第1單元-輸電線路階段式繼電保護

第1單元-輸電線路階段式繼電保護第一頁，共38頁。第1單元輸電線路的階段式繼電保護1-1階段式繼電保護基本原理為了滿足輸電線路繼電保護的選擇性、快速性、可靠性和靈敏性，輸電線路通常采用階段式保護。即把繼電保護分為若干部分，每一部分稱為一“段”。通常分為3段。階段式繼電保護包括：①.Ⅰ段：瞬時速斷保護，保護范圍只包括線路全長的85％左右。保護瞬時動作。②.Ⅱ段：帶時限（限時）速斷保護，保護范圍必須包括線路全長，并會延伸至相鄰下一線路首端部分。保護延時動作，即要與相鄰下級Ⅰ段保護配合動作。③.Ⅲ段：后備保護，保護范圍包括本線路全長、相鄰下級線路全長，甚至更遠。保護延時動作，要與相鄰下級Ⅲ段保護配合。第二頁，共38頁。三段式繼電保護基本原理每一線路裝設有三段式繼電保護，Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段之間，并與相鄰線路三段式繼電保護共同構成了較完善的保護系統(tǒng)。第三頁，共38頁。1-2階段式電流保護電流保護的基本思想：利用電氣元件短路故障時電流增大的特征構成。電力系統(tǒng)中的各種電氣元件短路故障后，電流都會增大，利用電流增大的特征就可以構成電流保護。電流保護是繼電保護中一種最基本、最重要的保護。電力系統(tǒng)短路故障的基本特征是：電流增大、電壓降低。第四頁，共38頁。一、階段式電流保護的構成原理1、電流互感器電流互感器的作用是測量一次側線路的大電流，把一次側線路的大電流線性轉(zhuǎn)換為二次側的小電流，以供繼電保護使用。電流互感器二次側回路不允許開路。電流互感器二次側額定電流有5A和1A兩種。第五頁，共38頁。電流互感器的極性和一、二次電流的正方向電流互感器極性定義：電流互感器一次側電流從正極性端流入時，二次側電流從正極性端流出；或電流互感器一次側電流從反極性端流入時，二次側電流從反極性端流出。一次、二次側電流同相位，并滿足電流互感器的極性反映了電流互感器一、二次側電流的正方向。第六頁，共38頁。電流互感器的內(nèi)部結構電流互感器的一次繞組一般是由扁鋁線彎成的“U”字形，其二次繞組與一次繞組的結構如下圖所示。電流互感器的準確級的分類：（1）測量用電流互感器：a）0.2級，電流誤差小于0.2％，相角誤差小于10'b）0.5級，電流誤差小于0.5％，相角誤差小于30'（2）繼電保護用電流互感器：a）P類（穩(wěn)態(tài)保護用）b）TP類（暫態(tài)保護用）第七頁，共38頁。電壓互感器電壓互感器也是一種小型變壓器，其一次繞組并聯(lián)于一次系統(tǒng)中，把一次系統(tǒng)的大電壓線性轉(zhuǎn)變?yōu)槎蝹鹊男‰妷骸ｋ妷夯ジ衅鞯亩晤~定線電壓為100V，額定相電壓為57.7V。110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中廣泛采用電容式電壓互感器。電磁型電壓互感器的工作原理第八頁，共38頁。1．電磁型過電流繼電器

是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反應于一個電氣量而動作的簡單繼電器的典型。工作特性：（a）動作特性：，過電流繼電器動作（觸點閉合）（b）返回特性：，過電流繼電器返回（觸點打開）動作電流Iact.J:使繼電器動作的最小電流返回電流Ire.J:使繼電器返回（恢復原位）的最大電流

返回系數(shù)2、常用的繼電器符號第九頁，共38頁。返回系數(shù)：

繼電器的工作特性曲線“繼電特性”：繼電器的動作是明確的，例如觸點只能處于閉合和斷開位置。無論起動和返回，繼電器不可能停留在某一個中間位置。第十頁，共38頁。一種電磁型過電流繼電器動作：IJ>=Iact.J，觸點閉合返回：IJ

