2.1華北電力大學(xué)-電力系統(tǒng)繼電保護-電流保護

1、1/66,第 二 章 電網(wǎng)的電流保護,2/66,第 2.1 節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護,3/66,一、繼電器 繼電器是一種能自動執(zhí)行通斷操作的部件，當(dāng) 其輸入量達(dá)到一定值時，能使其輸出按預(yù)先設(shè)定的 狀態(tài)發(fā)生變化。 分類： 結(jié)構(gòu) 功能 單元件 電磁型 電流繼電器 啟動繼電器 感應(yīng)型 電壓繼電器 度量繼電器 整流型 功率方向繼電器 時間繼電器 數(shù)字型 阻抗繼電器 信號繼電器 中間繼電器,4/66,一種電磁型電流繼電器工作原理,對繼電器的基本要求是工作可靠（動作門檻值穩(wěn)定，接點接觸良好），其動作過程具有良好的“繼電特性”。,(也稱動合觸點),常開接點,圖形符號,5/66,常閉接點,(也稱動斷

2、觸點),圖形符號,一種電磁型電流繼電器工作原理,圖形符號,常開接點,6/66,繼電器的繼電特性： 動作過程,不動,“動作電流”的電磁力矩 = 彈簧力矩 + 摩擦力矩,7/66,繼電器的繼電特性： 動作過程,“動作電流”的電磁力矩 彈簧力矩 + 摩擦力矩 保持動作狀態(tài),連通,8/66,繼電器的繼電特性： 動作過程(重復(fù)一遍),動作電流,9/66,動作電流,繼電器的繼電特性： 返回過程,返回電流,紅色：動作后的返回過程,“返回電流”的電磁力矩+ 摩擦力矩 = 彈簧力矩,10/66,由圖可知： 動作電流 返回電流,繼電器的繼電特性：,動作電流,返回電流,11/66,1）動作狀態(tài)垂直躍變明確性（摩擦阻

3、力一旦 被克服，就會形成躍變，不會緩變）；,繼電器的繼電特性:,動作電流,返回電流,2） 穩(wěn)定性 （需要克服阻力）,12/66,欠量型繼電器（反應(yīng)于測量量的減小而動作） 過量型繼電器（反應(yīng)于測量量的增大而動作） 繼電器的表示方法：,常開接點,常閉接點,示意圖 接點符號 名稱,“常”不帶電狀態(tài),，不是“正常狀態(tài)”,13/66,電壓繼電器的工作原理與此類似。 除了內(nèi)部設(shè)計不同以外，從線圈來看： 導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多。 輸入阻抗大，并聯(lián)接入,14/66,二、單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護 （本節(jié)主要針對小電流接地系統(tǒng)）,小電流接地系統(tǒng)： 在該電壓等級中，所有變壓器的中性點均不接地。,15/66,二、單側(cè)電

4、源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護 （本節(jié)主要針對小電流接地系統(tǒng)）,發(fā)生單相接地時，幾乎沒有短路電流，不會燒壞設(shè)備，所以,還可以運行12小時供電可靠性高,但是，非故障相電壓升高為1.732倍，故,絕緣要求高。 隨著電壓等級的提高，絕緣的投資會急劇增加。 主要用在1066kV的配電系統(tǒng)。,16/66,大電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級中，部分或所有變 壓器的中性點直接接地。 優(yōu)點：絕緣要求低，絕緣的投資相對于小電流接地 系統(tǒng)要低。 缺點：發(fā)生單相接地故障時，會產(chǎn)生很大的短路電 流，會損壞設(shè)備等。 （主要用在110kV及以上的電壓等級中）,17/66,小電阻接地系統(tǒng),18/66,單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時電流量特征,

5、問題：如果變電站B、C、D還有其他負(fù)荷或者引出 線時（這是一般的情況），怎么辦？ 負(fù)荷端對短路電流計算的影響很小,可以忽略。,19/66,在故障點位置確定和故障類型確定的情況下，短路 電流 Ik 僅與系統(tǒng)等值阻抗 Zs 有關(guān)。,20/66,1）在某一地點發(fā)生三相短路時，如果流過保護安 裝處的電流為最大,則稱此時的運行方式為：最大方 式。,21/66,2）在相同地點發(fā)生相同類型的短路時，如果流過 保護安裝處的電流為最小，則稱此時的運行方式為： 最小方式。,1）在某一地點發(fā)生三相短路時，如果流過保護安 裝處的電流為最大,則稱此時的運行方式為：最大方 式。,22/66,短路電流隨故障點位置變化的曲線

