單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路電流保護(hù)課件

1、電 網(wǎng) 的 電 流 保 護(hù)第1頁，共72頁。2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)第2頁，共72頁。一、繼電器 繼電器是一種能自動(dòng)執(zhí)行通、斷操作的部件（電控開關(guān)），當(dāng)輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出按預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)發(fā)生變化。分類： 結(jié)構(gòu) 功能 單元件 電磁型 電流繼電器 啟動(dòng)繼電器 感應(yīng)型 電壓繼電器 度量繼電器 整流型 功率方向繼電器 時(shí)間繼電器 數(shù)字型 阻抗繼電器 信號繼電器 中間繼電器 接點(diǎn)閉合, 或斷開第3頁，共72頁。一種電磁型電流繼電器工作原理(也稱動(dòng)合觸點(diǎn))常開接點(diǎn)圖形符號第4頁，共72頁。一種電磁型電流繼電器工作原理(也稱動(dòng)合觸點(diǎn))常開接點(diǎn)通入電流 電流不大時(shí)（如正常的負(fù)荷電流）

2、，電磁力不足以克服彈簧力矩，接點(diǎn)仍然處于“斷開”的狀態(tài)。第5頁，共72頁。一種電磁型電流繼電器工作原理(也稱動(dòng)合觸點(diǎn))常開接點(diǎn)電流較大后繼電器動(dòng)作 接點(diǎn)閉合（連通）應(yīng)用于： 控制電的“通”、“斷”。如家里的空氣開關(guān)、遙控電源）電流較大時(shí)（如短路電流），電磁力矩較大第6頁，共72頁。常閉接點(diǎn)(也稱動(dòng)斷觸點(diǎn))圖形符號一種電磁型電流繼電器工作原理圖形符號常開接點(diǎn)第7頁，共72頁。繼電器的繼電特性： 動(dòng)作過程不動(dòng)“動(dòng)作電流”的電磁力矩 彈簧力矩 + 摩擦力矩第8頁，共72頁。繼電器的繼電特性： 動(dòng)作過程 保持動(dòng)作狀態(tài)“動(dòng)作電流”的電磁力矩 彈簧力矩 + 摩擦力矩連通第9頁，共72頁。繼電器的繼電特性：

3、動(dòng)作過程(重復(fù)一遍)動(dòng)作電流“動(dòng)作電流”的電磁力矩 彈簧力矩 + 摩擦力矩一旦動(dòng)作，則氣隙減小電磁力矩增大過程急劇第10頁，共72頁。動(dòng)作電流返回電流“”動(dòng)作后的返回過程“返回電流”的電磁力矩+ 摩擦力矩 彈簧力矩繼電器的繼電特性：返回過程第11頁，共72頁。由圖可知：動(dòng)作電流 返回電流繼電器的“繼電特性”：動(dòng)作電流返回電流第12頁，共72頁。1）動(dòng)作狀態(tài)垂直躍變明確性（摩擦阻力一旦被克服，就會(huì)形成躍變，不會(huì)緩變）；動(dòng)作電流返回電流2） 穩(wěn)定性 （需克服阻力，也避免彈跳）繼電器的繼電特性：動(dòng)作、返回都十分干脆！第13頁，共72頁。2） 穩(wěn)定性 （需克服阻力，也避免彈跳）電流波動(dòng)時(shí)，會(huì)彈跳不會(huì)彈

4、跳第14頁，共72頁。 欠量型繼電器（反應(yīng)于測量量的減小而動(dòng)作） 過量型繼電器（反應(yīng)于測量量的增大而動(dòng)作） 繼電器的表示方法：常開接點(diǎn)常閉接點(diǎn)示意圖接點(diǎn)符號名稱“?！笔侵覆粠щ姷臓顟B(tài)，而不是“正常狀態(tài)”第15頁，共72頁。單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)電流量特征問題：如果變電站 B、C、D 還有其他負(fù)荷或者引 出線時(shí)（這是一般的情況），怎么辦？負(fù)荷端對短路電流計(jì)算的影響較小,可以忽略。第16頁，共72頁。 在故障點(diǎn)位置確定和故障類型確定的情況下，短路電流 Ik 僅與系統(tǒng)等值阻抗 Zs 有關(guān)。第17頁，共72頁。 1）在某一地點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如果流過保護(hù)安裝處的電流為最大，則稱此時(shí)的運(yùn)行方式為：最大運(yùn)

