电力系统继电保护-二电网的电流保护课件.ppt
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- 电力系统 保护 电网 电流 课件
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1、 2 2 电网的电流保护和方向性电流保护电网的电流保护和方向性电流保护 (主要用于(主要用于35KV35KV及以下线路及以下线路)重点:重点:三段式相间电流保护的基本原理三段式相间电流保护的基本原理方向电流保护及方向元件方向电流保护及方向元件接地故障的电流保接地故障的电流保护护2-1 单侧电源网络相间短路的电流保单侧电源网络相间短路的电流保护护2.1.1 继电器继电器1.继电器的分类和要求l 继电器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。l 分类
2、按动作原理:电磁型、电子型、数字型 按输入量:电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率等 按作用:启动继电器、量度继电器量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继 电器、出口继电器 过量继电器:过电流继电器过电流继电器、过电压继电器、高频率继电器等 量度继电器 欠量继电器:低电压继电器、阻抗继电器、低频率继电器等2.过电流继电器原理框图 图2.1 过电流继电器保护原理框图3.继电器的继电特性 图2.2 继电特性曲线继电特性的两个要点继电特性的两个要点:l 过量继电器,返回系数恒小于1,实际中取0.850.9;l 无论动作和返回,动作都是明确干脆,无中间状态。动作电流动作电流:能
3、使继电器可靠动作的最小电 流值,记作I Iopop返回电流返回电流:能使继电器可靠返回(原位)的最大电流值I Irere2.1.2 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征 1.我国电力系统主要的电压等级 500kV,330kV,220kV,110kV,66kV,35kV,10kV,6kV,380/220V110110NNUkVUkV承担输电任务多电源环网电网:中性点直接接地运行方式主保护由纵联保护承担能够快速切除线路上任一点故障 电网主要承担供、配电任务采用双电源互为备用电网 正常时单侧电源供电方式中性点非直接接地(为什么?)主保护采用阶段式特性的电流
4、保护承担2.单侧电源网络相间短路时电流量值特征最大运行方式下三相短路最小运行方式下两相短路=K3K12kskksEEIZZZEZZ系统等效电源相电动势;短路点至保护安装处之间的阻抗;保护安装处到系统等效电源之间的阻抗;短路类型系数,三相短路取,两相短路取。系统最大运行方式系统最大运行方式:故障时,流过保护安装处的短路电流最大所对应的运行方式;系统最小运行方式系统最小运行方式:故障时流过保护安装处的短路电流最小所对应的运行方式。2.1.3 2.1.3 电流速断保护(电流电流速断保护(电流I I段)段)电流速断保护:对于反应于短路电流幅度增大而瞬时动作的电流保护。一、工作原理(以保护一、工作原理(
5、以保护2 2为例分析)为例分析)按选择性:实际中:K1短路保护2动作K2短路保护1动作K1和K2短路时流过保护2的短路电流几乎一样保护2无法区分K1点和K2点短路矛盾解决办法:解决办法:优先保证选择性或采用自动重合闸minLmaxL二、电流速断保护的整定计算二、电流速断保护的整定计算(1)动作电流整定原则:原则:按躲开下条线路出口(始端)短路时流过本保护的最大短路电流整 定(以保证选择性)。同理:则继电器的二次动作电流为:(2)动作时限 .1.max.min.1.max=1.21.3setk CsB Csetrelk CrelEIIZZIKIK可靠系数:.2.max=setrelk BIKIT
6、ATA3setopconTATAconIIKnnK电流互感器变比-电流互感器接线系数,当二次侧为三相星形或两相星形时为1,当二次侧为三角形时为。12t=t0(3)灵敏度校验 该保护不能保护本线路全长,故用保护范围来衡量。校验保护范围:三、电流速断保护的构成三、电流速断保护的构成 .1max.min.min1max1.1.1min.max.max1min1.11131322setsssetsetsssetEEILZZZ LZIEEILZZZ LZIZ最大保护范围最小保护范围:线路单位长度的正序阻抗。min100%15%20%LL()四、电流速断保护的构成四、电流速断保护的构成 优点:动作迅速(主
7、要优点),简单可靠。缺点:不能保护本线路全长(主要缺点),直接受系统运行方式的影响,受线路长度的影响。2.1.4 2.1.4 限时电流速断保护(电流限时电流速断保护(电流段)段)一、工作原理(以保护一、工作原理(以保护2 2为例分析)为例分析)为了保护线路全长保护范围延伸到下一条线路中为了保证选择性动作须带一定时限首先考虑与下级线路的速断保护配合保护范围不超过下级线路速断保护的范围动作时间比下级线路速断保护高一个时间阶梯与下级线路的限时电流速断保护配合保护范围不超过下级线路限时速断保护的范围动作时间比下级线路限时速断保护高一个时间阶梯本线路末端短路灵敏度不足二、限时电流速断保护的整定二、限时电
