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1、电 力 系 统 继电保护原理 第 二 章 电网的电流保护 Overcurrent Protection 第二章 电网的电流保护 2 12 1 单侧电源网络相间短路的电流保护 单侧电源网络相间短路的电流保护 2 22 2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 2 3 2 3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流中性点直接接地系统中接地短路的零序电流 及方向保护及方向保护 2 2 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保中性点非直接接地系统中单相接地故障的保 护护 2 1 单侧电源网络相间短路的电流保护 2 1 1继电器 继电器是一种能自动执行通断操作的部件
2、当输入量达 到一定数值时 能使其输出的被控制量 如触点 电平 发生预计的状态变化 电磁型 电流继电器 启动继电器 欠量型继电器 感应型 电压继电器 度量继电器 过量型继电器 整流型 功率方向继电器 时间继电器 数字型 阻抗继电器 信号继电器 瓦斯继电器 中间继电器 1 继电器的分类 表示方法和要求 继电器的文字符号及图形符号 常用继电器和保护装置示例常用继电器和保护装置示例 常用继电器和保护装置示例常用继电器和保护装置示例 工作可靠 动作过程具有继电特性 对继电器的基本要求 常开触点 输入电量不足时触点打开 常闭触点 输入电量不足时触点闭合 2 过电流继电器的原理框图 图2 1过电流继电器原理
3、框图 I 3 继电器的继电特性 0 85 0 9 IopIre 0IJ 动作状态 继电特性 闭合 断开 图2 2继电特性曲线 继电特性 继电器的输入信号从零连续增加达到衔铁 开始吸合时的动作值 继电器立即动作 一旦触点闭 合 输入量继续增大 继电器状态将不再变化 当输 入量下降到某值 继电器立即释放 110kV及以上电压等级的电网 主要承担 输电任务 形成多电源环网 采用中性点 直接接地方式 其主保护一般由纵联保护 担任 全线路任意一点故障都能快速切除 110kV及以下电压等级的电网 主要承担供 配电任务 通常采用双电源互为备用 正常时采用单侧电源供电运行方式 一般 采用中性点非直接接地方式
4、其主保护一 般由阶段式动作特性的电流保护担任 2 1 2单侧电源网络相间短路时电流量值特征 短路电流工频周期分量 系统等效电源的相电动势 短路类型系数 三相短路取1 两相短路取 短路点至保护安装处的阻抗 保护安装处到系统等效电源的阻抗 AB CD zkzs 1 正常运行状态 E 流过保护2的短路电流和哪些因素有关呢 最大方式三相短路 最小方式两相短路 IAB max IBC max ICD max I L 3 运行方式 2 短路点位置 4 短路类型 ABC D zkzs 最大运行方式 最小运行方式 ZS min ZS max 12 系统最大运行方式 在相同地点发生相同类型的短路 时流过保护安装
5、处的电流最大 对应的系统等值阻抗 最小 与此对应的系统运行方式 系统最小运行方式 在相同地点发生相同类型的短路 时流过保护安装处的电流最小 对应的系统等值阻抗 最大 与此对应的系统运行方式 小结 1 继电保护的基本原理及其组成 2 继电保护的工作配合 3 对继电保护的基本要求 4 主保护 近后备保护 远后备保护 5 故障的切除时间 6 电力系统的各序对称分量 小结 1 继电保护的文字符号和图形 2 继电器的继电特性 3 返回系数 4 单侧电源供电网络中 短路电流最大值和最小 值的计算 5 电力系统的最大和最小运行方式 2 1 3 电流速断保护 电流 段 对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护
