第2章電網(wǎng)的電流保護(hù)

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

1.無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)(電流Ⅰ段)對(duì)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(hù)！短路點(diǎn)距保護(hù)安裝地點(diǎn)愈遠(yuǎn)，流過(guò)安裝地點(diǎn)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(wú)法同時(shí)滿足選擇性和速動(dòng)性！問(wèn)題1：如何解決？解決問(wèn)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(shí)不起動(dòng)，稱為按躲開(kāi)下一條線路出口短路的條件整定；b.優(yōu)先保證速動(dòng)性：采用無(wú)選擇性的速斷保護(hù)切除故障，再用自動(dòng)重合閘裝置糾正。應(yīng)按躲開(kāi)下一段線路出口處短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)的最大短路電流整定。(2)整定計(jì)算a.動(dòng)作電流可靠系數(shù)。b.動(dòng)作時(shí)限(特例：牽引供電系統(tǒng)0.1S）

一般不人為設(shè)時(shí)限，僅為繼電器的固有動(dòng)作時(shí)限。校驗(yàn)最小運(yùn)行方式下，速斷保護(hù)范圍的相對(duì)值相電壓?jiǎn)栴}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(hù)，如無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)。c.保護(hù)范圍（靈敏度校驗(yàn)）(3)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的構(gòu)成&KTAIOP.r1234跳閘I>KSIrIKA無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)單相原理圖1—電流測(cè)量元件；2—與門；3—信號(hào)元件；4—閉鎖元件(4)評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作迅速。缺點(diǎn)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)。解決—限時(shí)電流速斷保線路較短時(shí)，可能無(wú)保護(hù)范圍解決—縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行方式變化較大時(shí)，可能無(wú)保護(hù)范圍解決—阻抗保護(hù)不受運(yùn)行方式影響（1）工作原理2.限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）作為本線路速斷保護(hù)保護(hù)范圍以外的主保護(hù)作為速斷保護(hù)的后備保護(hù)要求：保護(hù)線路全長(zhǎng)具有足夠靈敏度最小動(dòng)作時(shí)限通過(guò)整定計(jì)算保證（2）整定原則保護(hù)線路全長(zhǎng)：限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍必須延伸到下一條線路中去。保證選擇性：限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作必須帶有時(shí)限。a.動(dòng)作電流b.動(dòng)作時(shí)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(shí)流過(guò)保護(hù)的最小短路電流。c.靈敏度校驗(yàn)“技術(shù)規(guī)程”規(guī)定：當(dāng)線路長(zhǎng)度小于50km時(shí)，Ksen≥1.5；當(dāng)線路長(zhǎng)度在50km~200km時(shí)，Ksen

≥1.4；當(dāng)長(zhǎng)度大于200km時(shí)，Ksen

≥1.3。問(wèn)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(shí)電流速斷保護(hù)配合。3.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段）

作為本線路的近后備作為下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備起動(dòng)電流按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定。在d1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)3、4、5都起動(dòng)。按選擇性要求，保護(hù)3切除故障后，保護(hù)4、5應(yīng)立即返回。問(wèn)題：負(fù)荷有電動(dòng)機(jī)時(shí)，保護(hù)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(dòng)機(jī)的最大自起動(dòng)電流。按躲開(kāi)被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流，且在自起動(dòng)電流下繼電器能可靠返回進(jìn)行。a.動(dòng)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(dòng)系數(shù)，一般取1～3；第III段動(dòng)作電流要比第II、I的動(dòng)作電流小。為保證選擇性，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)比下級(jí)線路電流Ⅲ段的動(dòng)作延時(shí),即“階梯原則”：越靠近電源，動(dòng)作電流越大，動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。b.動(dòng)作時(shí)間c.靈敏度校驗(yàn)作為本級(jí)線路的近后備作為下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備思考1、越靠近電源的保護(hù)，其動(dòng)作電流越大還是越?。?、對(duì)于同一個(gè)保護(hù)的不同段保護(hù)，段數(shù)越高，其動(dòng)作電流越大還是越小？七動(dòng)作時(shí)間越大還是越小越靠近電源端其動(dòng)作時(shí)限越大，對(duì)靠近電源端的故障不能快速切除。(2)評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)對(duì)單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動(dòng)作。缺點(diǎn)4.電流保護(hù)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(duì)相間短路電流保護(hù)，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(gè)繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)接線，相當(dāng)于“或”回路。當(dāng)其中任一觸點(diǎn)閉合后均可動(dòng)作與跳閘或起動(dòng)時(shí)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(diǎn)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(shí)此電流為零，在發(fā)生接地短路時(shí)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(guò)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(dāng)采用以上兩種接線方式時(shí)，當(dāng)保護(hù)裝置一次側(cè)起動(dòng)電流整定為Idz時(shí)，反映到繼電器上的起動(dòng)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(shí)，正常或三相短路的Kcon=√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(diǎn)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(dòng)作的繼電器數(shù)不一樣。三相星形接線—兩只繼電器動(dòng)作，兩相星形接線—有時(shí)一只繼電器動(dòng)作。b.兩點(diǎn)接地—中性點(diǎn)非直接接地

