第2章電網(wǎng)的電流保護

第2章電網(wǎng)的電流保護2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護2.3中性點直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護2.4中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護羅欽制作2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護系統(tǒng)最大運行方式：發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過保護裝置短路電流最大的運行方式。系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過保護裝置的短路電流最小的運行方式。保護裝置的整定：根據(jù)對繼電保護的基本要求，確定保護裝置起動值，靈敏參數(shù)，動作時限等過程。相電壓(1)保護原理作為本線路的主保護。

1.無時限電流速斷保護(電流Ⅰ段)對于單側(cè)電源的供電線路，在每回線路的電源側(cè)均裝設(shè)電流速斷保護！短路點距保護安裝地點愈遠，流過安裝地點的短路電流愈小。希望：全線速斷矛盾：母線前后短路電流相同,無法同時滿足選擇性和速動性！問題1：如何解決？解決問題的方法：a.優(yōu)先保證選擇性：保證在下一條線路出口處短路時不起動，稱為按躲開下一條線路出口短路的條件整定；b.優(yōu)先保證速動性：采用無選擇性的速斷保護切除故障，再用自動重合閘裝置糾正。應(yīng)按躲開下一段線路出口處短路時，通過保護的最大短路電流整定。(2)整定計算a.動作電流可靠系數(shù)。b.動作時限(特例：牽引供電系統(tǒng)0.1S）

一般不人為設(shè)時限，僅為繼電器的固有動作時限。校驗最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值相電壓問題2：靈敏度不能滿足要求怎么辦？線電線解決：選用其他原理的保護，如無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。c.保護范圍（靈敏度校驗）(3)無時限電流速斷保護的構(gòu)成&KTAIOP.r1234跳閘I>KSIrIKA無時限電流速斷保護單相原理圖1—電流測量元件；2—與門；3—信號元件；4—閉鎖元件(4)評價優(yōu)點簡單可靠，動作迅速。缺點不能保護線路全長。解決—限時電流速斷保線路較短時，可能無保護范圍解決—縱聯(lián)差動保護運行方式變化較大時，可能無保護范圍解決—阻抗保護不受運行方式影響（1）工作原理2.限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）作為本線路速斷保護保護范圍以外的主保護作為速斷保護的后備保護要求：保護線路全長具有足夠靈敏度最小動作時限通過整定計算保證（2）整定原則保護線路全長：限時電流速斷保護的保護范圍必須延伸到下一條線路中去。保證選擇性：限時電流速斷保護的動作必須帶有時限。a.動作電流b.動作時限：取0.35～0.6S,通常取0.5S可靠系數(shù)：：為本線路末端兩相短路時流過保護的最小短路電流。c.靈敏度校驗“技術(shù)規(guī)程”規(guī)定：當線路長度小于50km時，Ksen≥1.5；當線路長度在50km~200km時，Ksen

≥1.4；當長度大于200km時，Ksen

≥1.3。問題3：靈敏度不能滿足要求怎么辦？解決：與下一條線路的限時電流速斷保護配合。3.定時限過電流保護（電流Ⅲ段）

作為本線路的近后備作為下級線路的遠后備起動電流按照躲開最大負荷電流來整定。在d1點發(fā)生故障時，保護3、4、5都起動。按選擇性要求，保護3切除故障后，保護4、5應(yīng)立即返回。問題：負荷有電動機時，保護4、5能否立即返回呢？(1)工作原理與整定原則解決：使返回電流大于電動機的最大自起動電流。按躲開被保護線路的最大負荷電流，且在自起動電流下繼電器能可靠返回進行。a.動作電流—繼電器的返回系數(shù)，一般取0.85。

—可靠系數(shù)，一般取1.15～1.25；—自起動系數(shù)，一般取1～3；第III段動作電流要比第II、I的動作電流小。為保證選擇性，保護動作應(yīng)比下級線路電流Ⅲ段的動作延時,即“階梯原則”：越靠近電源，動作電流越大，動作時間越長。b.動作時間c.靈敏度校驗作為本級線路的近后備作為下級線路的遠后備思考1、越靠近電源的保護，其動作電流越大還是越小？2、對于同一個保護的不同段保護，段數(shù)越高，其動作電流越大還是越小？七動作時間越大還是越小越靠近電源端其動作時限越大，對靠近電源端的故障不能快速切除。(2)評價優(yōu)點對單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動作。缺點4.電流保護的接線方式指電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。對相間短路電流保護，目前廣泛應(yīng)用三相星形接線和兩相星形接線。(1)三相星形聯(lián)接方式一般用于大接地電流系統(tǒng)。三個繼電器的觸點并聯(lián)接線，相當于“或”回路。當其中任一觸點閉合后均可動作與跳閘或起動時間繼電器。每相上均有電流繼電器，可反應(yīng)各種相間短路和中性點直接接地電網(wǎng)中的單相接地短路。中線上流回的電流為Ia+Ib+Ic,正常時此電流為零，在發(fā)生接地短路時則為三倍零序電流3I0

