继电保护讲解第二章电流保护课件

电力系统继电保护原理,西南交通大学电气工程学院,单侧电源相间短路的电流保护的工作原理、整定计算以及接线方式,第二章 电网电流保护和方向性电流保护,电网相间短路的方向性电流保护,中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护,中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护,2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护,由一个电源供电的开环网络,一、电磁型电流继电器的基本原理,作用：电流继电器是实现电流保护的基本元件，它在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。,线圈1中电流 产生磁通 通过由铁芯2、空气隙3和可动舌片8形成磁路 舌片磁化与铁芯的磁极产生电磁吸力 当电磁吸力足够大时，舌片向左移，使可动触点5与固定触电4接通，即继电器“动作”。,基本原理,作用到舌片上的电磁力矩,初始力矩 使正常情况下，继电器不动作，对应空气隙为 。,为使继电器动作，舌片需向左移动，要加大电流,摩擦转矩,弹簧产生的反抗力矩,可见为使继电器动作需满足如下条件：,动作电流（起动电流） ：能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值。,继电器动作后，为使它重新返回原位，舌片需向右移，即要减小电流。,返回电流 ：能够满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值。,可见为使继电器返回需满足如下条件：,继电特性：起动和返回都是明确的，不可能停留在某一个中间位置。,对于欠量继电器，如阻抗继电器、欠电压继电器等， 。,返回系数越接近1，灵敏性越好,对于过量继电器，如电流继电器、中间继电器、信号继电器等， ，一般取0.850.95。,返回系数,微机保护返回系数可作到1，但实际中不允许作到1，否则引起触点抖动。,二、晶体管型继电器,Ub,J,Ub3V 门槛电压,二.电流速断保护（电流段）,当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护。,工作原理： 电流速断保护为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分。,最小运行方式,最大运行方式,整定计算,可靠性系数， 一般取1.21.3,最大运行方式下的三相短路电流,整定原则：躲开下一条线路出口处的最大短路电流。,动作电流,补充概念,最大（最小）运行方式：在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小（最大），而通过保护装置的短路电流为最大（最小）的运行方式。,电源等值计算相电势,系统阻抗,从保护安装地点到电源的最小等值电抗,从保护安装地点到电源的最大等值电抗,令：,另：对单侧电源供电线路，在输电线路上发生短路时,线路单位正序阻抗,最小短路电流 ：最小运行方式下两相短路电流,最大短路电流 ：最大运行方式下三相短路电流,当 时，系统处与最大运行方式； 当 时，系统处与最小运行方式。,思考：为何整定时，采用最大短路电流？,最大运行方式,最小运行方式,A,B,C,1,2,D,l,灵敏度校验,（15%20%）,动作时限,最小运行方式下，两相短路时速断保护范围,没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间,线路-变压器电流速断保护,把线路-变压器看成一个整体，当变压器内部故障时，切除变压器和切除线路后果是相同的，因此当变压器内部故障时，由线路的瞬时速断保护切除故障是允许的，此时瞬时速断保护可以保护线路全长。,动作电流：按躲过变压器二次侧母线上的短路来整定。,A,B,C,1,Y,?,电流速断保护的原理接线图,中间继电器： 一方面扩大接点的容量和数量； 另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。,电流速断保护的评价,优点：简单可靠，动作迅速,缺点,不可能保护线路的全长,保护范围直接受系统运行方式变化的影响。,结论：当系统运行方式变化很大，或者被保护 线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。,三.限时电流速断保护（电流段）,切除本线路上电流速断保护范围以外的故障，作为电流速断保护的后备保护。,工作原理,限时电流速断动作特性分析,整定原则,保护范围必须延伸到下一条线路中去,动作带有一定的时限（选择性）,整定计算,动作电流：动作电流按躲开下一条线路流速断保护的动作电流进行整定。,保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围（速动性）,可靠系数，一般取1.11.2,下一条线路电流速断保护的动作值,动作时限,断路器 跳闸时间,惯性时间,裕度,微机保护不考虑,被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流,灵敏度校验,限时电流速断保护灵敏度,若灵敏度不满足要求，可采用降低动作电流的方法，使本线路限时速断保护与下一线路限时速断保护配合。,限时电流速断保护的单相原理接线图,对限时电流速断保护的评价,优点,结构简单，动作可靠,能保护本条线路全长,缺点,不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，只能对相邻元件的一部分起后备保护作用。,四.定时限过电流保护（电流段）,反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护。,M,Izq,动作电流：按躲开被保护线路的最大负荷电流 ，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定。