电力系统继电保护课件第三章电流保护.ppt

2019/6/26,电力系统继电保护原理,主讲教师:焦彦军 华北电力大学电自教研室,2019/6/26,第三章 电网的电流保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护 3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护 3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,2019/6/26,电力网,输电网,配电网,高压 中压 低压,35kV110kV或更高,620kV,380/220V,220kV及以上,2019/6/26,（1）中性点直接接地电网（110kV及以上）,按变压器中性点接地方式不同，输电网可分为：,（2）中性点非直接接地电网,中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点经电阻接地,2019/6/26,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征,A,B,C,点短路时,点短路时,点短路时,2019/6/26,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征,A,B,C,短路点距离电源越近，则短路电流越大。,短路电流的大小和故障类型有关。,短路类型系数，三相短路时取1，两相短路时取,2019/6/26,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征,A,B,C,短路电流和系统阻抗的大小有关。,系统最小运行方式,系统最大运行方式,2019/6/26,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征,A,B,C,2019/6/26,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征,A,B,C,（某）保护的最大运行方式,（某）保护的最小运行方式,流过（某）保护短路电流最大的方式,流过（某）保护短路电流最小的方式,一般不考虑故障类型,2019/6/26,【举例】分析保护1、保护2的最大、最小运行方式,【举例】分析保护1、保护2、保护3的最大、最小运行 方式,2019/6/26,2电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,2019/6/26,2电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,应大于,点短路与 点短路时的电流很接近,2019/6/26,2电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,2019/6/26,2电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,要求,2019/6/26,2电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,2019/6/26,3限时电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,要求： 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性。 在满足要求1的前提下，力求动作时限最小。,2019/6/26,3限时电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,2019/6/26,3限时电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,保护跳闸,2019/6/26,3限时电流速断保护,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,一般要求,当满足要求时,若灵敏系数校验不满足要求，应与下一线路的限时电流速断保护相配合。,2019/6/26,（4）电流速断保护与限时电流速断保护共同使用，使得线路 发生故障时，能在较短时间内切除故障。,关于电流速断保护和限时电流速断保护的评述：,（2）电流速断保护没有人为延时，以牺牲保护范围提高保 护的快速性。,（1）电流速断保护不能保护线路全长。,（3）限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长。但必须 带一定的延时，以保证选择性。,电流速断保护（简称I段） 限时电流速断保护（简称II段）,主保护,2019/6/26,4定时限过电流保护（III段）,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,QF4,QF5,定时限过电流保护（III段）的作用：,（1）做本线路主保护的后备保护近后备。,（2）做相邻线路保护的后备保护远后备。,（3）有时也可作为主保护单独应用。,2019/6/26,4定时限过电流保护（III段）,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,QF4,QF5,（1）在最大负荷电流作用下，保护不动作。,（2）在外部故障切除，电压恢复，电动机 自启动过程中，保护不动作。,（3）外部故障切除后，保护可靠返回。,2019/6/26,4定时限过电流保护（III段）,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,QF4,QF5,灵敏系数校验：,要求1.31.5,要求1.2,2019/6/26,4定时限过电流保护（III段）,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,QF4,QF5,各保护在灵敏系数方面应相互配合,自然满足的。,2019/6/26,4定时限过电流保护（III段）,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,QF4,QF5,动作时间：阶梯原则,2019/6/26,【举例】阶段式电流保护的配置,2019/6/26,【举例】阶段式电流保护的配置,QF1,QF2,A,B,保护范围超过线路全长且深入变压器内部（这是特例）,2019/6/26,【举例】计算保护1三段定值（ ， ，,QF1,QF2,QF3,A,B,C,）,解：（1）计算保护1的电流速断保护定值,校验最小保护范围：,2019/6/26,QF1,QF2,QF3,A,B,C,解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值,2019/6/26,QF1,QF2,QF3,A,B,C,解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值,2019/6/26,5电流保护的接线方式,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,IB,（1）三相星形接线,（2）两相星形接线,（3）两相星形三继电器接线,2019/6/26,5电流保护的接线方式,3-1单侧电源网络相间短路的电流保护,QF1,QF2,QF3,A,B,C,IB,继电器的动作电流,2019/6/26,【分析】三相星形接线和两相星形接线方式的性能,（1）发生各种相间短路时，两种接线方式均能正确反应，对于不同的 故障类型，动作的继电器个数可能不同。,（2）中性点直接接地系统单相接地短路时，三相星形接线可反应各 种单相接地故障，两相(AC)星形接线不能反应B相接地故障。