。（2）兩相星形聯(lián)接方式一般用于小接地電流系統(tǒng)。與三相接線主要區(qū)別：B相上不裝設(shè)電流互感器和繼電器,因此不能反應(yīng)B相中流過的電流。能反應(yīng)各種相間短路，但不能反應(yīng)B相接地短路。中線上流回的電流是Ia+Ic。

當采用以上兩種接線方式時，當保護裝置一次側(cè)起動電流整定為Idz時，反映到繼電器上的起動電流為：式中，KTA=I1/I2，為電流互感器變比；Kcon為接線系數(shù)，Y型和V型接線的Kcon=1，兩相電流差接線時，正?；蛉喽搪返腒con=√3，A、C兩相短路的Kcon=2，A、B或B、C兩相短路的Kcon=1a.相間故障—中性點直接接地和非直接接地電網(wǎng)都能正確反映這些故障。兩相短路動作的繼電器數(shù)不一樣。三相星形接線—兩只繼電器動作，兩相星形接線—有時一只繼電器動作。b.兩點接地—中性點非直接接地

允許單相接地時短時運行，希望只切除一個故障點。（3）性能分析

希望：切除BC線路事實：當保護1、2采用三相星形接線時，在兩個保護的動作值和時限按選擇性配合，能保證100%只切除BC線路當采用兩相星形接線時，BC段B相發(fā)生故障時，保護1不能切除故障，只能靠保護2切除，擴大了停電范圍—只有2/3的概率切除BC線路

希望：切除一條線路事實：當保護1、2采用三相星形接線，在t1=t2時，兩條線路都將切除當保護1、2采用兩相星形接線，即使t1=t2，也能保證有2/3的概率只切除一條線路。

c.Y，d接線變壓器后的兩相短路因為

當過電流保護接入降壓變壓器高壓側(cè)作為低壓側(cè)線路故障的后備保護時，采用三相星形接線，Ｂ相繼電器靈敏度高一倍，有利！采用兩相星形接線，Ｂ相無繼電器，靈敏度降低，增加一只繼電器5.三段式電流保護(1)三段式電流保護的功能框圖ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS3KSiaibic5.三段式電流保護(2)三段式動作電流的配合與延時特性優(yōu)點：簡單、可靠，一般情況下能滿足快速切除故障的要求。缺點：受電網(wǎng)接線及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式選擇，靈敏性必須用系統(tǒng)最小運行方式校驗，往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護范圍要求。適用：主要用于35kV及以下的電網(wǎng)的線路保護，也可作電動機和小型變壓器的保護?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)，由多電源組成。

假設(shè)：斷路器8斷開，電源EII不存在，發(fā)生短路時，保護1、2、3、4的動作情況和由電源EI單獨供電時一樣，它們之間的選擇性是能夠保證的。

如果EI不存在，保護5、6、7、8由電源EII單獨供電，此時也同樣能夠保證動作的選擇性。2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護1.方向電流保護的工作原理k2點短路時的電流分布各保護動作方向的規(guī)定方向過電流保護的階梯型時限特性k1點短路時的電流分布若兩個電源同時存在k1點短路，本應(yīng)由距故障點最近的保護2和6動作切除故障。但由電源EII供給的短路電流將通過保護1,由電源EI供給的短路電流將通過保護5，保護1和5可能誤動作；k2點短路時，本應(yīng)由保護1和7動作切除故障。但由電源EI供給的短路電流將通過保護6，保護6可能誤動作。如何解決解決這一矛盾？注意到：誤動作的保護，都是在自己所保護的線路反方向發(fā)生故障，短路功率的方向都是負，即由線路流向母線。

措施：在原有保護的基礎(chǔ)上增加一個功率方向閉鎖元件。該元件只當短路功率方向正時動作，為負時不動作，從而繼電保護的動作具有一定的方向性。2.方向電流保護的構(gòu)成I>I>I>&&&112345671KS102KS113KS12t2t389跳閘13KAKAKAKPKCOI段：動作電流滿足選擇性時不加方向元件；II段：動作電流和動作時間滿足選擇性時不加方向元件；III段：同一變電所內(nèi)動作時間較小可能失去選擇性時加方向元件，動作時間相同可能失去選擇性時均加方向元件。方向過電流保護的單相原理接線圖由方向元件，電流元件和時間元件組成。方向元件和電流元件必須都動作以后，才能起動時間元件，再經(jīng)過預定延時后動作于跳閘。3.功率方向元件（1）功率方向元件的構(gòu)成原理a.相位比較式功率方向元件如下圖所示保護1的正向K1短路時：0°＜＜90°保護1的反向K2短路時：180°＜＜270°故功率方向繼電器的動作方程為：

