继电保护课件(重庆大学)第二章-电网的电流电压保护

单侧电源网络的相间短路电流电压保护1电网相间短路的方向性电流保护2大接地电流系统的零序保护3第二章电网的电流电压保护小接地电流系统的零序保护4电流继电器电网发生相间短路时，故障相电流突然增大，通过检测电流的变化可以判定故障的发生，这是作为故障测量元件之一的电流继电器的功能。电流继电器有很多类型，如电磁型、晶体管型和集成电路型等，它们总有一个动作电流（Iop.r）和一个返回电流（Ire.r）某种电流电压继电器的结构如下所示：图2.1一种电磁型电流继电器原理结构1电磁铁2衔铁3绕组4触点5反作用弹簧rI电流继电器动作电流（Iop.r）返回电流（Ire.r）返回系数：rereopIKI增量继电器欠量继电器相间短路和系统运行方式在假设电力系统各处正序阻抗和负序阻抗相等的情况下，32两相短路时故障相的相电流是三相短路时的倍。保护安装处通常是指继电保护装置采集电流、电压信号的位置，而不是装置的实际存在处。~kSQF1QF2P1P2图2.2保护安装处说明图AB相间短路和系统运行方式2132phkSEIZzl（）（2.1）31phkSEIZzl（）（2.2）最大方式最小方式阶段式保护方案1、保护范围如图2.3所示，当电流保护的整定值Iop等于在一定方式下（系统阻抗一定和短路类型一定）k点短路时的故障电流，则从保护安装处到K点之间任意一点短路时保护均能够启动，则电流保护在此方式下的保护范围（其间任一位置发生短路，保护装置能够启动）是lp。~SQF1P1图2.3电流保护的保护范围ABplopIIIkll阶段式保护方案2、阶段式保护方案线路的电流保护是常见的阶段式保护之一，通常配置Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段，又叫三段式保护，其方案如图2.4所示：~QF1QF2ⅠⅡⅢABtⅠA=0sⅠⅡⅢ~ⅠABⅠQF1QF2tⅠB=0stⅡA=tⅠB+Δt~ABⅡQF1QF2ⅡtⅡBtⅢA=tⅢB+Δt~ABⅢQF1QF2ⅢtⅢB图2.4阶段式保护方案说明图Ⅰ段保护范围Ⅱ段保护范围Ⅲ段保护范围CCCCⅠ段最大保护范围0秒延时动作于跳闸。Ⅱ段最大保护范围动作时间比下一级相邻线路Ⅰ段的动作时间增加t。与Ⅰ段构成主保护。Ⅲ段最大保护范围动作时间比下一级相邻线路Ⅲ段的动作时间增加t。是后备保护阶段式保护方案该方案目的是在最大方式下限制各段的保护范围，使其满足选择性的要求，并在该前提下使保护的快速性尽可能提高。方案的实现手段是在最大方式下，通过整定计算获得各段保护的整定值。在最小方式下校验整定结果能否满足灵敏性的要求。无时限电流速断保护无时限电流速断保护又称为Ⅰ段电流保护或瞬时电流速断保护1、Ⅰ段的整定计算方法如图1.5所示'''max.minphoprelABrelSABEIKIKZZⅠ段的整定原则：躲过（使继电保护不启动）被保护线路末端三相短路时保护安装处的相电流。规定Ⅰ段保护动作时间top’=0s。可靠系数：所有误差及裕度的总和：短路电流计算误差、传感误差、装置误差、非周期分量影响、裕度。误差均考虑为一个方向。~kSQF1P1图2.5无时限电流速断保护整定计算说明图ABII12(最大方式)(最小方式)MN34CP2k0lmax.plmin.pl3.1~2.1maxrelrelopKIKIlxZEISph1min.maxlxZEISph1max.min23l特点：原理简单、动作速度快、保护范围受系统运行方式影响大。最小保护范围不小于15%～20%，否则认为其灵敏性校验不满足要求。3、线路—变压器形式下Ⅰ段的整定如图2.7，是线路—变压器组接线，此时线路的Ⅰ段的整定原则为：躲过变压器与线路连接侧的对侧三相短路时保护安装处的相电流。也即保护的整定值会较小，其保护范围可能会超过线路全长，伸入变压器内部，这是被允许的，因为对于线路—变压器组接线，变压器故障时其必然停止运行。