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第三章输电线路的电流电压保护1本讲稿第一页，共四十页 Idz 保护的动作电流：继电器的动作电流（可举例说明）例题3-1P67 4、保护范围,P143图9-8:最大保护范围Lmax50%L 最小保护范围Lmin15%L无意义5、优点：动作迅速，简单可靠 缺点：不能保护线路全长，单独使用不能作为主保护。6、原理接线：P58图3-3 根据归总式原理图画出展开图：先介绍归总式原理图、展开图的特点。KM的作用：1）增大接点容量 2）增大装置动作时间（0.060.08s）本讲稿第二页，共四十页 3）防止管型避雷器放电（0.040.06s）误动作 QF辅助接点的作用：保护KM的接点。二、限时电流速断保护（一）工作原理1、特点：既能保护线路全长，又能快速切除故障，兼作瞬时电流速断的后备。2、保护范围：本线路全长及相邻线路一部分（不超过相邻线路瞬时电流速断保护范围）（二）动作电流及动作时限的整定：1、动作电流：1）：2）不应超出相邻变压器速断保护区以外：取两者中较大者。本讲稿第三页，共四十页2、动作时限：0.5s 3、灵敏系数（比瞬时电流速断保护高，可保护线路全长，但速动性差）（三）原理接线：P61图3-5根据归总式原理图画出展开图 瞬时电流速断与限时电流速断的配合 分析各区段保护动作情况：AM、MB、BQ、QN结论：两者配合，可在0.5s的短时间内切除全线路范围内任何点短路故障可作为线路的主保护例题3-1P67 三、定时限过电流保护（一）工作原理正常时不应该动作，短路时起动并以时间来保证动作的选择性。本讲稿第四页，共四十页（二）整定原则 1、动作电流的整定：（1）按躲过被保护线路的最大负荷电流整定（2）相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回 可靠系数，取1.15-1.25 电动机自起动系数，取1.5-3 返回系数，取0.85要特别注意的确定。可举例说明。2、动作时限的整定：按阶梯原则整定保证动作的选择性，具有定时限特性，动作时限与流过电流大小无关。3、灵敏度：IOP小Ksen高 近后备Ksen1.3-1.5 远后备Ksen1.2本讲稿第五页，共四十页（三）保护范围：作为本线路的后备保护（近后备），也可作为相邻线路的后备保护（远后备）（四）原理接线：采用电磁型继电器构成的定时限过电流保护组成：LJ、SJ、XJ、（ZJ）特点：短路点离电源越近的线路Idt，但同一条线路动作时限相同采用感应型电流继电器构成的反时限过电流保护。特点：接线简单，但时限配合较困难 被保护线路不同地点短路，动作时限不同 可加快切除线路首端短路故障本讲稿第六页，共四十页 组成：感应型电流继电器 组合式带有动作时限（Idt）替代SJ，接点容量大替代ZJ，动作指示掉牌替代XJ 运用：多用在电压较低的配电网线路上和在电动机上（末级线路）四、电流保护接线方式（LJ线圈与LH二次线圈之间的连接方式）1、三相三继电器接线（完全星形接线）P65图2-15（1）特点：三只LJ接入各自相应相别LH的二次侧，两星形中点连接 可反映各种类型短路（2）接线系数Kjx：继电器线圈电流Ij与LH二次电流I2的比值 Kjx=Ij/I2 完全星形接线：Kjx=1 本讲稿第七页，共四十页（3）适用：大接地电流系统相间短路保护（4）缺点：费用高且小接地电流系统不适用例：两条线路在不同相别发生接地且其保护动作时限相同两条线路会同时断开，而小接地电流系统允许短时单相接地运行 2、两相两继电器接线（不完全星形接线）P65图2-16 （1）特点：两只LJ和两只LH均接成不完全星形，两中点之间有中线连接 可反映各种相间短路及B相除外的单相接地故障。