5、行方式。第18頁，共72頁。2）在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時(shí)，如果流過保護(hù)安裝處的電流為最小，則稱此時(shí)的運(yùn)行方式為：最小運(yùn)行方式。1）在某一地點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如果流過保護(hù)安裝處的電流為最大，則稱此時(shí)的運(yùn)行方式為：最大方運(yùn)行方式。第19頁，共72頁。短路電流隨故障點(diǎn)位置變化的曲線，稱為短路電流變化曲線。根據(jù)短路電流的變化規(guī)律，來進(jìn)行電流保護(hù)的配置和整定計(jì)算。第20頁，共72頁。1、電流速斷保護(hù)（簡稱：電流段）（1）工作原理：反應(yīng)于短路電流的幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)（電流大于某個(gè)數(shù)值時(shí)，立即動(dòng)作）。 以保護(hù)2為例予以說明按照選擇性的要求，希望能保護(hù)本線路全長。第21頁，共72頁。1、電流速

6、斷保護(hù)（簡稱：電流段） 按照選擇性的要求，希望能保護(hù)本線路全長。 ，因此，保護(hù)2的電流速斷保護(hù)按躲過相鄰下一條線路出口處(K2)短路時(shí)，可能出現(xiàn)的最大短路電流來進(jìn)行整定。（保證選擇性和可靠性，犧牲一定的靈敏性，獲得速動(dòng)性） 但是，保護(hù)2無法區(qū)分 K1 點(diǎn)與 K2 點(diǎn)的短路 (電流大小幾乎一樣，兩點(diǎn)間的距離很短） 否則，K2 時(shí)，保護(hù)2會(huì)誤動(dòng)。第22頁，共72頁。 問題1：為什么需要躲過最大短路電流？ 考慮最不利（惡劣）的條件，保證在各 種情況下都能夠有選擇性。 問題2：什么情況下會(huì)出現(xiàn)最大短路電流？ 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，發(fā)生三相短路。短路點(diǎn)確定后，ZA-B 也就確定了。第23頁，共72頁。符號說

7、明（或斷路器編號1）第24頁，共72頁。（2）整定計(jì)算原則整定計(jì)算的三要素： 1）整定值； 2）動(dòng)作時(shí)限； 3）靈敏性校驗(yàn)。下面，以保護(hù)2為例。第25頁，共72頁。 為了保證選擇性，保護(hù)2的整定原則為：躲開下一條線路出口處（K2）的最大短路電流。（2）整定計(jì)算原則 為了不必在圖中標(biāo)注短路點(diǎn)的位置，整定原則的公式可以書寫為：為了敘述簡便，將整定原則演變?yōu)椋?躲過線路末端的最大短路電流（K1處）。第26頁，共72頁。（2）整定計(jì)算原則保護(hù)2的電流整定原則：第27頁，共72頁。（2）整定計(jì)算原則2號斷路器處的保護(hù)整定：1號斷路器處的保護(hù)整定：電流段整定方法（或稱為原則）歸納為： 躲過線路末端出現(xiàn)的最

8、大短路電流?。ú槐貥?biāo)注短路點(diǎn)的位置，即可知道：上圖的何處為短路點(diǎn)）第28頁，共72頁。（2）整定計(jì)算原則由計(jì)算式可以推斷出，存在如下這些誤差（影響因素）：1）系統(tǒng)和線路參數(shù)（ZS 、 ZAB ）的誤差；2）電勢的波動(dòng)；3）上式為工頻量，還應(yīng)當(dāng)考慮非周期分量、諧波；4）“大于”而不是“等于”，應(yīng)當(dāng)有“一定的裕度” 第29頁，共72頁?？煽肯禂?shù) 主要考慮了各種影響因素的相對誤差： 1）非周期分量、諧波分量； 2）系統(tǒng)和線路參數(shù)的誤差； 3）電動(dòng)勢波動(dòng)； 4）計(jì)算誤差； 5）互感器傳變誤差； 6）繼電器測量誤差； 7）裕度。 最不利的影響是：誤差同時(shí)偏向一側(cè)。 因此，一般 取為1.21.3。第30頁

9、，共72頁。二次側(cè)整定值繼電器整定值(動(dòng)作值)：二次整定值：第31頁，共72頁。動(dòng)作時(shí)限： t=0（秒） 瞬時(shí)動(dòng)作（理想情 況），實(shí)際上，都需要一定的測量時(shí) 間，稱為固有動(dòng)作時(shí)間。靈敏性校驗(yàn)：用線路被保護(hù)的最小范圍來衡量。 （說明：最少能保護(hù)線路的多長？）靈敏度定義：第32頁，共72頁。1）圖解法（按比例畫圖和曲線）第33頁，共72頁。2）解析法第34頁，共72頁。2）解析法最小短路電流：求解得：第35頁，共72頁。求解得：第36頁，共72頁。電流段定值 躲過線路末端最大的短路電流動(dòng)作時(shí)限 無延時(shí)、瞬時(shí)動(dòng)作電流段校驗(yàn) 按照最小的短路電流 電流速斷保護(hù)（電流I段）整定歸納：第37頁，共72頁。（

