电力系统继电保护第三章 电流保护课件

1、电力系统继电保护原理 主讲教师:焦彦军华北电力大学电自教研室9/20/2022第三章 电网的电流保护 3-1单侧电源网络相间短路的电流保护3-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护3-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护9/20/2022电力网输电网配电网高压中压低压35kV110kV或更高620kV380/220V220kV及以上9/20/2022（1）中性点直接接地电网（110kV及以上）按变压器中性点接地方式不同，输电网可分为：（2）中性点非直接接地电网中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经电阻接地9/20/20223-1

2、单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF31.单侧电源网络相间短路时电流量值特征ABC短路点距离电源越近，则短路电流越大。短路电流的大小和故障类型有关。短路类型系数，三相短路时取1，两相短路时取9/20/20223-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF31.单侧电源网络相间短路时电流量值特征ABC短路电流和系统阻抗的大小有关。系统最小运行方式系统最大运行方式9/20/20223-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF31.单侧电源网络相间短路时电流量值特征ABC（某）保护的最大运行方式（某）保护的最小运行方式流过（某）保护短路电流最大的方式流过（某）保护短路电流最小

3、的方式一般不考虑故障类型9/20/2022【举例】分析保护1、保护2的最大、最小运行方式QF1QF2QF3ABC【举例】分析保护1、保护2、保护3的最大、最小运行 方式QF1QF2QF3QF5QF69/20/20222电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABC保护跳闸9/20/20222电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCo应大于点短路与 点短路时的电流很接近9/20/20222电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCo9/20/20222电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF

4、2QF3ABCo要求9/20/20223限时电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABC要求：任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性。在满足要求1的前提下，力求动作时限最小。9/20/20223限时电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCo9/20/20223限时电流速断保护3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABC一般要求当满足要求时 若灵敏系数校验不满足要求，应与下一线路的限时电流速断保护相配合。9/20/2022（4）电流速断保护与限时电流速断保护共同使用，使得线路 发生故障时，能在较短时间内切除故障。关

5、于电流速断保护和限时电流速断保护的评述：（2）电流速断保护没有人为延时，以牺牲保护范围提高保 护的快速性。（1）电流速断保护不能保护线路全长。（3）限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长。但必须 带一定的延时，以保证选择性。电流速断保护（简称I段）限时电流速断保护（简称II段）主保护9/20/20224定时限过电流保护（III段）3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCMQF4QF5定时限过电流保护（III段）的作用：（1）做本线路主保护的后备保护近后备。（2）做相邻线路保护的后备保护远后备。（3）有时也可作为主保护单独应用。9/20/20224定时限过电流保护（III段

6、）3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCMQF4QF5（1）在最大负荷电流作用下，保护不动作。（2）在外部故障切除，电压恢复，电动机 自启动过程中，保护不动作。（3）外部故障切除后，保护可靠返回。9/20/20224定时限过电流保护（III段）3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCMQF4QF5灵敏系数校验：要求1.31.5要求1.29/20/20224定时限过电流保护（III段）3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCMQF4QF5各保护在灵敏系数方面应相互配合自然满足的。9/20/2022【举例】阶段式电流保护的配置QF1QF

7、2QF3ABCMQF49/20/2022【举例】阶段式电流保护的配置QF1QF2ABMo保护范围超过线路全长且深入变压器内部（这是特例）9/20/2022QF1QF2QF3ABC解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值9/20/2022QF1QF2QF3ABC解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值9/20/20225电流保护的接线方式3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCIAIBICIAICIB（1）三相星形接线（2）两相星形接线（3）两相星形三继电器接线9/20/20225电流保护的接线方式3-1单侧电源网络相间短路的电流保护QF1QF2QF3ABCIAIBICI

8、AICIB继电器的动作电流9/20/2022【分析】三相星形接线和两相星形接线方式的性能（1）发生各种相间短路时，两种接线方式均能正确反应，对于不同的 故障类型，动作的继电器个数可能不同。（2）中性点直接接地系统单相接地短路时，三相星形接线可反应各 种单相接地故障，两相(AC)星形接线不能反应B相接地故障。QF1QF2QF3ABCIAIBICIAIC9/20/2022两相星形接线：有2/3的机会有选择地切除BC线路三相星形接线：100%有选择地切除BC线路（3）中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路情形1：串联线路上发生不同线路不同相两点接地 希望只切除BC线路9/20/2022（3）中性点

9、非直接接地系统中的异地两点接地短路情形2：放射形线路上发生不同线路不同相两点接地 希望任意切除一条线路三相星形接线：同时切除两条线路两相星形接线：有2/3的机会仅切除一条线路9/20/2022（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路QF1QF2ACBQF3同理9/20/20229/20/2022补充：9/20/2022（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路QF1QF2ACBQF3AB两相短路结论：两相星形接线比三相星形接线的灵敏度降低一半9/20/2022（4）对于Yd11接线变压器后面的两相短路QF1QF2ACBQF3AB两相短路解决办法：采用两相星形接线三继电器接线方式9/20/20

