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1、第三章第三章 中低压线路微机保护原理中低压线路微机保护原理主讲老师： 张 宁中压线路微机保护原理3.1 阶段式电流保护阶段式电流保护1 阶段式电流保护阶段式电流保护2 反时限过电流保护反时限过电流保护3 电压闭锁的方向电流保护电压闭锁的方向电流保护中压线路微机保护原理1 阶段式电流保护阶段式电流保护输电线路发生相间短路时，电流会突然增大，利输电线路发生相间短路时，电流会突然增大，利用电流变化的这个特征构成了用电流变化的这个特征构成了电流保护电流保护。n注：阶段式电流保护一般针对单侧电源网络注：阶段式电流保护一般针对单侧电源网络电流保护包括：电流保护包括：n无时限电流速断保护无时限电流速断保护(
2、电流电流I段保护段保护 )n限时电流速断保护限时电流速断保护(电流电流II段保护段保护 )n定时限过电流保护定时限过电流保护(电流电流III段保护段保护 )中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护仅反应电流增大而能瞬时切除故障的保护称为仅反应电流增大而能瞬时切除故障的保护称为无无时限电流速断保护时限电流速断保护，也称为，也称为电流速断保护电流速断保护或或电流电流I段保护段保护。 中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护短路电流与故障点位置的关系短路电流与故障点位置的关系n三相短路电流三相短路电流k1中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护n系统最大运行方式系
3、统最大运行方式w被保护线路同一点发生短路故障时，系统等值阻抗最小，通被保护线路同一点发生短路故障时，系统等值阻抗最小，通过保护装置的电流值为最大的运行方式。过保护装置的电流值为最大的运行方式。w注：所带负荷最大。注：所带负荷最大。 n系统最小运行方式系统最小运行方式w被保护线路同一点发生短路故障时，系统等值阻抗最大，通被保护线路同一点发生短路故障时，系统等值阻抗最大，通过保护装置的电流值为最小的运行方式。过保护装置的电流值为最小的运行方式。w注：所带负荷最小。注：所带负荷最小。注：注：系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少等有关。少等
4、有关。中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护n最大短路电流最大短路电流w最大运行方式下三相短路时通过保护装置的电流为最大，称最大运行方式下三相短路时通过保护装置的电流为最大，称为最大短路电流为最大短路电流 。n最小短路电流最小短路电流w最小运行方式下两相短路时通过保护装置的电流为最小，称最小运行方式下两相短路时通过保护装置的电流为最小，称为最小短路电流为最小短路电流 。中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护保护装置的整定保护装置的整定n保护装置的启动值：保护装置的启动值：w对因电流升高而动作的电流保护而言，启动保护装置的对因电流升高而动作的电流保护而言，启动保护装置
5、的最小电流值称为保护装置的启动电流。最小电流值称为保护装置的启动电流。n保护装置的整定保护装置的整定w根据保护装置的基本要求，确定保护装置的启动值、灵根据保护装置的基本要求，确定保护装置的启动值、灵敏性和动作时限等的一系列过程。敏性和动作时限等的一系列过程。中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护工作原理工作原理1中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护以保护以保护1为例为例n当本线路末端当本线路末端d1点短路时，希望保护点短路时，希望保护1 能动作切除故障。能动作切除故障。 n当相邻线路的始端当相邻线路的始端d2点短路时，根据选择性的要求，希望保点短路时，根据选择性的
6、要求，希望保护护1就不应该动作。就不应该动作。优先保证保护的选择性优先保证保护的选择性n保护装置的启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时保护装置的启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时保护装置不启动，在继电保护技术上称为保护装置不启动，在继电保护技术上称为按躲开下一条线路按躲开下一条线路出口处短路的条件整定出口处短路的条件整定。n速断保护只保护线路的一部分。速断保护只保护线路的一部分。中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护整定计算整定计算n动作电流动作电流w整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口处通过保护装置的最
