3组06号继电保护课程设计

摘要 本次设计的内容是 110KV 电网线路继电保护课程设计 整定计算 其主要采用的继电保护有输电线路三段式电流保护 零序电流保护 纵联 差动保护 首先 根据题目的要求 仔细分析其运行方式和系统所给的参数 在设计前期中 我对继电保护的作用及意义进行了较全面的分析 并在开题中 进行了详尽的说明 此线路为单侧电源辐射网 因此不需要输电线路相间短路 的方向电流保护 对于输电线路的接地保护 由于电压等级为 110KV 以上 属 于大接地电流系统 采用中性点直接接地的接地保护 发生非对称性接地故障 时 电网出现零序电流电压 采用零序电流保护 其原理和三段式电流保护相 同 对于输电线路的差动保护 其中差动保护应采取纵联差动保护 其保护范 围指在两侧电流互感器之间即内部故障时保护动作 广泛应用于发电机 变压 器 母线及输电线路的保护 但是它不能作相邻元件的后备保护 至于高频保 护大都指 220kv 及以上电压等级 且大多指的是多电源或环网 故不采用 选 择保护后 根据选择的三段式电流保护进行整定计算 本次设计是我们在校期间进行的一个非常重要的综合性实践教学环节 也 是我们学生全面运用所学基础理论 专业知识对实际问题进行设计 或研究 的综合性训练 同时还是我们将来走向工作岗位而奠定的基本实践 通过本次 设计可以增强我们运用所学知识解释实际问题的能力和创新能力 以便更好地 适应工作的需要 关键词 继电保护 三段式电流保护 整定计算 引 言 本设计书是根据继电保护课程设计要求编写的 设计课题是关于 110KV 电 网输电线路的保护配置以及整定计算 继电保护是电力系统中最不可缺少的 电力系统在运行中不可避免的会出 现各种故障或不正常运行状态 这些故障或不正常运行状态若不及时正确处理 都可能引发一系列的事故 造成电能质量降低到不能允许的程度 造成人身伤 亡及电气设备损坏等 后果之严重是不可预示的 所以必须装设继电保护装置 尽量防止故障的发生 所以电力系统中 继电保护装置的选择是一个重要环节 在第一部分中 我对继电保护的作用及意义进行了较全面的分析 并在开 题中进行了详尽的说明 在第二部分中 我对于输电线路的各个保护进行了详细的介绍和说明原理 根据本次课程设计要求和所给条件最终选择除了应配置的保护 并对选择原因 进行了详细的总结 在第三部分中 根据判断出的主保护进行整定计算 并选择了合适的继电 器型号 此次设计中 我严格遵守设计规定 认定对待本次设计 最终完成了设计 任务 本设计书编写过程中曾遇到过各种各样的问题和困难 指导老师张老师 给予了宝贵的意见的精心指导 在此表示深切的谢意 一 继电保护概述一 继电保护概述 1 1 继电保护的任务 继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常状态而作 用于断路器跳闸或发出信号的自动装置 继电保护的任务 1 当电力系统中电气元件发生故障时 能自动 迅速 有选择的将故障 元件从电力系统中切除 避免故障元件继续遭到破坏 使非故障元件迅速恢复 正常运行 2 当系统中电气元件出现不正常运行状态时 能及时反应并根据运行维 护的条件发出信号或跳闸 1 2 继电保护的基本原理 故障参数跳闸或 信号脉冲 整定值 1 测量部分 测量从被保护对象输入的有关物理量 如电流 电压 阻抗 功率方向 等 并与已给定的整定值进行比较 根据比较结果给出 是 非 大 于 不大于 等具有 0 或 1 性质的一组逻辑信号 从而判断保护 是否应该启动 2 逻辑部分 根据测量部分输出量的大小 性质 输出的逻辑状态 出现的顺序或它们 的组合 使保护装置按一定逻辑关系工作 最后确定是否应跳闸或发信号 并 将有关命令传给执行元件 3 执行部分 根据逻辑元件传送的信号 最后完成保护装置所担负的任务 如 故障时 跳闸 不正常运行时发信号 正常运行时不动作 1 3 继电保护装置的分类继电保护装置的分类 按保护对象分 输电线路保护 按保护技术分 机电型保护 发电机保护 整流型保护 变压器保护 晶体管型保护 电动机保护 集成电路保护 母线保护 磁机保护 测量 部分 逻辑 部分 执行 部分 按保护原理分 电流保护 按故障类型分 相间短路保护 电压保护 接地故障保护 距离保护 匝间短路保护 差动保护 断线保护 方向保护 失步保护 