電力系統(tǒng)繼電保護-第二章

電力系統(tǒng)繼電保護原理黑龍江科技學院目錄第一章緒論第二章電網的電流保護和方向性電流保護第三章電網的距離保護第四章輸電線的縱聯保護第五章自動重合閘第六章電力變壓器的繼電保護第七章發(fā)電機的繼電保護第八章母線的繼電保護第一章電網的電流保護和方向性

電流保護2.1單側電源網絡相間短路的電流保護2.2網絡相間短路的方向性電流保護2.3大接地電流系統(tǒng)的零序電流保護2.4小接地電流系統(tǒng)的接地保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護一、繼電器二、電流保護：電流速斷保護（I段）限時電流速斷保護（II段）過電流保護（III段）三、電流保護的接線方式四、三段式電流保護的原理接線圖

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

輸電線發(fā)生相間短路時，電流會突然增大，故障相間的電壓會降低，利用這一特征就可以構成電流保護。電流保護主要包括：無時限電流速斷保護限時電流速斷保護定時限過電流保護電流繼電器是實現電流保護的基本元件，電流繼電器是反應于一個電氣量而動作的簡單繼電器的典型第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護一、繼電器1.螺管線圈式結構：鐵心、線圈、可動銜鐵止擋、接點、彈簧

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護2.吸引銜鐵式結構：鐵心、線圈、可動銜鐵、止擋、接點、彈簧

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護3.轉動銜鐵式結構：鐵心、線圈、可動銜鐵、止擋、接點、彈簧

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

繼電器的動作條件：為使繼電器動作，必須增大電流，通過增大電流來增大電磁轉矩，當電磁轉矩大于彈簧的作用力矩及摩擦力矩之和時，保護動作。繼電器的動作電流：能使繼電器動作的最小電流IdzJ繼電器的返回條件：繼電器動作之后，當電流減小時，繼電器在彈簧的作用下返回。為使繼電器返回，第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護彈簧的作用力矩必須大于電磁力矩及摩擦力矩之和。繼電器的返回電流：能使繼電器返回原位的最大電流值IhJ繼電器的返回系數：返回電流與啟動電流的比值Kh第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護無論啟動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置，這種特性稱為繼電特性。

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護二、電流保護1.電流速斷保護（I段）僅反應電流增大而瞬時動作的電流保護。（1）短路電流的計算：短路電流的大小與系統(tǒng)運行方式、故障點的位置和故障類型有關。相關概念：最大運行方式：對每一套保護裝置來說，通過該保護裝第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護置的短路電流為最大的方式最小運行方式：對每一套保護裝置來說，通過該保護裝置的短路電流為最小的方式指同一點同一故障。最大運行方式：是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最小的短路阻抗值，發(fā)生短路后產生的短路電流最大的一種運行方式。

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護最小運行方式：是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產生的短路電流最小的一種運行方式。

圖中上面的曲線：最大運行方式下三相短路電流曲線圖中下面的曲線：最小運行方式下兩相短路電流曲線短路電流計算公式：第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護結論：

①系統(tǒng)運行方式越大（Zs越小的運行方式）短路電流越大

②故障點越近，短路電流越大，反之短路電流越小

③在某種運行方式下，同一點短路三相短路的短路電流大于兩相短路的短路電流第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

（2）整定計算為了保證選擇性，保護裝置A的動作電流就必須大于被保護線路AB末端短路時的最大短路電流Id.B.max

整定。

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

可靠系數：引入可靠系數的原因：必須考慮實際上存在的各種誤差的影響①實際的短路電流大于計算值②

對瞬時動作的保護還應考慮非周期分量使總電流增大的影響③保護裝置中電流繼電器的實際啟動電流可能小于第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護整定值

