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1、天津大学电气与自动化工程学院,电流保护,继电保护的作用和对继电保护的要求继电保护的配置相间电流保护电压保护,电力系统是由一次设备和二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统。,一次设备是电力系统的主干。电能的生产、传输、配电以及消费是靠一次系统来完成的。,二次设备是电力系统的智能系统，没有二次设备的参与，电力系统无法正常工作。,一、继电保护的作用和对继电保护的要求,故障是不可避免的，发生故障后，迅速而有选择的切除故障设备是保证故障设备不损坏，同时非故障设备能够继续安全运行的前提和保障。,不正常运行状态,电力系统运行,故障,切除故障元件,发信号、减负荷、跳闸,恢复正常运行,延时动作避免误动,一、继电
2、保护的作用和对继电保护的要求,一、继电保护的作用和对继电保护的要求,继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。主保护：反应整个被保护元件上的故障，并能以较短的延时有选择性地切除故障的保护。后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。,对继电保护的四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性1.选择性 选择性指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。考虑哪个元件发生故障应由该元件上的保护装置动作切除故障；考虑保护与断路器有拒动可能性，需要考虑后备保护的问题。,一、继电保护的作用和对继电保护的
3、要求,2.速动性 电力系统发生故障时，继电保护装置应能迅速动作切除故障。快速切除故障是减小故障损失的最有效手段 快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性 缩小故障元件的损坏程度 有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复 一般速动保护动作时间小于40ms，断路器的动作时间在0.040.15s之间不等。速动性与其他要求必须在一定范围内同时满足。,一、继电保护的作用和对继电保护的要求,3.灵敏性,灵敏性是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。灵敏性通常用灵敏系数来衡量，其计算按以下原则：,选择最不利于保护动作的运行方式；选择最不利于保护动作的故障类型；选择最不利于保护动作的故障点。,一、继电保护
4、的作用和对继电保护的要求,4.可靠性,可靠性包含两点：不拒动：在其规定的保护范围内，发生保护应该动作的故障时，不拒绝动作；不误动：在任何其他保护不应该动作的情况下，不误动作。互为矛盾 协调传送大功率的输电线路保护，强调不误动的可靠性,一、继电保护的作用和对继电保护的要求,利用故障与正常运行时的差别，就可构成不同原理的继电保护装置。电力系统发生故障时，电流增大、电压降低、电压与电流之间比值变化、电流与电压之间的相位角发生变化、出现故障序分量、以及被保护元件的流入流出电流不满足基尔霍夫电流定律等。因此，目前常见的保护原理有过电流保护、低电压保护（过电压保护）、距离保护、功率方向保护、负序或零序电流
5、/电压保护、电流差动保护等等。,一、继电保护的作用和对继电保护的要求,继电保护的作用和对继电保护的要求继电保护的配置相间电流保护电压保护,二、继电保护的配置,输电线路的继电保护配置 担负着输送电能的重要任务。（远距离、大容量）故障，造成大面积停电、经济损失；故障，危及电网安全稳定运行、严重造成系统崩溃要求装设保护：选择性好、动作速度快、灵敏度高,二、继电保护的配置,1、35KV及以下中性点非直接接地辐射网中的架空线路及电缆线路的保护配置(1)装设反应相间短路的阶段式电流保护,35KV线路（三段式）,电流速断限时电流速断定时限过电流,主保护,后备保护,1-10KV线路（两段式）,电流速断定时限过
6、电流,主保护,后备保护,二、继电保护的配置,(2)35KV及以下的短线路，阶段式电流保护很难满足选择性要求,纵联保护 主保护定时限过电流 后备保护,(3)中性点不接地或经消弧线圈接地的网络，装设单相接地选线装置反应单相接地故障(4)中性点经小电阻接地的网络，装设三段式零序电流保护,二、继电保护的配置,2、35KV及以下中性点非直接接地环网中的架空线路及电缆线路的保护配置装设反应相间短路的阶段式方向电流保护或阶段式方向电流、电压联锁保护中性点经小电阻接地的网络，装设三段式零序电流保护 中性点不接地或经消弧线圈接地的网络，装设单相接地选线装置反应单相接地故障 多侧电源的复杂环网中，当阶段式方向电流
7、保护不能满足灵敏度要求时，装设三段式相间距离保护,二、继电保护的配置,3、110kV输电线路的保护配置(1)装设反应相间短路的三段式相间距离保护,相间距离I段相间距离II段相间距离III段,主保护,后备保护,(2)装设反应接地短路的三段式接地距离保护或三段式零序电流保护(3)为带自备电厂的大负荷用户供电的110kV输电线路,纵联保护 主保护三段式相间距离保护三段式接地距离保护或三段式零序保护,后备保护,二、继电保护的配置,4、220kV及以上输电线路的保护配置（要求快速）(1)装设“全线速动”的双重化的保护,三段式相间距离保护三段式接地距离保护,后备保护,纵联保护,纵联差动纵联方向,主保护,完
8、备的距离保护,二、继电保护的配置,变压器的继电保护配置 电力系统中重要的供电设备 故障，影响供电可靠、系统运行 要求装设保护：性能良好、工作可靠 配置的保护：油箱内、油箱外 故障和不正常运行状态,二、继电保护的配置,发电机的继电保护配置 电力系统中重要的发电设备 安全运行，保证电力系统正常工作、电能质量 要求装设保护：性能完善的保护装置 配置的保护：定子、转子 故障和不正常运行状态,继电保护的作用和对继电保护的要求继电保护的配置相间电流保护电压保护,电流速断保护1 电流速断保护仅反应于被保护线路一侧电流增大而瞬时动作的保护。2 动作特性分析,理想,全线速动,保证选择性,保护线路全长瞬时动作切除