~SQF1P1图2.7线路—变压器组接线的无时限电流速断保护的保护范围AII1M34Bk1k2max.pll'''max.minphoprelABrelSABTEIKIKZZZ其中，ZT是变压器的阻抗4、Ⅰ段的保护范围（一）作图法如图2.5，M和N点的横坐标。不难发现，最大方式下保护范围末端的短路电流等于保护的整定值（二）解析法保护范围末端三相短路''.max.min'.min1.max113,2phphoprelpSSpopEEIKlZZzlZI保护范围末端两相短路''.min.max'.max1.min113,2phphoprelpSSpopEEIKlZZzlZI限时电流速断保护限时电流速断保护又称为Ⅱ段电流保护。1、Ⅱ段的整定计算方法如图2.8所示，为满足选择性要求，Ⅱ段的动作时限必须比相邻下一级线路Ⅰ段的动作时限增加t。~S1QF1P1图2.8限时电流速断保护整定计算说明图ABI1CP2k1I2~S2k2l2l1l3l'.221oppoprelrelrelbbIIIKIKKKKⅡ段的整定原则：躲过相邻下一级线路Ⅰ段保护范围末端三相短路时保护安装处的相电流。其整定值用下式计算，Ⅱ段的动作时间为：'.1.2oppoppttt其中t通常为0.3～0.5s。2、相邻分支线路---定义分支系数分支系数=相邻线路短路电流的比值。即将下一条线路动作电流折算到本线路。助增的情况，而Kb＞1；外汲的情况，而Kb＜1。在复杂电网中可能同时既存在助增情况，也存在外汲情况，分支系数的值可能为任意正数。~SQF1P1图2.9具有外汲电流的电网ABI1CP2k1I23、有多个相邻下一级的情况被保护线路存在多个相邻下一级设备时，首先按与各个相邻下一级设备的Ⅰ段相配合整定，然后选择数值较大者4、Ⅱ段的灵敏性校验.min.min.1ksenoppIKI最小灵敏系数规定其必须大于1.3~1.5。如果灵敏系数检验不满足要求，则应该按与相邻下一级线路的Ⅱ段相配合重新整定。5、二次接线.2.1oppopprelbIIKK其动作时间改为：.1.2oppopptttⅡ段的接线图与Ⅰ段的相同，在数字式继电保护装置中，它们是共用同一硬件的两段程序，其跳闸逻辑出口为“或”关系。由常规继电器实现的两段保护各自有一套硬件，其跳闸出口部分电路并联。定时限过电流保护定时限过电流保护又称为Ⅲ段电流保护。1、Ⅲ段的整定计算方法Ⅲ段应该躲过保护安装处流过的最大负荷电流IL.max，为了满足选择性要求，Ⅲ段的动作时间一般会被设置得较长。图2.10定时限过电流保护的整定计算说明图tmax.LIssI1.preI1.popII如图2.10''.1.maxrelssoppLreKKIIK其动作时间为：''.1.2oppopptttⅡ段整定值公式：，被称为阶梯型动作时间配合关系如果存在多个相邻下一级设备，Ⅲ段的动作时间按与各个相邻下一级设备的Ⅲ段动作时间配合后，选择最大值整定。2、Ⅲ段的灵敏度校验Ⅲ段保护的灵敏性通过计算其最小近后备和远后备灵敏系数来检验。'.min.min'.1ksenoppIKI规定最小近后备灵敏系数必须大于1.3～1.5，此时.min1.max32phkSABEIZZ规定最小远后备灵敏系数必须大于1.2，此时1.max.min.max32phSABkbEZZIK3、二次接线保护装置内部各段保护之间的连接关系：微机保护装置：三段保护集中在1个装置里，跳闸命令采用“或”的方式发出；共用硬件及出口继电器。电流互感器与保护装置之间的接线：小接地电流系统中，电流互感器采用二相不完全星形接线，无时限电流速断保护输入A、C两相电流，如图所示：图2.6无时限电流速断保护原理接线图P1M跳闸信号AICI不完全星型接线不能反映B相故障电流；大电流接地系统采用完全星型接线，可反映任意相接地故障。电压电流连锁速断保护1、运行方式变化对保护的影响电流保护受运行方式变化的影响很大，如图2.11，运行方式不同，保护范围也不同。