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1、电力系统继电保护三峡电力职业学院 动力工程系第三章 输电线路电流电压保护3.1 单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护输电线路发生短路时，电流增大，电压降低。 反映电流增大而动作的电流保护。 加装低电压元件构成低压过电流保护。输电线路电流保护采用阶段式电流保护，采用三 套电流保护共同构成三段式电流保护。3.1.1 无时限电流速断保护无时限电流速断保护又称段电流保护，反映电 流增大而能瞬时动作切除故障。3.3.1.1无时限电流速断保护的工作原理和整定计算当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故 障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电 抗（忽略电阻）及短路类型有关。短路类型 单相接地短路，
2、两相不接地短路（相间短路）， 两相接地短路 短路电流最小， 三相（接地）短路 短路电流最大 。流过保护安装地点的短路电流：ES和XS是常数，短路点距离电源越远（L越大） ，短路电流越小。最大运行方式最小运行方式最大运行方式用于计算， 最小运行方式用于校验。无时限电流速断保护的动作电流，应按大于本线 路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来 整定。保证在相邻线路上发生短路故障时，保护不 会误动作。不过必然不能保护线路全长。最大运行方式（三相短路）时，保护范围最大； 最小运行方式（两相短路）时，保护范围最小。最小保护区末端发生短路故障校验最小保护范围Lmin不应小于线路全长的 15%20%。最大
3、保护区末端发生短路故障校验最大保护范围Lmax不应小于线路全长的50% 。3.1.1.2线路变压器组瞬时电流速断保护无时限电流速断保护一般只能保护线路的一部分 ，但是在终端上采用线路变压器组的接线方式 时，可以延伸到被保护线路以外，使全线路都能 瞬时切除故障。动作电流整定可以按躲开变压器二次母线上短路 流过保护安装处最大短路电流来整定3.1.1.3原理接线正常运行时，流过线路的电流是负荷电流，其值 小于动作电流，保护不动作。发生短路故障时，短路电流大于保护的动作值， KA常开触点闭合，启动中间继电器KM，KM触 点闭合，启动信号继电器KS，并通过断路器的常 开辅助触点，接到跳闸线圈YT构成通路
4、，断路器 跳闸切除故障线路。3.1.1 限时电流速断保护3.1.2.1限时电流速断保护的工作原理和整定计算在无时限电流速断保护的基础上，增加一套带时 限的电流速断保护，用以切除无时限电流速断保 护范围以外的短路故障。这种带时限的电流速断 保护，称为限时电流速断保护。限时电流速断保护的保护范围必然要延伸到相邻 线路。为了满足选择性，必须增加一定的时限。限时电流速断保护范围不超出相邻线路无时 限电流速断保护的保护范围，动作时限比相 邻线路的无时限电流速断保护长一个时限差与线路保护配合与相邻变压器配合取较大值限时电流速断保护动作时限要与相邻线路的瞬时 电流保护动作时限相配合。取较大值系统在最小运行方
5、式下线路末端两相短路时具有 足够的反应能力。校验灵敏系数不能满足要求，可用降低保护动作电流 的方法解决，即与相邻线路的限时速断保护配合 。3.1.2.2限时电流速断保护的单相原理接线正常运行时，流过线路的电流是负荷电流，其值 小于动作电流，保护不动作。发生短路故障时，短路电流大于保护的动作值， KA常开触点闭合，启动时间继电器KT，KT触点 延时闭合，启动信号继电器KS，并通过断路器的 常开辅助触点，接到跳闸线圈YT构成通路，断路 器跳闸切除故障线路。限时电流速断保护可以作为本线路无时限电流速 断保护的后备保护。两者配合使用。可以使全线 路范围的短路故障都在0.5s内动作于跳闸。组合 构成线路
