{电力公司管理}电力系统继电保护原理21

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1、单侧电源网络相间短路的电流保护,双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护,中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,电网的电流保护,2.1.1继电器 1、继电器的分类和要求 定义：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。,DL-1011电流继电器,继电器,启动、量度、时间、中间、信号和出口继电器.,电磁型、感应性、整流型、电子型和数字型等,电流、电压、功率方向、阻抗、频率、气体（瓦斯）等,保护回路中的作用,

2、动作原理,物理量,分类,1、过电流继电器原理框图 度量继电器是实现保护的关键测量元件。,电流交换,比较,小延时2-3ms,输出,整定值调整,输入,I,Ir,Iop,图2.1 过电流继电器原理框图,继电特性 动画：继电器原理及继电特性.swf,动作电流Iop：又称启动电流，使继电器动作的最小电流。,返回电流Ire ：使继电器返回的最大电流。,返回系数Kre ：返回电流与启动电流的比值， Kre = Ire / Iop 。,继电特性：无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的， 不可能停留在某一中间位置。,2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征 单侧电源网络接线如图所示，,式中， 为系统等效

3、电源的相电动势；,为短路点至保护安装处之间的阻抗；,为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；,为短路类型系数，三相短路取1，两相短路取,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； 系统等值阻抗最大。,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大； 系统等值阻抗最小。,最大运 行方式,最小运 行方式,曲线1代表最大运行方式下的短路电流随短路点距离变化的 曲线，一般为三相短路。 曲线2代表最小运行方式下的短路电流随短路点距离变化的 曲线，一般为两相短路。,三段式电流保护的配置与整定,主保护,三,电流段：电流速断保护 电流段：限时电流速断保护,段,式,电流III段：定时限过电流

4、保护 后备保护,讲解思路 工作原理 电流和时限整定 校验 单相原理接线 需要注意的问题 “躲开”：一般指大于或者不超出； “下条线路出口处”：以断路器为界； 除母线和断路器附近的线路部分，在图上，整定电流和保护范围可以一一对应；,2.1.3电流速断保护 1.工作原理：反应短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。,能否保护线路全长？,答案：不能保护线路全长的100%。,两种解决办法： 通常都是保证动作的选择性，即从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不启动，在继电保护技术中，这又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。 在个别情况下，当选择切除故障是首要条件时，就采用无选择性的速断

5、保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。,2.电流速断保护的整定计算原则,可靠系数取1.2-1.3是考虑非周期分量的影响，实际上的短路电流可能大于计算值、保护装置的实际动作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。,动作电流的整定,对于保护2来讲，按照同样的原则，其启动电流应整定须大于变电所B母线上短路时的最大短路电流Ik.B.max，即 IIset.2=KIrel Ik.B.max (2-5),计算出保护的一次动作电流后，还需要求继电器的二次动作电流 式中， nTA-电流互感器的变比 Kcon-电流互感器的接线系数，其值与电流互感器的接线方式有关，当电流互感器二次侧为三相星形接线时其值为1，当

6、二次侧为三角形接线时，其值为 。,（2）动作时间的整定：0s速断 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。考虑到躲过线路中避雷器的放电时间为40-60ms，一般加装一个动作时间为60-80ms的保护出口中间继电器，一方面提供延时，另一方面扩大触点的容量和数量。,（3）保护范围的校验：最小的保护范围为在系统最小运行方式下两相短路时出现。按最小的保护范围进行校验，要求大于被保护线路全长的（1520）%，保护的最小范围可按下式求出： 式中：Lmin是电流速断保护的最小保护线路长度；z1是线路单位长度的正序阻抗。 动画：电流速断保护整定过程.swf,3.电流速断保护的构成,

7、动画：电流速断保护单相原理接线.swf,4.电流速断保护的主要优、缺点 优点：简单可靠、动作迅速 缺点：不能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。,如图2-5为系统运行方式变化很大的情况，当保护2电流速断按最大运行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围。,当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数之后，其保护范围将很小甚至为零。,但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长，例如图示情况，把线路和变压器可以看成一个元件，速断保护可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K1点短路来整定。,电流速断保护不能保护线路全长，那么

8、，不能被电流速断保护的线路该怎么办？,可考虑增加一段带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。,2.1.4限时电流速断保护 首先要求能够保护线路全长，并且具有足够的灵敏性；其次在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限，保证下级保护优先切除故障，满足选择性的要求。 1.工作原理：与下级相邻线路的电流速断保护（电流I段）相配合。 包含： 保护范围不超过下级线路速断保护的范围； 动作时限则比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯t。,2.限时电流速断保护的整定计算原则 启动电流的整定, I,II set.1,I set.2,I,是否可

