电力系统继电保护教学课件全书电子讲义.ppt

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故,是指整个系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，以至造,成对用户：,1.,少送电,2.,停止送电,3.,电能质量降低到不能允许的地步,4.,造成设备损坏和人身伤亡,继电保护：,故障和异常运行状态，,都可能在电力系统中引起事故，使发,电厂、电力系统中的一部分供电中断或正常运行遭到破坏。,甚至造成人身伤亡和电气设备损坏，除应采取积极措施预防,发生故障，还应在一旦发生故障时，能迅速而有选择地切除,故障元件，使非故障部分继续工作。这种通过快速选择切除,故障元件而处理故障和消除异常运行的自动化技术及其装备,称为“继电保护”。,继电保护的任务,（,1,）发生故障时，自动、迅速、有选择地切除故障元,件，使故障元件避免继续遭到破坏，使无故障部分,的元件恢复正常运行；,（,2,）出现异常运行状态时，及时向值班人员发出不正常,运行的警告信号、减负荷或跳闸，使不正常运行状,态能得以消除。,继电保护的基本原理和保护装置的组成,继电保护的基本原理,基本原理：,利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理,量为信号量，当突变量达到一定值时，启动逻辑,控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。,即：利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的特征构,成保护的判据，根据不同的判据就构成不同原理的继电,保护。例如,:,（,1,）电流增加（过电流保护）,:,故障点与电源直接连接的电气设备上的电流会增大；（,2,）,电压降低（低电压保护）,:,各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，短路点的电压降低到零；,（,3,）电流电压间的相位角会发生变化,（方向保护）,:,正常,20,左右，短路：,60,85,；,（,4,）电压与电流的比值会发生变化,(,距离保护也称阻抗保护,):,系统正常运行是负荷阻抗，其值较大，系统短路时,Z,是保护安装处到短路点之间的阻抗，其值较小。（,5,）电流差动保护,:,正常运行时,I,入,=I,出,，短路时,I,入,I,出,；（,6,）分量保护,:,出现,I,(2),、,I,(0),分量，即,负序、零序保护,。（,7,）另外非电气量保护：,瓦斯保护，过热保护。,继电保护装置的组成,一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。,（,1,）测量部分,测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，从而判断保护是否应该起动。,（,2,）逻辑部分,逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有,“,或,”,、,“,与,”,、,“,否,”,、,“,延时起动,”,、,“,延时返回,”,以及,“,记忆,”,等回路。,（,3,）执行部分,执行部分是根据逻辑部分输出的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等,。,对继电保护的基本要求,动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即,选择性、速动性、灵敏性和可靠性。,1,选择性,继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，,仅将故障元件从电力系统中切除，使停电的范围尽,量小，以保证系统中的无故障部分仍能继续工作。,1,选择性,当,k1,短路时，保护,1,、,2,动,跳,1QF,、,2QF,，有选择性；当,k2,短路时，保护,5,、,6,动,跳,5QF,、,6QF,，有选择性；当,k3,短路时，保护,7,、,8,动,跳,7QF,、,8QF,，有选择性；若保护,7,拒动或,7QF,拒动，保护,5,动,跳,5QF,（有选择性）；若保护,7,和,7QF,正确动作于跳闸，保护,5,动,跳,5QF,，则越级跳闸（非选择性）。,2,速动性,快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低,的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。