電力系統(tǒng)繼電保護第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護.ppt

電網(wǎng)的電流保護,第二章,第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護,繼電器是一種能自動執(zhí)行斷續(xù)控制的部件，當其輸入量達到一定值時，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計的狀態(tài)變化，如觸點打開、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的作用。,2.1.1繼電器,1.繼電器的分類和要求,按照動作原理可分為：,按照反應(yīng)的物理量可分為：,按照作用可分為：,電磁型感應(yīng)型整流型電子型數(shù)字型,電流繼電器電壓繼電器功率方向繼電器阻抗繼電器頻率繼電器瓦斯（氣體）繼電器,起動繼電器量度繼電器時間繼電器中間繼電器信號繼電器出口繼電器,2.過電流繼電器,過電流繼電器是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反映于一個電氣量而動作的簡單繼電器的典型，它是一個量度繼電器。,量度繼電器,過量繼電器,欠量繼電器,過電流繼電器過電壓繼電器高周波繼電器,低電壓繼電器阻抗繼電器低周波繼電器,反映故障參數(shù)增大而動作,反映故障參數(shù)降低而動作,電磁型電流繼電器,電磁型過電流繼電器結(jié)構(gòu),鐵心,空氣隙,可動舌片組成的磁路.舌片被磁化后與鐵心產(chǎn)生電磁吸力,吸引舌片向鐵心靠近,當電磁吸力足夠大時,即可吸動舌片,并使觸點接通,稱為繼電器“動作”.,因此,由電磁力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)矩為:,5,1,2,3,4,6,7,8,正常情況下,線圈中流入負荷電流,為保證繼電器不動作可動舌片受彈簧7拉力的控制而保持在原始位置.此時,彈簧產(chǎn)生的力矩Mth1稱為初拉力矩.,此外,舌片轉(zhuǎn)動須克服由摩擦力所產(chǎn)生的摩擦力矩Mm,其值認為是一個常數(shù).故阻礙繼電器動作的全部機械反抗轉(zhuǎn)矩就是Mth+Mm.,5,1,2,3,4,6,8,為使繼電器起動并閉合其觸點,須IJ變大,Mdc增大,繼電器能夠動作的條件為:,把能使繼電器動作的最小電流值,稱為繼電器的動作電流(起動電流).以Iop.J表示,對應(yīng)此時的電磁轉(zhuǎn)矩:,對應(yīng)這一電磁轉(zhuǎn)矩,能使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流.以Ire.J表示,則此時的電磁轉(zhuǎn)矩為：,在繼電器動作之后,為使它重新返回原位.需使IJ減小以使Mdc減小,然后由彈簧的反作用力把舌片拉回,這時摩擦力又起阻礙返回的作用.故返回的條件是:,由此可知:,繼電器根本不動作,繼電器能夠突然迅速地動作閉合其觸點.,繼電器又能突然地返回原位,觸點重新打開.,繼電特性圖,無論起動和返回,繼電器的動作都是明確干脆的,它不可能停留在某一個中間位置,這種特性稱為“繼電特性”.,返回電流與起動電流的比值稱為繼電器的返回系數(shù),由于剩余轉(zhuǎn)矩以及摩擦轉(zhuǎn)矩的影響,Kre恒小于1,一般要求Kre=0.850.9,Kre=0.850.9,電流繼電器,晶體管型過電流繼電器,R1,UR1,IJ,I2,D1D4,C1,C2,R2,R3,R4,R5,R6,R8,R7,R9,D5,D6,T1,T2,W,0V,+E1,UC2,+,-,UR3,a,b,I1,I2,Ib1,Ib2,ID5,電壓形成回路的作用是用中間交流器LB將加入繼電器的電流轉(zhuǎn)換成一個在電阻R1的電壓降UR1,以便與電流互感器的二次回路相隔離,并取得晶體管回路所需要的信號電壓.