第1章 电网相间短路的电流电压保护

第1章电网相间短路的电流电压保护1.1电流继电器1.2无时限电流速断保护1.4限时电流速断保护1.5定时限过电流保护1.3电流电压连锁速断保护1.6阶段式电流保护1.7电流保护的接线方式1.8电网相间短路的方向性电流保护当被保护线路上发生短路故障时，其主要特征就是电流增大和电压降低。利用这两个特征，可以构成电流电压保护。电流保护主要包括：无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。电压保护主要指低电压保护。1.1电流继电器1.2无时限电流速断保护1.2.1无时限电流速断保护的定义1.2.2工作原理和整定计算的基本原则1.2.3无时限电流速断保护的单相原理接线图1.2.4影响无时限电流速断保护范围的因素无时限电流速断保护又称为电流I段保护或瞬时电流速断保护。

根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证对重要用户供电的可靠性。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此，应力求装设快速动作的继电保护。无时限电流速断保护就是这样的保护。它是反应电流增大而瞬时动作的电流保护，故又简称为电流速断保护。1.2.1无时限电流速断保护的定义图1-1电流速断保护动作特性的分析1.2.2工作原理和整定计算的基本原则保护范围校验电流速断保护的灵敏系数通常用保护范围来衡量，保护范围越长，表明保护越灵敏。由图1.1可见，最大运行方式下三相短路时，保护范围最大为Lmax；最小运行方式下两相短路时，保护范围最小为Lmin。保护范围通常用线路全长的百分数表示，一般要求最大保护范围≥50%，最小保护范围≥15%。(15%~20%)无时限电流速断保护的单相原理接线如图1-2所示。它是由电流继电器（测量元件）1、中间继电器2和信号继电器3组成。1.2.3无时限电流速断保护的单相原理接线图图1-2无时限电流速断保护的单相原理接线图无时限电流速断保护的单相原理接线图接入中间继电器2的作用：(1)增大触点容量，防止由KA触点直接接通跳闸回路时因容量过小而被破坏；(2)当线路上装有管型避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以防止管型避雷器放电时引起电流速断保护误动作。10KV电流互感器结构实例35KV电流互感器结构实例35KV电流互感器结构实例60、110、220KV电流互感器新型500KV电流传感器图1-3系统运行方式的变化对电流续断保护的影响1.2.4影响无时限电流速断保护范围的因素图1-4被保护线路长短不同对电流速断保护的影响图1-5线路—变压器组的电流速断保护1.3电流电压连锁速断保护图1-6电流电压连锁速断保护的单相原理接线图电流电压连锁速断保护的单相原理接线如图1-6所示。图1-7电流电压连锁速断保护的动作特性分析1.4限时电流速断保护1.4.1限时电流速断保护的定义1.4.2工作原理和整定计算的基本原则1.4.3动作时限的计算1.4.4保护装置灵敏性的校验1.4.5限时电流速断保护的单相原理接线图由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此可考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时电流速断保护，又称为电流Ⅱ段保护。对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限。正是由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，因此称其为限时电流速断保护。1.4.1限时电流速断保护的定义由于要求限时电流速断保护必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路时，它就要误动。为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关。1.4.2工作原理和整定计算的基本原则为尽量缩短此时限，首先规定其整定计算原则为限时电流速断的保护范围不超出下一条线路电流速断的保护范围，同时动作时限比下一条线路的电流速断保护高出一个t的时间阶段。如图1-8所示。图1-8中，保护1和保护2均装有电流速断和限时电流速断保护，启动电流的标注如图所示，因其大小不随短路点的不同而变化，故均为平行于横坐标的直线。图1-8单侧电源线路限时电流速断保护的配合整定图1.4.3动作时限的计算1.4.4保护装置灵敏性的校验图1-9限时电流速断保护的单相原理接线图1.4.5限时电流速断保护的单相原理接线图1.5定时限过电流保护1.5.1定时限过电流保护的定义1.5.2工作原理和整定计算的基本原则1.5.3按选择性的要求整定定时限过电流保护的动作时限1.5.4过电流保护灵敏系数的校验电流Ⅲ段保护，它是指启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。