,对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具,体情况来确定，例如：,(1),根据维持系统稳定的要求，必须快速切除的高压输电线路上发生的故障,(2),使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值,(,一般为,0.7,倍额定电压,),的故障；,(3),大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障；,(4)1-10kV,线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障等；,(5),可能危及人身安全、对通讯系统或铁道标志系统有强烈干扰的故障等；,故障切除的总时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。,一般的快速保护的动作时间为,0.04,0.08s,，最快的可达,0.01,0.02s,；,一般的断路器的动作时间为,0.06,0.15s,，最快的可达,0.02,0.06s,。,3,灵敏性,继电保护的灵敏性，是指,对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态,的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的,位置和短路的类型,如何，都能灵敏地正确反应。通常灵敏性用灵敏系数来,衡量，表示为,K,sen,：,反应故障参数增加的保护装置（如电流保护），其灵敏系数：,反应故障参数降低的保护装置（如低电压保护），其灵敏系数：,其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,4,可靠性,保护装置的可靠性：,是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作,(,拒动）（安全性,）,，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该错误动作,（误动）（信赖性）,。,影响可靠性的因素：,内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；,外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装。,提高可靠性的措施：,选用适当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件和触点的数量；,提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施；,提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理；,采取保护装置多重化。,以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也,是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间，既有矛盾的一,面，又有在一定条件下统一的一面。,4,电力系统继电保护的分类,（,1,）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护,（,2,）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；,（,3,）按保护所反应故障类型分类：,相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失压保护、失磁保护及过励磁保护等；,（,4,）按保护所起的作用分类：,主保护、后备保护、辅助保护等；,主保护,满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度,有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。,后备保护,主保护或断路器拒动时用来切除故障的保,护。又分为远后备保护和近后备保护两种。,远后备保护,：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设,备或线路的保护来实现的后备保护。,近后备保护：,当主保护拒动时，由本电力设备或线路的,另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器,失灵保护来实现后备保护。,辅助保护：,为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和,后备保护退出运行而增设的简单保护。