第二章 电网的电流保护

.,第二章电网的电流保护,第三节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护,第四节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护,第二节电网相间短路的方向性电流保护,第一节单侧电源电网相间短路的电流保护,.,第二节电网相间短路的方向性电流保护,基本要求,学习内容,习题与思考题,返回,.,基本要求,1、掌握方向电流保护原理、主要组成元件及其评价,2、掌握功率方向继电器的90接线方式、动作特性及在各种工作状态的分析,3、了解功率方向继电器工作原理及构成,返回,.,学习内容,方向电流保护的工作原理,整流型功率方向继电器,相间短路功率方向继电器的接线方式,方向电流保护的整定计算,对方向电流保护的评价,返回,.,一、方向电流保护的工作原理,1、问题的提出,（1）短路点：d1：,无法满足要求,（2）d1点短路：若IdIdzbh1，保护1误动。,要求t6t1,d2：要求t1t6,.,2.解决办法,d1点短路：保护1的短路功率由线路指向母线，保护6的短路功率由母线指向线路。,d2点短路：保护1的短路功率由母线指向线路，保护6的短路功率由线路指向母线。,.,利用这个特点可构成一种保护，这种保护要求：凡是流过保护的短路功率是由母线指向线路时（正），保护就起动；凡是流过保护的短路功率是由线路指向母线时（负），保护就不起动。,2.解决办法,.,d1点短路：保护2、3、6、7、起动，根据阶梯时限原则t2t3，t6t7,保护2和6动作，保护3、7返回，从而保证有选择地切除故障,d2点短路：保护1、2、3、7起动，t1t2t3，故保护1和7起动，保护2、3返回,2.解决办法,.,d1点短路时：,判断短路功率方向，一般采用功率方向继电器。,Pd1=UId1cos1为正值，功率方向继电器动作。,d2点短路时：,Pd2=UId2cos2为负值，功率方向继电器不动作。,2.解决办法,.,3.方向过电流保护,方向过电流保护:增加了功率方向元件的过电流保护。即是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护装置，其原理接线图下图所示。,其起动有两个条件：（1）电流超过整定值(动作电流)（2）功率方向符合规定的正方向,.,正常运行时：,区外故障时：,区内故障时：,KT起动发出跳闸脉冲,切除故障,返回,KA不起动，其触点打开KT不起动不发跳闸脉冲,KPR不起动，KA起动KT不起动不发跳闸脉冲,KPR起动，其触点闭合KA起动，其触点闭合,3.方向过电流保护,.,二.整流型功率方向继电器,组成：电压形成回路、比较回路、执行元件,1.电压形成回路电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相位，经过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的电压，该电压经整流滤波后变成与变流量成正比的直流电压，然后送到比较回路进行比较，以确定继电器是否动作，最后由执行元件表示继电器的工作状态（动作或返回）。,.,（1）电抗变换器（TX）,作用：将输入的一次侧较大电流量按比例地变换成二次侧的较低电压U2。,式中：KI电抗变换器的变换系数。k为与的相位差角。,.,（2）电压变换器（TM）,作用：将一次侧的强电压成比例地变换成二次侧的弱电压。,式中KU为电压变换器的变换系数。,.,2.比较回路,(1)构成原理,相位比较式幅值比较式,a.相位比较式：,设以电网对地电压为基准且为正，电流由母线流向线路为电流的正方向。当电压与电流之间的相位角小于90时，对应的输出功率为正；电压与电流之间的相位差大于90时，输出功率为负，正功率的条件就是：,.,功率方向继电器是反应正功率动作，负功率不动作的继电器，也就是说，功率方向继电器反应加于继电器的电压及电流之间的相位差。令,动作条件变为：,a.相位比较式：,.,b.幅值比较式,令,.,即把和分别整流后进行幅值比较，分为均衡电压式和循环电流式。,(2)幅值比较回路,a.均衡电压式：作为执行元件的继电器J反应于Ua-Ub=Uab而动作。,.,b.循环电流式,执行元件反应于和整流后的电流之差Ia-Ib而动作。,在上述两种接线中，当|时，Uab（或Ia-Ib）为正，应使电流从正方向流入继电器，执行元件应该动作；当|时，Uab（或Ia-Ib）为负，应使电流从反方向流入继电器，执行元件不应该动作。因此，就必须要求执行元件具有方向性。,.,3.