大学课件 电力系统继电保护 单侧电源网络相间短路的电流保护.ppt
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1、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,继电器是一种能自动执行断续控制的部件,当其输入量达到一定值时,能使其输出的被控制量发生预计的状态变化,如触点打开、闭合或电平由高变低、由低变高等,具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。,2.1.1 继电器,1. 继电器的分类和要求,按照动作原理可分为:,按照反应的物理量可分为:,按照作用可分为:,电磁型 感应型 整流型 电子型 数字型,电流继电器 电压继电器 功率方向继电器 阻抗继电器 频率继电器 瓦斯(气体)继电器,起动继电器 量度继电器 时间继电器 中间继电器 信号继电器 出口继电器,2. 过电流继电器,过电流继电器是实
2、现电流保护的基本元件,也是一个反映电气量而动作的简单继电器的典型,它是一个量度继电器。,量度继电器,过量继电器,欠量继电器,过电流继电器 过电压继电器 高周波继电器,低电压继电器 阻抗继电器 低周波继电器,过流继电器框图,来自电流互感器二次侧,加入继电器的电流,根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值,为使继电器具有普遍的使用价值,动作值可以调整,小延时作用:对于电子型和数字型继电器,动作速度快,功率小,为提高动作 的可靠性,防止干扰信号引起的误动作,要考虑测量值大于动作值的持续时间23ms,才能动作于输出。,继电器根本不动作,继电器能够突然迅速地动作,稳定可靠输出低电平或闭合其触点.,继电器
3、又能突然地返回原位,稳定可靠输出高电平,或触点重新打开.,继电特性图,3. 继电器的继电特性,继电特性无论起动和返回,继电器的动作都是明确干脆的,它不可能停留在某一个中间位置。,动作,返回,返回电流与启动电流的比值称为继电器的返回系数,k,过量继电器、欠量继电器的返回系数,2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征,最大负荷电流正常运行时,各条线路中流过所供的负荷电流,越靠近电源侧的线路,流过的电流越大。负荷电流的大小,取决于用户负荷接入的多少,当用户的负荷同时都接入时,形成最大负荷电流。,短路电流=短路工频周期分量(主要)+暂态高频分量+衰减直流分量,电流保护采用工频周期分量电流构成,可
4、近似认为是起始次暂态电流,短路工频周期分量可以用下式近似计算,短路类型系数,三相短路取1,两相短路取,系统等效电源的相电势,保护安装处到系统等效电源之间的阻抗,短路点到保护安装处之间的阻抗,最大运行方式在相同地点发生相同类型的短路时,流过保护安装处电流最大,对继电保护而言称为系统最大运行方式,对应的系统等值阻抗最小。 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电流最小,对继电保护而言称为系统最小运行方式,对应的系统等值阻抗最大。,利用流过保护安装处电流幅值的大小来区分正常与短路运行状态,实现的保护简单可靠、方便易行。构成完善的电流保护时必须考虑的因素:,1. 电力系统运行方式(Z
5、s)的变化; 2. 电力系统正常运行状态(E)的变化; 3. 不同的短路类型; 4. 随短路点距等值电源的距离变化,短路电流连续变化,越远电流越小,并且在本线路末端和下级线路出口短路,短路电流没有差别。,2.1.3 电流速断保护,概念:对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护,称为电流速断保护,1 工作原理(以保护2为例),对于保护2而言希望:,本线路末端k1点发生故障时,保护2能够瞬时动作切除.,而当相邻线路BC的始端k2点短路时,按选择性的要求,速断保护2不应动作,k1点、k2点短路时,保护2中流过电流相同,希望不能同时实现,解决办法,优先保证选择性, 即k2点短路时,保护2不动作。 按躲
6、开下一条线路出口处短路的条件整定 保护2的整定电流须大于下一条线路出口处短路的最大短路电流 本线路末端短路时保护不能起动,按躲开下一条线路出口处短路的条件整定指在继电保护技术中,从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动。 保护装置的整定电流对反应电流升高而动作的电流速断保护而言,能使该保护装置起动的最小电流值,以 表示。 保护不能起动的范围随运行方式、故障类型的变化而变化。在各种运行方式下发生各种短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围称为最小保护范围。,2 电流速断保护的整定计算原则,动作电流的整定 动作时间的整定 保护范围的校验,以保护1为例:其整定的动作电流 必须
7、大于k4点短路时可能出现的最大短路电流,即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时电流,即: 动作电流为: 继电器的二次动作电流:,速断保护的动作时间取决于继电器本身固有的动作时间,一般小于10ms,保护范围的校验最小的保护范围在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下,应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围,要求大于被保护线路全长的15%20%。 保护的最小范围可按下式求出: 电流速断保护的最小保护线路长度 线路单位长度的正序阻抗,3 电流速断保护的构成,动作过程:,过电流继电器接于电流互感器TA的二次侧,当流过它的电流大于它的动作电流后,比较环节KA有输出。在某些特殊情况下需
