電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第1頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬第一節(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繼電特性,以過電流繼電器為例：動作；返回。繼電器的動作電流IdzJ：能使繼電器動作的最小電流值。繼電器的返回電流IhJ：能使繼電器返回的最大電流值。

IdzJIhJIj第2頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬繼電特性的要點(diǎn)：永遠(yuǎn)處于動作或返回狀態(tài)，無中間狀態(tài)。返回系數(shù)：過量繼電器，Kh小于1；欠量繼電器，Kh大于1。

第3頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬三段式電流保護(hù)配置

三段式第Ⅰ段:電流速斷保護(hù)第Ⅱ段:限時電流速斷保護(hù)第Ⅲ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)第4頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬一、電流速斷保護(hù)（第Ⅰ段）僅反應(yīng)于相電流增大而瞬時動作的電流保護(hù)。1、短路電流的計算：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第一段動作電流第5頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬可見，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）第6頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬2、整定值計算及靈敏性校驗

為了保護(hù)的選擇性，動作電流按躲過本線路末端短路時的最大短路電流整定保護(hù)裝置的動作電流：能使該保護(hù)裝置起動的最小電流值，用電力系統(tǒng)一次側(cè)參數(shù)表示。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)線路的全長動作電流：動作時限：

TdzI=0s第7頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬靈敏性靈敏性：用保護(hù)范圍的大小來衡量lmax、lmin一般用lmin來校驗：要求：≥（15～20）％希望值50％方法：①圖解法②解析法：可得式中

ZL=Z1l――被保護(hù)線路全長的阻抗值式中

ZL=Z1*L被保護(hù)線路全長的阻抗值第8頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬構(gòu)成中間繼電器的作用：①觸點(diǎn)容量大，可直接接TQ去跳閘②當(dāng)線路上裝有管型避雷器時，利用其固有動作時間（60ms）防止避雷器放電時保護(hù)誤動第9頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬4、小結(jié)

僅靠動作電流值來保證其選擇性能無延時地保護(hù)本線路的一部分（不是一個完整的電流保護(hù)）。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化比較大，或者保護(hù)線路長度比較短（短線路），可能無保護(hù)范圍終端線路采用線路—變壓器組的接線方式方式，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，并能保護(hù)變壓器的一部分。第10頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬二、限時電流速斷保護(hù)（第Ⅱ段）1、要求：（1）任何情況下能保護(hù)線路全長，并具有足夠的靈敏性（2）在滿足要求（1）的前提下，力求動作時限最小。因動作帶有延時，故稱限時電流速斷保護(hù)。第11頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬2、整定值的計算和靈敏性校驗為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護(hù)范圍不超出下一條線路第Ⅰ段的保護(hù)范圍。即整定值與相鄰線路Ⅰ段配合。動作電流：動作時間：Δt取0.5“，稱時間階梯（時限級差），其確定原則參看P18.靈敏性：要求：≥1.3～1.5若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第Ⅱ段配合：第12頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬3、構(gòu)成：與Ⅰ段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r間繼電器。4、小結(jié)：限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性與第Ⅰ段共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作第Ⅰ段的近后備保護(hù)。第13頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬三、定時限過電流保護(hù)（第Ⅲ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。其起動電流按躲最大負(fù)荷電流來整定不僅能保護(hù)本線路全長，且能保護(hù)相鄰線路的全長。第14頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬2、整定值的計算和靈敏性校驗：1）、動作電流：①躲最大負(fù)荷電流

②在外部故障切除后，電動機(jī)自起動時，應(yīng)可靠返回。電動機(jī)自起動電流要大于它正常工作電流，因此引入自起動系數(shù)KZq式中，

第15頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬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0.85～0.9）

第16頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬2）、動作時間在網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路故障時，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第Ⅲ段的測量元件均可能動作。例如：下圖中d1短路時，保護(hù)1～4都可能起動。為了保證選擇性，須加延時元件且其動作時間必須相互配合。

階梯時間特性

當(dāng)相鄰有多個元件，應(yīng)選擇與相鄰時限最長的配合

第17頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬3）、靈敏性近后備：Id1.min―本線路末端短路時的短路電流遠(yuǎn)后備：Id2min

―相鄰線路末端短路時的短路電流3、構(gòu)成：與第Ⅱ段相同Ⅲ第18頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬4、小結(jié)第Ⅲ段的IdZ比第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其靈敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；在后備保護(hù)之間，只有靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，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；電網(wǎng)末端第Ⅲ段的動作時間可以是保護(hù)中所有元件的固有動作時間之和（可瞬時動作），故可不設(shè)電流速斷保護(hù)；末級線路保護(hù)亦可簡化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近電源，tⅢ越長，應(yīng)設(shè)三段式保護(hù)。第19頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬五、三段式電流保護(hù)評價選擇性：在單測電源輻射網(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)中可能無法保證選擇性。靈敏性：受運(yùn)行方式的影響大，往往滿足不了要求?！娏鞅Ｗo(hù)的缺點(diǎn)第Ⅰ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Ⅲ段：長線路重負(fù)荷（If增大，Id減?。?，靈敏性不滿足要求。速動性：第Ⅰ、Ⅱ段滿足；第Ⅲ段越靠近電源，t越長——缺點(diǎn)可靠性：線路越簡單，可靠性越高——優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用范圍：