8、流速断保护的整定(1)动作电流整定:与下条线路的电流I段配合。原则原则:躲开下条线路电流I段保护范围末端短路时(即流过下条线路的短路 电流刚好为其电流I段整定值时),流过本保护的最大短路电流。(2)动作时限 t的数值在0.30.5s 之间,通常取0.5s。.2.1.2.1=1.11.2setsetsetrelsetrelIIIKIK可靠系数:21t=tt 电流速断和限时电流速断联合工作,可以保证全线路范围内故障能够在0.5s内切除。(3)保护装置灵敏性的校验 对于过量保护,灵敏系数为:(电流保护的故障参数计算值:系统最小运行方式下被保护线路末端发生两相短路最小运行方式下被保护线路末端发生两相短
9、路时,流过本保护的最小短路电流)则:若Ksen不满足要求,可继续延伸保护范围使得:同时进一步提高时限:senK应保护的范围内发生金属性短路时的故障参数计算值保护装置的动作参数.min.21.31.5k BsensensetIKKI要求.2.1setrelsetIKI与下条线路的电流段保护配合21t=t2tt 保证重叠区内故障的动作选择性三、三、限时限时电流速断保护的单相原理接线电流速断保护的单相原理接线四、总结四、总结1.限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长;2.依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性;3.限时电流速断保护为本线路首段的近后备近后备、本线路末端的主保护主保护、相邻下一线路
10、首端的远后备远后备。2.1.5 2.1.5 定时限过电流保护(电流定时限过电流保护(电流段)段)一、工作原理一、工作原理K2短路保护2、3、4、5均启动A、B、C母线所连接负荷电动机被制动按选择性要求保护2动作切除故障线路AB、BC电流减小保护3、4、5返回电压恢复电动机自启动二、过电流保护的整定计算二、过电流保护的整定计算(1)动作电流整定 原则上启动电流按躲最大负荷电流按躲最大负荷电流来整定。考虑到外部故障切除后,电压恢复时电动机的自启动过程中,保护要能可靠地返回,则要求:(2)动作时限 为保证动作选择性,动作时限按“阶梯原则阶梯原则”整定。图2.11中当K1点短路时:.max.max.m
11、ax.maxssssssLssLIIK IKI自启动时最大电流;自启动系数,大于1;正常运行时的最大负荷电流。.max.max.max1rerelssrelssLrelrelsssetreLrelrelrelIKIK K IKK KIIIKKK:可靠系数,一般取1.15 1.25:电流继电器返回系数,一般取0.85 0.9554321tttttt之间相差时间阶梯IIIIIIIII436max,ttttIIIIIIIIIIII1234max,ttttt(3)灵敏度校验(以图2.11的保护4为例)a:作为本线路主保护或近后备主保护或近后备时,按本线路末端短路流过本保护的最小 短路电流来校验。b:作
12、为远后备时(相邻线路的后备),按相邻线路末端短路流过本保护 的最小短路电流来校验:c:要求灵敏系数互相配合,对同一故障点,越靠近故障点的保护灵敏度 越大,则要求:即要求:.min.41.31.5K BsensensetIKKI要求.min.41.2K CsensensetIKKI要求.5.4.3.2.1setsetsetsetsetIIIII单侧电源辐射网,此条件自然满足2.1.6 2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用阶段式电流保护的配合及应用一、阶一、阶段式电流保护的应用及评价段式电流保护的应用及评价(1)电流I段:由动作电流的整定来保证动作选择性,按躲开某点的短路电 流整定,动作迅速(无
13、时限),但不能保护本线路全长,作为主保护的一部分。(2)电流II段:由动作电流整定与时限配合来保证动作选择性,动作电流按躲开某点的短路电流整定,能保护本线路全长,动作时限较小,作为主保护的另一部分(电流I段的补充)(3)电流III段:由动作时限的配合来保证动作的选择性,动作电流按躲开负荷电流整定,其值较小,灵敏度较高,然而动作时限较长,且越靠近电源端,动作时限反而越长,一般作为后备保护,但是在电网终端可作为主保护。(4)优点:优点:简单、可靠,一般情况下能满足快速切断故障的要求,广泛应用 于35KV及以下电力网络中。缺点:缺点:受系统运行方式和电网的接线影响。二、阶段式电流保护的配合二、阶段式
14、电流保护的配合 采用速断保护加过电流保护、限时速断保护加过电流保护、三者同时采用。保护1:过电流保护保护2:速断保护+过电流保护保护3:速断保护+限时速断保护+过电流保护保护4:速断保护+限时速断保护+过电流保护2.1.8 2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式 电流保护的接线方式指保护中的电流继电器与电流互感器之间的连接方式。(LJ 接线 TA)一、两种常用的接线方式一、两种常用的接线方式二、两种接线方式的性能分析比较二、两种接线方式的性能分析比较 1.中性点直接接地和非直接接地系统中各种相间短路 相同点两种接线方式均能正确反映这些故障。不同点动作的继电器数不一样。2.中性点非直接