零序保护 失磁保护及过激磁保护 按保护作用分 主保护 反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时 有选择性的切除故障的保护 后备保护 当主保护拒动时起作用 从而动作于相应断路器以 切除故障元件 近后备保护是指当主保护拒动时 由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的 保护 远后备保护是指当主保护或断路器拒动时 由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护 1 4 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 对动作于跳闸的继电保护 在技术上一般应满足四个基本要求 1 选择性 电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而使非故障元件仍 能正常运行 以尽量缩小停电范围的一种性能 2 速动性 保护快速切除故障的性能 故障切除时间包括继电保护动作时间和断 路器的跳闸时间 3 灵敏性 在规定的保护范围内 保护对故障情况的反应能力 要求保护装置应 在区内故障时 不论短路点的位置与短路的类型如何 都能灵敏地正确地反应 出来 灵敏性用灵敏系数来衡量 也称为灵敏度 在计算保护的灵敏系数时 可按如下原则考虑 在可能的运行方式下 选择最不利于保护动作的运行方式 在所保护的短路类型中 选择最不利于保护动作的短路类型 在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点 计算所 选的短路点 一 对于反应故障时参数量增加的保护装置 灵敏系数 保护区末端金属性短路时故障参数量最小计算值 保护装置动作参数的整定值 例如 过电流保护的灵敏系数为 I I K actK K sen min 式中 IK min 保护区末端金属性短路时的最小短路电流二次值 I actK 保护装置的二次动作电流 二 对于反应故障时参数量降低的保护装置 灵敏系数 保护装置动作参数的整定值 保护区末端金属性短路时故障参数量最小计算值 例如 低电压保护的灵敏系数为 U U K resd actK sen max 式中 U actK 保护装置动作电压的二次值 Uresd max 保护区末端短路时 在保护安装处母线上的最大残余 电压二次值 一般的过电流保护装置 要求灵敏系数为 1 5 2 4 可靠性 发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 即不发生拒绝动作 而 在不该动作时 它能可靠不动 即不发生错误动作 该动则动 不该动则不动 为了提高保护工作的可靠性 必须注意以下几个方面 1 保护装置应该采取质量高 动作可靠的继电器元件和器件 2 保护装置的接线应尽可能地简化 尽量减少继电器及串联接点 3 提高保护装置的安装和调试质量 并加强经常性的维护管理 1 5 常用继电器常用继电器 1 5 1 电气继电器的作用和分类 电气继电器是继电保护系统的基本组成单元 当输入继电器的电气物理量 达到一定数值时 继电器就动作 从而通过执行元件完成信号发送或动作于跳 闸 电气继电器种类很多 按照其结构原理 可以分为电磁型 感应型 磁电 型 整流型 极化型 半导体型等 按照继电器反映的物理量的性质来分 又 可以分为电流 电压 功率方向 阻抗 周波继电器 按照继电器反映的电气 量的升降来分 还可以分为过量继电器和欠量继电器 如过电流继电器和欠电 压继电器 1 5 2 电气继电器的表示图形及符号 在电气控制原理图中 继电器及其动作触点都需要应用某种特定的符号或 图形来表示 以示不同 如下说明 1 常用电气继电器的表示图形 在新规定中 电气继电器的文字符号都是以大写英文字母 K 为第 一个字母 其后的字母是表征该种继电器用途的英文词汇的第一个字母的大写 形式 如电流继电器以 KA 表示 其中的 A 即表示 Ampere 说明 1 继电器 2 继电器触点和线圈引出线 3 电流继电器 4 电压继电器 5 时间继电器 6 中间继电器 7 信号继电器 8 差动继电器 9 瓦斯继电器 2 常用继电器触点的表示符号 说明 1 动合触点 常开 2 