當整流濾波回路以后的負載電阻遠大于R1時,LB,整流濾波回路由二極管D1D4和兀型濾波器(C1,C2,R2)組成,它將交流輸出電壓UR1變成一個比較平滑的直流電壓加于電位器R3上,從R3活動頭取出的電壓以UR3表示,它與加入繼電器的電流IJ成正比.,比較回路由R4和穩(wěn)壓管W組成,W兩端給出穩(wěn)定的電壓Ub(一般為3V左右),稱為比較電壓.繼電器能夠動作的條件:,故調(diào)節(jié)UR3就可調(diào)整Idz.J,Ua=Ub+UR3,執(zhí)行回路是由T1,T2組成單穩(wěn)觸發(fā)器.T2集電極輸出Uc2的變化,即表示繼電器的不同工作狀態(tài).,正常工作時,IJt1,引入時間階段t,則應(yīng)保護2的動作時限為t2=t1+t.保護2的時限確定后,當k2點短路時,它將以t2的時限切除故障,此時,為了保證保護3動作的選擇性,則必須整定t3t2,t3=t2+t.同理,t4=t3+t,t5=t4+t.,M,4,5,3,2,1,A,B,C,D,t4,t,t,t,t,t3,t2,t1,t5,任一過電流保護的動作時限,應(yīng)選擇得比相鄰各元件保護的動作時限均高出至少一個t，只有這樣才能充分保證動作的選擇性。,結(jié)論:,稱為階梯型時限特性,當故障越靠近電源端時，短路電流越大，而此時過電流保護動作切除故障的時間反而越長。故在電網(wǎng)中,廣泛采用電流速斷和限時電流速斷作為本線路的主保護，以快速切除故障，利用過電流保護作為本線路和相鄰元件的后備保護。由于它作為相鄰元件后備保護的作用是在遠處實現(xiàn)的，因此屬于遠后備保護。,過電流保護靈敏系數(shù)的校驗,作為本線路的主保護和近后備,作為相鄰線路的遠后備保護,注意：,在各個過電流保護之間，還必須要求靈敏系數(shù)互相配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。,例如當k1點短路時，應(yīng)要求各保護的靈敏系數(shù)之間具有下列關(guān)系:,在后備保護之間，只有當靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，才能切實保證動作的選擇性，這一點在復雜網(wǎng)絡(luò)的保護中，尤其應(yīng)該注意。以上要求同樣適用于以后的零序段和距離段保護。,電流速斷保護只能保護線路始端的一部分。限時電流速斷保護雖能保護本線路的全長,但不能作為相鄰線路的后備。定時限過電流保護能保護本線路的全長及相鄰下一條線路的全長,然而動作時限太長,且越靠近電源,動作時間越長。,階段式電流保護,概念:為了迅速可靠地切除被保護線路的故障,將三種電流保護組合在一起構(gòu)成一整套保護,稱為階段式電流保護.,電流速斷段,限時電流速斷段,由、段共同構(gòu)成主保護.過電流段,近后備和遠后備.,注:不一定三段全用,也可只用兩段即用電流速斷或限時速斷做為段，過電流作為段,一般對于電網(wǎng)末梢線路,只裝帶0.5s延時的過電流保護,而對靠近電源處的線路,因過電流保護時限太長,需裝設(shè)三段式電流保護.,具有電流速斷，限時電流速斷和過電流的單相原理接線圖,+,-,+,TA,TQ,+,+,+,-,-,+,+,+,+,1,2,3,4,5,6,7,8,9,信號,信號,信號,KT,KA,KA,KA,KT,KS,KS,KS,電流段,電流段,電流段,+,+,TAA,TQ,TAC,+,+,-,-,-,-,+,+,+,1,2,4,5,6,7,8,9,11,12,13,DL,LP,LP,LP,3,10,信號,信號,信號,KAa,KAc,KAa,KAc,KA,KA,KA,KT,KT,KS,KS,KS,具有電流速斷，限時電流速斷和過電流的三相原理接線圖,電流段,電流段,電流段,A相二次電流,兩相不完全星形接線,LP,電流速斷保護,限時電流速斷保護,過電流保護,跳閘及信號回路,KAa,KAc,KAa,KAc,KT,K,K,KT,KAa,KAb,KAb,KS,KS,KT,KT,KT,QF,+,-,兩相三繼電器接線,電流保護的接線方式,常用電流保護接線方式,三相完全星形接線方式,二相不完全星形接線方式,三相完全星形接線方式,可反應(yīng)各種相間短路和中性點接地系統(tǒng)的單相接地短路。