电流保护教程.pptx

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1、1/66第第 2.1 节节 单侧电源网络相间短路的单侧电源网络相间短路的电流保护电流保护第1页/共70页2/66一一、继电器继电器 继电器是一种能自动执行继电器是一种能自动执行通断通断操作的部件，当操作的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出按预先设定的其输入量达到一定值时，能使其输出按预先设定的状态发生变化。状态发生变化。分类：分类：结构结构 功能功能 单元件单元件 电磁型电磁型 电流继电器电流继电器 启动继电启动继电器器 感应型感应型 电压继电器电压继电器 度量继电度量继电器器 整流型整流型 功率方向继电器功率方向继电器 时间继电器时间继电器 数字型数字型 阻抗继电器阻抗继电器 信号继电

2、信号继电器器 中间继电中间继电器器第2页/共70页3/66一种电磁型电流继电器工作原理对继电器的基本要求是工作可靠（动作门槛值稳定，接点接触良好），其动作过程具有良好的“继电特性”。(也称动合触点)常开接点图形符号第3页/共70页4/66常闭接点(也称动断触点)图形符号一种电磁型电流继电器工作原理图形符号常开接点第4页/共70页5/66继电器的继电器的继电特性：继电特性：动作过程动作过程不动“动作电流”的电磁力矩=弹簧力矩+摩擦力矩第5页/共70页6/66继电器的继电器的继电特性：继电特性：动作过程动作过程“动作电流”的电磁力矩 弹簧力矩+摩擦力矩 保持动作状态连通第6页/共70页7/66继电

3、器的继电器的继电特性：继电特性：动作过程动作过程(重复一遍重复一遍)动作电流第7页/共70页8/66动作电流继电器的继电特性：返回过程返回电流红色：动作后的返回过程“返回电流”的电磁力矩+摩擦力矩=弹簧力矩第8页/共70页9/66由图可知：动作电流 返回电流继电器的继电特性：动作电流返回电流第9页/共70页10/661）动作状态垂直跃变明确性（摩擦阻力一旦 被克服，就会形成跃变，不会缓变）；继电器的继电特性继电器的继电特性:动作电流返回电流2）稳定性 （需要克服阻力）第10页/共70页11/66 欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）过量型继电器（反应

4、于测量量的增大而动作）过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）继电器的表示方法：继电器的表示方法：常开接点常闭接点示意图接点符号名称“常”不带电状态，不是“正常状态”第11页/共70页12/66 电压继电器的工作原理与此类似。电压继电器的工作原理与此类似。除了内部设计不同以外，从线圈来看：除了内部设计不同以外，从线圈来看：导线细、匝数多。导线细、匝数多。输入阻抗大，并联接输入阻抗大，并联接入入第12页/共70页13/66二、单侧电源网络相间短路的电流保护二、单侧电源网络相间短路的电流保护 （本节主要针对小电流接地系统）（本节主要针对小电流接地系统）小电流接地系统：在该电压等级中，所有变压器的中

5、性点均不接地。第13页/共70页14/66二、单侧电源网络相间短路的电流保护二、单侧电源网络相间短路的电流保护 （本节主要针对小电流接地系统）（本节主要针对小电流接地系统）发生单相接地时，几乎没有短路电流，不会烧坏设备，所以,还可以运行12小时供电可靠性高,但是，非故障相电压升高为1.732倍，故,绝缘要求高。随着电压等级的提高，绝缘的投资会急剧增加。主要用在1066kV的配电系统。第14页/共70页15/66大电流接地系统：大电流接地系统：在该电压等级中，部分或所有变在该电压等级中，部分或所有变 压器的中性点直接接地。压器的中性点直接接地。优点：绝缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地优点：绝

6、缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地 系统要低。系统要低。缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电 流，会损坏设备等。流，会损坏设备等。（主要用在（主要用在110kV110kV及以上的电压等级中）及以上的电压等级中）第15页/共70页16/66小电阻接地系统小电阻接地系统第16页/共70页17/66单侧电源网络相间短路时电流量特征单侧电源网络相间短路时电流量特征问题：如果变电站B、C、D还有其他负荷或者引出 线时（这是一般的情况），怎么办？负荷端对短路电流计算的影响很小,可以忽略。第17页/共70页18/66 在故障点位置确定和故障类型确定的情况

7、下，短路电流 Ik 仅与系统等值阻抗 Zs 有关。第18页/共70页19/66 1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。第19页/共70页20/66 2）在相同地点发生相同类型的短路时，如果流过保护安装处的电流为最小，则称此时的运行方式为：最小方式。1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。第20页/共70页21/66 短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电流变化曲线。根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配置和整定计算。第21页/共70页22/661 1、电流速断保护（简称：电流、