动断触点 常闭 3 切换触点 4 延时闭合的动合触点 常开 5 延时返回的动合触点 常开 6 延时闭合和返回的动合触点 常开 7 延时闭合的动断触点 常闭 8 延时开启的动断触点 常闭 9 延时闭合和开启的动断触点 常闭 10 需要人工复归的动合触点 常闭 11 需要人工复归的动断触点 常闭 1 5 3 常用电气继电器简介 1 电磁型电流继电器 电磁型继电器多应用于定时限的过电流保护和电流速断保护中 归于 DL 型 电流继电器系列 反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器 其动作原理是 当交流电流通过继电器线圈时 在线圈铁芯中产生一个交 变磁通 对继电器的可动舌片产生一个电磁吸引的转动力矩 由弹簧作成的游 丝同时产生一个与电磁力矩相反的力矩起阻尼作用 当线圈中电流增加 使转 动力矩大于弹簧的反作用力矩时 可动舌片便沿顺时针方向转动 使其带动触 点桥也转动 动静触点闭合 继电器动作 当电流减小时 电磁转动力矩减小 在弹簧的反作用力矩作用下 可动舌片返回 动静触点分离 继电器从动作状 态返回到原始状态 能够使过流继电器开始动作的最小电流称为电流继电器的动作电流 而当 继电器动作后 均匀减小电流 使继电器可动触点返回到原始状态的最大电流 即继电器的返回电流 返回电流除以动作电流所得到的比值 就是继电器的返 回系数 对于过电流继电器而言 由于动作电流总是大于返回电流 所以返回系数 总是小于 1 一般情况下 过电流继电器的返回系数要求在 0 85 0 90 之间 如果返回系数小于 0 85 则认为不合格 如果大于 0 90 则有可能造成继电器 动作后动触点与静触点的接触压力不够 需要进行调整 定时限过流继电器的线圈一般由两个组成 通过改变其线圈的串联或并联 方式 可以改变继电器的动作电流 线圈的具体连接方式 根据继电器的整定 值与继电器动作电流的调整范围而定 2 电磁型电压继电器 电磁型电压继电器的结构与电流继电器相似 型号为 DJ 型 其铁芯上的线 圈为电压线圈 电压继电器有过电压继电器和低电压继电器之分 低电压继电器反应被保 护元件电压升高而动作的一种继电器 过电压继电器反应被保护元件电压降低 而动作的一种继电器 低电压继电器的动作电压是指在继电器线圈上承受额定电压后 逐渐降低 电压 继电器开始动作时的最高电压 而其返回电压是指继电器动作后 电压 逐渐升高 继电器可动触点返回初始状态的最低电压 反应被保护元件电压升 高而动作的一种继电器 过电压继电器的返回系数一般也要求在 0 85 0 90 之间 低电压继电器的 返回系数都大于 1 0 但一般要求不大于 1 2 3 电磁型时间继电器 电磁型时间继电器在继电器保护装置中可以建立保护所需要的延时时间 电磁型时间继电器得工作原理是 当时间继电器的励磁线圈得电后 继电 器衔铁瞬时被吸住 因此放松了吸附在衔铁上得轴柄 在其主弹簧得作用下 扇形齿轮开始转动 带动其他齿轮以至使主齿轮转动 从而最终使钟表机构断 续运动 当断电后 由于受返回弹簧的作用 继电器的衔铁与曲柄瞬时返回原 先位置 将继电器固定触点沿刻度盘来回移动 可以改变动 静触点的角度关系 实现继电器动作时限的整定 时间继电器的线圈一般只允许短时通电 只有在其线圈回路中串入一个附 加电阻 线圈才可以长时间承受电压 加装了附加电阻的时间继电器 都会在 其型号中加入一个后缀 C 如 DS 110C 型继电器 4 电磁型中间继电器 在继电保护装置中 中间继电器接点多容量大 可实现短延时 及自保持 多用于出口回路和逻辑回路 中间继电器工作原理极其简单 当其线圈受电后 电磁铁产生电磁力 吸 合衔铁 带动继电器触点闭合或断开 继电器断电后 则依靠反作用弹簧的拉 力使触点返回 带有延时性能的中间继电器 其线圈铁芯上都套有若干片状铜制短路环 这些短路环在继电器线圈磁通发生变化时 就会产生短路电流阻止线圈磁通变 化 从而使继电器获得动作延时 如 DZS 100 系列继电器 对于中间继电器 要使其具有自保持功能 一般需要其不仅要有一个电压 型启动线圈 还要有一到两个电流型自保持线圈 如 DZB 100 系列中间继电器 5 电磁型信号继电器 电磁型信号继电器的结构和原理都比较简单 当有电流通过继电器线圈时 衔铁在电磁力作用下开始吸合 信号牌因其自身重量下落 