,2.1,电流互感器,第一章,继电保护的基本元件,互感器是按比例变换电压或电流的设备。,互感器的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（,100V,）或标准小电流（,5A,或,10A,，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。分为电压互感器和电流互感器两大类。,电压互感器,按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。前者多用于,220,千伏（,kV,）及以下各种电压等级；后者则一般用于,110kV,以上的电力系统，在,330,765kV,超高压电力系统中应用较多。按用途，电压互感器又分为测量用和保护用两类。,电流互感器,工作原理、等值电路与一般变压器相同，只是其原边绕组,串联,在被测电路中，且,匝数很少,；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，,近似短路。,原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，与电流互感器副边负载无关。,1,.1,互感器,互感器的接线,1、1、1、,电压互感器,电压互感器：是将电力系统的高电压变成一定标准的低电压的电器设备。从结构上讲是一种小容量、大,电压比的变压器。,特点：,1,、电压互感器二次回路的负载是计量表计的电压线,圈和继电保护及自动装置的电压线圈，其阻抗很,大，二次工作电流小，相当于变压器空载运行。,2,、电压互感器二次绕组,不能短路,。,1、,1,、,2,、电流互感器,电流互感器的作用是将电力系统的一次电流按一定的变比换成二次较小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流，同时还可以使二次设备一次高压隔离，保证工作人员的安全。,电流互感器的极性和一、二次电气量的正方向。,互感器一次测电流从正极性端子流入时，二次侧电流从正极性端子流出；当一次测电流从反极性端子流入时，二次电流也从反极性端子流出，这时一、二次侧电流同相位。,电流互感器的,10%,误差曲线,电流互感器在运行中，由于励磁电流的存在，电流互感器一次折算后的电流,和二次电流大小不相等，相位不相同，在电流转换中出现数值和相位误差。,当一次侧发生短路故障时，流入电流互感器的一次电流远大于其额定值，因,铁芯饱和,电流互感器会产生较大误差。,继电保护规程规定，用于保护的电流互感器，变比误差在最坏的条件下不得,超过,10%,；一次折算后的电流和二次电流相位差在最坏条件下不得超过,7,度。为了,控制误差在这个范围，生产厂按照试验绘制,10%,误差曲线。,10%,误差曲线,：是指一次电流倍数,m,与最大允许负载阻抗,Zen,的关系曲线，称为,10%,误差曲线。如图所示。对于同一个电流互感器来说在保证其误差不超过允,许值的前提下，如果二次负荷阻抗较大则允许的一次电流倍数,m,就较小。如果二,次负荷阻抗较小，则允许的一次电流倍数,m,就较大。,在,选电流互感器,时，如果已知,电流互感器的,一次电流倍数，就可从对应的,10%,误差曲线,查得允许的二次负荷阻抗,Zen,。只要实际的,二次负荷阻抗,Z,2,Zen,，就满足要求。,图,电流互感器的,10%,误差曲线,电流互感器使用注意事项,电流互感器在工作时其二次侧,不允许开路,。,电流互感器的二次侧有一端必须接地，以防止一、,二次侧绕组绝缘击穿时，一次侧高压窜入二次侧，,危及人身和设备安全。,电流互感器若在连接时，要注意其端子的极性。,否则二次侧所接仪表、继电器中所流过的电流不,是预想的电流，甚至会引起事故。,电流继电器,过电流继电器,电压继电器,中间继电器,时间继电器,信号继电器,过电压继电器,低电压继电器,反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器,反应被保护元件电压升高而动作的一种继电器,接点多容量大,可实现短延时,及自保持。,多用于出口回路和逻辑回路,建立保护所需要的延时时间。,当保护装置动作时，明显标示出继电器,或保护装置动作状态,常用电磁型继电器的类型,反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器,上页,下页,返回,继电器的继电特性,继电特性：,无论起动和返回，继电器的动作都是明确,干脆的，它不可能停留在某一个中间位置。,继电器的继电特性,动作电流,返回电流,：能使继电器动作的最小电流。,(,可调整,),：能使继电器返回的最大电流。