第1章 電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護(hù)

第1章電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護(hù)1.1電流繼電器1.2無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)1.5定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)1.3電流電壓連鎖速斷保護(hù)1.6階段式電流保護(hù)1.7電流保護(hù)的接線方式1.8電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)當(dāng)被保護(hù)線路上發(fā)生短路故障時(shí)，其主要特征就是電流增大和電壓降低。利用這兩個(gè)特征，可以構(gòu)成電流電壓保護(hù)。電流保護(hù)主要包括：無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。電壓保護(hù)主要指低電壓保護(hù)。1.1電流繼電器1.2無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)1.2.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的定義1.2.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則1.2.3無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖1.2.4影響無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)范圍的因素?zé)o時(shí)限電流速斷保護(hù)又稱為電流I段保護(hù)或瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。

根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)速動(dòng)性的要求，保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障的時(shí)間，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和保證對(duì)重要用戶供電的可靠性。在簡(jiǎn)單、可靠和保證選擇性的前提下，原則上總是越快越好。因此，應(yīng)力求裝設(shè)快速動(dòng)作的繼電保護(hù)。無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)就是這樣的保護(hù)。它是反應(yīng)電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)，故又簡(jiǎn)稱為電流速斷保護(hù)。1.2.1無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的定義圖1-1電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性的分析1.2.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則保護(hù)范圍校驗(yàn)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)通常用保護(hù)范圍來(lái)衡量，保護(hù)范圍越長(zhǎng)，表明保護(hù)越靈敏。由圖1.1可見(jiàn)，最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)，保護(hù)范圍最大為L(zhǎng)max；最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍最小為L(zhǎng)min。保護(hù)范圍通常用線路全長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)表示，一般要求最大保護(hù)范圍≥50%，最小保護(hù)范圍≥15%。(15%~20%)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖1-2所示。它是由電流繼電器（測(cè)量元件）1、中間繼電器2和信號(hào)繼電器3組成。1.2.3無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖圖1-2無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖接入中間繼電器2的作用：(1)增大觸點(diǎn)容量，防止由KA觸點(diǎn)直接接通跳閘回路時(shí)因容量過(guò)小而被破壞；(2)當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用中間繼電器來(lái)增大保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，以防止管型避雷器放電時(shí)引起電流速斷保護(hù)誤動(dòng)作。10KV電流互感器結(jié)構(gòu)實(shí)例35KV電流互感器結(jié)構(gòu)實(shí)例35KV電流互感器結(jié)構(gòu)實(shí)例60、110、220KV電流互感器新型500KV電流傳感器圖1-3系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化對(duì)電流續(xù)斷保護(hù)的影響1.2.4影響無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)范圍的因素圖1-4被保護(hù)線路長(zhǎng)短不同對(duì)電流速斷保護(hù)的影響圖1-5線路—變壓器組的電流速斷保護(hù)1.3電流電壓連鎖速斷保護(hù)圖1-6電流電壓連鎖速斷保護(hù)的單相原理接線圖電流電壓連鎖速斷保護(hù)的單相原理接線如圖1-6所示。圖1-7電流電壓連鎖速斷保護(hù)的動(dòng)作特性分析1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)1.4.1限時(shí)電流速斷保護(hù)的定義1.4.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則1.4.3動(dòng)作時(shí)限的計(jì)算1.4.4保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn)1.4.5限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，因此可考慮增加一段新的保護(hù)，用來(lái)切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時(shí)也能作為速斷的后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)，又稱為電流Ⅱ段保護(hù)。對(duì)這個(gè)新設(shè)保護(hù)的要求，首先是在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性，其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動(dòng)作時(shí)限。正是由于它能以較小的時(shí)限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此稱其為限時(shí)電流速斷保護(hù)。1.4.1限時(shí)電流速斷保護(hù)的定義由于要求限時(shí)電流速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，因此它的保護(hù)范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當(dāng)下一條線路出口處發(fā)生短路時(shí)，它就要誤動(dòng)。為了保證動(dòng)作的選擇性，就必須使保護(hù)的動(dòng)作帶有一定的時(shí)限，此時(shí)限的大小與其延伸的范圍有關(guān)。1.4.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則為盡量縮短此時(shí)限，首先規(guī)定其整定計(jì)算原則為限時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍不超出下一條線路電流速斷的保護(hù)范圍，同時(shí)動(dòng)作時(shí)限比下一條線路的電流速斷保護(hù)高出一個(gè)t的時(shí)間階段。如圖1-8所示。圖1-8中，保護(hù)1和保護(hù)2均裝有電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)，啟動(dòng)電流的標(biāo)注如圖所示，因其大小不隨短路點(diǎn)的不同而變化，故均為平行于橫坐標(biāo)的直線。圖1-8單側(cè)電源線路限時(shí)電流速斷保護(hù)的配合整定圖1.4.3動(dòng)作時(shí)限的計(jì)算1.4.4保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn)圖1-9限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖1.4.5限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖1.5定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)1.5.1定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的定義1.5.