（2）Kjx=1（3）适用：小接地电流系统作为相间短路保护（4）各处保护装置的LH必须装设在同名相上 本讲稿第八页，共四十页两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时限相同）a、双回线路保护装置LH装设在同名相A、C上 XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 +-+XL-2切除情况 -+-停电线路数目 1 2 1 1 2 1其中：“+”为切除；“-”为不切除 结论：2/3机会切除一个故障点；1/3机会切除两个故障点本讲稿第九页，共四十页b、双回线路保护装置的LH，一条装于A、C相，另一条装于A、B相 XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 +-+XL-2切除情况 +-+-+停电线路数目 2 1 1 0 2 2 结论：1/2机会切除两个故障点；1/3机会切除一个故障点；1/6机会两套保护均不动作本讲稿第十页，共四十页（5）缺点：用于Y/变压器保护时，灵敏系数可能比完全星形接线小一半；辐射形电网两段线路的两点接地，可能造成非选择性动作，P149，图9-16（c）3、两相三继电器接线（不完全星形接线）（1）特点：回路比不完全星形接线多接一只继电器（2）Kjx=1（对于Y/-11变压器保护，灵敏系数与完全星形接线相同）（3）适用：小接地电流系统作为相间短路保护本讲稿第十一页，共四十页4、两相单继电器接线（两相电流差接线）P66图2-17（1）特点：一只继电器，两只LH反极性连接（2）缺点：a、短路形式不同，保护灵敏系数不同 三相短路：Kjx=IJ=Ia 两相短路：A、C Kjx=2（A、C相装LH）A、B Kjx=1 或 b、在Y/-11变压器后发生两相短路时，保护可能拒动 例：Y/-11变压器，a、b短路（3）适用：中性点不接地系统小容量电动机保护作为相间短路保护 本讲稿第十二页，共四十页5、零序分量保护接线（1）特点：三只LH二次侧同极性相连，继电器接于两连接点之间 （2）适用：110KV以上大接地电流系统作为单相短路保护 课堂练习：采用两相两继电器接线画出电流速断保护原理接线图 五、三段式电流保护接线图（P66图3-12）1、对照图3-12分析三段式电流保护的构成、原理、动作过程。2、三段式电流保护整定计算实例 P67例3-1。本讲稿第十三页，共四十页七、电流电压联锁速断保护（一）母线残余电压（母线残压）发生短路故障时，系统电压急剧下降，此时的母线电压称为残余电压 UCy=IKZdl（与短路点位置及系统运行方式有关）短路点越远，UCY；反之，UCY 最大运行方式，UCY（曲线1）；最小运行方式，UCY（曲线2）特点：发生短路时，利用系统电压剧烈下降的特征瞬时动作的保护 构成：低电压继电器保护范围：最大运行方式lmin 最小运行方式lmax与电流速断保护相反本讲稿第十四页，共四十页（二）电流闭锁电压速断保护 1、特点：电流速断和电压速断互相闭锁的一种保护 2、原理接线：参考中专教材P57图2-26（1）原理：电压回路断线1KM发信号 短路故障2KM起动：QF跳闸，KS发信号（2）由原理图如何转换成展开图 展开图组成：交流电流、交流电压、直流、信号、文字说明 本讲稿第十五页，共四十页3、整定原则：经常运行方式下，电流速断和电压速断有相同保护范围保证有最大的保护范围 被保护线路外部短路，不动作保证动作的选择性 IOP，UOP（1）经常运行方式的最大保护区为：（2）（3）4、校验 要求本讲稿第十六页，共四十页复习提问：1、电压速断与电流速断保护的区别。2、电流电压联锁速断保护的工作原理。3、过电流保护的动作电流、动作时限、保护范围、灵敏度特点4、定时限过电流、反时限过电流保护特点、区别。本讲稿第十七页，共四十页 3-2 输电线路的方向电流保护一、电流保护方向问题的提出1、问题双电源辐射网（或单电源环网）例：P70图3-14（1）瞬时电流速断保护无选择性动作 （2）定时限过电流保护动作时限无法整定2、原因：保护误动时的短路功率方向是由线路流向母线。3、解决方法：电流元件KA起动；采用方向电流保护：功率方向元件KP判别（正方向：母线线路），反应短路时大小和方向的保护（其中方向为电流和电压之间的夹角）本讲稿第十八页，共四十页二、工作原理（方向过电流保护）1、动作参数的整定 根据动作方向将保护分成两组。例：在图3-15（P71）将1、3、5分成一组；2、4、6分成一组再分别按单侧电源线路过电流保护同样的原则整定参数，保证动作的选择性。2、特点：在原有保护上增设一个功率方向判别元件反向故障时，闭锁保护。本讲稿第十九页，共四十页 3、原理接线：P72图3-16 组成：KA、KP、KT、KS等元件。原理：短路（正向）：KA、KP均动作保护动作 短路（反向）：KA动作，KP不动闭锁保护装置 4、方向元件的装设。