电力系统继电保护(张保会)资料.ppt 530页
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3. 与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护， 兼作第Ⅰ段的后备保护。
一句话：限时电流速断保护作为本线路首段的近后备、 本线路末端的主保护、相邻下一线路首端的远后备。
84
2.1.5 （定时限 ）过电流保护
过电流保护是指启动电流按躲最大负 荷电流来整定的保护。它是三段式电流保 护的第Ⅲ段。
该保护不仅能保护本线路全长，且能 保护相邻线路的全长。可作为本线路主保 护的近后备保护以及相邻下一路保护的远 后备保护
75
1 启动电流的整定
I II set.2 76
2 动作时限的选择
应比下一条线路速断保护的动作时限高出 一个时间阶梯△t
t2II t1 t
△t通常取0.5S
77
78
A 2
QF2 I
3 灵敏性校验
B 1
C
D
I K.B.min
K sen
II
I set .2
要求：Ksen 1.3 ~ 1.5
I (2) k
3 E前 提：Z1Z2
2 Zs Z1lk
62
63
2.1.3 电流速断保护
• 对于仅反应于电流幅值增大而瞬时动作电 流保护，称为电流速断保护。它是三段式 电流保护的第一段
64
1电流速断保护动作电流的整的整定
II set.2
I k . B. max
65
1电流速断保护动作电流的整的整定
记忆时间： 对于LG-11型，当模拟保护出口处短路在灵敏角 下，突然增加额定电流至10倍额定电流，电压自 100V同时突然降到0的情况下，继电器应可靠动 作，其极化继电器动作保持时间不小于50ms
131
132
133
134
..
.
IA (Ir )
.. UBC(Ur)
IC
.
IB
135
按相启动
注意电流 线圈和电 压线圈的
• 当在Y/ △变压器的Y侧发生两相短路时：超前相 电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。 （作业：推导此结果）
• 当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压 侧线路故障的后备保护，采用两相星形接线时的 灵敏度比三相星形接线时降低一半
102
两相三继电器接线方式
提高灵敏性系数
.Y .Y
.Y
(IAIC)/nl IB/nl
U f0 z (1) z
m (n)
z
(n
)
z(2) z(0) 3zf
3
z(2) z f
z //(z 3z ) 3 1 x(0)x(2)
(x(2) x(0)) (2) (0)
f
61
最大运行方式下三相短路 最小运行方式下两相短路
I (3) k
Zs
E Z1lk
7
不正常工作状态的危害
• 3、过电压：发电机突然甩负荷而产生 危害：造成绝缘击穿导致短路
• 4、系统振荡：因系统受到扰动而失去 功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周期性 摆动，严重影响系统的正常运行
8
9
10
11
鸟窝
12
13
二、线路运行存在的问题
线路落地 击穿路面
themegallery
Mth Mm
Mm C
53
动作电流：能使继电器动作的最小电流值，记作Iop
54
返回电流：能使继电器返回（原位）的最大电流值Ire
55
56
57
58
59
2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征
• 目前，我国电力系统主要的电压等级： 500kV, 330kV, 220kV, 110kV, 66kV, 35kV, 10kV, 6kV, 380/220V。
2、中性点直接接地系统的单相接地短路，三相 星形可反应各种接地故障，两相（AC）星形 不能反映B相接地故障
3、在小接地电流系统中，发生异地两点接地 时，一般只要求切除一个接地点，而允
许带一 个接地点继续运行一段时间。
97
98
停电通知
99
100
101
结论（换一种说法）：
• 当在Y/△变压器的△侧发生两相短路时：滞后相 电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位。
2.1.4限时电流速断保护
定义： 是带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保 护范围之外的故障，且作为速断保护的后备保 护。
要求： ① 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵
敏性； ② 在满足要求①的前提下，可以带一定时间延时，
但力求动作时限最小； ③ 在下级线路发生短路时，保证下级保护优先切
除故障，满足选择性要求。
承担输电任务
U
N
电
网
110kV电网：中多性电点源直环接网接地运行方式 主 保 护 由 纵 联 保 护 承 担 能 够 快 速 切 除 线 路 上 任 一 点 故 障
主要承担供、配电任务
U N
110kV电
网
正采常用时双单电侧源
互 电
为 源
103
5 两种接线方式的应用
（1）三相星形接线：主要用于发电机、变压 器的后备保护，采用电流保护作为大电流 接地系统的保护（要求较高的可靠性和灵 敏性）；也用于中性点直接接地系统中，作为相间短
路和单相接地短路的保护（但不常见）。
（2）两相星形接线：中性点不接地电网或经 高阻接地电网中，用于相间短路保护； （注：所有线路上的保护装置应安装在相 同的两相上：A、C相）。
