1电网相间短路的电流、电压保护.ppt
,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第一节 电磁型继电器,一、电磁型继电器的工作原理,二、电磁型电流继电器,图2-2为DL-12-6型电磁型电流继电器。,图2-2 电磁型电流继电器,1）作用：测量电流大小。 2）结构：多采用转动舌片式结构。 3）动作原理： 在线圈3中通以电流, 磁通（,）,产生电磁力矩M（,弹簧力矩、摩擦力矩共同作用使继电器工作。 4）继电器动作：,） 该电磁力矩与,定义：当增大线圈中的电流，电磁力矩能克服弹簧力矩与摩擦力矩之和时，Z形舌片转动，其触头闭合，称之为继电器动作。 动作条件：,动作电流：使继电器动作的最小电流值，称为继电器的动作电流，记作 。,5）继电器的返回 定义：当减小线圈中的电流，电磁力矩减小，在弹簧力矩的作用下，Z形舌片反向转动，其触头断开，称之为继电器返回。, 返回条件：, 返回电流：使继电器返回的最大电流值，称为继电器的返回电流，记作 。,继电特性：,当 时，继电器不动作，而当 时，则继电器迅速动作，触点闭合；当减小 使 时，继电器又立即返回原位，触点打开。继电器的起动和返回特性称为“继电特性”。 返回系数：,一般为0.850.9,返回系数小于1的原因：有剩余力矩和摩擦力矩存在。 提高返回系数的措施：采用坚固的轴承以减小摩擦力矩，改善磁路结构以减小剩余力矩。,6）动作电流的调整方法： 改变继电器线圈的连接：由串联改为并联，动作电流增大1倍； 调整调整把手，改变弹簧的张力； 改变初始空气隙的长度。,7）继电器的型号与图形符号：,三、电磁型电压继电器 1）作用：测量电压大小。 2）符号：见图。 3）继电器返回系数Kre：一般为1.2。 4）继电器动作电压的调整,A：调整调整把手 B：改变线圈的连接：由并联改为串联，动作电压增大1倍。,图24 电压继电器,（1）过电压继电器 过电压继电器工作原理与电流继电器相同。当输入电压高于设定值时，电磁力矩克服弹簧力矩及摩擦力矩，继电器动作，动合触点闭合。 （2）低电压继电器 低电压继电器的工作特点是“动作“、”返回“时衔铁运动方向与电流继电器相反，结构如图2-5所示,图2-5 低电压继电器结构原理,低电压继电器动作电压：能使继电器动作的最大电压； 返回电压：能使继电器返回的最低电压。 低电压继电器的动作条件：输入电压低于动作电压； 返回条件：输入电压高于返回电压。 动断触点（常闭接点）：不加入电压（电流）或所加电压（电流）不足时其触点是闭合的。,图2-6所示为（过）电流继电器、过电压继电器、低电压继电器的动作过程示意图。,四、辅助继电器 1电磁型时间继电器（有交流型、直流型） 1）作用：提供必要的延时。 2）要求：应能延时动作；应能瞬时返回。 3）结构：电磁部分（电磁铁、线圈）、时钟部分、触点等。,图2-7 DS-116型时间继电器,4）动作原理： 当螺管线圈通入电流时，衔铁在电磁力的作用下，立即克服塔形弹簧反作用力而被吸入线圈。衔铁被吸入的同时，上紧钟表机构的发条，钟表机构开始带动可动触点，经整定延时闭合其触点。这种继电器一般多为直流操作。 注意：要求时间继电器计时准确，而且要求其动作时间不随直流操作电压的波动而变化。,5）继电器的型号： 国产电磁型时间继电器的型号有DS-100系列产品，其动作时间最长为9s。此外，还有DS-20A和DS-30系列时间继电器，与DS-100系列的相比，只是在延时机构上作了改进，这类继电器的动作时间最长为20s。,（2）电磁型中间继电器 1）作用： 提供足够数量的触点； 增加触点的容量； 提供必要的延时特性。 可实现自保持。,2）结构及符号： 结构：一般采用吸引衔铁式结构，有电磁铁、线圈、弹簧、触点。,注意：一般要求动作电压不应大于额定电压的70%（动作电流不应大于铭牌额定电流）； 具有保持线圈的保持电流不应大于其额定电流的80%，保持电压不应大于其额定电压的65%； 装设短路环或短路线圈等阻尼元件来获得一定的延时。,3）类型：国产DZ型：一般电磁型中间继电器； DZB型的：带自保持线圈的中间继电器。 （3）电磁型信号继电器 1）作用：是在保护动作时，发出灯光和音响信号，并对保护装置的动作情况有记忆作用，以便记录保护装置动作情况和分析电力系统故障性质、保护动作的正确性。 