电力系统继电保护2 电网的电流保护

1、电力系统继电保护,2 电网的电流保护,2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护,2.1.1 继电器,1 继电器的要求和分类 继电器是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。 对继电器的基本要求： 1） 工作可靠，动作过程具有“继电特性”； 2） 动作值误差小、功率损耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强。 3） 另外还要求安装、整定方便，运行维护少，价格便宜等。,2.1.1 继电器,2 过电流继电器原理框图,图2-1： 过电流继电器框图,来自电流互感器TA二次侧的电流,加入继电器的电流,根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值，为使继电器有普遍的使用价值，动作值可以调整。,当加入到继电器的电流大于动作值时，比较环节有输出。,对于电子型和数字型继电器，动作速度快、功率小，为提高动作的可靠性，防止干扰信号引起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间23ms时，才能动作于输出。,2.1.1 继电器,（电流继电器图）,（电压继电器DY

2、-28C图）,（LDB-I型电流保护综合继电器图）,（时间继电器DS-31图）,2.1.1 继电器,3 继电器的继电特性 继电特性无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置。 继电器的返回系数返回电流与起动电流的比值。 可表示为：,为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器（以及一切过量动作的继电器）的返回系数恒小于1。在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如0.85 0.9。,2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征,短路电流 = 短路工频周期分量（主要） + 暂态高频分量 + 衰减直流分量 其中短路工频周期分量可以用下式近似计算：,最大负荷电流-正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电流与供电电压之间的相位角就是通常所说的功率因数角，一般小于,2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征,（图2-3： 电流曲线）,折线1各条线路中流过的最大负荷电流幅值。 曲线2最小运行方式下两相短路时流经保

3、护安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。 曲线3最大运行方式下三相短路时流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。,2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征,利用流过保护安装处电流幅值的大小来区分正常与短路运行状态，实现的保护简单可靠、方便易行。构成完善的电流保护时必须考虑的因素：,（图解：电力系统艰苦的工作环境）,2.1.3 电流速断保护,电流速断保护对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。 1 工作原理（以保护2为例分析）,（图2-3： 电流曲线）,2.1.3 电流速断保护,2.1.3 电流速断保护,2 电流速断保护的整定计算原则,保护范围的校验最小的保护范围为在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的（1520）。 保护的最小范围可按下式求出：,2.1.3 电流速断保护,3 电流速断保护的构成,（图2-4： 电流速断保护的单相原理框图）,KI过电流继电器 TA电流互感器 KS信号继电器,闭锁环节3在某些特殊情况下需要闭锁跳闸回路，设置闭锁环节3。闭锁环节在保护不需要闭锁时输出为1

4、，在保护需要闭锁时输出为0。,2.1.3 电流速断保护,4 电流速断保护的主要优、缺点,下图为系统运行方式变化很大的情况：,（图2-5： 运行方式变化对电流速断保护范围的影响）,2.1.3 电流速断保护,4 电流速断保护的主要优、缺点,（图2-6： 被保护线路长短不同时对电流速断保护的影响）,2.1.3 电流速断保护,但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长: 如上图所示，例如当电网的终端线路上采用线路变压器组的接线方式时，速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处d1点的短路来整定：,（图2-7： 用于线路-变压器组的电流速断保护）,2.1.4 限时电流速断保护,1 工作原理 限时电流速断保护带时限动作的电流保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。 要求: （a)在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性； （b)力求具有最小的动作时限； （c)在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。,2.1.4 限时电流速断保护,以下图中保护2的限时电流速断保护为例进行分析：,（图2-8： 限时电流速断动作的分析）,2

5、.1.4 限时电流速断保护,2 限时电流速断保护的整定 (1) 起动电流：,（图2-8： 限时电流速断动作的分析）,保护2的限时电流速断不应超出保护1电流速断的范围M点，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为,2.1.4 限时电流速断保护,若正好遇上如下情况：,为了避免这种情况的发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用：,2.1.4 限时电流速断保护,(2) 动作时限的选择：,当保护1为速断保护时，保护装置中不用时间继电器，即可不考虑这一项的影响,即从接通跳闸线圈YR带电的瞬时算起，直到电弧熄灭的瞬时为止;,2.1.4 限时电流速断保护,（图2-9： 限时电流速断动作时限的配合关系）,2.1.4 限时电流速断保护,3 保护装置灵敏性的校验 为了能保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，灵敏系数：,2.1.4 限时电流速断保护,当校验灵敏系数不能满足要求时，那就意味着将来真正发生内部故障时，由于上述不利因素的影响保护可能起动不了，达不到保护线路全长的目的，这是不允许的。 可见，保护范围的伸长，必然导致