10、223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC1问题引出QF5QF6QF7QF8正方向的规定：远离母线指向被保护线路的方向。当某点发生短路时，若短路后的功率方向与规定正方向一致，则称正方向短路；否则，称反方向短路。保护1、2、4为正方短路其余均为反方向短路点短路时9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC1问题引出QF5QF6QF7QF8具有配合关系的保护识别：在被配合的保护前方短路时，均为正方向，且流过相同的电流或流过的电流是其中的一部分。保护1需和保护3、保护6、保护7配合。保护4需和保护2、保护6、保护7配合。

11、9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC1问题引出QF5QF6QF7QF8按3-1所述原则进行保护定值整定，具有配合关系的保护的选择性是能保证的。点短路时保护4不会失去选择性保护3？9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC1问题引出动作正确动作误动9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC1问题引出QF5QF6QF7QF8若则保护3的定时限过电流保护也可能误动。9/20/2022可能误动的保护都是那些处于反方向处的保护。保护跳闸9/20/20223

12、-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC2功率方向继电器的工作原理9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC2功率方向继电器的工作原理9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护QF1QF2QF3QF4ABC2功率方向继电器的工作原理+1+j动作特性动作方程9/20/2022接线的功率方向继电器接线方式+1+j动作特性动作方程或动作方程9/20/2022接线的功率方向继电器的问题QF1QF2QF3QF4ABC当保护的出口附近发生接地短路时， 很小，造成功率方向继电器不能动作。称功率方向继电器存在保护“

13、死区”。接线的功率方向继电器在线路保护中很少采用9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护3 接线的功率方向继电器接线方式9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护3 接线的功率方向继电器QF1QF2QF3QF4ABC9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护3 接线的功率方向继电器QF1QF2QF3QF4ABC动作特性动作方程+1+j9/20/2022 接线的功率方向继电器接线方式+1+j动作特性或动作方程9/20/2022（1）正方向三相对称短路取值范围：取值范围分析】 【9/20/2022（2）正方向BC两相短路KWACBkZSZk出

14、口：取值范围：9/20/2022（2）正方向BC两相短路KWACBkZSZk远处：取值范围：9/20/2022取值范围分析】 【 为保证正方向发生各种相间短路时，功率方向继电器都能动作，其最大灵敏角的取值范围为：结论：当有时，会给出继电器的内角一般情况，提供两个内角值供选择：9/20/2022【举例】图示双侧电源供电系统，M侧为送电侧，N侧为受电侧，分析正常运行条件下，线路两侧功率方向继电器的状态。已知：QF1QF2MN动作方程所以送电侧功率方向继电器处于动作状态9/20/2022【举例】图示双侧电源供电系统，M侧为送电侧，N侧为受电侧，分析正常运行条件下，线路两侧功率方向继电器的状态。已知：

15、QF1QF2MN动作方程所以受电侧功率方向继电器处于不动作状态9/20/2022【分析】功率方向继电器的按相起动保护跳闸保护跳闸9/20/2022【分析】功率方向继电器的使用保护跳闸+1+1+19/20/2022【分析】功率方向继电器的使用判断保护1、2的电流速断保护是否需经方向元件闭锁。k1k2反方向短路不会误动，无需方向元件反方向短路会误动，需投方向元件9/20/2022【分析】功率方向继电器的使用若保护1、2的电流速断保护都不经方向元件闭锁。9/20/20223-2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护4方向性电流保护的整定计算基本思路：（1）假设各电流保护都经方向元件闭锁，因此其整定原则

16、和3-1所述完全相同。（2）判断哪些保护可不经方向元件闭锁。 和单侧电源线路的电流保护相比，主要的不同点在于分支线路或分支电源对定值的影响。9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF4ABC解：（1）计算保护1的电流速断保护定值9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF4ABC解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC整定配合点【定义】分支系数大于1.系统B为助增电源9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC分支系数计算9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF4

17、ABC解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值满足要求时9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF4ABC解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值时间按阶梯原则确定9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF6ABC解：（1）计算保护1的电流速断保护定值QF4QF59/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF6ABC解：（2）计算保护1的限时电流速断保护定值QF4QF5和保护2的电流速断保护配合此种情况下BC的一回线路成为另一回线路的外汲支路9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF6ABC

18、QF4QF5整定配合点9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF6ABCQF4QF5和保护4的电流速断保护配合取二者中的较大值作为保护的定值满足要求时9/20/2022【举例】对保护1进行整定计算QF1QF2QF3QF6ABC解：（3）计算保护1的定时限过电流保护定值QF4QF5时间按阶梯原则确定9/20/2022【思考】考虑各保护的定值计算QF1QF2QF3QF4ABCQF6QF7QF89/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护110kV及以上电压等级的电网中性点直接接地中性点直接接地电网又称为“大电流接地系统”单相接地短路两相接地

19、短路一相断线两相断线零序电流（电压）相间短路正常运行系统振荡无零序分量80%以上9/20/2022变压器中性点直接接地并不意味所有变压器中性点接地。应使电力系统中变压器的中性点接地数目和位置尽可能保持不变。不使变压器承受危险的过电压。QF1QF2QF3QF4ABC9/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护1.不对称接地短路时零序分量的特点QF1QF2QF3QF4ABC9/20/2022（1）保护测量到的零序电压和零序电流QF1QF2QF3QF4ABC测量方式自产方式9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC（2）故障点的零序电压最高，中性点零序电压为0.

