继电保护装置运行与调试项目三 输电线路阶段式电流课件.ppt

项目三 输电线路阶段式电流电压保护运行与调试,内容,任务一 三段式电流保护构成与运行任务二 低电压启动的过电流保护任务三 方向电流保护任务四 接地保护,任务一 三段式电流保护构成与运行,【任务描述】,某35kV/10kV变电所中，35kV母线有两路进线、两路出线，10kV母线有两路进线、多路出线，在其中一路输电线路上设置三相短路故障点，故障点的位置可设置在线路首端、20%、50%、80%、末端处，试为该10kV输电线路配置电流保护方案。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,电流保护就是利用电力系统短路或异常工况下电流增大的特征所构成的继电保护。最原始形态的继电保护熔断器就是一种电流保护。最简单的电流保护是反映相电流的三段式，即电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,一、（无时限）电流速断保护（电流段） 1、含义 电流速断保护是指动作电流按躲开保护范围末端最大三相短路电流整定，不带动作时限的电流保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-1 电流速断保护的单相原理接线图,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,上图中，中间继电器KM的作用： 增大KA的触点容量，接通跳闸回路 线路中有管型避雷器，防止大气过电压造成放电而短时短路使保护误动，引入延时。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-2 电流速断保护动作特性的分析,短路点离电源越近，短路电流越大。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,最大运行方式 就是在选定的短路计算点短路时，系统等值阻抗最小，而通过所研究的设备的短路电流为最大的运行方式。最小运行方式 就是在选定的短路计算点短路时，系统等值阻抗最大，而通过所研究的设备的短路电流为最小的运行方式。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,2、保护范围 不能保护线路的全长，并且电流速断保护范围直接受系统运行方式的影响。最大运行方式下三相短路时保护范围最大，最小运行方式下两相短路时保护范围最小。,线路全长,最小运行方式下两相短路时的保护范围,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,3、动作时限 电流速断保护仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，因此又被称为无时限电流速断保护。在时间上就不需要与下一段线路配合。,没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,4、整定原则 动作电流按躲开下一条线路出口处的最大短路电流计算。 5、整定计算,可靠性系数，一般取1.21.3,最大运行方式下的三相短路电流,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,6、对电流速断保护的评价 （1）优点 接线简单可靠，动作迅速 （2）缺点不可能保护线路的全长；保护范围直接受系统运行方式变化的影响。当系统运行方式变化很大，电流速断保护就可能没有保护范围；在最大运行方式下整定后，在最小运行方式下无保护范围；被保护线路的长度很短时，电流速断保护就可能没有保护范围。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,二、限时电流速断保护(电流段) 1、含义 限时电流速断保护是指带较短动作时限，动作电流按躲开下一段线路电流速断保护的动作电流整定的电流保护。 2、保护范围 能保护线路全长，但不能作为下一段线路的后备保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-3 限时电流速断保护的单相原理接线图,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,3、动作时限,图3-1-4 限时电流速断保护动作时限,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,t的大小要保证在重叠保护区内发生故障时保护动作的选择性，若过大则速动性差，过小则不能保证选择性。在工程上考虑各种因素，数值一般取0.350.6s，通常取0.5s。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,4、整定原则保护范围必须延伸到下一条线路中去；动作带有一定的时限（选择性）；保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围（速动性）。