,返回系数：,过量继电器：,K,re,1,1,1、,2,电磁式过电流继电器,电磁转矩满足下面关系时，继电器动作,电磁转矩满足下面关系时，继电器返回,：通过继电器的电流产生电磁力矩,：螺旋弹簧产生的反力矩,符号,31,DL-10,型继电器内部接线,图,DL-10,型继电器内部接线,（,a,）动合触点，两绕组串联接法；,(b),动合触点，两绕组并联接法,上页,下页,返回,动作电流,返回电流,返回系数,使电流继电器动合触点闭合的最小电流,使电流继电器动合触点打开的最大电流,返回电流与动作电流之比,实验接线,合上电源开关,S,调整自耦调压器,使,输入电流继电器的电流升高,当小灯,刚好亮时电流表指示的电流就是继电,器的动作电流,.,调整自耦调压器,使输入电流继电器,的电流减小,当小灯刚好熄灭时,电流,表指示的电流就是继电器的返回电流,.,电磁型过电流继电器的参数,1、,3,电磁型低电压继电器参数,上页,下页,返回,动作电压,返回电压,返回系数,使电压继电器动断触点闭合的最大电压,使电压继电器动断触点打开的最小电压,返回电压与动作电压之比,实验接线,合上电源开关,S,调整自耦调压器,使,输入电压继电器的电压升高至额定值,这时继电器动断触点打开,调整自耦,调压器,减小加入继电器的电压,当小,灯刚好亮时,电压表指示的电压就是,继电器的动作电压,.,调整自耦调压器,使输入电压继电器,的电压升高,当小灯刚熄灭时,电压,表指示的电压就是继电器的返回电压,.,1,、,4,时间继电器,时间继电器的作用：为保护装置建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系。,图形符号：,1,、,5,中间继电器,中间继电器的作用：用以同时接通或断开几条独立回路和用以代替小容量触点或者带有不大延时来满足保护的需要，在保护中起中间桥梁作用。,有如下特点：,(1),触点容量大，可直接作用于断路器跳闸,(2),触点数目多,(3),可实现时间继电器难以实现的短延时,(4),可实现保护装置电流起动、电压保持或电压起动、,电流保持,符号,1,、,6,信号继电器,信号继电器的作用：用以在保护动作时，发出灯光和音响信号，并对保护装置的动作起记忆作用，以便分析保护装置动作情况和电力系统故障性质。,符号,1,、,7,变换器,常用变换器有电压变换器,(UV),电流变换器,(UA),，电抗变换器,(UX),。,一,.,电压变换器,二,.,电流变换器,三,.,电抗变换器,三种变换器共性：无论输入是电流还是电,压，,输出都为电压,。,微机保护装置概述,微机保护装置,微机保护：,采用微机来实现的保护。,优点：,（,1,）可靠性高；,（,2,）灵活性强；,（,3,）性能改善，功能易于扩充；,（,4,）维护调试方便；,（,5,）有利于实现变电站综合自动化,阶段式继电保护基本原理,阶段式电流保护,相间故障,阶段式零序电流保护,接地故障,阶段式距离保护,相间故障,接地故障,阶段式继电保护是继电保护原理的精髓，是继电保护所独有的理论（其他的保护原理在基础课和专业基础课中一般能找到理论根据。如差动保护原理是建立在基氏第一定理之上的；而各种变,化量保护的原理则是建立在迭加原理之,上的），是继电保护基础。,输电线路为什么要采用阶段式继电保护,简单的回答是为满足“四个基本要求”。,具体分析可从两方面理解：,一、测量误差，即被保护线路故障时保护测,得的故障量会出现误差；,二、为防止线路故障时主保护及,、,段,保护由于某种原因拒动，而增设的后备,保护即第,段保护。,阶段式保护要解决的问题,解决,配合,问题：,保护范围的配合,动作时间的配合,整定值（边界）的配合。,一、各段保护间保护范围和动作时间的配合,保护范围的配合,第,段保护的保护范围分析,第,段保护又称为瞬时速断保护,其保护范围被限制在被保护线路全长的,85%,以内。,?,为什么不能让第,段保护保护范围,更长一点，甚至保护线路的长？,根据选择性的要求,:,下级线路故障,应由下级线路的继电保护装置动作将故障切除；若上级线路第,段保护的保护范围为线路的全长，则在下级线路的首端发生故障时，由于,测量误差,，上级线路的第,段保护有可能与下级线路的第,段保护同时动作，这样，上级线路的第,段保护就失去了选择性；为了满足,选择性,，第,段保护就不能保护线路的全长，及必须缩短保护范围。,缩短的范围，理论上应该视,测量误差,的大小而定。从保护线路的角度出发，,在保证,选择性,的前提下，缩短的范围应,该越短越好；根据工程统计，缩短的范,围一般为线路全长的,15%,，即第,段保,护的保护范围为线路全长的,85%,就能满,足要求。,第,段保护的作用,第,段保护又称作带时限速断保护。第,段保护的作用是保护第,段保护保护不到的,部分，即第,段保护必须保护线路的全长。