国家电网继电保护培训课程----电网相间短路接地的电流电压保护

三段式电流保护,组成：1）电流速断保护（第一段）。2）限时电流速断保护（第二段）。3）定时限过电流保护（第三段）。作用：第一段、第二段构成本线路故障时的主保护，第三段既是下级线路或断路器拒动时的远后备，又是本给线路主保护拒动时的近后备，所以三段式电流保护具有作为主保护和后备保护的全部功能。优点：简单可靠，具有明确的选择性。适用于35KV及以下的单侧电源供电网络，非重要用户。缺点：1）当运行方式变动大的电网，灵敏度常常难以满足要求。2）第三段保护，当故障点离电源愈近，短路电流愈大，对系统的影响也愈大，但为了满足选择性要求，动作时间却愈长。3）第一段保护为了满足选择性要求，需躲过本线路未端的最大短路电流，这样对于较短的线路或运行方式变动大的系统，其保护范围很小满足不了灵敏度要求。通常在最大运行方式下，保护区达线路全长的50%时，即认为有良好的灵敏度，在最小运行方式下发生两相短路，保护区能达15-20%，即可安装。4）第二段保护虽然能保护线路的全长，但保护的快速性方面较差。,计算例题：如图所示的35KV单侧电源辐射形电网中，已知XL-1的正常最大负荷电流为110A，自起动系数为2，电流互感器变比为300/5，最大运行方式下，D1点三相短路电流为1310A，D2点三相短路电流为520A，最小运行方式下，D1点三相短路电流为1150A，D2点三相短路电流为490A，线路XL-2的过流保护动作时限为2.5秒，现在XL-1上装设三段式电流保护，计算保护各段的动作电流及动作时限，并校验灵敏度（CT接线方式为完全星形接法）。,解：线路XL-1第一段保护I1.1j=K1*ID1max/nl=1.3*1310/60=28.4(A)线路XL-1的第二段保护I2.1=K1*ID2max=1.3*520=676(A)(XL-2的第一段)I1.2j=Kp*I2.1/nl=1.1*676/60=12.4(A)灵敏度校验Kl=0.866*ID1min/(I1.2j*nl)=0.866*1150/744=1.341.3(两相短路电流为三相短路电流的0.866倍),时限取0.5秒。线路XL-1的第三段保护I1.3j=1.3*2*110/(0.85*60)=5.2(A)灵敏度校验：近后备：K=0.866*1150/(5.2*60)=3.21.5远后备：K=0.866*490/(5.2*60)=1.361.2时限为t=2.5+0.5=3.0秒,电流电压连锁速断保护（一）,原理：输电线路出现短路故障时，将引起系统电压的剧烈下降，这时的母线电压，称为残余电压。利用短路时母线残余电压下降这一特征，以低电压继电器构成的、可瞬时切除故障的保护装置，称为电压速断保护。电压速断保护虽可反映短路故障的存在，但却不能判别故障所在线路，因而不能保证有选择地切除故障线路。为了解决这个问题，可以增加电流继电器作为闭锁元件，借以判断故障线路，从而保证其选择性，电流继电器的动作电流按最大负荷电流整定，并要求在线路未端短路时，有足够的灵敏度，按此原理构成的保护称为电流闭锁电压速断保护。电流继电器还可在保护装置电压回路断线时，起闭锁作用。电流电压连锁的整定原则是1）为了提高灵敏度，保护的动作参数应按常见的运行方式下，电压速断和电流速断有相同的保护范围来整定，因为只有这样，才能保证在常见的运行方式下，保护装置具有最大的保护范围。2）为了保证选择性，电流电压连锁速断保护范围，不应延伸至下一线路，或者说，为可靠起见，只保护本线路的80%左右。,电流电压连锁速断保护（二）,特点：当出现极端运行方式时的外部短路，电流元件和电压元件中可能一个会误动，但由于另一个元件的闭锁，整组保护就不会误动。如在最大运行方式下，电流速断保护范围可能延伸至下一线路，因而在外部短路时可能动作，但电压速断的保护范围反而缩短，因此它闭锁了保护，反之，在最小运行方式下，电流速断保护起闭锁作用。这样既保证了在极端运行方式下保护的选择性，又提高了保护的灵敏度。电流闭锁电压速断保护：电流元件按保证本线路末端故障有足够的灵敏度来整定，电压元件按躲过本线路末端母线故障来整定,低电压闭锁的定时限过电流保护：,整定：电流元件可按躲过本线路正常情况下的最大负荷电流整定，即不考虑电动机自起动；电压元件按躲过母线最低运行电压整定。