• 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当 主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。
31
32
变压器 保护区
发电机保护区
低压母线 保护区
线路 高压母线 保护区
保护区
33
34
35
36
二、选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将 故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行， 以尽量缩小停电范围
4
5
6
不正常工作状态的危害
• 1、过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的 电流增大 危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老 化和损坏从而导致故障
• 2、频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引 起的危害 1）影响产品质量 2）降到47~48Hz以下会引起频率崩溃 3）使电压下降可能引发电压崩溃
109
1、问题的提出及解决办法
IK1A
I K1B
110
IK2A
IK2B
111
112
（2）原因分析
S+
S+
S-
S+
S-
S+
误动
S+
误动 S-
S+
S+
S-
S+
113
（3）解决方法
114
115
2、功率方向继电器
116
（1）基本原理
117
118
（2）功率方向继电器的动作方程
119
120
104
三段式电流保护的接线图举例
105
106
2.1.8 对电流保护的评价
1、选择性： 在单测电源辐射网中，有较好的选择性， 但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。 2、灵敏性： 受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的
缺点
例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能使保护范围为零； 第Ⅲ段：长线路重负荷（IL增大，Id减小），灵敏性不满足要求。
149
（二）限时电流速断保护的整定计算
150
（二）限时电流速断保护的整定计算
151
（二）限时电流速断保护的整定计算
152
153
5、对方向性电流保护的评价
154
155
①直接接地： 110kV及以上电网 ②不接地： 3~6kV 单相接地电流<30A 35～60kV 单相接地电流<10A ③非直接接地： 其他情况
（2）功率方向继电器的动作方程
121
(二)功率方向继电器的动作区
122
LG-11整流型功率方向继电器
123
.
.
ia
ib
124
125
126
127
128
l
死区
记忆作用 记忆时间不小于50ms
129
LG-11、LG-12小常识
130
LG-11、LG-12小常识
动作时间： 对于LG-11型，在灵敏角下，电压由额定突然降4 倍最小动作电压，电流同时由0升至额定电流时， 动作时间不大于30mS；对于LG-12型，在灵敏角 下，同时突然加入额定电流和4倍最小动作电压时， 动作时间不大于40ms。
I I行方式下，线路末端 发生两相短路时的短路电流进行校验
79
80
限时电流速断动作时限的配合关系
81
4 限时电流速断保护的构成（图 1）
82
限时电流速断保护的构成（图 2）
83
小结
1. 限时电流速断保护的保护范围大于本线 路全长；
2. 依靠动作电流值和动作时间共同保证其 选择性；
Company Logo
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
• 后备保护——主保护或断路器拒动时用来切除故 障的保护。
又分为远后备保护和近后备保护两种； ①近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线 路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒 动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。 ②远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相 邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。
85
1 启动电流计算
动作电流: ①躲最大负荷电流 ②在外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。
86
2 动作时限的选择
• 按阶梯原则选择
t4 IIIm axt3 III,t6 III t
87
t4 IIIm axt3 III,t6 III t
88
3 灵敏性的校验
• （1）作为近后备时
89
3 灵敏性的校验
• （1）作为远后备时
90
在各个灵敏度系数之间，要求灵敏系数互相配合
91
过电流保护的构成
92
93
流入保护继电器的电流与电流互感器的二次电流 的比值，称为接线系数
94
95
96
两种接线方式在各种故障时的性能 分析
1、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反 映；只是动作继电器的个数不同。
极性
136
137
138
.
UB
.
.
EB EC
.
.
