電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理-2

1、四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004第二章 電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬 2004四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)一、電磁型、晶體管型和集成電路型電流繼電器,以過電流繼電器為例： 動(dòng)作 ； 返回。繼電器的動(dòng)作電流IdzJ ：能使繼電器動(dòng)作的最小電流值。繼電器的返回電流IhJ：能使繼電器返回的最大電流值。dzJJIIhJJII IdzJIhJIj四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n繼電特性的要點(diǎn)：q永遠(yuǎn)處于動(dòng)作或返回狀態(tài)，無(wú)中間狀態(tài)。n返回系數(shù)：q過量繼電器，Kh小于1；q欠量繼電器，Kh大于1。 dzJhJhIIK四

2、川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004三段式電流保護(hù)配置n 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)應(yīng)用領(lǐng)域：35KV、10KV單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)線路保護(hù)四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004一、電流速斷保護(hù)（第段） n僅反應(yīng)于相電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)。n1、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)作電流四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n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)：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式。（Zs.min）：對(duì)每一套保護(hù)裝置來(lái)講，通過該保護(hù)裝置的短路

3、電流為最小的方式。（Zs.max）dsdsdlZZEZZEI1)3(dsddlZZEII1)3()2(2323四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20042、整定值計(jì)算及靈敏性校驗(yàn) 為了保護(hù)的選擇性，n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)一次側(cè)參數(shù)表示。n在圖中為直線3，與曲線1、2分別交于a、b點(diǎn)n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)動(dòng)作電流：動(dòng)作時(shí)限： TdzI= 0 s max.1 .BdkdzIKI注）參看 15( 3 . 12 . 1pKk四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004靈敏性n靈敏性：用保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量 lmax 、lminn一般用lmin

4、來(lái)校驗(yàn)： n要求：（1520） n希望值50n方法：n 圖解法n 解析法：n 可得n式中 ZL=Z1l被保護(hù)線路全長(zhǎng)的阻抗值n式中 ZL=Z1*L被保護(hù)線路全長(zhǎng)的阻抗值%100minllmin.1max1 .23dsdZlZZEI)23(1%100max1 .minsdZLZIEZll四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004構(gòu)成中間繼電器的作用： 觸點(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)四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20044、小結(jié)n僅靠動(dòng)作電流值來(lái)保證其選擇性n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)）。n當(dāng)系

5、統(tǒng)運(yùn)行方式變化比較大，或者保護(hù)線路長(zhǎng)度比較短（短線路），可能無(wú)保護(hù)范圍n終端線路采用的接線方式方式，按躲變壓器低壓側(cè)線路出口處短路整定，可保護(hù)本線路全長(zhǎng)，并能保護(hù)變壓器的一部分。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004二、限時(shí)電流速斷保護(hù)（第段）n1、要求：n（1）任何情況下能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性n（2）在滿足要求（1）的前提下，力求動(dòng)作時(shí)限最小。n因動(dòng)作帶有延時(shí)，故稱限時(shí)電流速斷保護(hù)。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20042、整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn) n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。 n動(dòng)作電流： n動(dòng)作時(shí)間： qt取0.5

6、“，稱時(shí)間階梯（），其確定原則參看P18.n靈敏性： 要求：1.31.5n若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第段配合：2 .1 .dZkdZIKI2 . 11 . 1Kktttt211 .min.dZdBlmIIK2 .1 .dZkdZIKIttt21四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n3、構(gòu)成：n與段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r(shí)間繼電器。n4、小結(jié)：q限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長(zhǎng)q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)，兼作第段的近后備保護(hù)。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004三、定時(shí)限過電流保護(hù)（第段）n1、作用：q作為本線路主保護(hù)的以及相鄰線

7、下一線路保護(hù)的。q其起動(dòng)電流按躲最大負(fù)荷電流來(lái)整定q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)。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20042、整定值的計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)： n1）、動(dòng)作電流：n躲最大負(fù)荷電流 n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)KZqmax.1 .fkdZIKImax.maxfZqZqIKImax.maxfZqkZqkhIKKIKImaxfhZqkhhdZIKKKKII25. 115. 1Kk33 . 1ZqK85. 0hK式中， 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004maxfhZqkhhdZIKKKKIIKh越

8、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）四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20042）、動(dòng)作時(shí)間n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。4321ttttttt43ttt32ttt21 階梯時(shí)間特性當(dāng)相鄰有多個(gè)元件，應(yīng)選擇與相鄰時(shí)限最長(zhǎng)的配合四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20043）、靈敏性n近后備： qId1.min本線路末端短路時(shí)的短路電流n遠(yuǎn)后備： nId2min 相鄰

9、線路末端短路時(shí)的短路電流3 . 1min. 11dZdlmIIK2 . 1min. 22dZdlmIIK3、構(gòu)成：與第段相同四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20044、小結(jié)n第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其靈敏度比第、段更高；n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；n保護(hù)范圍是本線路和相鄰下一線路全長(zhǎng)；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），故可不設(shè)電流速斷保護(hù)；n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)。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004五、三段式電流保護(hù)評(píng)價(jià)n選擇性：q在單測(cè)電源輻射網(wǎng)中，有較好的選擇性（靠Id

10、Z、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)法保證選擇性。n靈敏性：q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)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?。?，靈敏性不滿足要求。n速動(dòng)性：q第、段滿足；q第段越靠近電源，t越長(zhǎng)缺點(diǎn)n可靠性：q線路越簡(jiǎn)單，可靠性越高優(yōu)點(diǎn)n應(yīng)用范圍：n 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)四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 200412IIKJcon電流保護(hù)的接線方式n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。n常用的接線方式：三相星形接線和兩相星形接線。n1）、