信号继电器器的记忆作用是由机械掉牌或磁保持、手动复归完成的，即运行人员记录保护动作情况后手动将信号继电器复位。,2）结构及符号： 结构：采用吸引衔式结构，有电磁铁、线圈、弹簧、触点、信号牌等 3）类型：DX-11等系列,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第二节 无时限电流速断保护,一无时限电流速断保护整定 1定义：反应电流增大且瞬时动作的保护称为瞬时电流速断保护，又称为电流I段保护。 2工作原理：,系统的运行方式：最大运行方式下，短路电流最大；最小运行方式下，短路电流最小。 短路的类型：三相短路最大。 4动作电流的整定：,应大于最大运行方式下线路末端三相短路时的短路电流IK.B.max，即,取1.21.3,3影响短路电流的因素,短路点的位置：距电源越近，短路电流越大；距电源越远，短路电流越小。,2.保护范围：本线路的一部分。 3动作时限：瞬时动作，t0s 4.灵敏度：用其保护范围占线路全长的百分数来表示。,Lmin/l:最大运行方式下不低于50%，最小运行方式下不低于15%20%。,当运行方式为图2-12所示的线变组方式时，电流段保护可将保护区伸入变压器内，保护本线全长，整定方法如图所示。,二、无时限电流速断保护原理接线,1）动作原理分析 2）KM的作用： 因KA的触头容量小，不能直接起动跳闸线圈YR； 在装有管型避雷器的线路上，如管型避雷器三相同时放电，将造成相间短路，采用延时0.060.08s的DZS型中间继电器以增大保护的固有动作时间，从时间上躲过避雷器放电，防止误动作。 3）QF1的作用,容量大，能可靠地切断跳闸回路，并保护时间继电器的触头免受电弧的损伤。 三、无时限电流速断保护的特点 1优点：简单可靠、动作迅速。 2缺点：不能保护线路的全长，保护范围受运行方式、故障类型的影响：, 运行方式变化较大时，可能无保护范围； 或在最大运行方式整定后，在最小运行方式下无保护范围。 在线路较短时，可能无保护范围。 在特殊情况下，电流速断可以保护线路全长，如在采用线路一变压器组的接线方式的电网中，把线路和变压器可以看成是一个元件，速断保护按躲开变压器低压侧出口处短路来整定，由于变压器的阻抗一般较大，因此，保护的起动电流大为减小，以至保护线路的全长。,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第三节 限时电流速断保护,一、限时电流速断保护整定 （1）动作电流、动作时限整定 限时电流速断保护（电流段保护）设置的目的： 因无时限电流速断保护不能保护线路全长，因此必须增加一段电流保护，用以保护本线全长。 问题：段保护的保护必然会伸入下线（相邻线路），在图2-14阴影区域发生故障时，P1段保护存在与下线保护（P2）“抢动”的问题。,解决方法：,影响t的因素： 断路器QF2的跳闸时间t1（从接通跳闸回路到触头间电弧熄灭所需时间）； 保护2时间继电器的动作时间比整定时间延长（即具有正误差t2）；,段保护整定的原则是与下线段保护配合： （a）动作时限配合：,保护1动作时间的缩短（即具有负误差t3）； 时间裕度t4；,t=t1+t2+t3+t4=0.350.6s. 通常取0.5s.,（b）保护区配合：段保护区不伸出下线段保护区 P1段保护保护区配合如图2-15所示，若P1段保护区伸出下线段保护区，在图示阴影部分发生故障时，P2段不动，P1段与P2段起动，同时动作，跳开1QF、2QF，保护动作为非选择性的。,图2-15 段保护区配合,电流段保护整定公式如下：,取1.11.2,电流整定过程可用图2-16说明。,图2-16 电流动作电流整定,3.灵敏度： 为了使此保护在最小运行方式下两相短路时，能可靠地保护本线路全长，应以本线路末端作为灵敏系数的校验点，故,如校验不合格，措施： 使线路L1的限时电流速断保护与下一线路L2的限时电流速断保护相配合，即的保护范围,Krel可靠系数，取1.11.2.,4动作时限,0.5s(与下一线路的第段相配合),1s (与下一线路的第段相配合),5保护范围：本线路全长。,6.