大学课件 电力系统继电保护 单侧电源网络相间短路的电流保护

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。2.1.1继电器1.继电器的分类和要求按照动作原理可分为：按照反应的物理量可分为：按照作用可分为：电磁型感应型整流型电子型数字型电流继电器电压继电器功率方向继电器阻抗继电器频率继电器瓦斯（气体）继电器起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2.过电流继电器过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是一个反映电气量而动作的简单继电器的典型，它是一个量度继电器。量度继电器过量继电器欠量继电器过电流继电器过电压继电器高周波继电器低电压继电器阻抗继电器低周波继电器过流继电器框图来自电流互感器二次侧加入继电器的电流根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值，为使继电器具有普遍的使用价值，动作值可以调整小延时作用：对于电子型和数字型继电器，动作速度快，功率小，为提高动作的可靠性，防止干扰信号引起的误动作，要考虑测量值大于动作值的持续时间≥2~3ms，才能动作于输出。:kopII当时继电器根本不动作:kreII当时继电器能够突然迅速地动作，稳定可靠输出低电平或闭合其触点.继电器又能突然地返回原位,稳定可靠输出高电平，或触点重新打开.:kopII当时reJI01E123456JIopkI继电特性图3.继电器的继电特性继电特性——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。动作返回返回电流与启动电流的比值称为继电器的返回系数rereopIKIk过量继电器、欠量继电器的返回系数2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征最大负荷电流——正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越靠近电源侧的线路，流过的电流越大。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。短路电流=短路工频周期分量（主要）+暂态高频分量+衰减直流分量电流保护采用工频周期分量电流构成，可近似认为是起始次暂态电流短路工频周期分量可以用下式近似计算kskEEIKZZZå==+E短路类型系数，三相短路取1，两相短路取系统等效电源的相电势保护安装处到系统等效电源之间的阻抗短路点到保护安装处之间的阻抗sZKkZ3/2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。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电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。dskEEIKZZZå==+利用流过保护安装处电流幅值的大小来区分正常与短路运行状态，实现的保护简单可靠、方便易行。构成完善的电流保护时必须考虑的因素：1.电力系统运行方式（Zs）的变化；2.电力系统正常运行状态（EΦ）的变化；3.不同的短路类型；4.随短路点距等值电源的距离变化，短路电流连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端和下级线路出口短路，短路电流没有差别。dskEEIKZZZå==+2.1.3电流速断保护概念:对于仅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1工作原理（以保护2为例）对于保护2而言希望：本线路末端k1点发生故障时，保护2能够瞬时动作切除.而当相邻线路B~C的始端k2点短路时,按选择性的要求,速断保护2不应动作,k1点、k2点短路时,保护2中流过电流相同希望不能同时实现解决办法优先保证选择性，即k2点短路时，保护2不动作。按躲开下一条线路出口处短路的条件整定保护2的整定电流须大于下一条线路出口处短路的最大短路电流本线路末端短路时保护不能起动按躲开下一条线路出口处短路的条件整定——指在继电保护技术中，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不起动。保护装置的整定电流——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，以表示。保护不能起动的范围随运行方式、故障类型的变化而变化。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保护范围。setI2电流速断保护的整定计算原则动作电流的整定动作时间的整定保护范围的校验以保护1为例：其整定的动作电流必须大于k4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，即：动作电流为：继电器的二次动作电流：.1..max.minsetkcsACEIIZzmax..1.ckrelsetIKIconTAsetopKnII3.1~2.1relK速断保护的动作时间——取决于继电器本身固有的动作时间，一般小于10ms保护范围的校验——最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的15%~20%。保护的最小范围可按下式求出：——电流速断保护的最小保护线路长度——线路单位长度的正序阻抗min1max.min.23LzZEIIsLkset1zminL3电流速断保护的构成动作过程：过电流继电器接于电流互感器TA的二次侧，当流过它的电流大于它的动作电流后，比较环节KA有输出。在某些特殊情况下需要闭锁跳闸回路，设置闭锁环节。