④必須考慮必要的裕度從最不利的情況出發(fā)，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預定的保護范圍內故障時，保護裝置不誤動，因而必須乘以大于1的可靠系數。（3）靈敏度的校驗用保護范圍的大小來衡量，規(guī)程規(guī)定，其最小保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護保護范圍一般不應小于被保護線路全長的（15~20）%。解：得：第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護相關概念：保護裝置的動作電流：對于反應于電流升高而動作的電流速斷保護而言，能使該保護裝置啟動的最小電流值，是用電力系統(tǒng)一次側的參數表示的。結論：①僅靠動作電流值來保證其選擇性②能無延時地保護被保護線路的一部分（不是完整的電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

（4）單相原理接線圖

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護中間繼電器的作用:

①接點容量大，可直接接通TQ去跳閘②當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誤動第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護2.限時電流速斷保護（II段）

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

在任何情況下都能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性，還應有盡可能短的動作時限。（1）整定計算：為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護范圍不超過相鄰下一條線路第I段的保護范圍，時間比其大一個時間級差△t。動作電流：第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

動作時間：可靠系數：考慮到短路電流中的非周期分量已經衰減，故可選取得比I段的可靠系數小一些。時間級差△t的確定原則：

①應包括故障線路斷路器的跳閘時間。②應包括故障線路保護中時間繼電器的實際動作第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護時間比整定值大。

③應包括被整定保護中時間繼電器的實際動作時間比整定值小。④如果被整定保護中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回，則還應包括測量元件延遲返回的慣性時間。⑤考慮一定的裕度。即通常取0.5s。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

（2）靈敏度校驗：用靈敏系數Klm來衡量。靈敏系數Klm按被保護線路末端發(fā)生兩相短路時的短路電流來計算，規(guī)程要求，靈敏系數不小于1.3～1.5。若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第II段配合。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

動作電流：

動作時間：

①限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長。②依靠動作電流和動作時間共同保證選擇性。③與第I段共同構成被保護線路的主保護，兼作第I段的近后備保護。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護（4）限時電流速斷保護單相原理接線圖第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護3.定時限過電流保護（III段）作為本線路主保護的后備保護以及相鄰下一線路保護的遠后備保護。其啟動電流按躲過最大負荷電流來整定的保護稱為過電流保護，此保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。（1）整定計算：動作電流必須滿足兩個條件：①躲過最大負荷電流第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

②在外部故障切除后，電動機自啟動時，應可靠返回。選取以上兩個條件計算出的較大數值作為保護的動作電流。動作時限：按階梯形時限特性（如下圖）選取教驗。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護（2）靈敏度校驗：分兩種情況分別用靈敏系數Klm來衡量。①作為本線路的保護時，應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路的電流進行校驗，要求Klm≥1.3~1.5.

②作為相鄰線路的后備保護時，則應采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路的電流進行校驗，要求Klm≥1.2.第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護4.過電流保護原理接線圖

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

三、電流保護的接線方式

1.定義：指保護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：三相星形接線和兩相星形接線。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護接線系數Kjx：電流互感器副邊電流I2與流入電流繼電器IJ的電流之比。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，其接線系數為1。當保護裝置的啟動電流為Idz時，則繼電器的動作電流Idzj應為第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護其中nl為電流互感器的變比。兩種接線方式的特點：（1）對各種相間短路，兩種接線方式均能正確反應。（2）兩點接地短路時在小接地電流系統(tǒng)中，不同相的兩點接地時，只要求切除一個故障點，以提高供電的可靠性。例1：在下圖串聯線路上發(fā)生兩相接地短路

