输电线路的电流保护

学习目标：•了解继电保护的四项要求•掌握常用几种电流保护的工作原理•掌握三段式电流保护的原理和电路构成。输电线路的电流保护•继电保护的基本要求：选择性：电力系统某部分发生故障时要求保护装置有选择性地切除故障设备，保证非故障部分继续运行。快速性：在保证选择性的基础上尽快切除故障设备，减轻电流对设备的损坏程度，提高系统稳定性和快速熄灭电弧。切除时间=保护装置动作时间+断路器跳闸时间。动作时间0.02-0.04秒，油断路器跳闸0.1-0.15秒，开关断路器0.05-0.08秒灵敏性：保护装置对保护范围内的故障和不正常工作状态的反应能力。对保护范围内的故障都能正确动作，有足够的灵敏度，但保护范围外的故障都不应该动作。可靠性：投入运行的保护装置应随时处于良好状态，被保护设备发生故障和不正常状态时应有选择性地快速地正确动作。输电线路的电流保护输电线路的电流保护•相间短路、接地是输电线路经常发生的故障，其特点表现为线路中电流突然增大、电压突然降低。•电流保护就是利用电流突然增大引起电流继电器动作的保护。电压速断保护则是利用电压突然下降构成的保护•电流保护的分类：定时限过流保护、无时限电流速断保护、延时电流速断保护、反时限过流保护等。一、线路定时限过流保护要求：应能保护被保护线路的全长，也能保护下级相邻线路全长。作用：应能起到近后备与远后备保护的作用。QF1QF2QF3（1）工作原理K当K点短路电流大于保护装置1、2、3的动作电流时，保护装置1、2、3都将起动。这与继电保护的选择性要求不符。按选择性要求，离K点最近的QF3应该先动作，断开QF3后保护装置1、2应立即返回。设计：从用户到电源使各级保护装置动作时间逐级增加，保证保护动作的选择性,越靠近电源端，保护动作延时越长。tl△t△t0QF1QF2QF3（甲图）乙图时限级差时限级差乙图的形状象一个阶梯，称为梯阶形时限特性。时限级差通常为0.35—0.7秒，一般取0.5秒。由于保护动作的时限是固定的，与短路电流的大小无关，故称为定时限过电流保护。每一线路的定时限过电流保护除保护本线路外，还应作为相邻下一线路的后备保护。如线路L3故障时由于种种原因保护装置3不动作或QF3拒跳，保护装置2应该动作，跳开QF2。同理，保护装置1应为保护装置2的后备保护。QF1QF2QF3乙图的形状象一个阶梯，称为梯阶形时限特性。时限级差通常为0.35—0.7秒，一般取0.5秒。（2）整定要求1）在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作，即要求躲过最大负荷电流。.maxIIIopLII2）相邻线路短路故障切除后，前级保护应可靠返回，不再动作。特点：（1）按时间来保证选择性，每级时差0.5秒左右（2）越靠近电源延时越长,t太长快速性被破坏（3）灵敏度好（4）可靠性高信号（3）单相式原理接线K电流互感器TA的作用：把一次电流按比例转换为二次电流一、二次绕组间的绝缘和隔离。时间继电器KT的作用是设置延时时间二、电流保护的接线方式保护接线要求：1）能反映各种类型的相间短路故障2）在小电流接地系统中发生不同线路不同相别两点接地，要求尽可能只切除一条线路，另一条继续运行。三种基本接线方式三相三继电器完全星形接线两相两继电器不完全星形接线两相三继电器不完全星形接线电流保护接线是指电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。（1）三相三继电器完全星形接线特点:三相电流互感器二次绕组与三个电流继电器分别按相连接成完全星形，三个继电器触点并联。应用对象和作用•三相三继电器接线方式一般用在110KV及以上的中性点直接接地系统中，所反应的是各种相间短路和单相接地短路。•三个互感器二次侧的额定电流为5A，但互感器的实际电流不一定是5A。•电流互感器的二次侧必须接地（安全原因）。(2)两相两继电器接线特点:只有两相装设电流互感器。应用范围：中性点不接地的小电流系统。应用对象和作用•两相两继电器接线方式一般用在10KV、35KV小电流接地系统中，所反应的只是各种相间短路、但不能完全反应单相接地短路。•这种接线方式要求整个电网的电流互感器装设在相同的相别上，一般在A、C相。