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則1.5.3按選擇性的要求整定定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限1.5.4過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)電流Ⅲ段保護(hù)，它是指啟動(dòng)電流按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的一種保護(hù)裝置。它在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該啟動(dòng)，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作，在一般情況下，它不僅能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)，以起到后備保護(hù)的作用。1.5.1定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的定義為保證在正常運(yùn)行情況下過(guò)電流保護(hù)絕不動(dòng)作，顯然保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流必須整定得大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流IL.max。然而，在實(shí)際上確定保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流時(shí)，還必須考慮在外部故障切除后，保護(hù)裝置應(yīng)能立即返回。1.5.2工作原理和整定計(jì)算的基本原則圖1-10定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)限的配合實(shí)際上當(dāng)外部故障切除后，流經(jīng)保護(hù)4的電流是仍然在繼續(xù)運(yùn)行中的負(fù)荷電流。另外由于短路時(shí)電壓降低，變電所B母線上所接負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)，因此，在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)自啟動(dòng)的過(guò)程。圖1-11最大負(fù)荷說(shuō)明圖圖1-12單側(cè)電源串聯(lián)線路中各過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的確定1.5.3按選擇性的要求整定定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限保護(hù)1位于線路的最末端，只要電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障，它就可以瞬時(shí)動(dòng)作予以切除，t1即為保護(hù)裝置本身的固有動(dòng)作時(shí)間。對(duì)保護(hù)2來(lái)講，為了保證K1點(diǎn)短路時(shí)動(dòng)作的選擇性，則應(yīng)整定其動(dòng)作時(shí)限t2>t1，引入t，則保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)限為 t2=t1+t （1-20）保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)限確定以后，當(dāng)K2點(diǎn)短路時(shí)，它將以t2的時(shí)限切除故障，此時(shí)為了保證保護(hù)3動(dòng)作的選擇性，又必須整定t3>t2，引入t后，得 t3=t2+t （1-21）依此類推，保護(hù)4、5的動(dòng)作時(shí)限分別為 t4=t3+t t5=t4+t （1-22）一般說(shuō)來(lái)，任一過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，應(yīng)選擇得比下一級(jí)線路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限至少高出一個(gè)t，只有這樣才能充分保證動(dòng)作的選擇性。如圖1-10中，對(duì)保護(hù)4而言，應(yīng)同時(shí)滿足以下要求 t4=t1+t t4=t3+t （1-23） t4=t2+t1.5.4過(guò)電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)1.6階段式電流保護(hù)圖1-13階段式電流保護(hù)的配合和實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的示意圖圖1-14具有電流速斷、限時(shí)電流速斷和過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線圖1.7電流保護(hù)的接線方式1.7.1電流保護(hù)接線方式的定義及類型1.7.2三種接線方式在各種故障時(shí)的性能分析比較1.7.3接線方式的應(yīng)用1.7.4三段式電流保護(hù)的接線圖電流保護(hù)的接線方式，是指保護(hù)中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。對(duì)于相間短路的電流保護(hù)，基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式，兩相兩繼電器的不完全星形接線方式，兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。1.7.1電流保護(hù)接線方式的定義及類型圖1-15三相完全星形接線方式的原理接線圖由于在每相上均裝有電流繼電器，所以它可以反應(yīng)各種相間短路和中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的單相接地短路。主要用于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中進(jìn)行各種相間短路保護(hù)和單相接地短路保護(hù)。圖1-16兩相不完全星形接線方式的原理接線圖表1-11.7.2三種接線方式在各種故障時(shí)的性能分析比較1．對(duì)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的單相接地短路(反映任一相短路，作用于跳閘)2．對(duì)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的兩點(diǎn)接地短路圖1-17串聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地的示意圖采用完全星行可以保證切除BC圖1-18兩點(diǎn)異地接地的示意圖采用兩相不完全星行可以保證切除其中1條表1-23．對(duì)Y、△接線變壓器后面的兩相短路圖1-19Y、d11接線降壓變壓器短路時(shí)電流分布及過(guò)電流保護(hù)的接線三相星形接線一般廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型重要的電氣設(shè)備的保護(hù)中，因?yàn)樗芴岣弑Ｗo(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性。此外，它也可以用在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護(hù)。由于兩相星形接線較為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，因此在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，都廣泛地采用它作為相間短路的保護(hù)。1.7.3接線方式的應(yīng)用1.7.4三段式電流保護(hù)的接線圖圖1-20三段式電流保護(hù)的接線圖1.8電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)1.8.1方向性電流保護(hù)的基本原理1.8.2功率方向繼電器的工作原理1.8.3相間短路功率方向繼電器的接線方式1.8.4對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)1.8.1方向性電流保護(hù)的基本原理圖1-21雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)圖1-22方向過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線圖1.8.2功率方向繼電器的工作原理圖1-23方向繼電器工作原理的分析對(duì)繼電保護(hù)中方向繼電器的基本要求如下。（1）應(yīng)具有明確的方向性，即在正方向發(fā)生各種故障時(shí)，能可靠動(dòng)作，而在反方向發(fā)生故障時(shí)，不動(dòng)作。（2）故障時(shí)繼電器的動(dòng)作應(yīng)有足夠的靈敏度。圖1-24功率方向繼電器的工作原理圖1-25三相短路的相量圖功率方向繼電器的接線方式，是指它與電流互感器和電壓互感器的連接方式，即加入繼電器的電壓Ur和電流是線（相間）的還是相的一定組合方式。1.8.3相間短路功率方向繼電器的接線方式表1-3圖1-26說(shuō)明90°接線的相量圖圖1-27功率方向繼電器的90°接線1．三相短路圖1-28三相短路的90°接線分析圖2．兩相短路圖1-29B、C兩相短路的系統(tǒng)接線圖圖1-30保護(hù)安裝地點(diǎn)出口出B、C兩相短路時(shí)的接線圖圖1-31遠(yuǎn)離保護(hù)安裝地點(diǎn)B、C兩相短路時(shí)的相量圖3．按相啟動(dòng)圖1-32兩相短路電流對(duì)非故障相電流的影響4．90°接線方式的評(píng)價(jià)90°接線的優(yōu)點(diǎn)如下。90°接線的缺點(diǎn)是：連接在非故障相電流上的功率方向