10、3）電流段單相原理接線圖 KM作用是增加接點(diǎn)的個(gè)數(shù)和容量。如果電流繼電器的接點(diǎn)數(shù)和容量夠用，則不用KM。 信號繼電器KS作用：通知運(yùn)行人員，并便于記錄。 第38頁，共72頁。（4）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡單可靠,動(dòng)作迅速。缺點(diǎn)：1）不能保護(hù)本線路全長；2）受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響大；3）可能沒有保護(hù)范圍：運(yùn)行方式變化較大、短線路時(shí)。 當(dāng)線路與變壓器相連接時(shí)，可以保護(hù)線路的全長，并能夠保護(hù)變壓器的一部分(變壓器的阻抗較大)。第39頁，共72頁。2、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流段）要求： 保護(hù)線路的全長（有足夠的靈敏度）；具有最小的動(dòng)作延時(shí)（無奈的延時(shí)，又希望盡可短）（1）工作原理保護(hù)范圍延伸至下級線路，與下級線路電

11、流段配合需帶時(shí)限，在時(shí)間上比下級線路的電流段高t（換取選擇性）(保證選擇性和可靠性，犧牲一定的速動(dòng)性，獲得靈敏性)第40頁，共72頁。（2）整定電流 假設(shè)M為保護(hù) 1 的電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍末端，則：（3）動(dòng)作時(shí)限（保證選擇性）（非周期分量基本上衰減結(jié)束了，可以忽略影響）第41頁，共72頁。（3）動(dòng)作時(shí)限（保證選擇性）第42頁，共72頁。（考慮：最小運(yùn)行方式、兩相相間短路的情況）若不滿足,再考慮與保護(hù)1的電流段相配合。（4）靈敏性校驗(yàn)?zāi)康模捍_保 A-B 線路任何地方的短路都能被切除。第43頁，共72頁。 t 考慮的因素： 1）斷路器動(dòng)作時(shí)間 + 滅弧時(shí)間； 2）時(shí)間繼電器的延時(shí)誤差； 3）測

12、量元件（電流繼電器）在外部故障切除后的 返回延時(shí)； 4）裕度。 通常取 0.5s。 采用快速滅弧和電子延時(shí)后，可以縮短到0.3s。 （考試或交流中，可以僅說：0.5秒延時(shí)）第44頁，共72頁。（5）電流段的原理接線 電流段接線電流段接線時(shí)間繼電器第45頁，共72頁。（6）評價(jià) 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度好，能保護(hù)線路全長。 缺點(diǎn)：帶 0.5秒延時(shí)，速動(dòng)性差一些； 不能作為下一級線路的遠(yuǎn)后備 電流、段聯(lián)合工作就可以保證全線范圍內(nèi)的故障在0.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下，能夠滿足快速切除故障的要求，二者共同構(gòu)成了單端電氣量的“主保護(hù)”。第46頁，共72頁。 設(shè)計(jì)目的：不允許故障長期存在。 整定原則：躲過線路上可能

13、出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。 (目的是：故障切除后，應(yīng)當(dāng)可靠返回)3、定時(shí)限過電流保護(hù)（電流段） 一般情況下，段和段的電流定值都較大一些，所以，基本上存在： 可以可靠返回第47頁，共72頁。（1）整定電流（啟動(dòng)電流） 本線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 外部故障切除后已經(jīng)啟動(dòng)的保護(hù)能夠可靠返回3、定時(shí)限過電流保護(hù)（電流段）第48頁，共72頁。 外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)自啟動(dòng)的過程，自啟動(dòng)電流大于它的額定工作電流。要求：保護(hù)（如3、4、5）在自啟動(dòng)電流情況下必須 可靠返回。第49頁，共72頁。（2） 動(dòng)作時(shí)限按上圖標(biāo)定的序號，形成階梯型時(shí)限特性：第50頁，共72頁。對于更一般的情況，第段時(shí)