9、以取相等，即,= I,II set.1,I set.2,I,= K I,K = 1.1 1.2,II set.1,II I rel set.2,I,式中：,答案：不能取相等。 引入可靠性系数,II rel,K,II rel,动作时限的选择,t 1,t 2,+ t,=,I,II,t 通常取为0.5s,t的确定原则： （1）应包括故障线路断路器QF的跳闸时间、灭弧时间。 （2）应包括故障线路保护2中时间继电器的实际动作时间比整定时间大的正误差。 （3）应包括保护1中的时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差。 （4）应包括如果保护1中的测量元件在外部故障切除后，由于惯性的影响而不能立即返回的延时。

10、 （5）考虑一定的裕度。 动画：限时电流速断保护整定过程.swf,2.保护装置灵敏性的校验 为了能够保护本线路的全长，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，这个能力用灵敏系数Ksen来衡量。 Ksen=保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值/保护装置的动作参数值 =最小运行方式下保护线路末端两相短路时短路电流/保护装置的动作参数值 对保护1的限时电流速断保护而言：,Iset.1,Ik.B.min II,Ksen =, 1.3-1.5,对保护2的限时电流速断保护而言：,灵敏系数大于1的原因，主要考虑不利于保护启动的因素： （1）故障点一般都不是

11、金属性短路，而是存在过渡电阻，它将使得短路电流减小，因而不利于保护装置动作； （2）实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值； （3）保护装置所使用的电流互感器，在短路电流通过的情况下，一般都具有负误差，因此使流入保护装置的电流小于按额定变比折合的数值； （4）保护装置中的继电器，其实际启动数值可能具有正误差； （5）考虑一定的裕度。,若校验不能满足要求，说明达不到保护线路全长的目的，怎么办？,答案：与下条线路限时电流速断保护相配合.,且动作时限要比下条线路限时速断的时限再高一个t，此时限时电流速断的动作时限为1-1.2s。,4.限时电流速断保护的单相原理接线,电流速断保护+限时电流速

12、断保护=线路主保护。 若主保护故障，不能正常启动怎么办？,2.1.5定时限过电流保护 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。 1.工作原理：启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护。 分两种： 保护启动后出口动作时间是固定的正定时间，称为定时限过电流保护； 出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。,2.过电流保护的整定 启动电流 （1）必须大于该线路上出现的最大负荷电流IL.max； （2）必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负

13、荷自启动电流。 一般考虑后一种情况，对应的启动电流大于前一种情况，往往为保证可靠返回从而决定启动电流。,K2短路，保护2-5均启动，由保护2动作，保护3-5应能返回。 由于短路时电压降低，变电所ABC母线上的电动机被制动， K2故障切除后，电动机需要一个自启动过程。引入自启动系数Kss，则电动机的自启动电流： Iss.max= KssIL.max 保护3-5应能够返回，则一次侧返回电流Ire Iss.max 引入可靠系数,K =1.15-1.25,III rel,Ire= Iss.max= KssIL.max,K,III rel,K,III rel,因为继电器返回电流与启动电流有：Kre =

14、Ire / Iop 。 所以， Kre = Ire / Iset,动作电流： I,K K ss I L.max,III rel,K re,I re K re,=,=,III set,K =1.15-1.25,III rel,Kss数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定； Kre电流继电器的返回系数，一般采用0.85-0.95。 动作电流必然大于最大负荷电流。,动作时限：阶梯性原则 若无分支线路,若有分支线路,3.过电流保护灵敏系数校验,4.过电流保护单相原理接线图：同限时电流速断保护,2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用 电流速度保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应电流升高而动作的保

15、护。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来启动电流。速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定的；限时速断是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；而过电流保护是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。,2.13 阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图,阶段式电流保护的配合及应用,具有三段式电流保护的单相原理框图及动作示意图.swf,三段式电流保护的功能逻辑框图,优点：简单、可靠，并且一般情况下也能满足快速切出故障的要求，因此在电网中特别是35kV及以下较低电压的网络中获得广泛应用。 缺点：直接受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响，比如整定值必须按系统最大运行方式来选择

16、，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。 计算：课后习题2.7,2.1.7反时限的电流保护(了解) 克服阶段式动作特性的电流保护缺点：短路点越靠近电源，过电流保护动作时间越长。 1.反时限工作特性,K为时间整定系数，K值越大，动作时间越长； Iop为启动电流。 国际电工委员会（IEC）将上式称为标准反时限特性。,2.反时限过电流保护的整定配合（整定例子见课本27-28页） 反时限特性上下级间的配合 思路：每个反时限保护定两点（两个坐标）。 一个坐标：（按照过电流保护整定启动电流，动作时间）； 另一个坐标：（保护范围末端或者下条线路出口处最大短路 电流，高出下条线路保护t）。 反时限过电流保护与电源侧定时限过电流保护配合 反时限过电流继电器电流速动段的整定,2.1.8电流保护的接线方式,采用以上两种接线方式时，流入继电器的电流就是互感器的二次电流I2，设电流互感器的变比为nTA=I1/I2，则I2=I1/nTA。因