6、，稱為短路電流變化曲線。,根據(jù)短路電流的變化規(guī)律，來進行電流保護的配置和整定計算。,23/66,1、電流速斷保護（簡稱：電流段） （1）工作原理：反應(yīng)于短路電流的幅值增大而瞬時動作的電流保護（電流大于某個數(shù)值時，立即動作）。 按照選擇性的要求，希望能保護本線路全長。,但是，保護2的測量電流無法區(qū)分K1點與K2點短路 (電流大小幾乎一樣), 因此，保護2的電流速斷保護 按躲過相鄰下一條線路(K2)出口處短路時可能出現(xiàn)的 最大短路電流來進行整定。,（保證選擇性和可靠性，犧牲一定的靈敏性，獲得速動性）,24/66,問題1：為什么需要躲過最大短路電流？ 考慮最不利（惡劣）的條件，保證在各 種情況下都能

7、夠有選擇性。,問題2：什么情況下會出現(xiàn)最大短路電流？ 系統(tǒng)最大運行方式，發(fā)生三相短路。,短路點確定后，ZA-B也就確定了。,25/66,（2）整定計算原則,整定計算的三要素： 1)整定值 2)動作時限 3)靈敏性校驗,2號斷路器處的保護整定：,1號斷路器處的保護整定：,電流段整定方法（或稱為原則）歸納為： 躲過線路末端出現(xiàn)的最大短路電流！,26/66,符號說明,（斷路器1）,27/66,可靠系數(shù),的考慮因素,主要考慮了各種影響因素的相對誤差： 1）非周期分量； 2）暫態(tài)諧波； 3）系統(tǒng)和線路參數(shù)的誤差； 4）計算誤差； 5）互感器傳變誤差； 6）繼電器測量誤差； 7）電動勢波動； 8）裕度。

8、一般取為1.21.3,28/66,根據(jù)參數(shù)計算出來的繼電器電流整定值(動作值)：,二次整定值：,29/66,動作時限： t=0(秒) 瞬時動作（理想 情況）實際上，都需要一定的 測量時間，稱為固有動作時間。 靈敏性校驗：用線路被保護范圍大小來衡量。 （能保護線路的多長？）,30/66,保護范圍：大于動作電流（整定值）的短路電流 所對應(yīng)的保護區(qū)域。 保護范圍隨運行方式，也隨故障類型的變化而變化。,31/66,考慮最不利的情況（短路電流最?。?用最小保護范圍來校驗電流段的靈敏性 最小保護范圍對應(yīng)于系統(tǒng)最小運行方式、發(fā)生兩相相間短路的情況。 圖解法 解析法,32/66,歸納： 電流段整定 躲過線路末

9、端最大的 短路電流。 電流段校驗 按照最小的短路電流。 無延時 瞬時動作。,33/66,（3）電流段單相原理接線圖,34/66,（4）優(yōu)缺點優(yōu)點：簡單可靠,動作迅速。缺點：1）不能保護本線路全長；2）受系統(tǒng)運行方 式的影響大；3）可能沒有保護范圍：運行方 式變化較大、短線路時。,當(dāng)線路與變壓器相連接時，可以保護線路的全長，并能夠保護變壓器的一部分(變壓器的阻抗較大)。,35/66,2、限時電流速斷保護（電流段）,要求： 保護線路的全長（有足夠的靈敏度）； 具有最小的動作時限（盡可能快）。 （1）工作原理 保護范圍延伸至下級線路，與下級線路電流段配合。 需帶時限，在時間上比下級線路的電流段高t（

10、換取選擇性）。,(保證選擇性和可靠性，犧牲一定的速動性，獲得靈敏性),36/66,（2）整定電流 假設(shè)M為保護 1 的電流速斷保護的保護范圍末端， 則：,（3）動作時限（保證選擇性） t 2 = t 1 + t （t0.30.5s ）,（非周期分量基本上衰減結(jié)束了，可以忽略影響）,37/66,（考慮：最小運行方式、兩相相間短路的情況） 若不滿足,再考慮與保護1的電流段相配合。,（4）靈敏性校驗,目的：確保 A-B 線路任何地方的短路都能被切除。,38/66,t 考慮的因素： 1）斷路器動作時間 + 滅弧時間； 2）時間繼電器的延時誤差； 3）測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后的 返回延時；

11、 4）裕度。 通常取 0.5s。 采用快速滅弧和電子延時后，可以縮短到0.3s。 （考試或交流中，可以僅說：0.5秒延時）,39/66,（5）電流段的原理接線,限時電流速斷保護的單相原理接線圖,40/66,（6）評價 優(yōu)點：靈敏度好，能保護線路全長。 缺點：帶 0.3 1秒延時，速動性差一些； 不能作為下一級線路的遠(yuǎn)后備,電流、段聯(lián)合工作就可以保證全線范圍內(nèi)的故障在0.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，作為“主保護”。,41/66,設(shè)計目的：不允許故障長期存在。 整定原則：躲過線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。 (目的是：故障切除后，應(yīng)當(dāng)可靠返回),3、定時限過電流保護（電流段