Ire.J，觸點打開返回系數(shù)：電流繼電器符號第十一頁，共38頁。2、電磁型電壓繼電器

a）過電壓繼電器，電壓升高動作，b）低電壓繼電器，電壓降低動作，3、電磁型時間繼電器

作用是建立必要的延時，以保證保護動作的選擇性和某種邏輯關系。下圖為延時閉合常開時間繼電器的兩種符號形式。①延時動作。線圈通電后主觸點經(jīng)過一段延時后閉合。②瞬時返回。對正在動作的繼電器，一旦線圈所加電壓消失，則迅速返回原始狀態(tài)。4、電磁型中間繼電器起中間橋梁作用①觸點容量大，可直接用作于驅(qū)動跳閘回路。②觸點數(shù)目多第十二頁，共38頁。5、電磁型信號繼電器作為裝置動作的信號指示，標示裝置所處的狀態(tài)或接通燈光信號（音響）回路。信號繼電器的觸點自保持，由值班人員手動復歸或電動復歸。第十三頁，共38頁。二、電磁型階段式電流保護裝置1.瞬時電流速斷保護（電流Ⅰ段）定義：是僅反映電流增大而瞬時動作的保護。為提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，保證向重要用戶的可靠供電，防止短路電流損壞故障設備，要求各種電氣設備必須配備瞬時電流速斷保護（電流Ⅰ段），以快速切除故障。（1）瞬時電流速斷保護（電流Ⅰ段保護）；（2）限時電流速斷保護（電流Ⅱ段保護）；（3）定時限過電流保護（電流Ⅲ段保護）。是反映直接測量的線電流增大而瞬時動作的保護。第十四頁，共38頁。電流速斷保護中的過電流繼電器I1反映一次線路側電流I增大而動作，跳開斷路器QF。電流速斷保護（電流Ⅰ段）的單相原理接線圖第十五頁，共38頁。（1）電流速斷保護（電流Ⅰ段）的動作原理從電流Ⅰ段保護的單相接線圖可見，決定保護動作的關鍵因素是過電流繼電器I1，過電流繼電器I1觸點閉合則斷路器跳閘線圈TQ通過電流，斷路器QF斷開。過電流繼電器I1的動作電流由短路電流確定，就是該電流Ⅰ段保護的動作電流整定值。電流Ⅰ段保護的動作電流整定值是由其保護范圍決定的，約等于保護范圍最末端的最小短路電流。第十六頁，共38頁。a三相短路線電流計算E

-系統(tǒng)等效電源的相電勢

-短路點至保護安裝處的阻抗，－線路每公里的阻抗－保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的系統(tǒng)阻抗輸電線路相間短路電流計算第十七頁，共38頁。b兩相相間短路線電流計算

輸電線路相間短路電流計算相同地點發(fā)生兩相相間短路是三相短路電流的倍。第十八頁，共38頁。輸電線路上不同地點短路電流的變化曲線從短路曲線可見，短路點離保護安裝處越遠，短路電流越小。母線A處三相短路電流為：第十九頁，共38頁。（2）電流速斷保護（電流Ⅰ段）的整定原則①動作（起動）電流整定值躲開本線路AB段末端（或相鄰下一線路出口處）B處最大短路電流。即大于本線路末端（即母線B處）的最大短路電流。②動作時限整定值，是電流Ⅰ段的可靠系數(shù)，取1.2~1.3對上圖中的電流速斷保護1進行整定計算。所以電流Ⅰ段只能保護本線路首端一部分。第二十頁，共38頁。電流速斷保護（電流Ⅰ段）的動作（起動）電流整定值以電流速斷保護1為例。是本線路末端B處最大短路電流。產(chǎn)生本線路末端B處最大短路電流的條件：①系統(tǒng)處于最大運行方式系統(tǒng)的最大運行方式：流過該保護裝置的短路電流最大.系統(tǒng)阻抗最小，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)多。

系統(tǒng)的最小運行方式：流過該保護裝置的短路電流最小.系統(tǒng)阻抗最大，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)少。②短路形式是三相短路同一地點的三相短路電流大于兩相短路。第二十一頁，共38頁。電流速斷保護（電流Ⅰ段）的保護范圍1、最大保護范圍出現(xiàn)在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路；2、最小保護范圍出現(xiàn)在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路。：最大保護范圍。：最小保護范圍。從左圖可見：電流保護的實際保護范圍會隨著運行方式和短路類型的變化而變化。第二十二頁，共38頁。特例：當線路與變壓器組相連接時，電流速斷保護可以保護線路的全長，并能夠保護變壓器的一部分優(yōu)點:簡單可靠,動作迅速

缺點:（1）不能保護本線路全長。

（2）保護范圍受影響：（a）系統(tǒng)運行方式；

（b）短路類型。（3）電流速斷保護（電流Ⅰ段）的優(yōu)缺點第二十三頁，共38頁。2、限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）

