单侧电源网络相间短路的电流保护

第二章电网的电流保护第一节单侧电源网络相间短路的电流保护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。2.1.1继电器1.继电器的分类和要求按照动作原理可分为：按照反应的物理量可分为：按照作用可分为：电磁型感应型整流型电子型数字型电流继电器电压继电器功率方向继电器阻抗继电器频率继电器瓦斯（气体）继电器起动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2.过电流继电器过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典型，它是一个量度继电器。量度继电器过量继电器欠量继电器过电流继电器过电压继电器高周波继电器低电压继电器阻抗继电器低周波继电器反映故障参数增大而动作电磁型过电流继电器结构电磁型过电流继电器5.可动触点5JI1.线圈12.铁心23.空气隙34.被吸引的可动舌片46.固定触点67.弹簧78.止档8铁心,空气隙,可动舌片组成的磁路.舌片被磁化后与铁心产生电磁吸力,吸引舌片向铁心靠近,当电磁吸力足够大时,即可吸动舌片,并使触点接通,称为继电器“动作”..,,,,2成反比而与比成正就与磁通表示空气隙长度设气隙中假定磁阻全集中在空成正比电磁吸引力与JI因此,由电磁力作用到舌片上的电磁转矩为:22221JdcIKKM:,1通过由产生磁通中的电流线圈JI51234678JI正常情况下,线圈中流入负荷电流,为保证继电器不动作可动舌片受弹簧7拉力的控制而保持在原始位置.此时,弹簧产生的力矩Mth1称为初拉力矩.矩为则由弹簧产生的反抗力至减少由减小时故当舌片向左移动而使成正比弹簧的张力与其伸长为对应此时的空气隙长度,,.,11131KMMththK3:比例常数此外,舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩Mm,其值认为是一个常数.故阻碍继电器动作的全部机械反抗转矩就是Mth+Mm.5JI1234678为使继电器起动并闭合其触点,须IJ变大,Mdc增大,继电器能够动作的条件为:把能使继电器动作的最小电流值,称为继电器的动作电流(起动电流).以Iop.J表示,对应此时的电磁转矩:mthdcMMM2.22opJdzIMKmthdcMMM对应这一电磁转矩,能使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流.以Ire.J表示,则此时的电磁转矩为222reJhIMK在继电器动作之后,为使它重新返回原位.需使IJ减小以使Mdc减小,然后由弹簧的反作用力把舌片拉回,这时摩擦力又起阻碍返回的作用.故返回的条件是:由此可知::JopJII当时继电器根本不动作:JopJII当时继电器能够突然迅速地动作闭合其触点.继电器又能突然地返回原位,触点重新打开.:JreJII当时reJI01E123456JIopJI继电特性图无论起动和返回,继电器的动作都是明确干脆的,它不可能停留在某一个中间位置,这种特性称为“继电特性”.返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数reJreopJIKI由于剩余转矩以及摩擦转矩的影响,Kre恒小于1,一般要求Kre=0.85~0.9Kre=0.85~0.95JI1234678常开触点5JI1234678常闭触点5JI12346786多组触点5JI12346786既有常开触点也有常闭触点Ι电流继电器Ｕ低电压继电器正常运行及电压高时继电器不动作，触点断开，电压低及停电时继电器动作，触点闭合常闭触点Ｕ过电压继电器正常运行及电压低时和停电时继电器不动作，触点闭合，电压高时继电器动作，触点断开常闭触点功率方向继电器Z阻抗继电器JJ极化继电器I-I电流差动继电器t时间继电器信号继电器中间继电器2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征12ABCD.maxBCfI21Il.maxABfI.maxCDfI正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，流过线路的是最大负荷电流。功率因数角一般小于300根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗,三相短路电流可表示为:Z3kskEEIzzzE系统等效电源的相电势kZ短路点到保护安装处的阻抗sZ保护安装处至系统的等效阻抗sZ在一定的系统运行方式下,和等于常数,可经计算绘出的变化曲线.EkIf当系统运行方式及故障类型改变时,Ik均将随之变化.kIkIf02.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征12k1ABCDk2k3k4.maxBCfI321Il.maxABfI.maxCDfI随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网的网络拓扑、负荷水平的变化，Zk和Zs都会变化，造成短路电流的变化。随短路点距离保护安装处远近的变化和短路类型的不同，Zk和Zs的值不同，短路电流也不同。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(保护安装处到系统等效电源之间的系统等效阻抗最小,即Zs=Zs.min)的方式,称为系统最大运行方式,而短路电流为最小(系统等值阻抗Zs最大,即Zs=Zs.max)的方式,则称为系统最小运行方式.在最大运行方式下,三相短路时,通过保护装置的短路电流为最大,而在最小运行方式下,两相短路时,则短路电流为最小.(电流保护一般用于35kV以下配电网中.在35kV和10kV以下的低压线路中,采用中性点不接地方式,所以当单相接地,系统影响不大.)ACB~I系统运行方式变化举例开机方式网络拓扑ACBD~12IkⅠ:最大运行方式下三相短路Ⅱ:最小运行方式下二相短路ⅠⅡ短路点的位置不同,流经保护2的短路电流也不同运行方式不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同故障类型不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同综上分析：流过保护安装处短路电流的大小与以下因素紧密相关：1.