带动触点闭合 使 外电路接通 发出相应声光信号 同时信号牌落下 断电后 手动操作复归按 钮 信号牌恢复 信号继电器的作用是当保护装置动作时 明显标示出继电器或保护装置动 作状态 6 瓦斯继电器 瓦斯继电器是油浸式电力变压器的重要保护装置之一 当变压器油箱内发 生轻微的短路等故障时 因电弧的产生 绝缘油分解产生气体 绝缘材料分解 产生气体的原因还可能是变压器部件局部过热等现象 这些气体聚集在继电器 上部 迫使继电器内油面下降 造成开口油杯的自身重量与其内部的油重之合 超过平衡重锤的重量 油杯下降 带动永久磁铁使干簧继电器触点闭合 发出 的就是轻瓦斯信号 如果变压器内发生严重故障 大量气体的产生造成箱体内 压力显著增大 于是有油流迅速流向油枕 油流冲动挡板 挡板运动到某一限 定位置时 永久磁铁促使干簧触点闭合 完成跳闸回路的接通 即重瓦斯保护 跳闸 7 差动继电器 差动保护是变压器 发电机和母线非常重要的主保护之一 简单的说 差 动保护就是采用比较被保护设备两端的电流 正常时 两端电流一进一出相互 抵消 而被保护设备内部发生短路等故障时 两电流同时流入设备内部 启动 保护继电器 差动继电器出口使开关跳闸 起到保护变压器等设备的作用 在常规差动保护装置中 BCH 2 DCD 2 型继电器应用较为广泛 现在以此 为例说明 BCH 2 DCD 2 型差动继电器主要组成部件有 执行元件 DL 型电流 继电器 和速饱和变流器 差动绕组和两个平衡绕组以相同绕向绕在中间柱上 与二次执行元件连接的二次线圈绕在中间柱上 两短路绕组分别绕在中间柱和 左边柱上 差动绕组只有在被保护区域内部故障时 才有短路电流通过 继电器迅速 动作切除故障 正常情况下 差动绕组中只有不平衡电流通过 由于平衡绕组 的作用 不平衡电流被消除到最小程度 平衡绕组正常状态下补偿因变压器各侧互感器变比不能完全配合造成的不 平衡电流 提高了继电器的可靠性 当被保护区域内部故障时 流过平衡绕组 内的电流产生的磁通与差动绕组内电流产生的磁通方向一致 使保护装置的灵 敏度得到提高 两个短路绕组匝数不同 中间柱上的短路绕组匝数为左边柱上绕组的两倍 这两个短路绕组在被保护区域出现短路或励磁涌流时 可以使其获得非周期性 分量的助磁使铁芯饱和 减小误动可能性 除去二次线圈以外的所有速饱和变流器绕组 都有一定数量的抽头 利用 这些抽头 可以平衡绕组的匝数 使速饱和变流器的磁化力达到平衡 二二 输电线路保护配置说明输电线路保护配置说明 2 12 1 输电线路保护的选择 保护对象 采用的保护类型 输电线路零序电流保护 三段式相间短路电 流保护 纵联差动保护 2 2 输电线路各保护介绍 2 2 1 无限时电流速断保护 无限时电流速断保护 又称 I 段电流保护 是反应电流升高而不带时限的 一种电流保护 无实现电流速断保护不能保护线路全长 保护范围随运行方式而 变化 1 工作原理 可由图 2 1 所示单侧电源线路的无时限电流保护为例来说明 M M IN K K I oper I max KN I max K I 0 K I K I max KN I min L max L K I 图 2 1 单侧电源线路的无时限电流保护作用原理 使保护装置启动的最小电流称为保护装置的动作电流 以I oper表示 当 流过保护装置的电流达到这个值时 保护就能启动 即为 IIoperk 时 保护才 能启动 以 M 处保护为例 当本线路 MN 末端发生短路故障时 希望 M 处无时限 电流速断保护能瞬时动作切除故障 而当相邻线路首端发生短路故障时 按照 选择性要求 M 处保护不应动作 应由 N 处保护动作切除故障 而实际上 本 线路末端和相邻线路首端发生短路故障时 流经 M 处保护的短路电流几乎相等 M 侧保护无法区分这两处短路故障 为了保证选择性 电流速断保护的动作电 流应躲过下一线路首端 或本线路末端 短路时流过本保护的短路电流 即取 IINKopermax 写成等式 则有 IKINKreloper 3 max 2 1 式中 INK 3 max 最大运行方式下 被保护线路末端 N 发生金属性三相短 路 时 流过保护装置的最大短路电流 Krel 可靠系数 一般取 1 2 1 3 图中直线为动作电流I oper 并与两条曲线各有一个交点 在交点至保 护安装处的线路上发生短路故障时 