[信息与通信]No7电流保护

1、1第七章第七章 电网相间短路的电流保护电网相间短路的电流保护2内容介绍内容介绍q 单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护q继电器的作用原理q电流保护的作用原理与整定计算q电流保护的接线方式及应用q相间短路的方向性电流保护q方向电流保护的工作原理q功率方向元件的工作原理q功率方向继电器的接线方式q方向电流保护的应用3一、继电器的作用原理一、继电器的作用原理 电磁型过电流继电器无论启动或返回动作都是明确的，不可能停留在某一个中间过程。无论启动或返回动作都是明确的，不可能停留在某一个中间过程。继电器能够动作的条件是mthdcmmm继电器能够返回的条件是mthdcmmm继电特性：

2、继电特性：4能使继电器动作的最小电流值称为继电器的动作电流(习惯上又称为起动电流) idz j能使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，以ih j表示返回值与起动值的比值称为继电器的返回系数，可表示为jdzjhhiik一切过量动作的继电器的返回系数恒小于一切过量动作的继电器的返回系数恒小于1；欠量动作（如低欠量动作（如低电压继电器）的继电器的返回系数恒大于电压继电器）的继电器的返回系数恒大于1。在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如08509。 般要求低电压继电器的返回系数kh1.2。过量继电器的继电特性曲线 继电器的返回系数继电器的返回系数5二、电流保护的作用原理与

3、整二、电流保护的作用原理与整定计算定计算 它是反应于电网发生故障时电源与故障它是反应于电网发生故障时电源与故障点之间的电流增大而动作的保护。点之间的电流增大而动作的保护。 它可分成三类：无时限电流速断（它可分成三类：无时限电流速断（i段），段），带时限电流速断（带时限电流速断（ii段）和定时限过电段）和定时限过电流保护（流保护（iii段），构成阶段式电流保护。段），构成阶段式电流保护。 61.无时限电流速断保护（无时限电流速断保护（段）段）无时限电流速断的概念无时限电流速断的概念根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。在简单、可靠和保证

4、选择性的前提下，原则上总是越快越好。对于仅反应于电流增大而对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称瞬时动作的电流保护，称为无时限电流速断保护为无时限电流速断保护。整定原则：整定原则：按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。（选择性）3 . 12 . 1,*)3(max.ikbdikiadzkiki其中7电流速断保护电流速断保护短路电流计算：当电源电势一定时，短路电流的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗z，三相短路电流可表示为)3()0, 2()3(23dddsdiizzezei式中 e系统等效电源的相电势； zd短路点至保护安装处之间的阻抗； zs保护安装处到系统等效电源之间的阻抗。在一定的

5、系统运行方式下， e和zs等于常数，此时id将随zd的增大而减小。当系统运行方式及故障类型改变时， id都将随之变化。8电流速断保护电流速断保护动作电流整定计算：对保护1来讲，其起动电流idz1必须整定得大于d4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母线上三相短路时的电流idcmax 。亦即max1cddzii引入可靠系数kk1213，则上式即可写为max1cdkdziki 对保护2来讲，按照同样的原则， 起动电流应整定得大于d2点短路时的最大短路电流，即max2bdkdziki保护范围：速断保护对被保护线路内部故障的反应能力(即灵敏性)，只能用保护范围的大小来衡量、此

6、保护范围通常用线路全长的百分数来表示。当出现系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断的保护范围为最小；应按这种运行方式和故障类型来校验其保护范围。规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的1520。9电流速断保护电流速断保护无时限电流速断保护不能保护线路全长，它的保护范围可用图解法，也可用解析法计算。对于单侧电源供电线路，发生短路时，流过保护安装点的短路电流absdsdlxxezzei1min)3(maxmin1max)2(min23lxxeisd )2(min得，由ddzii)23(1max1minsdzxiexl )3(max得，由 dkdziki)23(1max1min1minskabsx