6、动作时限的升高。,（图解： 大连部分地区大面积停电， 黑漆漆的路上只有车灯发出光亮）,2.1.4 限时电流速断保护,4 限时电流速断保护的单相原理框图 短路后：,（图2-10：限时电流速断保护原理框图）,2.1.5 定时限过电流保护,（图解：因突然停电，北京数十辆电车在朝阳门内大街排队一个多小时）,过电流保护在正常运行时不起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起到后备保护的作用。,过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流值时起动。 定时限过电流保护保护起动后出口动作时间是固定的整定时间的过电流保护。 反时限过电流保护出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作越快的过电流保护。,2.1.5 定时限过电流保护,1 工作原理和起动电流计算,2.1.5 定时限过电流保护,（图2-11：单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明）,2.1.5 定时限过电流保护,2.1.5 定时限过电流保护,2 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限,（图2-11：

7、 单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明）,2.1.5 定时限过电流保护,图2-12：选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图 例如在上图所示的网络中，对保护4而言即应满足以下要求：,2.1.5 定时限过电流保护,3 过电流保护灵敏系数的校验,2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用,具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。下面以图213所示的网络接线为例予以说明。,2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用,（图2-13：阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图）,由图可见，当全网任意地点发生短路时，如果不发生保护或断路器拒绝动作的情况，则故障都可以在0.5 s以内的时间予以切除。,其起动电流按躲开电动机起动时的最大电流整定，与电网中其它保护的定值和时限上都没有配合关系。,越靠近电源端，则过电流保护的动作时限就越长，因此，一般都需要装设三段式的保护。,2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用,（图2-14：具有三段式电流保护的单相原理框图） 阶段式电流保护的优点简单，可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是

8、在35kV及以下的较低电压的网络中获得广泛的应用。 阶段式电流保护的缺点直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。,2.1.7 反时限特性的电流保护,反时限电流保护采用动作时间与流过继电器中电流的大小有关的继电器，利用继电器的反时限动作特性，当电流大时，保护的动作时限短，而电流小时动作时限长。 1 反时限动作特性 反时限电流继电器的时限特性如下图所示。 （图2-15：反时限过电流继电器时限特性）,2.1.7 反时限特性的电流保护,（图2-16：常规反时限过电流继电器的特性曲线族）,2.1.7 反时限特性的电流保护,2 反时限过电流保护的整定配合,图2-17 反时限过电流保护的整定和配合 （a）网络接线； （b）短路电流分布曲线； （c）各保护动作的时限特性； （d）整定值的选择与配合关系,2.1.7 反时限特性的电流保护,（1） 反时限特性上下级间的配合,（图2-17b：最大运行方式下短路电流的分布曲线）,2.1.7 反时限特性的电流保护,2.1.7 反时

9、限特性的电流保护,(2) 反时限过电流保护与电源侧定时限过电流保护的配合 以上图中安装在发电机侧的保护5为例进行说明： （3）反时限过电流继电器电流速断段的整定： 反时限过电流继电器带有独立整定的电流速断段，当达到其整定的动作电流时，其出口接点瞬时闭合。整定原则仍是躲开下级母线的最大短路电流。,2.1.7 反时限特性的电流保护,将以上整定结果转化为各保护装置动作时限的时限特性，即如下图所示： （由该图可见，在保护范围内任何地点短路时，各保护之间的选择性都可以得到保证） 反时限保护的优点可使靠近电源的故障具有较小的切除时间。 反时限保护的缺点整定配合比较复杂，以及当系统最小运行方式下短路时，其动作时限可能较长。 反时限保护应用范围主要用与单侧电源供电的终端线路和较小容量的电动机上，作为主保护和后备保护使用。,2.1.8 电流保护的接线方式,电流保护的接线方式指保护中电流继电器与电流互感器之间的连接方式。对相间短路的电流保护，根据电流互感器的安装条件，目前广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。,由于在每相上均裝有电流继电器和互感器，因此，它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。 三个继电器的起动跳闸回路是并联连接的，相当于“或”回路，当其中任一输出均可动作于跳闸或起动时间继电器等。,（图2-18：三相星形接线方式的原理接线图）,2.1.8 电流保护的接线方式,（图2-19：两相星形接线方式的原理接线图）,2.1.8 电流保护的接线方式,现对上述两种接线方式在各种故障时的性能分析比较如下。 1 中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相间短路,相同点两种接线方式均能正确反应这些故障。 不同点动作的继电器数不一样。三相星形接线方式在各种两相短路时，均有两个继电器动作；两相星形接线方式在AB和BC相间短路时只有一个继电器动作。,2.1.8 电流保护的接线方式,2 中性点非直接接地电网中的两点接地短路 由于中性点非直接接地电网中，允许单相接地时继续短时运行，因此，希望只切一个故障点。,（图2-20：串联线路上两点接地的示意图）,（图2-21：自同一变电所引出的放射形线路上两点接地的示意图）,在图22

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