电网的电流保护

2.1电流系统故障的特点电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）故障的特征量－－电流的跃变2.2如何检测电流电流继电器电流继电器的特点正常时打开，短路时，电流很大，则接点闭合，从而判断故障发生，清除故障电流继电器的重要参数：动作电流Iop返回电流Ire返回系数Kre=Ire/IopKre12.3电流的三断式电流保护电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）引入线路电流定值的选定举例－－－图图中设线路末端短路电流1000A如电流继电器定值低于1000A－－选择性如何保证整定都是以选择性为前提条件整定的如电流继电器定值高于1000A－－灵敏性如何保证在选择性和灵敏性出现矛盾时，选择性是首要的2.3.1电流速断保护(I段)电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.3.1.1整定Iset’=Krel’Id.maxKrel’=1.2—1.3考虑的因素:3.最大的运行方式当动作电流确定后,在本回线中有一保护区,但无法保护线路的全长2.最严重的故障类型(三相短路)1故障位置—线路末端短路(下一回出口处短路)电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.3.1.2动作时间理论上0s实际上10-50ms如最小的保护区15%线路长度则值得保护用最小保护区来衡量两相短路最小运行方式2.3.1.3灵敏性电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.3.1.4评价优点:--简单可靠缺点:--(1)灵敏度问题(2)受电力系统的运行方式影响非常大--可将电流整定点考虑在变压器的低压侧--终端用户2.3.1.5保护全长的可能性电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.3.2.1整定Iset.2’’=Krel’’Iset.1’Kk’’=1.1-1.2问题:有没有考虑运行方式/故障类型的因素速动性△t=0.5S--等待时间考虑因素:2.3.2.2动作时间2.3.2限时电流速断保护(II段)电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）考虑因素:(1)1号继电器固有的动作时间(比理论慢)(2)2号继电器的提前动作(3)1号断路器动作时间(4)2号保护的返回时间(5)一定的时间裕度2.3.2.3灵敏性2.3.2.2动作时间--反应线路上的所有故障最轻微故障线路最末端最小的运行方式Ksen=Id.min/Iset”Ksen=1.3—1.5电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）主保护—限时电流速断+电流速断电流速度t=0S限时电流速断动作t=0.5S一旦灵敏度不足时,本回线的限时电流速断可和下回线的限时电流速断配合本回线路限时电流速断保护区不伸出下回线路限时电流速断保护区Iset2”=Krel”Iset.1”t2=t1+0.5S2.3.2.5其他2.3.2.4评价三段式电流保护主要用在35KV的辐射形网络上本回线任何位置故障可速断切除的例子整定电流保护首要考虑的是“选择性”限时电流速断牺牲“速动性”以换取“选择性”和“灵敏性”电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）确保正常时,电流继电器不启动,一旦它动作,则线路上必有故障Iset’’’=Krel’’’Kss/KreIL.maxKrel’’’=1.15-1.25Kss自启动电流系数为了保证当下回线路短路切除后,本回线路电流III段的电流继电器能自动返回,不会受到电动机同时启动时很大电流的影响Kre返回系数为了保证区外短路故障切除后,使继电器可靠返回问题:为什么I/II段的整定计算中没有考虑这些因素?从用户端开始相互配合,按△t级差增加延时2.3.2.2动作时间2.3.3定时限过电流保护(III段)2.3.3.1整定电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）Krel11.3-1.5Krel21.2定时限过电流保护躲开正常的最大负荷电流整定,因此线路上即使很远的地方发生故障,它都会启动它不仅要保证本线路故障切除有一定的灵敏度,而且要保证下回线路故障切除也有一定的灵敏度选择性自然满足即:本线路的III段保护区不会超出下回线路III段电流保护区2.3.3.4选择性2.3.3.3灵敏度近后备(本线路)远后备(下回线)2.3.3.5后备作用电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）提高了保护的速动性对下回线路的反应更灵敏但整定配合比较困难定.反时限之间更难配合,不建议采用.2.3.5.1保护配置2.3.5.2时序图2.3.4反时限特性的电流保护2.3.5三段式电流保护的保护配置电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）135KV故障特点存在不同线路上的两点接地故障三相式电流保护可能同时切除两回线若只切除一回线,则线路供电可靠性大大提高.2二相式2/3机会只切除一回线情形；2/3机会选择性情形3问题有可能会越级切除故障电力系统大小运行方式和保护的大小运行方式说明2.3.6二相式电流保护2.3.7其他电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.4.1问题的提出三段式电流保护在双电源网络上的问题—无法同时满足灵敏性和选择性问题2.4双侧电源网络相间短路的方向性电流保护电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.4.2功率方向继电器2.4.2.1原理P=UICosФ0–正前方发生故障0–反方向发生故障显然,不能用简单的潮流功率来替代上述功率2.4.2.2引入内角α–设计功率方向继电器满足:正前方发生三相短路或二相短路时P0反方向发生三相短路或二相短路时P0电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.4.3功率方向继电器的接线方式—90º接线方式A:IAUBCB:IBUCAC:ICUAB设计:PjA=IAUBCCos(ФjA+α)PjB=IBUCACos(ФjB+α)PjC=ICUABCos(ФjC+α)问题:只有在发生三相短路时才有很小的电压死区电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.4.4选择合适的内角--α1正