单侧电源网络相间短路的电流保护
双侧电源网络相间短路的方向性电
流保护
中性点直接接地系统中接地短路的
零序电流及方向保护
中性点非直接接地系统中单相接地
故障的保护
电网的电流保护
• 继电器
1、继电器的分类和要求
定义: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。
DL-10\11电流继电器
继电继电器器
启动、量度、时间、中间、信
号和出口继电器.
电磁型、感应性、整流型、
电子型和数字型等
电流、电压、功率方向、阻
抗、频率、气体(瓦斯)等
保护回路
中的作用
动作原理 物理量
分类
1、过电流继电器原理框图
度量继电器是实现保护的关键测量元件。
• 欠量:低电
压、距离、
低频率继电
器等等。
• 过量:过电
流、过电压、
高频率继电
器等
度量继电器
电流交换 比较 小延时≥2-3ms 输出
整定值调整
输入
I Ir
Iop
图 过电流继电器原理框图
继电特性
动画:继电器原理及继电特性.swf
动作电流Iop:又称启动电流,使继电器动作的最小电流。
返回电流Ire :使继电器返回的最大电流。
返回系数Kre :返回电流与启动电流的比值, Kre = Ire / Iop 。
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继电特性:无论启动和返回,继电器的动作都是明确干脆的,
不可能停留在某一中间位置。
• 单侧电源网络相间短路时电流量值特征
单侧电源网络接线如图所示,
式中, 为系统等效电源的相电动势;
为短路点至保护安装处之间的阻抗;
为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗;
为短路类型系数,三相短路取1,两相短路取
在相同地点发
生相同类型的
短路时流过保
护安装处的电
流最小;
系统等值阻抗
最大。
在相同地点发
生相同类型的
短路时流过保
护安装处的电
流最大;
系统等值阻抗
最小。
最大运
行方式
最小运
行方式
曲线1代表最大运行方式下的短路电流随短路点距离变化的
曲线,一般为三相短路。
曲线2代表最小运行方式下的短路电流随短路点距离变化的
曲线,一般为两相短路。
三段式电流保护的配置与整定
主保护三
电流Ⅰ段:电流速断保护
电流Ⅱ段:限时电流速断保护段
式
电流III段:定时限过电流保护
后备保护
• 讲解思路
工作原理
电流和时限整定
校验
单相原理接线
• 需要注意的问题
“躲开”:一般指大于或者不超出;
“下条线路出口处”:以断路器为界;
除母线和断路器附近的线路部分,在图上,整定电流和保护
范围可以一一对应;
• 电流速断保护
1.工作原理:反应短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。
能否保护线路全长?
答案:不能保护线路全长的100%。
两种解决办法:
通常都是保证动作的选择性,即从保护装置启动参数的整定上
保证下一条线路出口处短路时不启动,在继电保护技术中,这
又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。
在个别情况下,当选择切除故障是首要条件时,就采用无选择
性的速断保护,而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。
2.电流速断保护的整定计算原则
可靠系数取是考虑非周期分量的影响,实际上的短
路电流可能大于计算值、保护装置的实际动作值可能小于
整定值和一定的裕度等因素。
动作电流的整定
对于保护2来讲,按照同样的原则,其启动电流应整
定须大于变电所B母线上短路时的最大短路电流
,即
=KIrel (2-5)
计算出保护的一次动作电流后,还需要求继电器的
二次动作电流
式中,
nTA-电流互感器的变比
Kcon-电流互感器的接线系数,其值与电流互感器的接
线方式有关,当电流互感器二次侧为三相星形接线时
其值为1,当二次侧为三角形接线时,其值为 。
(2)动作时间的整定:0s速断
速断保护的动作时间取决于继电器本身固有
的动作时间,一般小于10ms。考虑到躲过线
路中避雷器的放电时间为40-60ms,一般加装
一个动作时间为60-80ms的保护出口中间继电
器,一方面提供延时,另一方面扩大触点的容
量和数量。
(3)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。按最小的保护范围进
行校验,要求大于被保护线路全长的(15~20)%,
保护的最小范围可按下式求出:
式中:Lmin是电流速断保护的最小保护线路长度;z1是
线路单位长度的正序阻抗。
动画:电流速断保护整定过程.swf
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3.电流速断保护的构成
动画:电流速断保护单相原理接线.swf
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4.电流速断保护的主要优、缺点
优点:简单可靠、动作迅速
缺点:不能保护线路的全长,并且保护范围直接受运行
方式变化的影响。
如图2-5为系统运行方式变化很大的情况,当保护2电流速
断按最大运行方式下保护选择性的条件整定以后,在最小
运行方式下就没有保护范围。
当线路较短时,由于短路电流曲线变化平缓,速断保护的整定
值在考虑了可靠系数之后,其保护范围将很小甚至为零。
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,例如图示情况,把线路和变压器可以看成一个元
件,速断保护可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K1点
短路来整定。
电流速断保护不能保护线路全长,
那么,不能被电流速断保护的线路
该怎么办?