8、电流速断保护（简称：电流段）段）（1 1）工作原理：反应于短路电流的）工作原理：反应于短路电流的幅值增大幅值增大而而瞬时动作瞬时动作的电流保护（的电流保护（电流大于某个数值时，立即电流大于某个数值时，立即动作动作）。）。按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。但是，保护2的测量电流无法区分K1点与K2点短路(电流大小几乎一样),因此，保护2的电流速断保护按躲过相邻下一条线路(K2)出口处短路时可能出现的最大短路电流来进行整定。（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性）第22页/共70页23/66 问题1：为什么需要躲过最大短路电流？考虑最不利（

9、恶劣）的条件，保证在各 种情况下都能够有选择性。问题2：什么情况下会出现最大短路电流？系统最大运行方式，发生三相短路。短路点确定后，ZA-B也就确定了。第23页/共70页24/66（2 2）整定计算原则）整定计算原则整定计算的三要素：整定计算的三要素：1)1)整定值整定值 2)2)动作时限动作时限 3)3)灵敏性校验灵敏性校验2号断路器处的保护整定：1号断路器处的保护整定：电流段整定方法（或称为原则）归纳为：躲过线路末端出现的最大短路电流！第24页/共70页25/66符号说明（断路器1）第25页/共70页26/66可靠系数的考虑因素主要考虑了各种影响因素的相对误差：1）非周期分量；2）暂态谐波

10、；3）系统和线路参数的误差；4）计算误差；5）互感器传变误差；6）继电器测量误差；7）电动势波动；8）裕度。一般取为1.21.3 第26页/共70页27/66根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)：二次整定值：第27页/共70页28/66动作时限：动作时限：t=0(t=0(秒秒)瞬时动作（理想瞬时动作（理想 情况）实际上，都需要一定的情况）实际上，都需要一定的 测量时间，称为固有动作时间。测量时间，称为固有动作时间。灵敏性校验：灵敏性校验：用线路用线路被保护范围大小被保护范围大小来衡量。来衡量。（能保护线路的多长？）（能保护线路的多长？）第28页/共70页29/66 保护范围：大于动作电

11、流（整定值）的短路电流所对应的保护区域。保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化。第29页/共70页30/66考虑最不利的情况（短路电流最小）用最小保护范围来校验电流段的灵敏性 最小保护范围对应于系统最小运行方式、发生两相相间短路的情况。图解法 解析法第30页/共70页31/66归纳：电流段整定 躲过线路末端最大的 短路电流。电流段校验 按照最小的短路电流。无延时 瞬时动作。第31页/共70页32/66（3）电流段单相原理接线图 第32页/共70页33/66（4 4）优缺点）优缺点优点：优点：简单可靠简单可靠,动作迅速。动作迅速。缺点：缺点：1 1）不能保护本线路全长；）不能保护本线路全长

12、；2 2）受系统运行）受系统运行方方 式的影响大；式的影响大；3 3）可能没有保护范围：运）可能没有保护范围：运行方行方 式变化较大、短线路时。式变化较大、短线路时。当线路与变压器相连接时，可以保护线路的全长，并能够保护变压器的一部分(变压器的阻抗较大)。第33页/共70页34/662 2、限时电流速断保护（电流、限时电流速断保护（电流段）段）要求：要求：保护线路的全长保护线路的全长（有足够的灵敏度）；（有足够的灵敏度）；具有最小的动作时限（尽可能快）。具有最小的动作时限（尽可能快）。（1 1）工作原理）工作原理 保保护护范范围围延延伸伸至至下下级级线线路路，与与下下级级线线路路电电流流段配合

13、。段配合。需需带带时时限限，在在时时间间上上比比下下级级线线路路的的电电流流段高段高t t（换取选择性）。（换取选择性）。(保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性)第34页/共70页35/66（2）整定电流 假设M为保护 1 的电流速断保护的保护范围末端，则：（3 3）动作时限（保证选择性）动作时限（保证选择性）t 2 =t 1+t （t0.30.5s）（非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响）第35页/共70页36/66（考虑：最小运行方式、两相相间短路的情况）若不满足,再考虑与保护1的电流段相配合。（4）灵敏性校验目的：确保 A-B 线路任何地方的短路都能被切除。第36页/共7

14、0页37/66t t 考虑的因素：考虑的因素：1 1）断路器动作时间）断路器动作时间 +灭弧时间；灭弧时间；2 2）时间继电器的延时误差；）时间继电器的延时误差；3 3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的 返回延时；返回延时；4 4）裕度。）裕度。通常取通常取 0.5s0.5s。采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s0.3s。（考试或交流中，可以仅说：（考试或交流中，可以仅说：0.50.5秒延时）秒延时）第37页/共70页38/66（5 5）电流）电流段的原理接线段的原理接线 限时电流速断保护的单相原理接