单相原理接线,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第四节 定时限过电流保护,一、主保护与后备保护 无时限电流速断保护和限时电流速断保护共同构成了线路的主保护，所谓主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度、有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。 所谓后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。定时限过电流保护（电流段保护）就是后备保护。 后备保护分为远后备、近后备两种方式。 近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线,图2-18 远后备保护方式,路的另一套保护实现的后备保护，如k3处故障，P1段拒动，由段跳开1QF。 所谓远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备，如k1处,故障，P2或2QF拒动，P1段跳开1QF。 结论：段保护为后备保护，既是本线主保护的近后备保护又是下线路的远后备保护，段保护区应伸出下线路范围。,二、定时限过电流保护（电流段）整定原则 （1）过电流保护动作时限整定 定时限过电流保护要求保护区较长，其动作电流按躲过最大负荷电流整定，一般动作电流较小，其保护范围伸出相邻线路末端。,电流段的动作选择性由动作电流保证，电流段的选择性由动作电流与动作时限共同保证，而电流段是依靠动作时限的所谓“阶梯特性”来保证的。, 若线路有几条并行的，则上一级的动作时限应比下一级每一并行的线路的动作时限均要大一个时限级差。 注意：按动作时限的配合要求，保护装设地点离电源越近，其动作时限越长，而故障点离电源越近，短路电流越大，对系统影响也越严重。所以它不能满足快速性要求。,（2）动作电流的整定计算： 1）为了使过电流保护在在运行时不动作，启动电流必须大于正常运行时被保护线路上流过的最大负荷电流 ：,2）保证过电流保护在外部故障切除后可靠返回，其返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护的最大自起动电流：,又：,所以只需满足第二个条件即可，又因：,所以：,Krel可靠系数，取1.151.25. Kre返回系数，取0.85.,3灵敏度： 近后备：为了使此保护在最小运行方式下两相短路时，能可靠地保护本线路全长，应以本线路末端作为灵敏系数的校验点，故,远后备：为了使此保护在下一线路最小运行方式下两相短路时，能可靠地保护下一线路全长，应以下一线路末端作为灵敏系数的校验点，故,4单相原理图：与第II段保护相同。 5对定时限过电流的评价 不仅能作本线路的近后备（有时作主保护），而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛的应用，一般在35kv及以下网络中作为主保护。定时限过电流保护的主要缺点是越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。,图2-21 段保护灵敏度校验,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第五节 电流保护接线方式,所谓电流保护接线方式，是指电流保护中电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。 对保护接线方式的要求是能反应各种类型故障，且灵敏度尽量一致。 电流保护接线方式有：三相三继电器的完全星形接线（图2-22）、两相两继电器的不完全星形接线（图2-23），电动机保护也可采用两相电流差接线（图2-24）。,接线系数KC：流入电流继电器的电流与电流互感器二次绕组电流的比值。,特点： 能反应相间短路；能反应接地短路； 接线系数KC=1,； 多用于大接地电流系统。,图2-23 电流保护不完全星形接线,特点： 能反应相间短路； 不能反应接地短路； 接线系数KC=1； 多用于小接地电流系统,特点：能反应相间短路；不能反应接地短路； 接线系数与短路故障类型有关： 三相短路，KC=, AC、AB、BC两相短路，KC=1； 多用于电动机保护或灵敏系数易满足的线路。,；,图2-24 两相电流差接线, 采用不完全星形接线时必须注意保护应统一安装在同名相上（通常装于A、C相）。 如果保护未装于同名相，如图2-25所示，发生图示两点接地故障时，保护将会拒动。