电力系统继电保护原理

1、,电 力 系 统继电保护原理,石家庄铁道大学四方学院,第 二 章 电网的电流保护 Overcurrent Protection,第二章 电网的电流保护,2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 2. 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护,2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护,2.1.1继电器,继电器是一种能自动执行通断操作的部件。当输入量达到一定数值时，能使其输出的被控制量（如触点、电平）发生预计的状态变化。,1. 继电器的分类、表示方法和要求,继电器的文字符号及图形符号,常用继电器和保护装

2、置示例,常用继电器和保护装置示例,工作可靠，动作过程具有继电特性,对继电器的基本要求：,常开触点：输入电量不足时触点打开。,常闭触点：输入电量不足时触点闭合。,2. 过电流继电器的原理框图,图2.1过电流继电器原理框图,3.继电器的继电特性：,0.850.9,Iop,Ire,闭合,断开,图2.2继电特性曲线,继电特性：继电器的输入信号从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值，继电器立即动作。一旦触点闭合，输入量继续增大，继电器状态将不再变化。当输入量下降到某值，继电器立即释放。,110kV及以上电压等级的电网，主要承担输电任务，形成多电源环网，采用中性点直接接地方式，其主保护一般由纵联保护担任，

3、全线路任意一点故障都能快速切除,110kV及以下电压等级的电网，主要承担供、配电任务，通常采用双电源互为备用，正常时采用单侧电源供电运行方式。一般采用中性点非直接接地方式，其主保护一般由阶段式动作特性的电流保护担任,2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征,短路电流工频周期分量：,系统等效电源的相电动势,短路类型系数，三相短路取1,两相短路取,短路点至保护安装处的阻抗,保护安装处到系统等效电源的阻抗,（1）正常运行状态（E）,流过保护2的短路电流和哪些因素有关呢？,最大方式三相短路,最小方式两相短路,（3）运行方式,（2）短路点位置,（4）短路类型,ZS.min,ZS.max,1,2,系统

4、最大运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，对应的系统等值阻抗最小，与此对应的系统运行方式。,系统最小运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，对应的系统等值阻抗最大，与此对应的系统运行方式。,小结,继电保护的基本原理及其组成 继电保护的工作配合 对继电保护的基本要求 主保护、近后备保护、远后备保护 故障的切除时间 电力系统的各序对称分量,小结,继电保护的文字符号和图形 继电器的继电特性 返回系数 单侧电源供电网络中，短路电流最大值和最小值的计算 电力系统的最大和最小运行方式,2.1.3 电流速断保护（电流段）,对于仅反应于电流增大而瞬时动作的

5、电流保护，称为电流速断保护。它是三段式电流保护的第段。,整定计算的三要素,整定值 动作时限 灵敏性校验,保护装置的整定电流是电力系统一次侧的参数表示。当被保护线路的一次测电流达到这个数值时，安装在该处的保护装置就能动作,按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。,以保护2为例：,按IKB.min整定：能保护线路AB全长 ,又能躲过下一条线路出口, 按躲过相邻下一条线路出口短路(k2)时可能出现的最大短路电流来整定,可保证BC线路故障时保护2不误动。,k2点短路保护会误动。,一、工作原理,选择性,个别情况，快速切除故障是首要条件，就采用无选择性的速断保护，而需要通过自动重合闸来纠正无选择性动作。,

6、最小保护范围：在各种运行方式下，发生各种短路，保护都能切除故障的短路点位置的最小范围,二、电流速断保护的整定计算原则,1.动作电流的整定,选择性：动作电流必须大于最大运行方式下三相短路电流,二次动作电流：,一次动作电流：,t 2I= 0 s,动作时限：,是理想情况,电流互感器变比,电流互感器接线方式,保护范围随运行方式、故障类型的变化而变化。,2.保护范围的校验：,计算最小保护范围 lmin% ( 15% -20%),解析法求最小（最大）保护范围：,保 护 2,保 护 1,最小保护范围校验,三、电流速断保护的构成,电流互感器,电流继电器,中间继电器,信号继电器,跳闸线圈,缺点:,四、电流速断保