15、接地系统中的两点接地短路 由于中性点非直接接地系统中,允许单相接地时继续短时运行,因此,希望只切一个故障点。三相星形接线能保证只切除后一接地点;两相星形接线只能保证2/3的机会切除后一接地点。三相星形接线:若保护1、2时限相同,则两接地点将同时被切除,扩大了停电范围。两相星形接线:即使保护1、2时限相同,也能保证有2/3的机会只切除任一条线路。3.对Yd11接线变压器一侧两相短路流过另一侧保护中电流的分析根据变压器的工作原理,可求星形侧电流的关系为:结果:结果:当Yd11接线的降压变压器低压()侧AB两相短路时,在高压(Y)侧各 相的电流为 当Yd11接线的升压变压器高压(Y)侧BC两相短路时
16、,在低压()侧各 相的电流为 1111YdYd:高压侧为星形不接地:低压侧为星形:指当一次侧线电压相量指向12点方向时,二次侧线电压相量指向11点方向。bb1+0322033acacAcBAbABcaCIIIIIIIIIIIIIIII =-2YYACYYBAIIII=-2=-2YYYBACIII=-2=-2BACIII结论:结论: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三相星形接线时降低一半。采用两相三继电器采用两相三继电器接线方式接线方式提高灵敏系数三、两种接线方式的应用三、两种接线方式的应用(1)三相星形:接线复杂,不经济,但可提高保护动
17、作的可靠性与灵敏性,广泛用于发电机、变压器等大型贵重元件以及110kV以上高压线路的保护中。(2)两相星形:接线简单、经济,广泛用于各种电网中反映相间短路的110kV以下中、低压线路的电流保护中。(电网中所有采用两相星形接线的保护都应装在相同的两相上,一般为A、C相)三段式电流保护整定计算举例三段式电流保护整定计算举例一、电流一、电流段段(1)动作电流(2)动作时限.1.max.min110.53=1.251.80.20.4 10setrelk BrelsABEIKIKKAZZ l 10ts(3)灵敏度校验二、电流二、电流段段(1)动作电流(2)灵敏度校验min.max1.1minmin131
18、310.530.36.5420.421.86.54%100%100%65.4%15%20%10ssetElZKmZIlll满足要求.1.2.max.min1=10.531.1 1.250.820.20.425setrelsetrelrelk CrelrelsABBCEIKIK KIK KZZllKA.max1.min.1.13310.5322 030.4 100.821.491.31.5sABk BsensetsetEZZ lIKII满足要求(3)动作时限三、电流三、电流段段(1)动作电流(2)动作时限(3)灵敏度校验 作近后备时:120.5ttts .1.max1.2 1.5=0.150.3
19、20.85relsssetloaresKKIIKAK 12.max3.max21.5ttttts .max1.min.1.13310.5322 030.4 100.323.821.31.5sABk BsensetsetEZZ lIKII满足要求作远后备时:.max1.min.1.13310.5322 030.4250.321.591.2sACk CsensetsetEZZ lIKII满足要求2-2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.1 方向性电流保护的基本原理方向性电流保护的基本原理1.对于电流速断保护(电流段)2.对于过电流保护(电流段).1.6
20、1626setsetkIIk短路时,保护 正确动作;假定短路时,保护 误动,应该1动作。161626kttk短路时,保护 正确动作;假定短路时,保护 误动,应该1动作。S-S+S+S+S+S-S-S+S+S-S+S+S+S+S+S+仅靠电流的幅值增大和电流的幅值增大和动作时限动作时限不能保证有选择的切除故障。3.解决办法解决办法每个保护上装设功率方向元件功率方向元件 电流的正方向:母线线路规定 电压的正方向:高电位低电位功率保护安装处母线被保护线路S流动的正方向:同方向保护相互配合同方向保护相互配合2.2.2 方向过电流保护的单相原理接线图方向过电流保护的单相原理接线图2.2.3 功率方向判别
21、元件功率方向判别元件一、定义一、定义 1.用以判别功率方向或测定电压电流相位角的元件,称为功率方向元件或 功率方向继电器。2.要求(1)具有明确的方向性;(2)动作可靠且具有足够的灵敏度。方向性电流保护既利用了电流的幅值特征,电流的幅值特征,又利用功率方向的特征。功率方向的特征。注意:注意:功率方向继电器 的同名端。3.k短路阻抗角或线路阻抗角12=kkkU对保护1:以母线电压 为参考相量,并设001900kS正方向时:00002180+2700kS反方向时:180二、功率方向元件的动作特性二、功率方向元件的动作特性1.0 0接线:接线:指功率因数角为1时,加入继电器的电压和电流相位为0。以A
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