电力系统继电保护-第3章-输电线路电流电压保护

2.1电流互感器第三章输电线路电流电压保护第3章输电线路电流电压保护

3.1单侧电源输电线路相间短路的电流电压保护电流保护：利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置。电压保护：利用电压降低构成的保护，称为电压保护。使用场合：电流电压保护在35KV及以下输电线路中被广泛采用。3.1.1瞬时（无时限）电流速断保护1、定义：瞬时电流速断保护，又称第Ⅰ段电流保护，它是反映电流升高，不带时限动作的一种电流保护。2、整定计算（动作电流的计算过程)：

为保证选择性，保护1的动作电流

应大于被保护线路MN末端最大的外部短路电流来整定。

3、瞬时（无时限）电流速断保护特点：

（1）保护区受运行方式、故障类型影响，由以下两个方程不难计算出电流Ⅰ段保护的最大、最小保护区lmax、lmin。

如下图所示曲线为短路电流曲线，表示在一定系统运行方式下短路电流与故障点远近的关系。

（2）电流Ⅰ段保护不能保护本线全长，在线路末端发生短路时，短路电流小于整定值，保护不动作，如图1中QN段，所以线路上只配有电流Ⅰ段不能切除所有故障。

4、瞬时（无时限）电流速断保护原理接线

如图下所示：电流继电器动作时其触点闭合，中间继电器得电，由中间继电器KM触点接通线路断路器跳闸回路，同时信号继电器KS发出保护跳闸信号。

播放短路电流计算公式如下：

三相短路时两相短路时

短路电流大小由以下因素决定：

a.系统运行方式（简称运方）：系统电源等效阻抗与电源投入数量、电网结构变化有关，最大时短路电流最小，称为最小运方；最小时短路电流最大，称为最大运方。

b.故障点远近：故障点越近越小，短路电流越大

c.短路类型：Ⅰk3>Ⅰk23.1.2限时电流速断保护1、定义限时电流速断保护（又称电流Ⅱ段保护）,目的是保护本线路全长，Ⅱ段保护的保护必然会伸入下线（相邻线路）。2、限时电流速断保护整定原则是与下线Ⅰ段保护配合

电流Ⅱ段保护整定公式如下：

Krel为可靠系数，考虑到短路电流中的非周期分量已衰减，取1.1～1.2；

3.灵敏度校验

保护反应故障能力以灵敏度系数Ksen表示：

灵敏度合格，当灵敏系数不能满足要求时

4.

限时电流速断保护的原理接线

如下图所示：由电流继电器KA、时间继电器KT和信号继电器KS所组成。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

③与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的近后备保护。

3.1.3定时限过电流保护

定义：

定时限过电流保护：又称第Ⅲ段电流保护，过电流保护起动电流按躲过最大负荷电流来整定，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长，起到远后备保护的作用。

①动作时限整定1、整定原则②动作电流按以下两个条件整定

（a）为保证过电流保护在正常运行时不动作，其动作电流应大于最大负荷电流，即

（b）保证过电流保护在外部故障切除后可靠返回，其返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护的最大自起动电流：

式中

Krel

为可靠系数，一般取1.15～1.25；

式中Kre为返回系数，一般取0.85；

式中Kss为自起动系数，一般取1.5～3。

整定电流Ⅲ段保护动作电流时取两式计算结果较大的值。

2.过电流保护灵敏系数校验

3.主保护与后备保护

主保护:满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度、有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护:主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。

近后备:当主保护拒动时由本电力设备或线路的另一套保护实现后备保护

远后备: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。

3.1.4电流保护的接线方式

定义：是指电流保护中电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。

1.三相三继电器完全星形接线2.两相两继电器不完全星形接线3．两相电流差接线接线系数：指流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值。

几种接线方式的特点:

①完全星形与不完全星形接线的接线系数为1；

②两相电流差接线的接线系数则随短路类型而变化，性能不好，一般不用于线路保护，仅用于电动机保护；

③完全星形接线和不完全星形接线中流入电流继电器的电流均为相电流，两种接线都能反应各种相间短路故障；

④完全星形接线还可以反应各种单相接地短路；

⑤不完全星形接线不能反应全部的单相接地短路（如B相接地）。如上图所示：由Ⅰ、Ⅱ段共同构成的主保护，最长的切除故障时间为0.5秒。

如k3处故障，P1Ⅰ段拒动，由Ⅱ段作为近后备跳开1QF。如k1处故障，P2或2QF拒动，P1Ⅱ段作为远后备跳开1QF。k2处故障，由P1Ⅲ段保护提供完整的远后备作用。3.1.5线路相间短路的三段式电流保护装置图1三段式保护原理接线图（a）原理图图1三段式保护原理接线图（b）展开图