35KV及以下的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)中；第Ⅰ段：110KV等，輔助保護(hù)第20頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬電流保護(hù)的接線方式定義：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。常用的接線方式：三相星形接線和兩相星形接線。1）、三相星形接線的特點(diǎn)：①每相上均裝有CT和LJ、Y形接線②LJ的觸點(diǎn)并聯(lián)2）、兩相星形接線的特點(diǎn)：①某一相上不裝設(shè)CT和LJ、Y形接線②LJ的觸點(diǎn)并聯(lián)（通常接A、C相）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)：第21頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬IdZ與IdZ..J之間的關(guān)系：比較：對各種相間短路，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，一般只要求切除一個接地點(diǎn)，而允許帶一個接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行一段時間。第22頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬串聯(lián)線路三相星形接線：保護(hù)1和保護(hù)2之間有配合關(guān)系，100％切除NP線兩相星形接線：2/3機(jī)會切除NP線。（即1/3機(jī)會無選擇性動作）第23頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬并行線路上：（可能性大）三相星形接線：保護(hù)1和保護(hù)2同時動作，切除線路Ⅰ、Ⅱ。兩相星形接線：2/3機(jī)會只切一條線路。第24頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬Y／△接線變壓器后d(2)

以Y／△－11接線降壓變?yōu)槔Y(jié)論：B相電流是其它兩相電流的兩倍并與它們反相位第25頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬三相星形接線靈敏度是兩相星形接線的兩倍針對措施：在兩相星行接線的中線上再接入一個LJ3，其電流為：利用LJ3提高靈敏性。（P31Fig2－25）經(jīng)濟(jì)性：兩相星形接線優(yōu)于三相星形接線應(yīng)用三相星形接線：發(fā)電機(jī)、變壓器等（要求較高的可靠性和靈敏性）。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）。）第26頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)問題的提出雙電源多電源和環(huán)形電網(wǎng)供電更可靠,但卻帶來新問題對電流速斷保護(hù)：d1處短路，d2處短路，對過電流保護(hù)：d1處短路，d2處短路，有選擇性:

第27頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬原因分析：反方向故障時對側(cè)電源提供的短路電流引起誤動。解決辦法：加裝方向元件——功率方向繼電器（fig2-28）。僅當(dāng)它和電流測量元件均動作時才啟動邏輯元件。這樣雙側(cè)電源系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)變成針對兩個單側(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

第28頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬d1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。

第29頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬因此：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。實現(xiàn)：1、最大靈敏角：在UJ、IJ幅值不變時，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)輸出為最大時的相位差稱最大靈敏角。動作范圍：

動作方程：

或第30頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬動作特性:當(dāng)線路發(fā)生三相短路所以死區(qū)：當(dāng)正方向出口短路時，GJ不動——電壓死區(qū)。消除辦法：采用90度接線方式，加記憶回路。第31頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬2.功率方向繼電器的內(nèi)角第32頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬集成電路型功率方向繼電器1構(gòu)成框圖2相位比較回路正負(fù)半周比相，與門輸出正負(fù)半周比相，或門輸出3動作特性角度特性：最小起動電壓（“電壓死區(qū)”）伏安特性：最小起動電流潛動問題：僅有Vj時動，叫電壓潛動，僅有Ij時動，叫電流潛動.解決措施（正負(fù)半周比相，與門輸出）第33頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬功率方向繼電器的接線方式要求：良好的方向性（與故障類型無關(guān)）和較高的靈敏性。90o接線方式：指系統(tǒng)三相對稱且cosφ=1時，的接線方式原理接線圖:圖2－37注意：繼電器接線電流線圈、電壓線圈的極性問題第34頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬相間短路情況下90o接線功率方向繼電器動作行為分析：正方向三相短路：由于三相對稱，三只繼電器動作情況相同，故以A相為例分析：φJ(rèn)A＝φd－90o為使功率方向繼電器動作：

一般當(dāng)（1），當(dāng)（2），在三相短路時,可保證GJ動作

最靈敏：第35頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬正方向兩相短路，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)處第36頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬①出口短路第37頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬遠(yuǎn)處短路第38頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬一般GJ：總結(jié)：優(yōu)點(diǎn)：①對各種兩相短路都沒有死區(qū)；

②適當(dāng)選擇內(nèi)角后，對線路上各種相間故障保證動作的方向性；

缺點(diǎn)：出口三相相間短路存在電壓死區(qū)問題。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作狀態(tài)，其觸點(diǎn)閉合。第39頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬雙側(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)如果保護(hù)定值大于反方向短路的最大電流，則不需要安裝方向元件第40頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬限時電流速斷保護(hù)原則與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中第Ⅱ段的整定原則相同，與相鄰線路Ⅰ段保護(hù)配合。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。第41頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬對方向性電流保護(hù)的評價在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性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)接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資出口時，GJ有死區(qū)，使保護(hù)有死區(qū)——缺點(diǎn)∴力求不用方向元件（如果用動作電流和延時能保證選擇性）第42頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn)電流速斷保護(hù)第43頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬限時電流速斷保護(hù)原則與單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中第Ⅱ段的整定原則相同，與相鄰線路Ⅰ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。第44頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬對方向性電流保護(hù)的評價在多電源網(wǎng)絡(luò)及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性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)接線較復(fù)雜，可靠性稍差，且增加投資出口三相短路時，GJ有死區(qū)，使保護(hù)有死區(qū)——缺點(diǎn)∴力求不用方向元件（如果用動作電流和延時能保證選擇性）第45頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬第三節(jié)輸電線路的接地保護(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,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)中會出現(xiàn)零序分量,而正常運(yùn)行時無零序分量.故可利用零序分量構(gòu)成接地短路的保護(hù).第46頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月四川大學(xué)電氣信息學(xué)院呂飛鵬零序分量的特點(diǎn)第47頁，課件共55頁，創(chuàng)作于20