,保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式,（2）兩相不完全星形接線方式,可反應(yīng)各種相間短路,但不反應(yīng)B相單相接地短路,可反應(yīng)各種相間短路和中性點接地系統(tǒng)的單相接地短路。,（3）兩相三繼電器接線,+,回顧剛才的三相原理接線,當采用以上兩種接線方式時流入繼電器的電流就是互感器的二次電流，設(shè)電流互感器的變比為，則。,稱為二次動作電流,因此，當保護裝置的起動電流整定為時，則反應(yīng)到繼電器上的起動電流即應(yīng)為:,兩相電流差接線法,把流入繼電器的電流與電流互感器的二次電流之比稱為接線系數(shù).,在求得保護的動作電流之后則:,正常運行和三相短路時:,AC兩相短路時:,AB和BC兩相短路時:,三段式電流保護整定計算,試對線路AB進行三段式電流保護整定,計算保護各段的一次動作電流,二次動作電流,最小保護范圍,靈敏系數(shù)和動作時限.,已知:采用兩相星形接線方式,Kss=2線路的最大負荷電流IL.max=100A,互感器變比nTA=300/5,保護2的過電流保護動作時限為2.2s,母線ABC等處三相短路時流過線路AB的短路電流值為(kA):,Z1=0.4/km,解:,段,動作電流:,靈敏性校驗,最小運行方式下：,其中:37為35kV電網(wǎng)的平均線電壓.(351.05=37電網(wǎng)始端調(diào)高),最大運行方式下Ik最大,根據(jù)A點短路數(shù)據(jù)可求出A點背后等效電源的等值阻抗,最大運行方式下：,最小運行方式下最小保護范圍:,滿足要求,動作時限整定t=0s,最大運行方式下最小保護范圍:,段,動作電流:AB的段應(yīng)與BC的段配合,繼電器動作電流:,靈敏性校驗:,動作時限:,段,動作電流的整定:,繼電器的動作電流:,靈敏性:,近后備,遠后備,對Y,d接線變壓器一側(cè)兩相短路流過另一側(cè)保護中電流的分析,+,I,3,I,1,I,2,(a)接線圖,Y，d11接線降壓變壓器兩相短路時的電流分析及過電流保護的接線,對線路變壓器組，一般保護到變壓器低壓側(cè)出口。主要是保護變壓器。保護安裝在高壓側(cè)，反應(yīng)變壓器繞組和引出線故障。也作為低壓側(cè)線路故障的后備保護,高壓側(cè),低壓側(cè),（Y，d11）接線的降壓變壓器，分析當三角形（低壓）側(cè)發(fā)生AB兩相短路時在星（高壓）側(cè)各相電流的關(guān)系。,由此可求出:,設(shè)側(cè)各相繞組中的電流分別為，和，則:,三角形側(cè)電流向量圖,當三角形（低壓）側(cè)發(fā)生AB兩相短路時：,根據(jù)變壓器的工作原理，即可求得星形（高壓）側(cè)電流的關(guān)系為:,當Y,d11接線的降壓變壓器低壓側(cè)A-B兩相短路時，在高壓側(cè)各相的電流具有和的關(guān)系；,而當Y,d11接線的升壓變壓器高壓（星型）側(cè)BC兩相短路時，在低壓（三角）側(cè)各相的電流為和。,0,當過電流保護接于降壓變壓器的高壓側(cè)以作為低壓側(cè)線路故障的后備保護時，如果保護采用三相星形接線，則接于B相上的繼電器由于流有較其它兩相大一倍的電流，因此靈敏系數(shù)增大一倍，這是十分有利的。