,要保护线路的全长，由于测量误差的存在，,第,段的保护范围必然会延伸到下级线路。,这样，上级线路的第,段保护就要考虑与下,级线路上的保护配合。,第,段保护与下级的第,段保护配合,上级第,段的保护范围不能超过下级第,段的保护范围；一般在下级第,段保护 范围的基础上再缩短,15%,。,第,段保护与下级线路第,段保护时动作时间分析,从快速性的要求出发，保护带的时限应,尽可能短，但必须保证：在下级第,段保,护范围内发生故障时，下级第,段保护动,作，将故障切除，故障切除后，上级的第,段有足够的返回时间。用公式表示为：,t,=t,+t,第,段保护与下级线路第,段保护时动作时间分析,当上级的第,段保护的保护范围或灵敏度满足,不了要求时，可考虑与下级的第,段配合；即上,级第,段的保护范围不能超过下级第,段的保护,范围；一般在下级第,段保护范围的基础上再缩,短,15%,。动作时间为：,t,上级,=,t,下级,+t,第,段保护的作用,第,段保护是后备保护。后备分近后备和远后备，近后备是作本断路器上其他保护的后备；远后备是作下级断路器上所有保护的后备和下级断路器的后备，即当下级的保护或断路器由于某种原因拒动时，上级的后备保护动作，将故障切除。第,段保护由于要作下级的后备保护，因此，他的保护范围应该包括下级线路的全长。为了满足选择性，第,段保护必须带延时，即：,t,上级,=,t,下级,+t,例,:,二、各段保护间整定值（边界）的配合,各种保护的保护范围，实际上是由保护的整定值来决定的。保护之间的保护范围配合，由整定值的配合来实现。,整定值（边界）的一般 概念,简单的保护装置，整定值是一个标量，其动作边界表示在直角坐标平面上为一根直线，整定值（边界）,Y,整定值,(,边界,),X,O,整定值是保护动作与不动作的分界,（边界）。如果保护的原理是反应测量量增加而动作的，则：测量量大于或等于整定值时保护动作，测量量小于整定值时保护不动作。如果保护的原理是反应测量量减小而动作的，则：测量量小于或等于整定值时保护动作，测量量大于整定值时保护不动作。,复杂的保护装置，整定值是一个或几,个矢量,，,其动作边界表示在复坐标平面上为直线、圆或其他几何图形,各段保护间整定值（边界）的配合,设D、D、D分别为第段、第段和第,段保护的整定值，同一断路器上反应测量量增加而动作的保护：,D,D,D,反应测量量减小而动作的保护：,D,D,D,当上级保护的保护范围伸到了下级时，上级保护的整定值必须与下级保护的整定值进行配合。,即：,D,上级,=K,mat,D,下级,第三章,电网的电流保护,3,.1,3,.2,单侧电源网络相间短路,电流保护,双侧电源网络相间短路,方向电流保护,3.1.1,单侧电源网络相间短路时电流量值特征,最大运行方式和最小运行方式：,对继电保护而言，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，称为系统,最大运行方式,，,对应的系统等值阻抗最小，,Z,s,Z,s.min,。,对继电保护而言，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，称为系统,最小运行方式,，对应的系统等值阻抗最大，,Z,s,Z,s.max,。,近似短路计算,C,B,A,1QF,I,k,2QF,3QF,Z,s,Z,k,E,E,3,两相短路：,I,(2),(,3,),三相短路：,I,k,k,Z,2,Z,Z,Z,s,k,s,k,E,：,系统等效电源的相电动势,E,:,保护安装处至系统等效电源的等效阻抗,：,保护安装处至短路点阻抗,3.1.1,单侧电源网络相间短路时电流量值特征,要构成完善的保护，需考虑决定短路电流的因素：,（,1,）系统运行方式（,Z,s,）,（,2,）电力系统正常运行状态（,E,）,（,3,）短路类型（三相、两相）,（,4,）短路点位置（,Z,k,）,3.1.1,单侧电源网络相间短路时电流量值特征,C,B,A,1QF,2QF,3QF,I,k,Z,s,Z,k,E,I,k,.,m,ax,Z,s,.,m,i,n,Z,k,E,3,I,k,.,m,i,n,Z,k,2,Z,s,.,m,ax,各种运行方式下：,最大短路电流：,最小短路电流：,（最大运行方 下）,（最小运行方式下 ）,3.1.1,单侧电源网络相间短路时电流量值特征,3.1.2 电流速断保护,1),工作原理,对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护，也称电流,I,段。,为了保证其,选择性,，一般只能保护线路的一部分。