20、9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC（3）零序电压和零序电流的相量关系9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC（4）零序电流的大小与系统运行方式、故障类型、故障点位置有关。零序电流的分布只和零序网路有关。设单相接地短路时两相接地短路时9/20/20229/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护2.零序功率方向继电器的构成原理+1j动作特性动作方程9/20/20229/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护3.零序电流保护整定计算（1)零序电流保护I段的整定原则（a）躲过被保护线路末端接地短路时最大零序电流。

21、QF1QF2AB9/20/2022QF1QF2AB计算条件（1）线路末端短路（3）故障类型（2）两侧电源系统取大方式；本侧零序阻抗取小值，对侧零序阻抗取大值。按单相接地短路计算按两相接地短路计算（4）计算9/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护3.零序电流保护整定计算（1)零序电流保护I段的整定原则（b）躲过断路器三相触头不同时接通时的最大零序电流。QF1QF2MN一相先合闸时两相先合闸时9/20/2022取（a）、（b）之较大者作为保护I段定值。当按（b）整定值较大而保护范围较小时 在手动合闸及自动重合闸过程中加一0.1s左右延时。则整定计算时，不用考虑条

22、件（b）了。（c）当被保护线路采用单相自动重合闸时，应躲过两相 运行并伴随系统振荡时的最大零序电流。两相运行时最大零序电流出现在两侧电势夹角摆到1800时的情况下。9/20/2022设置两个零序电流I段按（a）或（b）原则整定的零序电流保护I段灵敏I段非全相运行时退出运行按（c）原则整定的零序电流保护I段不灵敏I段始终投入运行零序电流保护I段的保护范围不应小于15%。9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC【分析】线路末端接地短路时最大零序电流的计算条件。运行方式：故障类型：针对保护1、2、3的零序电流I段定值整定计算，分析：9/20/2022【分析】线路末端接地短路时最大零序电流的计

23、算条件。运行方式：故障类型：针对保护1的零序电流I段定值整定计算，分析：QF1QF2QF5QF6ABCQF3QF49/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护3.零序电流保护整定计算（2)零序电流保护II段的整定原则与相邻线路的零序电流I段配合QF1QF2QF3QF4ABC9/20/2022QF1QF2QF3QF4ABC【分析】零序电流分支系数计算保护1和保护3的零序电流保护配合时9/20/2022灵敏系数校验QF1QF2QF3QF4ABC校验点（故障点）：线路末端选择单相接地短路还是两相接地短路。9/20/2022若灵敏系数不满足要求考虑和相邻线路零序电流保护

24、II段配合。 当相邻线路不使用单相重合闸时，一般与相邻线路零序电流保护的I段或II段配合。 当相邻线路使用单相重合闸时，应与相邻线路在非全相运行时不退出运行的零序电流保护的I段或II段配合。 当相邻线路配置双重化的纵联保护时，可考虑与纵联保护配合，故障点选在相邻线路对侧母线上。9/20/20223-3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流 及方向保护3.零序电流保护整定计算（3)零序电流保护III段的整定原则 （a）按照躲开相邻下一条线路出口处相间短路时零序互感器出现的最大不平衡电流来整定。 （b）各保护之间在灵敏系数上要互相配合，本保护零序段的保护范围不能超出相邻线路零序段。9/20/20

25、22灵敏系数校验：作为近后备保护时应大于1.5作为远后备保护时应大于1.29/20/2022相间保护零序保护零序过电流保护(III段)的动作时限9/20/20221.零序过电流保护比相间短路过电流保护的灵敏度高，动作时间短2.受系统运行方式的影响要小3.不受系统振荡和过负荷的影响4.方向性零序电流保护没有电压死区4.对零序电流保护的评价优点：9/20/20221.对运行方式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足要求。2.单相重合闸的过程中可能误动。3.当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间。不足：4.对零序电流保护的评

26、价9/20/20223-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护1.中性点不接地电网中单相接地故障的特点9/20/2022相电压升至 倍9/20/2022在非故障线路上有零序电流，其数值等于该线路本身的电容电流，方向为从母线流向线路。9/20/2022在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向从线路流向母线。9/20/2022零序等效网络全系统都会出现零序电压，它与故障相电压相等方向相反。9/20/2022 为了消除或抑制弧光过电压，当全系统的电容电流超过下列数值时，即应装设消弧线圈： 36kV电网30A； 10kV电网20A； 2266kV电网10A。3-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护2.中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点9/20/20223-4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护2.中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点9/20/2022零序网络9/20/2022零序网络完全补偿欠补偿过补偿补偿度9/20/2022在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，方向从线路流向