定義：能夠以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障。特點：

·保護線路的全長；·具有最小的動作時限。（1）工作原理以限時電流速斷保護1為例。由于要求保護本線路全長，則保護范圍必然延伸到下一線路出口。為了保證選擇性，需帶時限。比下一線路電流速斷保護延時t。第二十四頁，共38頁。（2）限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）的整定原則①起動電流整定值

限時電流速斷保護1的保護范圍不應超過保護2的Ⅰ段保護范圍（電流Ⅱ段可靠系數(shù)）②動作時限（

△t＝0.5s），一般

時限特性（d2故障雖保護2限時電流速斷起動但不動作）

靈敏度校驗

（按最小運行方式、本線路末端兩相相間短路電流來校驗）若不滿足,考慮與保護1的限時電流速斷配合。第二十五頁，共38頁。限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）的動作特性和時限特性第二十六頁，共38頁。（3）原理接線圖

限時電流速斷保護的單相原理接線圖第二十七頁，共38頁。（4）電流Ⅱ段保護優(yōu)缺點：優(yōu)點：靈敏度好，能保護線路全長。缺點：帶0.5秒左右的延時，速動性較差；不能做下一段線路的遠后備,需要加裝過電流保護。

電流Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)合工作就可以保證全線路的故障在0.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足速動性的要求，可以作為“主保護”。第二十八頁，共38頁。3.定時限過電流保護（電流Ⅲ段）

作為后備保護：（1）近后備－保護本線路全長（2）遠后備－保護相鄰下一線路全長

整定：按照躲開（大于）最大負荷電流整定，定值較低。起動電流按照躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置。定時限過電流保護在正常運行時不應起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應于電流的增大而動作。一般情況下能夠保護本線路全長，下一線路全長，甚至下級更遠的線路。第二十九頁，共38頁。（1）定時限過電流保護的整定計算原則①起動電流整定值起動電流整定值應滿足：·大于最大負荷電流：·外部k點故障切除后保護裝置能夠可靠返回，即返回電流要滿足以定時限過電流保護1為例。要求（a）躲開最大負荷電流（b）在外部故障切除后，電動機M發(fā)生自起動時仍然能夠返回，即MMABC23415第三十頁，共38頁。

－可靠系數(shù)，1.15～1.25

－返回系數(shù)，0.85－自起動系數(shù)，與負荷性質(zhì)與接線有關，大于1②動作時限

階梯型的時限特性：，一般第三十一頁，共38頁。定時限過電流保護：動作時限與短路電流的大小無關,動作時限是人為事先整定的。定時限過電流保護（電流Ⅲ段）由于時限的配合原因，造成故障靠電源越近，短路電流越大，過電流保護切除故障的時間越長，這是其缺陷。

反時限電流保護：也是一種過電流后備保護，其動作時間是電流的函數(shù)。電流小時，動作時間長；電流大時，動作時間短。是瞬時動作電流；是起動電流；是瞬時動作觸點閉合時間。第三十二頁，共38頁。電流Ⅰ段：（1）保護本線路首端一部分；（2）瞬時動作，即動作時限為0s。電流Ⅱ段：（1）保護本線路全長及相鄰下一線路首端部分，但不超過下一條線路電流Ⅰ段的保護范圍；（2）延時t動作，一般動作時限為0.5s。電流Ⅲ段：（1）保護本線路全長，下一級線路全長，甚至更遠；（2）延時動作，一般動作時限為：三段式電流保護總結第三十三頁，共38頁。三、電流保護的接線方式定義：

電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。（a）三相星形接線方式；（b）兩相星形接線方式①每相上均裝有CT和LJ、Y形接線②LJ的觸點并聯(lián)（或）①一相上不裝設CT和LJ、Y形接線②LJ的觸點并聯(lián)（或）（接A、C相）分為兩種（1）三相星形接線方式；（2）兩相星形接線方式第三十四頁，共38頁。2、應用場合三相星形接線：1、應用在中性點直接接地的電網(wǎng)中，如110kV及以上的電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。2、廣泛應用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重設備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。兩相星形接線：1、由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，因此在中性點非直接接地電網(wǎng)中（輻射線路較普遍）廣泛使用，如35kV及以下的電網(wǎng)中。2、如果選用兩相星形接線方式，在所有的線路上將保護裝置安裝在相同的兩相上。以保證在不同的線路上發(fā)生兩點及多點接地時，能切除故障。

第三十五頁，共38頁。1LJ