电流保护1教材

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1、 第二章 电网的电流保护 第三节 中性点直接接地电网中接地短路的 零序电流及方向保护 第四节 中性点非直接接地电网中单相接地 故障的零序电压、电流及方向保护 第二节 电网相间短路的方向性电流保护 第一节 单侧电源电网相间短路的电流保护 第二节 电网相间短路的方向性 电流保护 基本要求 学习内容 习题与思考题 返回 基本要求 1、掌握方向电流保护原理、主要组成元件及其 评价 2、掌握功率方向继电器的90接线方式、动作特 性及在各种工作状态的分析 3、了解功率方向继电器工作原理及构成 返回 学习内容 方向电流保护的工作原理 整流型功率方向继电器 相间短路功率方向继电器的接线方式 方向电流保护的整定

2、计算 对方向电流保护的评价 返回 一、方向电流保护的工作原理 1、问题的提出 （1）短路点： d1： 无法满足要求 （2） d1点短路：若Id Idzbh1 ，保护1误动。 要求 t6 t1 d2：要求 t1 t6 2.解决办法 d1点短路：保护1的短路功率由线路指向母线，保护6的 短路功率由母线指向线路 。 d2点短路：保护1的短路功率由母线指向线路，保护6的 短路功率由线路指向母线。 利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流 过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动 ；凡是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负），保 护就不起动。 2.解决办法 d1点短路：保护2、3

3、、6、7、起动，根据阶梯时限原则t2 t3 ，t6 t7 , 保护2和6动作，保护3、7返回， 从而保证有选择地切除故障 d2点短路：保护1、2、3、7起动，t1 t2 t3 ， 故保护1和7起动，保护2、3返回 2.解决办法 d1 点短路时： 判断短路功率方向，一般采用功率方向继电器。 Pd1 =UId1 cos1 为正值，功率方向继电器动作。 d2 点短路时：Pd2 =UId2 cos 2 为负值 ，功率方向继电器不动作。 2.解决办法 3.方向过电流保护 方向过电流保护:增加了功率方向元件的过电流保护。 即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护 装置，其原理接线图下图所示。 其

4、起动有两个条件： （1）电流超过整定值(动作电流) （2）功率方向符合规定的正方向 正常运行时： 区外故障时： 区内故障时： KT起动发出跳闸脉冲 切除故障 返回 KA不起动，其触点打开KT不起动不发跳闸脉冲 KPR不起动，KA起动KT不起动不发跳闸脉冲 KPR起动，其触点闭合 KA起动，其触点闭合 3.方向过电流保护 二. 整流型功率方向继电器 组成：电压形成回路、比较回路、执行元件 1. 电压形成回路 电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相 位，经过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的 电压，该电压经整流滤波后变成与变流量成正比的直流电 压，然后送到比较回路进行比较，以确定继

5、电器是否动作 ，最后由执行元件表示继电器的工作状态（动作或返回） 。 （1）电抗变换器（TX） 作用：将输入的一次侧较大电流量按比例地变换成二次侧 的 较低电压U2 。 式中： KI电抗变换器的变换系数。 k为 与 的相位差角。 （2）电压变换器（TM ） 作用：将一次侧的强电压成比例地变换成二次侧的弱电 压。 式中 KU为电压变换器的变换系数。 2. 比较回 路 (1)构成 原理 相位比较式 幅值比较式 a.相位比较式： 设以电网对地电压为基准且为正，电流由母线流向线 路为电流的正方向。当电压与电流之间的相位角小于90 时，对应的输出功率为正；电压与电流之间的相位差大于 90时，输出功率为负

6、，正功率的条件就是： 功率方向继电器是反应正功率动作，负功率不动作 的继电器，也就是说，功率方向继电器反应加于继电器 的电压及电流之间的相位差。令 动作条件变为： a.相位比较式： b. 幅值比较式 令 当 时,90，继电器不动作。 当 时,=，即=90，继电器动作的边界条件。 当 时,，即| |时，Uab （或Ia -Ib ） 为正，应使电流从正方向流入继电器，执行元件应该动作 ；当| |t03 在D1点接地，只需满足 t02t04 即可保证选择性。 1、工作原理 流经接地故障线路两侧的零序功率为负功率，功率 继电器应该动作。以3U0为基准电压，零序电流-3I0落后 于零序电压为短路阻抗角。

7、 2、整流型零序功率方向继电器 整流型功率方向继电器，相位比较的电压量 相位比较继电器的动作和边界条件为 幅值比较电量 幅值比较的零序功率方向继电器的动作条件为 零序功率方向继电器LG-12原理接线如下图所示 3、方向性零序电流三段保护的原理接线图 九、对零序电流保护和方向性零序保 护的评价 （1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏 度。 （2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。 （3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。 （4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不 会误动作。 （5）接线简单可靠。 返回 第四节 中性点非直接接地电网中 单相接地 故障的零序电压、电流及

8、 方向保护 基本要求 学习内容 习题与思考题 基本要求 掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障时的特 点，以及出现零序电压和零序电流的性质及其分布特 点。 掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地保护 方式及其特点。 返回 第四节 中性点非直接接地电网中 单相接地 故障的零序电压、电流及 方向保护 中性点不接地电网中单相接地故障的特点 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的 特点 绝缘监视 零序电流保护 返回 一、中性点不接地电网中单相接地故 障的特点 1、简单网络 在正常运行情况下 在A相接地时，各相对地的电压为： 结论： 故障相电压为零 ，非故障相对地电压 升高为原来 倍。 ICB C

