第二章電網(wǎng)的電流保護

1、第二章 電網(wǎng)輸電線路的電流電壓保護第一節(jié)第一節(jié) 繼電保護用繼電器和電力互感器繼電保護用繼電器和電力互感器 n繼電器是組成繼電保護裝置的基本元件。電流繼電器是實現(xiàn)電流保護的基本元件，在電流保護中用作測量和起動元件，它是反應電流超過某一整定值而動作的繼電器。 n電磁型繼電器的繼電特性是通過力矩相互作用實現(xiàn)的。能使繼電器動作（動合觸電閉合）的最小電流稱為繼電器的動作電流；能使繼電器返回（動合觸電打開）的最大電流稱為繼電器的返回電流。由于摩擦力矩的存在，使得返回電流與動作電流不等。 1 13 34 45 56 68 87 7M12MthfMMthfMM( (a a) )( (b b) )12rMf2M

2、reM9101112kI28 8電磁型電流繼電器的原理結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩曲線繼電器狀態(tài)kIreIactI過電流繼電器的繼電特性保護繼電器的返回電流與動作電流的比值稱作返回系數(shù)，記為 ：reKactrereIIKn將一次系統(tǒng)的大電流準確地變換為適合二次系統(tǒng)使用的小電流（額定值為1A或5A），以便繼電保護裝置或儀表用于測量電流。并將一次、二次設(shè)備安全隔離，使高、低壓回路不存在電的聯(lián)系。電流互感器在電路圖中的文字符號為TA。電流互感器由鐵芯及繞組組成，原方繞組和副方繞組通過一個共同的鐵芯進行互感耦合。 電流互感器：1U1X2X1I2I2U1U 1 1jXI2 2jX I2U2I1IFUFXFUFIFUFIF

3、ILZ電流互感器的等值回路及相量圖 電壓互感器：n將一次系統(tǒng)的高電壓準確地變換為適合二次系統(tǒng)使用的低電壓（額定值為100V或100/V）。并將一次、二次設(shè)備安全隔離，以保障二次設(shè)備和工作人員的安全。電壓互感器在電路圖中的文字符號為TV。 n1.電磁式電壓互感器n2.電容式電壓互感器1U1Z2Z1I2I1U11I Z22I Z2U2I1I0( )a( )b2UFUFZLZFIFUFI電壓互感器的等值電路與相量圖1C1U1I2I2CL20UT1C2CtX120112CUUCC( )a( )b2ULILZLZLI電容式電壓互感器原理圖 第二節(jié)第二節(jié) 相間短路的電流保護相間短路的電流保護 n根據(jù)線路故

4、障對主、后備保護的要求，線路相間短路的電流保護有三種：n第一，無時限電流速斷保護或無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護；n第二，帶時限電流速斷保護或帶時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護；n第三，定時限過電流保護或低電壓啟動過電流保護。一、無時限電流速斷保護n無時限電流速斷保護依靠動作電流來保證其選擇性，即被保護線路外部短路時流過該保護的電流總小于其動作電流，不能動作；而只有在內(nèi)部短路時流過保護的電流才有可能大于其動作電流，使保護動作。故無時限電流速斷保護不必外加延時元件即可保證保護的選擇性 。n無時限電流速斷保護的靈敏度是通過保護范圍的大小來衡量的，即它所保護的線路長度的百分數(shù)來表示。保護在不同運行方式下和不同短

5、路類型時，保護的靈敏度即保護范圍各不相同。應采用最不利情況下保護的保護范圍來校驗保護的靈敏度，一般要求保護范圍不小于線路全長的15% 。ABC1QF2QFsmaxsminZZ3QFminlmaxlact1IIl0213k無時限電流速斷保護整定計算示意圖act1relkBmaxIK In當系統(tǒng)運行方式變化很大，或者保護線路的長度很短時，無時限電流速斷保護的靈敏度就會不滿足要求甚至沒有保護范圍，此保護不宜使用，此時可采用無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。電流電壓聯(lián)鎖速斷保護是采用電流、電壓元件相互閉鎖實現(xiàn)的保護，只要有一個元件不動作，保護即被閉鎖。 二、帶時限電流速斷保護n電流保護第段只能保護線路的一部

6、分，而該線路剩下部分的短路故障必須依靠電流保護第段來可靠切除。這樣，線路上的電流保護第段和第段共同構(gòu)成整個被保護線路的主保護，它能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性地切除本線路上任一處故障。 n帶時限電流速斷保護電流測量元件的整定值遵循原則：n第一、在任何情況下，帶時限電流速斷保護均能保護本線路全長（包括本線路末端），為此，保護范圍必須延伸至相鄰的下一線路，以保證保護在有各種誤差的情況下仍能保護線路的全長；n第二、為了保證在相鄰的下一線路出口處短路時保護的選擇性，本線路的帶時限電流速斷保護在動作時間和動作電流兩個方面均必須和相鄰線路的無時限電流速斷保護配合。 act1relact2bminact

