3電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)

1、第二章 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)第一節(jié) 單測(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)配置：三段式第段電流速斷保護(hù)第段限時(shí)電流速斷保護(hù)第段過電流保護(hù)主保護(hù)后備保護(hù) 一、電流速斷保護(hù)（第段）： 對(duì)于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。1、短路電流的計(jì)算：圖中、1最大運(yùn)行方式下d(3) 2最小運(yùn)行方式下d(2) 3保護(hù)1第一段動(dòng)作電流 可見，Id的大小與運(yùn)行方式、故障類型及故障點(diǎn)位置有關(guān)最大運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式。（Zs.min）最小運(yùn)行方式：對(duì)每一套保護(hù)裝置來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最小的方式。（Zs.max）2、整定值計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)

2、為了保護(hù)的選擇性，動(dòng)作電流按躲過本線路末端短路時(shí)的最大短路短路整定 保護(hù)裝置的動(dòng)作電流：能使該保護(hù)裝置起動(dòng)的最小電流值，用電力系統(tǒng)一次測(cè)參數(shù)表示。（IdZ）在圖中為直線3，與曲線1、2分別交于a、b點(diǎn)可見，有選擇性的電流速斷保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長(zhǎng)靈敏性：用保護(hù)范圍的大小來衡量 lmax 、lmin一般用lmin來校驗(yàn)、 要求：（1520） 希望值50方法： 圖解法 解析法： 可得式中 ZL=Z1l被保護(hù)線路全長(zhǎng)的阻抗值動(dòng)作時(shí)間t=0s3、構(gòu)成 中間繼電器的作用： 接點(diǎn)容量大，可直接接TQ去跳閘 當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用其固有動(dòng)作時(shí)間（60ms）防止避雷器放電時(shí)保護(hù)誤動(dòng)4、小結(jié) 僅靠動(dòng)作

3、電流值來保證其選擇性 能無(wú)延時(shí)地保護(hù)本線路的一部分（不是一個(gè)完整的電流保護(hù)）。二、限時(shí)電流速斷保護(hù)（第段）1、 要求 任何情況下能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性 在滿足要求的前提下，力求動(dòng)作時(shí)限最小。因動(dòng)作帶有延時(shí)，故稱限時(shí)電流速斷保護(hù)。2、 整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)為保證選擇性及最小動(dòng)作時(shí)限，首先考慮其保護(hù)范圍不超出下一條線路第段的保護(hù)范圍。即整定值與相鄰線路第段配合。動(dòng)作電流： 動(dòng)作時(shí)間： t取0.5"，稱時(shí)間階梯，其確定原則參看P18.靈敏性： 要求：1.31.5若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第段配合。此時(shí)：動(dòng)作電流：動(dòng)作時(shí)間：3、 構(gòu)成：與第段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r(shí)間繼電

4、器。4、 小結(jié)： 限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長(zhǎng) 依靠動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間共同保證其選擇性 與第段共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作第段的金后備保護(hù)。三、定時(shí)限過電流保護(hù)（第段）1、 作用：作為本線路主保護(hù)的近后備以及相鄰線下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備。其起動(dòng)電流按躲最大負(fù)荷電流來整定的保護(hù)稱為過電流保護(hù)，此保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，且能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)。2、 整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)：1）、動(dòng)作電流：躲最大負(fù)荷電流 （1）在外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，應(yīng)可靠返回。 電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流要大于它正常工作電流，因此引入自起動(dòng)系數(shù)KZq （2）式中， 顯然，應(yīng)按（2）式計(jì)算動(dòng)作電流，且由（2）式