由于流经保护的短路电流均大于动作电流 所以保护装置处于动作状态 而在两交点以后短路时 流经保护的短路电流均 小于动作电流 保护不动作 对应这两点 保护有最大和最小两种范围 即为 Lmax和Lmin 这说明无限电流速断保护 不能保护线路全长 且保护范围受运 行方式影响 无限时电流速断保护的选择性是靠动作电流来保证的 灵敏性是 用其最小保护范围来衡量的 最小保护范围不应小于线路全厂的 15 20 2 原理接线 KA 信号 I KM KS TQ 1QF TA QF 正常运行时 负荷电流流过线路 反应到电流继电器中的电流小于 KA 的动作电流 KA 不动作 起动合触点是断开的 KM 动合触点也是断开的 信号 继电器线圈和跳闸线圈 TQ 中无电流 断路器主触头闭合处正常送电状态 当线 路短路时 短路电流超过保护动作电流 KA 动合触点闭合起动中间继电器 中 间继电器动合触点闭合将正电源接入 KS 线圈 并通过断路器的动合辅助触点 QF1 接到跳闸线圈 TQ 构成通路 断路起跳闸后切除故障线路 2 2 2 限时电流速断保护 由于无时限电流速断保护一般不能保护线路全长 无法切除本线路无实 现电流速断保护范围以外的短路故障 为此增设了第二套电流速断保护必须带 时限 一边和线路 I 段电流速断保护相配合 通常所带的时限只比瞬时电流速 断保护大一个或两个时限级差 所以称它为限时电流速断保护 此情况下 它 的保护范围不超越相邻 I 段或 段电流保护的范围 由于要求限时电流速断保护必须保护线路全场 这样它保护范围必然延伸 到下一条线路 当下一条线路出口处发生短路故障时 它就会起动 若不采取 措施 就会失去选择性 为此必须使保护带有一定时限 此时限的大小与其延伸的范围有关 为尽 量缩短这一时限 通常使保护范围不超出相邻线路无时限电流速断保护的保护 区 其动作时限则比相邻线路无时限电流速断保护高出一个时间级差 1 工作原理 图 2 2 限时电流速断保护工作原理 设保护 2 装有无时限电流速断保护 其动作电流为I oper 2 它由 IKINKreloper 3 max 计算而得 它与短路电流变化曲线的交点即确定了保护 2 无 时限电流速断保护区 当 n 点发生短路故障时 流过保护 2 的短路电流是I oper 2 保护 2 则刚好动作 如上分析 保护 1 的限时电流速断保护不应超出保护 2 的 无时限电流速断保护范围 故在单侧电源情况下 保护 1 的限时电流速断保护 的动作电流I oper 1 应为 IIoperoper 21 2 2 考虑到保护 1 2 装在不同地点 使用的电流互感器和电流继电器不同 其 特性也很难一致 同时考虑到电流计算和整定误差等不利因素 故引入可靠系 数Krel 于是可知公式为 IKIoperreloper 21 2 3 注意到保护动作带一定的延时 短路电流中的非周期分量已经衰减 故可 靠系数Krel可选的比式中的值小一些 一般取 1 1 1 2 Ioper 1 与短路电流曲线的交点 m 确定了保护 1 的限时电流速断保护的保护 区 它包括线路 MN 全长并延伸到相邻线路 NP 的一部分 其末端在 m 点 不 超出保护 2 的无时限电流速断的保护范围 保护 1 的无时限电流速断保护的动 作电流为I oper 1 仍按式 2 1 计算 2 原理接线 KA 信 号 IKT KS TQ 1QF TA t QF 它与无时限电流速断保护接线的主要区别是将中间继电器换成了时间继电 器 当电流继电器动作后 需经过时间继电器的延时t 后 才能作用于跳闸 当短路故障在t 之前已切除 已动作的电流继电器返回 是时间继电器立即返 回 整套保护恢复原状 不会造成误动 2 2 3 定时限过电流保护 限时电流速断保护虽能保护线路全长 但不能作为下一线路保护的后备 而定时限过电流保护不仅能保护线路全长 还能保护相邻线路的全长 可以起 到后备保护的作用 这是因为过电流保护不是按躲过某一短路电流 而是按躲 过最大负荷电流来整定的 故它的动作电流值较低 灵敏度较高 保护范围大 同限时电流速断保护一样 定时限过电流保护也是适当选取动作电流和动作时 限来获得选择性的 1 定时限过电流保护动作电流的整定原则 定时限过电流保护动作电流的整定要考虑以下两个条件 a 为确保过电流保护在正常运行情况下不动作 保护装置的动作电流 