继电保护2.1电流保护

电流保护的基本思想：利用电气元件短路故障时电流增大的特征构成。电力系统中的各种电气元件短路故障后，电流都会增大，利用电流增大的特征就可以构成电流保护。电流保护是继电保护中一种最基本、最重要的保护。电力系统短路故障的基本特征是：电流增大、电压降低。第1单元电网的电流保护一、阶段式电流保护的构成原理1、电流互感器电流互感器的作用是测量一次侧线路的大电流，把一次侧线路的大电流线性转换为二次侧的小电流，以供继电保护使用。nII21120011200AA电流互感器二次侧回路不允许开路。电流互感器二次侧额定电流有5A和1A两种。电流互感器的极性和一、二次电流的正方向电流互感器极性定义：电流互感器一次侧电流从正极性端流入时，二次侧电流从正极性端流出；或电流互感器一次侧电流从反极性端流入时，二次侧电流从反极性端流出。一次、二次侧电流同相位。电流互感器的极性反映了电流互感器一、二次侧电流的正方向。电压互感器电压互感器也是一种小型变压器，其一次绕组并联于一次系统中，把一次系统的大电压线性转变为二次侧的小电压。电压互感器的二次额定线电压为100V，额定相电压为57.7V。110kV及以上中性点直接接地系统中广泛采用电容式电压互感器。电磁型电压互感器的工作原理nUU21:1．电磁型过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型。工作特性：（a）动作特性：，过电流继电器动作（触点闭合）（b）返回特性：，过电流继电器返回（触点打开）动作电流Iact.J:使继电器动作的最小电流返回电流Ire.J:使继电器恢复原位的最大电流返回系数actJIIreJII1.actrJrIIK2、常用的继电器过电流继电器符号1...JactJreJreIIK返回系数：继电器的工作特性曲线“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可能停留在某一个中间位置。一种电磁型过电流继电器动作：IJ=Iact.J，触点闭合返回：IJIre.J，触点打开返回系数：1...JactJreJreIIK电流继电器符号2、电磁型电压继电器a）过电压继电器，电压升高动作，b）低电压继电器，电压降低动作，3、电磁型时间继电器作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系。下图为延时闭合常开时间继电器的两种符号形式。①延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。②瞬时返回。对正在动作的继电器，一旦线圈所加电压消失，则迅速返回原始状态。4、电磁型中间继电器起中间桥梁作用①触点容量大，可直接用作于驱动跳闸回路。②触点数目多1reK1reK5、电磁型信号继电器作为装置动作的信号指示，标示装置所处的状态或接通灯光信号（音响）回路。信号继电器的触点自保持，由值班人员手动复归或电动复归。二、阶段式电流保护装置1.瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段）定义：是仅反映电流增大而瞬时动作的保护。为提高系统运行的稳定性，保证向重要用户的可靠供电，防止短路电流损坏故障设备，要求各种电气设备必须配备瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段），以快速切除故障。（1）瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段保护）；（2）限时电流速断保护（电流Ⅱ段保护）；（3）定时限过电流保护（电流Ⅲ段保护）。是反映直接测量的线电流增大而瞬时动作的保护。电流速断保护中的过电流继电器I1反映一次线路侧电流I增大而动作，跳开断路器QF。电流速断保护（电流Ⅰ段）的单相原理接线图（1）电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作原理从电流Ⅰ段保护的单相接线图可见，决定保护动作的关键因素是过电流继电器I1，过电流继电器I1触点闭合则断路器跳闸线圈TQ通过电流，断路器QF断开。过电流继电器I1的动作电流由短路电流确定，就是该电流Ⅰ段保护的动作电流整定值。JactI.ⅠactI电流Ⅰ段保护的动作电流整定值是由其保护范围决定的，约等于保护范围最末端的最小短路电流。ⅠactIa三相短路线电流计算E-系统等效电源的相电势-短路点至保护安装处的阻抗，－线路每公里的阻抗－保护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗输电线路相间短路电流计算dSkZZEI)3(dZSZlZZd11Zb两相相间短路线电流计算输电线路相间短路电流计算)3()2(2323kdSkIZZEI相同地点发生两相相间短路是三相短路电流的倍。23输电线路上不同地点短路电流的变化曲线从短路曲线可见，短路点离保护安装处越远，短路电流越小。母线A处三相短路电流为：sAkZEI)3(.希望电流速断（Ⅰ段）保护1的保护范围包括线路AB的整个范围。但是当线路AB段的末端d1点短路时的短路电流，和线路BC段的首端d2点（BC线路出口处）短路时的短路电流基本是相等的。因为非常小。为了满足选择性，电流速断保护1的保护范围不能包括线路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。1.dkI2.dkI21.ddLZ（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则①动作（起动）电流整定值躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路电流。即大于本线路末端（即母线B处）的最大短路电流。②动作时限整定值max..1.BkrelactIKIⅠ，是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.2~1.3relK秒＝Ⅰ0t对上图中的电流速断保护1进行整定计算。所以电流Ⅰ段只能保护本线路首端一部分。电流速断保护（电流Ⅰ段）的动作（起动）电流整定值以电流速断保护1为例。max..1.BkrelactIKIⅠmax..BkI是本线路末端B处最大短路电流。产生本线路末端B处最大短路电流的条件：①系统处于最大运行方式系统的最大运行方式：流过该保护装置的短路电流最大.系统阻抗最小，如发电机并联台数多。系统的最小运行方式：流过该保护装置的短路电流最小.系统阻抗最大，如发电机并联台数少。②短路形式是三相短路同一地点的三相短路电流大于两相短路。