单侧电源网络相间短路的电流保护电力系统继电保护课件

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1、主讲人：徐振宇 电气与电子工程学院四方研究所 Office: 教五B309,North China Electric Power University,第 二 章 电网的电流保护,第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护,2.1.1 继电器 1电磁型过电流继电器 工作特性： （a）动作特性： ，过电流继电器动作（触点闭合） （b）返回特性： ，过电流继电器返回（触点打开） 动作电流 : 使继电器动作的最小电流 返回电流 : 使继电器恢复原位的最大电流 返回系数,过电流继电器符号,继电器的工作特性曲线,“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可能

2、停留在某一个中间位置。,返回系数：,动作： 返回：,电磁型电流继电器工作原理,电磁转矩：,弹簧反抗力矩：,所以：,另外一种电磁型过电流继电器,动作： ，触点闭合 返回： ，触点打开 返回系数：,2、晶体管型过电流继电器,硬件原理图,触发特性曲线图,特点： （1）由二极管、三极管等晶体管元件构成； （2）仍具有电磁型继电器的“继电特性”，并满足 。,1、时间继电器 作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻 辑关系。 延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。 瞬时返回。对正在动作的继电器，一旦线圈所加电压消 失，则迅速返回原始状态。 2、中间继电器 起中间桥梁作用 触点容量大，可

3、直接用作于跳闸。 触点数目多,其它几种常见的继电器,3、信号继电器 作为装置动作的信号指示，标示所处的状态，或 接通灯光信号（音响）回路。信号继电器的触点 自保持，由值班人员手动复归或电动复归。,继电器是一种能自动执行通断操作的部件，可以说继电保护装置是由不同类型的继电器构成。 电磁型 电流继电器 启动继电器 感应型 电压继电器 度量继电器 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 中间继电器,欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作） 过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）,a 三相短路电流计算 E - 系统等效电源的相电势 - 短路点至保护安装处的阻抗 保护安装处

4、到系统等效电源之间的系统阻抗,2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征,b 两相相间短路电流计算,线路相间短路电流计算,相同地点发生两相相间短路是三相短路电流的 倍。,在故障点位置确定，故障类型确定，短路电流Ik 仅与系统等值阻抗Zs 有关。,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，与此对应的系统运行方式，称为系统最大运行方式。,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，与此对应的系统运行方式，称为系统最小运行方式。,短路电流曲线 横坐标：故障位置 纵坐标：短路电流,希望电流速断保护2的保护范围包括线路AB的整个范围。 但是当线路AB段的末端d1点短路时的短

5、路电流 ， 和线路BC段的首端d2点（BC线路出口处）短路时的短路电流 基本是相等的。因为 非常小。 为了满足选择性，电流速断保护2的保护范围不能包括线路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。,三段式电流保护,2.1.3 电流速断保护（电流段） 定义：仅反映电流增大而瞬时动作的保护。,包括： 1、电流速断保护（电流段）； 2、限时电流速断保护（电流段）； 3、定时限过电流保护（电流段）。,特点：在保证选择性的前提下，动作（跳闸）速度越快越好。,为提高系统运行的稳定性，保证向重要用户的可靠供电，防止短路电流损坏故障设备，要求各种电气设备必须配备电流速断保护，以快速切除故障。,电流速断保护中的过

6、电流继电器I1反映一次线路侧电流I增 大而动作，跳开断路器QF。,电流速断保护（电流段）的单相原理接线图,（1）电流速断保护（电流段）的动作原理,从电流段保护的单相接线图可见， 决定保护动作的关键因素是过电流继电器I1，过电流继电器I1触点闭合则断路器跳闸线圈TQ通过电流，断路器QF断开。,过电流继电器I1的动作电流 就是电流速断保护（电流段）的起动电流值。,过电流继电器I1的动作电流如何整定（计算）？ 必须根据所保护范围内的短路故障电流来整定，即保证其保护范围内所有地点发生短路，其都可以动作。,（2）电流速断保护（电流段）的整定原则, 起动电流整定值 躲开本线路BC段末端（或相邻下一线路出口

7、处）C处最大短路电流。即大于本线路末端（即母线C处） 的最大短路电流。 动作时限整定值,， 是电流段的可靠系数，取1.21.3,对上图中的电流速断保护2进行整定计算。,所以电流段只能保护本线路首端一部分。,电流速断保护（电流段）的起动（动作）电流整定值,以电流速断保护1为例。,是本线路末端C处最大短路电流。,产生本线路末端C处最大短路电流的条件： 系统处于最大运行方式 短路形式是三相短路,是保护一次侧动作电流，保护的二次侧动作电流为：,，其中 是电流互感器变比。,是接线系数，一般取1.0。,电流速断保护（电流段）的保护范围,1、最大保护范围lmax%出现在系统最大运行方式下发生三相短路； 2、

8、最小保护范围lmin%出现在系统最小运行方式下发生两相短路。,（4）电流速断保护的优缺点 优点: 简单可靠,动作迅速 缺点: （1）不能保护本线路全长。 （2）保护范围受影响： （a）系统运行方式； （b）故障类型。 在运行方式变化较大、短线路的情况下可能失去保护范围。,特例：当线路与变压器组相连接时，电流速断保护可以保护线路的全长，并能够保护变压器的一部分,2.1.4 限时电流速断保护（电流段）,定义：能够以较小的时限切除全线路范围以内的故障。 特点： 保护线路的全长； 具有较小的动作时限。 （1）工作原理 以限时电流速断保护2为例。 由于要求保护本线路全长，则保护范围必然延伸到下一线路出口