特点：单相接地对中性点不接地系统属于不正常运行状态，允许继续运行一段时间。作用：可提高供电可靠性（三相电压仍平衡）。•为什么要求两个电流互感器必须安装在同名相？•根据对两条线路不同地点发生不同相别两点接地故障出现的各种组合的统计结果，会出现下面三种情况：*两条线路同时跳闸*只有一条线路跳闸*两条线路的保护装置全都不动作。两个电流互感器安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时保证有2/3的机会只切除一条回路。1KbI2KcI两个电流互感器不是安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能同时切除两回路1K2K两个电流互感器不是安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能两回路保护装置都不动作。1K2K两个电流互感器即使安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能扩大停电范围（1/3可能机会）这是这种接线方式的缺点。1K2K结论在两回路上不同地点、不同相别发生两点接地短路时，若保护具有相同的动作时间，采用两相式接线有2/3的机会只切除一条回路，这是两相式接线的优点。若在串联线路上发生两点接地短路，有1/3机会误切除近电源的故障点，扩大了停电范围，这是两相式接线的缺点。（3）两相三继电器接线特点：中性线上的电流继电器KA3测量到B相电流。采用此接线的目的：为了提高Y，d变压器发生两相短路的灵敏度。当Y，d变压器三角形侧发生两相短路时，Y侧三相短路电流大小不相等，故障相电流是其它两相电流的两倍。若采用两相两继电器接线，有可能无法测量到最大相的电流，保护的灵敏度将受到影响。而采用两相三继电器接线，可确保测量到全部三相短路电流，所以灵敏度得到提高，这种接线方式广泛应用于Y，d接线变压器的远后备保护。电流保护三种接线应用条件中性点直接接地系统应采用三相三继电器接线；中性点不接地系统只能采用两相式接线；作为Y，d变压器远后备保护，应采用两相三继接线。小结：定时限过电流保护动作电流按最大负荷电流条件整定，动作时间按阶梯原则确定。两种接线方式的分析：相间短路分析对大电流接地系统完全星形可以反应：三相、两相短路，两相短路接地、接地故障不完全星形可以反应：三相、两相短路、两相短路接地、A相或C相接地故障；但B相接地故障无反应。•所以：110KV及以上系统要采用完全星形接线。对小电流接地系统完全星形和不完全星形都能反应相间短路故障两种接线方式的分析：小电流接地系统不同线路不同相别两点接地情况分析(a)串行线路•完全星形：100％正确选择和动作（靠三段式保护的选择性）。•不完全星形：2/3机率正确、1/3机率不正确(b)并行线路•完全星形：（t1=t2）两条线路都切除•不完全星形：2/3机率只切除一条、1/3机率全切除（t1=t2）21ⅡⅠBCAdAdB图2－24自同一变压器引出的放射形线路上两点接地的示意图(b)结论:•Y/d11变压器三角形侧发生两相短路时,Y侧电流分布是：故障相电流是其它两相电流的两倍。•完全星形灵敏度为不完全星形的2倍。•在不完全星形中加入一个电流继电器反应AC相电流向量和的大小。（实际反应B相电流大小、相当于完全星形）.应用：•完全星形：用于110KV及以上大电流接地系统和大型贵重设备•不完全星形：用于35KV及以下小电流接地系统•两相电流差接线用于：10KV以下低压不重要线路以及小容量电动机。二、电流速断保护•定时限过电流保护逐级延时、简单可靠，其动作只与延时时间有关，与电流大小无关。•为了保证选择性定时限过电流保护逐级增加时限级差，造成靠近电源端保护动作失去了快速性。•越靠近电源端的短路故障短路电流越大。是否可以利用短路电流的大小来实现保护的选择性呢？•根据短路时近电源端短路电流越大的特点，可采取提高电流继电器的动作电流值来获得保护的选择性。•常用的这种电流保护方法：瞬时电流速断保护（只与电流大小有关）限时电流速断保护（与电流大小有关还有较短延时）•瞬时电流速断保护与过电流保护的区别在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流，即躲过被保护线路末端的最大短路电流。