7、大短路电流口处通过保护装置的最大短路电流(最大运行方式下的最大运行方式下的三相短路电流三相短路电流)。w即即w可靠系数可靠系数 1.21.3 w其中，三相短路电流其中，三相短路电流中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护保护的灵敏性保护的灵敏性n用保护范围来衡量，通常用线路全长百分比表示。用保护范围来衡量，通常用线路全长百分比表示。n系统在最大运行方式时，保护范围最大；系统在最小系统在最大运行方式时，保护范围最大；系统在最小运行方式时，保护范围最小。运行方式时，保护范围最小。n一般应按最小运行方式、两相短路电流来校验其保护一般应按最小运行方式、两相短路电流来校验其保护范围范围w在最
8、大运行方式下，保护范围在最大运行方式下，保护范围50%w在最小运行方式下，保护范围在最小运行方式下，保护范围15% 中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护特点特点n优点优点w动作迅速，简单可靠动作迅速，简单可靠n缺点缺点w不能保护线路的全长，单独使用不能作为主保护。不能保护线路的全长，单独使用不能作为主保护。w保护范围受系统运行方式变化的影响。保护范围受系统运行方式变化的影响。 中压线路微机保护原理1.2 限时电流速断保护限时电流速断保护 限时电流速断保护限时电流速断保护(电流电流II段保护段保护 ):能以在较小能以在较小的时限，快速切除全线范围以内故障的保护。的时限，快速切除全
9、线范围以内故障的保护。要求：要求：n能够保护线路的全长能够保护线路的全长n在满足上述条件时，具有最小的动作时限。在满足上述条件时，具有最小的动作时限。中压线路微机保护原理1.2 限时电流速断保护限时电流速断保护工作原理工作原理n保护范围延长到下一条线路中，当下一条线路出口短保护范围延长到下一条线路中，当下一条线路出口短路时，保护动作。路时，保护动作。n为了保证保护选择性的要求，就需要保护的动作有一为了保证保护选择性的要求，就需要保护的动作有一定的时限。定的时限。 n为了缩短保护的时限，其保护范围不应超出下一条线为了缩短保护的时限，其保护范围不应超出下一条线路的速断保护范围。路的速断保护范围。
10、中压线路微机保护原理中压线路微机保护原理1.2 限时电流速断保护限时电流速断保护整定计算整定计算n动作电流：动作电流：w启动原则：按躲过下一条线路的电流速断保护启动原则：按躲过下一条线路的电流速断保护(电流电流段保护段保护)的保护范围末端发生短路时的最大短路电流的保护范围末端发生短路时的最大短路电流(按按躲过下一条线路电流躲过下一条线路电流段保护的整定值来整定段保护的整定值来整定)。w即：即：w可靠系数：可靠系数： 1.11.2n动作时限：动作时限：w限时速断保护的动作时限应选择得比下一条线路电流速限时速断保护的动作时限应选择得比下一条线路电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段，一般为断保护的
11、动作时限高出一个时间阶段，一般为0.5s。中压线路微机保护原理电流电流I段保护与电流段保护与电流II段保护的配合段保护的配合n在在AB线路出口短路，处于保护线路出口短路，处于保护1的的段和段和段范围以段范围以内，但是由于速断保护没有延时，它会首先动作；内，但是由于速断保护没有延时，它会首先动作；n在在AB线路末端短路，处于保护线路末端短路，处于保护1的的段范围以内，线段范围以内，线路的路的段保护动作切除故障；段保护动作切除故障；n在在BC线路出口短路，处于保护线路出口短路，处于保护2的的段范围之内，也段范围之内，也在保护在保护1和保护和保护2的的段范围之内，但是由于保护段范围之内，但是由于保护
12、2的的段保护没有延时，所以保护段保护没有延时，所以保护2的电流速断保护会动作。的电流速断保护会动作。 中压线路微机保护原理00保护保护2无时限无时限电流速断范围电流速断范围保护保护1无时限无时限电流速断范围电流速断范围中压线路微机保护原理1.3 定时限过电流保护定时限过电流保护过电流保护是指其启动电流按躲最大负荷电流来过电流保护是指其启动电流按躲最大负荷电流来整定的保护。整定的保护。n它是三段式电流保护的第它是三段式电流保护的第 段。段。n该保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的该保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。全长。n可作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一线路可作