如果保護采用的是兩相星形接線，則由于B相上沒有裝設(shè)繼電器，因此靈敏系數(shù)只能由A相和C相的電流決定，在同樣的情況下，其數(shù)值要比采用三相星形接線時降低一半。,例：如圖所示，35kV單側(cè)電源輻射網(wǎng)，確定線路AB的保護方案，變電所B，C中變壓器連接組別為Y，d11,且在變壓器上裝設(shè)差動保護，線路AB的最大傳輸功率為Pmax=9MW,cos=0.9,KSS=1.3。網(wǎng)絡(luò)中阻抗為歸算至37kV電壓級有名值。,線路AB的過流保護要保護到變壓器T1低壓側(cè)短路。,（1）電流速斷保護,B母線短路最大三相短路電流：,靈敏度校驗：最小運行方式15%處兩相短路靈敏度：,故靈敏度滿足要求,（2）限時電流速斷保護,1）按躲開變壓器T1低壓側(cè)母線短路整定：,2）與相鄰線路電流速斷保護配合：,選取較大值作為動作電流，則：,3）靈敏度校驗：,不滿足要求,改用與T1低壓側(cè)母線短路配合，則,動作時間取1s,即：,（3）定限時過電流保護,靈敏度校驗：,1）作為本線路近后備保護：,2）作為相鄰線路遠后備保護：,3）作為相鄰元件變壓器遠后備保護：,靈敏度滿足要求,靈敏度滿足要求,靈敏度滿足要求,填空題:,2-1瞬時電流速斷的保護范圍隨_和_而變。2-2瞬時電流速斷保護的保護范圍在被保護線路_端，在_運行方式下，保護范圍最小。2-3本線路限時電流速斷保護的保護范圍一般不超過相鄰下線路的_保護的保護范圍，故只需帶_延時即保證選擇性。2-4線路裝設(shè)過電流保護一般是為了作本線路的_及作相鄰下一條線路的_。,2-5為使過電流保護在正常運行時不動作，其動作電流應(yīng)大于_，為使過電流保護在外部故障切除后能可靠返回，其返回電流應(yīng)大于_。2-6為保證選擇性，過電流保護的動作時限應(yīng)按_原則整定，越靠近電源處的保護，動作時限越_。2-7在段式電流保護中，電流段又稱為_保護，電流段又稱為_保護，電流三段又稱為_保護，并且由電流段和電流段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的_。,2-8裝有三段式電流保護的線路，其首端故障時，一般_保護動作，末端故障時一般_保護動作。2-9三段式電流保護中，最靈敏的是第_段，因為_。2-10已知返回系數(shù)，可靠系數(shù)，自啟動系數(shù)，最大負荷電流，三段式電流保護段的整定電流=_。根據(jù)整定公式，為了保護動作的可靠性。要求返回系數(shù)=_。,選擇題,2-23電流速斷保護的動作電流應(yīng)大于_。（A）被保護線路末端短路時的最大短路電流；（B）線路的最大負載電流；（C）相鄰下一線路末端短路時的最大短路電流。2-24電流速斷保護的保護范圍在_運行方式下最小。（A）最大；（B）正常；（C）最小。2-25雙側(cè)電源線路的電流速斷保護為提高靈敏性，方向元件應(yīng)裝在_。（A）動作電流大的一側(cè)；（B）動作電流小的一側(cè)；（C）兩側(cè)。,2-26若裝有定時限過電流保護的線路，其末端變電所母線上有三條出線，各自的過電流保護動作時限分別為1.5s、0.5s、1s，則該線路過電流保護的時限應(yīng)該定為_（A）1.5s；（B）2s；（C）3.5s；2-27定時限過電流保護的動作電流需要考慮返回系數(shù)，是為了_。（A）提高保護的靈敏性；（B）外部故障切除后保護可靠返回;（C）解決選擇性。2-28裝有三段式電流保護的線路,當線路末端短路時，一般由_動作切除故障。（A）瞬時電流速斷保護；（B）限時電流速斷保護；（C）定時限過電流保護。,2-29三段式電流保護中靈敏性最好的是_。（A）I段；（B）II段；（C）III段。2-30三段式電流保護中,保護范圍最小的是_。（A）I段；（B）II段；（C）II