可考虑增加一段带时限动作的保护,用来切除本线路上速
断保护范围以外的故障,同时作为速断保护的后备,这就是限
时电流速断保护。
• 限时电流速断保护
首先要求能够保护线路全长,并且具有足够的灵敏性;其
次在满足上述要求的前提下,力求具有最小的动作时限,保证
下级保护优先切除故障,满足选择性的要求。
1.工作原理:与下级相邻线路的电流速断保护(电流I段)相配
合。
包含:
保护范围不超过下级线路速断保护的范围;
动作时限则比下级线路的速断保护高出一个时间阶梯Δt。
2.限时电流速断保护的整定计算原则
启动电流的整定
≥
I
是否可以取相等,即 =
I
= K I
K = ~
II
II I
rel
式中:
答案:不能取相等。
引入可靠性系数
II
rel
K
II
rel
动作时限的选择
t 1 t 2 + Δ t=
III
Δt 通常取为
Δt的确定原则:
(1)应包括故障线路断路器QF的跳闸时间、灭弧时间。
(2)应包括故障线路保护2中时间继电器的实际动作时间比整
定时间大的正误差。
(3)应包括保护1中的时间继电器可能比预定时间提早动作的
负误差。
(4)应包括如果保护1中的测量元件在外部故障切除后,由于
惯性的影响而不能立即返回的延时。
(5)考虑一定的裕度。
动画:限时电流速断保护整定过程.swf
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2.保护装置灵敏性的校验
为了能够保护本线路的全长,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,这个能力用灵敏系数Ksen来衡量。
Ksen=保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值/保护装
置的动作参数值
=最小运行方式下保护线路末端两相短路时短路电流/保护装置
的动作参数值
对保护1的限时电流速断保护而言:
IIKsen = ≥
对保护2的限时电流速断保护而言:
灵敏系数大于1的原因,主要考虑不利于保护启动的因素:
(1)故障点一般都不是金属性短路,而是存在过渡电阻,它将
使得短路电流减小,因而不利于保护装置动作;
(2)实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值;
(3)保护装置所使用的电流互感器,在短路电流通过的情况下,
一般都具有负误差,因此使流入保护装置的电流小于按额定变比
折合的数值;
(4)保护装置中的继电器,其实际启动数值可能具有正误差;
(5)考虑一定的裕度。
若校验不能满足要求,说明达
不到保护线路全长的目的,怎
么办?
答案:与下条线路限时电流速断保护相配合.
且动作时限要比下条线路限时速断的时限再高一个Δt,此
时限时电流速断的动作时限为。
4.限时电流速断保护的单相原理接线
电流速断保护+限时电流速断保护
=线路主保护。
若主保护故障,不能正常启动怎
么办?