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,5、整定计算 动作电流按躲开下一条线路流速断保护的动作电流进行整定。,可靠系数，一般取1.11.2,下一条线路电流速断保护的动作值,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,6、灵敏度校验 灵敏系数以本线路末端的最小两相短路电流来校验。,被护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,7、对限时电流速断保护的评价 （1）优点 结构简单，动作可靠；能保护本条线路全长。 （2）缺点 不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，只能对相邻元件的一部分起后备保护作用。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,三、（定时限）过电流保护（电流段） 1、定义 （定时限）过电流保护是指其动作电流按躲开最大负荷电流整定，用适当的延时保证动作选择性的电流保护装置。 2、保护范围 不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,3、整定原则 动作电流按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定。在正常运行情况下过电流保护不应动作，保护装置的动作电流IACT必须大于最大负荷电流ILmax。外部短路故障被切除后，保护装置应能返回。因此，返回电流IR大于自启动电流ISS。保护范围内发生短路时，保护装置应灵敏动作。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,4、整定计算 KR越小时，保护装置的动作电流越大，因而其灵敏性就越差，这是不利的。这就是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。,自起动系数，取13,可靠系数，一般取1.11.2,过电流保护装置的返回系数,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,5、动作时限,图3-1-5 过电流保护的阶梯形动作时限,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,按照选择性的要求，越靠近电源端，过电流保护的动作时限越长；越靠近负荷侧，过电流保护动作时限越短。 过电流保护的动作时限是从系统的末端（负荷侧）向电源端逐级递增的，每一级递增一个时限级差t ，即t1= t2t= t32t，一般把这个整定原则称为阶梯形原则。时限级差一般取0.30.5s。过电流保护的时限特性在整定好之后是固定的，因此它又被称为定时限过电流保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,6、灵敏度校验 作本条线路主保护或后备保护（近后备） 作为下一条线路后备保护（远后备）,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,7、对过电流保护的评价 （1）优点 结构简单，工作可靠。不仅能作为本线路的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在35kV及以下网络中作为主保护。 （2）缺点 越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,四、三段电流保护 1、概念 由电流速断保护、限时电流速断保护及过电流保护相配合共同构成的保护，叫做三段电流保护。 段：瞬时电流速断保护 段：限时电流速断保护 段： 定时限过电流保护 后备保护,主保护,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,三段电流保护中，无时限电流速断保护是靠选择动作电流来保证选择性；限时电流速断保护是靠选择动作电流和动作时限来保证选择性；定时限过电流保护是靠选择动作时限来保证选择性。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,2、保护的配合 每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠的被切除并且造成的停电范围最小。 保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,（1）保护装置的灵敏度配合 就是保护范围的配合。也就是在各种可能出现的运行方式下，某设备的带时限动作的保护装置的保护范围末端，应在下一级相邻设备的要求同它相配合的保护装置的保护范围末端以内。这样，当供电系统任意一点发生故障时，离故障点最近的保护装置灵敏度最高；离故障点越远的保护装置灵敏度最低。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,（2）保护装置的动作时限配合 是指某设备的保护装置的动作时限，应大于下一级相邻设备的要求同它相配合的保护装置的动作时限。