,电流速断保护整定原则,A,C,B,xa,Z,L,Zs,I,k.1,I,k.2,整定：按“躲开下一线路出口处短路条件”整定,保护,2,的电流速断整定值：,保护,1,的电流速断整定值：,E,I,I,K,I,I,I,I,I,act,.1,r,el,k,.,C,.,m,a,x,act,.2,k,.,B,.,m,ax,Z,s,.,m,i,n,Z,AB,E,I,K,r,el,I,I,I,K,r,el,I,k,.,B,.,m,ax,Z,s,.,m,i,n,Z,AB,Z,BC,K,I,rel,为可靠系数，取,1.21.3,，是考虑非周期分量影响、实际短,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。,2,1,act,.2,电流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,4060ms,，一般,加装一个动作时间为,6080ms,的保护出口中间继电器，一方面延时，另一方面扩大触点的容量和数量。,对电流速断保护的评价,优点：动作速度快，接线简单；,缺点：,1),不能保护线路全长；,2),保护范围受运行方式的影响。,3.1.3,限时电流速断保护,也称电流,II,段，能以较小的时限快速切除全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。,与无时限电流速断保护配合作为被保,护线路相间短路的主保护。,1),为了保护本线路全长，保护区要延伸到相邻线路、,或相邻元件的一部分；,2),为了保证动作的选择性，应带一定的时限；,3),为了尽量缩短时限，其保护范围不超过下一线,路,电流速断保护的动作范围。,基本原理,：,3.1.3,限时电流速断保护,按躲开下一线路电流,I,段的整定值进行整定。,1,）起动电流的整定,3.1.3,限时电流速断保护,1,2,A,B,C,2),动作时限（考虑选择性问题）,应比下一条线路电流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,3.1.3,限时电流速断保护,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,K,s,e,n,3,）,灵敏性的校验,灵敏性用灵敏系数 衡量：,3.1.3,限时电流速断保护,限时电流速断保护的灵敏性校验,运行方式：最小,短路类型：两相,短路点：本线路末端,要求,K,sen,1.31.5,基本出发点：选择在要求的保护区内短路最不利于保护动作的情况，来校验保护是否能够动作,限时电流速断保护的灵敏性校验,当灵敏度不满足要求时，与下一线路,II,段配合。,1,2,4),限时电流速断保护的构成（单相）,5),对限时电流速断保护的评价,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,；,与电流速断共同构成被保护线路的主保护，兼作电流速断,的近后备保护。,优点：可保护本线路全长，可作为电流速断的近后备保护；,缺点：速动性差（有延时）。,3,.1.,4,过电流保护,过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷电流,来整定的保护，也称电流,III,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。,起动电流的整定考虑两点：,（,1,）大于流过该线路的最大负荷电流,I,l.m,ax,（,2,）外部故障切除后电动机自起动时，应可靠返回,3.1.4,过电流保护,起动电流的整定,3.1.4,过电流保护,2),动作时限,3.1.4,过电流保护,3),灵敏性的校验,a.,作为近后备时,采用最小运行方式下本线路末端两相短路时,的电流来校验，要求,K,sen,1,.,3,1.5,。,A,B,C,3.1.4,过电流保护,3),灵敏性的校验,b.,作为远后备时,采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电,流来校验，要求,K,sen,1.2,A,B,C,3.1.4,过电流保护,4),过电流保护的构成（单相）,3.1.4,过电流保护,3.1.4,过电流保护,5),评价,过电流保护的动作电流小，其灵敏度更高；,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；,保护范围是本线路和相邻下一线路全长；,3,.1.,5,阶段式电流保护配合,电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流升,高而动作的保护。其主要区别在于按照不同的原则选择起动电流。,电流速断保护：按躲开本线路末端最大短路电流整定；,限时电流速断：按躲开下一线路相邻元件电流速断保护的最大动,作范围整定；,过电流保护：按躲开本元件最大负荷电流整定。