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1、电力系统继电保护 韩笑 第三章1新 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望3.1 35kV及以下电压等级线路保护及以下电压等级线路保护 按照故障类型：相间短路保护、接地保护按照线路类型：单侧电源、双侧电源12/6/202221 无时限电流速断保护反应电流增加且不带时限动作的电流保护，又称为电流段保护。由于无延时，为保证选择性，保护区不超出本线路。即电流段保护动作电流“躲过”区外故障的最大短路电流。（1)无时限电流速断保护整定3.1.1单侧电源辐射网络相间短
2、路的电流、电压保护 12/6/20223如何计算短路电流？三相短路时两相短路时 系统阻抗相电势故障点到保护安装处距离0.4欧姆/公里12/6/20224短路电流大小由以下因素决定：a.系统运行方式（简称运方），系统电源等效阻抗与电源投入数量、电网结构变化有关，最大时短路电流最小，称为最小运方；越小，短路电流越大。故障点越近，最小时短路电流最大，称为最大运方。c.短路类型，b.故障点远近，12/6/20225外部故障时流过保护P1的最大短路电流为：动作电流应满足以下条件：考虑电流互感器、电流继电器均有误差 可靠系数1.21.3 12/6/20226短路电流12/6/20227整定过程图解最大运方
3、三相短路本线末最大短路电流动作电流保护区12/6/20228电流速断保护单相原理接线图（2)无时限电流速断保护原理接线I+信号TAKA-+-YKMKSQFQF12/6/20229（3)无时限电流速断保护特点*保护区受运方、故障类型影响 短路电流水平降低，电流保护的保护区缩短*电流段保护不能保护本线全长 特殊情况，如线变组时，将段保护区伸入变压器，可以保护线路全长。12/6/202210最大运方三相短路最小运方两相短路12/6/202211线变组整定方法 12/6/2022122 限时电流速断保护电流段保护 设置目的：弥补电流段保护不足，保护本线全长为了可靠保护本线全长，保护区必然伸入下线，必须
4、解决与下线保护“抢动”问题。12/6/202213整定原则：保护区不超出下线电流段保护区，包括动作电流、时间的配合。时限配合动作时限较电流段保护长，可取0.30.5秒 12/6/202214如果保护区超过了下线电流段保护区P2段不起动；P1 段起动，0.5秒后误动，切除1QF。12/6/202215如何保证段保护区不超过下线段保护区？由动作电流整定保证P2段保护区P1段保护区12/6/202216电流段保护整定公式：按上面公式整定能保证选择性，但能保护本线全长吗？应进行灵敏度校验，确认保护本线全长能力。12/6/202217灵敏度校验概念电流保护动作条件：即：灵敏度系数Ksen考虑TA、继电保
5、护误差，Ksen1不能保证可靠动作Ksen1.25才能保证可靠动作应选取本线范围内最小的短路电流进行校验。12/6/202218如果本线范围内最小的短路电流能保证段保护可靠动作，则说明段保护具有保护本线全长的能力。Ksen1.25，灵敏度合格，能够保护本线全长Ksen+信号TAKA-+-YKTKSQFQF12/6/2022203 定时限过电流保护线路配置了电流段及段后，可以切除本线路上的故障。但是当继电保护或断路器发生故障时，仍不能保证切除故障。还应设段保护后备保护。拒动主保护后备保护12/6/202221近后备远后备“近后备”与“远后备”12/6/202222定时限过电流保护（电流段）整定原
6、则过电流保护动作时限整定段保护动作时限阶梯特性 12/6/202223过电流保护动作电流整定A.过电流保护在正常运行时不动作 负荷电流B.过电流保护在外部故障切除后可靠返回 自起动系数12/6/202224自起动情况 外部故障切除时，电压升高，相当于电动机负荷同时起动，此时电流为电机的起动电流，大于负荷电流。以表示 为自起动系数，它决定于网络接线和负荷性质，一般取1.53 12/6/202225过电流保护灵敏系数校验校验用作本线路近后备保护的灵敏度 校验作为相邻线路的远后备保护灵敏度 使用本线路末端最小短路电流校验，要求1.5 使用相邻线路末端最小短路电流校验，要求1.25 12/6/2022