7、klxxxl%)20%15(%100%minabblll最小保护范围10电流速断保护电流速断保护无时限电流速断保护的应用无时限电流速断保护的应用主要优点是简单可靠，动作迅速，无需时间元件。主要缺点是不能保护全线；并且保护范围受运行方式影响大，当运行方式变化很大时，在最小方式下可能没有保护范围；当应用于短线时，由于线路首端和末端短路电流差别不大，它的保护区可能为零，因而不能采用。但应用于线路+终端变的情况下，可能保护线路全长。112.限时电流速断保护（电流限时电流速断保护（电流段）段）作用：切除本线路上i段保护范围外的故障，并做i段的后备（近）。要求：1）不受运行方式及短路类型影响，必须保护线路

8、全长； 2）快速。由于要求限时速断保护必须保护本线路的全长，它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去。动作带时延t（保证选择性）。整定原则：整定原则：躲开相邻线路i段保护末端短路时流过本线路的最大电流整定。（保证不伸出下一线路i段）12 dzdzii12 dzkdziki考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，kk一般取1112。12限时电流速断保护限时电流速断保护分支系数分支系数：把故障时流过把故障时流过配合保护（故障线路）配合保护（故障线路）的电流折算到流过整定的电流折算到流过整定保护的电流保护的电流 的系数。的系数。abbcfziik1abbababbcfziiiiik没有与配合线路平行的线

9、路时， 母线b没有外接系统电源时，1 abbcababbcfziiiiik 既没有助增又没有外吸的情况时，分支系数恒等于1。既有助增又有外吸时，分支系数是否大于1或小于1就不确定了。 助增外吸min.12fzdzkdzkiki 13限时电流速断保护限时电流速断保护动作时限的选择动作时限的选择限时速断的动作时限t2，应选择得比下一条线路速断保护的动作时限t1高出一个时间阶段t，即ttt 12t的数值常位于0306s之间，通常多取为0.5s，微机保护也取0.3s。保护装置灵敏性的校验保护装置灵敏性的校验 为了能够保护本线路的全长，限时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

10、有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数klm来衡量。iidzlmik保护的整定值流流过保护的最小短路电本线路末端两相短路时限时电流速断保护应要求klm 1315。 当校验灵敏系数不能满足要求时，通常都是考虑进一步延伸限时电流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断相配合。0”14限时电流速断保护限时电流速断保护当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求，具有这种性能的保护称为该线路的“主保主保护护”。15限时电流速断保护限时电流速断保护限时电流速断保护的单相原理接线对带时

11、限电流速断保护的评价及应用带时限电流速断保护灵敏性较好，能保护线路全长：但它的速动性较差，带有05s的延时动作。此外，带时限电流速断保护，仅能作为i段的近后备，不能起远后备作用。例如，当下一段线路上短路，而该线路的保护或断路器拒绝动作，此时本线路的带时限电流速断保护不一定能动作。时间继电器代替了原来的中间继电器，这样当电流继电器动作后，还必须经过时间继电器的延时t2才能动作于跳闸。而如果在t2以前故障已经切除，则电流继电器立即返回，整个保护随即复归原状，而不会形成误动作。163.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流段）段）定时限过电流保护的原理定时限过电流保护的原理定时限过电流保护的动

12、作电流按躲过最大负荷电流整定。正常运行时它不应起动，而在发生短路时起动，并以时间来保证动作的选择性：这种保护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。可以起到远后备保护的作用。17定时限过电流保护定时限过电流保护 定时限过电流保护的选择性是依靠保护的时限特性来保证的。 各处电流保护的动作时间是从用户到电源逐渐增大的，离电源愈近，电流保护的动作时间愈长。ttttttttttt2 ; ; 32132321t为时限级差时限级差，这样构成的时限特性称为阶梯形时限特性。阶梯形时限特性。应特别注意的是；定时限过电流保护的动作时限应该比下一级各条线路上的过电流保护中最大的动作时间大一个时限级差。

13、在一般情况下，对n段线路保护的延时，可按下式选择： max)1(tttnn18定时限过电流保护定时限过电流保护2定时限过电流保护动作电流整定计算 定时限过电流保护动作电流整定一般应按以下两个原则来确定： (1)为保证过电流保护在正常运行时不动作，其动作电流idz应大于线路上流过的最大负荷电流ifmax，即 idz ifmax(2)为保证在相邻线路上的短路故障切除后，保护能可靠地返回，保护装置的返回电流ih应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自起动电流izqmax，即 ih izqmax短路时电压下降，变电所b母线上所接电动机负荷转速降低或停转，d点故障由保护2切除后电压恢复时，仍接于网中