这样，当供电系统任意一点发生故障时，离故障点最近的保护装置动作时限最短；离故障点越远的保护装置动作时限越长。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,（3）三段式电流保护的时限特性分析,图3-1-6 三段式电流保护的时限特性分析,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,保护1的电流段保护的保护范围只保护本线路WL1中的一部分，其动作时限为继电器固有动作时间 ，无人为延时。 电流段保护的保护范围延伸到下一级线路WL2中，但不能保护WL2的全长，而且为了保证选择性，其保护范围末端不超过保护2电流段的保护范围末端。其动作时限为 。电流段、段保护构成线路的主保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,电流段保护作为电流段、段保护的近后备和下一级线路的远后备保护。其保护范围为线路WL1和WL2的全部，其动作时限为 ，根据阶梯形原则， ，其中 为线路WL2上保护2的电流段保护的动作时限。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,3、原理接线图（两相不完全星型接法） （1）汇总式原理接线图 汇总式原理接线图是用来表示保护装置的工作原理的，它以二次元件整体形式表示各二次元件之间的电气联系，并与一次接线有关部分画在一起，其相互联系的电流回路、电压回路以及直流回路综合在一起，二次元件之间连线按实际工作顺序画出，不考虑实际位置，这样对继电保护整个装置形成一个清楚的整体概念。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,归总式原理接线图对分析继电保护装置二次回路的工作原理、了解动作过程都很方便，但由于电路中各元件之间联系是以整体形式连接，当元件较多时，接线相互交叉，显得零乱，没有画出元件内部接线、元件端子及连接线无符号标注，实际接线及查线很困难。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-7 三段式电流保护的归总式原理接线图,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,在图3-1-7所示的三段式电流保护的汇总式原理接线图中，KA1、KA2、KS1、KCO组成电流段保护；KA3、KA4、KT1、KS2组成电流段保护；KA5、KA6、KA7、KT2、KS3组成电流段保护。出口中间继电器KCO触点带0.1s延时，为的是躲过避雷器的放电时间，电流继电器KA7线圈中流过的电流为A、C两相电流之和，是为了在Yd连结变压器后发生两相短路时提高过电流保护的灵敏性。任一段保护动作均有相应的信号继电器KS的掉牌指示，可以知道哪段保护动作，从而分析故障的大致范围。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,（2）展开式原理接线图同一回路内的不同设备，按照电流通过的顺序从左至右、从上到下绘制；同一设备的不同组成部分（线圈、触点）用相同的文字符号表示；交流回路、直流回路、信号回路分开画；原理图的右侧加以简短文字说明。 展开图表示的优点：条理清晰、层次分明，读图、查线简便，实用性强。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-8 展开式原理接线图,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-7为根据图3-1-6所示的三段式电流保护归总式原理接线图绘制的展开原理接线图，它由交流电流回路、直流回路和信号回路三部分组成。交流电流回路由电流互感器TAa、TAc构成两相星形联结，二次绕组接电流继电器KA1KA7的线圈。直流回路由直流屏引出的直流操作电源正控制小母线（WC）和负控制电源小母线（WC）供电。信号回路由直流屏引出直流操作电源正信号小母线和负信号小母线供电。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,4、对三段式电流保护的评价 （1）优点 简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般应用于35kV及以下电压等级的单侧电源电网中。 （2）缺点灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响。只在单侧电源电网中才有选择性。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,五、电流保护的接线方式 所谓电流保护接线方式，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。对保护接线方式的要求是能反映各种类型故障，且灵敏度尽量一致。