電力系統(tǒng)繼電保護(hù)-第3章-輸電線路電流電壓保護(hù)

2.1電流互感器第三章輸電線路電流電壓保護(hù)第3章輸電線路電流電壓保護(hù)

3.1單側(cè)電源輸電線路相間短路的電流電壓保護(hù)電流保護(hù)：利用電流突然增大使保護(hù)動(dòng)作而構(gòu)成的保護(hù)裝置。電壓保護(hù)：利用電壓降低構(gòu)成的保護(hù)，稱為電壓保護(hù)。使用場(chǎng)合：電流電壓保護(hù)在35KV及以下輸電線路中被廣泛采用。3.1.1瞬時(shí)（無(wú)時(shí)限）電流速斷保護(hù)1、定義：瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，又稱第Ⅰ段電流保護(hù)，它是反映電流升高，不帶時(shí)限動(dòng)作的一種電流保護(hù)。2、整定計(jì)算（動(dòng)作電流的計(jì)算過(guò)程)：

為保證選擇性，保護(hù)1的動(dòng)作電流

應(yīng)大于被保護(hù)線路MN末端最大的外部短路電流來(lái)整定。

3、瞬時(shí)（無(wú)時(shí)限）電流速斷保護(hù)特點(diǎn)：

（1）保護(hù)區(qū)受運(yùn)行方式、故障類型影響，由以下兩個(gè)方程不難計(jì)算出電流Ⅰ段保護(hù)的最大、最小保護(hù)區(qū)lmax、lmin。

如下圖所示曲線為短路電流曲線，表示在一定系統(tǒng)運(yùn)行方式下短路電流與故障點(diǎn)遠(yuǎn)近的關(guān)系。

（2）電流Ⅰ段保護(hù)不能保護(hù)本線全長(zhǎng)，在線路末端發(fā)生短路時(shí)，短路電流小于整定值，保護(hù)不動(dòng)作，如圖1中QN段，所以線路上只配有電流Ⅰ段不能切除所有故障。

4、瞬時(shí)（無(wú)時(shí)限）電流速斷保護(hù)原理接線

如圖下所示：電流繼電器動(dòng)作時(shí)其觸點(diǎn)閉合，中間繼電器得電，由中間繼電器KM觸點(diǎn)接通線路斷路器跳閘回路，同時(shí)信號(hào)繼電器KS發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)。

播放短路電流計(jì)算公式如下：

三相短路時(shí)兩相短路時(shí)

短路電流大小由以下因素決定：

a.系統(tǒng)運(yùn)行方式（簡(jiǎn)稱運(yùn)方）：系統(tǒng)電源等效阻抗與電源投入數(shù)量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，最大時(shí)短路電流最小，稱為最小運(yùn)方；最小時(shí)短路電流最大，稱為最大運(yùn)方。

b.故障點(diǎn)遠(yuǎn)近：故障點(diǎn)越近越小，短路電流越大

c.短路類型：Ⅰk3>Ⅰk23.1.2限時(shí)電流速斷保護(hù)1、定義限時(shí)電流速斷保護(hù)（又稱電流Ⅱ段保護(hù)）,目的是保護(hù)本線路全長(zhǎng)，Ⅱ段保護(hù)的保護(hù)必然會(huì)伸入下線（相鄰線路）。2、限時(shí)電流速斷保護(hù)整定原則是與下線Ⅰ段保護(hù)配合

電流Ⅱ段保護(hù)整定公式如下：

Krel為可靠系數(shù)，考慮到短路電流中的非周期分量已衰減，取1.1～1.2；

3.靈敏度校驗(yàn)

保護(hù)反應(yīng)故障能力以靈敏度系數(shù)Ksen表示：

靈敏度合格，當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)

4.

限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線

如下圖所示：由電流繼電器KA、時(shí)間繼電器KT和信號(hào)繼電器KS所組成。小結(jié)：

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)作電流值和動(dòng)作時(shí)間共同保證其選擇性

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)。

3.1.3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

定義：

定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：又稱第Ⅲ段電流保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)起動(dòng)電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流來(lái)整定，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)，起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。

①動(dòng)作時(shí)限整定1、整定原則②動(dòng)作電流按以下兩個(gè)條件整定

（a）為保證過(guò)電流保護(hù)在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作，其動(dòng)作電流應(yīng)大于最大負(fù)荷電流，即

（b）保證過(guò)電流保護(hù)在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過(guò)保護(hù)的最大自起動(dòng)電流：