7、护优缺点：,优点:,简单可靠,动作迅速,不能保护本线路全长；，并且保护范围直接受运行方式变化的影响,失去保护范围：运行方式变化较大、短线路。,个别情况下（线路变压器组连接），可以保护线路的 全长，并能够保护变压器的一部分。,用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备。它是三段式电流保护的第II 段。,2.1.4 限时电流速断保护（电流段）,一、工作原理,保护线路的全长，足够的灵敏度； 具有最小的动作时限。 在下级线路短路时，保证下级优先切除故障，满足选择性要求,灵敏度：保护范围必然延伸。 选择性：带时限,比下一线路电流速断保护高t。,二、限时速断保护的整定,1.启动电流

8、的整定,限时的速断保护不应超出下一条线路的电流速断保护,一次起动电流计算:,M,动作时限:,.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,t 通常取为0.5s,保护装置的惯性误差（断路器的跳闸时间、灭弧时间）,后一级保护动作的正误差（保护可能延后动作）,动作时限的确定原则,前一级保护动作的负误差（保护可能提前动作）,前一级保护装置的测量元件在外部故障切除后，由于惯性影响而不能立即返回的延时.,考虑一定的裕度,为保护线路全长，限时速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，通常用灵敏系数来衡量。,三、保护装置灵敏性的校验,校验条件：,最小

9、方式、本线末端两相相间短路,若不满足,考虑与保护1的限时电流速断配合:,四、限时电流速断保护单相原理接线：,电流互感器,电流继电器,时间继电器,信号继电器,跳闸线圈,限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长； 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性；,五、限时电流速断保护优缺点：,电流、段联合工作就可以保证全线路的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足速动性的要求，可以作为“主保护”。,缺点:,优点:,灵敏度好，能保护线路全长。 可作为I段的近后备保护,速动性较差（延时）；,主保护：具有快速切除全线路各种故障的能力的保护,不能做下一段线路的远后备,小结,电流速断保护的整定原则和接线原理

10、图 最小保护范围的定义、计算和校验 电流速断保护的优缺点 限时电流速断保护的整定原则和接线原理图 动作时限的确定原则 限时电流速断保护灵敏性校验 限时电流速断保护的优缺点,思考问题：电流速断保护只能保护本线路一部分，限时电流速断能保护本线路全长，但不能做为相邻线路的远后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？,2.1.5 定时限过电流保护（电流III段）,过电流保护：启动电流按躲开最大负荷电流整定 定时限过流保护：保护启动后出口动作时间是固定 的整定时间 反时限过电流保护：出口动作时间与电流的倍数相 关，电流越大，出口动作越快,过电流保护它是三段式电流保护的第段。 该保护不仅能保护本线路全长，且能

11、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线路保护的远后备保护。,定时限过电流保护 定义：其动作电流按躲过被保护线路的最大负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则进行整定以实现过电流保护的动作选择性，并且其动作时间与短路电流的大小无关。,动作电流整定：,启动电流大于最大负荷电流 返回电流大于负荷自启动电流（电动机自启动）,最大负荷电流：,外部故障切除后，负荷在自启动电流作用下保护装置能够可靠返回:,一、工作原理和启动电流的计算,Iop,Ire,Iop,Ire,二、按选择性的要求整定过电流保护的动作时限整定：,缺点：故障越近电源端，故障电流越大，切除时 限反而越长，不满足速动性

12、要求！,阶梯型的时限特性：,三、过电流保护灵敏系数的校验：,校验条件：,最小运行方式， 本线路（相邻线路）末端相间短路。,校验条件：,最小运行方式， 本线路（相邻线路）末端相间短路。,- 灵敏度应相互配合：靠近故障点保护灵敏度高,四、过电流保护单相原理接线：,第III段的动作电流比第、段的动作电流小得多，其灵敏度比第、段更高； 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性； 保护范围是本线路和相邻下一线路全长； 电网末级线路保护亦可简化（III或III），越接近电源，动作时限越长，应装设三段式保护（II+III） 。,五、定时过电流保护优缺点：,缺点：,故障靠电源越近，短