7、264 反时限电流保护定时限过电流保护缺点：故障点距离电源越近，短路电流越大，动作时限却较长 反时限过电流保护特点：动作时限与短路电流有关，短路电流越大，动作时限较短；短路电流较小，动作时限较长。整定配合较困难，线路保护较少应用反时限电流保护，反时限保护多用于企业内部供电线路或电动机保护。12/6/202227一般反时限 非常反时限 极度反时限 12/6/2022285 电流保护的接线方式电流保护接线方式电流保护接线方式：电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接关系。*完全星型接线：*不完全星型接线：接线系数：流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值完全星形与不完全星形接线的接线系数均
8、为1 12/6/202229电流保护完全星形接线 12/6/202230电流保护不完全星形接线 12/6/202231两相三继电器接线相邻设备为y，d变压器时的后备保护接线。12/6/202232两相电流差接线 12/6/202233电流保护一般用于1035kV电网，属于小电流接地系统，一般采用不完全星形接线。保护应统一安装在同名相上（通常装于A、C相）。注意在1035kV小电流接地系统中发生单相接地时，没有短路电流。线路仍可继续运行2小时。电流保护使用特点12/6/2022346 电流电压连锁速断保护+-+KA1KA2TAQFUUUITV断线信号信号电流电压联锁速断保护原理接线12/6/20
9、2235（1)电压保护特点12/6/202236电压保护具有以下特点：（1）母线电压变化规律与短路电流相反（2）大运方下母线电压水平高，电压保护的保护区缩短。（3）仅由母线电压不能判别是母线上哪一条线路故障，电压保护无法单独用于线路保护。12/6/202237（2)电流电压联锁速断保护电流保护与电压保护构成速断保护，电流继电器与电压继电器触点串联出口。电流速断保护整定时按最大运行方式整定 关键是整定时考虑的运方不同 当系统运方不是最大运方时，电流速断保护的保护区缩短。电流电压联锁速断保护则是按系统最常见的运方整定，当系统运方不是最常见运方时，其保护区缩短，保证常见运方下保护区最长。12/6/2
10、02238（3)电流电压联锁速断保护整定方法 按常见运方下80保护区整定 保护区运方不是常见运方时，保护区缩短 12/6/202239电流电压联锁速断保护原理框图 12/6/2022407 阶段式电流保护（1）阶段式电流保护的构成 *无时限电流速断保护（电流I段）*限时电流速断保护（电流II段）*定时限过电流保护（电流III段）主保护后备保护12/6/202241l0三段式电流保护的保护区及时限配合特性lABC123QF1QF3QF2IKtII I0.5tII0.5tI12/6/202242归总式原理图（2）电磁型电流保护归总图与展开图12/6/202243展开式原理图12/6/2022441
11、2/6/202245（3）低压线路保护逻辑框图12/6/202246阶段式电流保护整定实例1.保护1电流I段整定计算（1）动作电流按躲过最大运行方式下本线路末端（即B母线处）三相短路时流过保护的最大短路电流整定，即12/6/202247（2）动作时限，为保护固有动作时间。（3）灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为：12/6/202248最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为：12/6/2022492.保护1电流段整定计算（1）求动作电流 与相邻线路保护2的段动作电流相配合（2）动作时限 12/6/202250（3）灵敏系数校验 使用最小运行方式下本
12、线路末端（即B母线处）发生两相金属性短路时流过保护的电流来校验 灵敏系数合格 12/6/2022513保护1电流段整定计算（1）求动作电流 躲过本线路可能流过的最大负荷电流（2）动作时限 应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差t 12/6/202252（3）灵敏系数校验（a）近后备灵敏度校验 校验本线路灵敏系数 近后备灵敏度满足要求 12/6/202253（b）远后备灵敏度校验 校验相邻线路末端灵敏系数 远后备灵敏度满足要求 12/6/2022548 电流保护评价（1）选择性电流保护在单电源线路上具有选择性。电流段由动作电流保证选择性；电流段由动作电流及动作时间保证选择性；电流段由动作时