当比较环节KA有输出并且不被闭锁，与门有输出，发出跳闸命令的同时，起动信号回路KS4电流速断保护的主要优、缺点优点：简单可靠+动作迅速缺点：不能保护线路全长+保护范围受运行方式影响灵敏性与速动性的矛盾长线路：始端和末端短路电流差别较大短路电流变化曲线较陡保护范围较大短线路：始端和末端短路电流差别较小短路电流曲线变化平缓保护范围较小系统运行方式变化很大时以保护2电流速断为例：按最大运行方式下保护选择性的条件整定最小运行方式下没有保护范围但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路全长：如下所示，例如当电网的终端线路上采用线路—变压器的接线方式时，速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K1点短路来整定：变压器的阻抗较大K1点的短路电流就大为减小电流速断可以保护线路A-B的全长及变压器的一部分1工作原理限时速断保护——带有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段线路的全长，并且有足够的灵敏性；（b）力求具有最小动作时限；（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。2.1.4限时速断保护以下图中保护2的限时速断保护为例进行分析：保护2保护线路全长保证选择性保护范围须延伸至下一条线路中动作须带一定时限首先考虑与下级线路的速断保护配合与下级线路限时电流速断保护配合保护范围不超过下级线路速断保护的范围动作时限比下级线路的速断保护高一个时间阶梯保护范围不超过下级限时速断保护的范围动作时限比下级线路的限时速断保护高一个时间阶梯灵敏性不足本线末端短路力求动作时限最短2.限时电流速断保护的整定1.2.setsetII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是否取“=”？（1）起动电流若正好遇上如下情况：保护1的电流速断出现负误差保护范围比计算值缩小保护2的电流速断出现正误差保护范围比计算值增大保护1的电流速断不起动保护2的限时速断起动计算的保护范围末端短路时失去选择性为避免这种情况发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用：1.2.setsetIIrelK引入可靠性配合系数，则得一般取1.1~1.21.2.setrelsetIKIrelK（2）动作时限的选择限时速断的动作时限应选择得比下一条线路速断保护的动作时间高出一个时间阶梯，即ttt122t1ttt包括故障线路断路器的跳闸、灭弧时间故障线路保护时间继电器实际动作时间比整定时间大的正误差保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差保护2测量元件外部故障切除后由于惯性不能立即返回的延时考虑一定的裕度位于0.3~0.5之间，多取0.5s，微机保护取0.3st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，用灵敏系数Ksen来衡量。3保护装置灵敏性的校验对于反应数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数Ksen定义对保护2限时速断，应采用系统最小运行方式下线路A~B末端发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值，设此电流为I(2)k.B.min，则：Ksen＝保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值保护装置的动作参数Ksen＝I(2)k.B.minIⅡset.2要求Ksen≥1.3~1.5当校验灵敏系数不能满足要求时，那就意味着将来真正发生内部故障时，由于不利因素的影响保护可能起动不了，达不到保护全长的目的，这是不允许的。为了解决这个问题，通常都是考虑降低限时电流速断的整定值，使之与下一条线路的限时电流速断相配合，这样其动作时限就应选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个级差，一般取为1~1.2s。此时ttt12可见，保护范围的伸长，必然导致动作时限的升高。4限时速断保护的单相原理框图2t2t2tKA起动与门2起动跳闸KA返回保护复归发信号无闭锁信号经延时故障仍存在在以前故障切除2.1.5定时限过电流保护过电流保护通常指其起动电流按照躲开流过本线路的最大负荷电流来整定的一种保护装置，它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长,以起到后备保护的作用.它可作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时又可作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护。过电流保护定时限过电流保护反时限过电流保护1工作原理和起动电流计算max.lsetIImax.ssreIIsetImax.lIreImax.ssI起动电流的计算在正常情况下各条线路上的过电流保护绝不动作在外部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回——过电流保护装置的起动电流——过电流保护装置的返回电流——线路上出现的最大负荷电流——外部故障切除后电压恢复时负荷自起动电流单侧电源放射形网络中过电流保护动作情况说明K2点短路保护2、3、4、5均起动A、B、C母线所接负荷电动机被制动保护2动作切除故障短路电流流经保护2、3、4、5电压降低按选择性要求电流减小电压恢复自起动电流电动机自起动保护返回电动机自起动电流要大于它正常工作电流，引入一个自起动系数来表示自起动时最大电流与正常运行时最大负荷电流之比，即：max.max.lssssIKIssKmax.ssImax.lImax.max.lssrelssrelreIKKIKImax.1lressrelreresetIKKKIKIssKrelKreKreI保护3、4、5在各自起动电流的作用下必须立即返回。为此应使保护装置的返回电流（一次值）大于。引入可靠系数，则max.ssIrelK——自起动系数。数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定——可靠系数，采用1.15~1.25——电流继电器返回系数，采用0.85~0.952按选择性的要求整定过电流保护的动作时限12tt2t12ttt保护1——位于电网的最末端，只要电动机内部故障，它就可以瞬时动作予以切除，即为保护装置本身的固有动作时间。保护2——为保证K1点短路动作的选择性，则应整定其动作时限，引入时间级差，则保护2的动作时限为：1tttt12t以此类推，保护3、4、5的动作时限均比相邻各元件保护动作时限高出至少一个，只有这样才能充分保证动作的选择性