13、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。保护的远后备保护。中压线路微机保护原理中压线路微机保护原理1保护保护I1段段保护保护范围范围1保护保护1段段保护保护范围范围2保护保护I段保护范围段保护范围1 1保护保护II1段范围段范围 三段式电流保护保护范围示意图三段式电流保护保护范围示意图 中压线路微机保护原理2 反时限过电流保护反时限过电流保护启动电流仍为躲过最大负荷电流来整定。启动电流仍为躲过最大负荷电流来整定。 标准反时限：标准反时限： 中压线路微机保护原理2 反时限过电流保护反时限过电流保护相邻线路的反时限过电流保护的配合相邻线路的反时限过电流保护的配合nIset.1=
14、KrelI set.2n保护保护1的反时限过电流保护动作时限要比下一级长。的反时限过电流保护动作时限要比下一级长。电流电流III段保护与下一级反时限过电流保护的配合段保护与下一级反时限过电流保护的配合nIset. III .1=KrelI set.2n保护保护1的电流的电流III段保护动作时限要比下一级长。段保护动作时限要比下一级长。反时限过电流保护与下一级电流反时限过电流保护与下一级电流III段保护的配合段保护的配合nIset.1=KrelI set. III .2n保护保护1的反时限过电流保护动作时限要比下一级长。的反时限过电流保护动作时限要比下一级长。中压线路微机保护原理3 方向电流保护
15、方向电流保护分析：分析：整定值：在整定值：在d1点短路时，要求保护点短路时，要求保护1和和2动作，保护动作，保护3不动作，不动作，即即Id1Iset.2 ；在在d2点短路时，要求保护点短路时，要求保护3和和4动动作，保护作，保护2不动作，即不动作，即Id2Iset.3， Id2重合成功重合成功n当重合于瞬时性故障上时的当重合于瞬时性故障上时的作用：作用：w提高供电的可靠性提高供电的可靠性永久性故障永久性故障重合不成功重合不成功n当重合于永久性故障上时的当重合于永久性故障上时的不利影响不利影响：w电力系统又一次受到故障的冲击电力系统又一次受到故障的冲击 w使断路器的工作条件恶化使断路器的工作条件
16、恶化中压线路微机保护原理自动重合闸的要求自动重合闸的要求 n自动重合闸动作应该非常迅速自动重合闸动作应该非常迅速 n动作次数要符合规定动作次数要符合规定 n自动重合闸动作后，应自动复归自动重合闸动作后，应自动复归n自动重合闸应该能在重合闸动作后或重合闸动作前，自动重合闸应该能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护的速度加速继电保护的速度 n自动重合闸应该能自动闭锁自动重合闸应该能自动闭锁 中压线路微机保护原理自动重合闸的分类自动重合闸的分类 n按作用于断路器的方式，分为三相按作用于断路器的方式，分为三相ARC、单相、单相ARC和和综合综合ARC三种三种 。n按动作次数分为一次重合闸和二次重
17、合闸。按动作次数分为一次重合闸和二次重合闸。n按重合闸的使用条件，可分为单侧电源重合闸和双侧按重合闸的使用条件，可分为单侧电源重合闸和双侧电源重合闸。电源重合闸。w其中双侧电源重合闸又分为快速重合闸、非周期重合闸、其中双侧电源重合闸又分为快速重合闸、非周期重合闸、检定无压重合闸和检定同期重合闸。检定无压重合闸和检定同期重合闸。 中压线路微机保护原理2 单侧电源线路的三相一次自动重合闸单侧电源线路的三相一次自动重合闸 三相一次自动重合闸三相一次自动重合闸是指不论在输电线路上发生相间短路是指不论在输电线路上发生相间短路或者是单相接地短路，继电保护动作将线路三相断路器一或者是单相接地短路，继电保护动
18、作将线路三相断路器一起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器重新合上的起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器重新合上的重合闸方式。重合闸方式。 单侧电源线路的三相一次自动重合闸的基本要求：单侧电源线路的三相一次自动重合闸的基本要求：n安装地点：线路的电源侧安装地点：线路的电源侧 n适用范围适用范围35kV及以下的线路及以下的线路 中压线路微机保护原理3 双侧电源线路的三相重合闸双侧电源线路的三相重合闸 需要考虑两个问题需要考虑两个问题n时间的配合时间的配合。要考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸，。要考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸，此时须保证两侧均跳闸后，故障点有足够的去游离时此时须保证两侧均
