3.1节-三段式电流保护.ppt

第三章基于单端信息的线路保护 3 1单侧电源辐射网络相间短路的电流 电压保护要求 1 掌握和理解三段保护的配置原则 2 熟练掌握电流保护的整定计算方法 继电器量度继电器 是一种能调节其动作量值 定值 的继电器 是继电保护系统的核心器件 也是继电保护系统中实现测量比较的环节 继电保护课程研究的主要是量度继电器的工作原理 量度继电器 过量继电器 欠量继电器 过电流继电器 过电压继电器 高周波继电器 频率 低电压继电器 距离继电器 低周波继电器 常用电磁型继电器 基本要求 工作可靠 动作过程具有 继电特性 动作值误差小 功耗小 动作迅速 动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强 继电器 启动电流 对反应电流升高而动作的电流保护 能使继电器起动的最小电流值 返回电流 对反应电流升高而动作的电流保护而言 能使继电器返回原始状态的的最大电流值 继电特性 无论启动和返回 继电器动作均明确干脆 不可能停留在某一中间位置 一切过量继电器返回系统恒小于1 实际应用常要求过电流继电器有较高返回系数 如0 85 0 9 实际可调 返回系数 返回电流与启动电流比值 继电器 返回系数 受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响 电磁型过电流继电器的返回系数恒小于1 可调 1 改变继电器线圈匝数 2 改变弹簧的张力 3 改变初始空气隙的长度 3 1 1电流速断保护 概念 反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护 1 工作原理 选择性 实际 保护2动作 k2短路 保护2不动作 k1或k2短路时流过保护2的短路电流几乎一样 保护2无法区分k1和k2点短路 k1短路 矛盾 教材图3 1电流速断保护动作特性分析 3 1 1电流速断保护 矛盾分析 区内短路和相邻线路短路存在选择性问题 解决措施 优先保证动作的选择性 即保证区外故障时电流保护不误动 绝不扩大停电范围 按躲开下条线路出口处短路的条件整定 优先保证全线故障快速切除 即首次故障切除不考虑相邻线路出口短路的选择性 扩大切除的设备靠重合闸纠正 解决办法 本线路末端短路时保护不能启动 按躲开下条线路出口处短路的条件整定 保护2整定电流大于下条线路出口处短路的最大短路电流 优先保证选择性 3 1 1电流速断保护 保护不能启动的范围随运行方式 故障类型的不同而不同 在各种运行方式下 发生各种短路时 保护均能切除故障的短路点位置对应的最小范围 称为最小保护范围 例如 保护2的最小保护范围为上图中直线I op2与曲线II交点前面的部分 教材图3 1电流速断保护动作特性分析 11 11 11 3 1 1电流速断保护 动作电流整定 2 电流速断保护的整定计算原则 1 动作电流整定 2 动作时间整定 3 保护范围校验 以保护1为例 其启动电流为I op 必须整定得大于C母线上可能出现的最大短路电流 即 I op Ik C max引入可靠系数K rel 1 2 1 3 I op K relIk C max 继电器二次动作电流 可靠系数 考虑非周期分量的影响 C母线实际短路电流可能大于计算值 一定裕度等 可靠不误动 Kcon为电流互感器的接线系数 nTA为电流互感器的变比 灵敏性校验 12 12 12 12 3 1 1电流速断保护 动作时间整定 2 电流速断保护的整定计算原则 1 动作电流整定 2 动作时间整定 3 保护范围校验 速断保护的动作时间 取决于继电器自身固有的动作时间 一般小于10ms 保护范围校验 Lmin 2为保护2的最小保护范围 Zl可为线路每千米正序阻抗值 灵敏性校验 最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现 一般应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围 要求大于被保护线路全长的 15 20 13 13 13 13 3 1 1电流速断保护 3 电流速断保护的构成 单相原理接线 nTA 闭锁 I set 14 14 14 14 14 3 1 1电流速断保护 优点 简单可靠 动作迅速缺点 不能保护线路全长 保护范围受以下因素影响 1 受系统运行方式Zs变化的影响 