12、）,一般情況下，段和段的電流定值都較大一些，所以，基本上存在： IreIL.max 可以可靠返回,42/66,（1）整定電流（啟動電流） 本線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 外部故障切除后已經(jīng)啟動的保護能夠可靠返回,3、定時限過電流保護（電流段）,A,B,C,4,5,d,3,D,2,1,43/66,外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，電動機有一個自啟動的過程，自啟動電流大于它的額定工作電流。,要求：保護（如3、4、5）在自啟動電流情況下必須 可靠返回。,44/66,（2） 動作時限,按上圖標(biāo)定的序號，形成階梯型時限特性：,45/66,對于更一般的情況，第段時限特性如下：,46/66,在電流、段以及斷路器

13、都可以正常工作情況下，電流段的電流繼電器僅僅啟動（電流定值較?。?，但是，延時較長，所以，不發(fā)跳閘命令（由電流段或段切除短路，電流段隨即返回）；在電流、段或斷路器拒動時，電流段的延時才能夠“走到頭”，此時才發(fā)跳閘命令，故稱為“后備保護”。,47/66,段的后備作用： 1）近后備同一地點電流、段拒動的后備 2）遠(yuǎn)后備下一個變電站的保護和斷路器拒動 的后備（防止短路點不切除） 順便提及： 實際上，還有一種叫做“斷路器失靈保護”。,48/66,電流的相互配合關(guān)系,49/66,時間的相互配合關(guān)系及其管轄范圍,50/66,（3）靈敏性校驗 最小運行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。,1,51/66,（

14、3）靈敏性校驗 最小運行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。,1,靈敏系數(shù)相互配合：越靠近故障點保護靈敏度應(yīng)當(dāng)越高 K sen.1 K sen.2 K sen.3,52/66,（4）原理接線 與限時電流速斷保護類似，主要區(qū)別是：時間繼電器的時間整定值不同。 （5）評價 簡單可靠，動作時限與短路電流的大小無關(guān)。 故障靠電源越近，短路電流越大，過電流保護切除故障的時間越長（不利）。,53/66,階段式電流保護的單相原理接線,階段式電流保護簡單、可靠，在 35KV及以下低壓配電網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。主要缺點：受電網(wǎng)接線及系統(tǒng)運行方式變化的影響較大。,54/66,5、反時限過電流保護（供了解）,反時限

15、電流保護：也是一種過電流保護，其動作時限與電流的大小有關(guān)。電流越小，動作時限越長；電流越大，動作時限越短。在一定程度上具有階段式電流保護的功能，可同時滿足速動性和選擇性要求。 避免動作時間太長！,55/66,反時限過電流保護的時間配合關(guān)系,構(gòu)成一個比較自然的時間配合，最長的時間不至于太長。,56/66,三、電流保護的接線方式, 電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式 三相星形接線與兩相星形接線,57/66,1.三相星形接線和兩相星形接線的性能比較,（1）相間短路 中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)，都能夠正確動作，但動作的繼電器數(shù)目不同。 （2）單相接地短路 兩相星形接線不能反應(yīng)中性點直

16、接接地電網(wǎng)的B相接地短路。,58/66,（3）兩點接地短路 小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地時繼續(xù)短時運行，希望只切除一個故障點。,59/66,三相星形接線：廣泛應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。 兩相星形接線：由于兩相星形接線較為簡單、經(jīng)濟，因此在中性點直接接地和非直接接地電網(wǎng)中（輻射線路較普遍）被廣泛作為相間短路的接線方式。 兩相星形接線時，應(yīng)在所有的線路上將保護裝置安裝在相同的兩相上（一般都裝于A、C相上），以保證在不同的線路上發(fā)生兩點及多點接地時，能切除故障。,（4）評價及應(yīng)用,60/66,四.三段式電流保護接線圖舉例,三類圖紙：原理圖、

17、展開圖、安裝圖,1、原理圖 以元件的整體連接來表明接線中TA、TV、繼電器之間的連接關(guān)系，具有明確直觀的整體概念。,61/66,四.三段式電流保護接線圖舉例,2、展開圖 運行、檢修和調(diào)試中使用的圖紙，將直流回路和交流回路分開表示。 屬于同一繼電器的線圈和觸點用相同的符號來表示。 交流回路按ABC相序排列；直流回路按繼電器動作的先后順序從上而下排列，每行中各元件的線圈和觸點按實際連接順序從左（正）到右（負(fù)）排列。 （由直流、交流和信號回路三部分組成）,62/66,（a）原理接線圖,63/66,四.三段式電流保護接線圖舉例,3、安裝圖 描繪應(yīng)當(dāng)如何進行連接？ （略）,64/66,五.三段式電流保護的評價及應(yīng)用,選擇性：通過動作電流、動作時間來保證選擇性。 單電源輻射網(wǎng)絡(luò)上可獲得選擇性。 速動性：無時限速斷和帶時限速斷保護動作是迅速的 過電流保護通常不能滿足速動性的要求。 靈敏性：運行方式變化較大時，速斷保護有可能無法 滿足要求。 被保護線路很短時，無限時電流速斷保護常 為零。 長距離重負(fù)荷線