对于同一母线两侧的保护：动作时限长者可不装方向元件，动作时限短和相等者必须装方向元件。上例：保护3可不装方向元件。5、方法：流入KP的U和相位不同。本讲稿第二十页，共四十页三、功率方向继电器KP的原理（一）作用：判断正反方向故障。（二）要求：1、判断方向（和之间的相位）。2、灵敏度高（动作功率小）。3、动作时间短（三）接线：（四）原理：正方向（1）：动作 反方向（2）：不动作四、电磁型功率方向继电器。1、类型：LG11：用于相间短路保护。LG12：用于接地保护。本讲稿第二十一页，共四十页 2、结构：输入：（5、6端子）（5、7为同极性端）（7、8端子）输出：KP接点（11、12端子）电压形成回路（电搞变换器UR，电压变换器UV）比较回路（整流桥1U，2U）执行元件（极化继电器KP）3、工作原理：（1）电压形成回路。本讲稿第二十二页，共四十页 转移阻抗角 继电器内角（谐振电路使超前）动作电压 制动电压（2）比较回路。动作即动作条件 实际4、动作区图和灵敏角。动作条件：动作区：能使KP动作的与之间的夹角本讲稿第二十三页，共四十页5、电压死区及其消除。电压死区：无法动作 解决方法：在电压回路采用记忆电路。（串接构成串联谐振记忆回路）缺点：记忆串联方向限时电流速断和过电流保护6、潜动现象。继电器动作电压潜动 继电器动作电流潜动 原因：比较回路元件参数不对称。正潜动：误动 负潜动：拒动或灵敏系数降低。消除：电流潜动/电压潜动 本讲稿第二十四页，共四十页五、功率方向继电器的接线方式（一）接线方式。1、要求：（1）能正确反应故障方向：正方向故障继电器动作；反方向故障，继电器不动作。（2）灵敏系数高。2、概念：三相对称且时，超前的接线方式 3、接线；P78图3-21 4、特点：（1）接相间电压，不对称短路时动作灵敏。（2）可消除正向出口两相短路的电压死区。（3）不能消除正向出口三相短路的电压死区。（4）接线应注意KP电压电流线圈极性与TA、TV极性的正确连接。本讲稿第二十五页，共四十页（二）KP接线方式分析 1、正方向三相短路。KP动作条件：（1）近处短路：继电器拒动，电压死压。（2）远处短路：以A相KP为例。总可以落在动作区内 2、反方向三相短路。不变 落在非动作区，不动作。思考题：已知一KP的内角为和，用于线路角为的线路，问应哪种内角时，在接线下，KP可以灵敏动作。本讲稿第二十六页，共四十页3、正方向两相短路（1）近处短路（保护出口短路），P78矢量图3-22。2、远处两相短路小结：1适当选择继电器内角，任何相间短路，均能正确动作。动作条件：2KP灵敏动作条件：3对两相短路均无死区，近点三相短路，继电器有死区。六、非故障相电流的影响与按相起动（一）非故障相电流对保护的影响。非故障相电流：电网发生不对称短路时，在非故障相中流过的电流。本讲稿第二十七页，共四十页 空载：=0 负载：可使KP误动作两相短路 1、两相短路：K点AB短路。分析保护1：B，C相KP不动作；A相KP误动作。2、单相接地短路，P79图323。K点与间无正序和负序电流分量，只分析零序电流的影响。假设系统容量无限大，且忽略阻抗中的电阻。保护1：正向故障 应该动作保护2：反向故障碍 不应该动作动作分析具体见P73表及P74图35（思考提问）结论：保护2可能误动。本讲稿第二十八页，共四十页解决方法：（1）提高起动元件的动作电流，使之大于非故障相电流（负荷电流与零序电流相量和）。（2）接线采用按相起动。（二）按相起动。（三）方向过电流保护接线图。参考中专教材P75图317 课堂练习：画展开图。七、方向电流保护的整定计算（一）方向过电流保护动作电流的整定。1、躲过被保护线路中的最大负荷电流。P70图314 须考虑开环时的增加。2、与相邻线路过电流保护动作电流配合。取两者中较大者。本讲稿第二十九页，共四十页（二）方向过电流保护灵敏系数的校验。方向元件：不须校验。电流元件：与不带方向元件的过电流保护相同。（三）方向过电流保护动作时限的整定。同一动作方向的过电流保护：按阶梯原则。装设方向元件的原则：同一母线两侧，动作时限短且相等须装方向元件。同一母线两侧，动作时限长者不须装方向元件。（四）保护装置的相继动作。相继动作：同一条线路两侧保护按先后顺序动作。相继动作区：相继动作的线路长度。