若采用复合电压闭锁定时限过电流保护，则增加负序电压元件，按躲过正常运行中最大不平衡电压来整定。,方向性电流保护（一）,1问题的提出：在多侧电源或单电源环网供电时，如下图，当D1点短路时，根据选择性要求，保护2的动作时限t2应小于保护3的时限t3；当D2点短路时，根据选择性要求为t30,差动保护不平衡电流的产生：,1）电流互感器特性的差别：主要是励磁特性和励磁电流的不同，当一次电流较小时，这个的表现不明显。当一次电流较大时，电流互感器的铁芯开始饱和，于是励磁电流开始急剧上升，由于两电流互感器的励磁特性不同，使它们铁芯的饱和程度不同所以励磁电流上升的程度也就不同，这样就产生不平衡电流。2）暂态过程中的不平衡电流：由于差动保护是瞬时动作的，所以还需要考虑在外部短路暂态过程中，差动回路中的不平衡电流。外部短路时产生很大的短路电流，在暂态过程中，短路电流中除周期性分量外，还需要非周期性分量，这加剧了铁芯的饱和，从而产生较大的不平衡电流。,防止外部短路时不平衡电流使差动保护误动的措施,1）速饱和变流器：综合变流器的作用：1）是将三相电流变成单相电流的变换装置，线路纵差是通过导引线将两侧装置连接起来，以实现两侧电流幅值和相位的比较，用综合变流器可以减少导引线数量，简化保护接线。2）由于导引线的阻抗远大于电流互感器二次侧所允许的阻抗值，利用综合变流器变比可大大减小导引线在电流互感二次侧的阻抗值。比率制动。,比率制动差动保护,优点：能快速切除被保护线路全线范围内的故障，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。缺点：1）必须敷设与被保护线路一样长的辅助导线；2）要装设专门的监视装置，以监视辅助导线的是否完好，如果辅助导线断线，则未断线一侧互感器的二次电流将全部流入差动继电器，致使保护在外部短路时发生误动作；如果辅助导线短路，则继电器内将无电流通过，以致在内部短路时保护拒动；3）要装设专门的后备保护。如LCD-12、L90等。,REL551线路差动保护,线路差动保护主要包括以下功能：-分相比较电流的幅值与相角-通过CT饱和检测器提高装置的稳定性-采用连续的传输延时补偿-在数字通信信道内传送跳闸信号-双主机对等设计-提供多种连接接口，光纤接口或引导线接口附加保护功能-相电流及残流保护功能-电流回路监视,分相判断的线路差动保护,REL551继电器为全数字化系统,与带有复用器和路由切换器的现代数字通信系统配合使用，分相差流与相应的基准电流相比较，可消除由于综和电流引起的误差问题，并且为单相跳闸提供了选相依据。,所有电流量都是通过付利叶滤过取得正弦和余弦分量，六个分量(每相两个)每5ms传送到对端一次,传送报文也包括差动保护功能的监视信息，CT饱和信息，终端的同步信息，转发的跳闸指令等。差动保护的制动特性是逐相设置的,根据通过电流的大小来判断，制动特性是可调的.CT饱和检测器可降低对电流互感器的要求,它分别监视各相的电流，如果检测到CT处于饱和状态,则制动特性将相应抬高。通信报文经过检查处理后，将有错的报文在计算中把它排除掉。为了提高跳闸指令的可靠性，在报文中采取”四取三”或”四取二”是必需要的，这将避免了由于传输干扰引起的误码造成误跳闸，以确保安全。,电流速断保护(IOC),不同的系统条件，如电源的阻抗，长输电线上的故障位置，都对故障电流的大小有很大的影响.电流速断保护的测量元件具有较低的超越系数,可取得非常短的动作时间，最低可达到10ms，这种以最短的时间清除长输电线路上的故障，对保证系统的稳定性是极其重要的。,限时过流保护(TOC),当线路电流超过设定值且持续时间超过设定动作时间，限时过流保护将动作跳闸。为了提高整套保护的动作可靠性，此套保护还可以作为其它的保护的监视和故障检测。比如线路距离保护由于熔丝熔断而拒动时，限时过流保护可作为距离保护的后备。,电流回路监视,通过比较两组电流互感器或同一只电流互感器的两组不同的线圈的二次侧的和电流3I0，来监视CT二次电路的完好性，当和电流的差值超过设定值时发出信号，所发的信号可用来报警或闭锁不同的保护功能。