清华大学继电保护第02_1电流速断保护(含短路基础)

基础章——电力系统短路类型及其特点 第一节 电力系统短路故障类型 1－1 短路的类型  定义：短路是指导体之间的不正常连接，导体对导体、 导体对大地。  短路的类型：三相短路、两相短路、单相接地短路及 两相接地短路  对称短路：三相短路时被短路线路三相阻抗相等，因 此三相电流和电压仍然对称，又称为对称短路。  不对称短路：其余几种短路三相对称结构遭破坏，三 相电流电压不再对称，故称为不对称短路。 第一节 电力系统短路类型及其特点 1－2 各种短路的示意图和代表符号 第二节 对称三相短路故障分析 Zm Zs Zs Zm Zm Zs 对称三相短路如下图所示 其中Zs为每相自阻抗，Zm为两相间的互阻抗 Ea Eb Ec 第二节 对称三相短路故障分析 0 a a s b m c m a b c E I Z I Z I Z I I I = + + + + = 所以 ( )a a s mE I Z Z= − 同理 ( )b b s mE I Z Z= − ( )c c s mE I Z Z= − Zm Zm Zs Zm Zm Zs Ea Eb Ec 第二节 对称三相短路故障分析 ( )a a s m a aE I Z Z I Z= − = ( )c c s m c cE I Z Z I Z= − = ( )b b s m b bE I Z Z I Z= − = Zm Zm Zs Zm Zm Zs Ea Eb Ec 对于三相对称短路故障，可以通过解耦的方式， 单独对每一相求解。 如果是不对称短路呢？ 3－1对称分量法 在三相电路中，任意一组不对称的三相相量（电流或 电压），可以分解为三组对称的相量。三相相量与其对 称分量的关系为 式中 ； 旋转因子 分别为A相电流的正序、负序 和零序分量。 第三节 用对称分量法分析不对称短路                         =               . . . 2 2 . )0( . )2( . )1( 111 1 1 3 1 c b a a a a I I I aa aa I I I ° = 120jea )0( . 、)2( . 、)1( . aaa III 并且有： 它们的位置关系如图3-1所示 第三节 用对称分量法分析不对称短路 . )0( . )0( . )0( . )2( 2 . )2( . )2( . )2( . )1( . )1( . )1( 2 . )1( , , acb acab acab III IaIIaI IaIIaI == == == 图3-1 三相量的对称分量图 （a）正序分量 （b）负序分量 （c）零序分量 第三节 用对称分量法分析不对称短路 同理，相量可以用序量表示为 第三节 用对称分量法分析不对称短路                         =               . )0( . )2( . )1( 2 2 . . . 1 1 111 a a a c b a I I I aa aa I I I 第三节 用对称分量法分析不对称短路 3－2序阻抗的概念 对于三相参数对称电路，当元件通过不对称电流，各 相电压降为                         =               ∆ ∆ ∆ . . . . . . c b a smm msm mms c b a I I I zzz zzz zzz V V V 其中Zs、Zm是自阻抗和互阻抗 第三节 用对称分量法分析不对称短路 由上式知，三相对称的线性电路中，各序分量具有独立性: 当电路通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分 量的电压降。这样，我们可以对每一序量分别计算。                         + − − =                         =               ∆ ∆ ∆ . )0( . )2( . )1( . )0( . )2( . )1( )0( )2( )1( . )0( . )2( . )1( 200 00 00 00 00 00 a a a ms ms ms a a a a a a I I I zz zz zz I I I z z z V V V 把相量做对称分量分解，可得： 其中Z（1）、Z（2） 、Z（0）是正序、负序和零序阻抗 3－3 对称分量法计算不对称短路 电力系统发生简单不对称短路时，除短路点外， 网络其他部分仍然是对称的，根据叠加原理，可以把 故障等效为在短路点叠加不对称三相电源，然后把网 络分解为三个序网，如图2-3所示 第三节 用对称分量法分析不对称短路 图3-2（a）故障电路等效 （b）故障点电压序量分解 第三节 用对称分量法分析不对称短路 图3-2 （c）正序网络 （d）负序网络 （e）零序网络 第三节 用对称分量法分析不对称短路 3-4 单相短路分析 根据电力系统分析知 识可知，单相短路的复合序 网为三个序网在短路点串联， 如图3-3所示（假设A相短路） 图3-3单相短路复合序网 第三节 用对称分量法分析不对称短路 结论：短路点正序电流等于负序电流，等于零序电流； 短路点故障相电流等于3倍正序电流。 3-4 通常情况下，正序阻抗大于或者等于负序阻抗，而 零序阻抗大于正序阻抗。 根据3-4式，单相短路的短路电流将小于三相短路的 短路电流；极端情况，若系统中性点不接地，零序阻抗 将为无穷大，短路电流为零。 第三节 用对称分量法分析不对称短路 3-5 两相短路分析 两相短路的复合序网为 正序网络和负序网络 在短路点并联，如图 3-4所示（假设BC两相短路） 图3-4两相短路复合序网 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 3 3 3 3 3 3-6 两相短路接地分析 两相短路接地的复合序网为 3个序网在短路点并联，如图3-5 所示（假设BC两相短路接地） 图3-5 两相短路接地复合序网 第三节 用对称分量法分析不对称短路 结论： 3-6（1） 3-6（2） 式3-6（1）——正序电流与电源电动势关系如所示； 式3-6（2）——故障电流（B和C）与序电流的关系。 当零序阻抗和正负序阻抗相等时，两相短路接地和 三相短路的短路电流相等；当零序阻抗为无穷大时，两相 短路接地与两相短路的短路电流相等。 注意 ：由于零序电流须经大地流通，所以只有接地短路才 可能有零序电流！ 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第一章 电力线路电流保护 第一节 三段式电流保护 本章内容 第二节 方向性过电流保护 第三节 接地故障电流保护 常用的概念  最大运行方式：系统等效内阻抗最小  最小运行方式：系统等效内阻抗最大 第1节 三段式过电流保护  过电流保护概念 正常运行的线路上流过额定电流或者小于额定电流 的工作电流，而线路故障时会有很大的短路电流流过，这 是线路正常运行和故障的重要区别，据此可以构成反应电 流增大的过电流保护。 电流速断保护 限时电流速断保护 定时限过电流保护 反时限过电流保护 过电流保护  三段式过电流保护 基于保护动作定值和动作时限，电流保护分为四种： 三段式电流保护 1.1.1 电流速断保护的概念 反应电流增大并瞬时动作的电流保护。保护动作判据写成： （1-1） 其中： —保护安装处的一次电流； —用线路一次侧电流表示的保护动作电流整定值。 满足上式时，保护动作并控制断路器跳闸；否则保护 不动作。在电流速断保护中，流过保护的电流是相电流。 Ι≥ opk II kI Ι opI 1.1 电流速断保护 又称为瞬时电流速断保护、无时限电流速断保护、Ⅰ段 电流保护。 1.1.2 电流速断保护的速动性 电流速断保护的主要特点是动作迅速。 在数字式保护中，只要根据电流采样值计算出它的有 效值，就可以立刻判断出保护是否动作跳闸。 需要说明的是“速断”不是动作时间为零，只是不需 要人为地附加延时，比如采用傅氏算法，仅数据窗也 需要20毫秒。 1.1 电流速断保护 对于没有选择性要求的单电源辐射状线路，电流速 断保护的动作电流整定值 只需要大于该线路可能出 现的最大工作电流 ，即 （1-2） Ι opI max⋅ Ι = Lrelop IKI 式中， 是可靠系数，用于防止各种因素可能造成 的保护误动作，比如互感器误差，量化误差、计算误差、 非周期分量的影响等，一般取1.2~1.3。 relK max⋅LI 1.1.2 电流速断保护的选择性（无需配合的线路） 1.1 电流速断保护 对于多条线路或者 设备串联组成的单电源 辐射状网络，需要考虑 保护动作的选择性，以 尽量减小因为短路造成 的停电范围。 图 1 - 1 1.1.2 电流速断保 护的选择性（需 要配合的线路） 1.1 电流速断保护  希望：AB故障时，保护1动作；BC故障时，保护2动作。  