1.5.1定时限过电流保护的定义为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的启动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流IL.max。然而，在实际上确定保护装置的启动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置应能立即返回。1.5.2工作原理和整定计算的基本原则图1-10定时限过电流保护启动电流和动作时限的配合实际上当外部故障切除后，流经保护4的电流是仍然在继续运行中的负荷电流。另外由于短路时电压降低，变电所B母线上所接负荷的电动机被制动，因此，在故障切除后电压恢复时，电动机有一个自启动的过程。图1-11最大负荷说明图图1-12单侧电源串联线路中各过电流保护动作时限的确定1.5.3按选择性的要求整定定时限过电流保护的动作时限保护1位于线路的最末端，只要电动机内部故障，它就可以瞬时动作予以切除，t1即为保护装置本身的固有动作时间。对保护2来讲，为了保证K1点短路时动作的选择性，则应整定其动作时限t2>t1，引入t，则保护2的动作时限为 t2=t1+t （1-20）保护2的动作时限确定以后，当K2点短路时，它将以t2的时限切除故障，此时为了保证保护3动作的选择性，又必须整定t3>t2，引入t后，得 t3=t2+t （1-21）依此类推，保护4、5的动作时限分别为 t4=t3+t t5=t4+t （1-22）一般说来，任一过电流保护的动作时限，应选择得比下一级线路保护的动作时限至少高出一个t，只有这样才能充分保证动作的选择性。如图1-10中，对保护4而言，应同时满足以下要求 t4=t1+t t4=t3+t （1-23） t4=t2+t1.5.4过电流保护灵敏系数的校验1.6阶段式电流保护图1-13阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图图1-14具有电流速断、限时电流速断和过电流保护的单相原理接线图1.7电流保护的接线方式1.7.1电流保护接线方式的定义及类型1.7.2三种接线方式在各种故障时的性能分析比较1.7.3接线方式的应用1.7.4三段式电流保护的接线图电流保护的接线方式，是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。对于相间短路的电流保护，基本接线方式有三种：三相三继电器的完全星形接线方式，两相两继电器的不完全星形接线方式，两相一继电器的两相电流差接线方式。1.7.1电流保护接线方式的定义及类型图1-15三相完全星形接线方式的原理接线图由于在每相上均装有电流继电器，所以它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。主要用于中性点直接接地电网中进行各种相间短路保护和单相接地短路保护。图1-16两相不完全星形接线方式的原理接线图表1-11.7.2三种接线方式在各种故障时的性能分析比较1．对中性点直接接地电网中的单相接地短路(反映任一相短路，作用于跳闸)2．对中性点非直接接地电网中的两点接地短路图1-17串联线路上两点接地的示意图采用完全星行可以保证切除BC图1-18两点异地接地的示意图采用两相不完全星行可以保证切除其中1条表1-23．对Y、△接线变压器后面的两相短路图1-19Y、d11接线降压变压器短路时电流分布及过电流保护的接线三相星形接线一般广泛应用于发电机、变压器等大型重要的电气设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。此外，它也可以用在中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都广泛地采用它作为相间短路的保护。1.7.3接线方式的应用1.7.4三段式电流保护的接线图图1-20三段式电流保护的接线图1.8电网相间短路的方向性电流保护1.8.1方向性电流保护的基本原理1.8.2功率方向继电器的工作原理1.8.3相间短路功率方向继电器的接线方式1.8.4对方向性电流保护的评价1.8.1方向性电流保护的基本原理图1-21双侧电源供电网络图1-22方向过电流保护的单相原理接线图1.8.2功率方向继电器的工作原理图1-23方向继电器工作原理的分析对继电保护中方向继电器的基本要求如下。（1）应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障时，能可靠动作，而在反方向发生故障时，不动作。（2）故障时继电器的动作应有足够的灵敏度。图1-24功率方向继电器的工作原理图1-25三相短路的相量图功率方向继电器的接线方式，是指它与电流互感器和电压互感器的连接方式，即加入继电器的电压Ur和电流是线（相间）的还是相的一定组合方式。1.8.3相间短路功率方向继电器的接线方式表1-3图1-26说明90°接线的相量图图1-27功率方向继电器的90°接线1．三相短路图1-28三相短路的90°接线分析图2．两相短路图1-29B、C两相短路的系统接线图图1-30保护安装地点出口出B、C两相短路时的接线图图1-31远离保护安装地点B、C两相短路时的相量图3．按相启动图1-32两相短路电流对非故障相电流的影响4．90°接线方式的评价90°接线的优点如下。90°接线的缺点是：连接在非故障相电流上的功率方向