6、 称 为电流速断保护 它是三段式电流保护的第 段 整定计算的三要素 整定值 动作时限 灵敏性校验 保护装置的整定电流是电力系统一次侧的参数表示 当被保护线路的一次测电流达到这个数值时 安装在 该处的保护装置就能动作 按照选择性的要求 希望能保护本线路全长 以保护2为例 按IKB min整定 能保护线路AB全长 又能躲过下一条线路出口 按躲过相邻下一条线路出口短路 k2 时可能出现的最 大短路电流来整定 可保证BC线路故障时保护2不误动 k2点短路保护会误动 ABC D21 k1k2k3k4 一 工作原理 选择性 个别情况 快速切除故障是首要条件 就采用无选择性 的速断保护 而需要通过自动重合闸
7、来纠正无选择性动 作 最小保护范围 在各种运行方式下 发生各种短路 保 护都能切除故障的短路点位置的最小范围 二 电流速断保护的整定计算原则 1 动作电流的整定 选择性 动作电流必须大于最大运行方式下三相短路电流 ABC D21 k1k2k3k4 二次动作电流 一次动作电流 t 2I 0 s动作时限 是理想情况 电流互感器变比 电流互感器接线方式 保护范围随运行方式 故障类型的变化而变化 2 保护范围的校验 计算最小保护范围 lmin 15 20 最大方式三相短路 最小方式两相短路 I L AB CD 21 lmax 2lmax 1lmin 2 校验条件 最小方式 两相相间短路 解析法求最小
8、最大 保护范围 保 护 2 保 护 1 ABC D21 k1k2k3k4 最小保护范围校验最小保护范围校验 三 电流速断保护的构成 电流互感器 电流继电器 中间继电器 信号继电器 跳闸线圈 缺点 四 电流速断保护优缺点 优点 简单可靠 动作迅速 不能保护本线路全长 并且保护范围直接受运行方 式变化的影响 失去保护范围 运行方式变化较大 短线路 个别情况下 线路 变压器组连接 可以保护线路的 全长 并能够保护变压器的一部分 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 它是三段式电 流保护的第II 段 2 1 4 限时电流速断保护 电流 段 一 工作原理 保护线路的全长 足
9、够的灵敏度 具有最小的动作时限 在下级线路短路时 保证下级优先切除故障 满足选择性要求 灵敏度 保护范围必然延伸 选择性 带时限 比下一线路电流速断保护高 t ABC D21 k1k2k3k4 二 限时速断保护的整定 1 启动电流的整定 限时的速断保护不应超出下一条线路的电流速断保护 一次起动电流计算 ABC D21 k1k2k3k4 I L M L t 动作时限 动作时限的选择 应比下一条线路速断保护的动作时限高出一 个时间阶梯 t t 通常取为0 5s 保护装置的惯性误差 断路器的跳闸时间 灭弧 时间 后一级保护动作的正误差 保护可能延后动作 动作时限的确定原则 前一级保护动作的负误差 保
10、护可能提前动作 前一级保护装置的测量元件在外部故障切除后 由于惯性影响而不能立即返回的延时 考虑一定的裕度 为保护线路全长 限时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 通常用灵敏系数来衡量 三 保护装置灵敏性的校验 校验条件 最小方式 本线末端两相相间短路 ABC D21 k1k2k3k4 若不满足 考虑与保护1的限时电流速断配合 四 限时电流速断保护单相原理接线 电流互感器 电流继电器 时间继电器 信号继电器 跳闸线圈 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性 五 限时电流速断保护优缺点 电流 段联合工作就可以
11、保证全线路的故障在0 5 秒内予以切除 一般情况下能够满足速动性的要求 可以作为 主保护 缺点 优点 灵敏度好 能保护线路全长 可作为I段的近后备保护 速动性较差 延时 主保护 具有快速切除全线路各种故障的能力 的保护 不能做下一段线路的远后备 小结 1 电流速断保护的整定原则和接线原理图 2 最小保护范围的定义 计算和校验 3 电流速断保护的优缺点 4 限时电流速断保护的整定原则和接线原理图 5 动作时限的确定原则 6 限时电流速断保护灵敏性校验 7 限时电流速断保护的优缺点 思考问题 电流速断保护只能保护本线路一部分 限时电流速断能保护本线路全长 但不能做为 相邻线路的远后备保护 要想实现
