3.1节-三段式电流保护

1、第三章 基于单端信息的线路保护,3.1单侧电源辐射网络相间短路的电流、电压保护 要求： 1.掌握和理解三段保护的配置原则； 2.熟练掌握电流保护的整定计算方法。,继电器 量度继电器：是一种能调节其动作量值(定值)的继电器，是继电保护系统的核心器件，也是继电保护系统中实现测量比较的环节。继电保护课程研究的主要是量度继电器的工作原理。,量度 继电器,过量 继电器,欠量 继电器,过电流继电器,过电压继电器,高周波继电器(频率),低电压继电器,距离继电器,低周波继电器,常用电磁型继电器,基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”； 动作值误差小、功耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强

2、。,继电器,启动电流：对反应电流升高而动作的电流保护，能使继电器起动的最小电流值。 返回电流：对反应电流升高而动作的电流保护而言，能使继电器返回原始状态的的最大电流值。,继电特性无论启动和返回，继电器动作均明确干脆，不可能停留在某一中间位置。,一切过量继电器返回系统恒小于1。实际应用常要求过电流继电器有较高返回系数，如0.85-0.9。(实际可调),返回系数返回电流与启动电流比值。,继电器,返回系数：,受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响，电磁型过电流继电器的返回系数恒小于1。 可调： 1.改变继电器线圈匝数； 2.改变弹簧的张力； 3.改变初始空气隙的长度。,3.1.1 电流速断保护,概念：反

3、应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。,1. 工作原理,选择性: 实际:,保护2动作,k2短路,保护2不动作,k1或k2短路时流过保护2的短路电流几乎一样,保护2无法区分k1和k2点短路,k1短路,+,矛盾,教材图3-1 电流速断保护动作特性分析,3.1.1 电流速断保护,矛盾分析：区内短路和相邻线路短路存在选择性问题,解决措施： 优先保证动作的选择性，即保证区外故障时电流保护不误动，绝不扩大停电范围。按躲开下条线路出口处短路的条件整定。 优先保证全线故障快速切除，即首次故障切除不考虑相邻线路出口短路的选择性。扩大切除的设备靠重合闸纠正。,解决办法:,本线路末端短路时保护不能启动,按躲开下

4、条线路出口处短路的条件整定,保护2整定电流大于下条线路出口处短路的最大短路电流,优先保证选择性,3.1.1 电流速断保护,保护不能启动的范围随运行方式、故障类型的不同而不同。在各种运行方式下、发生各种短路时、保护均能切除故障的短路点位置对应的最小范围，称为最小保护范围。例如，保护2的最小保护范围为上图中直线Iop2与曲线II交点前面的部分。,教材图3-1 电流速断保护动作特性分析,11,11,11,3.1.1 电流速断保护,动作电流整定：,2. 电流速断保护的整定计算原则,（1）动作电流整定；（2）动作时间整定；（3）保护范围校验,以保护1为例，其启动电流为Iop ，必须整定得大于C母线上可能

5、出现的最大短路电流，即: Iop Ik.C.max 引入可靠系数 Krel=1.2-1.3， Iop = Krel Ik.C.max,继电器二次动作电流：,可靠系数：考虑非周期分量的影响、C母线实际短路电流可能大于计算值、一定裕度等 (可靠不误动),Kcon为电流互感器的接线系数；nTA为电流互感器的变比。,（灵敏性校验）,12,12,12,12,3.1.1 电流速断保护,动作时间整定：,2. 电流速断保护的整定计算原则,（1）动作电流整定；（2）动作时间整定；（3）保护范围校验,速断保护的动作时间：取决于继电器自身固有的动作时间，一般小于10ms。,保护范围校验：,Lmin.2为保护2的最小

6、保护范围；Zl可为线路每千米正序阻抗值。,（灵敏性校验）,最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的（15-20）%,13,13,13,13,3.1.1 电流速断保护,3. 电流速断保护的构成(单相原理接线),nTA,闭锁,Iset,&,14,14,14,14,14,3.1.1 电流速断保护,优点：简单可靠、动作迅速 缺点：不能保护线路全长，保护范围受以下因素影响 (1) 受系统运行方式Zs变化的影响 (2) 受短路类型 的影响,4. 电流速断保护的主要有优缺点,以保护2电流速断为例：,按最大运行方式下保护选