5、可見，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，為了提高靈敏系數(shù)，要求有較高的返回系數(shù)。（過電流繼電器的返回系數(shù)為0.850.9）2）、動(dòng)作時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時(shí)，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第段的測(cè)量元件均可能動(dòng)作。例如：下圖中d1短路時(shí)，保護(hù)14都可能起動(dòng)。為了保證選擇性，須加延時(shí)元件且其動(dòng)作時(shí)間必須相互配合。即 、 、 階梯時(shí)間特性注：當(dāng)相鄰有多個(gè)元件，應(yīng)選擇與相鄰時(shí)限最長(zhǎng)的配合3）、靈敏性近后備： Id1.min本線路末端短路時(shí)的短路電流遠(yuǎn)后備： Id2min 相鄰線路末端短路時(shí)的短路電流3、 構(gòu)成：與第段相同4、 小結(jié)： 第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其靈敏度比

6、第、段更高； 在后備保護(hù)之間，只有靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都互相配合時(shí)，才能保證選擇性； 保護(hù)范圍是本線路和相鄰下一線路全長(zhǎng)； 電網(wǎng)末端第段的動(dòng)作時(shí)間可以是保護(hù)中所有元件的固有動(dòng)作時(shí)間之和（可瞬時(shí)動(dòng)作），故可不設(shè)電流速斷保護(hù)；末級(jí)線路保護(hù)亦可簡(jiǎn)化（或），越接近電源，t越長(zhǎng)，應(yīng)設(shè)三段式保護(hù)。四、電流保護(hù)的接線方式1、 定義：指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。2、 常用的兩種接線方式：三相星行接線和兩相星行接線。1）、三相星行接線的特點(diǎn)： 每相上均裝有CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點(diǎn)并聯(lián)（或）2）、兩相星行接線的特點(diǎn)： 某一相上不裝設(shè)CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點(diǎn)并聯(lián)（或）（通常接

7、A、C相）上述兩種接線方式中，流入電流繼電器的電流IJ與電流互感器的二次電流I2相等。接線系數(shù)： 3、 IdZ與IdZ.J之間的關(guān)系： 或4、 比較： 對(duì)各種相角短路，兩種接線方式均能正確反映。 在小接地電流系統(tǒng)中，在不同線路的不同相上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，一般只要求切除一個(gè)接地點(diǎn)，而允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。串聯(lián)線路a、 三相星行接線：保護(hù)1和保護(hù)2之間有配合關(guān)系，100切除NP線b、 兩相星行接線：2/3機(jī)會(huì)切除NP線。（即1/3機(jī)會(huì)無(wú)選擇性動(dòng)作）并行線路上：（可能性大）a、三相星行接線：保護(hù)1和保護(hù)2同時(shí)動(dòng)作，切除線路、。b、 兩相星行接線：2/3機(jī)會(huì)只切一條線路。 Y接線變壓器后d(

8、2) 以Y11接線降壓變?yōu)槔?結(jié)論：滯后相電流是其它兩相電流的兩倍并與它們反相位Y11升壓變：超前相電流是其它兩相電流的兩倍，并與它們反相位。（作業(yè)：推得此結(jié)果） 經(jīng)濟(jì)性：兩相星行接線優(yōu)于三相星行接線三相星行接線靈敏度是兩相星行接線的兩倍針對(duì)措施：在兩相星行接線的中線上再接入一個(gè)LJ，其電流為：，以提高靈敏性。5、 應(yīng)用三相星行接線：發(fā)電機(jī)、變壓器等（要求較高的可靠性和靈敏性）。兩相星行接線：中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中。（注：所有線路上的保護(hù)裝置應(yīng)安裝在相同的兩相上。）五、評(píng)價(jià)：1、 選擇性：在單測(cè)電源輻射網(wǎng)中，有較好的選擇性（靠IdZ、t），但在多電源或單電源環(huán)網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中可能無(wú)

9、法保證選擇性。2、 靈敏性：受運(yùn)行方式的影響大，往往滿足不了要求。電流保護(hù)的缺點(diǎn)例：第段：運(yùn)行方式變化較大且線路較短，可能失去保護(hù)范圍；第段：長(zhǎng)線路重負(fù)荷（If增大，Id減?。`敏性不滿足要求。3、 速動(dòng)性：第、段滿足；第段越靠近電源，t越長(zhǎng)缺點(diǎn)4、 可靠性：線路越簡(jiǎn)單，可靠性越高優(yōu)點(diǎn)六、應(yīng)用范圍： 35KV及以下的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)中；第段：110KV等，輔助保護(hù)作業(yè)：習(xí)題集：P11,題1；預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)一、二第二節(jié) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)一. 問題的提出雙電源多電源和環(huán)形電網(wǎng)供電更可靠,但卻帶來新問題。對(duì)電流速斷保護(hù)：d1處短路， d2處短路，對(duì)過電流保護(hù)：d1處短路，d2處短路，有選擇性