9、I3 OCI oU 3 o BU CU U A 1、简单网络 故障点D的零序电压为： 结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压U相等。 各相对地电容电流为 ： 其有效值为IB= IC= EAc0= Uc0 ICB CI3 OCI o U3 o BU CU U A 1、简单网络 从接地点流回的电流ID为 ： 结论： 从接地点流回的电流ID为正 常运行时，三相对地电容电流的 算术和。 1、简单网络 2、多条线路网络 当线路II A相接地时，在此接地电流ID为 （1）非故障线路I： 线路始端所反应的零序电流为 结论： 零序电流的大小为线 路本身对地电容电流， 方向为由母线流向线路 。 （2）故障线路

10、： 线路始端所反应的零序电流为 有效值为 ： 结论： 故障线路上零序 电流的大小为全系统 非故障元件对地电容 电流之和，其方向为 由线路流向母线。 综上所述，可得如下结论： （1）单相接地时，全系统都将出现零序电压，而短 路点的零序电压在数值上为相电压U； （2）在非故障元件上有零序电流，其数值等于本身的对 地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路 ； (3)在故障元件上，零序电流为全系统非故障元件对地电容 电流之和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。 返回 二、中性点经消弧线圈接地电网中单向接地故 障的特点 思考：如果电网中单相接地时接地电容电流的总和比较 大 ， 此时单

11、相接地短路会过渡到相间短路，那么采取什么 措施减少接地电容电流呢？ 解决方法： 在电源中性点加装 一个电感线圈。减少流 经故障点的电流，避免 在接地点燃起电弧，把 这个电感线圈称为消弧 线圈。 当线路II上A相接地时 ,在接地点又增加了一个电 感分量的电流 IL，因此，从中性点流回的总电流为 结论： ID将因消弧线圈 的补偿而减少。 消弧线圈的补偿方式： （1）完全补偿 就是使IL= IC。接地点的电流ID近似为零 。 在实际上不能采用这种方式。 （2）欠补偿 就是使ILIC。补偿后的接地点电流是电容的 。 这种方式一般也是不采用的。 （3）过补偿 就是ILIC，补偿后的残余电流是电感性的。

12、这种方式实际中获得了广泛的应用。 返回 三、绝缘监视 在发电厂和变电所的 母线上，一般装设网络单 相接地的监视装置，它利 用接地后出现的零序电压 ，带延时动作于信号。 正常运行时：没有零序电压， 三只电压表读数相等，KV不 动。 当系统任一出线发生接地 故障时：接地相对地电压 为零，而其他两相对地电 压升高。同时在开口三角 处出现零序电压，过电压 继电器KV动作，给出接地 信号。 三、绝缘监视 思考：如何判断接地相？ 如何判断接地线路 ？ 三、绝缘监视 返回 四、零序电流保护 零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路 为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的 保护装置。 零序电流

13、保护的原理接线图如右图所示 。 零序电流保护装置的起动电流Idz。bh 必须大于本线路的零序电容电流，即 零序电流保护装置的灵敏度： 按被保护线路上发生接地故障时流经保护的最小 零序电流来校验，灵敏系数为： 由上式可见，当全网络的电容电流越大，或被保护线 路的电容电流越小时，零序电流保护的灵敏系数就越容易 满足要求。 返回 思考题： 1、在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性 ？ 2、采用方向电流保护时，什么情况下会出现死区？ 3、不同的输电线路阻抗角是不同的，为什么功率方 向继电器内角采用30或45，就能保证在不同阻抗角下 使继电器工作在较灵敏状态？ 4、按90接线的功率方向继电器在三相

14、短路和两相 短路时，会不会有死区？为什么？ 5、什么是功率方向继电器的内角？当=40时， 最灵敏角lm等于多少？ 6、功率方向继电器能单独用作保护吗？为什么? 7、电网方向过电流保护动作时限的配合及方向元件 的装设应遵守什么原则？ 8、相间方向电流保护中，功率方向继电器一般使用的内 角为多少度？采用90接线方式有什么优点？ 9、中性点直接接地电网中，接地短路的特点及保护方式 是什么？ 10、在大接地电流系统中，发生接地短路时，零序分量与 正序分量的主要区别有哪些？ 11、零序功率方向元件有没有死区？为什么？ 12、试比较零序功率方向电流保护与相间短路的方向电流 保护的优缺点。 13、中性点经消

15、弧线圈接地电网中，单相接地短路的特点 及补偿方式？ 14、在小接地系统中，如何从绝缘监察装置的仪表指示中 判断接地相？又用什么办法可以判断接地线路？ 思考题： 习题： 1、试为下图所示单电源环网选 择方向性过电流保护： （1）求各保护的动作时限。 （2）确定应装方向元件的保护 。 2、有一按90接线的功率方向继电器，其k=60，问： （1）这种继电器的内角是多少？最灵敏角是多少？ （2）这种继电器用于阻抗角为多少的线路上最灵敏？ （3）绘出三相短路时继电器的动作区及最大灵敏线（以A相 为例） 3、下图所示电网，1QF4QF均装有90接线的功率方向继电器， (1)若在D1点发生AB相短路（D1点远离1QF）。试做出1QF A相、 2QF B相功率方向继电器的动作矢量图，短路阻抗角为 d=70， k=45. (2)若在D2点发生AB相短路（D2点靠近3QF）。试做出3QF A相、 4QF B相功率方向继电器的动作矢量图，短路阻抗角为d=40， k=60. 返回 习题：