2 受短路类型的影响 4 电流速断保护的主要有优缺点 以保护2电流速断为例 按最大运行方式下保护选择性的条件整定 在最小运行方式下没有保护范围 教材图3 2 Why 15 15 15 15 15 15 3 1 1电流速断保护 长线路 始 末端短路电流差别大短线路 始 末端短路电流差别小 不同使用场合所受的影响不同 短路电流变化曲线较陡短路电流变化曲线平缓 保护范围较大保护范围较小 甚至为0 教材图3 3被保护线路长短不同时 对电流速断的影响 长线路短线路 致命缺陷 无法弥补 当ZAB与Zs相比很小时 其保护范围有可能降到零 3 1 1电流速断保护 个别情况下 有选择的电流速断也可保护线路全长 图3 4用于线路 变压器组的电流速断保护示意图 如上图示 当电网终端采用线路 变压器组 可看为一个元件 的连接方式时 速断保护可按躲开变压器低压侧线路出口处k1点的短路电流整定 k1点短路电流大为减小 变压器阻抗较大 电流速断可保护线路AB全长及变压器的一部分 P49连锁速断 了解 3 1 3限时电流速断保护 1 任何情况下能保护本线路的全长 并且具有足够的灵敏性 2 力求具有最小的动作时限 3 在下级线路短路时 保证下级保护优先切除故障 满足选择性要求 1 工作原理 线路末端故障谁切除 限时电流速断保护 带时限动作的电流保护 用来切除本线路上速断保护动作范围以外的故障 同时也能作为速断保护的后备 整定电流降低了 图3 5限时电流速断动作特性 要求 图3 5限时电流速断动作特性 为了保护线路全长 保护范围须延伸至下一条线路中 保护2 为了保证选择性 动作须带一定时限 考虑与下级线路的速断保护配合 保护范围不超过下级线路速断保护的范围 动作时限比下级线路的速断保护高一个时间阶梯 3 1 3限时电流速断保护 1 工作原理 3 1 3限时电流速断保护 图3 5限时电流速断动作特性 2 限时电流速断保护的整定 1 起动电流 与下级电流速断配合 I op 1 保护1电流速断的启动电流 I op 2 保护2的限时电流速断的启动电流 保护2的限时电流速断动作范围不应超出保护1电流速断的范围M点 因此在单侧电源供电时 其启动电流应整定为 I op 2 I op 1 是否可取 号 20 3 1 3限时电流速断保护 若正好遇上如下情况 为避免这种情况发生 就不能采用两个电流相等的整定方法 而必须采用 I op 2 I op 1 保护1电流速断出现负误差 保护范围比计算值缩小 保护2限时速断出现正误差 保护范围比计算值增大 保护1电流速断不启动保护2限时速断启动 失去选择性 引入可靠系数K rel 可得 I op 2 K relI op 1 3 17 K rel一般取为1 1 1 2 计算的保护范围末端短路时 3 1 3限时电流速断保护 2 动作时限的选择 限时速断的动作时限t 2 应选择得比下一条线路速断保护的动作时限t 2高一个时间阶梯 t 即 t 2 t 2 t 3 18 t的数值为0 35 0 6s 常取为0 5s 图3 6限时电流速断动作时限的配合关系 保护1电流速断范围以内的故障 以t 1时间切除 保护2限时速断虽启动 但 t延时 保证了选择性 3 1 3限时电流速断保护 3 灵敏性的校验 为能保护本线路全长 限时速断须在系统最小运行方式下 线路末端两相短路时 具有足够反应能力 过量继电器灵敏系数 保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值Ksen 保护装置的动作参数 对保护2的限时电流速断而言 即应采取系统最小运行方式下线路AB末端发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值 设此电流为Ik B min 代入上式 则灵敏系数为 Ik B minKsen 3 21 I op 2 为保证线路末端短路时保护装置一定能动作 要求Ksen 1 25 可靠性要求 P53下 3 20 23 4 电流 段保护优缺点 优点 灵敏度好 能保护线路全长 缺点 a 带0 5秒左右的延时 速动性较差 b 不能做下一段线路的远后备 加装定时限过电流保护 电流III段 电流 段联合工作就可以保证全线路的故障在0 5秒内予以切除 一般情况下能够满足速动性的要求 可以作为 主保护 24 24 3 1 3限时电流速断保护 当校验灵敏系数不满足要求时 