13、路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长。,优点：,简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。,电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护的区别：按照不同的原则来选择启动电流。,电流速断保护按躲开本线路末端的最大短路电流来整定。 限时电流速断保护按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定。 过电流保护按照躲开本元件最大负荷电流来整定,电流速断保护不能保护线路全长。,因此常将电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起构成阶段式电流保护,限时电流速断保护又不能作为相邻元件的远后备保护,定时限过电流保护可以作为本线路和相邻线路的后备保护，但动作时间太长,两段式电流保护（电流速断保

14、护和过电流保护）和三段式电流保护（电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护）,2.1.6阶段式电流保护的配合及应用,阶段式电流保护的配合及应用,阶 段 式 电 流 保 护 的 配 合 及 应 用,也是一种过电流保护，其动作时间是电流的函数。,电流越小，动作时间越长； 电流越大，动作时间越短。,2.1.7 反时限过电流保护（电流III段）,2.1.8电流保护的接线方式,定义：电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。,一、两种常用的接线方式,二、两种接线方式在各种故障时的性能分析,1.各种相间短路 中性点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电器数目不同。,2.中性点直接

15、接地系统单相接地短路 两相星形接线不能反应的B相接地短路（但有专门的接地保护）。 三相星形接线可反应各种单相接地故障.,3.中性点非直接接地系统两点接地短路 小电流接地系统，允许单相接地时继续短时运行， 希望只切除一个故障点。,串联线路,辐射线路,性能比较,C,4. Y/接线变压器后面的短路(A、B相),降压变压器 低压 Y高压,当过电流保护接于降压变压器的高压侧（星型）作为低压侧（三角型）线路的后备时:,(1) 三相星形接线可使灵敏系数增大一倍；,(2) 两相星形接线的灵敏系数只能由A,C相决定，较 三相星形接线灵敏系数降低一半。,当过电流保护接于升变压器的低压侧（三角型）作为高压侧（星型）

16、线路的后备时:,(1) 三相星形接线可使灵敏系数增大一倍；,(2) 两相星形接线的灵敏系数只能由A,C相决定，较 三相星形接线灵敏系数降低一半。,措施：在中线上接入一个继电器，以提高灵敏系数。,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 护时，如果保护采用两 相星形接线方式，则由 于B相没有装设继电器， 因此灵敏度要比采用三 相星形接线方式要降低 50 。为了提高灵敏 度，采用两相三继电器 接线方式。,两相三继电器接线方式,三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。,三、 不同接线方式的应用, 两相星形接线时，应在

17、所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都装于A、C相上），以保证在不同的线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。,两相星形接线：由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地和非直接接地电网中（辐射线路较普遍）广泛使用。,四. 三段式电流保护接线图举例,（a）原理接线图,（b）交流回路展开图,(c) 直流回路展开图,五. 三段式电流保护的评价及应用,选择性：通过动作电流、动作时间来保证选择性。 单电源辐射网络上可保证获得选择性； 多电源网络上在某些特殊情况下才获得选择性。 速动性：速断和限时速断保护动作是迅速的； 过电流保护则常常不能满足速动性的要求。 灵敏性：运行方式变化较大时，速断保护往往不能满足要求。 被保护线路很短时，电流速断保护常为零。 长距离重负荷线路过电流保护的灵敏度常常也很小。 灵敏度差是电流保护的主要缺点。 可靠性：继电器简单、数量少，整定计算和校验容易。 可靠性好是它的主要优点。 应用：主要用在35kv及以下的单电源辐射网上。,小结,定时限过电流保护的整定原则和接线原理图 定时限过电流保护动作时限整定