何情況下都能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性，還應(yīng)有盡可能短的動(dòng)作時(shí)限。（1）整定計(jì)算：為保證選擇性及最小動(dòng)作時(shí)限，首先考慮其保護(hù)范圍不超過(guò)相鄰下一條線路第I段的保護(hù)范圍，時(shí)間比其大一個(gè)時(shí)間級(jí)差△t。動(dòng)作電流：第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

動(dòng)作時(shí)間：可靠系數(shù)：考慮到短路電流中的非周期分量已經(jīng)衰減，故可選取得比I段的可靠系數(shù)小一些。時(shí)間級(jí)差△t的確定原則：

①應(yīng)包括故障線路斷路器的跳閘時(shí)間。②應(yīng)包括故障線路保護(hù)中時(shí)間繼電器的實(shí)際動(dòng)作第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)時(shí)間比整定值大。

③應(yīng)包括被整定保護(hù)中時(shí)間繼電器的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間比整定值小。④如果被整定保護(hù)中的測(cè)量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回，則還應(yīng)包括測(cè)量元件延遲返回的慣性時(shí)間。⑤考慮一定的裕度。即通常取0.5s。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

（2）靈敏度校驗(yàn)：用靈敏系數(shù)Klm來(lái)衡量。靈敏系數(shù)Klm按被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流來(lái)計(jì)算，規(guī)程要求，靈敏系數(shù)不小于1.3～1.5。若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第II段配合。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

動(dòng)作電流：

動(dòng)作時(shí)間：

①限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長(zhǎng)。②依靠動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間共同保證選擇性。③與第I段共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作第I段的近后備保護(hù)。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)（4）限時(shí)電流速斷保護(hù)單相原理接線圖第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)3.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（III段）作為本線路主保護(hù)的后備保護(hù)以及相鄰下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。其啟動(dòng)電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的保護(hù)稱為過(guò)電流保護(hù)，此保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，且能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)。（1）整定計(jì)算：動(dòng)作電流必須滿足兩個(gè)條件：①躲過(guò)最大負(fù)荷電流第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

②在外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)可靠返回。選取以上兩個(gè)條件計(jì)算出的較大數(shù)值作為保護(hù)的動(dòng)作電流。動(dòng)作時(shí)限：按階梯形時(shí)限特性（如下圖）選取教驗(yàn)。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)（2）靈敏度校驗(yàn)：分兩種情況分別用靈敏系數(shù)Klm來(lái)衡量。①作為本線路的保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路的電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求Klm≥1.3~1.5.

②作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，則應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路的電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求Klm≥1.2.第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)4.過(guò)電流保護(hù)原理接線圖

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電流保護(hù)

三、電流保護(hù)的接線方式

1.定義：指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。2.常用的兩種接線方式：三相星形接線和兩相星形接線。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)接線系數(shù)Kjx：電流互感器副邊電流I2與流入電流繼電器IJ的電流之比。上述兩種接線方式中，流入電流繼電器的電流IJ與電流互感器的二次電流I2相等，其接線系數(shù)為1。當(dāng)保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流為Idz時(shí)，則繼電器的動(dòng)作電流Idzj應(yīng)為第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)其中nl為電流互感器的變比。兩種接線方式的特點(diǎn)：（1）對(duì)各種相間短路，兩種接線方式均能正確反應(yīng)。（2）兩點(diǎn)接地短路時(shí)在小接地電流系統(tǒng)中，不同相的兩點(diǎn)接地時(shí)，只要求切除一個(gè)故障點(diǎn)，以提高供電的可靠性。例1：在下圖串聯(lián)線路上發(fā)生兩相接地短路

第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

a、采用三相星形接線時(shí)：由于保護(hù)1和保護(hù)2之間有配合關(guān)系，因此能保證100%的只切除NP線路。b、采用兩相星形接線時(shí)：將有1/3的機(jī)會(huì)使靠近電源的MN線路誤跳閘，從而擴(kuò)大了停電范圍。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)例2：在下圖平行線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地短路第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

