电力系统继电保护原理-2

四川大学电气信息学院吕飞鹏2004第二章电网的电流保护和方向性电流保护四川大学电气信息学院吕飞鹏2004四川大学电气信息学院吕飞鹏2004第一节单侧电源网络相间短路的电流保护一、电磁型、晶体管型和集成电路型电流继电器继电特性,以过电流继电器为例：动作；返回。继电器的动作电流IdzJ：能使继电器动作的最小电流值。继电器的返回电流IhJ：能使继电器返回的最大电流值。dzJJIIhJJIIIdzJIhJIj四川大学电气信息学院吕飞鹏2004继电特性的要点：永远处于动作或返回状态，无中间状态。返回系数：过量继电器，Kh小于1；欠量继电器，Kh大于1。dzJhJhIIK四川大学电气信息学院吕飞鹏2004三段式电流保护配置三段式第Ⅰ段―――电流速断保护第Ⅱ段―――限时电流速断保护第Ⅲ段―――过电流保护主保护后备保护应用领域：35KV、10KV单侧电源网络线路保护四川大学电气信息学院吕飞鹏2004一、电流速断保护（第Ⅰ段）仅反应于相电流增大而瞬时动作的电流保护。1、短路电流的计算：图中1――最大运行方式下d(3)2――最小运行方式下d(2)3――保护1第一段动作电流四川大学电气信息学院吕飞鹏2004可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）dsdsdlZZEZZEI1)3(dsddlZZEII1)3()2(2323四川大学电气信息学院吕飞鹏20042、整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次侧参数表示。在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长动作电流：动作时限：TdzI=0smax..1.BdkdzIKI注①）参看15(3.1~2.1pKk四川大学电气信息学院吕飞鹏2004灵敏性灵敏性：用保护范围的大小来衡量lmax、lmin一般用lmin来校验：要求：≥（15～20）％希望值50％方法：①图解法②解析法：可得式中ZL=Z1l――被保护线路全长的阻抗值式中ZL=Z1*L被保护线路全长的阻抗值%100minllmin.1max1.23dsdZlZZEI)23(1%100max1.minsdZLZIEZll四川大学电气信息学院吕飞鹏2004构成中间继电器的作用：①触点容量大，可直接接TQ去跳闸②当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动四川大学电气信息学院吕飞鹏20044、小结①仅靠动作电流值来保证其选择性②能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。③当系统运行方式变化比较大，或者保护线路长度比较短（短线路），可能无保护范围④终端线路采用线路—变压器组的接线方式方式，按躲变压器低压侧线路出口处短路整定，可保护本线路全长，并能保护变压器的一部分。四川大学电气信息学院吕飞鹏2004二、限时电流速断保护（第Ⅱ段）1、要求：（1）任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性（2）在满足要求（1）的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。四川大学电气信息学院吕飞鹏20042、整定值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。即整定值与相邻线路Ⅰ段配合。动作电流：动作时间：Δt取0.5“，称时间阶梯（时限级差），其确定原则参看P18.灵敏性：要求：≥1.3～1.5若灵敏性不满足要求，与相邻线路第Ⅱ段配合：2.1.dZkdZIKI＝2.1~1.1Kktttt211.min.dZdBlmIIK2.1.dZkdZIKI＝ttt21四川大学电气信息学院吕飞鹏20043、构成：与Ⅰ段相同：仅中间继电器变为时间继电器。4、小结：①限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长②依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性③与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的近后备保护。四川大学电气信息学院吕飞鹏2004三、定时限过电流保护（第Ⅲ段）1、作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。四川大学电气信息学院吕飞鹏20042、整定值的计算和灵敏性校验：1）、动作电流：①躲最大负荷电流②在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZqmax.1.fkdZIKIⅢⅢ＝max.maxfZqZqIKImax.maxfZqkZqkhIKKIKIⅢⅢmaxfhZqkhhdZIKKKKIIⅢⅢ＝25.115.1Kk～＝Ⅲ3~3.1ZqK85.0hK式中，四川大学电气信息学院吕飞鹏2004maxfhZqkhhdZIKKKKIIⅢⅢ＝Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.85～0.9）四川大学电气信息学院吕飞鹏20042）、动作时间在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护1～4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。