9、故障,本线路故障动作，下一条线路出口处短路时不动作。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,系统最大运行方式通过保护装置的短路电流为最大的方式系统最小运行方式通过保护装置的短路电流为最小的方式其一：在最大运行方式三相短路时的短路电流最大；其二：在最小运行方式两相短路时的短路电流最小。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,以保护2为例说明,1,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,速断保护起动电流的整定原则：大于系统最大运行方式下被保护线路末端发生三相短路时的电流。,考虑到测量、计算、电流继电器动作存在的误差，引入可靠系数,整定公式：,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,三、单侧电源网络相间短路的电
10、流保护,5 特点 优点：简单、可靠、动作迅速。缺点：不能保护线路的全长；保护范围受系统运行方式的影响。,回到目录,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,限时电流速断保护1 定义能以较小的时限快速切除全线路范围内故障的保护。2 作用（1）切除本线路上速断保护范围以外的故障，保护线路全长。保护范围必然要延伸到下条线路中。（2）作为电流速断保护的后备。具有定的动作时限，但力求最短。3 整定原则 为了保证选择性，本线路的限时电流速断保护必须与下一条线路的电流速断保护相配合。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,对于保护2,整定原则 保护范围不超出下一条线路速断保护的范围。动作时限比下一条线路速断保护的高
11、出一个时段,=0.5s,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,其中：tDL.1故障线路断路器1从跳闸线圈接到跳闸脉冲到 电弧熄灭为止跳闸时间；tt.1保护1若采用时间继电器时动作时间的正误差；tt.2保护2时间元件的负误差；ty 裕度时间。4 分支系数 在多电源的电力系统中的，相邻上、下两级保护间的配合，还受到中间分支电源、分支线路的影响，将使上一级保护范围缩短或伸长，整定公式中用分支系数 计入这种影响。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,第二章 电网的电流保护,(1)助增电流的影响,产生原因：两个保护的中间母线上出现了含有电源的分支电路,保护2限时电流速断的整定值应为,整定配合点M处的分支系
12、数,代入得,大于1,第二章 电网的电流保护,（2）外汲电流的影响,产生原因：两个保护的中间母线上出现了并联的分支电路,启动电流整定分析方法类似：,可能大于1，也可能小于1,5 限时电流速断保护的时限特性,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,6 灵敏性校验（用灵敏系数Klm来衡量）方法：按照在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时的反应能力来校验。,以保护2为例,公式,要求：为保证在线路末端短路时，限时电流速断保护装置能够动作，要求灵敏度 Klm=1.31.5,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,讨论：当灵敏性校验不满足要求时，不能保护线路的全长。解决办法：进一步延伸限时电流速断保护的范围，
13、与下一条线路的限时电流速断保护配合；（实际是降低了）,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,定时限过电流保护（后备保护）1 定义起动电流按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。2 特点 正常时不起动，故障时动作；保护本线路的全长，起近后备保护的作用。保护相邻线路的全长，起远后备保护的作用。3 整定原则 起动电流大于最大负荷电流。IdzIf.max,电流速断+限时电流速断（称为线路“主保护”）,（保护线路全长）,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,外部故障切除后，保护装置能够在电动机的自起动电流下返回。如图所示的网络接线,d1故障时，保护3、4、5起动，根据选择性，由保护3切除故障。在电动机自起动
14、过程中，保护4、5应该可靠返回。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,自起动系数自起动时的最大电流与正常时最大负荷之比,为保证保护装置在自起动电流下立即返回，保护装置的返回电流必须大于Izq.max,整定公式：,1,可靠系数，1.151.25,（）,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,4 定时限过电流保护的时限特性 各保护装置的起动电流都按躲开最大负荷电流来整定 选择性是靠各保护装置带有不同的时限来满足的。动作时限的整定原则：任一过电流保护的动作时限，应选择得比相邻各元件保护的动作时限均高出至少一个时段。,例如,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,5 讨论 动作时限与短路电流大小无关，只与保护