9、。 为了保证选择性，需带时限。比下一线路电流速断保护高t。,（2）限时电流速断保护（电流段）的整定原则 起动电流整定值 限时电流速断保护2的保护范围不应超过保护1的段保护范围 （ 电流段可靠系数K k1.11.2 ） 动作时限 （ t0.5s ） 时限特性（d2故障虽保护2限时电流速断起动但不动作） 灵敏度校验,按照最小运行方式、末端两相相间短路时的短路电流进行校验。 若不满足,考虑与保护1的限时电流速断（电流段）配合。,限时电流速断保护（电流段）的动作特性和时限特性,（3）原理接线图,限时电流速断保护的单相原理接线图,（4）电流段保护优缺点： 优点：灵敏度好，能保护线路全长。 缺点： 带 0

10、.5 秒左右的延时，速动性较差； 不能做下一段线路的远后备, 加装定时限过电流保护。,电流、段联合工作就可以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”。,2.1.5 定时限过电流保护,定义：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。其起动电流是按照躲开最大负荷电流来整定的。,特点： （1）保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路全长，甚至更远。 （2）为了保证选择性，动作时限一般较长。是一种后备保护。,（1）定时限过电流保护的整定计算原则, 起动电流整定值 起动电流整定值应

11、满足： 大于最大负荷电流： 外部故障切除后保护装置能够可靠返回，即返回电流要满足,以定时限过电流保护1为例。要求 （a）起动电流要躲开最大负荷电流 （b）在外部故障切除后，电动机M发生自起动时仍然能够返回，即,可靠系数，1.15 1.25 返回系数，0.85 自起动系数，与负荷性质与接线有关，大于1 动作时限 阶梯型的时限特性： ，一般,所以，,起动电流：,，与相邻下一线路的电流段动作时限相配合。,1、 处于电网终端的保护装置，其过电流保护的动作时限为零。这种情况下过电流保护可作为主保护兼后备保护，不需装设电流速断保护和限时电流速断保护。 保护3：设定时限过电流保护（电流段），无延时动作。 保

12、护2：设电流速断（电流段）和过电流保护（电流段）。 保护1：按一般原则装设三段式电流保护。,2、 应与相邻多条线路中的最大动作时限配合。,定时限过电流保护的动作时限,（2）灵敏度校验 最小运行方式，本线路（相邻线路）末端相间短路。 近后备：作为本线路AB段的后备。 远后备：作为相邻下一线路BC段的后备。 灵敏度应相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应越高 （3）原理接线 同限时电流速断保护，时间继电器的时间整定值不同 （4）评价 简单可靠。但越靠近电源端，保护的动作时限越长,定时限过电流保护：动作时限与短路电流的大小无关,动作时限是人为事先整定的。 定时限过电流保护（电流段）由于时限的配合原因，造

13、成故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长，这是其缺陷。 反时限电流保护：也是一种过电流后备保护，其动作时间是电流的函数。电流小时，动作时间长；电流大时，动作时间短。,是瞬时动作电流；,是起动电流；,是瞬时动作触点闭合时间。,2.1.6 阶段式电流保护,每一线路装设有三段式继电保护，段、段、段之间，并与相邻线路三段式继电保护共同构成了较完善的保护系统。,2.1.8 电流保护的接线方式,接线方式：电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。 主要有2种接线方式： （a）三相星形接线方式； （b）两相星形接线方式。,1.三相星形接线和两相星形接线的性能比较,（1）相间短路 中性

14、点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电器数目不同。 （2）中性点直接接地电网单相接地短路 两相星形接线不能反应中性点直接接地电网的B相接地短路。,中性点直接接地电网中发生单相接地故障，接地相故障电流很大。 中性点非直接（不）接地电网中发生单相接地故障，接地相故障电流很小。,（3）中性点非直接接地电网（异相）两点接地短路 由于中性点非直接接地电网中允许单相接地时继续短时运行，为了保证供电可靠性，希望只切除一个故障点。,串联线路,辐射线路,性能比较,（4）Y/d接线变压器后面（d侧）的两相短路,当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压侧线路的后备时，三相星形接线可使灵敏系数

15、增大一倍；两相星形接线的灵敏系数只能由A,C 相决定，较三相星形接线灵敏系数降低一半。 措施：在中线上接入一个继电器，以提高灵敏系数。,三相星形接线： 广泛应用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。 还应用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路故障的保护。 两相星形接线： 由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点非直接接地配电网中（辐射线路较普遍）广泛使用。 两相星形接线时，应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都装于A、C相上），以保证在不同的线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。,（5）评价及应用,三段式电流保护接线图举例,五.三段式电流保护的评价及应用,选择性：通过动作电流、动作时间来保证选择性。 单电源辐射网络上可保证获得选择性； 多电源网络上在某些特殊情况下才获得选择性。 速动性：无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的； 过电流保护则常常不能满足速动性的要求。 灵敏性：运行方式变化较大时，速断保护往往不能满足要求。 被保护线路很短时，无限时电流速断保护常为零。 长距离重负荷线路过电流保护的灵敏度常常也很小。 灵敏度差是电流电压保护的主要缺点。 可靠性：继电器简单、数量少，整定计算和校验容易。 可靠性好是它的主要优点。 应用：主要用在35kv及以下的单电源辐射网上。,