•保护范围：被保护线路内部的一部分电路。•利用电流继电器的动作电流来保证选择性。瞬时电流速断保护无时限电流速断保护只反映电流的突然增大和瞬时电流的大小（不考虑延时），称为瞬时电流速断保护，也称无时限电流速断保护、属于三段电流保护中的Ⅰ段保护。速断电流继电器符号I＞无时限（瞬时）电流速断保护G~EBAC1L1L223保护动作电流按躲过本级线路末端短路时的最大短路电流来整定：（1）动作电流Kmax1kBIactIImax1kBIrelIactIKI引入可靠系数：IrelK一般取1.2~1.3G~EBA1L1L22kIlmax.kImin.kImaxkBIIactI1maxlminlMNN1M1（2）保护范围：线路的首段（存在死区）12曲线1为最大运行方式下的三相短路电流曲线2为最小运行方式下的三相短路电流直线3为保护动作值3死区死区系统最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大时的运行方式。系统最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的运行方式。要求最小保护范围不应小于被保护线路全长的（15~20）%；最大保护范围不应小于被保护线路全长的50%。%100被保护线路全长保护范围长度灵敏系数senK(4)灵敏度校验各保护继电器的固有动作时间0.06—0.1秒，无须专门延时。(3)动作时限QFIKAKMKS信号YT+++--TA无时限电流速断保护的单相原理接线(5)单相原理接线演示(6)优点和缺点优点：线路简单、动作可靠、选择性和快速性都能保证。缺点：不能保护线路的全长；保护范围受系统运行方式变化的影响较大。三、延时电流速断保护•瞬时电流速断保护动作迅速、准确，但只能保护线路首端，不能保护线路全长。•定时限过电流保护能保护线路全长，但近电源端保护动作时间太长（快速性问题）。•通常引入延时电流速断保护消除瞬时速断保护的死区，又能保护线路全长，并延伸到下一线路的始端。电流II段的动作电流应大于相邻下一线路的电流I段的动作电流：IactIIrelIIactIKI21（1）动作电流G~EBAC1L1L223L3IactIIactII21引入可靠系数：IIrelK一般取1.1~1.2G~EBAC1L1L223L3kIlmax.kIIactI2IIactI1IIl1Il2（2）保护范围NMIactIIrelIIactIKI21maxkCIK1It1IIt1It2IIt2tlttttIII21（3）动作时限G~EBAC1L1L223L3MN一般取0.5s(4)单相原理接线QFIKAtKTKS信号YT+++--TA限时电流速断保护的单相原理接线演示(6)优缺点优点：能保护本线路全长，且动作时限较短。缺点：不能做相邻下一线路的后备保护。G~EBAC1L1L223三种电流保护的对比•瞬时电流速断保护：动作迅速，可靠性高，只能保护线路首端，保护范围小。•定时限过电流保护：保护动作的时限是固定（逐级延时0.5秒），选择性好，能保护线路全长，越靠近电源，保护动作延时越长。与短路电流的大小无关。•延时电流速断保护：具有瞬时速断保护和定时限过流保护的优点，又避免了两者的不足。•实际运用中通常同时采用，组成三段式电流保护。对三段式电流保护的评价对照电力系统安全运行的要求和有关规程的规定，从选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面进行评价，1)选择性在三段式电流保护中，电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断保护是靠动作电流和动作时限来实现的；定时限过电流保护则只是利用动作时限来实现。它们在35kV及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但在多电源网络或单电源环网中，则只有在某些特殊情况下才能满足选择性要求。2)速动性I电流速断保护以保护固有