1、電力系統(tǒng)繼電保護原理,主講教師：范春菊,2.電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護,2.電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護,2.1 單側電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護 2.3 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 2.4 中性點非直接接地電網(wǎng)中單相接地短路的零序電壓、電流及方向保護,什么是電流保護,電流保護主要是反應故障時電流量的不正常狀態(tài)（增大）而動作的 針對相間故障 2.1 單側電源網(wǎng)絡相間短路電流保護 2.2 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護 針對接地故障 2.3 中性點直接接地電網(wǎng)接地短路的電流保護 2.4 中性點非直接接地電網(wǎng)單相接地的電流保護,2.1

2、單側電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護,2.1.1 電流繼電器 2.1.2 電流速斷保護 2.1.3 限時電流速斷保護 2.1.4 定時限過電流保護 2.1.5 階段式電流保護 2.1.7 電流保護的接線方式 2.1.8 三段式電流保護的接線圖,2.1.1 電流繼電器,電流繼電器的工作原理,繼電器動作條件：,使繼電器返回的最大電流值，稱為返回電流,使繼電器剛剛能夠動作的最小電流值，稱為繼電器的 啟動電流,繼電特性和返回系數(shù),繼電特性要點： 1) 永遠處于動作或返回狀態(tài)，無中間狀態(tài) 2) 動作電流不等于返回電流，防止觸點抖動,返回系數(shù)：,2.1.2 電流速斷保護（電流段保護）,電流速斷保護的定義僅僅反映

3、于電流的增大而動作的保護。,單側電源網(wǎng)絡的特點,電流的流向固定，由電源流向負荷 在35kV以下的配網(wǎng)當中非常普遍，特別是10kV網(wǎng)絡，基本上是輻射狀供電的 隨著對供電可靠性要求的提高，網(wǎng)絡單側電源供電的方式將越來越少 在負荷轉移時，可能存在短時的雙電源或多電源供電 一般還存在分支,短路電流特征分析,補充概念,最大運行方式 最小運行方式 區(qū)內故障 區(qū)外故障 保護范圍內 保護范圍外,大方式和小方式,當負荷較大時，由三個電源一起供電，則屬于大方式 大方式和小方式是相對而言的 當發(fā)生短路時，大方式下短路電流大，而小方式下短路電流小,電流速斷保護的目的和原理,目的：反應本線路的相間短路故障,考慮各種誤差

4、的影響，僅靠短路電流幅值無法分辨k1和k2兩處短路 以保護2為例，當本線路末端k1點短路時，希望速斷保護2能夠瞬時動作切除故障，而當相鄰線路B-C的始端k2點短路時，按照選擇性要求，速斷保護2就不應該動作，因為該處的故障應由速斷保護1動作切除。然而，保護2是無法從短路電流的數(shù)值區(qū)分d1點和d2點短路的。,整定原則保證選擇性,為短路電流,為繼電保護的整定值,是指本線路末端發(fā)生短路時可能出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運行方式下發(fā)生三相短路時的短路電流,為可靠系數(shù)，一般取1.21.3,動作判據(jù)：,又稱為按躲開下一條線路出口處短路的條件整定,引入可靠系數(shù)確保不誤動,實際短路電流大于理論計算值 對瞬時動作

5、保護還應考慮非周期分量使總電流增大的影響 電流繼電器的實際起動電流可能小于整定值 考慮最不利的情況，留有必要的裕度,整定原則保護的二次側整定值,為繼電保護的一次側整定值,保護安裝處電流互感器的變比,為電流保護的接線系數(shù)，與電流保護的接線方式有關,計算出保護的一次動作電流后， 還需要求出繼電器的二次動作電流,儀用互感器的討論-作用,實現(xiàn)一次與二次系統(tǒng)的電的隔離，不影響一次系統(tǒng)的正常工作； 將變電所或者電廠的高電壓和大電流按比例降低； 便于改變保護的整定值； 實現(xiàn)信號的綜合-變成相應的電壓量以進行比較。,電流互感器-等值電路,主要作用是將一次系統(tǒng)高電壓電路上的大電流，準確地變換為二次低 電壓電路上