应整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流 即 IoperImax1 b 在外部短路故障切除后 已动作的电流继电器能可靠返回 max l res ssrel oper I K KK I 其中 ss K 为自启动系数 2 定时限过电流保护动作时限的整定原则 过电流保护的动作时限应按阶梯原则选择 ttt nn max 1 1 K M I N I I I QF2 QF1 QF4 QF5 I QF3 0 l t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t t 3 灵敏度校验 基本出发点 选择在要求的保护区内短路最不利于保护动作的情况 来校验保护是否能够动作 运行方式 最小 短路类型 两相 短路点 本线路末端 要求 5 1 3 1 sen K 灵敏度校验应按如下两种情况分别考虑 a 当过电流保护作为本线路的近后备保护时 其校验点应选在 本 线路末端 5 1 3 1 sen K b 当过电流保护作为相邻元件的远后备保护时 其校验点应选在 相邻线路 元件 末端 2 1 sen K 当过电流保护的灵敏度不能满足要求时 应采取性能更好的保护方 式 2 2 4 阶段式电流保护 无限时电流速断保护 限时电流速断保护 定时限过电流保护 它们各有 优缺点 为了保证迅速可靠地切除故障 常常将无限时 限时电流速断及定时 限过电流保护组合在一起 构成一整套保护 使之相互补充和配合 成为三段 式电流保护 通常将无时限电流速断保护称为 I 段 限时电流速断保护称为 段 定时限过电流保护称为 段 I 段和 段保护共同组成线路的主保护 段 保护作为本线路 I 段保护的近后备 也作为下一线路保护的远后备 在线路首端附近发生故障 由第 段切除 线路末端附近发生短路故障 由第 段切除 第 段只起后备作用 因此输电线路任何处发生的短路故障 一般可在 0 5s 时限内优选则性的被切除 1保保护护I1段段 范范围围 1保保护护1段段 范范围围 2保保护护I段段保保护护范范围围 P 1 m N n 2 IMI 1 1 II1段段范范围围 1 K 2 K 三段式电流保护范围示意图 三段式电流保护的保护区和时限配合特性 2 2 5 方向电流保护 双侧供电的辐射形电网或单电源的环形电网 如果还采用一般的电流保 护作为相间短路保护 往往满足不了选择性的要求 根据区内与区外短路 靠 近短路点的保护所流过的短路功率方向不同 引入方向元件来判别短路功率的 方向 从而区别区内或区外短路 以母线电压为参考方向 规定电流从母线流向线 路为正 1 工作原理 用电流继电器作为测量元件 来反映被保护元件电流大小 用功率 方向继电器作为方向元件 来判别短路功率方向 当这两个继电器都动作 保 护才动作 下图为方向电流保护原理示意图 KA I KWKS TQ 1QF TA QF t 信号 KT 其中 KA 为电流继电器 KW 为功率方向继电器 KT 为时间继电 器 用来建立过电流保护动作时限 2 方向电流保护展开图 2 2 6 零序电流保护 输电线路接地 零序电流保护 输电线路接地 2 2 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 在我国采用的中性点工作方式有 中性点直接接地 中性点经消弧线圈接地 中性点经高电阻接地 中性点不接地四种 在中性点直接接地的系统中 中性点直接接地 包括经小阻抗接地 得系统 当发生一点接地故障时 即构成单相接地短路 这时所产出的故障电流很大 所以称中性点直接接地的系统为大电流接地系统 目前我国 110KV 及以上电压 等级的电力系统 均属于大电流接地系统 为了反映接地短路 必须装设专用 的接地短路保护 并作用于跳闸 在 66KV 及以下电压等级的电力系统中 采用中性点不接地 经高电阻或 经消弧线圈接地的工作方式 当一相发生接地故障时 故障电流是各元件对地 的电容电流 往往比负荷电流小很多 这种系统称为小电流接地系统 在电力系统中性点四种工作方式下 发生单相接地故障时 零序分量特点 不同 2 2 1 接地故障时零序分量的分布特点接地故障时零序分量的分布特点 在中性点直接接地电网中发生接地故障时 可以利用对称分量法将电流 电 压分解成各序分量 