8、要闭锁跳闸回路,设置闭锁环节。当比较环节KA有输出并且不被闭锁,与门有输出,发出跳闸命令的同时,起动信号回路KS,4 电流速断保护的主要优、缺点,优点:简单可靠+动作迅速 缺点:不能保护线路全长+保护范围受运行方式影响,灵敏性与速动性的矛盾,长线路:始端和末端短路电流差别较大 短路电流变化曲线较陡 保护范围较大 短线路:始端和末端短路电流差别较小 短路电流曲线变化平缓 保护范围较小,系统运行方式变化很大时 以保护2电流速断为例:,按最大运行方式下保护选择性的条件整定,最小运行方式下没有保护范围,但在个别情况下,有选择性的电流速断也可以保护线路全长:如下所示,例如当电网的终端线路上采用线路变压器
9、的接线方式时,速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处K1点短路来整定: 变压器的阻抗较大 K1点的短路电流就大为减小 电流速断可以保护线路A-B的全长及变压器的一部分,1 工作原理 限时速断保护带有时限动作的电流保护,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。 要求: (a)在任何情况下能保护本段线路的全长,并且有足够的灵敏性; (b)力求具有最小动作时限; (c)在下级线路短路时,保证下级保护优先切除故障,满足选择性要求。,2.1.4 限时速断保护,以下图中保护2的限时速断保护为例进行分析:,保 护 2,保护线路全长,保证选择性,保护范围须延伸至下一条 线路中
10、,动作须带一定时限,首先考虑与下级线路的 速断保护配合,与下级线路限时电流速断 保护配合,保护范围不超过下级 线路速断保护的范围,动作时限比下级线路的 速断保护高一个时间阶梯,保护范围不超过下级 限时速断保护的范围,动作时限比下级线路的 限时速断保护高一个 时间阶梯,灵敏性不足,本线末端短路,力求动作时限最短,2. 限时电流速断保护的整定,保护2的限时电流速断不应超出保护1电流速断的范围M点,因此在单侧电源供电的情况下,它的起动电流就应该整定为,是否取“=”?,(1)起动电流,若正好遇上如下情况:,保护1的电流速断 出现负误差,保护范围比计算值缩小,保护2的电流速断 出现正误差,保护范围比计算
11、值增大,保护1的电流速断不起动 保护2的限时速断起动,计算的保护范围末端短路时,失去 选择性,为避免这种情况发生,就不能采用两个电流相等的整定方法,而必须采用 :,引入可靠性配合系数 ,则得 一般取1.11.2,(2)动作时限的选择,限时速断的动作时限 应选择得比下一条线路速断保护的动作时间 高出一个时间阶梯 ,即,包括,故障线路断路器的跳闸、灭弧时间,故障线路保护时间继电器实际动作时间比整定时间 大的正误差,保护2中时间继电器可能比预定时间提早动作 的负误差,保护2测量元件外部故障切除后由于惯性不能 立即返回的延时,考虑一定的裕度,位于0.30.5之间,多取0.5s,微机保护取0.3s,限时
12、电流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,用灵敏系数Ksen来衡量。,3 保护装置灵敏性的校验,对于反应数值上升而动作的过量保护装置,灵敏系数Ksen定义,对保护2限时速断,应采用系统最小运行方式下线路AB末端发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值,设此电流为I(2)k.B.min,则:,要求 Ksen1.31.5,当校验灵敏系数不能满足要求时,那就意味着将来真正发生内部故障时,由于不利因素的影响保护可能起动不了,达不到保护全长的目的,这是不允许的。 为了解决这个问题,通常都是考虑降低限时电流速断的整定值,使之与下一条线路的限时电流速断相配合,这样
13、其动作时限就应选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个级差 ,一般取为11.2s。此时,可见,保护范围的伸长,必然导致动作时限的升高。,4 限时速断保护的单相原理框图,KA起动,与门2起动,跳闸,KA返回,保护复归,发信号,无闭锁信号,经 延时,故障仍存在,在 以前,故障切除,2.1.5 定时限过电流保护,过电流保护通常指其起动电流按照躲开流过本线路的最大负荷电流来整定的一种保护装置,它不仅能保护本线路的全长,而且也能保护相邻线路的全长,以起到后备保护的作用.,它可作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护,同时又可作为本线路主保护拒动时的近后备保护,也作为过负荷时的保护。,过电流保护,
14、定时限过电流保护,反时限过电流保护,1 工作原理和起动电流计算,起动电流 的计算,在正常情况下各条线路上 的过电流保护绝不动作,在外部故障切除后电压恢复, 负荷自起动电流作用下保护 装置必须能够返回,过电流保护装置的起动电流,过电流保护装置的返回电流,线路上出现的最大负荷电流,外部故障切除后电压恢复时负荷自起动电流,单侧电源放射形网络中过电流保护动作情况说明,K2点短路,保护2、3、4、 5均起动,A、B、C母线所接 负荷电动机被制动,保护2动作切除 故障,短路电流流经保护2、3、4、5,电压降低,按选择性要求,电流减小,电压 恢复,自起动电流,电动机自起动,保护返回,电动机自起动电流要大于它
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