• 定时限过电流保护
作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护,
同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护,也作为过负荷时
的保护。
1.工作原理:启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护。
分两种:
保护启动后出口动作时间是固定的正定时间,称为定时限过
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,称为反时限过电流保护。
2.过电流保护的整定
启动电流
(1)必须大于该线路上出现的最大负荷电流;
(2)必须考虑在外部故障切除后电压恢复,负荷自启动电流
作用下保护装置必须能够返回,其返回电流应大于负荷自启动
电流。
一般考虑后一种情况,对应的启动电流大于前一种情况,
往往为保证可靠返回从而决定启动电流。
K2短路,保护2-5均启动,由保护2动作,保护3-5应能返回。
由于短路时电压降低,变电所ABC母线上的电动机被制动,
K2故障切除后,电动机需要一个自启动过程。引入自启动系数
Kss,则电动机的自启动电流:
=
保护3-5应能够返回,则一次侧返回电流I're>
引入可靠系数K =
III
rel
I're= =
III
rel
K
III
rel
因为继电器返回电流与启动电流有:Kre = Ire / Iop 。
所以, Kre = I're / Iset
动作电流: I K K ss I
III
rel
K re
I' re
K re
==IIIset
K = rel
Kss数值大于1,由网络具体接线和负荷性质确定;
Kre电流继电器的返回系数,一般采用。
动作电流必然大于最大负荷电流。
动作时限:阶梯性原则
若无分支线路
若有分支线路
3.过电流保护灵敏系数校验
4.过电流保护单相原理接线图:同限时电流速断保护
• 阶段式电流保护的配合及应用
电流速度保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应
电流升高而动作的保护。它们之间的区别主要在于按照不同的
原则来启动电流。速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流
来整定的;限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护
的最大动作范围来整定;而过电流保护是按照躲开本元件最大
负荷电流来整定。
阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图
阶段式电流保护的配合及应用
具有三段式电流保护的单相原理框图及动作示意图.swf
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三段式电流保护的功能逻辑框图
优点:简单、可靠,并且一般情况下也能满足快速切出故障的
要求,因此在电网中特别是35kV及以下较低电压的网络中获得
广泛应用。
缺点:直接受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响,
比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。
计算:课后习题
• 反时限的电流保护(了解)
克服阶段式动作特性的电流保护缺点:短路点越靠近电源,
过电流保护动作时间越长。
1.反时限工作特性
K为时间整定系数,K值越大,动作时间越长;
Iop为启动电流。
国际电工委员会(IEC)将上式称为标准反时限特性。
2.反时限过电流保护的整定配合(整定例子见课本27-28页)
反时限特性上下级间的配合
思路:每个反时限保护定两点(两个坐标)。
一个坐标:(按照过电流保护整定启动电流,动作时间);
另一个坐标:(保护范围末端或者下条线路出口处最大短路
电流,高出下条线路保护Δt)。
反时限过电流保护与电源侧定时限过电流保护配合
反时限过电流继电器电流速动段的整定
• 电流保护的接线方式
采用以上两种接线方式时,流入继电器的电流就是互感器的二
次电流I2,设电流互感器的变比为nTA=I1/I2,则I2=I1/nTA。因此,
当保护装置的一次启动电流整定为Iset时,则反应到继电器上的
启动电流应为:
Iop=Iset/nTA
两种接线方式在各种故障时性能进行分析比较:
1.中性点直接接地系统和非直接接地系统的各种相间短路
相同之处:两种接线方式均能正确反应;
不同之处:动作的继电器个数不相同。
2.中性点直接接地系统中的单相接地短路
三相星形接线可反应各种单相接地故障;
两相(AC)星形接线不能反应B相接地故障。
3.中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路
在相互串联的两条线路上
采用三相星形接线时:100%有选择性地切除XL2;
采用两相星形接线时:假设两个保护之间在定值上和时限上都
是按照选择性的要求配合整定,2/3机会有选择性地切除XL2。
2/3机会如何算的?
线路故障相
XL1 A A B B C C
XL2 B C A C A B
保护动作切除线路 XL1 XL2 XL2 XL2 XL2 XL1
故障相组合及保护动作情况表
4.中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路
在同一母线上的两条线路
采用三相星形接线时:若t1-t2,将同时切除两条线路 ;
采用两相星形接线时:2/3机会仅切除一条线路。(”2/3机会”
的来由可自己分析)
线路故障相
XL1 A A B B C C
XL2 B C A C A B
保护动作切除线路 XL1 XL1、2 XL2 XL2 XL1、2 XL1
故障相组合及保护动作情况表
5.对Yd11接线的降压变压器一侧两相短路流过另一侧保护中电
流的分析
由:
得:
当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压
侧线路故障的后备保护,采用两相星形接线时的
灵敏度比采用三相星形接线时降低一半。
6.两种接线方式的应用
三相星形接线:三个互感器、三个电流继电器和四根二次电缆
复杂和不经济。广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电器设
备的保护中。
两相星形接线:简单、经济。广泛作为相间短路的保护。
应用举例:
10kV配电工程典型设计(国网公司)
国家电网输变电工程110kV典型设计
7.三段式电流保护的接线图举例
展开图
原理接
线图
交流回路
展开图
直流回路
展开图
接线图
交流回路图
直流回路图
说明:我们这本教材主要是讲述各种继电保护原理,
交直流回路展开图在实际应用中非常有用,有兴趣的
同学可在网上搜集电气二次回路方面的资料。
• 对电流保护的评价
1.选择性
在单侧电源辐射状网络中具有较好的选择性
2.灵敏性
受运行方式的变化的影响
3.速动性
一般情况下能够满足快速切除故障的要求
4.可靠性
简单、可靠性