,QF1,QF2,QF3,A,B,C,2019/6/26,两相星形接线：有2/3的机会有选择地切除BC线路,三相星形接线：100%有选择地切除BC线路,（3）中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路,情形1：串联线路上发生不同线路不同相两点接地,希望只切除BC线路,2019/6/26,（3）中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路,情形2：放射形线路上发生不同线路不同相两点接地,希望任意切除一条线路,三相星形接线： 同时切除两条线路,两相星形接线： 有2/3的机会仅切除一条线路,2019/6/26,（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路,QF1,QF2,A,C,B,QF3,同理,2019/6/26,2019/6/26,补充：,2019/6/26,（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路,QF1,QF2,A,C,B,QF3,AB两相短路,结论：两相星形接线比三相星形接线的灵敏度降低一半,2019/6/26,（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路,QF1,QF2,A,C,B,QF3,AB两相短路,解决办法：采用两相星形接线三继电器接线方式,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,1问题引出,QF5,QF6,QF7,QF8,正方向的规定：远离母线指向被保护线路的方向。,当某点发生短路时，若短路后的功率方向与规定正方向一致，则称正方向短路；否则，称反方向短路。,保护1、2、4为正方短路 其余均为反方向短路,点短路时,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,1问题引出,QF5,QF6,QF7,QF8,具有配合关系的保护识别：在被配合的保护前方短路时，均为正方向，且流过相同的电流或流过的电流是其中的一部分。,保护1需和,保护3、保护6、保护7,配合。,保护4需和,保护2、保护6、保护7,配合。,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,1问题引出,QF5,QF6,QF7,QF8,按3-1所述原则进行保护定值整定，具有配合关系的保护的选择性是能保证的。,点短路时,保护4不会失去选择性,保护3？,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,1问题引出,动作,正确,动作,误动,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,1问题引出,QF5,QF6,QF7,QF8,若,则保护3的定时限过电流保护也可能误动。,2019/6/26,可能误动的保护都是那些处于反方向处的保护。,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,2功率方向继电器的工作原理,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,2功率方向继电器的工作原理,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,2功率方向继电器的工作原理,动作特性,动作方程,2019/6/26,接线的功率方向继电器,接线方式,动作特性,动作方程,或,动作方程,2019/6/26,接线的功率方向继电器的问题,当保护的出口附近发生接地短路时， 很小，造成功率方向继电器不能动作。称功率方向继电器存在保护“死区”。,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,3 接线的功率方向继电器,接线方式,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,3 接线的功率方向继电器,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,3 接线的功率方向继电器,动作特性,动作方程,2019/6/26,接线的功率方向继电器,接线方式,动作特性,或,动作方程,2019/6/26,（1）正方向三相对称短路,取值范围：,2019/6/26,（2）正方向BC两相短路,出口：,取值范围：,2019/6/26,（2）正方向BC两相短路,远处：,取值范围：,2019/6/26,有时，会给出继电器的内角,一般情况，提供两个内角值供选择：,2019/6/26,【举例】图示双侧电源供电系统，M侧为送电侧，N侧为受电侧，分析正常运行条件下，线路两侧功率方向继电器的状态。已知：,QF1,QF2,M,N,动作方程,所以,送电侧功率方向继电器处于动作状态,2019/6/26,【举例】图示双侧电源供电系统，M侧为送电侧，N侧为受电侧，分析正常运行条件下，线路两侧功率方向继电器的状态。已知：,QF1,QF2,M,N,动作方程,所以,受电侧功率方向继电器处于不动作状态,2019/6/26,【分析】功率方向继电器的按相起动,2019/6/26,【分析】功率方向继电器的使用,2019/6/26,【分析】功率方向继电器的使用,判断保护1、2的电流速断保护是否需经方向元件闭锁。,k1,k2,反方向短路不会误动，无需方向元件,反方向短路会误动，需投方向元件,2019/6/26,【分析】功率方向继电器的使用,若保护1、2的电流速断保护都不经方向元件闭锁。,2019/6/26,3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,4方向性电流保护的整定计算,基本思路： （1）假设各电流保护都经方向元件闭锁，因此其整定原则和3-1所述完全相同。 （2）判断哪些保护可不经方向元件闭锁。,和单侧电源线路的电流保护相比，主要的不同点在于分支线路或分支电源对定值的影响。,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,解：（1）计算保护1的电流速断保护定值,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值,2019/6/26,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,【定义】分支系数,大于1.