~SQF1P1图2.11电流保护的保护范围受运行方式变化的影响AII方式1B方式2l2l1lopI。图2.12无时限电流保护的最小保护范围受最大和最小运行方式差异程度的影响I最大方式最小方式I最大方式最小方式（a）（b）opImaxlminlllmaxlminlopI2、电压电流联锁速断保护当最大和最小运行方式差异较大时，无时限电流速断的保护范围可能很小，甚至出现保护范围为零的情况，如图2.12所示：整定原则是：使保护在主要运行方式（一般不是最大方式）下，电压继电器和电流继电器都有相同且较大的保护范围（通常是设备阻抗的75%）.11.,phUoppSnABEIZZ.1.13UoppoppABUIZ~SQF1P1图2.13电压、电流联锁速断保护的性能AII最大方式BUU最小方式主要方式k11.popIl2l1lUpopI1.1.popU如图2.13所示反时限过电流保护带时限的保护按动作时间特性分为定时限和反时限两种。定时限过流保护的动作时间是固定不变的，与短路电流大小无关；而反时限过流保护的动作时间与短路电流大小成反比，故称为反时限特性，如图2.14所示。~SQF1P1图2.14过电流保护动作时间的反时限和定时限特性AtlBCP1P2P3P2P3tlP1P2P3（a）（b）I反时限过电流保护的动作电流整定值与定时限过流保护相同，用下式计算反时限过电流保护的动作时间'12'opopktIKI反时限过电流保护在快速性上常常优于定时限过流保护，只是在动作时间的配合上比定时限过流保护复杂。电流电压保护的性能和应用1、选择性无时限电流速断保护是依靠动作电流整定值获得选择性的，过电流保护主要依靠动作时间获得选择性，限时电流速断保护的选择性依靠电流和动作时间共同实现的。。2、快速性无时限电流速断保护和电压、电流联锁速断保护没有人为的延时，主要保护装置固有的动作时间，约0.06～0.1s，其动作快速。限时电流速断保护的动作时间一般为0.5s。定时限过电流保护动作时间一般较长，特别是靠近电源的保护，有时长达数秒。3、灵敏性电流保护的保护范围和灵敏系数受运行方式变化的影响，有时不能够满足要求。a、对无时限电流速断保护，当被保护线路阻抗与等值系统阻抗相比很小时（如短线路），其保护范围可能很小，甚至为零。b、对限时电流速断保护，当相邻下一级线路阻抗很小时，其灵敏系数可能不满足要求。c、过电流保护灵敏系数一般较大，但对于长距离重负荷线路，其灵敏系数也可能达不到要求。当相邻下一级设备阻抗很大时，做为其远后备的过电流保护灵敏系数往往不够。电流电压保护的原理、结构和接线比较简单，整定计算方便，具有较高的可靠性。三段式电流保护广泛用于35kV及以下电网，在更高电压等级电网中很少采用，一般是做为辅助保护（为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护）。4、可靠性5、实际应用在实际应用中，保存在继电器中的整定值应该是按电压互感器变比KTV和电流互感器变比KTA折算的二次值，即和opopTAIiKopopTVUuK方向电流保护的工作原理。电流保护常用于单侧电源辐射形网络，而为了提高供电可靠性，电网常常采用双侧电源或环网接线。如图2.15所示~S1QF1P1图2.15方向电流保护整定计算说明图ABP2k~S2QF2QF3QF4QF5QF6P3P4P5P6CD~S1QF1P1ABQF2QF3QF4QF5QF6P3P5CDQF1ABP2~S2QF2QF3QF4QF5QF6P4P6CD（a）（b）（c）I如果P3采用电流保护，对其动作电流和时间进行整定时不会考虑到如下情况：在k处发生故障时流过保护P3安装处的电流大小，以及保护P3在动作时间上与保护P2相配合。如此P3将存在失去选择性的可能，发生反方向误动。为解决上述问题，在电流保护的基础上增加功率方向判别环节，规定功率方向为正是电流保护动作于跳闸的必要条件，从而构成方向电流保护。图2.15中（a）的方向电流保护的整定计算可以分别采用图（b）和图（c）