Chapter02-电网的电流保护_2010.09.21.ppt

1、第2章 电网的电流保护,吉林大学仪器科学学院,王永志 ,电力系统继电保护,Jilin University,内容提纲,集成电路型电流继电器,2,限时电流速断保护,5,低电压保护在电网中的应用,6,Jilin University,内容提纲,电磁型电流继电器,1,集成电路型电流继电器,2,限时电流速断保护,5,低电压保护在电网中的应用,6,Jilin University,电磁型电流继电器,它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器。,Jilin University,电磁型电流继电器（续）,电磁转矩满足下面关系时，继电器动作 为使继电器动作并闭合其触点,就必须增大电流,以增大电磁转矩

2、,动作条件是:电磁转矩磨擦转矩+反抗力矩,电磁吸力产生的电磁转矩与磁通的平方成正比，必须克服由磨擦力所产生的磨擦转矩,可认为是常数,所以阻碍继电器动作的全部机械反抗转矩就是磨擦转矩+反抗力矩,返回：继电器动作后要返回原位置，必须减小电流以减小电磁转矩,然后由弹簧反作用力把舌片拉回来，继电器返回条件：电磁转矩反抗力矩+磨擦转矩,Jilin University,电磁型电流继电器（续）,电磁型过电流继电器的参数,动作电流,返回电流,返回系数,实验接线,使电流继电器动合触点闭合的最小电流,使电流继电器动合触点打开的最大电流,返回电流/动作电流 恒小于1,一般0.850.9,调整自耦调压器,使输入电流

3、继电器的电流减小,当小灯刚好熄灭时,电流表指示的电流就是继电器的返回电流,Jilin University,电磁型电流继电器（续）,继电特性：无论起动和返回,继电器的动作均是明确干脆的,它不可能停留在某一个中间位置,继电器的起动电流的调整：一般是利用改变线圈的匝数和弹簧的张力来实现的,过电流继电器的继电特性,Jilin University,电磁型电流继电器（续）-电流互感器,将一次系统的大电流准确地变换为适合二次系统使用的小电流（额定值为1A或5A），以便继电保护装置或仪表用于测量电流。并将一次、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系。电流互感器在电路图中的文字符号为TA。电流互感器

4、由铁芯及绕组组成，原方绕组和副方绕组通过一个共同的铁芯进行互感耦合。,电流互感器的等值回路及相量图,Jilin University,电磁型电流继电器（续）-电压互感器,将一次系统的高电压准确地变换为适合二次系统使用的低电压（额定值为100V或100/V）。并将一次、二次设备安全隔离，以保障二次设备和工作人员的安全。电压互感器在电路图中的文字符号为TV。 1.电磁式电压互感器 2.电容式电压互感器,电压互感器的等值电路与相量图,Jilin University,内容提纲,电磁型电流继电器,1,集成电路型电流继电器,2,限时电流速断保护,5,低电压保护在电网中的应用,6,Jilin Univer

5、sity,集成电路型继电器,加入继电器的电流经中间变流器TAM和电阻R,变换成集成电路运算放大器所需的信号电压. 为消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响,并同时考虑继电器应快速动作、快速返回的要求,一般都采用一个品质因数Q=0.81.5, 放大倍数Km 1 中心角频率=100PI的带通有源滤波器. 为克服半导体二极管本身电压降以及非线性特性的影响,采用由运算放大器构成的全波整流回路. 在比较回路中设置有调节起动电流的分压回路和一个固定的门坎电压Ug,并利用开环运算放大器进行比较,故有较高灵敏度. 为提高动作的可靠性,防止干扰信号引起的误动作,故考虑必须使整流后电压的瞬时值在门坎电压Ug

6、以上的持续时间不小于23ms时,才能动作于输出. 在全波整流的条件下,这种输出信号每隔10ms发出一次,故还需要一个脉冲宽为12ms的回路,将此输出信号展成连续的长信号输出,符合动作条件时,回路中各点输出电压的波形如图所示,Jilin University,Jilin University,内容提纲,电磁型电流继电器,1,集成电路型电流继电器,2,电流速断保护,3,限时电流速断保护,5,低电压保护在电网中的应用,6,Jilin University,电流速断保护,保护装置的动作电流 对反应于电流升高而动作的电流速断保护而言,能使该保护装置起动的最小电流值称为动作电流 表示:Iact或Iop.r

7、 实际的短路电流Ik Iact时,保护装置才能启动. 返回系数 继电器的返回电流（Ire.r）与动作电流的比值。 根据对继电保护速动性的要求,保护装置动作切除故障时间,必须满足系统稳定和保护重要用户供电可靠性. 在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。所以在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护（速动性）。 理想情况下：在每条线路上均装有电流速断保护 （无时限）电流速断保护：仅反应于电流增大而瞬时动作的继电保护 作用：作为被保护线路相间短路的主保护,Jilin University,电流速断保护单相接线原理图,接线基本原理图,接线原理展开图,t=0,Jilin Univer