14、的电动机出现一个自起动过程，而电动机的自起动电流要大于它正常工作时的电流。izqmax =kzq ifmax19定时限过电流保护定时限过电流保护maxmaxfzqkzqkhikkiki max1fhzqkhhdzikkkiki 式中 kzq自起动系数，数值由负荷的性质及网络具体接线确定，一般取13； k k可靠系数，考虑电流继电器整定误差及负荷电流计算不准确等因素，一般取为 115 125； kh电流保护的返回系数，一般取085。最大负荷电流ifmax的确定，应根据实际电路结构及可能出现的各种严重情况具体计算。例如，在双回线时，必须考虑其中一回线断开时，另一回线的负荷电流将增大一倍。20定时限

15、过电流保护定时限过电流保护3定时限过电流保护灵敏度校验应考虑以下两种情况：(1）考虑过电流保护作为本线的近后备保护时，灵敏度校验点设在被保护线路末端，即d1点。(2)当用作相邻线路的远后备时，其校验点选在相邻线路末端，即d2点。5 . 13 . 1)2(min1)(1 dzddlmiik2 . 1)2(min2)(2 dzddlmiik式中 id1min在最小运行方式下，本线路末端两相短路时，流过保护处的短路电流；idz定时限过流保护的动作电流；klm(d1)定时限过电流保护按d1点校验的灵敏度。id2min在最小运行方式下，线路线路末端两相短路时，流过本保护处的短路电流；21定时限过电流保护

16、定时限过电流保护4定时限过电流保护的构成llj、2lj、3lj电磁式电流继电器，是保护的测量元件；sj电磁式时间继电器，保护的逻辑元件(延时)；xj信号继电器，保护的出口元件；bcj保护出口继电器。22定时限过电流保护定时限过电流保护5定时限过电流保护的评价 定时限过电流保护是一种简单而比较可靠的保护方式，应用非常广泛。但由于为了保证选择性，保护动作时间是按阶梯原则整定的，且时限级差较大，这样，如果线路段数较多时，则愈靠近电源处，保护的动作时间愈长。常累积至4s5s，而靠近电源处的短路故障，短路电流很大，这对电源是一个严重威胁。这是过电流保护从原理上存在的缺点。23阶段式电流保护阶段式电流保护

17、 由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起、构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。24阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式在中线上流回的电流 正常时为0；在发生接地短路时则为3i0。三个继电器的触点是并联连接的，相当于“或”回路。它可以反应各种相间短它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。网中的单相接地短路。1、三相三继电器的完全星形接线方式；25阶段式电流保

18、护的接线方式阶段式电流保护的接线方式2、两相两继电器的不完全星形接线方式；它和三相星形接线的主要区别在于b相上不装设电流互感器和相应的继电器，因此，它不它不能反应能反应b相中所流过的电流相中所流过的电流。在这种接线中，中线上流回的电流iaic多用于小电流接地多用于小电流接地系统，构成相间短系统，构成相间短路保护路保护。26阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式两种基本接线方式工作性能分析比较(1)对相间故障三相完全星形均有两个继电器动作，而不完全星形接线方式在ab和bc相间短路时只有一个继电器动作 。(2)异地两点接地短路时各种接线方式的工作性能 在小电流接地系统中，某相上一点接地以

19、后，由于电网上可能出现弧光接地过电压，因此在绝缘薄弱的地方就可能发生另一相上的第二点接地，这样就出现了两相经过大地成回路的两点接地短路，出现短路电流。在这种情况下，要求保护必须反映此故障，但希望继电保护动作只切除一条线路上的一个故障点，而无需把两条线路都切除。27阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式1)对小接地电流系统中串联线路上两点接地的反映串联线路上发生了da、db两点接地故障。根据选择性要求，希望只切除距电源较远的那条线路l2。若保护装置1和2均采用三相完全星形接线，就能保证100地只切除线路l2 。若保护装置采用不完全星形接线方式(电流互感器按同名相装设，即都装置在a、c相