7、1act2/IK IKtttABC1QF2QF3QFact1IIl0ABIBIBCIkkBmaxIact1Iact2IkCmaxIn當帶時限電流速斷保護靈敏度不滿足要求時，動作電流可采用和相鄰線路電流保護第段整定值配合的方法確定，以降低本線路電流保護第段的整定值，提高其靈敏度。relact2act1bminK IIKact1act2ttt 三、定時限過電流保護 n定時限過電流保護的作用是做本線路主保護的近后備，并做相鄰下一線路或元件的遠后備，因此它的保護范圍要求超過相鄰線路或元件的末端 。由于定時限過電流保護的動作值只考慮在最大負荷電流情況下保護不動作和保護能可靠返回的情況，而無時限電流速斷保

8、護和帶時限電流速斷保護的動作電流則必須躲過某一個短路電流，因此，電流保護第段的動作電流通常比電流保護第段和第段的動作電流小得多，其靈敏度比電流保護第、段更高。n當網(wǎng)絡中某處發(fā)生短路時，從故障點至電源之間所有線路上的電流保護第段的電測量元件均可能動作。為了保證選擇性，各線路第段電流保護均需增加延時元件，且各線路第段保護的延時必須互相配合。 n兩相鄰線路電流保護第段動作時間之間相差一個時間階段的整定方式稱為按階梯原則整定。 n當定時限過電流保護靈敏度不滿足要求時，可采用低電壓啟動的過電流保護。所謂低電壓啟動的過電流保護是指在定時限過電流保護中同時采用電流測量元件和低于動作電壓動作的低電壓測量元件來

9、判斷線路是否發(fā)生短路故障的保護。 四、電流保護的接線方式 n所謂電流保護的接線方式是指電流互感器和電流測量元件間的連接方式。為能反映所有類型的相間短路，電流保護要求至少在兩相線路上應裝有電流互感器和電流測量元件。n完全星形接線方式，一般用于大接地電流系統(tǒng)。不完全星形接線方式，一般用于小接地電流系統(tǒng)。 n兩種接線方式均能反映所有的相間短路，兩種接線方式的區(qū)別主要有：n（1）兩種接線的投資不同；n（2）在大接地電流系統(tǒng)中，完全星形接線能反映所有單相接地故障，不完全星形接線不能反映B相接地故障；n（3）在小接地電流系統(tǒng)中，在不同線路的不同相上發(fā)生兩點接地時，不完全星形接線只有三分之一的機會切除兩條線

10、，而完全星形接線則均切除兩條線，因此，不完全星形接線的供電可靠性高；在串聯(lián)運行的兩相鄰線路上發(fā)生兩點接地時，不完全星形接線方式的電流保護有三分之一的機會無選擇性動作，而完全星型接線則百分之百有選擇性動作。n（4）對于繞組為星型-三角形聯(lián)結(jié)的變壓器后發(fā)生兩相短路時，完全星型接線方式電流保護的靈敏度是不完全星型接線電流保護的靈敏度的二倍。 I I I 1ABC至邏輯 元件( )aI I 1ABC( )b至邏輯 元件QFQF 電流保護的接線方式 (a) 完全星形接線； (b)不完全星形接線第三節(jié) 多側(cè)電源電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護 n一、方向性電流保護的工作原理 n為了消除雙側(cè)電源網(wǎng)絡中保護無選擇

11、性的動作，就需要在可能誤動作的保護上加設(shè)一個功率方向元件。該元件當短路功率由母線流向線路時動作；當短路功率由線路流向母線時不動作。雙測電源網(wǎng)絡相間短路方向保護就是在單側(cè)電源網(wǎng)絡相間短路保護的基礎(chǔ)上增加了方向判別元件，以保證其選擇性的保護。雙測電源網(wǎng)絡方向保護有功率方向和阻抗方向兩種。n當雙測電源網(wǎng)絡上的保護裝設(shè)方向元件后，就可以把他們拆開成兩個單側(cè)電源網(wǎng)絡看待，兩組方向保護之間不要求配合關(guān)系，其整定計算仍可按單側(cè)電源網(wǎng)絡保護原則進行。 1EABC2Ek1Ik2Ik1 1Q QF F2 2Q QF F3 3Q QF F4 4Q QF F 5 5Q QF F6 6Q QF Fn二、相間短路方向繼電