系统B为助增电源,2019/6/26,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,分支系数计算,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值,满足要求时,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值,时间按阶梯原则确定,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF6,A,B,C,解：（1）计算保护1的电流速断保护定值,QF4,QF5,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF6,A,B,C,解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值,QF4,QF5,和保护2的电流速断保护配合,此种情况下,BC的一回线路成为另一回线路的外汲支路,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF6,A,B,C,QF4,QF5,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF6,A,B,C,QF4,QF5,和保护4的电流速断保护配合,取二者中的较大值作为保护的定值,满足要求时,2019/6/26,【举例】对保护1进行整定计算,QF1,QF2,QF3,QF6,A,B,C,解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值,QF4,QF5,时间按阶梯原则确定,2019/6/26,【思考】,考虑各保护的定值计算,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,110kV及以上电压等级的电网中性点直接接地,中性点直接接地电网又称为“大电流接地系统”,单相接地短路,两相接地短路,一相断线,两相断线,零序电流 （电压）,相间短路,正常运行,系统振荡,无零序 分量,80%以上,2019/6/26,变压器中性点直接接地 并不意味所有变压器中性点接地。,应使电力系统中变压器的中性点接地数目和位置尽可能保持不变。 不使变压器承受危险的过电压。,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,1.不对称接地短路时零序分量的特点,2019/6/26,（1）保护测量到的零序电压和零序电流,2019/6/26,（2）故障点的零序电压最高，中性点零序电压为0.,2019/6/26,（3）零序电压和零序电流的相量关系,2019/6/26,（4）零序电流的大小与系统运行方式、故障类型、故障点位置有关。零序电流的分布只和零序网路有关。,设,单相接地短路时,两相接地短路时,2019/6/26,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,2.零序功率方向继电器的构成原理,动作特性,动作方程,2019/6/26,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,3.零序电流保护整定计算,（1)零序电流保护I段的整定原则,（a）躲过被保护线路末端接地短路时最大零序电流。,2019/6/26,计算条件,（1）线路末端短路,（3）故障类型,（2）两侧电源系统取大方式；本侧零序阻抗取小值，对侧零序阻抗取大值。,按单相接地短路计算,按两相接地短路计算,（4）计算,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,3.零序电流保护整定计算,（1)零序电流保护I段的整定原则,（b）躲过断路器三相触头不同时接通时的最大零序电流。,一相先合闸时,两相先合闸时,2019/6/26,取（a）、（b）之较大者作为保护I段定值。,当按（b）整定值较大而保护范围较小时,在手动合闸及自动重合闸过程中加一0.1s左右延时。则整定计算时，不用考虑条件（b）了。,（c）当被保护线路采用单相自动重合闸时，应躲过两相 运行并伴随系统振荡时的最大零序电流。,两相运行时,最大零序电流出现在两侧电势夹角摆到1800时的情况下。,2019/6/26,设置两个零序电流I段,按（a）或（b）原则整定的零序电流保护I段,灵敏I段,非全相运行时退出运行,按（c）原则整定的零序电流保护I段,不灵敏I段,始终投入运行,零序电流保护I段的保护范围不应小于15%。,2019/6/26,【分析】线路末端接地短路时最大零序电流的计算条件。,运行方式：,故障类型：,针对保护1、2、3的零序电流I段定值整定计算，分析：,2019/6/26,【分析】线路末端接地短路时最大零序电流的计算条件。,运行方式：,故障类型：,针对保护1的零序电流I段定值整定计算，分析：,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,3.零序电流保护整定计算,（2)零序电流保护II段的整定原则,与相邻线路的零序电流I段配合,2019/6/26,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,【分析】零序电流分支系数计算,保护1和保护3的零序电流保护配合时,2019/6/26,灵敏系数校验,QF1,QF2,QF3,QF4,A,B,C,校验点（故障点）：线路末端,选择单相接地短路还是两相接地短路。,2019/6/26,若灵敏系数不满足要求考虑和相邻线路零序电流保护II段配合。,当相邻线路不使用单相重合闸时，一般与相邻线路零序电流保护的I段或II段配合。 当相邻线路使用单相重合闸时，应与相邻线路在非全相运行时不退出运行的零序电流保护的I段或II段配合。 当相邻线路配置双重化的纵联保护时，可考虑与纵联保护配合，故障点选在相邻线路对侧母线上。,2019/6/26,3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护,3.零序电流保护整定计算,（3)零序电流保护III段的整定原则,（a）按照躲开相邻下一条线路出口处相间短路时零序互感器出现的最大不平衡电流来整定。,（b）各保护之间在灵敏系数上要互相配合，本保护零序段的保护范围不能超出相邻线路零序段。,2019/6/26,灵敏系数校验：,作为近后备保护时应大于1.5,作为远后备保护时应大于1.2,2019/6/26,相间保护,零序过电流保护(III段)的动作时限,2019/6/26,1.零序过电流保护比相间短路过电流保护的灵敏度高，动作时间短,2.受系统运行方式的影响要小,3.不受系统振荡和过负荷的影响,4.方向性零序电流保护没有电压死区,4.对零序电流保护的评价,优点：,2019/6/26,1.对运行方式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足要求。,2.单相重合闸的过程中可能误动。,3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间。,不足：,4.对零序电流保护的评价,2019/6/26,3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,1.中性点不接地电网中单相接地故障的特点,2019/6/26,相电压升至 倍,2019/6/26,在非故障线路上有零序电流，其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路。,2019/6/26,在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向从线路流向母线。,2019/6/26,零序等效网络,全系统都会出现零序电压，它与故障相电压相等方向相反。,2019/6/26,为了消除或抑制弧光过电压，当全系统的电容电流超过下列数值时，即应装设消弧线圈： 36kV电网30A； 10kV电网20A； 2266kV电网10A。,3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,2.中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点,2019/6/26,3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,2.中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点,2019/6/26,零序网络,2019/6/26,零序网络,完全补偿,欠补偿,过补偿