1 2
(
E
B
E
C
)
139
140
• 分析正方向远方两相短路
141
142
143
144
145
I I I set.1
I set.2
IsIet（.2 带方向） 146
助增电源 助增电流
外汲电流
147
148
（二）限时电流速断保护的整定计算
备用 供电方式
中 性 点 非 直 接 接 地 （ 为 什 么 ？ ）
主 保 护 采 用 阶 段 式 特 性 的 电 流 保 护 承 担
60
f (1) f (2) f (1.1)
f (3)
f (1)
U f0 z (1) z
U f0 z (1) z
U f0 z (1) z
有选择性
37
有选择性
有选择性
38
拒动
停电
有选择性
39
正确动作
停电
动作
非选择性
有选择性
40
41
42
43
44
45
46
47
第二章 电网的电流保护
2.1．单侧电源网络相间短路时电 流量值特征
50
51
52
2.1.1 继电器——测量元件
M dc
K2
I
2 r
2
Mdc
M thM th1K t(1)
156
157
序网电流电压分布特点：
• 正序电压距故障点越近，电压越低；距电源越近， 电压越高。
• 负序、零序距故障点越近，电压越高。 • 各序分量经变压器后的相位变化： • Y0→△：正序分量逆时针转300；负序分量顺时
66
保护范围
II set.1
lmin
lmax
注意：保护范围可能为0
67
68
动作时间
• 保护本身没有延时， • 电流继电器延时一般小于10ms；保护出口
中间继电器延时60-80ms， • 一方面延时动作可以躲过线路中避雷器的
放电时间40-60ms，另一方面扩大触电容量 和数量。可见，并不是瞬间完成的，有一 定的延时。
电力系统继电保护
前言
• 电力系统组成：发、输、配、用 • 电能的特点： • 一次设备：
发出、传送、分配和使用电能的设备。 发电机、变压器、母线、输电线路、电容 器、电动机等属于一次设备 • 二次设备：对一次设备的运行状态进行监 视、测量、控制和保护的设备。
（+管理）
2
3
• 1.1.1 正常工作状态
3、速动性： 一般情况下可以满足快速切除故障的要求（第Ⅰ、Ⅱ段满
足）； 第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点 4、可靠性： 线路越简单，可靠性越高——优点
107
2.2 双侧电源网络相间短路的 方向性电流保护
108
主要内容
• 1、问题的提出及解决办法 • 2、功率方向继电器 • 3、相间短路功率方向继电器接线方式 • 4、方向性电流保护整定计算特点 • 5、对方向性电流保护的评价
69
70
71
72
构成
73
结论
• 仅靠动作电流值来保证其选择性，保护范 围直接受到运行方式变化的影响，一般不 能保护线路全长（当线路末端为线路-变 压器单元时可以保护全长）；需要根据具 体场合选择，一般适用于长线路。
• 能无延时地（相对而言）保护本线路的一 部分（不是一个完整的电流保护）。
74
一句话：限时电流速断保护作为本线路首段的近后备、 本线路末端的主保护、相邻下一线路首端的远后备。
84
2.1.5 （定时限 ）过电流保护
过电流保护是指启动电流按躲最大负 荷电流来整定的保护。它是三段式电流保 护的第Ⅲ段。
该保护不仅能保护本线路全长，且能 保护相邻线路的全长。可作为本线路主保 护的近后备保护以及相邻下一路保护的远 后备保护
75
1 启动电流的整定
I II set.2 76
2 动作时限的选择
应比下一条线路速断保护的动作时限高出 一个时间阶梯△t
t2II t1 t
△t通常取0.5S
77
78
A 2
QF2 I
3 灵敏性校验
B 1
C
D
I K.B.min
K sen
II
I set .2
要求：Ksen 1.3 ~ 1.5
I (2) k
3 E前 提：Z1Z2
2 Zs Z1lk
62
63
2.1.3 电流速断保护
• 对于仅反应于电流幅值增大而瞬时动作电 流保护，称为电流速断保护。它是三段式 电流保护的第一段
64
1电流速断保护动作电流的整的整定
II set.2
I k . B. max
65
1电流速断保护动作电流的整的整定
记忆时间： 对于LG-11型，当模拟保护出口处短路在灵敏角 下，突然增加额定电流至10倍额定电流，电压自 100V同时突然降到0的情况下，继电器应可靠动 作，其极化继电器动作保持时间不小于50ms
131
132
133
134
..
.
IA (Ir )
.. UBC(Ur)
IC
.