式中

Krel

為可靠系數(shù)，一般取1.15～1.25；

式中Kre為返回系數(shù)，一般取0.85；

式中Kss為自起動(dòng)系數(shù)，一般取1.5～3。

整定電流Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)取兩式計(jì)算結(jié)果較大的值。

2.過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)校驗(yàn)

3.主保護(hù)與后備保護(hù)

主保護(hù):滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度、有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。后備保護(hù):主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。

近后備:當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)

遠(yuǎn)后備:當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。

3.1.4電流保護(hù)的接線方式

定義：是指電流保護(hù)中電流繼電器線圈與電流互感器二次繞組之間的連接方式。

1.三相三繼電器完全星形接線2.兩相兩繼電器不完全星形接線3．兩相電流差接線接線系數(shù)：指流入電流繼電器的電流與電流互感器二次側(cè)電流的比值。

幾種接線方式的特點(diǎn):

①完全星形與不完全星形接線的接線系數(shù)為1；

②兩相電流差接線的接線系數(shù)則隨短路類型而變化，性能不好，一般不用于線路保護(hù)，僅用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)；

③完全星形接線和不完全星形接線中流入電流繼電器的電流均為相電流，兩種接線都能反應(yīng)各種相間短路故障；

④完全星形接線還可以反應(yīng)各種單相接地短路；

⑤不完全星形接線不能反應(yīng)全部的單相接地短路（如B相接地）。如上圖所示：由Ⅰ、Ⅱ段共同構(gòu)成的主保護(hù)，最長(zhǎng)的切除故障時(shí)間為0.5秒。

如k3處故障，P1Ⅰ段拒動(dòng)，由Ⅱ段作為近后備跳開(kāi)1QF。如k1處故障，P2或2QF拒動(dòng)，P1Ⅱ段作為遠(yuǎn)后備跳開(kāi)1QF。k2處故障，由P1Ⅲ段保護(hù)提供完整的遠(yuǎn)后備作用。3.1.5線路相間短路的三段式電流保護(hù)裝置圖1三段式保護(hù)原理接線圖（a）原理圖圖1三段式保護(hù)原理接線圖（b）展開(kāi)圖

三段電流保護(hù)是按單側(cè)電源為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和用戶對(duì)供電可靠性要求的提高，出現(xiàn)雙側(cè)電源供電的電網(wǎng)和單側(cè)電源供電的環(huán)網(wǎng)，這種電網(wǎng)僅靠動(dòng)作時(shí)限不同來(lái)獲得選擇性，是滿足不了要求的。為了對(duì)這種電網(wǎng)所發(fā)生的故障進(jìn)行選擇性切除，提出了方向電流保護(hù)。在過(guò)電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)方向元件，就構(gòu)成了方向過(guò)電流保護(hù)。3.4電流方向保護(hù)圖3-6雙側(cè)電源供電線路圖在圖3-6所示雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)圖中，各斷路器上均裝設(shè)了方向過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)D1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)2的電流是由線路指向母線，保護(hù)2不應(yīng)動(dòng)作；而流過(guò)保護(hù)3的電流是由母線指向線路，保護(hù)3應(yīng)該動(dòng)作。當(dāng)D2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)2的電流是母線指向線路，保護(hù)2應(yīng)動(dòng)；而流過(guò)保護(hù)3的電流是由線路指向母線，保護(hù)3不應(yīng)動(dòng)。

圖3-7方向過(guò)電流保護(hù)原理圖

§3-3

輸電線路接地故障保護(hù)在三相四線電路中，三相電流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0

如果在三相四線中接入一個(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：Ia+Ib+IC=I(漏電電流）

這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，就使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件掉閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。零序電流、電壓概念§3.3.1

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)產(chǎn)生零序電流的兩個(gè)條件

1、無(wú)論是縱向故障（斷線故障）、還是橫向故障（短路故障）、還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；

2、零序電流有通路。

以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無(wú)源泉；缺少第二個(gè)，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問(wèn)題。

零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC

§3-3

輸電線路接地故障保護(hù)繼電保護(hù)技術(shù)§3.3.1

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)

正序、負(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象時(shí)，把三相的不對(duì)稱分量分解成對(duì)稱分量（正、負(fù)序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個(gè)分量（有點(diǎn)象力的合成與分解，但很多情況下某個(gè)分量的數(shù)值為零）。對(duì)于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對(duì)稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說(shuō)正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，三相變得不對(duì)稱了，這時(shí)就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量了（有時(shí)只有其中的一種），因此通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時(shí)的零序分量）。