15、线图第38页/共70页39/66（6）评价 优点：灵敏度好，能保护线路全长。缺点：带 0.3 1秒延时，速动性差一些；不能作为下一级线路的远后备 电流、段联合工作就可以保证全线范围内的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快速切除故障的要求，作为“主保护”。第39页/共70页40/66 设计目的：不允许故障长期存在。设计目的：不允许故障长期存在。整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流。整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流。(目的是：故障切除后，应当可靠返回目的是：故障切除后，应当可靠返回)3、定时限过电流保护（电流段）一般情况下，段和段的电流定值都较大一些，所以，基本上存在：I

16、reIL.max 可以可靠返回第40页/共70页41/66（1 1）整定电流（启动电流）整定电流（启动电流）本线路上可能出现的最大负荷电流本线路上可能出现的最大负荷电流 外外部部故故障障切切除除后后已已经经启启动动的的保保护护能能够够可可靠靠返返回回3、定时限过电流保护（电流段）ABC45d3D21MMM第41页/共70页42/66ABC45d3D21MMM 外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流。要求：保护（如3、4、5）在自启动电流情况下必须 可靠返回。第42页/共70页43/66（2）动作时限ABC45k2 3D21k1 按上图标定的序号，

17、形成阶梯型时限特性：第43页/共70页44/66对于更一般的情况，第段时限特性如下：第44页/共70页45/66 在电流、段以及断路器都可以正常工作情况下，电流段的电流继电器仅仅启动（电流定值较小），但是，延时较长，所以，不发跳闸命令（由电流段或段切除短路，电流段随即返回）；在电流、段或断路器拒动时，电流段的延时才能够“走到头”，此时才发跳闸命令，故称为“后备保护”。第45页/共70页46/66段的后备作用：1）近后备同一地点电流、段拒动的后备 2）远后备下一个变电站的保护和断路器拒动 的后备（防止短路点不切除）顺便提及：实际上，还有一种叫做“断路器失灵保护”。第46页/共70页47/66电流

18、的相互配合关系第47页/共70页48/66时间的相互配合关系及其管辖范围第48页/共70页49/66（3 3）灵敏性校验）灵敏性校验 最小运行方式，本线路（相邻线路）末端最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。两相短路。AB32C1k1 第49页/共70页50/66（3 3）灵敏性校验）灵敏性校验 最小运行方式，本线路（相邻线路）末端最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。两相短路。AB32C1k1 灵敏系数相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应当越高 K sen.1 K sen.2 K sen.3第50页/共70页51/66（4）原理接线 与限时电流速断保护类似，主要区别是：时间继电

19、器的时间整定值不同。（5）评价 简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长（不利）。第51页/共70页52/66阶段式电流保护的单相原理接线阶段式电流保护的单相原理接线 阶段式电流保护简单、可靠，在 35KV及以下低压配电网络中得到广泛应用。主要缺点：受电网接线及系统运行方式变化的影响较大。第52页/共70页53/665 5、反时限过电流保护、反时限过电流保护（供了解）（供了解）反时限电流保护：也是一种过电流保护，其动作时限与电流的大小有关。电流越小，动作时限越长；电流越大，动作时限越短。在一定程度上具有阶段式电流保护的功能，可同时满足速

20、动性和选择性要求。避免动作时间太长！第53页/共70页54/66反时限过电流保护的时间配合关系反时限过电流保护的时间配合关系 构成一个比较自然的时间配合，最长的时间不至于太长。第54页/共70页55/66三、电流保护的接线方式三、电流保护的接线方式 电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式 三相星形接线与两相星形接线（a）三相星形接线方式；（b）两相星形接线方式 每相上均装有TA和KA、Y形接线 KA的触点并联（或）一相上不装设TA和KA、Y形接线 KA的触点并联（或）（接A、C相）第55页/共70页56/661.1.三相星形接线和两相星形接线的性能比三相星形接线和两相星形接线的性能比较较

21、（1 1）相间短路）相间短路 中性点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电中性点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电器数目不同。器数目不同。（2 2）单相接地短路）单相接地短路 两相星形接线不能反应中性点直接接地电网的两相星形接线不能反应中性点直接接地电网的B B相接地短路。相接地短路。第56页/共70页57/66（3）两点接地短路 小电流接地系统，允许单相接地时继续短时运行，希望只切除一个故障点。第57页/共70页58/66 三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。两相星形接线：由于两相