IB
135
按相启动
注意电流 线圈和电 压线圈的
• 当在Y/ △变压器的Y侧发生两相短路时：超前相 电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。 （作业：推导此结果）
• 当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压 侧线路故障的后备保护，采用两相星形接线时的 灵敏度比三相星形接线时降低一半
102
两相三继电器接线方式
提高灵敏性系数
.Y .Y
.Y
(IAIC)/nl IB/nl
U f0 z (1) z
m (n)
z
(n
)
z(2) z(0) 3zf
3
z(2) z f
z //(z 3z ) 3 1 x(0)x(2)
(x(2) x(0)) (2) (0)
f
61
最大运行方式下三相短路 最小运行方式下两相短路
I (3) k
Zs
E Z1lk
7
不正常工作状态的危害
• 3、过电压：发电机突然甩负荷而产生 危害：造成绝缘击穿导致短路
• 4、系统振荡：因系统受到扰动而失去 功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周期性 摆动，严重影响系统的正常运行
8
9
10
11
鸟窝
12
13
二、线路运行存在的问题
线路落地 击穿路面
themegallery
Mth Mm
Mm C
53
动作电流：能使继电器动作的最小电流值，记作Iop
54
返回电流：能使继电器返回（原位）的最大电流值Ire
55
56
57
58
59
2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征
• 目前，我国电力系统主要的电压等级： 500kV, 330kV, 220kV, 110kV, 66kV, 35kV, 10kV, 6kV, 380/220V。
2、中性点直接接地系统的单相接地短路，三相 星形可反应各种接地故障，两相（AC）星形 不能反映B相接地故障
3、在小接地电流系统中，发生异地两点接地 时，一般只要求切除一个接地点，而允
许带一 个接地点继续运行一段时间。
97
98
停电通知
99
100
101
结论（换一种说法）：
• 当在Y/△变压器的△侧发生两相短路时：滞后相 电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位。
2.1.4限时电流速断保护
定义： 是带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保 护范围之外的故障，且作为速断保护的后备保 护。
要求： ① 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵
敏性； ② 在满足要求①的前提下，可以带一定时间延时，
但力求动作时限最小； ③ 在下级线路发生短路时，保证下级保护优先切
除故障，满足选择性要求。
承担输电任务
U
N
电
网
110kV电网：中多性电点源直环接网接地运行方式 主 保 护 由 纵 联 保 护 承 担 能 够 快 速 切 除 线 路 上 任 一 点 故 障
主要承担供、配电任务
U N
110kV电
网
正采常用时双单电侧源
互 电
为 源
103
5 两种接线方式的应用
（1）三相星形接线：主要用于发电机、变压 器的后备保护，采用电流保护作为大电流 接地系统的保护（要求较高的可靠性和灵 敏性）；也用于中性点直接接地系统中，作为相间短
路和单相接地短路的保护（但不常见）。
（2）两相星形接线：中性点不接地电网或经 高阻接地电网中，用于相间短路保护； （注：所有线路上的保护装置应安装在相 同的两相上：A、C相）。
• 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当 主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。
31
32
变压器 保护区
发电机保护区
低压母线 保护区
线路 高压母线 保护区
保护区
33
34
35
36
二、选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将 故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行， 以尽量缩小停电范围
4
5
6
不正常工作状态的危害
• 1、过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的 电流增大 危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老 化和损坏从而导致故障
• 2、频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引 起的危害 1）影响产品质量 2）降到47~48Hz以下会引起频率崩溃 3）使电压下降可能引发电压崩溃
109
1、问题的提出及解决办法
IK1A
I K1B
110
IK2A
IK2B
111
112
（2）原因分析
S+
S+
S-
S+
S-
S+
误动
S+
误动 S-
S+
S+
S-
S+
113
（3）解决方法
114
115
2、功率方向继电器
116
（1）基本原理
117
118
（2）功率方向继电器的动作方程
119
120
104
三段式电流保护的接线图举例
105
106
2.1.8 对电流保护的评价
1、选择性： 在单测电源辐射网中，有较好的选择性， 但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。 2、灵敏性： 受运行方式的影响大，往往满足不了要求。——电流保护的
缺点
例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能使保护范围为零； 第Ⅲ段：长线路重负荷（IL增大，Id减小），灵敏性不满足要求。
149
（二）限时电流速断保护的整定计算
150
（二）限时电流速断保护的整定计算
151
（二）限时电流速断保护的整定计算
152
153
5、对方向性电流保护的评价
154
155
①直接接地： 110kV及以上电网 ②不接地： 3~6kV 单相接地电流<30A 35～60kV 单相接地电流<10A ③非直接接地： 其他情况
（2）功率方向继电器的动作方程
121
(二)功率方向继电器的动作区
122
LG-11整流型功率方向继电器
123
.