并用复合序网表示各序分量的关系 如图 2 3 a 所示 的电网 K 点发生接地故障时的等效零序网络如图 2 3 b 所示 图中和 MKO Z 分别为故障点两侧线路零序阻抗 和为两侧变压器零序阻抗 零 NKO Z MO Z NO Z 序电流可以看成是在故障点出现一个零序电动势 而产生 它只在中性点接地的变压器之间流动 KO U MTM1 TM2N 0N U 0NK Z 0N Z 0M Z 0K U 0MK Z K 0N U 0M U 0K U a b c 图 2 3 根据零序网路可写出故障点处 母线 M 和 N 处的零序电压为 当 K 点发生单相接地短路时 故障点处的零序电流为 式 2 4 由上述等效网络可见 零序电压 零序电流的分布具有如下特点 1 故障点处的零序电压最高 变压器中性点接地处的零序电压 2 零序电流是由故障点处零序电压产生 只在故障点与中性点接地的 变压器之间流动 3 零序或负序功率方向与正序功率方向相反 即正序功率方向为由母 线指向故障点 而零序功率方向却由故障点指向母线 2 2 2 零序电流保护的组成及多段式零序电流保护零序电流保护的组成及多段式零序电流保护 根据系统发生接地故障出现零序电流这一特点 构成零序电流保护 它反应零序电流增大动作 从原理上讲 零序电流保护与相间电流保护 完全相同 也可构成阶段式保护 不同的是零序电流保护只反应电流的 一个分量 它们的整定原则 校验方法也基本相似 图 2 4 所示为三段 式零序电流保护原理接线 零序电流保护 段为零序电流速断保护 限 时零序电流速断保护为零序 段 零序过电流保护为零序电流保护 段 0 0 0 Z U I K K 0 00 0 00 00 00 N NN M MM MKM KK ZIU ZIU ZZIU 式32 I TA KA1 IItt KT1 KA2KA3KC KS1KS2KS3 TQ QF 2KT 图 2 4 三段式零序电流保护原理图 距离保护是反映故障点至保护安装处的电气距离 并根据电气距离的远近而确 定动作时间的 一种保护装置 距离越近 动作时间越短 这样就可以保证有选 择地切除故障 由于电气距 离的大小不随系统运行方式而变化 因此距离保护 比简单的电流 电压保护的保护范围更确 定 且较为灵敏 不受 或很少受 系 统运行方式变化的影响 距离保护的基本原理 由于距离保护反映的是输电线路的电气距离 而电 气距离一般以阻抗形式表示 所以距离保 护又称为阻抗保护 距离保护也有一个保护范围 短路发生在这一范围内 保护动作 否则不 动作 这个保护范围通常只用给定阻抗 zd Z 的大小来实现的 正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗 fh Z 即 fh cl cl cl Z I U Z 在被保护线路任一点发生故障时 测量阻抗为保护安装地点到短路点的短 路阻抗 d Z 距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保护灵敏度高 距离保护的实质是用整定阻抗 zd Z 与被保护线路的测量阻抗 cl Z 比较 当短 路点在保护范围以外时 即 cl Z zd Z 时继电器不动 当短路点在保护范围内 即 cl Z zd Z 时继电器动作 因此 距离保护又称为低阻抗保护 动作阻抗 使距离保护刚能动作的最大测量阻抗 距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l的关系称为距 离保护的时限特性 目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性 如图 6 16 所示 这种时限特性与三段式电流保护的时限特性相同 一般也作成三阶梯式 即有 ZZZ32 1 3 3 3 3 1 2 t 3 t 3 t l 2 t 2 t t 3 t 1 t 与三个动作范围相应的三个动作时限 t t t 图6 16 距离保护的时限特性 距离保护装置原理说明 WXH 816 整流型距离保护装置适用于小接地电流系统 作为线路相间故障 的主要保护 在系统发生两点接地故障时 保护装置有三分只二机会切除一个故障 点 保护装置具有三个整流型偏移特性阻抗继电器作为起动元件 一个整流型全阻 抗继电器的测量元件 