7、择性的条件整定,在最小运行方式下没有保护范围,教材图3-2,Why?,15,15,15,15,15,15,3.1.1 电流速断保护,长线路：始/末端短路电流差别大 短线路：始/末端短路电流差别小,不同使用场合所受的影响不同,短路电流变化曲线较陡 短路电流变化曲线平缓,保护范围较大 保护范围较小(甚至为0),教材图3-3 被保护线路长短不同时，对电流速断的影响,长线路 短线路,致命缺陷,无法弥补,（当ZAB与Zs相比很小时，其保护范围有可能降到零）,3.1.1 电流速断保护,个别情况下，有选择的电流速断也可保护线路全长,图3-4 用于线路-变压器组的电流速断保护示意图,如上图示，当电网终端采用线

8、路-变压器组（可看为一个元件）的连接方式时，速断保护可按躲开变压器低压侧线路出口处k1点的短路电流整定,k1点短路电流大为减小,变压器阻抗较大,电流速断可保护线路AB全长及变压器的一部分,P49 连锁速断（了解）,3.1.3 限时电流速断保护,（1）任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性 （2）力求具有最小的动作时限； （3）在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。,1 . 工作原理：线路末端 故障谁切除？ 限时电流速断保护带时限动作的电流保护，用来切除本线路上速断保护动作范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。(整定电流降低了),图3-5 限时电流速断动作

9、特性,要求,图3-5 限时电流速断动作特性,为了保护线路全长,保护范围须延伸至下一条线路中,保护2,为了保证选择性,动作须带一定时限,考虑与下级线路的速断保护配合,保护范围不超过下级线路速断保护的范围,动作时限比下级线路的速断保护高一个时间阶梯,3.1.3 限时电流速断保护,1 . 工作原理,3.1.3 限时电流速断保护,图3-5 限时电流速断动作特性,2. 限时电流速断保护的整定 （1）起动电流：与下级电流速断配合,Iop,1-保护1电流速断的启动电流；Iop,2-保护2的限时电流速断的启动电流,保护2的限时电流速断动作范围不应超出保护1电流速断的范围M点，因此在单侧电源供电时，其启动电流应

10、整定为：,I op,2 Iop,1,是否可取“=”号,20,3.1.3 限时电流速断保护,若正好遇上如下情况：,为避免这种情况发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用：,I op,2 Iop,1,保护1电流速断出现负误差,保护范围比计算值缩小,保护2限时速断出现正误差,保护范围比计算值增大,保护1电流速断不启动 保护2限时速断启动,失去选择性,引入可靠系数Krel，可得,I op,2 = K rel Iop,1 (3-17),Krel 一般取为1.1-1.2,计算的保护范围末端短路时,3.1.3 限时电流速断保护,（2）动作时限的选择,限时速断的动作时限 t2，应选择得比下一条线路速

11、断保护的动作时限t 2高一个时间阶梯 t，即,t2 t2 + t (3-18), t 的数值为0.35-0.6s，常取为0.5s。,图3-6 限时电流速断动作时限的配合关系,保护1电流速断范围以内的故障，以t1 时间切除，保护2限时速断虽启动，但 t 延时，保证了选择性。,3.1.3 限时电流速断保护,（3） 灵敏性的校验,为能保护本线路全长，限时速断须在系统最小运行方式下，线路末端两相短路时，具有足够反应能力，过量继电器灵敏系数：,保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值 Ksen= 保护装置的动作参数,对保护2的限时电流速断而言，即应采取系统最小运行方式下线路AB末端发生两相短路时短路

12、电流作为故障参数的计算值。设此电流为Ik.B.min，代入上式，则灵敏系数为,Ik.B.min Ksen= (3-21) Iop,2,为保证线路末端短路时保护装置一定能动作，要求Ksen 1.25 (可靠性要求) P53下,(3-20),23,（4）电流段保护优缺点： 优点：灵敏度好，能保护线路全长。 缺点： (a)带 0.5 秒左右的延时，速动性较差； (b)不能做下一段线路的远后备, 加装定时限过电流保护（电流III段）。,电流、段联合工作就可以保证全线路的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足速动性的要求，可以作为“主保护”。,24,24,3.1.3 限时电流速断保护,当校验灵敏系

