项目二电网的电流保护.ppt

1、,电力系统微机继电保护,项目二 电网的电流保护,河南工业职业技术学院 电气工程系,知识目标 掌握三段式电流保护的配合原则、整定计算 能力目标 会阅读三段式电流保护的原理图。,任务2-1 单侧电源电网相间短路的电流保护,一、无时限电流速断保护（I段保护）,当所在线路保护范围内发生短路时，反映电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护。 工作原理：电流速断保护为了保证保护的选择性，一般情况 下只保护被保护线路的一部分。,整定计算： 动作电流 整定原则：IIOP.1 应大于被保护线路末端故障时最大短路电流来整定。 IIOP.1=KrelIK.B.max Krel为可靠系数 一般取1.21.3 IK.B.m

2、ax为最大运行方式下的三相短路电流 补充概念： 最大（最小）运行方式是指被保护线路末端发生短路时，系统的等值阻抗最小（最大），而通过保护装置的短路电流最大（最小）的运行方式。,三相短路和两相短路时，短路电流I(3)d和I(2)d分别为,当XS= XS.min时，系统处于最大运行方式 当XS= XS.max时，系统处于最小运行方式,无时限电流速断保护原理接线 如图下所示：电流继电器动作时其触点闭合，中间继电器得电，由中间继电器KM触点接通线路断路器跳闸回路，同时信号继电器KS发出保护跳闸信号。,电流速断保护的评价： 优点:简单可靠，动作迅速 缺点：不可能保护线路的全长 保护范围直接受运行方式的影

3、响 结论：当系统的运行方式变化很大，或者保护线路长度很短 时，可能没有保护范围，因而不能采用。,二、限时电流速断保护（II段保护）,要求：应能保护线路全长，作为电流速断保护的后备保护。 被保护线路末端短路有灵敏度，必然保护区要延伸到相邻线路、或相邻元件的一部分。 为满足选择性要求，保护动作带有一定的时限。,整定原则： 保护范围必须延伸到下一条线路中去 动作带有一定的延时（选择性） 动作范围不能超出下一段线路无时限电流速断保护的范围（速动性） 整定计算：大于下一线路第I段电流保护的动作电流来整定。 同时也不超出相邻变压器速断保护范围，即,动作时间：,保护动作时间：,灵敏度：,要求：大于等于1.3

4、-1.5。,当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路的限时电流速断保护配合。,原理接线,对限时电流速断保护的评价： 优点：结构简单，动作可靠 能保护本线路的全长 缺点：不能作为相邻元件（下一线路）的后备保护，只能对 相邻元件的一部分起到后备保护的作用。,三、定时限过电流保护（III段保护） 反映电流增大而动作，它要求保护本线路的全长和下一线路的全长。作为本线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一线路保护和断路器拒动的远后备保护。 整定原则及计算： 按躲过最大负荷电流来整定，且在自启动电流下继电器能可靠返回来进行整定。 动作电流：,动作时限整定,一般短路电流大于保护装置1、2、3、4的动作电流，保护1、

5、2、3、4将起动。 按选择性要求，断开QF4后，保护1、2、3应立即返回。,灵敏度校验: 作本线路主保护或后备保护（近后备保护）,作为下一线路的远后备保护时,作近后备时，要求Ksen大于等于1.5； 作远后备时，要求Ksen大于等于1.2.,评价 优点：结构简单，工作可靠，不仅可以作为本线路的近后备（有时作为主保护），而且可以作为下一线路的远后备保护。 缺点：越靠近电源端动作时限越大，对靠近电源端的故障不能实现快速切除。,三段式电流保护,由于电流速断保护不能保护线路全长，限时电流速断保护又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性的切出故障，常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组

6、合 在一起，构成三段式电流保护。,三段式电流保护,使用三段式电流保护的优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求，因此在35KV及以下电压级电网中获得了广泛的应用。此保护的缺点是它直接受电网接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用最小运行方式来校验，这就使它在110KV及以上电力系统往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。,总结与思考 1) 什么是保护整定的最大运行方式？ 2) 为什么在无时限电流速断保护中要装设中间继电器？,任务22多侧电源电网相间短路的方向性电流保护,知识目标 理解方向性电流保护中方向元件的作用，能正确按动