前方三相短路K(3)线路阻抗角θl∈[0,90º]ФJA=θl–90º因此A相有:PJA=IAUBCCos(ФjA+αA)0得到:0αA90ºB相有:PJB=IBUCACos(ФjB+αB)0得到:0αB90ºC相有:PJC=ICUCACos(ФjC+αC)0得到:0αC90º电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2正前方二相短路K(2)考虑两个极端(1)距离继电保护装置很近处故障(2)距离继电保护装置相当远处故障(1)近处发生二相短路不失一般性,假定故障发生在BC相出口处A相:IA=0(设故障前空载)不动作B相:近处故障UCA非常大线路阻抗角θl∈[0,90º]ФJB=θl–90ºPJB=IBUCACos(ФjB+αB)0得到:0αB90ºC相:近处故障UAB非常大线路阻抗角θl∈[0,90º]ФJC=θl–90ºPJC=ICUABCos(ФjC+αC)0得到:0αC90º电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）(2)远处发生二相短路(远至系统电压和保护安装处电压几乎相同)不失一般性,假定故障发生在BC相A相:IA=0(设故障前空载)不动作B相:UCA非常大线路阻抗角θl∈[0,90º]ФJB=-(180-60-θl)=θl–120ºPJB=IBUCACos(ФjB+αB)0得到:30αB120ºC相:UAB非常大线路阻抗角θl∈[0,90º]ФJC=-(60-θl)=θl–60ºPJC=ICUABCos(ФjC+αC)0得到:-30αC60º电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）3反方向发生三相和二相短路考虑由于系统电势相角基本系统,因此电流和正前方发生故障相位基本相反.因此满足12分析的α此时都能保证P0而不动作.4结论30α60º含意:任何线路,无论正前方发生何种故障,只要选用30α60º的功率方向继电器,都能正确判别方向实际一般有二种内角的功率方向继电器30º45º电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.4.5评价1功率方向继电器的灵敏性PPo启动功率Po越小,它的灵敏度越高有时需要注意和电流III段灵敏度的配合在同样的故障电流下：不同的故障类型反应能力可能不同。不同的故障位置可能也不同。2功率方向特性曲线UJ=Po/(IJCos(ФJ+α)--表证功率方向继电器的工作特性希望功率方向继电器都工作至UJ最小的时候,最灵敏灵敏角定义:Фsen=-α3接点竞争问题（如正常时功率方向接点闭合时发生反方向故障）4死区问题三相短路时有死区5能不用的地方尽量不用一般三段式电流保护用于特别是35KV以下线路.而其经常为解环运行,所以双电源的情况遇到得越来越少电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.5.1原理反应3Uo；信号；2.5.2整定2.5.3延时2.5.4选择性3Uo本身无选择性－－无法区分故障发生在那一回线采用1拉闸2故障选线装置2.5.5故障选线装置1零序电容电流原理2高次谐波方式3叠加式2.5中性点非直接接地系统中单相接地故障保护电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.1问题的提出序分量从无有,故障特征更明显接地短路性故障占故障的绝大部分.对接地故障能灵敏地反应,就保证了对绝大多数故障的保护.2.6中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.6.2接地故障的特点我国110KV以上的系统均为大电流直接接地系统1从3Io的获取角度2从零序网络结构3从运行方式4从故障类型负序电流没有优势电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.3三段式零序电流保护2.6.3.1零序电流速断（I段）1整定－－原则：零序速断（I段）保护范围不应超出本线路的末端a）IsetI=KrelI*3Io.max故障点－－发生在本线路末或是下回线路始端故障类型－－单相接地或两相接地并选择两者的最大值运行方式－－最大运行方式（实际变化很小）b)IsetI=KrelI*3Io.unb由于三相不同期合闸产生的纵向不对称会产生零序电流c）IsetI按照躲过单相重合闸期间（非全相运行）可能出现的最大零序电流整定电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）由于第三个条件会严重地降低灵敏性，考虑设置两个零序电流I段保护（1）灵敏I段(单相重合闸期间闭锁）考虑a）b）t＝0“或考虑a）t＝0.1”(2)不灵敏I段考虑c）[实际已考虑(a)(b)]t=02动作时间t＝0或0.1“3我国的电力系统稳定问题电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.3.2限时零序电流速断（II段）1整定－－本回线路的限时零序电流速断的保护范围不超出下回线的零序电流速断范围Iset.2II=KrelII/Ko.b*Iset.1I2动作时间t＝0.5”3灵敏性Kre1.5故障点－－发生在本线路末故障类型－－单项接地或两相接地并选择两者的最小值运行方式－－最小运行方式（实际变化很小）电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.3.2零序过电流（III段）1整定－－躲开本回线路末端发生的相间短路时所出现的最大不平衡电流IsetIII=KrelIII*Iunb.max同时必须满足：Iset.2III=KrelIII/Ko.b*Iset.1IIIKo.b—在相邻线路零序III段保护范围末端发生接地故障，故障线路中零序电流电过过本线路中零序电流之比。2动作时间t2＝t1+0.5”3灵敏性电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.4零序功率方向继电器2.6.4.1要求正方向发生接地故障动作背后发生接地故障不动作2.6.4.2灵敏角保护安装处背后的零序阻抗角，约在70º零序方向继电器内角α=110º灵敏角φsen＝－110º通过交换极性，生产厂家提供功率方向继电器内角α=－70º灵敏角φsen＝70º无论如何：以现场判定正方向的故障能动作为准2.6.4.3接线正确性保证可采用自产零序。电力系统继电保护（第2章电网的电流保护）2.6.5评价1灵敏度较高2绝大多数为接地故障，因此作用明显3受电力系统运行方式影响小4无死区5振荡时不发生误动6零序功率方向继电器方向反应的是背后系统的零序阻抗角，在发生故障时保持不变7零序功率方向继电器接线复杂，容易接错8整定计算复杂