,差动动作曲线,DIGITALCOMMUNICATION,Linedifferentialprotection,Requiresfastandreliablecommunication,MaximumsensitivityPerfectphaseselectionMaintainedsensitivityduringsingle/twopoleautoreclosing,Master-masterphasesegregatedmeasurement,FouriercoefficientIphase=f(t)=f(f)+f(,aandbtransmittedevery5ms,Basicoperatingprinciple,f(f)=a*sinft+b*cosftaandbtransmittedandevaluated,Foreachphase,Fouriercoefficientscarriedout:,Inbothterminals,DIFL-Tripcharacteristic,Adifferentialcurrent:,Idiff,Ibias,Normalcondition,andbiascurrent:,areevaluatedforeachphase,TRIP,NoTrip,DIFL-Tripcharacteristic,Idiff,Ibias,Internalfault:,Normalcondition,DIFL-Tripcharacteristic,Idiff,Ibias,Internalfault:,Normalcondition,DIFL-Tripcharacteristic,Idiff,Ibias,Throughfault:,NoTrip,Normalcondition,Differentialcurrentshouldbezero:,DIFL-Tripcharacteristic,Idiff,Ibias,CTsaturation:,NoTrip,Trip?,Normalcondition,Biascurrentreduces,DIFL-Tripcharacteristic,Idiff,Ibias,Normalcondition,CTsaturation:,Atcurrenttransformersaturation,thestabilisationisincreasedatbothterminalsintheSATURATEDPHASE,Phasesegregatedsaturationsignalsareincludedinthetransmittedmessage,CT-SaturationDetector,SecurityatexternalfaultMinimumCTrequirement,DIFL-Settings,Idiff,Ibias,Normalcondition,Minimumoperatecurrent:IMinOp,Firststabilisationslope:IDiffLvl1,Secondstabilisationslope:IDiffLvl2,Slope2intersection:ILvl1/2Cross,DIFL-Settings,Idiff,Ibias,Normalcondition,Minimumoperatecurrent:IMinOp,Firststabilisationslope:IDiffLvl1,Secondstabilisationslope:IDiffLvl2,Slope2intersection:ILvl1/2Cross,Minimumphasecurrentforsaturationdetection:IMinSat,(1).REF551继电器的线路差动保护设置表：,(2).最小动作电流选择:按躲过最大负荷条件下流入装置的不平衡电流整定:Idz.jminIbp.fh(0.20.4)Ie=0.4*5=2A(3)制动系数选择:Kzh=Kk*Ktx*f1/2=1.3*1.0*0.1/2=0.065Kk:可靠系数取1.3Ktx:同型系数取1.0Fi:电流互感器的最大相对误差取0.1,斜率1(制动系数1)取0.25即25%斜率2(制动系数2)取0.25即40%斜率1与斜率2选在2*Ie=2*5=10A饱和时斜率为1.6(固定),即160%饱和时最小电流:9*Ie=9*5=45ACT保护绕组的饱和时最小电流10*Ie,现取9*Ie,(4)灵敏度校验:按差动保护范围内短路时的最小短路电流校验流入继电器的电流为Idz(2)min=(1.732/2)*3922.215022.75Ib=2