6、的小電流（額定值為5A或1A）；同時，它還具有高、低電壓電 路的隔離作用，以保障二次設備和工作人員的安全。,電流互感器-向量圖,電流互感器的兩個基本誤差： 一是變比誤差 另一個是角度誤差,電流互感器-誤差分析（幅值）,（1）變比誤差 定義 10% 由于誤差 一般很小，所以變比誤差可近似寫成,當 ，即二次側為純阻性負荷時，變比誤差最?。?當 ，即二次側為純感性負荷時，變比誤差最大。,電流互感器-10%的誤差曲線,電流互感器-誤差分析（角度）,（2）角度誤差 由于角度誤差 很小，所以可近似表示為,當 ，即二次側為純阻性負荷時，變比誤差最大； 當 ，即二次側為純感性負荷時，變比誤差最小。 一般來說，

7、角度誤差小于,電壓互感器,將電力系統(tǒng)的高壓電在二次側準確地變換為繼電保護及儀表所允許電 壓，使繼電器和儀表既能在低電壓情況下工作，又能準確地反應電力系統(tǒng) 中高電壓設備的運行情況；同時它還具有高、低電壓電路的隔離作用，以 保障二次設備和工作人員的安全。,幅值誤差和角度誤差都非常小，一般來說，幅值誤差小于1%,電流速斷保護的保護范圍（靈敏性）,保護范圍的校驗,電流速斷保護的目的是反應本線路的相間短路故障，因此應按照如下標準校驗靈敏度： 在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生相間短路時，電流速斷保護的保護范圍應不小于1520%,討論保護范圍受哪些因素影響,系統(tǒng)的運行方式 故障類型三相短路和兩相相間短路 最大運行方

8、式下的保護范圍的求取 最小運行方式下的保護范圍的求取,電流速斷保護（I段）的動作時限,一般情況下，可以認為0S，實際上的動作時間為0.02-0.06S,單相原理接線圖,采用閉鎖的原因：某些特殊情況下繼電保護需要閉鎖跳閘回路，設置閉鎖環(huán)節(jié)。 以前是采用中間繼電器： 增大繼電器觸點容量，以驅動跳閘 增大保護裝置固有動作時間(0.060.08s)，防止避雷器放電(0.040.06s)時誤動,保護評價,優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速 缺點：不能保護線路的全長，保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。 特例： 當系統(tǒng)運行方式變化很大或者被保護線路的長度很短時，可能沒有保護范圍 當應用于線路-變壓器組時，可按躲開

9、變壓器低壓側線路出口處短路來整定，其保護范圍可保護線路全長,運行方式變化對保護范圍的影響,線路長短不同時，對保護范圍的影響,用于線路-變壓器組的電流速斷保護,2.1.3 限時電流速斷保護（電流段保護）,限時電流速斷保護-既反映于電流的增大，同時又限定動作時間的保護，可以保護線路的全長的保護。,限時電流速斷保護的目的和原理,目的：反應本線路速斷保護范圍以外的相間故障,動作電流的整定,為限時電流速斷保護的可靠性系數(shù)，一般為1.11.2,動作時限的整定,通常取0.5s，保證保護的選擇性，保證保護以可靠返回,動作時限的配合關系,電流段和段保護聯(lián)合工作，能夠保證全線路范圍內的相間故障都能夠在段時限內切除

10、，構成該線路的主保護,靈敏性校驗,對于過量保護，靈敏性的定量計算方法： 靈敏性：按最小方式下，線路末端兩相短路時的短路電流進行校驗,靈敏度不滿足時,靈敏度不滿足要求時，在發(fā)生內部故障時保護可能不動作,靈敏度不滿足時整定值調整,需要進一步延伸限時電流速斷保護的保護范圍，按照下一線路的限時電流速斷保護來整定,靈敏性不滿足時時限調整,當按照下一線路的限時電流速斷保護來整定時，需要進一步增加延時 ，以同時滿足選擇性的要求，即：,單相原理接線圖,保護評價,限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長 與段保護配合，可在較短時間內切除全線路范圍內任何點相間故障可作為線路的主保護 優(yōu)點：可保護本線路全長；可作為