执行元件,极化继电器：由绕组,永久磁铁,可动舌片,接点,铁芯等组成。,主要特点:继电器的可动舌片处于两个磁通的作用之下，一个是由线圈的电流产生的工作磁通，另一个是由永久磁铁产生的极化磁通（它的方向是不变的）。,.,极化磁通j自N极流出后就分为两部分，j1经过空气隙1而连通，j2经过空气隙2而连通。,1=g+j12=j2-g,当线圈没有电流时:21,舌片被吸引向右边，接点断开.,当线圈中通以电流Ij时:12时，舌片被吸向左侧磁极，继电器触点闭合，对应此时所加入的电流，即为继电器的起动电流。,继电器动作以后:逐渐减小工作电流，则1减小，2增加，当21时，则舌片又被吸向右侧磁极，继电器返回。,3.执行元件,.,当继电器线圈通入相反方向的电流时，1的磁通更减小，2的磁通更增加，继电器不动作。,结论：该继电器的动作具有方向性。,3.执行元件,.,如果把极化继电器的工作线圈，接入幅值比较回路，且当Uab（或Ia-Ib）为正时，使继电器动作，那么，当Uab（或Ia-Ib）为负时，它就不动作，正好满足继电器具有方向性的要求。,整流型继电器：用极化继电器作为执行元件而构成的继电器。,3.执行元件,.,4.动作特性,由和构成的直线代表这种功率方向继电器的动作特性线。此直线的右侧半个平面为继电器的动作范围。当位于的位置，即垂直于动作特性线时，超前于的角度为=90-K,继电器动作最灵敏,故代表的直线称为继电器的最大灵敏线.为继电器的内角.lm=-称为继电器的最大灵敏角,它代表继电器最灵敏时,落后于的角度.,.,5.举一实例,返回,.,三、相间短路功率方向继电器的接线方式,对方向继电器的要求：1、正方向任何形式的短路，继电器都能动作；反方向短路，继电器不动作。2、故障以后，加入继电器的电流和电压尽可能大，灵敏度尽可能高。,反应相间短路的方向继电器广泛采用90接线。所谓90接线是假设三相电压对称负载为纯电阻时，对任何一个方向继电器所施加的电流和电压相位相差90的一种接线方式。如右图所示。,.,三个继电器分别接、，、和、。过电流方向保护原理接线如下图所示。,对方向继电器的接线应注意电流线圈和电压线圈的极性，极性接反了就会造成正方向短路拒动，反方向短路误动的后果。,.,1、三相对称短路,落后于的角度为：,=d-k=d-90+,A相继电器：,.,一般而言，0d90,为使方向继电器在任何d情况下均动作，即使-9090,必须满足-90d-90+90，所以,当d=0时，,同时满足以上两个条件为：,1、三相对称短路,0d+180,0180,当d=90时，,-9090,090,.,2、正方向两相短路,1）短路点位于保护出口处,设B、C两相短路，短路阻抗Zd0，此时短路点电压为,.,A相继电器：IA0，故继电器不动作。,B相继电器：,C相继电器：,继电器动作条件：,若在0d90的范围内，使继电器均能动作，选择内角为,B=d-k=d-90+,c=d-k=d-90+,-9090,090,.,（2）短路点远离保护安装地点,设B、C两相短路，ZdZS0,保护安装,.,B相继电器：,C相继电器：,结论：正方向两相短路时，继电器能够动作的条件是3060。,B=-(30+(k-d)=d-k-30=d-120+,继电器动作条件-90B90,当0d90时,则30120,C=30-（k-d）=d-60+,继电器动作条件为:-90c90,当0d90,则,-3060,.,最终结论：,综合三相短路和各种两相短路分析得出：当0d90时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为：30t03在D1点接地，只需满足t02t04即可保证选择性。,1、工作原理,.,流经接地故障线路两侧的零序功率为负功率，功率继电器应该动作。以3U0为基准电压，零序电流-3I0落后于零序电压为短路阻抗角。,.,2、整流型零序功率方向继电器,整流型功率方向继电器，相位比较的电压量,相位比较继电器的动作和边界条件为,幅值比较电量,幅值比较的零序功率方向继电器的动作条件为,.,零序功率方向继电器LG-12原理接线如下图所示,.,3、方向性零序电流三段保护的原理接线图,.,九、对零序电流保护和方向性零序保护的评价,（1）零序电流保护比相间短路的电流保护有较高的灵敏度。,（2）零序过电流保护的动作时限较相间保护短。,（3）零序电流保护不反应系统振荡和过负荷。,（4）零序功率方向元件无死区。副方电压回路断线时，不会误动作。,（5）接线简单可靠。,返回,.,第四节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护,基本要求,学习内容,习题与思考题,.,基本要求,掌握中性点非直接接地电网发生单相接地故障时的特点，以及出现零序电压和零序电流的性质及其分布特点。