20、上)，只能保证有23的机会有选择地切除下一条线路。28阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式 2)对小电流接地系统中由同一变电所引出的放射形线路上两点接地的反映当线路和的过电流保护均采用三相完全星形接线，而且保护1和2的时限整定相同，则发生两点接地后，两套保护均将起动，同时动作切除两条线路。 若采用不完全星形接线，线路的接地短路电流流过保护装置2，使线路被切除，线路i可以继续运行。29阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式3)在变压器后面两相短路时各种接线方式工作性能在实际的电力系统中，大量采用y/-11接线的变压器，并在变压器的电源侧装设一套电流保护，以作为变压器的后备保

21、护。30阶段式电流保护的接线方式阶段式电流保护的接线方式采用三相完全星形接线，则接于b相继电器的电流比其它两相的电流大1倍，故灵敏系数大一倍。若采用不完全星形接线，由于b相无电流继电器，则灵敏系数将比完全星形接线的灵敏度低l倍。为克服这个缺点可在两相不完全星形接线的中性线上再接一只电流继电器。31阶段式电流保护的接线图阶段式电流保护的接线图原理接线图交流回路接线图直流回路展开图32内容介绍内容介绍q单侧电源网络相间短路的电流保护q继电器的继电特性和返回系数q无时限电流速断保护q带时限电流速断保护q定时限过电流保护q电流保护的接线方式及应用q 相间短路的方向性电流保护相间短路的方向性电流保护q方

22、向电流保护的工作原理q功率方向元件的工作原理q功率方向继电器的接线方式q方向电流保护的应用33方向电流保护的基本原理方向电流保护的基本原理m1n234567k1k2i段：k1点故障，应保护4动作：要求k2点故障，应保护2动作：要求iii段保护：k1、k2故障时，保护2、4的段电流元件均起动。k1故障时：要求t4t2k2故障时：要求t2t4 2 .14 .1opopii2 .14 .1opopii矛盾！问题提出：问题提出：误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时，由对侧电源供给的短路电流所引起的。即误动时的实际功率方向是由线路流向母线，与所应保护的线路故障时的短路功率方向相反。矛盾！3

23、4方向电流保护的基本原理方向电流保护的基本原理因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。双端电源系统变成两个保护子系统，各反应一侧电源的供电方向。子系统内部保护要配合，子系统间不要求有配合关系。 电流元件与功率方向元件“与”的关系。35功率方向元件的工作原理功率方向元件的工作原理继电器1继电器20coscos1111djjjjjiuiup0)180cos(cos1222djjjjjiuiup90arg90jjiu动作方程可以写为36功率方向继电器及最大灵敏角功率方向继电器

24、及最大灵敏角功率方向继电器：用以实现判别功率方向或测定电流、电压间相位角的继电器。功率方向继电器当输入电压 和电流 的幅值不变时，其输出值随两者相位差 的大小而改变。通常把使功率方向继电器输出为最大时的相位差称为最大灵敏角 lm，为使在最常见短路时继电器动作最灵敏， lm一般取线路阻抗角，约为600。当输入功率方向继电器的电压电流相位差 时，短路功率 为最大，因此最大灵敏角只是一种称谓，没有实际意义。当短路点有过渡电阻、线路阻抗角在一定范围内变化情况下正方向故障时，继电器都能可靠动作，功率方向继电器动作的角度应该是一个范围：jujijlmj)cos(lmjjjdiup90arg90jjjieulm37功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器和电压互感器的连接方式，即加入继电器的电压和电流是线(相间)还是相的一定的组合方式。对功率方向元件的基本要求是：(1)应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障时，能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作；(2)故障时继电器的动作有足够的灵敏度，即要求正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性。以a相为例，若采用ajajiiuu,在正方向出口发生三相短路、a相接地、ab或ac两相接地故障时，a相的电压为零，出现电压死区，所以不宜采用。3