允許單相接地時(shí)短時(shí)運(yùn)行，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。（3）性能分析

希望：切除BC線路事實(shí)：當(dāng)保護(hù)1、2采用三相星形接線時(shí)，在兩個(gè)保護(hù)的動(dòng)作值和時(shí)限按選擇性配合，能保證100%只切除BC線路當(dāng)采用兩相星形接線時(shí)，BC段B相發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)1不能切除故障，只能靠保護(hù)2切除，擴(kuò)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(shí)：當(dāng)保護(hù)1、2采用三相星形接線，在t1=t2時(shí)，兩條線路都將切除當(dāng)保護(hù)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?yàn)?/p>

當(dāng)過(guò)電流保護(hù)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(hù)時(shí)，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(wú)繼電器，靈敏度降低，增加一只繼電器5.三段式電流保護(hù)(1)三段式電流保護(hù)的功能框圖ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS3KSiaibic5.三段式電流保護(hù)(2)三段式動(dòng)作電流的配合與延時(shí)特性優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠，一般情況下能滿足快速切除故障的要求。缺點(diǎn)：受電網(wǎng)接線及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，如整定值必須按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式選擇，靈敏性必須用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式校驗(yàn)，往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護(hù)范圍要求。適用：主要用于35kV及以下的電網(wǎng)的線路保護(hù)，也可作電動(dòng)機(jī)和小型變壓器的保護(hù)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)，由多電源組成。

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

如果EI不存在，保護(hù)5、6、7、8由電源EII單獨(dú)供電，此時(shí)也同樣能夠保證動(dòng)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(hù)1.方向電流保護(hù)的工作原理k2點(diǎn)短路時(shí)的電流分布各保護(hù)動(dòng)作方向的規(guī)定方向過(guò)電流保護(hù)的階梯型時(shí)限特性k1點(diǎn)短路時(shí)的電流分布若兩個(gè)電源同時(shí)存在k1點(diǎn)短路，本應(yīng)由距故障點(diǎn)最近的保護(hù)2和6動(dòng)作切除故障。但由電源EII供給的短路電流將通過(guò)保護(hù)1,由電源EI供給的短路電流將通過(guò)保護(hù)5，保護(hù)1和5可能誤動(dòng)作；k2點(diǎn)短路時(shí)，本應(yīng)由保護(hù)1和7動(dòng)作切除故障。但由電源EI供給的短路電流將通過(guò)保護(hù)6，保護(hù)6可能誤動(dòng)作。如何解決解決這一矛盾？注意到：誤動(dòng)作的保護(hù)，都是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障，短路功率的方向都是負(fù)，即由線路流向母線。

