电力系统继电保护原理

四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,第二章电网的电流保护和方向性电流保护,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,第一节单侧电源网络相间短路的电流保护,一、电磁型、晶体管型和集成电路型电流继电器继电特性,以过电流继电器为例：动作；返回。继电器的动作电流IdzJ：能使继电器动作的最小电流值。继电器的返回电流IhJ：能使继电器返回的最大电流值。,IdzJ,IhJ,Ij,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,继电特性的要点：永远处于动作或返回状态，无中间状态。返回系数：过量继电器，Kh小于1；欠量继电器，Kh大于1。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,三段式电流保护配置,应用领域：35KV、10KV单侧电源网络线路保护,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,一、电流速断保护（第段）,仅反应于相电流增大而瞬时动作的电流保护。1、短路电流的计算：,图中1最大运行方式下d(3)2最小运行方式下d(2)3保护1第一段动作电流,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,2、整定值计算及灵敏性校验,为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次侧参数表示。在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长,动作电流：动作时限：TdzI=0s,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,灵敏性,灵敏性：用保护范围的大小来衡量lmax、lmin一般用lmin来校验：要求：（1520）希望值50方法：图解法解析法：可得式中ZL=Z1l被保护线路全长的阻抗值,式中ZL=Z1*L被保护线路全长的阻抗值,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,构成,中间继电器的作用：触点容量大，可直接接TQ去跳闸当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,4、小结,仅靠动作电流值来保证其选择性能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。当系统运行方式变化比较大，或者保护线路长度比较短（短线路），可能无保护范围终端线路采用线路变压器组的接线方式方式，按躲变压器低压侧线路出口处短路整定，可保护本线路全长，并能保护变压器的一部分。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,二、限时电流速断保护（第段）,1、要求：（1）任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性（2）在满足要求（1）的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,2、整定值的计算和灵敏性校验,为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。即整定值与相邻线路段配合。动作电流：动作时间：t取0.5“，称时间阶梯（时限级差），其确定原则参看P18.灵敏性：要求：1.31.5若灵敏性不满足要求，与相邻线路第段配合：,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,3、构成：与段相同：仅中间继电器变为时间继电器。4、小结：限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性与第段共同构成被保护线路的主保护，兼作第段的近后备保护。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,三、定时限过电流保护（第段）,1、作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,2、整定值的计算和灵敏性校验：,1）、动作电流：躲最大负荷电流在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq,式中，,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.850.9）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,2）、动作时间,在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护14都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。,阶梯时间特性,当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,3）、灵敏性,近后备：Id1.min本线路末端短路时的短路电流远后备：Id2min相邻线路末端短路时的短路电流,3、构成：与第段相同,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,4、小结,第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其灵敏度比第、段更高；在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；保护范围是本线路和相邻下一线路全长；电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，t越长，应设三段式保护。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,五、三段式电流保护评价,选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠IdZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。电流保护的缺点第段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；第段：长线路重负荷（If增大，Id减小），灵敏性不满足要求。速动性：第、段满足；第段越靠近电源，t越长缺点可靠性：线路越简单，可靠性越高优点应用范围：35KV及以下的单电源辐射状网络中；第段：110KV等，辅助保护,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,电流保护的接线方式,定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。常用的接线方式：三相星形接线和两相星形接线。1）、三相星形接线的特点：每相上均装有CT和LJ、Y形接线LJ的触点并联2）、两相星形接线的特点：某一相上不装设CT和LJ、Y形接线LJ的触点并联（通常接A、C相）上述两种接线方式，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等。接线系数：,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,IdZ与IdZ.J之间的关系：比较：对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,串联线路,三相星形接线：保护1和保护2之间有配合关系，100切除NP线两相星形接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,并行线路上：（可能性大）,三相星形接线：保护1和保护2同时动作，切除线路、。