19、跳闸后，故障点有足够的去游离时间。间。 n周期问题周期问题。重合时两侧系统是否同步以及是否允许非。重合时两侧系统是否同步以及是否允许非同步合闸。同步合闸。 中压线路微机保护原理检无压检无压和和检同期检同期的三相自动重合闸的三相自动重合闸n除了装有自动重合闸装置以外，还在线路两侧加装测除了装有自动重合闸装置以外，还在线路两侧加装测量元件，从而测量线路两侧的电压进行无压检测，检量元件，从而测量线路两侧的电压进行无压检测，检测出线路上有没有电压，以及同期检测，即检测是否测出线路上有没有电压，以及同期检测，即检测是否满足同期条件。满足同期条件。 n注注：一般情况下两侧都加装检无压和检同期装置，以：一般
20、情况下两侧都加装检无压和检同期装置，以使其工作条件接近相同使其工作条件接近相同 。中压线路微机保护原理4 重合闸与继电保护的配合重合闸与继电保护的配合重合闸前加速保护重合闸前加速保护(简称前加速简称前加速) n当线路发生故障时，保护首先无选择性的瞬时切除故当线路发生故障时，保护首先无选择性的瞬时切除故障，若重合不成功，第二次保护动作是按有选择性方障，若重合不成功，第二次保护动作是按有选择性方式切除故障。式切除故障。中压线路微机保护原理前加速保护的优点前加速保护的优点n能够快速的切除瞬时性故障能够快速的切除瞬时性故障 n使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合使瞬时性故障来不及发展成永久
21、性故障，从而提高重合闸的成功率。闸的成功率。 n保证发电厂和重要变电站的母线电压在保证发电厂和重要变电站的母线电压在0.60.7倍额定倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量n使用设备少，简单、经济使用设备少，简单、经济 中压线路微机保护原理前加速保护的缺点前加速保护的缺点n断路器断路器1工作条件恶劣，动作次数多工作条件恶劣，动作次数多n重合于永久性故障时，故障切除时间可能较长重合于永久性故障时，故障切除时间可能较长n若重合闸装置或断路器若重合闸装置或断路器1拒绝合闸，将扩大停电范围拒绝合闸，将扩大停电范围适用范围适用范围： 35kV及以下
22、线路及以下线路中压线路微机保护原理重合闸后加速保护重合闸后加速保护(简称后加速简称后加速) n每条线路都装有选择性的保护和自动重合闸每条线路都装有选择性的保护和自动重合闸 n在第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，在第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后加速保护动作，切除故障。若是永久性故障，重合后加速保护动作，切除故障。 中压线路微机保护原理后加速保护的优点：后加速保护的优点：n第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围 n保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性
23、的n 使用中不受电网结构和负荷条件的限制使用中不受电网结构和负荷条件的限制后加速保护的缺点：后加速保护的缺点：n每一个保护都有安装自动重合闸装置，较前加速复杂每一个保护都有安装自动重合闸装置，较前加速复杂 n第一次切除故障时带有延时第一次切除故障时带有延时适用范围适用范围： 35kV以上线路以上线路中压线路微机保护原理阶段式电流保护阶段式电流保护n无时限电流速断保护无时限电流速断保护(电流电流I段保护段保护 )n限时电流速断保护限时电流速断保护(电流电流II段保护段保护 )n定时限过电流保护定时限过电流保护(电流电流III段保护段保护 )n其中，电流其中，电流I段保护和电流段保护和电流II段保
24、护作为本线路的段保护作为本线路的主保主保护护，电流，电流III段保护作为本线路的段保护作为本线路的近后备保护近后备保护以及下一以及下一条线路的条线路的远后备保护远后备保护。中压线路微机保护原理电流电流I段保护段保护是指是指仅反应电流增大而能瞬时切除故障的仅反应电流增大而能瞬时切除故障的保护保护整定原则：整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口处通过保护装置的最大短路电流口处通过保护装置的最大短路电流灵敏性灵敏性(利用保护范围来衡量利用保护范围来衡量)：n在最大运行方式下，保护范围在最大运行方式下，保护范围50%n在最小运行方式下，保护范围在最小运
25、行方式下，保护范围15% 中压线路微机保护原理1.1 电流速断保护电流速断保护特点特点n优点优点w动作迅速，简单可靠动作迅速，简单可靠n缺点缺点w不能保护线路的全长，单独使用不能作为主保护。不能保护线路的全长，单独使用不能作为主保护。w保护范围受系统运行方式变化的影响。保护范围受系统运行方式变化的影响。 中压线路微机保护原理电流电流II段保护段保护是指能以在较小的时限，快速切除全是指能以在较小的时限，快速切除全线范围以内故障的保护线范围以内故障的保护整定原则：整定原则：按躲过下一条线路的电流按躲过下一条线路的电流段保护的保段保护的保护范围末端发生短路时的最大短路电流护范围末端发生短路时的最大短