,电流速断保护不能保护线路全长，限时电流速断保护不能作为相邻,元件的后备保护，为迅速而有选择性地切除故障常常将电流速断、,限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式的电流保护,.,阶段式电流保护评价,优点：简单、可靠，一般情况下可满足快速切除,故障要求。,缺点：受电网接线和运行方式变化影响大。,应用：35kV及以下的电网中。,3,.1.,6,电流保护的接线方式,所谓电流保护的接线方式是指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。,为能反映所有类型的相间故障，电流保护要求至少在两相线路上应装设有电流互感器和电流测量元件,（一）两种常用的接线方式,特点：三相电流互,感器二次绕组与三 个电流继电器分别 按相连接，三个继,电器触点并联。,(1),三相星形接线(完全星形),中性线上流回的电流,I,a,I,b,I,c,3.1.6,电流保护的接线方式,（一）两种常用的接线方式,(2),两相星形接线,(,不完全星形,),特点：,只有,a,c,两相装设电,流互感器，按相连,接继电器。,中性线上流回的电流,3.1.6,电流保护的接线方式,（二）两种接线方式在各种故障时的性能分析,1.对各种相间短路,相同之处：两种接线方式均,能正确反应。,不同之处：动作的继电器个数不同,2.中性点直接接地系统的单相接地短路,三相星形：接线可反应各种单相接地故障,两相星形：接线不能反应B相接地故障,3.1.6,电流保护的接线方式,3.,中性点非直接接地系统中的,异地两点接地,短路,（,1,）在相互串联的两条线路上,I,II,1,K,2,（希望只切除距离电源较远的线路,XL2,，保证母线供电,）,A,B,C,I,1,K,I,2,XL1,XL2,3.1.6,电流保护的接线方式,I,II,1,K,2,三相星形接线：,100%,有选择地切除线路,两相星形接线,当线路,2,有一点是,B,相,接地，保护,1,就动,有,2/3,机会有选择地切除后一条线路。,A,B,C,I,1,K,I,2,XL1,XL2,3.1.6,电流保护的接线方式,（,2,）变电站引出的放射性线路,（希望任意切除一条线路即可）,三相星形接线：当保护动作时间相同时，同时切除两条,线路。,I,c,K,2,1,I,b,L2,L,K,1,3.1.6,电流保护的接线方式,（,2,）变电站引出的放射性线路,两相星形接线：,有,2/3,机会仅切除,一条线路。,I,c,K,2,1,I,b,2,L,K,1,L,3.1.6,电流保护的接线方式,4,.,在,Y,d11,接线的变压器后两相短路时,首先分析低压侧两相短路时，高压侧电流的大小。,3.1.6,电流保护的接线方式,当,Y/d11,接线的降压变压器低压（）侧,AB,两相短路时，在高压（,Y,）侧各相的电流为,当,Y/d11,接线的升压变压器高压（,Y,）侧,BC,两相短路时，在低压（）侧各相的电流为,4,、在,Y,/,d11,接线的变压器后两相短路时,这对采用两相星形接线的后备保护不利：,B,相上没有装继电器，因此灵敏系数只能由,A,相电流和,C,相电流决定，同样的,情况下，灵敏系数比采用三相星形接线时,降低了一半,。,3.1.6,电流保护的接线方式,在两相不完全星形,接线中线上再接入 一个电流继电器，,其流过电流为。,利用这个继电器就,能提高灵敏系数。,解决方法（两相三继电器法）,3.1.6,电流保护的接线方式,5.,两种接线方式的应用,三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大,型贵重电气设备的保护中。,两相星形接线：广泛应用在中性点直接接地系统,和非直接接地系统中，作为相间,短路电流保护的接线方式。,3.1.6,电流保护的接线方式,如上图所示：由,、,段共同构成的主保护，最长的切除故障时间为,0.5,秒。如,k3,处故障，,P1,段拒动，由,段作为近后备跳开,1QF,。如,k1,处故障，,P2,或,2QF,拒动，,P1,段作为远后备跳开,1QF,。,k2,处故障，由,P1,段保护提供完整的远后备作用。,3.1.7,线路相间短路的三段式电流保护装置,三段式保护原理接线图,（,a,）原理图,三段式保护原理接线图,（,b,）展开图,3,.2,双侧电源网络相间短路的,方向性电流保护,（,1,）短路点：,d,1,：,无法满足要求,（,2,）,d,1,点短路：若,I,d,I,act.1,，保护,1,误动。,要求,t,6,t,1,d,2,：要求,t,1,t,6,3.2.1,问题的提出,d,1,点短路：保护,1,的短路功率由线路指向母线，保护,6,的,短路功率由母线指向线路。,d,2,点短路：保护,1,的短路功率由母线指向线路，保护,6,的,短路功率由线路指向母线。