SZSZ电流速断保护（电流Ⅰ段）的保护范围1、最大保护范围出现在系统最大运行方式下发生三相短路；2、最小保护范围出现在系统最小运行方式下发生两相短路。maxl：最大保护范围。minl：最小保护范围。从左图可见：电流保护的实际保护范围会随着运行方式和短路类型的变化而变化。特例：当线路与变压器组相连接时，电流速断保护可以保护线路的全长，并能够保护变压器的一部分优点:简单可靠,动作迅速缺点:（1）不能保护本线路全长。（2）保护范围受影响：（a）系统运行方式；（b）短路类型。（3）电流速断保护（电流Ⅰ段）的优缺点2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）定义：能够以较小的时限切除全线路范围以内的故障。特点：·保护线路的全长；·具有最小的动作时限。（1）工作原理以限时电流速断保护1为例。由于要求保护本线路全长，则保护范围必然延伸到下一线路出口。为了保证选择性，需带时限。比下一线路电流速断保护延时t。（2）限时电流速断保护（电流Ⅱ段）的整定原则①起动电流整定值限时电流速断保护1的保护范围不应超过保护2的Ⅰ段保护范围（电流Ⅱ段可靠系数）②动作时限（△t＝0.5s），一般时限特性（d2故障保护1限时电流速断起动但不动作）灵敏度校验（按最小运行方式、本线路末端两相相间短路电流来校验）若不满足,考虑与保护2的限时电流速断配合。ⅠⅡ2.1.actrelactIKItttⅠⅡ21秒Ⅱ5.01t5.1~3.1ⅡsenKⅡ＝保护的起动电流整定值路时的最小电流保护范围末端金属性短actBdsenIIKmin..2.1~1.1relK限时电流速断保护（电流Ⅱ段）的动作特性和时限特性（3）原理接线图限时电流速断保护的单相原理接线图（4）电流Ⅱ段保护优缺点：优点：灵敏度好，能保护线路全长。缺点：带0.5秒左右的延时，速动性较差；不能做下一段线路的远后备,需要加装过电流保护。电流Ⅰ、Ⅱ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”。3.定时限过电流保护（电流Ⅲ段）作为后备保护：（1）近后备－保护本线路全长（2）远后备－保护相邻下一线路全长整定：按照躲开（大于）最大负荷电流整定，定值较低。起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。定时限过电流保护在正常运行时不应起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作。定时限过电流保护（电流Ⅲ段）一般情况下能够保护本线路全长，下一线路全长，甚至下级更远的线路。（1）定时限过电流保护的整定计算原则①起动电流整定值以定时限过电流保护1为例。要求（a）躲开最大负荷电流（b）在外部故障切除后，电动机M发生自起动时仍然能够返回，即max.fImax.1.astreIIMMABC23415k－可靠系数，1.15～1.25－返回系数，0.85－自起动系数，与负荷性质与接线有关，大于1②动作时限阶梯型的时限特性：，一般max.'''max.max.fastrelrefastastreIKKIIKIIrefastrelrereactKIKKKIImax.1.ⅢⅢtttnnⅢⅢ1秒5.0t'''relKreKastK※处于电网终端的保护装置，其过电流保护可作为主保护兼后备保护，不需装设电流速断保护和限时电流速断保护。保护4：终端保护，只设Ⅲ段过电流保护，但无延时Δt＝0保护3：只设Ⅰ段电流速断和Ⅲ段过电流保护。保护2：按一般原则装设三段电流保护。※应与相邻多条线路中的最大动作时限配合。（3）评价优点：简单可靠，提高了可靠性。作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护；作为本线路主保护拒动时的近后备保护；作为过负荷时的保护；缺点：电流Ⅲ段保护越靠近电源侧，其动作时限越长。如K点发生短路故障，断路器1处的电流Ⅲ段将延时较长时间才能切除故障。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。反时限过电流保护：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。ⅠopI是瞬时动作电流；opI是起动电流；bt是瞬时动作触点闭合时间。电流Ⅰ段：（1）保护本线路首端一部分；（2）瞬时动作，即动作时限为0s。电流Ⅱ段：（1）保护本线路全长及相邻下一线路首端部分，但不超过下一条线路电流Ⅰ段的保护范围；（2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。电流Ⅲ段：（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；（2）延时动作，一般动作时限为：ttt＋21三段式电流保护总结三、电流保护的接线方式定义：电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。（a）三相星形接线方式；（b）两相星形接线方式①每相上均装有CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联（或）①一相上不装设CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联（或）（接A、C相）分为两种（1）三相星形接线方式；（2）两相星形接线方式1.两种接线均能反应相间短路故障2.对于中性点直接接地系统，发生单相接地故障，三相星形可100%正确反应，两相星形只有2/3概率可以反应。3.对于中性点非直接接地系统，发生异地2点不同相接地短路，如下图所示，由于为中性点非直接接地系统，只需切除1个点即可，由于故障线路为串联关系，只希望切除B-C线路。三相星接肯定可以保证切除线路B-C。但两相星接在线路B-C发生b相接地时就无法动作，而只能通过保护2动作切除线路A-B。若故障线路为并联关系，如下图所示，发生异地不同相2点接地故障时，希望切除一条线路即可。当保护采用三相星接时，保护1、2均会起动，如动作时限一致，则有可能同时切除故障线路。当采用两相星接时，只要有一条线路b相接地，由于b相未装保护，因此该线路不会被切除。能保证有2/3机会只切除1条线路。Yd11接线变压器一侧两相短路电流流过另一侧保护中的电流分析低压侧高压侧如果采用两相星接，由于B相没有继电器，灵敏度只能由A、B相确定。为此在中性线上接入继电器。2YYACYYBAIIII2、应用场合三相星形接线：1、应用在中性点直接接地的电网中，如110kV及以上的电网中，作为相间短