15、安装位置有关；处于终端附近的保护，其动作时限并不长，可做主保护兼后备。,6 灵敏系数校验当作线路主保护和后备保护时，采用最小运行方式下线路末端两相短路的电流与起动电流之比来校验。,l,公式,对于保护2,(1.31.5),三、单侧电源网络相间短路的电流保护,当作相邻线路的远后备保护时，采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路的电流与起动电流之比来校验。,l,公式,对于保护3,(1.2),各过电流保护灵敏系数必须相互配合。对同一故障点而言，越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏性。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,总结电流速断（电流I段）限时电流速断（电流II段）构成阶段式(三段式)电流保护定时限过
16、电流（电流III段）特点 简单、可靠、能满足快速性的要求；受电网接线或系统运行方式变化的影响。须按最大运行方式整定，按最小运行方式校验，往往不能满足灵敏性的要求。适用场所：35KV及以下电网。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,阶段式电流保护的配合和实际动作时间关系图,5,4,3,2,1,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,电流保护的接线方式1 定义保护中电流继电器与电流互感器之间的连接方式。2 接线方式（三相星形和两相星形接线）,两相星形接线,三相星形接线,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,3 性能分析（三相星形和两相星形接线）对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 三相星
17、形接线：能正确反映切除故障。至少有两个继电器动作。两相星形接线：能正确反映切除故障。至少有一个继电器动作。对中性点非直接接地电网中的两点接地短路（允许单相接地时继续短时运行，希望只切除一个故障点）,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,放射形线路两点接地,三相星形接线：保护1和2同时动作，切除两条线路。两相星形接线：2/3机会只切除一条线路。,可能性多,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,希望：切除距离电源较远的线路。三相星形接线：100%只切除较远的线路。两相星形接线：2/3机会切除较远的线路，扩大停电范围。,串联线路两点接地,可能性少,对Y、d接线变压器后
18、面两相短路保护灵敏度的影响分析：低压侧A-B短路，保护接于高压Y侧,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,侧：,Y侧：,三相星形接线：B相灵敏系数增大一倍，有利。两相星形接线：由A、C相的电流决定，灵敏系数不高。,4 结论：对反应相间短路的电流保护，广泛采用两相星形接线。但当作为变压器后备保护时，三相星形接线具有优越性。,三、单侧电源网络相间短路的电流保护,继电保护的作用和对继电保护的要求继电保护的配置相间电流保护电压保护,低电压保护能反应于电压降低而动作的保护。电压速断保护1 电压速断保护反应于被保护线路电压降低而瞬时动作的保护。2 动作特性分析（类似电流速
19、断保护）最大运行方式下，短路电流最大，母线处残余电压最高，低电压继电器不容易动作；最小运行方式下，短路电流最小，母线处残余电压最低，低电压继电器容易动作。（为保证选择性，按此方式整定）,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,3、电压速断保护起动电压的整定原则：小于被保护线路末端短路时保护安装处母线上的最小残余电压。,考虑到测量、计算、电流继电器动作存在的误差，引入可靠系数,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,整定公式：,起动电压与曲线I和II各有一个交点，在交点以前短路时，母线残余电压均低于起动电压，保护动作。在最小运行方式下的保护范围最大。在最大运行方式下的
20、保护范围最小。,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,4、灵敏度校验 电压速断保护的灵敏性用保护范围的大小来衡量,方法,Zs越小，保护范围越小 最大运行方式下，Zs最小，保护范围最小,电压速断保护的保护范围为,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,电流闭锁的电压速断保护1、低电压保护误动作 同一母线上的其他线路发生短路，引起母线电压降低 PT一次或二次断线，二次侧电压为零。,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,2、电流闭锁的电压速断保护在电压速断保护中增加一个电流闭锁元件，用被保护线路上的电流是否增大来判别。,3、整定原则 低电压元件：与电压速断保护相同 电流元件：躲开正常运行时的最大负荷电流4、原理接线,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,电流闭锁限时电压速断保护1、目的：保护线路全长2、特点：下一条线路短路时，上下两级保护感受的电压是不同的。3、整定原则 与下一条线路的瞬时电压速断保护相配合 配合点应是下一条线路瞬时电压速断的最小保护范围末端。,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,结论电流保护：在最大方式时的灵敏度高电压保护：在最小方式时的灵敏度高,四、单侧电源网络相间短路的电压保护,起动电压(C点),配合点(a b),相结合,电流闭锁电压速断保护 提高保护整体的灵敏度,