三相星形接线（完全星形接线）两相星形接线（不完全星形接线）两相差电流接线,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,1、三相星形接线（完全星形接线） 三相的电流互感器二次线圈接成星形，三相的电流继电器线圈也接成星形，电流互感器星形中性点与电流继电器星形中性点连接；每相电流互感器二次线圈的另一端与每相电流继电器线圈的另一端对应连接。三相的电流继电器触点并联。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-9 三相星形接线,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,任何一个电流继电器动作，都可以使后面的时间继电器或中间继电器动作，引起断路器跳闸，信号继电器发出保护动作的信号。 当发生任何形式的相间短路时，最少有两相流过短路电流，有两个继电器同时动作。可见，三相星形接线方式作为相间短路保护是可靠的。在中性点直接接地系统中，还可以兼作接地保护。 这种接线方式比较复杂，主要用于重要设备的保护中。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,2、两相星形接线（不完全星形接线） 通常电流互感器和电流继电器都装在A、C两相，B相无保护。 在两相或三相短路时，最少有一相流过短路电流，因此最少有一个继电器动作。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-10 两相星形接线,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,这种接线方式能满足相间短路保护的要求，接线简单，在10kV及以下电压等级的电网中应用很广。但在线路上装有三相Y,d或D,y接线变压器情况下应作别论。 当Y,d或D,y接线降压变压器后面发生某种两相短路时，如果电源侧的电流保护采用两相星形接线方式，其灵敏系数比三相星形接线方式降低一半。这是因为电源侧IA、IC都只有IB的一半，而B相未装电流继电器，灵敏系数只能由A相、C相的电流决定。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,3、两相差电流接线 继电器中流过的电流是两相电流之差，即iK=ia-ic。 这种接线方式虽然简单，但灵敏系数低，且当Y,d或D,y接线变压器后面发生某种两相短路时，保护装置不能动作。故只能用于10KV以下的电网中作为馈线和较小功率高压电动机的保护。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,图3-1-11 两相差电流接线,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,4、各种接线方式的特点 （1）三相星形接线和两相星形接线的接线系数为1。 （2）两相差电流接线的接线系数（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）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。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,（3）三相星形接线和两相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）三相星形接线还可以反应各种单相接地短路； （5）两相星形接线不能反应全部的单相接地短路（如B相接地）。,任务一 三段式电流保护构成与运行,【知识链接】,5、设计Y,d或D,y接线降压变压器电流保护接线方式时应注意以下事项： （1）不能采用两相差电流接线方式。 （2）一般采用三相星形接线方式。 （3）如果采用两相星形接线方式，应在中线上再接一个电流继电器B（即等效B相电流保护）。,任务二 低电压启动的过电流保护,【任务描述】,某35kV/10kV变电所中，35kV母线有两路进线、两路出线，10kV母线有两路进线、多路出线，利用微机线路保护测控装置对其中一路10kV输电线路进行电流电压联锁保护配置。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,一、电压保护的基本概念 1、定义 电压保护是利用正常运行与短路状态下母线电压的差别构成的保护。利用被保护对象上电压突然增大使保护动作而构成的保护装置，称为过电压保护；利用被保护对象上电压突然下降使保护动作而构成的保护装置，称为低电压保护。 当发生故障时，电压降低到一定数值后，能反应电压降低而不带时限瞬时动作切除故障的保护叫做电压速断保护。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,2、动作特性,图3-2-1 三段式电流保护的时限特性分析,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,图3-2-1所示的网络接线中，相似于电流速断保护的分析，可以求出线路上发生短路故障时，母线上的残余电压分布的曲线，当系统最小运行方式时，由于Ik最小，因此其残余电压最低，而当最大运行方式时，残余电压为最高。 