,表31 不同线路的不同相别两点接地短路时不完全星形接线保护动作情况,图2-25 电流保护未安装于同名相情况,Y，d11接线变压器后发生两相短路,分析： 当侧发生AB两相短路时，该电流相量图如图所示。对于Y/侧300的原则，可得到Y侧电流相量图。由图可见，在侧和Y侧电流的大小分别(以相为参考相量),为：,图 Y/11接线降压变压器两相短路时的电流分析及过电流保护的接线 （a）接线图； （b）侧电流相量图； （c）Y侧电流相量图,1）采用三相星形接线时： B相上没有继电器的电流比其它两相大1倍，因此灵敏系数增大1倍，这是十分有利的。 2）采用两相星形接线时,由于B相上没有装设继电器，使B相中比A相、C相大一倍的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。 采取措施：在两相星形接线的中线上再接上一个继电器（两相三继电器方式）。,3）采用两相电流差接线时 由于 ，所以流入继电器的电流为零，保护不动作。因此，这种接线方式不能用来保护变压器。,3各种接线方式的应用范围 1）、三相星形接线方式： 广泛用于发电机、变压器、大型贵重电气设备的保护中。 用在中性点直接接地电网中（大接地电流系统中），作为相同短路的保护，同时也可保护单相接地（对此一般都采用专门的零序电流保护）。 2）、两相星形接线方式： 在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，,广泛地采用它作为相间短路保护在10kv以上，特别在35kv非直接接地电网中得到广泛应用。 在610kv 中性点不接地系统中的过流保护装置广泛应用两相星形接线方式。 3）、两相电流差接线方式 主要用在610kv中性点不接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第六节 电流、电压联锁速断保护,一、电压保护特点 发生短路时，母线电压下降，低电压保护由母线电压构成判据。整定方法如图2-26所示。,图2-26 低电压保护整定,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，故障点距离电源越近母线电压越低；母线电压水平越低，保护区越长。 （2）最大运方下短路电流较大，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。 二、电流电压联锁速断保护,电流电压联锁速断保护与电流速断保护整定最大的不同是运行方式的选择。 为了躲过本线末最大的外部短路电流，电流速断保护整定时按最大运行方式整定，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，不会丧失选择性。 电流电压联锁速断保护整定方法如图2-27所示，考虑常见运方下三相短路时电流、电压保护均有80的保护区。,图2-27 电流电压联锁速断保护整定示意图,电流电压联锁速断保护原理框图如图2-28所示，电流元件由A、C相电流继电器组成；电压元件由三个反应于线电压的电压元件组成，电流元件与电压元件构成“与”逻辑出口。,图2-28 电流电压联锁速断保护原理框图,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第七节 阶段式电流保护,一、阶段式电流保护的组成 由电流段、电流段、电流段组成，三段保护构成“或”逻辑出口跳闸。 电流段、电流段为线路的主保护，本线路故障时切除时间为数十毫秒（电流段固有动作时间）至0.5秒。电流段保护为后备保护，为本线路提供近后备作用，同时也为相邻线路提供远后备作用。 电流保护一般采用不完全星形接线。, 电流段保护按躲过本线末端最大运方下三相短路电流整定以保证选择性，快速性好，但灵敏性差，不能保护本线全长。 电流段保护整定时与下线路电流段保护配合，由动作电流、动作时限保证选择性，动作时限为0.5s，动作电流躲过下线段保护动作电流，快速性较段保护差，但灵敏性较好，能保护本线全长。 电流段保护按阶梯特性整定动作时限以保证选择性，整定动作电流时按正常运行时不起动、外部故障切除后可靠返回计算，动作慢，但灵敏性好，能保护下线路全长。,二、电磁型电流保护归总图与展开图 归总式原理图：绘出了设备之间连接方式，继电器等元件绘制为一个整体，该图便于说明保护装置的基本工作原理。 