10、，但是產(chǎn)生了矛盾。上述矛盾的要求不可能同時(shí)滿足。原因分析：反方向故障時(shí)對(duì)側(cè)電源提供的短路電流引起誤動(dòng)。解決辦法：加裝方向元件功率方向繼電器。僅當(dāng)它和電流測(cè)量元件均動(dòng)作時(shí)才啟動(dòng)邏輯元件。這樣雙側(cè)電源系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)變成針對(duì)兩個(gè)單側(cè)電源子系統(tǒng)。保護(hù)1、3、5只反映由左側(cè)電源提供的短路電流，它們之間應(yīng)相互配 合。而保護(hù)2、4、6僅反映由右側(cè)電源提供的短路電流，它們之間應(yīng)相互配合，矛盾得以解決。二、功率方向繼電器的工作原理電流規(guī)定方向：從母電流向線路為正。電流本身無(wú)法判定方向，需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓。d1處短路 d2處短路 因此：利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關(guān)系，就可以判別發(fā)生故障的方向。實(shí)現(xiàn)：1

11、、最大靈敏角：在UJ、IJ幅值不變時(shí)，其輸出（轉(zhuǎn)矩或電壓）值隨兩者之間的相位差的大小而改變。當(dāng)輸出為最大時(shí)的相位差稱最大靈敏角。2、 動(dòng)作范圍： 動(dòng)作方程： 或3、 動(dòng)作特性:當(dāng)線路發(fā)生三相短路所以4、 死區(qū)：當(dāng)正方向出口短路時(shí)，GJ不動(dòng)電壓死區(qū)。消除辦法：采用90度接線方式，加記憶回路。三、幅值比較原理和相位比較原理及其互換關(guān)系對(duì)于比較兩個(gè)電氣量的繼電器，可按幅值比較原理或相位比較原理來實(shí)現(xiàn)。幅值比較原理：相位比較原理：用四邊形法則來分析它們之間的關(guān)系： 或 可見，幅值比較遠(yuǎn)路與相位比較原理之間具有互換性。注： 1 必須是同一頻率的正弦交流量2 相位比較原理的動(dòng)作邊界為四、LG11整流型功率

12、方向繼電器它是按幅值比較原理來實(shí)現(xiàn)的：1、 構(gòu)成： 電壓形成回路：由DKB、YB組成：R1、R2消除潛動(dòng)、調(diào)整平衡。C1與YB的勵(lì)磁電抗形成諧振，使超前90o,其記憶作用用于消除死區(qū)，記憶時(shí)間為幾十毫秒； 比較回路：由半導(dǎo)體整流橋BZ1,BZ2組成的環(huán)流是比較回路。 執(zhí)行元件極化繼電器J,非常靈敏標(biāo)記“”，當(dāng)電流從端流入時(shí)，J動(dòng)作，反之則不動(dòng)。時(shí)，J動(dòng)作；2、 動(dòng)作方程： 3、 動(dòng)作特性： 內(nèi)角（由繼電器決定）4、 死區(qū)：雖然J的動(dòng)作功率很小，但最小工作電壓。當(dāng)出口接地短路時(shí)，GJ不動(dòng)作死區(qū)。在記憶時(shí)間內(nèi)消除死區(qū)。5、 角度特性：當(dāng)IJ為常數(shù)時(shí)，動(dòng)作電壓UJ與J之間的關(guān)系曲線，以30º

