第二章电网的电流保护.

第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护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2.4中性点非直接接地系统中单相接地的保护第二章电网的电流保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护(OvercurrentProtectionforPhaseFaultsinSingleSourceNetwork)2.1.1继电器2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征2.1.3电流速断保护2.1.4限时电流速断保护2.1.5定时限过电流保护2.1.6阶段式电流保护的配合及应用2.1.8电流保护的接线方式第二章电网的电流保护一、继电器（ProtectionRelay）1继电器的分类和要求1）继电器：是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。2）对继电器的基本要求是工作可靠，动作过程具有“继电特性”。其次要求动作值误差小、功率损耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强。另外还要求安装、整定方便，运行维护少，价格便宜等。第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护2过电流继电器原理框图过电流继电器原理框图如图2－1所示，来自电流互感器TA二次侧的电流I，加入到继电器的输入端，根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值Iop，为使继电器有普遍的使用价值，动作值Iop可以调整。当加入到继电器的电流I大于动作值Iop时，比较环节有输出。第二章电网的电流保护3．继电器的继电特性无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性我们称之为“继电特性”。对于过量继电器例如过电流继电器，流过正常状态下的电流I时是不动作的，输出低电平（或其触点是开的），只有其流过的电流大于整定的动作电流Iop时则继电器能够突然迅速的动作、稳定和可靠地输出高电平（或闭合其触点）；在继电器动作以后，只当电流减小到小于返回电流Ire之后，继电器又能立即突然地返回到输出低电平（或触点重新打开）。第二章电网的电流保护1345687M12MthfMMthfMM(a)(b)12rMf2MreM9101112kI2Φ8电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为：为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器（以及一切过量动作的继电器）的返回系数恒小于1。在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如0.85~0.9。第二章电网的电流保护一、小结：继电器１.继电器的作用和分类作用：对被控电路实现通、断控制分类：２.过电流继电器动作电流(Iop)：使继电器动作的最小电流。返回电流(Ire)：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。返回系数(Kre)：３.继电器的继电特性1---起始状态（触点断开、高电平）０---动作状态（触点闭合、低电平）按其动作原理分：机电型、晶体管型和微机型。按反应的物理量分：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、气体继电器等按其在继电保护装置中的作用分为：启动继电器、量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器、出口继电器。oprereIIKＩｒｅＩｏｐ１０第二章电网的电流保护单侧电源网络相间短路时电流量值特征第二章电网的电流保护图2-3所示的单侧电源供电的网络，各条线路中流过的最大负荷电流幅值如折线1所示。取最大运行方式下三相短路和最小运行方式下两相短路，经计算后绘出流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的两条曲线，如曲线2、3所示。最大负荷电流：正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电流与供电电压之间的相位角就是通常所说的功率因数角，一般小于30度。第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护最大运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时，流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小，Zs=Zs.min。最小运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时，流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行，对应的系统等值阻抗最大，Zs=Zs.max。第二章电网的电流保护二、小结正常运行：负荷电流短路：三相短路、两相短路最大运行方式：系统等值阻抗最小，流过保护安装处的短路电流最大最小运行方式：系统等值阻抗最大，流过保护安装处的短路电流最小正常运行与短路状态间的电流幅值差别明显，利用流过保护安装处电流幅值的大小区分运行状态，实现电流保护系统等效电源的相电动势短路类型系数（三相短路取１，两相短路取）保护安装处至系统等效电源之间的阻抗短路点至保护安装处之间的阻抗kskZZEKI23第二章电网的电流保护2.1.3（无时限）电流速断保护（电流保护第一阶段）1工作原理对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。第二章电网的电流保护以保护2为例，当相邻线路B－C的始端（习惯上又称为出口处)d2点短路时，按照选择性的要求，速断保护2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护1动作切除。而当本线路末端d1点短路时，希望速断保护2能够瞬时动作切除故障。但是实际上,d1点和d2点短路时，从保护2安裝处所流过的电流的数值几乎是一样的。同样地，保护1也无法区别d3和d4点的短路。为解决这个矛盾通常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保护2不起动，在继电保护技术中，这又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。对反应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保护装置的整定电流，以Iset表示。