,整定原则及计算,自起动系数，取13,可靠系数，一般取1.151.25,继电器的返回系数,动作时限,动作时限与电流大小无关，为此称为定时限。,灵敏度校验,作本条线路主保护或后备保护（近后备）,作为下一条线路后备保护（远后备）,(2),(2),评价,优点：结构简单，工作可靠。不仅能作为本线路的近 后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。,缺点：越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。,另：低电压启动的过电流保护,在过电流保护中，当灵敏系数不能满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护方式，以提高灵敏系数。,I,U,+,+,_,LH,信,号,TQ,t,_,+,五、三段式电流保护应用及评价,三段式电流保护：由电流速断保护、限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。,评价,优点：简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。,缺点：直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，故往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。,小 结,三段式电流保护接线举例,展开图,例：如图所示网络，线路阻抗为0.4/km。试对保护1进行电流速断，限时电流速断和定时限过电流保护进行整定计算（起动电流、动作时限和灵敏度系数），并画出时限特性曲线。已知,（1）起动电流,解：,1、对保护1进行电流速断的整定计算,（2）动作时限,（3）灵敏度校验,符合要求,2、对保护1进行限时电流速断的整定计算,（1）起动电流,（2）动作时限,（3）灵敏度校验,3、对保护1进行定时限过电流保护的整定计算,（1）起动电流,（2）灵敏度校验,1）作本线路的近后备保护,2）作下一线路的远后备保护,均符合要求,（3）动作时限,时限特性曲线,思考题,何谓继电器的动作电流和返回电流？何谓继电器保护装置的动作电流？它与继电器的动作电流有什么关系？,试问限时所带时限的长短是由什么原则决定的？如何才能使它所带时限最短？最短能否取为零？为什么？,分析和比较、段电流保护的异同，试按“四性”的要求评价它们的优缺点。,为什么电流速断保护在整定计算时不考虑返回系数和自起动系数？,六.电流保护的接线方式,指保护中电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接方式。目前广泛采用三相星形接线和两相星形接线。,原理接线图,三相星接,两相星接,各种相间短路 三相接线：均有两个继电器动作。 两相接线：AB、BC相间短路时，只有一个继电器动作。,两种接线在各种故障时性能分析,短路电流为对地电容电流，很小,中性点非直接接地电网中的两点接地短路 允许单相接地短时运行；两点接地希望只切除一个故障点,（2）采用两相星形接线，只能有2/3的机会有选择的切除后面的一条线路。,（1）采用三相星形接线时,能保证100%的只切除后面的一条线路。,串联线路上两点接地的情况,（1）三相星形接线时,两套保护均将起动。,（2）两相星形接线,2/3的机会只切除任一线路。,放射形线路上两点接地的情况,对于Y,d11接线变压器后面的两相短路,解决方法：在两相星形接线的中线上再接入一个继电器,从而提高了这个继电器的灵敏度。,结论：采用两相星形接线时,由于B相上没有装设继电器, 因此灵敏度系数只能由A、C相电流决定，灵敏度比三相接线降低一半。,两种接线方式的应用,三相接线方式 用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中。 中性点直接接地电网中，作为相间短路保护及单相接地保护（专门的零序电流保护）。,两相接线方式 中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都广泛采用作为相间短路保护。,例：如图所示35kV单侧电源网络，确定线路AB的保护方案。变电所B、C中变压器连接组别为Y,d11，且在变压器上装有差动保护，线路AB的最大传输功率为 ，功率因数 ，系统中的发电机都装设了自动励磁调节器。自起动系数取1.3。,解：,暂选三段式电流保护作为AB线路的保护方案,1、电流速断保护,（1）动作电流,（2）灵敏度校验：最小运行方式15%处两相短路,满足要求。,2、限时电流速断保护,1）按躲过变压器T1低压侧母线短路整定,2）与相邻线路电流速断保护配合,选较大者作为动作电流，为1085A。,（1）动作电流,(2）灵敏度校验,不满足要求，降低动作电流，改用与T1低压侧母线短路配合，选动作电流为600A。,满足要求,（3）动作时限,AB线路的限时速断保护的范围超过了BC线路电流速断保护的范围，进入其限时速断保护范围。,3、定时限过电流保护,系数0.95是考虑传输最大功率时电压下降5%。,（1）动作电流,（2）灵敏度校验,1）作本线路近后备,2）作下一线路远后备,3）作相邻元件T1的远后备（电流保护接线采用两相三继电器方式）,（3）动作时限,按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大动作时间大一个时限阶级差,4、通过上述整定计算可见，配置三段式电流保 护可满足要求。,电力系统继电保护原理,西南交通大学电气工程学院,2-2 电网相间短路的方向性电流保护,一、方向性电流保护的工作原理,问题的提出,d1点短路,保护2、6动作,选择性,保护1可能误动,若保护1为速动保护，且,若保护1为过电流保护，且,误动产生的原因：是由所保护线路反方向发生故障，由对侧电源供给电流引起的。