展开图：各元件不画在一个整体内，以回路为单元说明信号流向，便于施工接线及检修。 一）、归总式原理图 归总式原理图表示保护装置的构成很直观，但是二次接线难于编号，交、直流各种回路集中在一张图上，安装施工、检修困难。,二）、展开式原理图 按交流电流（电压）、直流逻辑、信号、出口（控制）回路分别绘制。,三、低压线路保护逻辑框图 微机型保护将母线电压、线路电流经模数转换变为数字量，在程序中进行判别；许多各电流、时间元件在保护内部由程序实现，并没有相应的触点、线圈；微机保护的直流逻辑部分常以逻辑框图表示，如图2-30所示。,图2-30 三段式电流保护逻辑框图,四、三段式电流保护整定计算 例1：,L1和L2上最大负荷电流为74A和40A。求L1上三段式电流保护的整定值。,解：1、K1点短路时： 最大运行方式下K1点三相短路电流为：,最小运行方式下K1点两相短路电流为：,2K2点短路时： 最大运行方式下K2点三相短路电流为：,最小运行方式下K1点两相短路电流为：,3整定计算： I段：动作电流,灵敏度校验：,可见，此保护无保护区，因此不装设或改为电流电压联锁速断保护。 II段：动作电流,灵敏度校验：,可见灵敏度不满足，考虑与下一线中第II段配合的限时电流速断保护。,灵敏度满足。,动作时限：,III段：动作电流,灵敏度校验：近后备时,远后备时,动作时限,例2： 10kV系统图如下图所示，断路器1QF、2QF、3QF均装设三段式相间电流保护P1、P2、P3，等值电源的系统阻抗：,线路每公里正序阻,抗 。1QF 流过的最大负荷电流 保护P3的过电流保护动作时间为0.5s，各段可靠系数取 ， ， ；自起动系数 继电器返回系数 。,图231 电流保护整定计算例图,1.保护1电流I段整定计算 （1）求动作电流,（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：,最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为：,2.保护1电流段整定计算,（1）求动作电流,。按与相邻线路保护2的段,动作电流相配合的原则整定，即：,（2）动作时限。应比相邻线路保护2的段动作时限高一个时限级差t，即,（3）灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端（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，即,灵敏度满足要求,3保护1电流段整定计算 （1）求动作电流,按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即：,（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，即,（3）灵敏系数校验。 （a）作近后备时。利用最小运行方式下本线路末端两相金属性短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即,近后备灵敏度满足要求。,（b）作远后备时。利用最小运行方式下相邻线路末端发生两相金属性短路时流过保护的电流校验灵敏系数，,远后备灵敏度满足要求。,即,第二章 电网相间短路的电流、电压保护,第八节 反时限电流保护,反时限电流保护的动作时限随短路电流大小而改变的，电流越大，动作时间越短，其动作特性如图2-32所示。 传统的反时限电流继电器有感应型GL-10系列继电器等，微机保护则以程序更方便、精确地实现反时限动作特性。,反时限动作特性的组成电流较小时为反时限，动作时间随电流增大而缩短；电流较大时为速断部分，继电器快速动作。,图2-32 反时限动作特性,IEC推荐的反时限特性有三种： （1）IEC A（一般反时限）：,加入保护的电流,动作时间整定值,（2）IEC B（非常反时限）：,（3）IEC C（极度反时限）：,启动门槛为1.1Iact ；如果电流小于1.1Iact持续1个周波以上，保护返回。当（I/Iact）20 时，保护按定时限动作（进入速断段）。 反时限电流保护的优点：是短路电流较大时动作时间缩短，减小短路故障对设备的损坏； 缺点：但相邻线路上的反时限保护之间配合计算较为复杂。,