13、间阶梯特性保证选择性。12/6/202255（2）快速性电流段快速性最好，动作时间仅为ms级的 继电器固有动作时间；电流段快速性次之，动作时间为0.5s左右；电流段快速性最差，动作时间长。12/6/202256（3）灵敏性电流段灵敏性最差，不能保护本线全长（除线变组情况）；电流段灵敏性较好，能保护本线全长；电流段灵敏性最好，能保护下线全长。（4）可靠性电流保护构成简单，可靠性较高。12/6/202257电流保护应用范围电流保护简单可靠，但是保护区随系统运行方式 及短路类型变化。电流保护主要用于单电源的1035kV馈电线路 作为相间短路的保护。实际应用时，由于段保护动作时限不长，常将阶段式电流保
14、护简化为电流速断保护与过电流保护两段式。12/6/2022583.1.2相间短路的方向电流保护 电流保护用于双电源及环网线路时的问题 工作原理12/6/202259(1)电流保护用于双电源线路时的问题 1）、段灵敏度可能下降 k2Ikb.段还必须躲过k2时的短路电流c.段整定值取a、b计算结果较大值a.段躲过k1时的短路电流k1Ik段:1 方向电流保护的工作原理 12/6/202260k2Ikb.段还应与P2段配合c.段整定值取a、b计算结果较大值a.段应与P5段配合k1IF段:P5P212/6/2022612）段无法保证动作选择性 k2Ikk1IFP2a.k1故障时希望P3跳闸，t2t3 b
15、.k2故障时希望P2跳闸，t3t2 无法同时保证以上两种情况保护动作具有选择性12/6/202262(2)方向性保护的概念 k2Ik问题在于“反向故障”区域故障时，电源B提供的短路电流对保护P3的影响。反向故障正向故障：母线指向线路12/6/202263解决方法：设置“方向元件”判别故障方向当故障为“正向故障”时，开放电流保护当故障为“反向故障”时，闭锁电流保护12/6/202264设置了方向元件，双电源线路电流保护实际分成了两组方向不同的单电源线路电流保护。两组保护各自的整定方法与单电源线路电流保护一致。12/6/2022652 功率方向元件(1)工作原理方向元件如何判断故障“方向”？分析一
16、下两种故障情况母线电压与线路电流的相位关系12/6/202266结论：根据母线电压与线路电流的相位关系可以判断故障“方向”。（2）传统功率方向继电器 传统的方向元件也称为功率方向继电器 正向故障时：传统功率方向继电器有感应型的GG-11、整流型的LG-11等。12/6/202267LG-11动作条件：加入继电器的电压加入继电器的电流电压变换器变换系数电抗变压器变换系数实现时转为比幅动作方程：12/6/202268比相条件与比幅条件的等效关系12/6/202269极化记忆LG-11电路原理图12/6/202270“死区”问题：保护出口短路时，导致功率方向继电器拒动 解决“死区”方法：引入“极化记
17、忆回路”；微机保护采用“记忆”方式。保护出口短路时,不会立即变为零，仍“记忆”约70ms 12/6/202271LG-11动作特性 LG-11动作条件可以改写为 继电器内角LG-11内角有300、450两档可选 12/6/202272以电压为参考相量当电流落在阴影区域时，继电器动作。12/6/202273(2)微机保护方向元件 1）传统判据以微机保护算法实现 2）新原理方向元件 以电流、电压的工频变化量构成比相判据 主要用于纵联保护中。12/6/2022743 方向电流保护接线方式方向元件采用900接线方式方向元件与电流元件之间采用“按相起动”接线方向元件的900接线方式功率方向继电器电流电压
18、KWAKWBKWC12/6/202275(1)三相短路以KWA为例正向短路反向短路动作区以电压为参考相量画出电流落在动作区内，动作电流不在动作区内，不动作12/6/202276(2)两相短路以BC相短路为例分析KWB、KWC行为1）近处两相短路反向故障反向故障12/6/2022772）远处两相短路KWB正确动作KWC正确动作12/6/202278(3)非故障相电流的影响及按相起动接线 不对称故障时流过非故障相的电流称为非故障相电流 方向元件额定电流不大，如LG-11额定电流为1A 电力系统正常运行时送电侧功率方向元件会动作 不对称故障时非故障相方向元件动作情况不反映故障方向A相为非故障相，KW