,掌握中性点非直接接地电网中常见的几种接地保护方式及其特点。,返回,.,第四节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护,中性点不接地电网中单相接地故障的特点,中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点,绝缘监视,零序电流保护,返回,.,一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点,1、简单网络,在正常运行情况下,.,在A相接地时，各相对地的电压为：,结论：故障相电压为零，非故障相对地电压升高为原来倍。,1、简单网络,.,故障点D的零序电压为：,结论：故障点的零序电压大小Ud0与相电压U相等。,各相对地电容电流为：,其有效值为IB=IC=EAc0=Uc0,1、简单网络,.,从接地点流回的电流ID为：,结论：从接地点流回的电流ID为正常运行时，三相对地电容电流的算术和。,1、简单网络,.,2、多条线路网络,当线路IIA相接地时，在此接地电流ID为,.,（1）非故障线路I：,线路始端所反应的零序电流为,结论：零序电流的大小为线路本身对地电容电流，方向为由母线流向线路。,.,（2）故障线路：,线路始端所反应的零序电流为,有效值为：,结论：故障线路上零序电流的大小为全系统非故障元件对地电容电流之和，其方向为由线路流向母线。,.,综上所述，可得如下结论：,（1）单相接地时，全系统都将出现零序电压，而短路点的零序电压在数值上为相电压U；,（2）在非故障元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路；,(3)在故障元件上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。,返回,.,二、中性点经消弧线圈接地电网中单向接地故障的特点,思考：如果电网中单相接地时接地电容电流的总和比较大，此时单相接地短路会过渡到相间短路，那么采取什么措施减少接地电容电流呢？,解决方法：在电源中性点加装一个电感线圈。减少流经故障点的电流，避免在接地点燃起电弧，把这个电感线圈称为消弧线圈。,.,当线路II上A相接地时,在接地点又增加了一个电感分量的电流IL，因此，从中性点流回的总电流为,结论：ID将因消弧线圈的补偿而减少。,.,消弧线圈的补偿方式：,（1）完全补偿,就是使IL=IC。接地点的电流ID近似为零。,在实际上不能采用这种方式。,（2）欠补偿,就是使ILIC。补偿后的接地点电流是电容的。,这种方式一般也是不采用的。,（3）过补偿,就是ILIC，补偿后的残余电流是电感性的。,这种方式实际中获得了广泛的应用。,返回,.,三、绝缘监视,在发电厂和变电所的母线上，一般装设网络单相接地的监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号。,.,正常运行时：没有零序电压，三只电压表读数相等，KV不动。,当系统任一出线发生接地故障时：接地相对地电压为零，而其他两相对地电压升高。同时在开口三角处出现零序电压，过电压继电器KV动作，给出接地信号。,三、绝缘监视,.,思考：如何判断接地相？,如何判断接地线路？,三、绝缘监视,返回,.,四、零序电流保护,零序电流保护是利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性的发出信号或动作于跳闸的保护装置。,零序电流保护的原理接线图如右图所示。,零序电流保护装置的起动电流Idz。bh必须大于本线路的零序电容电流，即,.,零序电流保护装置的灵敏度：,按被保护线路上发生接地故障时流经保护的最小零序电流来校验，灵敏系数为：,由上式可见，当全网络的电容电流越大，或被保护线路的电容电流越小时，零序电流保护的灵敏系数就越容易满足要求。,返回,.,思考题：,1、在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性？2、采用方向电流保护时，什么情况下会出现死区？3、不同的输电线路阻抗角是不同的，为什么功率方向继电器内角采用30或45，就能保证在不同阻抗角下使继电器工作在较灵敏状态？4、按90接线的功率方向继电器在三相短路和两相短路时，会不会有死区？为什么？5、什么是功率方向继电器的内角？当=40时，最灵敏角lm等于多少？6、功率方向继电器能单独用作保护吗？为什么?7、电网方向过电流保护动作时限的配合及方向元件的装