节三段式电流保护.ppt

3.1节-三段式电流保护,继电器,量度继电器：,是一种能调节其动作量值,(,定值,),的继电器，是继电保护系统的核心器件，也是继电保护系统中实现测量比较的环节。,继电保护课程研究的主要是,量度继电器,的工作原理。,量度,继电器,过量,继电器,欠量,继电器,过电流继电器,过电压继电器,高周波继电器,(,频率,),低电压继电器,距离继电器,低周波继电器,常用电磁型继电器,基本要求,：,工作,可靠,，动作过程具有“,继电特性,”；,动作值误差小、功耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强。,继电器,启动电流：,对反应电流升高而动作的电流保护，能使继电器起动的,最小电流值。,返回电流：,对反应电流升高而动作的电流保护而言，能使继电器返回原始状态的的,最大电流值。,继电特性,无论启动和返回，继电器动作均明确干脆，不可能停留在某一中间位置。,一切过量继电器返回系统恒小于,1,。实际应用常要求过电流继电器有较高返回系数，如,0.85-0.9,。,(,实际可调,),返回系数,返回电流与启动电流比值。,继电器,返回系数：,受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响，电磁型过电流继电器的返回系数恒小于,1,。,可调：,1.,改变继电器线圈匝数；,2.,改变弹簧的张力；,3.,改变初始空气隙的长度。,3.1.1,电流速断保护,概念：反应于短路电流,幅值增大,而瞬时动作的电流保护。,1.,工作原理,选择性,:,实际,:,保护,2,动作,k2,短路,保护,2,不动作,k1,或,k2,短路时流过保护,2,的短路电流几乎一样,保护,2,无法区分,k1,和,k2,点短路,k1,短路,+,矛盾,教材图,3-1,电流速断保护动作特性分析,3.1.1,电流速断保护,矛盾分析：区内短路和相邻线路短路存在选择性问题,解决措施：,优先保证动作的,选择性,，即保证区外故障时电流保护不误动，绝不扩大停电范围。按躲开下条线路,出口处,短路的条件整定。,优先保证全线故障,快速,切除，即首次故障切除不考虑相邻线路出口短路的选择性。扩大切除的设备靠重合闸纠正。,解决办法,:,本线路末端短路时保护不能启动,按躲开下条线路出口处短路的条件整定,保护,2,整定电流大于下条线路出口处短路的最大短路电流,优先保证选择性,3.1.1,电流速断保护,保护不能启动的范围随运行方式、故障类型的不同而不同。在各种运行方式下、发生各种短路时、保护均能切除故障的短路点位置对应的最小范围，称为,最小保护范围,。例如，保护,2,的最小保护范围为上图中直线,I,op2,与曲线,II,交点前面的部分。,教材图,3-1,电流速断保护动作特性分析,11,11,11,3.1.1,电流速断保护,动作电流整定,：,2.,电流速断保护的整定计算原则,（,1,）动作电流整定；（,2,）动作时间整定；（,3,）保护范围校验,以保护,1,为例，其启动电流为,I,op,，必须整定得大于,C,母线上可能出现的最大短路电流，即,:,I,op,I,k.C.max,引入,可靠,系数,K,rel,=1.2-1.3,，,I,op,=K,rel,I,k.C.max,继电器,二次,动作电流：,可靠系数,：考虑非周期分量的影响、,C,母线实际短路电流可能大于计算值、一定裕度等,(,可靠不误动,),K,con,为电流互感器的接线系数；,n,TA,为电流互感器的变比。,（灵敏性校验）,12,12,12,12,3.1.1,电流速断保护,动作时间整定,：,2.,电流速断保护的整定计算原则,（,1,）动作电流整定；（,2,）动作时间整定；（,3,）保护范围校验,速断保护的动作时间：取决于继电器自身固有的动作时间，一般小于,10ms,。,保护范围校验,：,L,min.2,为,保护,2,的最小保护范围；,Z,l,可为线路每千米正序阻抗值。,（灵敏性校验）,最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的（,15-20,）,%,13,13,13,13,3.1.1,电流速断保护,3.,电流速断保护的构成,(,单相,原理接线,),n,TA,闭锁,I,set,&,14,14,14,14,14,3.1.1,电流速断保护,优点：简单可靠、动作迅速,缺点：不能保护线路全长，保护范围受以下因素影响1),受系统运行方式,Zs,变化的影响,(2),受短路类型,的影响,4.,电流速断保护的主要有优缺点,以保护,2,电流速断为例：,按最大运行方式下保护选择性的条件整定,在最小运行方式下没有保护范围,教材图,3-2,Why?,15,15,15,15,15,15,3.1.1,电流速断保护,长线路：始,/,末端短路电流差别大,短线路：始,/,末端短路电流差别小,不同使用场合所受的影响不同,短路电流变化曲线较陡,短路电流变化曲线平缓,保护范围较大,保护范围较小,(,甚至为,0),教材图,3-3,被保护线路长短不同时，对电流速断的影响,长线路 