两相星形接线：2/3机会只切一条线路。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,Y接线变压器后d(2)以Y11接线降压变为例,结论：B相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,三相星形接线灵敏度是两相星形接线的两倍针对措施：在两相星行接线的中线上再接入一个LJ3，其电流为：利用LJ3提高灵敏性。（P31Fig225）经济性：两相星形接线优于三相星形接线应用三相星形接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。两相星形接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上（A、C相）。）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,第二节电网相间短路的方向性电流保护,问题的提出双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题,对电流速断保护：d1处短路，,d2处短路，,对过电流保护：d1处短路，,d2处短路，,有选择性:,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。解决办法：加装方向元件功率方向继电器（fig2-28）。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。,保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,d1处短路d2处短路,二、功率方向继电器的工作原理,电流正方向：从母线流向线路。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。实现：1、最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角。,动作范围：,动作方程：,或,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,动作特性:,当线路发生三相短路所以,死区：当正方向出口短路时，,GJ不动电压死区。消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,2.功率方向继电器的内角,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,集成电路型功率方向继电器,1构成框图2相位比较回路正负半周比相，与门输出正负半周比相，或门输出3动作特性角度特性：最小起动电压（“电压死区”）伏安特性：最小起动电流潜动问题：仅有Vj时动，叫电压潜动，仅有Ij时动，叫电流潜动.解决措施（正负半周比相，与门输出）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,功率方向继电器的接线方式,要求：良好的方向性（与故障类型无关）和较高的灵敏性。90接线方式：指系统三相对称且cos=1时，的接线方式,原理接线图:图237注意：继电器接线电流线圈、电压线圈的极性问题,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,相间短路情况下90接线功率方向继电器动作行为分析：,正方向三相短路：由于三相对称，三只继电器动作情况相同，故以A相为例分析：,JAd90,为使功率方向继电器动作：,一般,当（1）,，,当（2）,，,在三相短路时,可保证GJ动作,最灵敏：,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,正方向两相短路，以BC两相短路为例,且空载运行,有两种极限情况:出口和远处,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,出口短路,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,远处短路,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,一般GJ：,总结：优点：对各种两相短路都没有死区；适当选择内角后，对线路上各种相间故障保证动作的方向性；缺点：出口三相相间短路存在电压死区问题。顺便指出：在正常运行情况下，位于送电侧的GJ在负荷电流的作用下一般都处于动作状态，其触点闭合。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,双侧电源网络中电流保护整定的特点：1、电流速断保护,如果保护定值大于反方向短路的最大电流，则不需要安装方向元件,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,限时电流速断保护,原则与单侧电源网络中第段的整定原则相同，与相邻线路段保护配合。需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,对方向性电流保护的评价,在多电源网络及单电源环网中能保证选择性快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资出口时，GJ有死区，使保护有死区缺点力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,双侧电源网络中电流保护整定的特点,电流速断保护,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,限时电流速断保护,原则与单侧电源网络中第段的整定原则相同，与相邻线路段保护配合。但需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,对方向性电流保护的评价,在多电源网络及单电源环网中能保证选择性快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资出口三相短路时，GJ有死区，使保护有死区缺点力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,第三节输电线路的接地保护,大接地电流系统:系统中主变压器中性点直接接地在此系统中,当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路,使故障相流过很大的短路电流.110KV及以上电网中性点直接接地系统60KV及以下电网中性点不接地或不直接接地(小接地电流系统)运行经验表明,在中性点直接接地系统中,d(1)几率占总故障率的70%90%.所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一.而在该系统中发生d(1),系统中会出现零序分量,而正常运行时无零序分量.故可利用零序分量构成接地短路的保护.,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,零序分量的特点,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,零序电流保护,三段式或四段式段:速动段保护段(、段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动作时间应尽量缩短最末一段：后备三段式零序电流保护原理与三段式电流保护相似,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,（一）段,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,（一）段,灵敏性：要求与段电流保护相同（15%20%）,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,(二)段,四川大学电气信息学院吕飞鹏2004,（三）段：,躲下一级线路出口处短路时可能出现的最大不平衡电流Ibp.max,四川