19、A是否动作取决于负荷电流方向12/6/202279为了保证电流保护正确动作，应采用“按相起动”接线非故障相电流元件不动作，方向元件不会导致保护误动12/6/2022804 方向电流保护的整定原则 动作电流整定：与单电源线路电流保护一样注意：整定时仅与方向相同的保护进行配合段整定时注意躲过非故障相电流影响方向元件投入问题，并非所有保护均投入方向元件同一母线上动作电流最大的、保护可不投入方向元件同一母线上动作时间最长的保护可不投入方向元件12/6/202281，12/6/202282方向元件是否投入由整定开关决定 方向电流保护逻辑框图 12/6/202283小 结1.电流保护用于双电源线路时不能保
20、证灵敏性、选择性。2.电流元件与方向元件构成了方向电流保护，两者逻辑关系为“与”。3.方向元件利用电流、电压相位关系判别故障方向。母线指向线路为”正向故障，正向故障时方向元件动作，开放方向电流保护；反向故障时方向元件不动作，闭锁方向电流保护。4.保护出口短路时，母线电压很低，可能导致方向元件拒动，产生保护动作“死区”，可以“记忆”故障前母线电压来消除死区。12/6/2022845.功率方向继电器接线应重视极性问题电流参考方向为从标记端流入，电压参考方向由标记端指向非标记端。6.反应相间短路的功率方向继电器采用900接线，电流继电器与功率方向继电器之间接线满足“按相起动”原则。7.方向电流保护的
21、保护区仍受系统运方、故障类型影响，主要应用于10kV、35kV线路。12/6/202285（1）绝缘监视出现零序电压值班人员轮流拉开各出线的断路器如零序电压不消失，则合上出线的断路器如零序电压消失，则故障切除出线3故障3.1.33.1.3中性点非直接接地电网的零序电流保护中性点非直接接地电网的零序电流保护1.绝缘监测与故障选线 12/6/202286（2）小电流接地选线）小电流接地选线 （a）中性点非直接接地电网接地时零序分量的特点A相接地短路时零序电流分布图只能靠对地电容构成回路零序电压1线零序电流发电机零序电流2线零序电流12/6/202287(b)A相接地短路时零序电压相量图特点零序电流
22、为对地电容电流，因此零序电流很小故障线路的电流为非故障线路电流之和，零序电流与电压夹角为非故障线路的零序电流与电压夹角为12/6/202288小电流接地选线思路：“分散采集、集中判别”系统出现零序电压起动选线计算各出线的零序电流计算各出线的零序电压与零序电流夹角根据零序电流大小与电压电流夹角选出故障线路12/6/2022892.保护困境零序电流很小，依靠零序电流构成保护，其灵敏度往往达不到要求。目前，还没有很完善的中性点非直接接地电网接地保护。12/6/2022903.中性点经小电阻接地方式配电网的接地保护中性点可直接接入电阻系统发生接地故障时，会产生较大的零序电流。在中性点接入TA，将电流检
23、测出来送至保护，就可以进行有选择性快速保护。12/6/2022914评价与小结规程规定，单相接地后，在电容电流小于允许值时，可以最长允许运行2小时。接地选线仍然是保护难题。12/6/202292在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/ 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网12/6/20229312/6/20229412/6/20229512/6/20229612/6/20229712/6/202298馋死12/6/20229912/6/202210012/6/202210112/6/202210212/6/202210312/6/202210412/6/202210512/6/202210612/6/202210712/6/202210812/6/202210912/6/202211012/6/2022111P P T研 究 院POW ERPOI NT ACADEM Y12/6/202211212/6/202211312/6/2022114