8、sity,电流速断保护,1动作过程 电流继电器接于电流互感器TA的二次侧，它动作后起动中间继电器，其触点闭合后，经串联继电器而接通断路器的跳闸线圈，使断路器跳闸. 2接线采用中间继电器的原因 (1)电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸线圈，所以先起动中间继电器（增加触点容量），然后再由中间继电器的触点(容量大)去跳闸； (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速断保护的误动作。 3优点 简单可靠，动作迅速。 4缺点 不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响.,Jilin University,电流速断保

9、护单相接线原理展开图,Jilin University,电流速断保护,正常情况下，希望能保护线路全长. 设在每条线路上均装有电流速断保护，则当线路A-B上发生故障时,希望保护2能瞬时动作；而当线路B-C上故障时，希望保护1能瞬时动作,它们的保护范围最好能达到本线路全长的100%.,Jilin University,电流速断保护,动作电流整定：保证相邻线路短路时，本保护不动,提出问题：不好判断的情况相邻太近的两点短路 保护2不好区分f1或f2 保护1不好区分f3或f4 解决问题主要有两种方法 第一种：通常都是优先保证动作的选择性,即从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动,又称

10、为躲开下一条线路出口处短路的条件整定. 第二种：在个别情况下,当快速切除故障是首要条件时,就采用无选择性的速断保护,而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作. 有选择性的电流速断保护不可能保护本线路的全长. 所以速断保护对被保护线路内部故障的反应能力,只能用保护范围的大小来衡量,此保护范围通常用线路全长的百分数a来表示.,Jilin University,电流速断保护,被保护线路长短不同对电流速断保护的影响 (a)长线路 (b)短线路,Jilin University,自适应电流速断保护,内容提纲,电磁型电流继电器,1,集成电路型电流继电器,2,电流速断保护,3,4,限时电流速断保护,5,低电压保

11、护在电网中的应用,6,Jilin University,自适应电流继电保护,定义 能根据电力系统运行方式和故障类型的变化而实时地改变保护装置的动作特性或整定值的这样一种保护. 目的 在于使保护装置尽可能地适应这些变化，以进一步改善保护的性能. 实现 必须实时监测电力系统运行中的有关参数，并在发生故障瞬间快速获得故障类型以及系统阻抗Z的信息，然后确定保护装置在现有运行方式下的整定值,再与实际的短路电流进行比较，以确定保护是否应该动作于跳闸。 信息的获得 就地获得或通过通道从系统调度或相邻变电站得到. 具体问题具体分析（变色龙）,Jilin University,自适应电流速断保护,内容提纲,电磁

12、型电流继电器,1,集成电路型电流继电器,2,电流速断保护,3,4,限时电流速断保护,5,低电压保护在电网中的应用,6,Jilin University,限时电流速断保护,定义 由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，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，实际上就是它要能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以称之为限时电流速断保护。 要求 第一：在任何情况下均能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性； 第二：在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限。 工作原理 考虑要保护本线路的全长，它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一

13、条线路出口处发生短路时，它就要起动；在这种情况下，为保证动作的选择性，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。 为了使这一时限尽量缩短，一般都是首先考虑使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围，而动作时限则比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段t 作用：与无时限电流速断保护配合作为被保护线路相间短路的主保护,Jilin University,限时电流速断保护-单相接线原理图,Jilin University,限时电流速断保护-单相接线展开图,t0,Jilin University,限时电流速断保护整定计算基本原则,保护1的起动电流Iop1,它与短路电流变化曲线的交

14、点Q即为保护1电流速断的保护范围。当在此点发生短路时，短路电流即为Iop1,速断保护刚好能动作，而保护2的限时电流速断不应超出保护1电流速断的范围，所以在单侧电源供电的情况下，它的动作电流I”op2 = Iop1 二者能相等吗? 相等则意味着保护2限时速断的保护范围正好和保护1速断保护的范围重合。理想情况下可以，但在实际中不可以! I”op2=K”Iop1 K”:1.11.2,Jilin University,限时电流速断保护继续展说细谈,0,Jilin University,限时电流速断保护动作时限的选择,动作时限的选择 t”2=t1+t 限时动作时间t”2应该选择得比下一条线路速断保护的动

15、作时限高出一个时间阶段. 从尽快切除故障的观点来看, t越小越好,但也不能太小. 确定t的原则 t 应包括故障线路断路器QF的跳闸时间tQF.1(从操作电流送入跳闸线圈Y的瞬时算起,直到电弧熄灭的瞬间为止),因这段时间内故障并未消除,保护2仍在故障电流的作用下仍处于起动状态. t 应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定值t1要大tt.1才能动作. t应包括保护2中时间继电器可能比预定的时间提早tt,2动作闭合它的接点 如果保护2中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于惯性的影响而不能立即返回时，则t中还应包括测量元件延迟返回的惯性时间tin.2 考虑一定的裕度，再增加一个