12、器的90。接線方式n為了減小和消除死區(qū)，相間短路的功率方向測量元件廣泛采用非故障的相間電壓作參考量去判別電流的相位，即90。接線方式。所謂90。接線方式是指系統(tǒng)在三相對稱且功率因數(shù)為1的情況下，接入功率方向測量元件的電流超前所加電壓90。的接線方式。raIIrbcUUcUaUbUn90。接線方式的主要優(yōu)點是：第一，對各種兩相短路都沒有死區(qū)，因為繼電器加入的是非故障的相間電壓，其值很高；第二，適當?shù)剡x擇繼電器的內(nèi)角后，對線路上發(fā)生的各種故障，都能保證動作的方向性。因此接線得到了廣泛的應用。 功功率率繼繼電電器器序序號號 1 1K KP P 2 2K KP P 3 3K KP P rI aI bI

13、 cI rU bcU caU abU第四節(jié)第四節(jié) 中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序中性點直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護電流及方向保護 n當中性點直接接地的電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，將出現(xiàn)很大的零序電流。我國110kV及以上的電力系統(tǒng)均為大電流接地系統(tǒng)。單相短路將產(chǎn)生很大的故障相電流和零序電流，必須裝設(shè)接地短路的相應保護裝置。接地短路時必有零序電流，而在正常負荷狀態(tài)下，零序電流沒有或很小，因此采用反應零序電流的接地保護將能取得較高靈敏度，而且三相只要一個電流繼電器，使接地保護裝置非常簡單。 n大接地電流系統(tǒng)中的多段式零序電流保護 ：零序電流速斷（零序段）保護 ；零序電流限時速斷（零序段

14、）保護 ；定時限零序過電流（零序段）保護 ；零序電流濾過器*QFaIbIcIABCTArI( )a( )b0IrI0IABCTAN電 纜零序電壓濾過器*ABCN*mn*mn*ABC( )a( )bAUaUBUCUbUcUAUBUCUaUbUcUabcn方向性零序電流保護 。在變壓器接地數(shù)目比較多的復雜環(huán)形網(wǎng)絡中，為了簡化整定計算及保護之間相互的配合，并保證保護的選擇性，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問題。在零序電流保護上增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障時，零序功率方向的差別，來閉鎖可能誤動作的保護，才能保證動作的選擇性。n多段式方向零序電流保護的構(gòu)成僅在零序電流保護第、各段中分別增

15、加一個零序功率方向測量元件，并與零序電流測量元件構(gòu)成與門，共同判別是否在保護線路正方向發(fā)生了接地短路。 第五節(jié) 中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及功率方向保護 n電壓為335kV的電網(wǎng)，采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，統(tǒng)稱為中性點非直接接地電網(wǎng)。中性點非直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，雖然系統(tǒng)的中性點電位發(fā)生變化，相電壓不對稱，但相間電壓卻還保持對稱狀態(tài)，因此不影響供電，可維持電網(wǎng)在故障后短時間運行，不必立即跳該故障線路的斷路器（在危及人身、設(shè)備安全時則應立即跳閘），但為了防止事故擴大，應發(fā)出報警信號以便運行人員及時檢查和排除故障。n一、中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時有

16、以下特征：n1、在發(fā)生單相接地時，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓和零序電流；n2、非故障線的零序電流為該線非故障相對地電容電流之和，方向為由母線指向線路且超前零序電壓90。 ；n3、故障點的電流為全系統(tǒng)非故障相對地電容電流之和，其相位超前零序電壓90。 ；n4、故障線的零序電流等于除故障線外的全系統(tǒng)中其他元件非故障相的電容電流之和，其值遠大于非故障線的零序電流，且方向與非故障線電流的方向相反，由線路指向母線，且滯后零序電壓90。 ；n5、故障線的零序功率與非故障線的零序功率方向相反。 n根據(jù)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的各種特征，這種系統(tǒng)可構(gòu)成以下原理的接地短路保護方式。n1、絕緣監(jiān)視裝置 n2、零序電

17、流保護 n3、零序功率方向保護 n二、中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點及保護方式 。n在中性點和大地之間接入一個帶鐵芯的電感線圈L，當發(fā)生單相接地故障時，在接地點就有一個電感分量的電流通過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消，就可以減少故障點的接地電流，因此稱它為消弧線圈。 n根據(jù)對電容電流補償程度的不同，消弧線圈可以有下列三種補償方式：完全補償 、欠補償 、過補償 。n采用過補償后，該系統(tǒng)中零序分量的特征如下： n1、全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓和零序電流；n2、由于過補償作用使流經(jīng)故障點、故障線路的零序電流大大減小，因此它的大小與非故障線路的零序電流值差別不大，其次由于補償系數(shù)不大，所以采用零序電流保護很難滿足靈敏系數(shù)的要求；n3、采用過補償方式后故障線零序電流和零序功率方