26、路电流动作时限：动作时限：动作时限应选择得比下一条线路电流动作时限应选择得比下一条线路电流段保护的动作时限高出一个时间阶段，一般为段保护的动作时限高出一个时间阶段，一般为0.5s中压线路微机保护原理电流电流I段保护与电流段保护与电流II段保护的配合段保护的配合n在在本线路出口本线路出口短路短路，处于保护，处于保护1的的段和段和段范围以内，段范围以内，但是由于速断保护没有延时，它会首先动作；但是由于速断保护没有延时，它会首先动作；n在在本线路末端本线路末端短路，处于保护短路，处于保护1的的段范围以内，线路段范围以内，线路的的段保护动作切除故障；段保护动作切除故障；n在在下一条线路出口下一条线路出
27、口短路，处于保护短路，处于保护2的的段范围之内，段范围之内，也在保护也在保护1和保护和保护2的的段范围之内，但是由于保护段范围之内，但是由于保护2的的段保护没有延时，所以保护段保护没有延时，所以保护2的电流速断保护会动的电流速断保护会动作。作。 中压线路微机保护原理00保护保护2无时限无时限电流速断范围电流速断范围保护保护1无时限无时限电流速断范围电流速断范围中压线路微机保护原理电流电流段保护是指其启动电流按躲最大负荷电流段保护是指其启动电流按躲最大负荷电流来整定的保护来整定的保护中压线路微机保护原理1保护保护I1段段保护保护范围范围1保护保护1段段保护保护范围范围2保护保护I段保护范围段保护
28、范围1 1保护保护II1段范围段范围 三段式电流保护保护范围示意图三段式电流保护保护范围示意图 中压线路微机保护原理方向电流保护方向电流保护故障方向：指故障发生在保护安装的哪一侧，可以将故障分故障方向：指故障发生在保护安装的哪一侧，可以将故障分为正方向故障和反方向故障。为正方向故障和反方向故障。 n正方向故障：在正方向故障：在“母线指向线路母线指向线路”的方向上发生故障。的方向上发生故障。n反方向故障：在反方向故障：在“线路指向母线线路指向母线”的方向上发生故障。的方向上发生故障。中压线路微机保护原理在在d1点短路，保护点短路，保护2为正方向为正方向U &在在d2点短路，保护点短路，保护2为反
29、方向为反方向中压线路微机保护原理动作方程（正方向故障）动作方程（正方向故障）中压线路微机保护原理输电线路三相自动重合闸输电线路三相自动重合闸n自动重合闸的概念自动重合闸的概念n单侧电源线路的三相一次重合闸单侧电源线路的三相一次重合闸n双侧电源线路的三相重合闸双侧电源线路的三相重合闸n重合闸与继电保护的配合重合闸与继电保护的配合中压线路微机保护原理自动重合闸装置自动重合闸装置是当断路器跳开后按需要自动投是当断路器跳开后按需要自动投入的一种自动装置，简称入的一种自动装置，简称ARCn瞬时性故障瞬时性故障重合成功重合成功n永久性故障永久性故障重合不成功重合不成功适用范围：适用范围：自动重合闸应用在输
30、电线路上较多自动重合闸应用在输电线路上较多ARC按动作次数分为一次重合闸和二次重合闸按动作次数分为一次重合闸和二次重合闸中压线路微机保护原理单侧电源线路单侧电源线路n三相一次自动重合闸三相一次自动重合闸是指不论在输电线路上发生相间短路是指不论在输电线路上发生相间短路或者是单相接地短路，继电保护动作将线路三相断路器一或者是单相接地短路，继电保护动作将线路三相断路器一起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器重新合上的起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器重新合上的重合闸方式。重合闸方式。双侧电源线路双侧电源线路(时间的配合和周期问题时间的配合和周期问题)n检无压检无压和和检同期检同期的三相自动重
31、合闸的三相自动重合闸中压线路微机保护原理前加速保护前加速保护n当线路发生故障时，保护首先无选择性的瞬时切除故当线路发生故障时，保护首先无选择性的瞬时切除故障，若重合不成功，第二次保护动作是按有选择性方障，若重合不成功，第二次保护动作是按有选择性方式切除故障。式切除故障。n若发生瞬时性故障，能够快速的切除瞬时性故障若发生瞬时性故障，能够快速的切除瞬时性故障n若发生永久性故障，故障切除时间较长若发生永久性故障，故障切除时间较长中压线路微机保护原理后加速保护后加速保护n在第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，在第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后加速保护动作，切除故障若是永久性故障，重合后加速保护动作，切除故障n若发生永久性故障，能有选择性的快速切除故障若发生永久性故障，能有选择性的快速切除故障中压线路微机保护原理