7、作方向分组配合、整定计算； 能力目标 了解方向元件的工作原理、接线方式。,一、方向性电流保护的工作原理 电流保护用于双电源线路时的问题 为提高供电可靠性可采用双电源或单电源环形电网供电更可靠,但却带来新问题: （1）、段灵敏度可能下降 （2）无法保证段动作选择性,原因分析,造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是需要考虑“反向故障”。,以上图中保护P3为例，阴影中发生故障时B侧电源提供的短路电流流过保护P3，而如果仅存在电源A，阴影部分发生故障时则没有短路电流流过保护P3，不需要考虑。 从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障称为正向故障，反之称为反向故障。,解决办法,利用方向

8、元件与电流元件结合就构成了方向电流保护。,正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组，图中的保护可以分为两组：P1、P3、P5为一组，整定动作电流时考虑A侧电源提供的短路电流；P2、P4、P6为另一组，整定时考虑B侧电源提供的短路电流。,单相式方向过电流保护原理接线：,由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。,功率方向继电器,功率方向继电器的作用是判别故障方向，如下图所示：由母线电压、线路电流判别故障方向。,正向故障,反向故障,对功率方向继电器的基本要求：具有明确的方向性，即在正方向上发生各种故障时能可靠动作，在反方向发生故障时可靠不动作，还要有足够的灵敏性。,功率方向继电器工作区

9、,存在“电压死区”，以A相继电器为例，在其正方向出口附近发生三相短路，A-B或C-A两相接地短路，以及A相接地短路时，由于UA近似为0，或数值很小，使继电器不动作。 为了减小或消除死区，在实际中广泛采用900接线。,功率方向继电器的900接线,所谓900接线方式是指在三相对称的情况下，当COS=1时，加入A相继电器的电流和电压相位相差900,900接线功率方向继电器的动作情况分析,三相短路 正方向三相短路 由于是对称性故障，3个功率方向继电器的行为一样，以A相继电器为例分析，如下图所示： k为线路阻抗角，K是继电器的测量相角。显然在动作区内，如果选择=90o-k ，则功率方向继电器工作在最灵敏

10、状态。,反方向三相短路,Ik不在动作区内，功率方向继电器不会动作。,电流方向保护的整定原则,方向电流保护的整定有两个方面的内容： 一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验； 二是方向元件是否需要装设（投入）。 1.电流部分的整定 对于其中电流部分的整定，其原则与前述的三段式电流保护整定原则基本相同。不同的是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻的同方向保护的定值进行配合 。 在两端供电或单电源环形网络中，段、段电流部分的整定计算可按照一般的不带方向的电流段、段整定计算原则进行。 而第段整定原则如下： 段保护动作电流 段动作电流需躲过被保护线路的最大负荷电流，即 其中Iloa.max

11、为考虑故障切除后电动机自启动的最大负荷电流。,同方向保护的灵敏度配合 段保护动作时间 方向电流保护段动作时间按照同方向阶梯原则整定，即前一段线路保护的保护动作时间比同方向后一段线路保护的动作时间长。 保护的灵敏度配合 方向电流保护的灵敏度，主要由电流元件决定，其电流元件的灵敏度校验方法与不带方向性的电流保护相同。对于方向元件，一般因为方向元件的灵敏度较高，故不需要校验灵敏度。,如图所示电网为例来说明方向过流保护的整定。在图中标明了各个保护的动作方向，其中1、3、5、7为动作方向相同的一组保护，即同方向保护，2、4、6、8为同方向保护，于是它们的动作电流、动作时间的配合关系应为：,方向元件的装设

12、,段动作电流大于其反方向母线短路时的电流，不需要装设方向元件；段动作电流大于其同一母线反方向保护的段动作电流时，不需要装设方向元件；对装设在同一母线两侧的段来说，动作时间最长的，不需要装设方向元件；除此以外反向故障时有故障电流流过的保护必须装设方向元件 。 例如在上图中，若保护P3的I段动作电流大于其反方向母线N处短路时的流过保护P3电流，则该I段不需经方向元件闭锁，反之则应当经方向元件闭锁；保护P3的段动作电流大于其反方向保护P2的段动作电流，则该II段不需经方向元件闭锁，反之则应当经方向元件闭锁。对于母线N处保护P3与P2，如，当线路MN上发生故障时，保护P2先于P3动作，将故障线路切除，