11、段的近后備 缺點：速動性差（有延時）,2.1.4 定時限過電流保護（電流段保護）,定義：按照躲開最大負荷電流的一種電流保護，可以保護本線路和相鄰線路的全長，同時又具有確定的動作時限的保護。,定時限過電流保護的目的和原理,目的：不僅能保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用,動作電流的整定,為可靠性系數(shù)，一般為1.151.25,為電動機的自啟動系數(shù)，跟電動機的數(shù)目有關 ，一般取1.5,按照躲開最大負荷電流來整定 外部故障切除后電動機自起動時，應可靠返回,為最大負荷電流,動作時限的整定,按階梯原則來整定,動作時限的整定,保護4既要與相鄰線路上的保護3配合，也要和相鄰元件（

12、電動機、變壓器）的保護配合,靈敏性校驗近后備,(1)作為近后備時,采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流來校驗,靈敏性校驗遠后備,(2)作為遠后備時,采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來校驗,保護評價,段保護的動作電流比段、段的小得多，因此靈敏性更高 保護范圍是本線路和相鄰下一線路的全長 可作為本線路的近后備和相鄰元件的遠后備 故障越靠近電源端時，短路電流越大，但是過電流保護的動作時限反而越長 段保護處于電網(wǎng)終端附近時，其動作時限并不長，可作為主保護兼后備保護,2.1.5 階段式電流保護的總結及評價,階段式電流保護“四性”的討論,電流段：按躲開本線路末端的最大短路電流來整定；

13、不能保護線路全長 電流段：按躲開下一級相鄰元件速斷保護的動作電流來整定；不能作為相鄰元件的后備 電流段：按躲開最大負荷電流來整定；動作時限較長 階段式電流保護：為保證選擇性和速動性，將電流段、 段和段聯(lián)合起來工作,階段式電流保護的配合-定值的配合,階段式電流保護的配合-動作時限的配合,階段式電流保護的單相原理圖,優(yōu)點和缺點,優(yōu)點：簡單、可靠，廣泛應用于35kV及以下較低電壓的網(wǎng)絡中 缺點：直接受電網(wǎng)接線和運行方式變化的影響 整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式選擇 靈敏性必須用系統(tǒng)最小運行方式來校驗,2.1.7 電流保護的接線方式,電流保護接線方式的定義：電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式,

14、三相星型接線方式,繼電器上的起動電流：,兩相星型接線方式,兩相三接線方式,兩種接線方式的性能分析(1),對各種相間短路 相同之處：均能正確反應 不同之處：動作的繼電器個數(shù)不同 對單相接地短路 需要區(qū)分中性點直接接地系統(tǒng)（單相接地立即跳閘）和非直接接地系統(tǒng)（單相接地允許繼續(xù)短時運行）,兩種接線方式的性能分析(2),中性點直接接地系統(tǒng)的單相接地短路 三相星型接線可反應各種單相接地故障 兩相星型接線不能反映B相接地故障,兩種接線方式的性能分析(3),非直接接地系統(tǒng)串聯(lián)線路的異地兩點接地短路 采用三相星型接線時，100%有選擇地切除B-C 采用兩相星型接線時，有2/3的機會有選擇地切除B-C,兩種接線

15、方式的性能分析(4),非直接接地系統(tǒng)的放射線路兩點接地短路 采用三相星型接線時，若t1=t2，將同時切除兩條線路 采用兩相星型接線時，有2/3的機會僅切除一條線路,在Y,d11接線變壓器后兩相短路時(1),在Y,d11接線變壓器后兩相短路時(2),過電流保護接在降壓變壓器的高壓側，以作為低壓側線路故障的后備保護 采用三相星型接線時，由于B相繼電器能夠測量到比其他兩相大一倍的電流，因而靈敏性高 采用兩相星型接線時，由于B相沒有裝設繼電器，因而靈敏性只能由其他兩相的電流決定，在同樣情況下，比采用三相星型接線時降低一半,兩相三接線方式,兩種接線方式的應用,三相星型接線能提高保護動作的可靠性和靈敏性，廣泛應用于發(fā)電機、變壓器等貴重設備 兩相星