,特点,该电流由线路流向母线,与线路故障时短路功率方向（由母线到线路）相反,解决方法,加设一个功率方向闭锁元件,该元件,由母线到线路，动作,由线路到母线，不动作,方向过电流保护的原理接线图,可见，只有方向元件和电流元件同时动作，保护装置才能动作于跳闸。,二、功率方向继电器的工作原理,对功率方向继电器的基本要求,具有明确的方向性,即在正方向发生各种故障(包括故 障点有过渡电阻的情况)时能可靠动作，而在反方向 故障时，可靠不动作。,故障时继电器的动作有足够的灵敏度。,功率方向继电器的动作特性,存在“电压死区 ”：以A相继电器为例，在其 正方向出口附近发生三相短路,A-B或C-A两相接地短路,以及A相接地短路时,由于 或数值很小,使继电器不能动作。,最大灵敏度角,为了减小和消除死区，在实际中广泛采用 接线方式（指在三相对称的情况下，当cos=1时，加入继电器的电流和电压相位相差90度）。,功率方向继电器的内角,以A相继电器为例，除正方向出口附近发生三相短路时, 很小的电压死区外,在其它任何包括A相的不对称短路时， 电流很大, 的电压很高,因此继电器不仅没有死区,而且动作灵敏度很高。,适当选择继电器的内角后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。（具体分析见教材P41-43）,接线方式的优点,三、双侧电源网络中电流保护的整定计算,方向性电流保护的整定计算,动作电流,躲过最大负荷电流,躲过非故障相电流（中性点直接接地系统）,与相邻线路保护装置的灵敏度的配合：使上一段保护的动作电流大于下一段线路保护装置的动作电流。,？,目的：保证选择性，防止越级跳闸。,灵敏度校验：与不带方向的过电流保护相同,动作时限：将动作方向一致的保护，按逆向阶梯原则进行。,作本线路的近后备保护时,作下一线路的远后备保护时,多电源网络限时电流速断的整定,考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路（通常称为分支电路）的影响。,助增电流的影响,引入分支系数 ，定义为：,注意：,分支系数受运行方式影响，整定时用分支系数的最小值。,若保护装置在起动值、动作时限整定后，能够满足选择性要求，可以不用方向性元件。,对速断保护可以从整定值上躲开反方向短路,对于过电流保护可以从时限上躲开反方向短路,如：,保护1不加方向性元件,保护5不加方向性元件,四、 对方向性电流保护的评价,优点 在具有两个以上电源的网络接线中，采用方向性保护能保证各保护之间的选择性。,缺点 在保护安装地点附近发生三相短路时， 有“死区”。,35kV及110kV辐射型电网，常与电流速断保护配合使用，构成三段式方向电流保护，作为相间短路的整套保护。,应用 35kV以下的两侧电源辐射型电网和单电源环网中作为主要保护,例1：,解：,1、对保护1进行限时电流速断的整定,1）动作电流,求,单相等值电路,求,2）动作时限,3）灵敏度校验,满足要求。,2、对保护1进行过电流保护的整定,1）动作电流,2）动作时限,3）灵敏度校验,作近后备保护,满足要求。,作远后备保护,满足要求。,例2：,在如图所示的双侧电源网络中，拟定在各断路器上装设过电流保护。已知时限级差为0.5s。试决定过电流保护18的动作时限，并指出哪些保护应装设方向元件？,解：,1、计算各保护的时限,保护7、1、3、5为同方向，其动作时限：,保护8、6、4、2为同方向，其动作时限：,2、确定应装设方向元件的保护,3s,3.5s,1s,2.5s,2s,1.5s,2.5s,3s,母线A：,保护1需设方向元件,母线B：,保护2需设方向元件,母线C：,保护4、5需设方向元件,母线D：,保护6需设方向元件,电力系统继电保护原理,西南交通大学电气工程学院,2-3中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护,接地故障时，各零序分量的特点,故障点的零序电压最高,系统中距离故障点越远处的零序电压越低；,零序电流的分布,主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗,而与电源的数目和位置无关,对于发生故障的线路,两端零序功率的方向与正序功率的方向相反,零序电流与零序电压之间的相位差也将由的阻抗角决定,而在被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关,系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化 ，因而间接的影响零序分量的大小。,零序电压过滤器,正常运行和相间短路实际输出：,误差以及三相系统对地不完全平衡,对正序、负序分量电压：,对零序分量电压：,零序电流过滤器,正常运行和相间短路实际输出：,对正序、负序分量电流：,对零序分量电流：,躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流,零序电流速断(零序I段)保护,躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流,注：如果保护装置动作时间大于断路器三相触头不同期合闸的时间，则,零序电流限时速断(零序II段)保护,起动电流：与下一段线路的零序I段保护相配合,当该保护与下一段线路之间无中性点接地的变压器时,当该保护与下一段线路之间有中性点接地的变压器时,动作时限：,灵敏度校验：,本线路末端接地短路最小零序电流,躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流 。,在一般情况下是作为后备保护使用的,但在中性点直接接地电网中的终端线路上,它也可以作为主保护使用。,定时限零序过电流(零序III段)保护,起动电流,必须按逐级配合的原则来考虑 ，本保护零序III段的保护范围,不能超出相邻线路上零序III段的保护范围。,本线路末端三相短路时最大短路电流,电流互感器误（0.1）,非周期分量系数（12）,动作时限：按阶梯原则来选择,可见：零序过电流保护与相间短路的过电流相比，具有较小的动作时限。,灵敏度校验,作本线路的近后备保护,作下一线路的远后