将启动电压的直线画在图3-2-1上，它与最大、最小运行方式下的曲线各有一个交点，在交点以前短路时，母线残余电压均低于其启动电压，保护装置能够动作。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,因此，电压速断保护在最小运行方式下的保护范围最大，而在最大运行方式下的保护范围则最小。由于在线路出口附近短路时，母线残余电压很低（甚至为零），因此电压速断保护在任何运行方式下总会有一点保护范围，但不论是在最大运行方式下还是在最小运行方式下，电压速断保护均不能保护线路的全长。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,3、整定计算 电压速断保护的动作电压UACT： 式中，ULmin为保护范围末端最小两相短路时，保护安装处母线的最低残余电压；KREL为可靠系数，一般取1.11.2。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,4、低电压保护的特点 （1）母线电压变化规律与短路电流相反，故障点距离电源越近，母线电压越低；母线电压水平越低，保护区越长。 （2）最大运行方式下短路电流较大，母线电压水平高，电压保护的保护区缩短。 （3）仅由母线电压不能判别是母线上哪一条线路故障，电压保护无法单独用于线路保护。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,二、带电流闭锁的低电压速断保护 电压速断保护在电力系统保护实际应用中常见的是作为给出失压信号，而不能用来动作于跳闸。这是因为： （1）不能保证动作的选择性。在同一母线向两回及以上线路供电的情况下，任一回线路发生短路时母线电压都下降，如果此时母线上的残余电压低于电压速断保护的启动电压，则全部由该母线供电的线路电压速断保护就要无选择性地动作。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,（2）当电压互感器一次侧或二次侧发生断线（例如熔断器熔断等）时，二次侧电压被迫为零，也会引起所有有关线路上的电压速断保护误动作，这是不能容许的。 为了解决这些问题，通常采用被保护线路上的电流是否增大来进行判别，即采用电流闭锁方式来防止电压速断保护误动作。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,图3-2-2 电流闭锁电压速断保护的单相式原理接线图,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,只有当电流继电器和低电压继电器的触点同时闭合时，保护装置才能启动中间继电器而跳闸。 在每个电压速断保护中增加一个电流闭锁元件，且其启动电流按躲开自身正常运行时的最大负荷电流整定，而不必考虑电动机自启动的影响。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,电流闭锁元件的动作电流： 上式中，KREL为电流闭锁元件的可靠系数，一般取1.11.2；KR为电流闭锁元件的返回系数，小于1，一般取0.85；ILmax为被保护线路上的最大负荷电流。 电压元件的动作电压仍按 进行整定。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,三、低电压启动的过电流保护 在过电流保护中，当灵敏系数不能满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护方式，以提高灵敏系数。这种保护在电气化铁道重负荷供电线路中得到了广泛的应用。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,图3-2-3 低电压启动过电流保护的原理接线图,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,增加低电压启动元件后，只有当电流增大、电压降低到整定值时，保护装置才能动作于跳闸。因此，电流元件的动作电流可以按额定电流IN来整定，即： 式中，KREL为可靠系数，一般取1.11.2；KSS为线路中大型电机的自启动系数，一般取1.53.0；KR为电流元件的返回系数，小于1，一般取0.85；IN为被保护线路上的额定电流。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,低电压启动过电流保护的灵敏度校验与动作时间确定与一般的过电流相同。 由于一般过电流保护的动作电流值按躲过线路的最大负荷电流ILmax整定，而重负载线路中ILmaxIN，所以采用低电压启动后电流保护的动作电流下降了，使灵敏性得到提高。但是，这种采用降低动作电流以提高动作灵敏性的方法，会导致电流保护在最大负荷电流ILmax下出现误动作的不可靠现象采用低电压启动的目的就是克服这一可靠性上的不足。,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,为保证低电压启动元件在母线最低工作电压ULmin下能够可靠返回，即返回电压URULmin，引入一个大于1的可靠系数KREL，即ULmin=KRELUR。 