6、的主保护。3.1.3 定时限过电流保护3.1.3.1定时限过电流保护的工作原理定时限过电流保护是指按躲过最大负荷电流整定 ，并以动作时限保证其选择性的一种保护。不仅 能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长 。是本线路的近后备和相邻线路的远后备。3.1.3.2定时限过电流保护的整定计算电网正常运行时，过电流保护不动作，其启动电 流必须大于被保护线路上流过的最大负荷电流为保证在外部故障切除后，保护能可靠地返回， 保护装置的返回电流赢大于故障切除后流过保护 装置的最大自启动电流.为保证选择性若本线路的下一级有多条线路，则本级过电流的 动作时间应比下级保护中动作时间最长的多t。3.1.3.3灵敏系
7、数校验电网正常运行时，过电流保护不动作，其启动电 流必须大于被保护线路上流过的最大负荷电流近后备和远后备要分别校验3.1.4 电流保护的接线方式电流保护的接线方式，是指电流继电器线圈与电 流互感器二次绕组之间的连接方式。3.1.4.1三相三继电器完全星形接线流入每个继电器线圈的电流就是其对应相电流互 感器的二次电流。3.1.4.2两相两继电器不完全星形接线不能反映B相上发生的单相接地短路。3.1.4.3两种接线方式在各种故障时的性能分析比较当输电线路L1和L2上发生两点接地短路时，只切除离电 源较远的线路L2 ，而不切除L1 ，这样可以保证对变电 所B的正常供电。中性点不直接接地电网，允许在单
8、相接地时继续 运行两个小时。L1不停电，L2停电。L1接地相别A A B B C CL2接地相别B C A C A B保护1动作保护2动作停电线路数111111三相三继电器完全星形接线。发生六种不同相故障时，1/3L1不停电L2停电，2/3L1、 L2都停电，可见故障扩大了。L1接地相别A A B B C CL2接地相别B C A C A B保护1动作保护2动作停电线路数121121两相两继电器不完全星形接线。L1停电，L2停电。L2接地相别A A B B C CL3接地相别B C A C A B保护2动作保护3动作停电线路数222222三相三继电器完全星形接线。发生六种不同相故障时，1/3两
9、条线路停电，2/3一条线 路停电。可见停电范围缩小了。L2接地相别A A B B C CL3接地相别B C A C A B保护2动作保护3动作停电线路数121121两相两继电器不完全星形接线。根据统计，L1、L2发生两相接地短路的可能性 小于L2、L3上发生两相接地短路的可能性。因 此，中性点不直接接地系统广泛采用两相两继电 器不完全星形接线。3.1.4.4两相三继电器接线在两相两继电器的基础上，第三个继电器接在中性线上 ，流过的是A、C两相电流互感器二次电流的和，数值 等于B相电流的二次值。三角形接线，线电流等于 倍的相电流； 星形接线，线电流等于相电流。电力变压器广泛采用Y,d11型接线，
10、两相短路时，变压 器内部三角形接线侧不发生短路的相也会有短路电流。假设变压器变比为1，发生a,b两相短路，短路电流分布 如图。当变压器主保护不动作时，高压侧过电流保护作 为后备保护动作，B相灵敏度提高一倍。3.1.5 线路相间短路的三段式电流保护无时限电流速断保护、限时电流速断保护采用两 相两继电器不完全星形接线，定时限过电流保护 采用两相三继电器不完全星形接线。跳闸触点为并联关系； 定时限过电流保护必须采用三继电器接线。定时限过电流保护的动作时限按阶梯原则确定， 离电源最远的保护首先确定，越靠近电源，其定 时限过电流保护的动作时限就越长。35kV单侧电源辐射网络，已知： 1、变电所B、C中变
11、压器连接组别为Y，d11，并且装设差动 保护； 2、线路AB的最大传输功率Pmax=9MW，功率因数cos=0.9 ，系统中的发电机均装设了自动励磁调节器，自启动系数1.3 ； 3、图中电抗为归算至37kV电压级的有名值，各线路正序电抗 为X1=0.4/km； 4、系统等值阻抗Zs.max=9.4， Zs.min=6.3。解：选三段式电流保护作为线路AB的保护方案 （1）无时限电流保护的整定计算 B母线短路时流过线路AB的最大三相短路电流为线路AB的无时限电流速断保护的动作电流为其最大保护范围校验，最小保护范围最小保护范围满足要求。（2）限时电流速断保护的整定计算 与变压器T1配合，按躲过变压