测量元件构成保护的第 段 起动元件在系统故障时起 动整套保护装置 同时实现保护第 段 测量元件 起动元件与第 段时间元 件组成三段式阶梯行延时特性 以下是部分工作原理 1 阻抗起动元件 保护装置的起动元件 1ZKJ 2ZKJ 3ZKJ 为整流型偏移特性阻抗继电器 其 原理接线如下图 它的选择性为包括坐标原点内并向第 段象限偏移 5 20 ZZ 的圆特性 j x 0 z0 R Zset Zkz Z0 阻抗起动元件是利用零序电流进行切换的 而且只需在电压回路进行切换 通 常被称为电压补偿方式 这各方式比较简单 继电器对各种短路的灵敏度大体 相同 但是在双侧电源或是环网的情况下 零序电流和比例不总是 1 3 这将引起起 动元件测量阻抗增大 保护区缩短 可见 仅用电压补偿方式还不够完善 但由于对 起动元件的测量准确要求不高 灵敏度也有裕度 所有仍然可以采用 2 阻抗测量元件 在环网中 采用由电流 或阻抗 起动的单系统距离保护 WXH 816 型距离保 护装置就是用阻抗起动的单系统距离保护 就是测量元件只用一个阻抗继电器 在 短路时根据短路的 将故障相电压和电流加到继电器上去 称为相别切换 并且这 个继电器同时作为保护第 段和第 段的测量元件阻抗测量元件的装流 滤波 以及比较回路均与起动元件相同 由于阻抗测量元件采用单系统切换方式 在发生 各种不同类型故障时 均由起动元件差别故障 经切换继电器的接点使测量元件端 子得到相应于故障电压和电流 当用小接地电流系统 且故障时有 零序电流出现 如两点接地故障 则切换回路使 B 相的起动元件退出工作 以保证 切换后接入测量元件的电压和电流能有三分之二的机会仅切除一个故障点 当发 生相间故障时 接入相间故障电压和故障相电流之差 当发生接地故障时 接入相 间故障电压和故障相电流之差 当发生接地故障时 接入故障相电压和故障相电 流加 K 3I0 的零序补偿电流 以保证继电器能正确测量保护安装出到故障点之 间的距离 阻抗测量元件第 段定值的切换 是利用自耦变压器 5YB 的抽 头 以改变加入阻抗继电器上的电压 来改变其动作阻抗的 6 10 6 单回线纵联差动保护 1 纵联差动保护的基本原理 所谓带辅助导线的纵联差动保护 就是被保护线路一端的电流状况与经过 辅助导线传送过来的另一端的电流状况进行比较 以辨别短路时是发生在被保 护线路的内部还是外部 从而判断保护是否应该动作的一种保护方式 辅助导线所传送的电流状况大致上可分为两大类 一类是传送电流的大小 瞬时值 另一类是传送电流的方向 根据传送电流的大小 瞬时值 以辨别 内部抑或外部的短路的保护方式 按照在辅助导线中电流的流动方式分为环流 式和均压式 在下图可知 在被保护线路两侧装有相间变化的电流互感器 把线路两侧 电流互感器二次侧带 号的极性端子且辅助导线联接起来 把线路两侧电流互感 器二次侧非 号的极性端子也用辅助导线联接起来 电流继电器接在差流回路上 在正常运行和外部 指两电流互感器所包围的范围以外 D1点短路时 流 入继电器线圈的电抗为 2 2 II Ij III 在理想情况下 经线路两侧的一次电流相等 于是两侧电流互感器的二次 电流和也相等 并在辅助导线构成的回路中形成环流 这时 L 侧的一次 2I I2III 电流方向不变 II 1I I 侧的一次电流方向与外部短路时的正好相反 上图虚线所示 所以流入III 继电器的电流为 D i II I i J I k II k I 1 1 1 1 电流互感器的变化 i k 故障点的短路电流 D I 当流入继电器的电流大于继电器的动作电流时 继电器动作 当故障线 J I 路自两侧同时切除 由此分析可看出 纵联差差保护范围 就是两侧电流互感器所包括的范围 在保护范围内短路时 保护能瞬时动作 在保护范围外短路时 保护不能动作 因此不需要与相邻元件的保护在整定值和动作时间上进行配合 2 纵联差动保护的整定与灵敏度校验 整定计算 纵联差保护的动作电流按以下二式整定 并取其中较大者作为差动继电器 的整定值 1 躲过外部短路的最大不平衡电流 i Kssuprel ubrelactKD K IKKK IKI max max 1 0 可靠系数 一般取 1 2 1 3 rel K 0 1 电流互感器可能产生的最大误差 按 10 误差曲线校验 非周期分量系数 当采用附有速饱合变流器的差动继电器时取