第二章电网的电流保护和方向性电流保护

第二章电网的电流保护和方向性电流保护2.1单侧电源电网相间短路的电流保护2.2多侧电源电网相间短路的方向性电流保护2.3中性点直接接地电网单相接地故障的零序电流及方向保护2.4小电流接地系统单相接地故障的零序电流、电压及方向保护(自学）2.1单侧电源电网相间短路的电流保护2.1.1继电器继电器是实现继电保护的基本元件，一套复杂的继电保护装置是由各种继电器组成的。若以P代表继电器动作的逻辑状态，通常继电器动作：P=1（逻辑“1”）继电器返回：P=0（逻辑“0”）DL型电流继电器结构图返回电流动作电流Kre=0.8-0.9目前，我国电力系统主要的电压等级：1000kV,750kV,500kV,330kV,220kV,110kV,66kV,35kV,10kV,6kV,380/220V。110110NNUkVUkV承担输电任务多电源环网电网：中性点直接接地运行方式主保护由纵联保护承担能够快速切除线路上任一点故障电网主要承担供、配电任务采用双电源互为备用电网正常时单侧电源供电方式中性点非直接接地（为什么？）主保护采用阶段式特性的电流保护承担2.1.2单侧电源网络相间短路时的电流特征大两种运行方式下的短路电流分布继电保护整定计算的三步曲：1动作值的整定2动作时限的整定3灵敏度校验2.1.3电流速断保护(I段)反应于电流增大而瞬时动作的电流保护称为电流速断保护，也称为电流I段ABC可靠系数ABC2.最小保护范围校验对保护A要求:(1)图解法直接利用最大/最小短路电流曲线进行校验（见上图）(2)解法析令解得ABABlll%)20~15(%100min)23(123max.1.1minmin1max.)2(1.set.minssetsssZIEZllZZEIIbk动作时间保护本身没有设定人为的延时，即t1=0s电流继电器延时一般小于10ms；保护出口中间继电器延时60-80ms，中间继电器的延时,一方面延时动作可以躲过线路中避雷器的放电时间40-60ms，另一方面扩大触点容量和数量。可见，速断保护并不是瞬间完成的，也有一定的延时。4.电流速断保护的特点简单可靠，动作迅速，因而获得广泛应用不能保护线路的全长保护范围直接受系统运行方式变化的影响:系统运行方式变化很大时，速断保护可能没有保护范围被保护线路的长度很短时，速断保护可能没有保护范围当采用线路变压器组时也有可能保护线路全长（见例1）2.1.4电流定时限速断保护(II段)切除本线路速断范围以外的故障，保护本线路的全长作为速断的后备动作原理保护范围延伸到下一条线路为保证选择性，必须使保护的动作带有一定的时限为了使动作时限尽量缩短，考虑使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围其动作时限比下一条线路的速断高出一个时间阶段set.1123II21ttt△t通常取0.5S121II21ttt△t通常取0.5S12123senset,可与下一级线路的II段配合配合4.限时电流速断保护的构成2.1.5定时限过电流保护（III段）保护本线路及相邻下条线路的全长本线路I、II段保护的近后备（装置故障）相邻线路的保护的远后备（装置故障及开关失灵）工作原理起动电流大于（躲开）最大负荷电流起动电流大于（躲开）最大负荷自起动电流,外部故障能可靠返回保护定值不能保证选择性为保证选择性，必须使保护的动作带有一定的时限与相邻线路动作时限配合：阶梯时限特性1.动作电流的整定动作电流:①躲过最大负荷电流②在外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。自启动系数4.定时限过电流保护的构成2.1.6阶段式电流保护的配合及应用2.1.7电流保护的接线方式接线方式：电流互感器二次侧和继电器之间的联接方式ABC6.三段式电流保护的接线图举例三段式电流保护的原理接线图三段式电流保护的展开图2.2双侧电源电网相间短路的方向性电流保护2.2.1双侧电源网络相间短路的功率方向1.问题的提出1KAI1KBI2KAI2KBI两种情况矛盾！2.解决办法分析误动S+S+S+S+S-S-误动S+S+S+S+S-S-3采取的措施2.2.2方向性电流保护的基本原理分解为二个单电源网络方向性电流保护的单相原理接线图2.2.3功率方向判断元件1.功率方向元件的工作原理和要求对功率方向元件的基本要求：1）有明确的方向性2）有足够的灵敏度90IUarg90.r.r.esenj90Iarg90.r.senrsenUcos()0rrrsemUI怎么才能让正向故障时方向元件获得最大灵敏性呢？采用移相，使1)cos(senr考虑相应动作范围，则有rUIPcos根据2.功率方向元件的动作特性灵敏度角rsen可在实际使用中，又有一个问题：按上式，故障发生在保护出口处时，因电压为0，出现死区！解决思路：把故障相的电压改成另外两相的电压，如A相元件采用BC相电压。ABCIUrA....argrrargIU9030oorAk9030oosenkcos()0BCArUI此时的最大灵敏角变为(线路阻抗角为60度）cos()0rrrUI90IUarg90.r.)90(r.eKj90Iarg90.r.rU动作方程为表示用功率形式表示A相功率形式表示K90令称为功率方向元件的内角rsenK3.功率方向判别元件的构成框图潜动2.2.4相间短路功率方向判别元件的接线方式1.接线方式2.极性问题功率方向继电器采用90度接线时,三相式方向过电流保护的原理接线图1.正方向发生三相短路三相对称,取A相分析cos()0BCArUI90KrA0)90cos(KABCIU90度接线方式下正方向发生三相短路时的相量图1)90cos(K为使继电器最灵敏K90900K当时，得°°90090度接线方式的动作行为分析2.正方向发生两相短路时以B、C两相短路构成的两种极端情况为例(1)短路点位于保护安装地点的附近对于A继电器对于B相继电器对于C相继电器(2)短路点远离保护安装点对于B相继电器动作条件是9030120ooorBkk12030对于C相903060ooorCkk6030903045或30实际应用中取弥补措施：采用记忆回路2.2.5方向性电流保护的特点1.电流速断保护可以取消方向元件的情况例如:2.max1.maxkkII这样整定的结果,虽然保证了选择性,但使位于小电源的保护2的保护范围缩小保护2装上方向元件后，只要躲过K1短路电流即可，保护范围增加，保护1不需装方向元件2.限流速断保护整定时分支电路的影响分支系数的概念（助增）分支系数的概念（外汲）(1)助增电流的影响(2)外汲电流的影响整定计算公式同助增电流3.对方向性电流保护的评价多电源网络中，必须采用方向性保护才有可能保证各保护的选择性应用方向元件以后将使接线复杂，投资增加，同时保护出口附近正方向发生三相短路时，出现方向保护的“死区”只在必需时使用方向元件，如：(1)电流速断保护定值不能保证选择性(2)过电流保护动作时限不能保证选择性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2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的分布2.3.2零序电压、电流滤过器电缆线的零测量2.3.3零序电流速断保护（I段）2.3.3零序电流带时限速断保护（II段）2.3.3零序电流III段保护按照相邻元件末端接地短路时,流过本保护的最小零序电流