22、星形接线较为简单、经济，因此在中性点直接接地和非直接接地电网中（辐射线路较普遍）被广泛作为相间短路的接线方式。两相星形接线时，应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都装于A、C相上），以保证在不同的线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。（4）评价及应用第58页/共70页59/66四四.三段式电流保护接线图举例三段式电流保护接线图举例 三类图纸：原理图、展开图、安装图1、原理图 以元件的整体连接来表明接线中TA、TV、继电器之间的连接关系，具有明确直观的整体概念。第59页/共70页60/66四四.三段式电流保护接线图举例三段式电流保护接线图举例2、展开图 运行、检修和调试中使用的图

23、纸，将直流回路和交流回路分开表示。属于同一继电器的线圈和触点用相同的符号来表示。交流回路按ABC相序排列；直流回路按继电器动作的先后顺序从上而下排列，每行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序从左（正）到右（负）排列。（由直流、交流和信号回路三部分组成）第60页/共70页61/661LJ5LJ9LJ3ZJ 4XJ LP3ZJ7SJ12SJDLTQ2LJ6LJ10LJ11LJ7SJ 8XJ LP12SJ 13XJ LP(c)直流回路展开图电流速断 保护限时电流速断保护过电流 保护 跳闸及信号回路LH a 1LJ 5LJ 9LJLH c 2LJ 6LJ 10LJ11LJ（b）交流回路展开图（a a）原

24、理接线图第61页/共70页62/66四四.三段式电流保护接线图举例三段式电流保护接线图举例3、安装图 描绘应当如何进行连接？（略）第62页/共70页63/66五.三段式电流保护的评价及应用选择性：通过动作电流、动作时间来保证选择性。单电源辐射网络上可获得选择性。速动性：无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的 过电流保护通常不能满足速动性的要求。灵敏性：运行方式变化较大时，速断保护有可能无法 满足要求。被保护线路很短时，无限时电流速断保护常 为零。长距离重负荷线路过电流保护的灵敏度常常 也很小。第63页/共70页64/66 灵敏性受运行方式变化影响大是电流保护主 要缺点。可靠性：继电器简单、数量

25、少，整定计算和校验容 易。可靠性高是它的主要优点。应 用：主要用在35kv及以下的单电源辐射网上，或 大电流接地系统的末端线路上。五.三段式电流保护的评价及应用第64页/共70页65/66五.三段式电流保护的评价及应用 综合考虑了继电保护的基本要求（“四性”）之后，三段式的配置是一种很好的设计。在满足可靠性和选择性的前提下，段强调速动性，段强调灵敏性，段保证可靠性。相互配合、相互兼顾。并且，短路电流越大（危害越大）时，动作越快。第65页/共70页66/661 1、如图所示网络，、如图所示网络，ABAB、BCBC、BDBD线路上均装设了三段式电线路上均装设了三段式电流保护，变压器装设了差动保护。

26、已知流保护，变压器装设了差动保护。已知段可靠系数取段可靠系数取1.251.25，段可靠取段可靠取1.151.15，段可靠系数取段可靠系数取1.151.15，自起动系，自起动系数取数取1.5,1.5,返回系数取返回系数取0.850.85，ABAB线路最大工作电流线路最大工作电流200A200A，时，时限级差取限级差取0.5s0.5s，系统等值阻抗最大值为，系统等值阻抗最大值为18,18,最小值为最小值为1313，其它参数如图示，各阻抗值均归算至，其它参数如图示，各阻抗值均归算至115kV115kV的有名的有名值，求值，求ABAB线路限时电流速断保护及定时限过电流的动作电线路限时电流速断保护及定时

27、限过电流的动作电流、灵敏度和动作时间。流、灵敏度和动作时间。第66页/共70页67/66解：（1）相邻线路段保护动作电流确定 由于D母线短路电流比C母线大，因此保护应与BD线路配合，D母线最大短路电流为：注：理论上说AB线路的段既要与BC线路段配合，又要与BD线路段配合，由于BD线路的阻抗小于BC线路，所以瞬时电流速断保护的动作电流必定大于BC线路，因此与BD线路配合后，也会满足与BC线路配合的要求。注：计算短路电流时，电压可采用平均电压。BD线路段动作电流为：AB线路段动作电流为：第67页/共70页68/66被保护线路末端最小短路电流为：灵敏度为：不满足要求。改与相邻线路段配合，则注：同理，由于BD线路段限时电流速断保护动作电流大于BC线路，因此应与BD线路段配合。满足要求。动作时间 第68页/共70页69/66（2）定时限过电流保护近后备灵敏度：满足要求；远后备灵敏度：满足要求。注：远后备BC线路满足要求，必然BD也满足要求，因BC线路阻抗大于BD线路。动作时间：第69页/共70页70/66感谢您的观看！第70页/共70页