16、裕度时间tr，则t”2和t1的关系为： t”2=t1+tQF.1+tt.1+tt.2+tin.2+tr 或t=tQF.1+tt.1+tt.2+tin.2+tr = t”2-t1 t选择 机电式（误差大）：0.50.6s 数字电路构成的静态型继电器（精度高） 0.35s,Jilin University,限时电流速断保护继续展说细谈,在保护1电流速断范围以内的故障,将以t1的时间被切除，此时保护2的限时速断虽然可能起动，但由于t2较t1大一个t,因而从时间上保证了选择性。当故障发生在保护2电流速断的范围以内时,则将以t2的时间被切除，当故障发生在速断范围以外且又在线路A-B范围以内时,则将以t2

17、的时间被切除.,Jilin University,限时电流速断保护总结,结论 当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求，具有这种性能的保护称为该线路的“主保护” 不利于保护起动的原因 故障点一般都不是金属性短路，而是存在有过渡电阻，它将使短路电流减小，因而不利于保护装置动作； 实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值； 保护装置所使用的电流互感器，在短路电流通过的情况下，一般都具有负误差，故使实际流入保护装置的电流小于按额定变比折合的数值； 保护装置中的继电器，其实际起

18、动数值可能具有的正误差； 考虑一定的裕度。,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),过电流保护通常是指其起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起动，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，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。 作用：作为被保护线路相间短路的后备保护 原理：反映被保护元件电流升高而带有较长时间动作的保护 接线图与限时电流速断保护相同 工作电流整定计算的基本原则 为保证在正常运行情况下过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可能出现

19、的最大负荷电流 在实际上确定保护装置的起动电流时须考虑在相邻故障或外部故障切除后,保护装置能够正常返回.,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),动作电流与动作时间的整定公式,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),按选择性的要求整定定时限过电流保护的动作时限,单侧电源串联线路中各过电流保护动作时限的确定,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),假定在每个电气元件上均装有过电流保护，各保护装置的起动电流均按照躲开被保护元件上积压自的最大负荷电流来整定。这样当f1点短路时，保护15在短路电流的作用下都可能起

20、动，但要满足选择性的要求，应该只有保护1动作，切除故障，而保护25在故障切除之后立即返回。这个要求只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足。 保护1位于电网的最末端，只有电动机内部故障，它就可以瞬时动作予以切除，t1即为保护装置本身的因有动作时间。 对保护2来讲，为了保证f1点短路时动作的选择性，则应整定其动作时限t2t1, t2=t1 +t,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),按选择性的要求整定过电流保护的动作时限 满足选择性的要求，应该只有保护发生故障的元件的保护装置动作，切除故障，而其他保护在故障切除之后立即返回。-要求只有依靠使各保护装置带有不同的时限

21、来满足 对所有的保护来讲，为了保证f1点短路时动作的选择性，则应整定其动作时限t5t4t3t2t1，则 t2=t1 +t t3=t2 +t t4=t3 +t t5=t4 +t 一般来说，任一过电流保护的动作时限，应选择得比相邻各元件保护的动作时限均高出至少一个t，只有这样才能充分保证动作的选择性。这种保护的动作时限，经整定计算确定之后，即由专门的时间继电器予以保证，其动作时限与短路电流的大小无关，称为定时限过电流保护。,Jilin University,定时限电流速断保护(电流III段),缺点 当故障越靠近电源端时，短路电流越大，此时过电流保护动作切除故障的时限反而越长 解决 主保护：在电网上

22、广泛采用电流速断和限时电流速来作为本线主保护以快速切除故障。 后备保护：利用过电流保护作为本线路和相邻元件的（远）后备保护,Jilin University,阶段式电流保护的评价,电流速断、限时电流速断和过电流保护评价 相同点：均反应于电流升高而动作的保护装置 不同点：按照不同的原则来选择起动电流 速断：按照躲开某一点的最大短路电流来整定 限时速断：按照躲开前方各相邻元件电流速断保护（或差动保护）的动作电流整定 过电流：按照躲开最大负荷电流来整定 提出问题 由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断不能作为相邻元件的后备保护 解决问题方法 为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护 具体应用：只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，三者均有,Jilin University,阶段式电流保护的评价,阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图,Jilin University,阶段式电流保护的评价,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,A: 电流速断部分由继电器1-3组成，限时电流速断部分由继电器4-6组成，过电流部分则由继电器7-9组成。 B: 由于三段的起动