又因为低电压保护装置的返回系数KR为：,任务二 低电压启动的过电流保护,【知识链接】,所以，低电压启动元件的动作电压为： 式中，ULmin为母线最低工作电压，一般取ULmin=0.9UN；KREL为可靠系数，一般取1.11.2；KR为低电压启动元件的返回系数，一般取1.151.25。 低电压启动元件的灵敏系数一般不做校验。,任务三 方向电流保护,【任务描述】,对下图所示的单电源环形网络,在各断路器上均装设过电流保护，已知时限级差为0.5s。为保证动作的选择性，通过分析、计算，确定各过电流保护的动作时间及哪些保护要装设方向元件。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,一、方向性电流保护的工作原理 对于单电源辐射形供电网络，每条线路上只在电源侧装设保护装置即可。当线路发生故障时，只要相应的保护装置动作于断路器跳闸，便可以将故障元件与其他元件断开，但却要造成一部分变电所停电。为了提高电网供电的可靠性，在电力系统中多采用双侧电源供电的辐射形电网或单侧电源环形电网供电。此时，采用阶段式电流保护将难以满足选择性要求，应采用方向性电流保护。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,1、问题提出 在图3-3-1所示供电网络中，由于两侧都有电源，因此在每条线路的两端均装设断路器和保护装置。当k点短路时，由左侧电源E1从左向右向短路点k提供短路电流 ，右侧电源E2从右向左向短路点k提供短路电流 。按照选择性的要求，应该由距故障点最近的保护2和6动作。,图3-3-1 双侧电源供电网络,任务三 方向电流保护,【知识链接】,2、解决方法 对于双侧电源供电或环形供电的电力网，为了能保证保护动作的选择性，要求采用方向保护。 当功率由母线流向线路（正向）时， 保护应动作；当功率由线路流向母线（反向）时，保护不应动作。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,因此，为了解决在双侧电源供电或单侧电源环形供电网络中相间短路电流保护失去选择性和动作时限难以整定的问题，实际中采用在电流保护的基础上加装一个能判断短路功率流向的方向元件，即功率方向继电器，在测量电流大小的同时测量电流的方向，以决定保护是否动作。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,二、方向过电流保护的工作原理,只有方向元件和电流元件同时动作，保护装置才能动作于跳闸。,图3-3-2 方向过电流保护原理接线图,任务三 方向电流保护,【知识链接】,图3-3-2中，功率方向继电器KPD由电压互感器TV和电流互感器TA供电，其常开触点和电流继电器KA的常开触点串联，因此只有当方向元件KPD和电流元件KA同时动作，才能启动时间继电器KT，方向过电流保护装置动作于跳闸。因此，方向过电流保护的起动必须同时满足两个条件： （1）电流超过整定值（动作电流）； （2）功率方向符合规定的正方向（即短路功率由母线流向线路）。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,三、功率方向继电器的工作原理 在图3-3-4所示的网络接线中，当正方向三相短路时，则流过保护的短路电流滞后保护安装处母线电压的相位角为090，短路功率Pk=UIcos0；而当反方向三相短路时，则流过保护的短路电流滞后保护安装处母线电压的相位角为180270，短路功率Pk=UIcos0。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,（a）网络接线,（b）正方向故障时电压、电流相位关系,（c）反方向故障时电压、电流相位关系,图3-3-4 功率方向继电器工作原理分析,任务三 方向电流保护,【知识链接】,因此，利用判别短路功率方向和电流、电压之间的相位关系，就可以判别故障的方向。用以判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器称为功率方向继电器。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,四、相间短路功率方向继电器的接线方式 1、定义 功率方向继电器的接线方式是指作为方向性电流保护中的方向元件，在实际应用中接入电压互感器TV和电流互感器TA的方式。不同的接线方式决定了引入功率方向继电器中电流和电压的相位关系，也是决定功率方向继电器是否能够正常而灵敏动作的关键。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,2、接线要求 （1）正方向任何形式的故障，继电器都能动作；而当反方向故障时，继电器可靠不动作。 （2）故障以后加入继电器能电流和电压应尽可能大，灵敏度尽可能高。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,3、90接线方式 为了满足以上要求，反应相间短路的功率方向继电器广泛采用90接线。