12、器的低压侧母线三相短路时， 流过线路AB的最大三相短路电流整定，与相邻线路的电流速断保护相配合取较大值作为动作电流。灵敏度校验。 B母线短路时，流过线路AB的最小两相短路电流灵敏系数为灵敏系数不满足要求，改用与T1低压侧母线配合，动作时间 灵敏系数满足要求（3）定时限过电流保护的整定计算 流过线路AB的最大负荷电流动作电流为灵敏度校验。 过电流保护作为本线路的近后备时过电流保护作为相邻线路的远后备时 线路BC末端发生两相短路时流过线路AB的最小两相短路电流变压器T1低压侧发生两相短路时，流过线路AB的最小两相短 路电流（采用两相三继电器接线时）定时限过电流保护的灵敏系数均满足要求。（1）三段式
13、电流保护计算所需参数。 段：Zmax、Zmin、ES、X1、L 段：Zmax、Zmin、ES、X1、L、XT、KSS 段：P（S，Q）、cos（、sin）（2）最大短路电流用于整定计算，最小短路电 流用于校验。（3）全部参数均应折算至同一电压侧，或者使 用标幺值计算（实际工程中首选）。（3）三继电器接线，在发生两相短路时，校验 用电流应该是低压侧最小短路电流的 倍。解： 无时限电流保护的整定计算 B母线短路时流过线路AB的最大三相短路电流为线路AB的无时限电流速断保护的动作电流为其最大保护范围校验，最小保护范围最小保护范围满足要求。3.1.6 阶段式电流电压连锁保护当系统运行方式变化比较大时，
14、线路电力保护 段可能没有保护区，段的灵敏系数难以满足要 求。为了在不延长保护动作时限的前提下提高保 护的灵敏性，可以采用电流电压连锁的保护装置 。线路上发生短路故障时，母线电压的变化一般比 短路电流的变化大，因此按躲开线路末端短路时 ，保护安装处母线的残压来整定的电压速断保护 在保护范围和灵敏性方面比电流速断保护好。同一母线上引出的其他线路发生故障，或电压互 感器二次回路断线，低电压保护也会动作。因此 必须与电流保护相配合。（1）无时限电流电压连锁速断保护； （2）限时电流电压速断保护； （3）低电压（复合电压）闭锁的过电流保护， 也称为低电压（复合电压）启动的过电流保护。3.2 双侧电源输电
15、线路相间短路的方向电流保护K2点短路时，应该是QF3、QF4动作，但是在 QF3出口处发生短路时流过QF2和QF3的短路电流 一样大，QF2无时限电流速断保护必然误动作。对于过电流保护，为了满足选择性，K1发生短路 时，t2t3。无法满足要 求。K1短路时，流过保护1和保护2的功率方向是从母 线指向线路，流过保护3和保护5的方向是从线路 指向母线。此时要求保护1和保护2动作断路器。K2短路时，流过保护3和保护4的功率方向是从母 线指向线路，流过保护2和保护5的方向是从线路 指向母线。此时要求保护3和保护4动作断路器。短路功率从母线流向线路的保护，其动作具有选 择性；短路功率从线路流向母线的保护
16、，其动作 不具备选择性。利用不同的短路功率方向构成具有选择性动作的 保护方式。在电流保护装置中加装一个判别功率 方向的元件，其触点与电流继电器触电组成“与” 门。功率方向判别元件称为功率方向继电器。这 种保护装置称为方向电流保护。3.2.1 方向电流保护的工作原理3.2.2 方向电流保护的工作原理K1发生短路时，流过保护2的短路功率为正方向 ，保护2动作，流过保护3的短路功率为负方向， 保护3不动作。电流保护段不会误动作。电流 保护段的时限不需要配合。箭头方向为各保护动作方向（正方向） 。K1发生短路时，流过保护2的短路功率为正方向 ，流过保护4的短路功率为正方向，为了使保护4 不动作。电流保护段时限需要配合。不同线路同一侧的保护构成一组。 A侧电源，保护1、3、5为一组，t1t3t5； B侧电源，保护2、4、6为一组，t6t4t2 。方向过电流保护构成： 启动元件（电流继电器）；