电力系统运行方式（Zs）的变化；2.电力系统正常运行状态（EΦ）的变化；3.不同的短路类型；4.随短路点距等值电源的距离变化，短路电流连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端和下级线路出口短路，短路电流没有差别。2.1.3电流速断保护电流速断保护装置I概念:对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护,称为电流速断保护ACBD~12假设在每条线路上均装有电流速断保护,则当线路A~B上发生故障时,希望保护2能瞬时动作,而当线路B~C上故障时,希望保护1能瞬时动作,并且它们的保护范围最好能达到本线路全长的100%.•以保护2为例,当本线路末端k1点发生故障时希望保护2能够瞬时动作切除故障.而当相邻线路B~C的始端k2点短路时,按选择性的要求,速断保护2不应动作,而应由速断保护1动作切除.但实际上,k1点和k2点短路时从保护安装2处看所流过的短路电流的数值几乎一样.因此,希望k1点短路时速断保护2能动作,而k2点短路时速断保护2又不动作的要求就不可能同时得到满足.解决方法优先保证动作的选择性.即从保护装置起动参数的整定上保证下一线路出口处短路时不动作(继保中称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定)采用无选择性的速断保护,而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作.牺牲灵敏性保选择性牺牲选择性保灵敏性ACBD~k1k212对反应电流升高而动作的电流速断保护而言,能使该保护装置起动的最小电流值称为保护装置的整定电流.以Iset表示.保护装置的起动值Iset是用电力系统一次侧的参数表示的.显然必须当实际的短路电流保护装置才能起动.ksetII它所表示的意义是:当在被保护线路的一次侧电流达到这个数值时,安装在该处的保护装置就能够起动.四性中选择性是第一位的.为保选择性,对保护1,IⅠset.1须整定得大于k4短路时,可能出现的最大短路电流.（保选择性）ACBD~k3k41231..maxsetkcII3..maxkcI1)下一线路出口处短路2)最大运行方式3)三相短路引入可靠系数:KⅠrel=1.2~1.3,则有:31..maxsetrelkcIKI由于I(3)k3.max=I(3)k4.max,I(2)k4.maxI(3)k4.max只有高于IⅠset保护才能动作.故在k3点三相短路时保护不动作,两相短路时保护也不动作.因此,有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长.选择性:只要大于IⅠset,故障肯定在被保护范围以内,保护装置一定动作,以外不动作.速动性:t=0,速度非常快(由于继电器闭合,跳闸线圈的熄弧时间,其固有延时10~30ms)灵敏性:15%的范围内,具有灵敏性.一般整定值选好后,再来校验灵敏性.可靠性:只要大于IⅠset,肯定动作,小于IⅠset不动作.a.优点:非常简单,动作速度快b.不足:保护范围太小(15%),受故障类别,运行方式影响大,不能单独作为主保护.c.在系统(辐射型网络)末梢线路,电流速断满足“四性”~D单相原理接线IⅠsel.2=KⅠrel.Ik.B.maxABIk12~ΙTQ+-保护范围校验ACB~12IkNMIⅠset.11)在最大运行方式的最小保护范围为:最大运行方式下两相短路M点短路电流等于IⅠset.1在M点发生三相短路时:3..max.min1kMsMEIZz在M点发生二相短路时23..max..min10.86632kMkMsMEIIZzM点为最大运行方式下的最小保护范围未端.2..max1.min10.866kMsetsMEIIZzmin110.8661MssetEZzImaxI(2)k.maxI(2)k.min2)在最小运行方式的最小保护范围为：最小运行方式下两相短路N点短路电流等于IⅠset.1在N点发生三相短路时:3..min.max1kNsNEIZz在N点发生二相短路时23..min..min.max10.86632kNkNsNEIIZzN点为最小运行方式下的最小保护范围未端.2..min1.max10.866kNsetsNEIIZzmax110.8661NssetEZzI3)要求:min.max%50%min.min%15%概念:有选择性的电流速断不能保护本线路的全长,增加一级保护,用来切除本线路上速断范围以外的故障,同时也能作为速断保护的后备，这就是限时速断保护。2.1.4限时速断保护延时一段时间,启动继电器动作1.原理:由于要求限时速断必须保护本线路的全长,因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去.这样,当下一条线路出口处发生短路时,它就要起动,满足不了选择性.为了保证动作的选择性,就必须使保护的动作带有一定的时限,为使这一时限尽量缩短,一般首先考虑使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围,而动作的时限则比下一条线路的速断保护延时一个时间阶段rt.It主保护的定义2.整定ACB~2IkIⅡset.2tIⅠset.2IⅠset.11保护1,速断保护起动电流IⅠset.1,从B至M为保护1电流速断的保护范围,保护2的限时速断不应超出IⅠset.1,因此,保护2限时速断的起动电流应整定为:IⅡset.2IⅠset.1引入可靠系数:KⅡrelIⅡset.2=KⅡrelIⅠset.1KⅡrel=1.1~1.2(短路电流中的非周期分量已经减少)I(3)k.max保护2限时速断范围保护2电流速断范围M保护1电流速断范围ACB~2IkIⅡset.2tMIⅠset.2IⅠset.11I(3)k.max限时速断电流速断k2k1当线路B-C的k2点故障时，保护1处的电流速断和限时速断以及保护2处的限时速断均启动，这时由保护1的电流速断以tⅠ1的时间切除k2点故障，在k