14、限特性如下：第51頁，共72頁。 在電流、段以及斷路器都可以正常工作情況下，電流段的電流繼電器僅僅啟動(dòng)（電流定值較?。牵訒r(shí)較長，所以，不發(fā)跳閘命令（由電流段或段切除短路，電流段隨即返回）；在電流、段或斷路器拒動(dòng)時(shí)，電流段的延時(shí)才能夠“走到頭”，此時(shí)才發(fā)跳閘命令，故稱為“后備保護(hù)”。第52頁，共72頁。段的后備作用： 1）近后備同一地點(diǎn)電流、段拒動(dòng)的后備 2）遠(yuǎn)后備下一個(gè)變電站的保護(hù)和斷路器拒動(dòng) 的后備（防止短路點(diǎn)不切除） 順便提及： 實(shí)際上，還有一種叫做“斷路器失靈保護(hù)”。第53頁，共72頁。電流的相互配合關(guān)系第54頁，共72頁。III段之間的時(shí)間配合關(guān)系及其管轄范圍管轄范圍動(dòng)作時(shí)間保

15、護(hù)2的3段范圍保護(hù)3的3段范圍保護(hù)4的3段范圍第55頁，共72頁。（3）靈敏性校驗(yàn)最小運(yùn)行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。 最小短路電流都能夠動(dòng)作，意味著：保護(hù)范圍內(nèi)的任何短路都能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作。第56頁，共72頁。（3）靈敏性校驗(yàn) 最小運(yùn)行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。 靈敏系數(shù)相互配合：越靠近故障點(diǎn)保護(hù)靈敏度應(yīng)當(dāng)越高 K sen.1 K sen.2 K sen.3第57頁，共72頁。（4）原理接線 與限時(shí)電流速斷保護(hù)類似，主要區(qū)別是：時(shí)間繼電器的時(shí)間整定值不同。（5）評價(jià) 簡單可靠，動(dòng)作時(shí)限與短路電流的大小無關(guān)。 故障靠電源越近，短路電流越大，過電流保護(hù)切除故障的時(shí)間越長（不利）

16、。第58頁，共72頁。階段式電流保護(hù)的單相原理接線階段式電流保護(hù)簡單、可靠，在35KV及以下低壓配電網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。主要缺點(diǎn)：受電網(wǎng)接線及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。第59頁，共72頁。5、反時(shí)限過電流保護(hù)（了解） 反時(shí)限電流保護(hù)：也是一種過電流保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限與電流的大小有關(guān)。電流越小，動(dòng)作時(shí)限越長；電流越大，動(dòng)作時(shí)限越短。在一定程度上具有階段式電流保護(hù)的功能，可同時(shí)滿足速動(dòng)性和選擇性要求。 避免動(dòng)作時(shí)間太長！第60頁，共72頁。反時(shí)限過電流保護(hù)的時(shí)間配合關(guān)系 構(gòu)成一個(gè)比較自然的時(shí)間配合，最長的時(shí)間不至于太長。第61頁，共72頁。三、電流保護(hù)的接線方式 電流繼電器與電流互感器二次線圈之間

17、的連接方式 三相星形接線與兩相星形接線（a）三相星形接線方式； （b）兩相星形接線方式 每相上均裝有TA和KA、Y形接線 KA的觸點(diǎn)并聯(lián)（或） 一相上不裝設(shè)TA和KA、Y形接線 KA的觸點(diǎn)并聯(lián)（或）（接A、C相）第62頁，共72頁。1.三相星形接線和兩相星形接線的性能比較（1）相間短路 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)，都能夠正確動(dòng)作，但動(dòng)作的繼電器數(shù)目不同。（2）單相接地短路 兩相星形接線不能反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的B相接地短路。第63頁，共72頁。（3）異地兩點(diǎn)接地短路 小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。兩相星形同名相兩點(diǎn)接地不必全跳好好好好故障組合 結(jié)果

18、第64頁，共72頁。（3）異地兩點(diǎn)接地短路 小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。三相星形同名相兩點(diǎn)接地不必全跳各種異名相兩點(diǎn)接地，均跳兩回線。供電可靠性不如兩相星型第65頁，共72頁。（3）異地兩點(diǎn)接地短路兩相星形（不好）（不好）第66頁，共72頁。（3）異地兩點(diǎn)接地短路三相星形 各種異名相的異地兩點(diǎn)接地，保護(hù)具備配合的關(guān)系，只跳II線。第67頁，共72頁。（3）異地兩點(diǎn)接地短路 小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。“兩相星形”不利“兩相星形”有利第68頁，共72頁。 三相星形接線：廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中，因?yàn)樗芴岣弑Ｗo(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性。 兩相星形接線：由于輻射線路普遍較多，同