§3-3

輸電線路接地故障保護(hù)繼電保護(hù)技術(shù)§3.3.1

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)

1.絕緣監(jiān)視

如下圖所示，通過(guò)對(duì)母線零序電壓的監(jiān)視，可以知道電網(wǎng)是否有接地故障。當(dāng)零序電壓較大時(shí)，值班人員輪流拉開(kāi)各出線的斷路器，如果零序電壓消失，說(shuō)明所拉線路就是故障線路；如果拉開(kāi)線路后，零序電流依然存在，說(shuō)明所拉線路不是故障線路，則把所拉開(kāi)線路斷路器合上，繼續(xù)拉下一條線路，直到零序電壓消失。

§3.3.1

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)

由于零序電流很小，依靠零序電流構(gòu)成保護(hù)，其靈敏度往往達(dá)不到要求。一般采取如下措施：2.零序保護(hù)

通過(guò)對(duì)零序電流與零序功率方向的綜合判斷來(lái)確定故障線路。

3.小電流接地選線

小電流接地選線功能的實(shí)現(xiàn)采用的設(shè)計(jì)思路是：“分散采集、集中判別”。在單相接地（出現(xiàn)零序電壓）時(shí)啟動(dòng)選線功能。首先把各出線的零序電流計(jì)算出來(lái)，然后計(jì)算各出線的零序電壓與零序電流夾角。然后選出零序電流大小與夾角大小選出故障線路。該方法需要收集各條出線的零序電流與母線的零序電壓。

§3.3.1

中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)§3.4

中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)零序保護(hù)3.4.1零序電流和零序電壓的獲取方法

1.零序電流的獲取方法

（1）微機(jī)保護(hù)自產(chǎn)：微機(jī)保護(hù)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的三相電流值再用軟件進(jìn)行相加得到值。

（2）微機(jī)保護(hù)外接：如下圖所示

外接與自產(chǎn)兩種方式都采用，通過(guò)兩種方式得到的值比較可以檢測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是否正常。

2.零序電壓的獲取方法

(1)從TV開(kāi)口三角處獲取

可由三個(gè)單相電壓互感器或三相五柱式電壓互感器的次級(jí)繞組接成開(kāi)口三角，即首尾相連得到的電壓就是3U0電壓。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器或消弧線圈接地時(shí)，可以通過(guò)它們的二次側(cè)也可取得零序電壓。

(2)自產(chǎn)3U0方式

微機(jī)保護(hù)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的三相電壓值再用軟件進(jìn)行矢量相加得到3U0值，在線路保護(hù)中3U0主要用于接地故障時(shí)判別故障方向。

3.4.2零序電流保護(hù)

作為接地短路保護(hù)的后備保護(hù)，一般配置三段式或四段式零序電流保護(hù)。

（1）零序電流Ⅰ段為速動(dòng)段保護(hù)；

（2）零序電流Ⅱ段為帶時(shí)限零序電流速段保護(hù)；

（3）零序電流Ⅲ段為零序過(guò)電流保護(hù)。

1.零序電流速斷保護(hù)（零序電流I段）

無(wú)時(shí)限零序電流速斷保護(hù)工作原理，與無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)相似，靠整定零序電流的大小來(lái)獲得選擇性。

當(dāng)在被保護(hù)線路MN上發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)，故障點(diǎn)沿線路MN移動(dòng)時(shí)，流過(guò)M處保護(hù)的最大零序電流變化曲線如圖(b)所示，為保證保護(hù)的動(dòng)作選擇性，零序電流I段保護(hù)區(qū)不能超出本線路，其動(dòng)作電流按下述原則整定：

（1）躲過(guò)被保護(hù)線路末端發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)流過(guò)本線路的最大零序電流。

即：ⅠⅠop1=KⅠrel3Ⅰ0.max（1）

計(jì)算3Ⅰ0.max求取的條件：

①故障點(diǎn)應(yīng)選取線路末端

②故障類型應(yīng)選擇使得零序電流最大的一種接地故障，當(dāng)X1∑＞X0∑采用兩相接地短路，X1∑

＜X0∑采用單相接地。

③整定時(shí)應(yīng)按照最大運(yùn)行方式考慮，即系統(tǒng)的零序等值阻抗最小。

（2）躲過(guò)手