缺点：加长故障切除时间。优点：可提高保护装置的灵敏系数。作业：P109 3-5，37，311本讲稿第三十页，共四十页 3-3 输电线路的接地故障保护 一、电网接线方式及其保护特点（一）电网接线方式：中性点直接接地方式：110KV及以上大接地电流系统。中性点不接地或经消弧线圈接地：35KV及以下小接地电流系统。（二）零序保护（接地保护）。接地故障：出现零序电流和零序电压构成保护。优：接线简单，灵敏度高，动作迅速，保护区稳定。本讲稿第三十一页，共四十页（三）保护特点：大接地电流系统：多动作于跳闸。小接地电流系统：多动作于信号。列表：电压等 接地方式 保护特点110kV及以上 中性点直接接地 零序保护多用于跳闸 335kV以下 中性点不接地 零序保护多用于信号 中性点经消弧线圈接地 本讲稿第三十二页，共四十页二、中性点不接地电网单相接地故障的特点。1、简单的不接地电网。2、电网中有两条线路的不接地电网。零序网络忽略Z。故障线路：零序电流方向为线路流向母线。零序电流方向为母线流向线路。3、单相接地故障特点：（1）全系统均出现零序电压且处处相等。（2）故障相对地电容电流为零，非故障相对地电容电流增大倍。非故障线路由本线路对地电容电流形成，且超前。母线出线故障线路 本讲稿第三十三页，共四十页（3）故障线路由全系统非故障元件对地电容电流形成，且滞后（大小、方向、均不同）。（4）故障相对地电压为零，其它两相对电压升高倍，中性点电压偏移为正常对相电压。三、中性点不接地系统单相接地故障的保护方式 1、绝缘监视装置。原理：单相接地时同一电压级的全电网出现相同零序电压。装设：发电厂和变电站母线上。接线：P82图3-25 发信号。查找故障：P82-83 适用：简单且允许短时停电的电网。本讲稿第三十四页，共四十页2、零序电流保护。原理：故障线路零序电流大。装设：电缆型零序电流互感器+电流继电器。接线：参考中专教材P88 图4-10，发信号或跳闸 出线回路：，保护越灵敏。3、零序功率方向保护。P83图3-26 原理：故障线路与非故障线路零序功率方向不同。发信号或跳闸。适用：零序电流保护不足或接线复杂网络。本讲稿第三十五页，共四十页 3-4 中性点直接接地电网的接地保护 一、单相接地时零序分量特点零序分量只在单相接地或两相接地短路时出现。1、在故障点最高，离故障点越远，越小。2、零序电流的分布，取决于输电线路和中性点接地变压器的零序阻抗。3、系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就不变。但正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，从而间接影响零分量大小。4、的实际流向，电线路流向母线。本讲稿第三十六页，共四十页二、零序电流保护 1、构成：阶段式：零序段（零序电流瞬时速断）零序段（零序电流限时速断）零序段（零序过电流）2、原理图：P87图329展开图区别：测量元件不接相电流，而接零序电流（零序电流滤过器）（一）电流速断（零序段）保护 优点：与反应相间短路的段比保护范围长且稳定（1）躲过被保护线路末端单相或两相电流接地时的最大（2）躲过QF三相不同时合闸时，流过保护的最大零序电流 本讲稿第三十七页，共四十页（3）躲过单相重合闸时非全相振荡的零序电流。（二）零序电流限时速断（零序段）保护。（三）零序过电流（零序段）保护。后备保护一般情况。主保护中性点直接接地终端线路。三、零序方向电流保护（一）零序方向电流保护工作原理。1、零序电流保护增设方向元件的必要性。2、特点：（1）工作灵敏。不受短路点远近及过渡电阻影响（2）无电压死区。越靠近故障点，零序电压越高。（3）故障点离保护安装处很远。本讲稿第三十八页，共四十页 3、接线方式：P91图3-33 4、原理接线：P92图334 四、零序电流保护的评价。1、优点：（1）段灵敏度高，动作时限短。灵敏性高；（2）段保护范围大，速动性好；段易满足受系统方式变化小。不反应系统的振荡和过负荷；（3）不受系统振荡，短时过负荷影响。原理接线简单，可靠。（4）单相故障机率高。本讲稿第三十九页，共四十页2、缺点：（1）不适合短线路及运行方式变化大系统。（2）自耦变压器使保护整定复杂化。（3）单相重合闸非全相运行零序电流较大误动作。复习：两种接线方式。本讲稿第四十页，共四十页