13、即动作时间的配合已能保证保护P3不会非选择性动作，故保护P3的段可以不装设方向元件。,对方向性电流保护的评价： 优点：在具有两个以上电源的网络接线中，采用方向性保护能 保证各保护之间的选择性。 缺点：在保护安装地点发生三相短路时，有死区，接线复杂。 应用：35KV以下的两侧电源辐射型电网和单侧电源环网中作为 主要保护。 35KV和110KV电源辐射型电网，常与电流速断保护配合使用，构成三段式方向电流保护，作为相间短路的整套保护。,任务2-3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 中性点直接接地的电网又称大接地电流系统 110kV及以上电网-中性点直接接地,1.零序电压：故障点U0最

14、高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0 = 0。,2.零序电流 分布与中性点接地的多少及位置有关 大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关,3. 零序功率,短路点S0最大，越靠近变压器中性点接地处S0越小,对于发生故障的线路，两端S0的方向与S1方向相反，从线路母线,4.保护安装处零序电压与电流的相位关系：,2.3.2 零序电压、电流滤过器,1.零序电压滤过器,(a) 用三个单相式电压互感器,1.零序电压滤过器,(b) 用三相五柱式电压互感器,1.零序电压滤过器,(c) 用接于发电机中性点的电压互感器,2.零序电流滤过器,2.零序电流滤过器,优点： 没有不平衡电流 接线

15、简单,2.3.3 零序电流速断保护(I段),（1）躲过下一个线路出口接地短路的最大三倍零序电流3I0max,（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现的最大三倍零序电流3I0unb,整定值应选其中较大者,在按条件(2)整定，定值较大，保护范围较小时,在手动合闸以及三相自动重合闸时，使零序I段带有一个小的延时（约0.1s），这样就无需考虑条件（2）,（3）当线路上采用单相自动重合闸时,按条件(1)、(2)整定，往往不能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流,按能躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现的最大零序电流整定，保护范围缩小,矛盾！,（3）当线路上采用单相自动重合闸时,设

16、置两个零序I段保护,不灵敏I段：按条件3整定,灵敏I段：按条件1或2整定,2.3.4 零序电流限时速断保护(II段),与相邻线路零序电流I段配合,灵敏性校验：,要求 Ksen1.5,与相邻线段配合 用两个灵敏度不同的II段 改用接地距离保护,若不满足要求,2.3.5 零序过电流保护(III段),躲下级线路出口三相短路时流过保护装置的最大不平衡电流Iunb.max,式中,与下级线路零序III段保护在灵敏度上配合,灵敏性校验：,作为近后备时,应按被保护线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校验，要求 Ksen1.5,作为远后备时,应按下级线路末端接地短路时，流过保护的最小三倍零序电流来校

17、验，要求 Ksen1.2,动作时限,零序过电流保护的时限特性,相间保护,2.3.6 方向性零序电流保护,零序电流保护 + 零序功率方向继电器 = 方向性零序电流保护,k1点短路时,k2点短路时,零序功率方向继电器的接线方式,零序功率方向继电器的接线方式,没有死区 灵敏性的校验,要求 Ksen1.5,零序功率方向继电器的灵敏性,2.3.7 对零序电流保护的评价,1.零序过电流保护的灵敏度高,2.受系统运行方式的影响要小,3.不受系统振荡和过负荷的影响,4.方向性零序电流保护没有电压死区,5.简单、可靠,优点：,1.对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能满足要求,2.单相重合闸的过程中可能误动,3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间,缺点：,2.4.1 中性点不接地电网中单相接地的特点,特点：,在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向从线路流向母线,发生单相接地时，全系统都会出现零序电压,在非故障线路上有零序电流，其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路,2.4.2 中性点不接地电网中单相接地的保护方式,1.绝缘监视装置,2.零序电流保护