现实：被保护线路AB末端发生故障和线路BC首端发生故障是 一样的。无法区分保护区内AB还是区外BC故障，导致保护无 选择性动作。 1.1.2 电流速断保护的选择性 图1中符号意义说明  图1-1（a）示出了一个具有三条线路AB、BC、CD串行 连接的单电源网络。在每条线路的出口分别配置有电流 速断保护1，2，3和用于开合该条线路的断路器1QF， 2QF，3QF。  图1-1（b）同时示出了短路电流随短路点变化的曲线， 其中C(3)是最大运行方式下三相短路电流随短路点变化的 曲线，C(2)是最小运行方式下两相短路电流随短路点变化 的曲线。 1.1 电流速断保护 1.1.2 电流速断保护的选择性 解决 —提高保护动作定值，缩小保护区，形成明显边界  电流速断保护的动作电流应大于相邻元件出口处在最大运 行方式下发生三相短路时的短路电流，即 （1-3） 1.1 电流速断保护 )3( max⋅ Ι = trelop IKI —— 被保护线路末端在最大运行方式下的三相短路 电流值，其中下标t表示末端点，对应于图1-1（a）中线 路AB、BC、CD的末端分别是B点、C点和D点。 )3( max⋅tI 1.1.2 电流速断保护的选择性  对应于线路AB、BC、CD的保护1、2、3，它们的动作电 流分别是： （1-4） 在图1-1（b）中，它们是三条直线。不同的保护仅对位 于相应直线（动作电流整定值）之上的短路才起到保护作用。  上述电流速断保护具有选择性，它可以保证区外故障的不 误动，但是它不能保护线路全长。       = = = • Ι • Ι • Ι )3( max3 )3( max2 )3( max1 Drelop Crelop Brelop IKI IKI IKI 1.1 电流速断保护 1.1.3 电流速断保护的灵敏度 电流速动保护的灵敏度——是指它的保护范围 速断保护灵敏度差，无法检出所有区内故障并切除。  最大保护范围——速断保护所能保护的线路的最大长度 在最大运行方式下发生最严重的三相短路故障时，速断保 护只能保护部分线路，因为可靠系数 的引入缩短了可 能的保护范围（线路全长）。 最小保护范围——速断保护所能保护的线路的最小长度 1.1 电流速断保护 relK 1.1 电流速断保护 灵敏度说明 1.1.3 电流速断保护的灵敏度 1.1 电流速断保护 lZZ E ZZ E I sABs B 1min.min. )3( max. + = + = φφ 1 .min max .min 1 1 1 ( 1)1 ( ) rel ss op rel E Z l K ZL Z Z I Z K ϕ Ι − − = − = 最小保护范围的计算 最大保护范围的计算 lZZ E KI lZZ E ZZ E I s relop s AQs Q 1min. 1 min1max. max. )2( min 2 3 2 3 + ×== + ×= + ×= Ι • φφ φ (3) .min .max .max 1 B s AB s E E I Z Z Z Z l ϕ ϕ= = + + (3) min .min .min 1 max 1 .min 1 P s AP s op rel s E E I Z Z Z Z L E I K Z Z l ϕ ϕ ϕ • Ι = = + + = = × + 1 max.1min. max. 11 min )(69.0 ) 2 3(1 Z ZlZZZ I E Z l sss op −+ =−×= Ι φ 本节小结 短路 短路故障类型： 特点 电流速断保护 整定值 最大保护范围，最长长度 最小保护范围，最小长度 可靠系数 (3) (1,1) (2) (3)3 2 I I I I≥ = 三相对称、单相短路、两相短路、 两相短路接地 基础章——电力系统短路类型及其特点 第一节 电力系统短路类型及其特点 第二节 对称三相短路故障分析 第二节 对称三相短路故障分析 第二节 对称三相短路故障分析 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第三节 用对称分量法分析不对称短路 第一章 电力线路电流保护 本章内容 常用的概念 第1节 三段式过电流保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 1.1 电流速断保护 Slide Number 33 1.1 电流速断保护 本节小结