三段电流保护是按单侧电源为基础进行分析的。随着电力工业的发展和用户对供电可靠性要求的提高，出现双侧电源供电的电网和单侧电源供电的环网，这种电网仅靠动作时限不同来获得选择性，是满足不了要求的。为了对这种电网所发生的故障进行选择性切除，提出了方向电流保护。在过电流保护的基础上加装一个方向元件，就构成了方向过电流保护。3.4电流方向保护图3-6双侧电源供电线路图在图3-6所示双侧电源供电的网络图中，各断路器上均装设了方向过电流保护。当D1点发生短路时，流过保护2的电流是由线路指向母线，保护2不应动作；而流过保护3的电流是由母线指向线路，保护3应该动作。当D2点发生短路时，流过保护2的电流是母线指向线路，保护2应动；而流过保护3的电流是由线路指向母线，保护3不应动。

图3-7方向过电流保护原理图

§3-3

输电线路接地故障保护在三相四线电路中，三相电流的相量和等于零，即Ia+Ib+IC=0

如果在三相四线中接入一个电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时，回路中有漏电电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，其相量和为：Ia+Ib+IC=I(漏电电流）

这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，就使灵敏继电器动作，作用于执行元件掉闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器，三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。零序电流、电压概念§3.3.1

中性点非直接接地电网零序保护产生零序电流的两个条件

1、无论是纵向故障（断线故障）、还是横向故障（短路故障）、还是正常时和异常时的不对称，只要有零序电压的产生；

2、零序电流有通路。

以上两个条件缺一不可。因为缺少第一个，就无源泉；缺少第二个，就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。

零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC

§3-3

输电线路接地故障保护继电保护技术§3.3.1

中性点非直接接地电网零序保护

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。

§3-3

输电线路接地故障保护继电保护技术§3.3.1

中性点非直接接地电网零序保护

1.绝缘监视

如下图所示，通过对母线零序电压的监视，可以知道电网是否有接地故障。当零序电压较大时，值班人员轮流拉开各出线的断路器，如果零序电压消失，说明所拉线路就是故障线路；如果拉开线路后，零序电流依然存在，说明所拉线路不是故障线路，则把所拉开线路断路器合上，继续拉下一条线路，直到零序电压消失。

§3.3.1

中性点非直接接地电网零序保护

由于零序电流很小，依靠零序电流构成保护，其灵敏度往往达不到要求。一般采取如下措施：2.零序保护

通过对零序电流与零序功率方向的综合判断来确定故障线路。

3.小电流接地选线

小电流接地选线功能的实现采用的设计思路是：“分散采集、集中判别”。在单相接地（出现零序电压）时启动选线功能。首先把各出线的零序电流计算出来，然后计算各出线的零序电压与零序电流夹角。然后选出零序电流大小与夹角大小选出故障线路。该方法需要收集各条出线的零序电流与母线的零序电压。

§3.3.1

中性点非直接接地电网零序保护§3.4

中性点直接接地电网零序保护3.4.1零序电流和零序电压的获取方法

1.零序电流的获取方法

（1）微机保护自产：微机保护根据数据采集系统得到的三相电流值再用软件进行相加得到值。

（2）微机保护外接：如下图所示

外接与自产两种方式都采用，通过两种方式得到的值比较可以检测数据采集系统是否正常。

2.零序电压的获取方法

(1)从TV开口三角处获取

可由三个单相电压互感器或三相五柱式电压互感器的次级绕组接成开口三角，即首尾相连得到的电压就是3U0电压。

发电机中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，可以通过它们的二次侧也可取得零序电压。

(2)自产3U0方式

微机保护根据数据采集系统得到的三相电压值再用软件进行矢量相加得到3U0值，在线路保护中3U0主要用于接地故障时判别故障方向。

3.4.2零序电流保护

作为接地短路保护的后备保护，一般配置三段式或四段式零序电流保护。

（1）零序电流Ⅰ段为速动段保护；

（2）零序电流Ⅱ段为带时限零序电流速段保护；

（3）零序电流Ⅲ段为零序过电流保护。

1.零序电流速断保护（零序电流I段）

无时限零序电流速断保护工作原理，与无时限电流速断保护相似，靠整定零序电流的大小来获得选择性。

当在被保护线路MN上发生单相或两相接地短路时，故障点沿线路MN移动时，流过M处保护的最大零序电流变化曲线如图(b)所示，为保证保护的动作选择性，零序电流I段保护区不能超出本线路，其动作电流按下述原则整定：

（1）躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时流过本线路的最大零序电流。

即：ⅠⅠop1=KⅠrel3Ⅰ0.max（1）

计算3Ⅰ0.max求取的条件：

①故障点应选取线路末端

②故障类型应选择使得零序电流最大的一种接地故障，当X1∑＞X0∑采用两相接地短路，X1∑

＜X0∑采用单相接地。

③整定时应按照最大运行方式考虑，即系统的零序等值阻抗最小。

（2）躲过手