,3.2.2,解决办法,利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动；凡,是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负），保护就不起动。,方向性电流保护,：,3.2.2,解决办法,方向过电流保护,方向过电流保护,:,增加了功率方向元件的过电流保护。,即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护装置，其原理接线图下图所示。,其起动有两个条件：,（,1,）电流超过整定值,(,动作电流,),（,2,）功率方向符合规定的正方向,3.2.2,解决办法,.,E,E,I,k2,II,A,D,B,C,t4,t2,L,L,t6,t7,t8,t5,t3,t,1,8,7,1,6,2,5,3,4,3.2.3,方向性电流保护基本原理,双侧电源网络上的电流保护加装方向元件后，可以拆开看成两个单侧电源网络的保护：,保护,14,反应电源,1,供给的短路电流动作,保护,58,反应电源,2,供给的短路电流动作,两组方向保护之间不需要配合，可采用单侧电源网络中适用的三段式电流保护原理和整定计算原则。,接线原理图,注意：,功率方向元件只负 责判别方向，正方 向时就起动，反方 向就闭锁。,无论是短路状态还 是正常运行状态都 可能起动！,3.2.3,方向性电流保护基本原理,B,TV,W,A,C,TA,K,功率方向继电器：,用以判别功率方向或测定电流与电压间相位角的,继电器。,3.2.4,功率方向判别元件,对功率方向元件的基本要求：,1,）,应具,有明,确,的方向性，正方向发生各种故障（包括故障点有过渡电阻情况）时能可靠动作，而在反方向时，可靠不动作；,2,）,正方向故障时有足够的灵敏性。,应注意到：判据的灵敏度不够,功率方向判别元件的动作特性,1,、,死区,：当输入继电器的电压小于继电器最小动作电压时，即使在最大灵敏角下，继电器也不动作，这一范围称为功率方向继电器的死区。,2、,潜动问题,：,是指继电器仅加入电压或电流一个电量就会动作的现象。只加电流不加电压时所产生的潜动称为电流潜动。只加电压不加电流时所产生的潜动称为电压潜动。,潜动危害,：在反方向出口处三相短路时，此时,Ur0,而,Ir,很大，方向继电器本应将保护装置闭锁，如果此时出现了潜动，就可 能使保护装置因失去方向性而误动作。,功率方向元件应注意的问题,3,.2.5 功率方向判别元件接线方式,要求,：,1,）必须保证功率方向继电器具有良好的方向性。,2,）故障后加入继电器中的电流,Ir,和电压,Ur,应尽可 能大一些，并尽可能使,r,接近,最大灵敏角,sen,。,接线方式：是指继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式,90,接线方式：是指在三相对称且功率因数,cos,=,1,的情况下，加入继电器的电流,I,r,超前电,压,U,r,90,的接线方式。（无物理意义）,3,.2.5 功率方向判别元件接线方式,采用按相启动接线。所谓按相启动接线是指接入同名相电,流的测量元件和功率方向元件的接点串联，而后与其他元 件相并联后启动逻辑元件。,3,.2.5 功率方向判别元件接线方式,对功率方向继电器的接线，必须十分注意继电,器电流线圈和电压线圈的极性。,3,.2.5 功率方向判别元件接线方式,3,.2.6,方向电流保护的应用特点,.,过电流保护可以取消电流元件情况,对单电源环网中的QF2和QF5，在正常运行时，不可能有正向电流通过这两个断路器;若有正向电流通过，则一定是被保护的线路发生短路。因此，在QF2和QF5上仅需装方向元件判别电流的方向。,3,.2.6,方向电流保护的应用特点,.,1,、对于同一母线两侧的过电流保护，动作时间最长的不,需要装设方向元件。,2,、,负荷线,不,需要装设方向元件,如图：,QF2,、,QF3,、,QF4,、,QF6,、,QF7,需加装方向元件,过电流保护可以取消方向元件情况,第四章 电网的接地保护,4,.,1,中性点直接接地系统中接地短,路的零序电流及方向保护,4.1,.1,电网分类及零序分量产生,一、,电网分类：,大接地,即,中性点直接接地电网,小接地,即,中性点非直接接地电网,(不接地或经消弧线圈接地),110KV,电网,220KV,电网,中性点直接接地电网,330KV,电网,500KV,电网,120,4.1,.1,电网分类及零序分量产生,正常运行,相间短路 无零序分量,系统振荡,单相接地,两相接地 有零序分量,一相断线,两相断线,包括零序电压、零序电流、零序功率,4.1,.1 电网分类及零序分量产生,中性点直接接地的电网又称大接地电流系统，即当发生接地故障时