–90°≤≤90°。功率方向繼電器工作原理的分析a）網(wǎng)絡(luò)接線b）正方向k1點短路相量圖c）反方向k2點短路相量圖相位比較與幅值比較的對應(yīng)關(guān)系b.幅值比較式功率方向繼電器令，,KU為常量，KI為復常量–90°≤≤90°再令則功率方向繼電器的動作方程變?yōu)椋河蓤D知，幅值比較式功率方向繼電器的動作方程為：A≥B（2）功率方向元件的接線方式要求：相間短路時有良好的方向性和靈敏度。功率方向繼電器的90°接線900接線方式：指系統(tǒng)在三相對稱且功率因數(shù)為1的情況下，接入功率方向元件的電流超前所加電壓900的接線。（1）電流速斷保護短路電流分布：兩端電源容量不同，電流大小不同。4.方向性電流保護的應(yīng)用特點任一側(cè)區(qū)外相鄰線路出口處短路時(如k1和k2),短路電流同時流過兩側(cè)的保護1和2。按選擇性要求，兩個保護不應(yīng)動作。因此兩個保護起動電流選得相同，并按較大一個整定，如當，取問題：使位于小電源側(cè)保護２的范圍縮小。當兩端電源容量差距越大，對保護2影響越大。解決：在保護2處裝設(shè)方向元件，使只當電流從母線流向被保護線路時才動作，保護2的起動電流仍按躲開K1點短路來整定，上述情況下，保護1無需裝設(shè)方向元件。仍與下級保護的電流速斷相配合。但需考慮保護安裝點與短路點之間有電源或線路（通常稱為分支電路）的影響。（2）限時電流速斷保護

a.助增電流的影響

分支電路中有電源，使故障線路電流增大的現(xiàn)象稱為助增。保護2的限時電流速斷整定

按躲開保護1電流速斷保護范圍末端Ｍ點發(fā)生短路時，流過保護2電流IAB.M（小于）整定。引入分支系數(shù)M點的分支系數(shù)

可得b.外汲電流的影響分支電路為一并聯(lián)線路，此時故障線路中電流小于，這種使故障線路中電流減小的現(xiàn)象稱為外汲。分支系數(shù)。

當母線B上既有電源又有并聯(lián)的線路時，其分支系數(shù)可能大于１也可能小于１，此時應(yīng)根據(jù)實際可能的運行方式，選取分支系數(shù)的最小值進行整定。主要決定于動作時限大小。（3）過電流保護分析保護1和6在K1點、K2點發(fā)生短路時哪個需裝方向元件？多電源時，除動作時間最長的過電流保護無需裝方向元件外，其余都要裝方向元件。例10-1

圖10-20中所示網(wǎng)絡(luò)中每條線路的斷路器處均裝三段式相間方向電流保護。試求AB線路斷路器1QF處電流保護第I、II段的動作電流、動作時間和靈敏度。圖中電源電勢為115kV，A處電源的最大、最小等值阻抗為：XsAmax＝20Ω，XsAmin＝15Ω，B處電源的最大、最小阻抗為：XsBmax＝25Ω，XsBmin＝20Ω，各線路的阻抗為：XAB＝40Ω，XBC＝26Ω，XBD＝24Ω，XDE＝20Ω，電流保護第I、II段的可靠系數(shù)為：KIrel＝1.3，KIIrel＝1.15。~kE~ABCDEBxsBEAxsA4QF6QF1QF2QF3QF5QF解：1、斷路器1QF處電流保護第I段的整定計算電流保護第I段的動作時間為tIop1=0s當電流保護第I段的動作電流應(yīng)躲最大振蕩電流時應(yīng)按下式計算：故：IIop1=1.31.77=2.3kAIIop1=KIrelIOSmax電流保護第I段的靈敏度校驗為：斷路器1QF處電流保護第II段的動作電流應(yīng)和相鄰線BD電流保護第I段配合，即2、電流保護第II段的整定計算考慮電流保護第II段應(yīng)與相鄰線路電流保護第II段配合，即2.3中性點直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護1.大接地系統(tǒng)中的多段式零序電流保護（1）大接地電流系統(tǒng)接地故障的特征~BkA