a、采用三相星形接線時(shí)，保護(hù)1和保護(hù)2將同時(shí)動(dòng)作切除兩條線路。b、采用兩相星形接線時(shí)：2/3的機(jī)會(huì)只會(huì)切除一條線路。由上分析可見(jiàn)，在小接地電流系統(tǒng)中兩點(diǎn)接地時(shí)，兩種接線方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了節(jié)省設(shè)備和投資。通常在這種網(wǎng)絡(luò)上規(guī)定采用兩相星形接線。同時(shí)必須指出，整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)該將兩相星形接線的兩個(gè)電流互第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)感器都裝在相同的兩相上（通常為A、C相）3.在Yd接線變壓器后兩相短路時(shí)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)結(jié)論：Yd，11接線的降壓變壓器后兩相短路時(shí)，高壓（Y）側(cè)滯后相電流是其他兩相電流的兩倍并與它們反相位。由前面的分析可以看出，當(dāng)Yd，11變壓器兩相短路時(shí)，變壓器另一側(cè)三相的電流是不相等的，其中兩相的電流只為第三相的一半。當(dāng)該側(cè)作為后備保護(hù)的過(guò)電流保護(hù)采用三相接線時(shí)，總有一個(gè)繼電器流過(guò)最大的相電流，保護(hù)裝置的靈敏度較高。如采用兩相星第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)形接線，則在某一種兩相短路時(shí)，流過(guò)繼電器的電流只有最大相電流的一半，保護(hù)裝置的靈敏度也將減少到一半，這是兩相星形接線方式的一個(gè)缺點(diǎn)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可采用下圖所示接線，即在中性線上加接一電流繼電器。此繼電器流過(guò)的電流即為第三相的電流。故可提高靈敏性。這種接線方式也稱兩相三繼電器式接線。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)4.兩種接線方式的經(jīng)濟(jì)性三相星形接線方式需要三個(gè)電流互感器、三個(gè)電流繼電器和四根二次電纜，相對(duì)來(lái)說(shuō)是復(fù)雜和不經(jīng)濟(jì)的。兩種接線方式的應(yīng)用情況三相星形接線：廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中；兩相星形接線：廣泛用于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中。第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)四、三段式電流保護(hù)的原理接線圖第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)

電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)采用兩相星形接線，而過(guò)電流保護(hù)則采用兩相三繼電器式的接線方式。以提高在Yd，11接線變壓器后面兩相短路的靈敏性。每段保護(hù)動(dòng)作后，都有自己的信號(hào)繼電器掉牌給出信號(hào)。在每段保護(hù)動(dòng)作調(diào)整的回路中分別沒(méi)有連接片LP，以便根據(jù)運(yùn)行的需要臨時(shí)停用任一段保護(hù)。第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)方向性電流保護(hù)的工作原理一、問(wèn)題的提出為提高供電的可靠性，出現(xiàn)了單側(cè)電源環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)、雙電源或多電源網(wǎng)絡(luò)。但在這樣的網(wǎng)絡(luò)中簡(jiǎn)單的電流保護(hù)不能滿足要求。分析如下：第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)

對(duì)電流速斷保護(hù)d1點(diǎn)短路，要求Id1＜I’op2即（I’op3＜I’op2），否則保護(hù)2誤動(dòng)。d2點(diǎn)短路，要求要求Id2＜I’op3即（I’op2＜I’op3），否則保護(hù)3誤動(dòng)。對(duì)多電流保護(hù)d1點(diǎn)短路，要求t3＜t2d2點(diǎn)短路，要求t2＜t3顯然這樣要求是矛盾的第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)二、幾個(gè)概念1.短路功率：指系統(tǒng)短路時(shí)，某點(diǎn)電壓與電流相乘所得到的感性功率。在不考慮串聯(lián)電容和分布電容，在線路短路時(shí)，短路功率從電源流向短路點(diǎn)。2.故障方向：指故障發(fā)生在保護(hù)安裝處的哪一側(cè)，通常有正向故障和反向故障之分，它實(shí)際上是根據(jù)短路功率的流向進(jìn)行區(qū)分的。第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)正方向故障：從保護(hù)安裝處看出去，在“母線指向線路”方向上發(fā)生的故障。反方向故障：從保護(hù)安裝處看出去，在“線路指向母線”方向上發(fā)生的故障。保護(hù)安裝處：電流互感器的位置，電流從電流互感器的那側(cè)流入。母線電壓為參考，短路電流與短路功率方向一致。第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)三、原因分析：反方向短路時(shí)對(duì)側(cè)電源提供的短路電流引起保護(hù)誤動(dòng)作。四、解決辦法：利用方向性元件與電流元件相結(jié)合就構(gòu)成了方向電流保護(hù)。由于元件動(dòng)作具有一定的方向性，可在反方向故障時(shí)把保護(hù)閉鎖。正方向故障時(shí)保護(hù)才能動(dòng)作，按正方向分組。第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)五、原理接線圖第三節(jié)大接地