第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

a、采用三相星形接線時：由于保護1和保護2之間有配合關系，因此能保證100%的只切除NP線路。b、采用兩相星形接線時：將有1/3的機會使靠近電源的MN線路誤跳閘，從而擴大了停電范圍。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護例2：在下圖平行線路上發(fā)生兩點接地短路第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

a、采用三相星形接線時，保護1和保護2將同時動作切除兩條線路。b、采用兩相星形接線時：2/3的機會只會切除一條線路。由上分析可見，在小接地電流系統(tǒng)中兩點接地時，兩種接線方式各有優(yōu)缺點，為了節(jié)省設備和投資。通常在這種網絡上規(guī)定采用兩相星形接線。同時必須指出，整個系統(tǒng)中應該將兩相星形接線的兩個電流互第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護感器都裝在相同的兩相上（通常為A、C相）3.在Yd接線變壓器后兩相短路時第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護結論：Yd，11接線的降壓變壓器后兩相短路時，高壓（Y）側滯后相電流是其他兩相電流的兩倍并與它們反相位。由前面的分析可以看出，當Yd，11變壓器兩相短路時，變壓器另一側三相的電流是不相等的，其中兩相的電流只為第三相的一半。當該側作為后備保護的過電流保護采用三相接線時，總有一個繼電器流過最大的相電流，保護裝置的靈敏度較高。如采用兩相星第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護形接線，則在某一種兩相短路時，流過繼電器的電流只有最大相電流的一半，保護裝置的靈敏度也將減少到一半，這是兩相星形接線方式的一個缺點。為了克服這個缺點，可采用下圖所示接線，即在中性線上加接一電流繼電器。此繼電器流過的電流即為第三相的電流。故可提高靈敏性。這種接線方式也稱兩相三繼電器式接線。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護4.兩種接線方式的經濟性三相星形接線方式需要三個電流互感器、三個電流繼電器和四根二次電纜，相對來說是復雜和不經濟的。兩種接線方式的應用情況三相星形接線：廣泛應用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重電氣設備的保護中；兩相星形接線：廣泛用于中性點直接接地電網和非直接接地電網中。第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護四、三段式電流保護的原理接線圖第一節(jié)單側電源網絡相間短路的

電流保護

電流速斷保護和限時電流速斷保護采用兩相星形接線，而過電流保護則采用兩相三繼電器式的接線方式。以提高在Yd，11接線變壓器后面兩相短路的靈敏性。每段保護動作后，都有自己的信號繼電器掉牌給出信號。在每段保護動作調整的回路中分別沒有連接片LP，以便根據運行的需要臨時停用任一段保護。第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護方向性電流保護的工作原理一、問題的提出為提高供電的可靠性，出現了單側電源環(huán)形供電網絡、雙電源或多電源網絡。但在這樣的網絡中簡單的電流保護不能滿足要求。分析如下：第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護

對電流速斷保護d1點短路，要求Id1＜I’op2即（I’op3＜I’op2），否則保護2誤動。d2點短路，要求要求Id2＜I’op3即（I’op2＜I’op3），否則保護3誤動。對多電流保護d1點短路，要求t3＜t2d2點短路，要求t2＜t3顯然這樣要求是矛盾的第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護二、幾個概念1.短路功率：指系統(tǒng)短路時，某點電壓與電流相乘所得到的感性功率。在不考慮串聯電容和分布電容，在線路短路時，短路功率從電源流向短路點。2.故障方向：指故障發(fā)生在保護安裝處的哪一側，通常有正向故障和反向故障之分，它實際上是根據短路功率的流向進行區(qū)分的。第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護正方向故障：從保護安裝處看出去，在“母線指向線路”方向上發(fā)生的故障。反方向故障：從保護安裝處看出去，在“線路指向母線”方向上發(fā)生的故障。保護安裝處：電流互感器的位置，電流從電流互感器的那側流入。母線電壓為參考，短路電流與短路功率方向一致。第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護三、原因分析：反方向短路時對側電源提供的短路電流引起保護誤動作。四、解決辦法：利用方向性元件與電流元件相結合就構成了方向電流保護。由于元件動作具有一定的方向性，可在反方向故障時把保護閉鎖。正方向故障時保護才能動作，按正方向分組。第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護第二節(jié)電網相間短路的方向性電流保護五、原理接線圖第三節(jié)大接地