12、远后备保护 怎么办 2 1 5 定时限过电流保护 电流III段 过电流保护 启动电流按躲开最大负荷电流整定 定时限过流保护 保护启动后出口动作时间是固定 的整定时间 反时限过电流保护 出口动作时间与电流的倍数相 关 电流越大 出口动作越快 过电流保护它是三段式电流保护的第 段 该保护不仅能保护本线路全长 且能保护相 邻线路的全长 可作为本线路主保护的近后 备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护 定时限过电流保护定时限过电流保护 定义 其动作电流按躲过被保护线路的最大定义 其动作电流按躲过被保护线路的最大 负荷电流整定 其动作时间一般按阶梯原则进行负荷电流整定 其动作时间一般按阶梯原则进行 整定
13、以实现过电流保护的动作选择性 并且其动整定以实现过电流保护的动作选择性 并且其动 作时间与短路电流的大小无关 作时间与短路电流的大小无关 动作电流整定 启动电流大于最大负荷电流 返回电流大于负荷自启动电流 电动机自启动 最大负荷电流 外部故障切除后 负荷在自启动电流作用下保 护装置能够可靠返回 M M A B C 2 3 4 1 5 k 一 工作原理和启动电流的计算 IopIre 0IJ M M A B C 2 3 4 1 5 k IopIre 0IJ 二 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限整定 L t ABC D21 k1k2 M 345 t1II I t2II I t3II I t4I
14、I I t5II I 缺点 故障越近电源端 故障电流越大 切除时 限反而越长 不满足速动性要求 阶梯型的时限特性 M M A B C 2 3 4 1 5 k 三 过电流保护灵敏系数的校验 校验条件 最小运行方式 本线路 相邻线路 末端相间短路 ABC D21 k1k2k3k4 校验条件 最小运行方式 本线路 相邻线路 末端相间短路 灵敏度应相互配合 靠近故障点保护灵敏度高 ABC D21 k1k2 M 345 四 过电流保护单相原理接线 第第IIIIII段的动作电流比第段的动作电流比第 段的动作电流小段的动作电流小 得多 其灵敏度比第得多 其灵敏度比第 段更高 段更高 在后备保护之间 只有灵敏
15、系数和动作时限都在后备保护之间 只有灵敏系数和动作时限都 互相配合时 才能保证选择性 互相配合时 才能保证选择性 保护范围是本线路和相邻下一线路全长 保护范围是本线路和相邻下一线路全长 电网末级线路保护亦可简化 电网末级线路保护亦可简化 IIIIII或或IIIIII 越接近电源 动作时限越长 应装设三段式保护 越接近电源 动作时限越长 应装设三段式保护 II IIIII III 五 定时过电流保护优缺点 缺点 故障靠电源越近 短路电流越大 过电流保护切除故 障的时间越长 优点 简单可靠 动作时限与短路电流的大小无关 电流速断保护 限时电流速断保护和过电流保护的区别 按 照不同的原则来选择启动电
16、流 电流速断保护按躲开本线路末端的最大短路电流来整定 限时电流速断保护按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的 最大动作范围来整定 过电流保护按照躲开本元件最大负荷电流来整定 电流速断保护不能保护线路全长 因此常将电流速断保护 限时电流速断保护和过 电流保护组合在一起构成阶段式电流保护 限时电流速断保护又不能作为相邻元件的远后备保护 定时限过电流保护可以作为本线路和相邻线路的后备 保护 但动作时间太长 两段式电流保护 电流速断保护和过电流保护 和三段式电流保护 电流速断保护 限时电流速 断保护和过电流保护 2 1 6阶段式电流保护的配合及应用 阶段式电流保护的配合及应用阶段式电流保护的配合及应用 ABC D21 k1k2 M 345 L IK L t 阶 段 式 电 流 保 护 的 配 合 及 应 用 也是一种过电流保护 其动作时间是电流的函数 电流越小 动作时间越长 电流越大 动作时间越短 ABC D21 k1k2 M 345 IJ t 0IopI Iop tb 启动电流 瞬时动作电流 2 1 7 反时限过电流保护 电流III段 2 1 8电流保护的接线方式 定义 电流继电器与电流互感器