短线路,致命缺陷,无法弥补,（当,Z,AB,与,Zs,相比很小时，其保护范围有可能降到零）,3.1.1,电流速断保护,个别情况下，有选择的电流速断也可保护线路全长,图,3-4,用于线路,-,变压器组的电流速断保护示意图,如上图示，当电网终端采用线路,-,变压器组（可看为一个元件）的连接方式时，速断保护可按躲开变压器低压侧线路出口处,k1,点的短路电流整定,k1,点短路电流大为减小,变压器阻抗较大,电流速断可保护线路,AB,全长及变压器的一部分,P49,连锁速断（,了解,）,3.1.3,限时电流速断保护,（,1,）任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性,（,2,）力求具有最小的动作时限；,（,3,）在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。,1.,工作原理：线路末端,故障谁切除？,限时电流速断保护,带时限动作的电流保护，用来,切除本线路上速断保护动作范围以外的故障,，同时也能作为速断保护的后备。,(,整定电流降低了,),图,3-5,限时电流速断动作特性,要求,图,3-5,限时电流速断动作特性,为了保护线路全长,保护范围须延伸至,下一条线路中,保护,2,为了保证选择性,动作须带一定时限,考虑与下级线路的速断保护配合,保护范围不超过下级线路速断保护的范围,动作时限比下级线路的速断保护高一个时间阶梯,3.1.3,限时电流速断保护,1.,工作原理,3.1.3,限时电流速断保护,图,3-5,限时电流速断动作特性,2.,限时电流速断保护的整定,（,1,）起动电流：与下级电流速断配合,I,op,1,-,保护,1,电流速断的启动电流；,I,op,2,-,保护,2,的限时电流速断的启动电流,保护,2,的限时电流速断动作范围不应超出保护,1,电流速断的范围,M,点，因此在单侧电源供电时，其启动电流应整定为：,I,op,2,I,op,1,是否可取“,=,”号,20,3.1.3,限时电流速断保护,若正好遇上如下情况：,为避免这种情况发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用：,I,op,2,I,op,1,保护,1,电流速断出现负误差,保护范围比计算值缩小,保护,2,限时速断出现正误差,保护范围比计算值增大,保护,1,电流速断不启动,保护,2,限时速断启动,失去选择性,引入可靠系数,K,rel,，可得,I,op,2,=K,rel,I,op,1,(3-17),K,rel,一般取为,1.1-1.2,计算的保护范围末端短路时,3.1.3,限时电流速断保护,（,2,）动作时限的选择,限时速断的动作时限,t,2,，应选择得比下一条线路速断保护的动作时限,t,2,高一个时间阶梯,t,，即,t,2,t,2,+,t,(3-18),t,的数值为,0.35-0.6s,，,常取为,0.5s,。,图,3-6,限时电流速断动作时限的配合关系,保护,1,电流速断范围以内的故障，以,t,1,时间切除，保护,2,限时速断,虽启动,，但t,延时，保证了选择性。,3.1.3,限时电流速断保护,（,3,）,灵敏性的校验,为能保护本线路全长，限时速断须在系统最小运行方式下，线路末端两相短路时，具有足够反应能力，,过量继电器灵敏系数,：,保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值,K,sen,=,保护装置的动作参数,对保护,2,的限时电流速断而言，即应采取系统最小运行方式下线路,AB,末端发生两相短路时短路电流作为故障参数的计算值。设此电流为,I,k.B.min,，代入上式，则灵敏系数为,I,k.B.min,K,sen,=(3-21),I,op,2,为保证线路末端短路时保护装置一定能动作，要求,K,sen,1.25,(,可靠性要求,)P53,下,(3-20),23,（,4,）电流,段保护优缺点：,优点：灵敏度好，能保护线路全长。,缺点：,(a),带,0.5,秒左右的延时，速动性较差；,(b),不能做下一段线路的远后备,加装,定时限过电流保护（电流,III,段）,。,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,”。,24,24,3.1.3,限时电流速断保护,当校验灵敏系数不满足要求时，达不到保护线路全长的目的，这是不允许的。进一步降低动作门槛，延伸保护动作范围，与下级线路的限时速断配合,再次校验灵敏度，使之满足要求。动作时限的增长，换来灵敏度的提高。,t,2,=t,1,+,t,(3-22),（,4,）,启动电流与下级限时速断配合,25,3.1.3,限时电流速断保护,3.,限时电流速断保护的,单相,原理框图,n,TA,I,se,t,闭锁,KT,&,与电流速断相比，主要区别是增加了时间继电器,KT,26,定义：作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备，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。