.
ia
ib
124
125
126
127
128
l
死区
记忆作用 记忆时间不小于50ms
129
LG-11、LG-12小常识
130
LG-11、LG-12小常识
动作时间： 对于LG-11型，在灵敏角下，电压由额定突然降4 倍最小动作电压，电流同时由0升至额定电流时， 动作时间不大于30mS；对于LG-12型，在灵敏角 下，同时突然加入额定电流和4倍最小动作电压时， 动作时间不大于40ms。
I I行方式下，线路末端 发生两相短路时的短路电流进行校验
79
80
限时电流速断动作时限的配合关系
81
4 限时电流速断保护的构成（图 1）
82
限时电流速断保护的构成（图 2）
83
小结
1. 限时电流速断保护的保护范围大于本线 路全长；
2. 依靠动作电流值和动作时间共同保证其 选择性；
Company Logo
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
• 后备保护——主保护或断路器拒动时用来切除故 障的保护。
又分为远后备保护和近后备保护两种； ①近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线 路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒 动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。 ②远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相 邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。
85
1 启动电流计算
动作电流: ①躲最大负荷电流 ②在外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。
86
2 动作时限的选择
• 按阶梯原则选择
t4 IIIm axt3 III,t6 III t
87
t4 IIIm axt3 III,t6 III t
88
3 灵敏性的校验
• （1）作为近后备时
89
3 灵敏性的校验
• （1）作为远后备时
90
在各个灵敏度系数之间，要求灵敏系数互相配合
91
过电流保护的构成
92
93
流入保护继电器的电流与电流互感器的二次电流 的比值，称为接线系数
94
95
96
两种接线方式在各种故障时的性能 分析
1、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反 映；只是动作继电器的个数不同。
极性
136
137
138
.
UB
.
.
EB EC
.
.
1 2
(
E
B
E
C
)
139
140
• 分析正方向远方两相短路
141
142
143
144
145
I I I set.1
I set.2
IsIet（.2 带方向） 146
助增电源 助增电流
外汲电流
147
148
（二）限时电流速断保护的整定计算
备用 供电方式
中 性 点 非 直 接 接 地 （ 为 什 么 ？ ）
主 保 护 采 用 阶 段 式 特 性 的 电 流 保 护 承 担
60
f (1) f (2) f (1.1)
f (3)
f (1)
U f0 z (1) z
U f0 z (1) z
U f0 z (1) z
有选择性
37
有选择性
有选择性
38
拒动
停电
有选择性
39
正确动作
停电
动作
非选择性
有选择性
40
41
42
43
44
45
46
47
第二章 电网的电流保护
2.1．单侧电源网络相间短路时电 流量值特征
50
51
52
2.1.1 继电器——测量元件
M dc
K2
I
2 r
2
Mdc
M thM th1K t(1)
156
157
序网电流电压分布特点：
• 正序电压距故障点越近，电压越低；距电源越近， 电压越高。
• 负序、零序距故障点越近，电压越高。 • 各序分量经变压器后的相位变化： • Y0→△：正序分量逆时针转300；负序分量顺时
66
保护范围
II set.1
lmin
lmax
注意：保护范围可能为0
67
68
动作时间
• 保护本身没有延时， • 电流继电器延时一般小于10ms；保护出口
中间继电器延时60-80ms， • 一方面延时动作可以躲过线路中避雷器的
放电时间40-60ms，另一方面扩大触电容量 和数量。可见，并不是瞬间完成的，有一 定的延时。
电力系统继电保护
前言
• 电力系统组成：发、输、配、用 • 电能的特点： • 一次设备：
发出、传送、分配和使用电能的设备。 发电机、变压器、母线、输电线路、电容 器、电动机等属于一次设备 • 二次设备：对一次设备的运行状态进行监 视、测量、控制和保护的设备。
（+管理）
2
3
• 1.1.1 正常工作状态
3、速动性： 一般情况下可以满足快速切除故障的要求（第Ⅰ、Ⅱ段满
足）； 第Ⅲ段越靠近电源，t越长——缺点 4、可靠性： 线路越简单，可靠性越高——优点
107
2.2 双侧电源网络相间短路的 方向性电流保护
108
主要内容
• 1、问题的提出及解决办法 • 2、功率方向继电器 • 3、相间短路功率方向继电器接线方式 • 4、方向性电流保护整定计算特点 • 5、对方向性电流保护的评价
69
70
71
72
构成
73
结论
• 仅靠动作电流值来保证其选择性，保护范 围直接受到运行方式变化的影响，一般不 能保护线路全长（当线路末端为线路-变 压器单元时可以保护全长）；需要根据具 体场合选择，一般适用于长线路。
• 能无延时地（相对而言）保护本线路的一 部分（不是一个完整的电流保护）。
74