11、三相星形接線的特點(diǎn)： 每相上均裝有CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點(diǎn)并聯(lián)n2）、兩相星形接線的特點(diǎn)： 某一相上不裝設(shè)CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點(diǎn)并聯(lián) （通常接A、C相）n上述兩種接線方式，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)： 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004nIdZ與IdZ.J之間的關(guān)系：n比較：q對(duì)各種相間短路，兩種接線方式均能正確反映。q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。21IInllJdZdZnII.ldZJdZnII.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004串聯(lián)線路三相星形接線：保護(hù)1和保護(hù)2之間有

12、配合關(guān)系，100切除NP線兩相星形接線：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）四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004并行線路上：（可能性大）三相星形接線：保護(hù)1和保護(hù)2同時(shí)動(dòng)作，切除線路、。兩相星形接線：2/3機(jī)會(huì)只切一條線路。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004Y接線變壓器后d(2) 以Y11接線降壓變?yōu)槔?)2(ABdBAII.0.CIAcaIII.31AbII.32YCYAII.YAYBII.2結(jié)論：B相電流是其它兩相電流的兩倍并與它們反相位四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n三相星形接線靈敏度是兩相星形接線的兩倍n針對(duì)措施：在兩相星行接線的中線上再接入一個(gè)LJ3，其電

13、流為： 利用LJ3提高靈敏性。（P31 Fig225）n經(jīng)濟(jì)性：兩相星形接線優(yōu)于三相星形接線n應(yīng)用q三相星形接線：發(fā)電機(jī)、變壓器等（要求較高的可靠性和靈敏性）。q兩相星形接線：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（A、C相）。）lYBlYCYAnInII/ )(.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004第二節(jié) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)n問題的提出q雙電源多電源和環(huán)形電網(wǎng)供電更可靠,但卻帶來(lái)新問題 IdzIdzIII213IdzIdzIII31223tt 32tt 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，四川

14、大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n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)。n解決辦法：加裝方向元件功率方向繼電器（fig2-28）。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，矛盾得以解決四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004d1處短路 d2處短路二、功率方向繼電器的工作原理 電流正方向：從母線流向線路。111dAdNAlZIU2d12dNAlZIU 11argdAdNAIU9000cosAAI

15、UP2701800cosAAIUP180arg21dAdNAIU四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n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。n實(shí)現(xiàn)：1、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90lm90arg90JjJIeUlmlmJJlmIU90arg90動(dòng)作范圍： 動(dòng)作方程： 或1503090609090eIVarg9090IVarg909090jjjjjlmjjlmjlm四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004動(dòng)作特性:當(dāng)線路發(fā)生三相短路所以,60,1dAJAJIIUU6

16、01dlm死區(qū)：當(dāng)正方向出口短路時(shí)，0AJUUGJ不動(dòng)電壓死區(qū)。消除辦法：采用，加記憶回路。四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 20042.功率方向繼電器的內(nèi)角6012090309030,30II ,VV9090eIVarg9090IVarg9090909090jjlmAJABCJA0jjjjjjlmjlm接線：內(nèi)角：四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004集成電路型功率方向繼電器n1構(gòu)成框圖n2相位比較回路q正負(fù)半周比相，與門輸出q正負(fù)半周比相，或門輸出n3 動(dòng)作特性q角度特性：最小起動(dòng)電壓（“電壓死區(qū)”）q伏安特性：最小起動(dòng)電流q潛動(dòng)問題：n僅有Vj時(shí)動(dòng)，叫電壓潛動(dòng)，僅有Ij時(shí)動(dòng)，叫電流潛動(dòng).n解

17、決措施（正負(fù)半周比相，與門輸出）四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004功率方向繼電器的接線方式n要求：良好的方向性（與故障類型無(wú)關(guān)）和較高的靈敏性。n90接線方式：指系統(tǒng)三相對(duì)稱且cos=1時(shí)， 的接線方式 90argJJUI四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004相間短路情況下90接線功率方向繼電器動(dòng)作行為分析：q正方向三相短路：n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：0)90cos(dd90為使功率方向繼電器動(dòng)作： 900d0d180090d9090一般當(dāng)（1），當(dāng)（2），在三相短路時(shí),可保證GJ動(dòng)作 900選擇：四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004正方向兩相短路，以BC

18、兩相短路為例,且空載運(yùn)行 n有兩種極限情況:出口和遠(yuǎn)處四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004出口短路 sdZZ四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004遠(yuǎn)處短路 sdZZ四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004n一般GJ： L00903045內(nèi)角的計(jì)算：或四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004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) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004限時(shí)電流速斷保護(hù)n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。n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。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004對(duì)方

19、向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià) n在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性n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)n接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資n出口時(shí)，GJ有死區(qū)，使保護(hù)有死區(qū)缺點(diǎn)n 力求不用方向元件（） 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn) n電流速斷保護(hù) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004限時(shí)電流速斷保護(hù) n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。n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。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)n在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)

20、中能保證選擇性n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)n接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資n出口三相短路時(shí)，GJ有死區(qū)，使保護(hù)有死區(qū)缺點(diǎn)n 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）四川大學(xué)電氣信息學(xué)院 呂飛鵬 2004第三節(jié) 輸電線路的接地保護(hù) n大接地電流系統(tǒng):系統(tǒng)中主變壓器中性點(diǎn)直接接地n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.n110KV及以上電網(wǎng) 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)n60KV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))n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