所谓90接线是假设三相电压对称负载为纯电阻时，对任何一个方向继电器所施加的电流和电压相位相差90的一种接线方式。即一个功率方向继电器的电流线圈接入某一相电流，电压线圈接入另外两相相间电压。在三相对称的情况下，每个功率方向继电器电压线圈所加的相间电压比电流线圈加入的电流所属相别的相电压滞后90。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,保护处于送电侧，当cos=1时，3个功率方向继电器测量的k均为90。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,五、方向元件的装设原则 在双侧电源线路上，并不是所有的电流保护装置中都需要装设方向元件，只有在仅靠时限不能满足动作选择性时，才需要装设方向元件。 1、装设原则 在满足选择性和灵敏性的前提情况下，应尽量少装或不装。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,2、各段保护方向元件的装设 （1）第段 由于其动作选择性是靠动作电流的整定来保证，所以只有当反向短路电流大于其动作电流时，装设方向元件，否则可不装。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,（2）第段 由于其动作选择性是靠动作电流和动作时限共同取得的，所以当反向短路电流大于其动作电流或反向保护的动作时限小于本保护的动作时限时，装设方向元件。 （3）第段 其动作选择性是靠动作时限保证的，所以可比较同一条母线两侧的两个保护的动作时限，如动作时限相同，均加方向元件，动作时限不同，则动作时限短的加方向元件。,任务三 方向电流保护,【知识链接】,六、方向性电流保护的优缺点 方向性电流保护的主要优点是能保证单电源环形网和多电源网各段电流保护之间动作的选择性。但是，当在继电保护中应用方向元件以后，将使接线复杂，投资增大。同时，保护装设地点附近正方向发生三相短路时，存在电压死区，使整套保护装置拒动；而且当电压互感器二次侧熔断时，方向元件有可能误动；此外，当系统运行方式变化时，会严重影响保护的技术性能。,任务四 接地保护,【任务描述】,在中性点不接地系统中，利用微机保护装置对10kV输电线路配置反应单相接地短路故障的保护方案。,任务四 接地保护,【知识链接】,一、电网中性点运行方式中性点不接地小接地短路电流系统中性点经消弧线圈接地中性点直接接地大接地短路电流系统,小接地短路电流系统,任务四 接地保护,【知识链接】,二、零序保护的概念 1、交流电力系统的正序、负序和零序分量 对于任意一组不对称的三相电流（或电压），都可以按一定的方法把它们分解成正序、负序和零序三相对称的三相电流（或电压），后者称为前者的对称分量。 当前世界上的交流电力系统一般都是ABC三相的，而电力系统的正序、负序、零序分量便是根据ABC三相的顺序来定的。,任务四 接地保护,【知识链接】,（1）正序分量 正序分量的三相电流大小相等，相位彼此相差120，达到最大值的先后次序是ABCA，即三相电流中A相领先B相120，B相领先C相120，C相领先A相120，A、B、C三相按顺时针排列。,任务四 接地保护,【知识链接】,（2）负序分量 负序分量的三相电流也是大小相等，相位彼此相差120，但达到最大值的先后次序是ACBA，即三相电流A相落后B相120，B相落后C相120，C相落后A相120，A、B、C三相按逆时针排列。 （3）零序分量 零序分量的三相电流大小相等，相位相同。即A、B、C三相相位相同，哪一相既不领先也不落后。,任务四 接地保护,【知识链接】,2、发生不对称短路时 可以利用对称分量法将三相电压（UA、UB、UC）分解为正序U1、负序U2和零序U0三个分量，三相电流（IA、IB、IC）可分解为正序I1、负序I2和零序I0三个分量。,任务四 接地保护,【知识链接】,任务四 接地保护,【知识链接】,3、发生三相或两相短路时 4、在中性点直接接地系统中，当发生单相或两相接地短路时,任务四 接地保护,【知识链接】,由此可见，零序电流和零序电压的出现即表明电力系统发生了接地短路。可利用这一特点构成接地短路保护，这种保护叫做零序保护，也称接地保护。,任务四 接地保护,【知识链接】,三、中性点直接接地电网的接地保护 1、接地故障时零序分量的特点 计算零序电流的等效网络如图3-4-1所示。零序电流可看成是由接地短路点出现的零序电压 产生的，由接地短路点流向变压器接地的中性点。由于零序电流必须通过变压器接地的中性点来构成回路，所以零序电流的大小和分布与变压器中性点接地数目和位置有关。,任务四 接地保护,【知识链接】,(a)系统接线(b)零序网络 (c)零序电压的分布(d)忽略电阻时的向量图 (e)计及电阻时的向量图(设f0=80),图3-4-1 零序网络及电流、电压分布,任务四 接地保护,【知识链接】,（1）零序电压 故障点Uk0最高,离故障点越远，Uk0越低，在变压器中性点接地处Uk0=0 ，如图(b)所示。 （2）零序电流 其大小和分布与变压器中性点接地的数目和位置有关，而与电源的数目和位置无关。