13、;為例：當(dāng)J30º時(shí)，繼電器的動(dòng)作電壓最小，J最靈敏。J動(dòng)作范圍：以J30º為中心的90º的區(qū)域，即圖中陰影區(qū)。6、 潛動(dòng)：從理論上講，當(dāng) 或 時(shí)，J不動(dòng)。但由于比較回路中各元件參數(shù)的不完全對(duì)稱，可能使得在僅有或時(shí)，J動(dòng)作,即潛動(dòng)。僅有時(shí)動(dòng)，叫電壓潛動(dòng)，僅有時(shí)動(dòng)，叫電流潛動(dòng)潛動(dòng)對(duì)保護(hù)的影響：對(duì)正方向接地短路時(shí)，有利于保護(hù)正確動(dòng)作；當(dāng)反方向接地短路時(shí)，可能導(dǎo)致GJ誤動(dòng)，使得保護(hù)誤動(dòng)；另外，增大GJ的動(dòng)作功率，可降低靈敏性； 消除方法：調(diào)R1（電流潛動(dòng)時(shí)），調(diào)R2（電壓潛動(dòng)時(shí)）。五、相間短路功率方向繼電器的接線方式：1、 要求：良好的方向性（與故障類型無(wú)關(guān)）和較高的靈

14、敏性。2、 90º接線方式：指系統(tǒng)三相對(duì)稱且cos=1時(shí)，的接線方式。注：90º接線方式僅為了稱呼方便，且僅在定義中成立。采用該接線方式構(gòu)成的三相式方向過電流保護(hù)的原理接線圖參看第40頁(yè)，圖237。提示：三相星形接線且按相啟動(dòng)（指接入同名相電流的測(cè)量元件和功率方向元件的結(jié)點(diǎn)串聯(lián)，而后于其他元件相并聯(lián)后啟動(dòng)邏輯元件。）3、 相間短路情況下90º接線功率方向繼電器動(dòng)作行為分析：（1） 正方向三相短路：由于三相對(duì)稱，三只繼電器動(dòng)作情況相同，故以A相為例分析：從圖中可見，JAJd90º 為使功率方向繼電器動(dòng)作最靈敏 為使PJA>0一般當(dāng)，當(dāng)，所以,在三相短

15、路時(shí),選擇,可保證GJ動(dòng)作。 （2） 正方向兩相短路，以BC兩相短路為例,且空載運(yùn)行.有兩種極限情況:出口和遠(yuǎn)處出口短路 GJA:,不動(dòng)作；GJB：，同三相短路；GJC：，同三相短路。所以應(yīng)選擇，使得時(shí)GJ能動(dòng)作注：出口BC兩相短路，、幅值很大，B、C相功率方向繼電器動(dòng)作。該接線方式可消除各種兩相短路的死區(qū)。遠(yuǎn)處短路 GJA: ,不動(dòng)作；GJB：，所以應(yīng)選擇，使得B相GJ能動(dòng)作；GJC：，所以應(yīng)選擇，使得C相GJ能動(dòng)作綜合兩種極限情況：在正方向任何地點(diǎn)： ： ： 同理： 和時(shí)可得到相應(yīng)的結(jié)論，參看P43表22。綜上所述：為保證時(shí)，GJ在正方向任何相間短路時(shí)均能動(dòng)作：（例：LG11型 或）總結(jié)：

16、優(yōu)點(diǎn)：對(duì)各種兩相短路都沒有死區(qū)； 適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對(duì)線路上各種相間故障保證動(dòng)作的方向性； 缺點(diǎn)：不能清除死區(qū)。順便指出：在正常運(yùn)行情況下，位于送電側(cè)的GJ在負(fù)荷電流的作用下一般都處于動(dòng)作狀態(tài)。六雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn)：1 電流速斷保護(hù)無(wú)方向元件：有方向元件： 此時(shí)保護(hù)1不需方向元件。2 限時(shí)電流速斷保護(hù) 原則與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中第段的整定原則相同，與相鄰線路段保護(hù)配合。但需考慮保護(hù)安裝點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有分支的影響，即分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。助增：使故障線路電流增大的現(xiàn)象外汲：使故障線路電流減小的現(xiàn)象引入分支系數(shù)：當(dāng)僅有助增時(shí)： 僅有外汲時(shí)：無(wú)分支時(shí)： 既有助增，