13、数不满足要求时，达不到保护线路全长的目的，这是不允许的。进一步降低动作门槛，延伸保护动作范围，与下级线路的限时速断配合,再次校验灵敏度，使之满足要求。动作时限的增长，换来灵敏度的提高。,t2 = t1 + t (3-22),（4） 启动电流与下级限时速断配合,25,3.1.3 限时电流速断保护,3. 限时电流速断保护的单相原理框图,nTA,Iset,闭锁,KT,&,与电流速断相比，主要区别是增加了时间继电器KT,26,定义：作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护。其起动电流是按照躲开最大负荷电流来整定的。 是一种后备保护，提高

14、整个保护系统的可靠性。,3.1.4 定时限过电流保护,特点： （1）保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路全长，甚至更远。 （2）为了保证选择性，动作时限一般较长。是一种后备保护。,27,1. 定时限过流保护的整定计算,(1) 起动电流整定值 起动电流整定值应满足： 大于最大负荷电流Il,max 外部故障切除后保护装置能够可靠返回，即返回电流要Ire大于自启动时最大电流Iss,max,图3-7 选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图,保护3-5均启动,k1短路,B母线所接负荷电动机被制动,U降低,I升高,按选择性要求,保护3动作切除故障,保护4、5返回,电动机自启动,U恢复,28,I

15、ss,max = Kss Il,max (3-23),Ire = Krel Iss,max = Krel Kss Il,max,1 Krel Kss Iop,4 Ire = Il,max (3-24) Kre Kre,Krel-可靠系数，一般取1.15-1.25； Kss-自启动系数，一般大于1； Kre-返回系数，一般取0.85.,所有由 IreIss,max，引入可靠系数Krel,起动电流为：,29,29,3.1.4 定时限过电流保护,图3-8 单侧电源放射性网络过电流保护动作时限选择说明,(2) 动作时限整定,保护1在最末端，M故障，它可瞬时切除，t1为保护装置自身的固有动作时间。 保护

16、2：为保证k1短路选择性，其动作时限t2t1。 t2=t1+ t,以此类推，保护3、4、5的动作时限均应比相邻各元件保护动作时限至少高出一个 t（一般0.5s）,与相邻下一线路的电流段动作时限相配合。,阶梯型的时限特性,t5与t1关系？,30,3.1.4 定时限过电流保护,图3-7 选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图,例如上图所示网络，对保护4而言即应满足以下要求： t4=max t1+ t ， t2+ t ， t3+ t ,t1为1号（电动机）保护的动作时间； t2为2号（变压器）保护的动作时间； t3为3号（线路BC）保护的动作时间；,31,(3)过电流保护灵敏系数校验,保护范围内发

17、生金属性短路故障参数的最小计算值 Ksen= 保护装置的动作参数,(3-20),仍然采用（3-20）公式,最小运行方式，本线路（相邻线路）末端相间短路 近后备：作为本线路AB段的后备。 Ksen=Ik.B,min/ Iop,4 1.3-1.5 远后备：作为相邻下一线路BC段的后备。 Ksen=Ik.C,min/ Iop,4 1.2 灵敏度应相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应越高 原理接线 同限时电流速断保护，时间继电器的时间整定值不同 评价 简单可靠。但越靠近电源，保护动作时限越长,32,定时限过电流保护：动作时限与短路电流的大小无关,动作时限是人为事先整定的。 定时限过电流保护（电流段）由于时限的配合原因，造成故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长，这是其缺陷。 反时限电流保护：也是一种过电流后备保护，其动作时间是电流的函数。电流小时，动作时间长；电流大时，动作时间短。,是由特殊的继电器实现的！,反时限保护缺点是整定配合复杂，主要用于单侧电源供电的线路终端和较小容量的电动机上。,33,33,33,三段式电流保护的配合及应用,反应于电流升幅值高而动作的保护,电流速断(I段),按躲开本线路末端的最大短路电流整定,限时电流速断(II段),过电流保护(III段),不能保护线路全长,不能作为相邻元件后备保护,动作时限可能较长,按不超