,任务四 接地保护,【知识链接】,（3）零序电压和零序电流的相位 在正方向短路下，保护安装处母线零序电压与零序电流的相位关系，取决于母线背后元件的零序阻抗（一般为7080），而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关。 （4）零序功率 在线路正方向故障时，零序功率由故障线路流向母线，为负值；在线路反方向故障时，零序功率由母线流向故障线路，为正值。,任务四 接地保护,【知识链接】,2、零序分量滤过器 对称分量滤过器是只让所需要的分量通过，而将其他分量阻挡。其中，只让零序分量通过的对称分量滤过器，叫做零序分量滤过器。零序分量滤过器又分为零序电流滤过器和零序电压滤过器。,任务四 接地保护,【知识链接】,（1）零序电流滤过器 如图3-4-2所示，由电流互感器二次侧三相的首端并联、末端并联，两并联点为输出端而构成零序电流滤过器。对于正序或负序电流分量，三相相加为零；对于零序电流分量，三相相加不为零。因此，零序电流滤过器输出端只有零序电流分量 出现。实际使用中，零序电流过滤器只要接入相间短路保护用电流互感器的中线上。,任务四 接地保护,【知识链接】,图3-4-2 零序电流滤过器,任务四 接地保护,【知识链接】,在正常运行和相间短路时，流过零序电流过滤器的电流为： 而当接地故障时，三相电流互感器二次侧此时流入继电器的电流为零序电流，即：,任务四 接地保护,【知识链接】,（2）零序电压滤过器 零序电压的取得，通常采用图3-4-3中（a）图所示的三个单相电压互感器和（b）图所示的三相五柱式电压互感器，即由电压互感器二次侧接成开口三角形构成的零序电压滤过器。对于正序或负序电压分量，三相相加为零；对于零序电压分量，三相相加不为零。因此，电压互感器二次侧开口三角形输出端只有零序电压分量 出现。,任务四 接地保护,【知识链接】,图3-4-3 零序电压滤过器,任务四 接地保护,【知识链接】,正常运行和电网相间短路时，mn端子上输出电压为零。 而当发生接地故障时，从mn端子上得到的输出电压为零序电压，即：,任务四 接地保护,【知识链接】,3、零序电流保护 在单侧电源情况下的中性点直接接地系统中，高压输电线路常采用三段零序电流保护，其原理与三段电流保护相似，即包括零序电流速断保护、零序电流速断保护和零序过电流保护。三段零序电流保护原理接线图和时限特性也与三段电流保护相似，不同的是三相的电流互感器二次侧线圈接成零序电流滤过器。零序I段、段作为本线路的主保护，零序段作为本线路和相邻元件的后备保护。,任务四 接地保护,【知识链接】,（1）零序电流速断保护（零序I段） 零序电流速断保护动作电流按下述两个条件整定： 躲开下一条线路末端（或下一条线路出口处）发生单相接地或两相接地短路时，可能出现的最大零序电流3I0max，即： 式中， 为可靠系数，取为1.21.3。,任务四 接地保护,【知识链接】, 躲过断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流3I0NS，即： 式中， 为可靠系数，取为1.11.2。 根据两公式计算结果，选取较大者作为零序I段的动作电流。,任务四 接地保护,【知识链接】,零序I段不进行灵敏度校验，其保护范围应不小于被保护线路全长的15%20%。 零序I段的动作时限，就是相应的电流继电器和中间继电器的固有动作时间。,任务四 接地保护,【知识链接】,（2）限时零序电流速断保护（零序段） 动作电流 零序段的起动电流应与下一段线路的零序段保护的动作电流相配合，即按躲过下一条线路零序段保护范围末端接地短路时，流过本保护装置的最大零序电流整定。,任务四 接地保护,【知识链接】, 动作时限 零序段的动作时限与下一条线路零序段的动作时限相配合，高出时间极差t，一般取0.5s。,任务四 接地保护,【知识链接】, 灵敏度校验 零序段的灵敏系数Ksen应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Ksen1.3的要求。当灵敏系数不能满足要求时，可按躲过下一条线路零序段保护范围末端接地短路时流经本保护装置的最大零序电流来整定，动作时限也要与下一条线路的零序段的动作时限相配合。,任务四 接地保护,【知识链接】,（3）定时限零序过电流保护（零序段） 零序段的作用相当于相间短路的过电流保护，一般作为后备保护，在中性点直接接地电网中的终端线路上也可作为主保护。,任务四 接地保护,【知识链接】, 动作电流 零序过电流保护装置中的电流继电器的动作电流按躲开在下一条线路出口处三相短路时所出现的最大不平衡电流Iunbmax，即：,任务四 接地保护,【知识链接】, 灵敏度校验 零序过电流保护的灵敏系数Ksen，按保护范围末端接地短路时流过继电器的最小零序电流3I0min来校验，即：,任务四 接地保护,【知识链接】,零序过电流保护作为本线路的近后备保护时，按本线路末端发生接地故障时的最小零序电流3I0min来校验，要求Ksen2.0；作为下一条线路的远后备保护时，按下一条线路保护范围末端发生接地故障时，流过本保护的最小零序电流3I0min来校验，要求Ksen1.5。,任务四 接地保护,【知识链接】, 动作时限 因为YN,d接线变压器侧发生任何形式的短路故障，都不会在YN侧引起零序电流，所以YN侧的零序过电流保护装置不需要考虑与侧相配合的问题。因此，下图所示的