ⅢⅢⅢⅢ4321tttttttⅢⅢ＝43tttⅢⅢ＝32tttⅢⅢ＝21阶梯时间特性当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合四川大学电气信息学院吕飞鹏20043）、灵敏性近后备：Id1.min―本线路末端短路时的短路电流远后备：Id2min―相邻线路末端短路时的短路电流3.1min.11ⅢⅢdZdlmIIK2.1min.22ⅢⅢdZdlmIIK3、构成：与第Ⅱ段相同Ⅲ四川大学电气信息学院吕飞鹏20044、小结①第Ⅲ段的IdZ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；②在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；③保护范围是本线路和相邻下一线路全长；④电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；⑤末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近电源，tⅢ越长，应设三段式保护。四川大学电气信息学院吕飞鹏2004五、三段式电流保护评价①选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠IdZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。②灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的缺点第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；第Ⅲ段：长线路重负荷（If增大，Id减小），灵敏性不满足要求。③速动性：第Ⅰ、Ⅱ段满足；第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点④可靠性：线路越简单，可靠性越高——优点⑤应用范围：⑥35KV及以下的单电源辐射状网络中；第Ⅰ段：110KV等，辅助保护四川大学电气信息学院吕飞鹏200412IIKJcon电流保护的接线方式定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。常用的接线方式：三相星形接线和两相星形接线。1）、三相星形接线的特点：①每相上均装有CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联2）、两相星形接线的特点：①某一相上不装设CT和LJ、Y形接线②LJ的触点并联（通常接A、C相）上述两种接线方式，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等。接线系数：四川大学电气信息学院吕飞鹏2004IdZ与IdZ..J之间的关系：比较：对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。21IInllJdZdZnII.ldZJdZnII.四川大学电气信息学院吕飞鹏2004串联线路三相星形接线：保护1和保护2之间有配合关系，100％切除NP线两相星形接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）四川大学电气信息学院吕飞鹏2004并行线路上：（可能性大）三相星形接线：保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。两相星形接线：2/3机会只切一条线路。四川大学电气信息学院吕飞鹏2004Y／△接线变压器后d(2)以Y／△－11接线降压变为例)2(ABdBAII..0.CIAcaIII...31AbII..32YCYAII..YAYBII..2结论：B相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位四川大学电气信息学院吕飞鹏2004三相星形接线灵敏度是两相星形接线的两倍针对措施：在两相星行接线的中线上再接入一个LJ3，其电流为：利用LJ3提高灵敏性。（P31Fig2－25）经济性：两相星形接线优于三相星形接线应用三相星形接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。两相星形接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上（A、C相）。）lYBlYCYAnInII//)(...四川大学电气信息学院吕飞鹏2004第二节电网相间短路的方向性电流保护一．问题的提出双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题IdzIdzIII213IdzIdzIII31223tt32tt对电流速断保护：d1处短路，d2处短路，对过电流保护：d1处短路，d2处短路，有选择性:四川大学电气信息学院吕飞鹏2004原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。解决办法：加装方向元件——功率方向继电器（fig2-28）。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决四川大学电气信息学院吕飞鹏2004d1处短路d2处短路二、功率方向继电器的工作原理电流正方向：从母线流向线路。111dAdNAlZIU2d12dNAlZIU11argdAdNAIU9000cosAAIUP2701800cosAAIUP180arg21dAdNAIU四川大学电气信息学院吕飞鹏2004因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。实现：1、最大灵敏角：在UJ、IJ幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角。90lm90arg90JjJIeUlmlmJJlmIU90arg901.动作范围：动作方程：或1503090609090eIVarg9090IVarg909090jjjjjlmjjlmjlm四川大学电气信息学院吕飞鹏2004动作特性:当线路发生三相短路所以,60,,1dAJAJIIUU601dlm1.死区：当正方向出口短路时，0AJUUGJ不动——电压死区。消除办法：采用90度接线方式，加记忆回路。四川大学电气信息学院吕飞鹏20042.功率方向继电器的内角6012090309030,30II,VV9090eIVarg9090IVarg9090909090jjlmAJABCJA0jjjjjjlmjlm