达不到保护线路全长的目的 这是不允许的 进一步降低动作门槛 延伸保护动作范围 与下级线路的限时速断配合 再次校验灵敏度 使之满足要求 动作时限的增长 换来灵敏度的提高 t 2 t 1 t 3 22 4 启动电流与下级限时速断配合 25 3 1 3限时电流速断保护 3 限时电流速断保护的单相原理框图 nTA I set 闭锁 KT 与电流速断相比 主要区别是增加了时间继电器KT 26 定义 作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备 同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护 也作为过负荷时的保护 其起动电流是按照躲开最大负荷电流来整定的 是一种后备保护 提高整个保护系统的可靠性 3 1 4定时限过电流保护 特点 1 保护范围不仅包括本线路全长 也包括相邻下一线路全长 甚至更远 2 为了保证选择性 动作时限一般较长 是一种后备保护 27 1 定时限过流保护的整定计算 1 起动电流整定值起动电流整定值应满足 大于最大负荷电流Il max 外部故障切除后保护装置能够可靠返回 即返回电流要Ire大于自启动时最大电流Iss max 图3 7选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图 保护3 5均启动 k1短路 B母线所接负荷电动机被制动 U降低 I升高 按选择性要求 保护3动作切除故障 保护4 5返回 电动机自启动 U恢复 28 Iss max KssIl max 3 23 Ire K relIss max K relKssIl max 1K relKssI op 4 Ire Il max 3 24 KreKre K rel 可靠系数 一般取1 15 1 25 Kss 自启动系数 一般大于1 Kre 返回系数 一般取0 85 所有由Ire Iss max 引入可靠系数K rel 起动电流为 29 29 3 1 4定时限过电流保护 图3 8单侧电源放射性网络过电流保护动作时限选择说明 2 动作时限整定 保护1在最末端 M故障 它可瞬时切除 t1为保护装置自身的固有动作时间 保护2 为保证k1短路选择性 其动作时限t2 t1 t2 t1 t 以此类推 保护3 4 5的动作时限均应比相邻各元件保护动作时限至少高出一个 t 一般0 5s 与相邻下一线路的电流 段动作时限相配合 阶梯型的时限特性 t5与t1关系 30 3 1 4定时限过电流保护 图3 7选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图 例如上图所示网络 对保护4而言即应满足以下要求 t4 max t1 t t2 t t3 t t1为1号 电动机 保护的动作时间 t2为2号 变压器 保护的动作时间 t3为3号 线路BC 保护的动作时间 31 3 过电流保护灵敏系数校验 保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值Ksen 保护装置的动作参数 3 20 仍然采用 3 20 公式 最小运行方式 本线路 相邻线路 末端相间短路近后备 作为本线路AB段的后备 Ksen Ik B min I op 4 1 3 1 5远后备 作为相邻下一线路BC段的后备 Ksen Ik C min I op 4 1 2灵敏度应相互配合 越靠近故障点保护灵敏度应越高原理接线同限时电流速断保护 时间继电器的时间整定值不同评价简单可靠 但越靠近电源 保护动作时限越长 32 定时限过电流保护 动作时限与短路电流的大小无关 动作时限是人为事先整定的 定时限过电流保护 电流 段 由于时限的配合原因 造成故障靠电源越近 短路电流越大 过电流保护切除故障的时间越长 这是其缺陷 反时限电流保护 也是一种过电流后备保护 其动作时间是电流的函数 电流小时 动作时间长 电流大时 动作时间短 是由特殊的继电器实现的 反时限保护缺点是整定配合复杂 主要用于单侧电源供电的线路终端和较小容量的电动机上 33 33 33 三段式电流保护的配合及应用 反应于电流升幅值高而动作的保护 电流速断 I段 按躲开本线路末端的最大短路电流整定 限时电流速断 II段 过电流保护 III段 不能保护线路全长 不能作为相邻元件后备保护 动作时限可能较长