17、又有外汲時(shí)，可能大于1也可能小于1整定時(shí)，應(yīng)取實(shí)際可能的最小值以保證選擇性。七對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)1 在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性2 快速性和靈敏性同前述單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的電流保護(hù)3 接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資4 出口時(shí)，GJ有死區(qū)，使保護(hù)有死區(qū)缺點(diǎn) 力求不用方向元件（如果用動(dòng)作電流和延時(shí)能保證選擇性）原則：對(duì)于電流速斷保護(hù)（第、段）如： 故障，保護(hù)1可不加GJ 故障，保護(hù)2要加GJ對(duì)過流保護(hù)故障時(shí)， 保護(hù)2、3要加GJ故障時(shí)， 保護(hù)3要加GJ 保護(hù)1可不加GJ即：動(dòng)作延時(shí)長(zhǎng)的可不加GJ，動(dòng)作延時(shí)小的或相等的要加GJ。作業(yè)：P17題1，P14題4，P18題4第三節(jié) 輸電線路的接

18、地保護(hù)大接地電流系統(tǒng):系統(tǒng)中主變壓器中性點(diǎn)直接接地在此系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),通過變壓器接地點(diǎn)構(gòu)成短路通路,使故障相流過很大的短路電流.110KV及以上電網(wǎng) 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)60KV及以下電網(wǎng) 中性點(diǎn)不接地或不直接接地(小接地電流系統(tǒng))運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中,d(1)幾率占總故障率的70%90% .所以如何正確設(shè)置接地故障的保護(hù)是該系統(tǒng)的中心問題之一.而在該系統(tǒng)中發(fā)生d(1),系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)零序分量,而正常運(yùn)行時(shí)無(wú)零序分量.故可利用零序分量構(gòu)成接地短路的保護(hù).一、 零序分量的特點(diǎn)(一) 零序電壓 : 故障點(diǎn)U0最高,離故障點(diǎn)越遠(yuǎn), U0越低.變壓器中性點(diǎn)接地處U0=0(二) 零

19、序電流分布: 中性點(diǎn)接地變壓器的位置有關(guān)大小: 線路及中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗有關(guān)(三) 零序功率 短路點(diǎn)最大(與U0相同). 方向:與正序相反,從線路母線(四) 相位差由ZB10的阻抗角決定與被保護(hù)線路的零序阻抗及故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)二、 零序電流保護(hù)三段式或四段式段:速動(dòng)段保護(hù)段(、段)應(yīng)能有選擇性切除本線路范圍的接地故障，其動(dòng)作時(shí)間應(yīng)盡量縮短最末一段：后備三段式零序電流保護(hù)原理與三段式電流保護(hù)是相似的（一）段<1>躲過下一個(gè)線路出口接地短路的最大三倍零序電流3I0max 1.21.3求3 I0max 故障點(diǎn)：本線路末端 故障類型： （假設(shè)X1X2） (串) （并）當(dāng)Z0>Z1 I0(1)>I0(1.1) 采用I0（1）當(dāng)Z0<Z1 I0(1)<I0(1.1) 采用I0（1.1）當(dāng)Z0=Z1 I0(1)=I0(1.1) 任取 運(yùn)行方式 各系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 Z1 Z2 接地點(diǎn)： 保護(hù)安裝側(cè) 接地點(diǎn)最多Z0m 對(duì)側(cè) 接地點(diǎn)最少Z0n （2）躲短路器三相觸頭不同時(shí)合閘而出現(xiàn)的三倍零序電流 3I0bt II0dzKKI.3I0bt KKI1.11.2求 3I0bt ： 兩相先合 一相斷線 并 一相先合 兩相斷線 串 取大者原則（2）所得定值一般較大，保護(hù)范圍縮小，靈敏度降低，此時(shí)渴考慮使段帶一小的延時(shí)（0.1s）躲開不