措施：在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)功率方向閉鎖元件。該元件只當(dāng)短路功率方向正時(shí)動(dòng)作，為負(fù)時(shí)不動(dòng)作，從而繼電保護(hù)的動(dòng)作具有一定的方向性。2.方向電流保護(hù)的構(gòu)成I>I>I>&&&112345671KS102KS113KS12t2t389跳閘13KAKAKAKPKCOI段：動(dòng)作電流滿足選擇性時(shí)不加方向元件；II段：動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間滿足選擇性時(shí)不加方向元件；III段：同一變電所內(nèi)動(dòng)作時(shí)間較小可能失去選擇性時(shí)加方向元件，動(dòng)作時(shí)間相同可能失去選擇性時(shí)均加方向元件。方向過(guò)電流保護(hù)的單相原理接線圖由方向元件，電流元件和時(shí)間元件組成。方向元件和電流元件必須都動(dòng)作以后，才能起動(dòng)時(shí)間元件，再經(jīng)過(guò)預(yù)定延時(shí)后動(dòng)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(hù)1的正向K1短路時(shí)：0°＜＜90°保護(hù)1的反向K2短路時(shí)：180°＜＜270°故功率方向繼電器的動(dòng)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(diǎn)短路相量圖c）反方向k2點(diǎn)短路相量圖相位比較與幅值比較的對(duì)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(fù)常量–90°≤≤90°再令則功率方向繼電器的動(dòng)作方程變?yōu)椋河蓤D知，幅值比較式功率方向繼電器的動(dòng)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(shí)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(duì)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(hù)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(hù)的應(yīng)用特點(diǎn)任一側(cè)區(qū)外相鄰線路出口處短路時(shí)(如k1和k2),短路電流同時(shí)流過(guò)兩側(cè)的保護(hù)1和2。按選擇性要求，兩個(gè)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。因此兩個(gè)保護(hù)起動(dòng)電流選得相同，并按較大一個(gè)整定，如當(dāng)，取問(wèn)題：使位于小電源側(cè)保護(hù)２的范圍縮小。當(dāng)兩端電源容量差距越大，對(duì)保護(hù)2影響越大。解決：在保護(hù)2處裝設(shè)方向元件，使只當(dāng)電流從母線流向被保護(hù)線路時(shí)才動(dòng)作，保護(hù)2的起動(dòng)電流仍按躲開(kāi)K1點(diǎn)短路來(lái)整定，上述情況下，保護(hù)1無(wú)需裝設(shè)方向元件。仍與下級(jí)保護(hù)的電流速斷相配合。但需考慮保護(hù)安裝點(diǎn)與短路點(diǎn)之間有電源或線路（通常稱為分支電路）的影響。（2）限時(shí)電流速斷保護(hù)

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(hù)2的限時(shí)電流速斷整定

按躲開(kāi)保護(hù)1電流速斷保護(hù)范圍末端Ｍ點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)2電流IAB.M（小于）整定。引入分支系數(shù)M點(diǎn)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(shí)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(dāng)母線B上既有電源又有并聯(lián)的線路時(shí)，其分支系數(shù)可能大于１也可能小于１，此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能的運(yùn)行方式，選取分支系數(shù)的最小值進(jìn)行整定。主要決定于動(dòng)作時(shí)限大小。（3）過(guò)電流保護(hù)分析保護(hù)1和6在K1點(diǎn)、K2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)哪個(gè)需裝方向元件？多電源時(shí)，除動(dòng)作時(shí)間最長(zhǎng)的過(guò)電流保護(hù)無(wú)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(hù)。試求AB線路斷路器1QF處電流保護(hù)第I、II段的動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間和靈敏度。圖中電源電勢(shì)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(hù)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(hù)第I段的整定計(jì)算電流保護(hù)第I段的動(dòng)作時(shí)間為tIop1=0s當(dāng)電流保護(hù)第I段的動(dòng)作電流應(yīng)躲最大振蕩電流時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算：故：IIop1=1.31.77=2.3kAIIop1=KIrelIOSmax電流保護(hù)第I段的靈敏度校驗(yàn)為：斷路器1QF處電流保護(hù)第II段的動(dòng)作電流應(yīng)和相鄰線BD電流保護(hù)第I段配合，即2、電流保護(hù)第II段的整定計(jì)算考慮電流保護(hù)第II段應(yīng)與相鄰線路電流保護(hù)第II段配合，即2.3中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)1.大接地系統(tǒng)中的多段式零序電流保護(hù)（1）大接地電流系統(tǒng)接地故障的特征~BkA