在各种运行方式下发生各种短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围称为最小的保护范围，例如保护2的最小的保护范围为图2－3中直线与曲线2的交点前面的部分。第二章电网的电流保护2电流速断保护的整定计算1）动作电流的整定：保护1，整定的动作电流IIset.1必须大于d4点短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时电流Ik.c.max：第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护3电流速断保护的构成第二章电网的电流保护4电流速断保护的优缺点优点:简单可靠，动作迅速。缺点:不能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。1)如图2－5所示为系统运行方式变化很大的情况，当保护2电流速断按最大运行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围；第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护2)如图2－6所示为被保护线路长短不同的情况，当线路较长时，其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡，保护范围比较大，如图2－6（a）所示。而当线路短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数以后，其保护范围将很小甚至等于零，如图2－6（b）所示。第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护三、小结(电流保护的第Ⅰ段)1.工作原理电流速断保护是瞬时动作的过电流保护2.电流速断保护的整定（１）动作电流的整定原则:保护装置的动作电流要躲过本线路末端的最大短路电流。继电保护的一次动作电流ＩIset继电器的二次动作电流IIｏｐ（2）动作时间（3）保护范围的校验要求:最小的保护范围大于被保护线路全长的(15~20)%3.电流速断保护的构成4.电流速断保护的优、缺点conTAsetopnKIImin1s.maxmin.k.set23LzZEIILk.maxsetIIk.maxrelsetIKI0t第二章电网的电流保护2.1.4限时电流速断保护1、工作原理限时电流速断保护:带时限动作的电流保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。要求:a)在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；b)力求具有最小的动作时限；c)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。第二章电网的电流保护如图2－8所示保护2，为了保护线路全长，限时电流速断保护范围必然要延伸到下一条线路中去，而为了保证动作的选择性，就必须使其动作带有一定的时限。时限的大小与其延伸的范围有关，为了尽量缩短时限，首先考虑使其保护范围不超过下一级线路速断保护的范围，则动作时限比下一级线路的速断保护高一个时间阶梯，此时间阶梯以△t表示。若与下级线路的速断保护配合后，在本线路末端短路灵敏性不足时，则此限时电流速断保护与下级线路的限时电流速断保护配合，则动作时限比下级的限时速断高出一个时间阶梯。通过上下级保护间保护定值与动作时间的配合，使全线路的故障都可以在一个△t(少数与限时电流速断保护配合时两个△t）内切除。第二章电网的电流保护2.限时电流速断保护的整定1)启动电流：设图2－8所示系统保护1装有电流速断，其起动电流为IIset.1，它与短路电流变化曲线的交点M即为电流速断的保护范围。保护2的限时电流速断不应超出保护1电流速断的范围M点，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为:第二章电网的电流保护因为保护2和保护1安装在不同的地点，使用的是不同的电流互感器和继电器，因此它们之间的特性很难完全一样，如果正好遇到保护1的电流速断出现负误差，其保护范围比计算值缩小，而保护2的限时速断是正误差，其保护范围比计算值增大，那么实际上，当计算的保护范围末端短路时，就会出现保护1的电流速断已不能动作，而保护2的限时速断仍然会起动的情况。为了避免这种情况的发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用:引入可靠性配合系数，一般取为1.1～1.2。则得relK第二章电网的电流保护3动作时限的选择以线路B－C上发生故障时，保护2与保护1的配合关系为例，说明确定Δt的原则如下：（1）应包括故障线路断路器QF的跳闸时间、灭弧时间（即从接通跳闸线圈YR带电的瞬时算起，直到电弧熄灭的瞬时为止），因为在这一段时间里，故障电流并未消失，保护2仍处于起动状态。（2）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时间大的正误差。（当保护1为速断保护时，保护装置中不用时间继电器，即可不考虑这一项的影响）。（3）应包括保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差。（4）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的延时。（5）考虑一定的裕度。对于通常采用的断路器和间接作用于断路器的二次式继电器而言,Δt的数值位于0.3～0.5s之间，通常多取为0.5s。第二章电网的电流保护时限特性如图2-9(b)所示。可见，在保护1电流速断范围以内的故障，将以t1I的时间被切除，此时保护2的限时电流速断虽然可能起动，但由于t2II较t1I大一个Δt，保护1电流速断动作切除故障后，保护2返回，因而从时间上保证了选择性。第二章电网的电流保护4保护装置灵敏性的校验为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力,灵敏系数: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A－B末端发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值。设此电流为Ik.B.min，代入上式中则灵敏系数为为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，要求Ksen≥1.3-1.5。第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护5.限时电流速断保护的单相原理接线限时电流速断保护的单相原理框图如图2－10所示，当电流继电器起动后，还必须经过时间继电器KT的延时t2II才能动作于跳闸。而如果在t2II以前故障已经切除，则电流继电器KA立即返回，整个保护随即复归原状，而不会形成误动作。第二章电网的电流保护四、小结（电流保护第Ⅱ段）1.工作原理带有一定