,是一种后备保护，提高整个保护系统的可靠性。,3.1.4,定时限过电流保护,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。,27,1.,定时限过流保护的整定计算,(1),起动电流整定值,起动电流整定值应满足：,大于最大负荷电流,I,l,max,外部故障切除后保护装置能够可靠返回，即返回电流要,I,re,大于,自启动时最大电流,I,ss,max,图,3-7,选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图,保护,3-5,均启动,k1,短路,B,母线所接负荷电动机被制动,U,降低,I,升高,按选择性要求,保护,3,动作切除故障,保护,4,、,5,返回,电动机自启动,U,恢复,28,I,ss,max,=K,ss,I,l,max,(3-23),I,re,=K,rel,I,ss,max,=K,rel,K,ss,I,l,max,1 K,rel,K,ss,I,op,4,I,re,=I,l,max,(3-24),K,re,K,re,K,rel,-,可靠系数，一般取,1.15-1.25,；,K,ss,-,自启动系数，一般大于,1,；,K,re,-,返回系数，一般取,0.85.,所有由,I,re,I,ss,max,，引入可靠系数,K,rel,起动电流为：,29,29,3.1.4,定时限过电流保护,图,3-8,单侧电源放射性网络过电流保护动作时限选择说明,(2),动作时限整定,保护,1,在最末端，,M,故障，它可瞬时切除，,t1,为保护装置自身的固有动作时间。,保护,2,：为保证,k1,短路选择性，其动作时限,t2t1,。,t2=t1+,t,以此类推，保护,3,、,4,、,5,的动作时限均应比相邻各元件保护动作时限至少高出一个,t,（一般,0.5s,）,与相邻下一线路的电流,段动作时限相配合。,阶梯型的时限特性,t5,与,t1,关系？,30,3.1.4,定时限过电流保护,图,3-7,选择过电流保护启动电流和动作时间的网络图,例如上图所示网络，对保护,4,而言即应满足以下要求：,t4=max,t1+,t,，,t2+,t,，,t3+,t,t1,为,1,号（电动机）保护的动作时间；,t2,为,2,号（变压器）保护的动作时间；,t3,为,3,号（线路,BC,）保护的动作时间；,31,(3),过电流保护灵敏系数校验,保护范围内发生金属性短路故障参数的最小计算值,K,sen,=,保护装置的动作参数,(3-20),仍然采用（,3-20,）公式,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。,K,sen,=I,k.B,min,/,I,op,4,1.3-1.5,远后备：作为相邻下一线路,BC,段的后备。,K,sen,=I,k.C,min,/,I,op,4,1.2,灵敏度应相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应越高,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,评价,简单可靠。但越靠近电源，保护动作时限越长,32,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。,是由特殊的继电器实现的！,反时限保护缺点是整定配合复杂，主要用于单侧电源供电的线路终端和较小容量的电动机上。,33,33,33,三段式电流保护的配合及应用,反应于电流升幅值高而动作的保护,电流速断,(I,段,),按躲开本线路末端的最大短路电流整定,限时电流速断,(II,段,),过电流保护,(III,段,),不能保护线路全长,不能作为相邻元件后备保护,动作时限可能较长,按不超出下级线路的电流速断保护范围整定,按躲开本级线路内的最大负荷电流整定,三段式电流保护,具体应用时，可只采用速断,+,过电流，或限时速断,+,过电流保护，也可三段同时采用。,应用：主要用在,35kV,及以下的单电源辐射网上。,34,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。,35,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；（,b,）两相星形。,（,a,）三相星形接线方式；（,b,）两相星形接线方式,每相上均装有,KA,和,TA,、,Y,形接线,KA,的触点并联（或）,一相上不装设,KA,和,TA,、,Y,形接线,LJ,的触点并联（或）（接,A,、,C,相）,电流保护接线方式,（了解）,P57,例题,3-1,36,The end of this chapter,！,37,