第3章电网的电流保护修改1

1、3.1 常用继电器3.2 相间短路的阶段式电流保护3.3 接地保护3.4 其他保护第三章 线路保护第一节 常用继电器1 电磁型电流继电器作用：测量被保护元件电流的大小，作为保护的启动和测量元件。结构：转动舌片式（DL-10型）（动合触点：当继电器无输入量时打开，继电器动作后闭合，也称为常开接点，意思是常态时触点为打开状态。） 当即电流减小到电磁力矩不足以反抗弹簧力矩时，继电器返回，动合触点断开。电磁型继电器工作原理 它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器。的继电器。电磁型电流继电器实物图1.基本结构基本结构电磁铁电磁铁可动衔铁可动衔铁线

2、圈线圈触点触点弹簧弹簧止挡止挡2.基本原理基本原理gI当电磁力矩当电磁力矩大于弹簧力大于弹簧力矩和摩擦力矩和摩擦力矩之和矩之和, ,继继电器动作电器动作, ,接点闭合接点闭合动作原理：MeMsMf，其中与加入继电器线圈电流的平方成正比 即：MeKI2。式中： Me电磁力矩 Ms弹簧力矩 Mf摩擦力矩 。w电磁转矩满足下面关系时，继电器返回sfeMMMgMMWRMMRIWKfsmfsmact2I)(KMMWRMMRIWKfsmfsmre2I)(继电器新旧符号对照带常开触点正常时其触点断开带动合触点动作时闭合4 电流继电器的特性参数1.动作电流：能使电流继电器刚好动作的最

3、小电流，以Iact表示；2.返回电流：能使电流继电器返回的最大电流，以Ir表示 。3.返回系数：返回电流与动作电流之比，即电流继电器返回系数小于1，一般为0.850.95。 Kr=Ire/Iact4.电流继电器特性： 当输入电流IKIact时，继电器动作，动合触点闭合；若IK1；一般要求在1.051.2 。低电压继电器：调整电压继电器动作值的方法： 调整整定把手位置； 改变线圈的连接方式。U串=2U并过电压继电器返回系数1：要求1.051.203 时间继电器 用途：在继保中作为时间元件，用来建立所需要的动作延时。 结构：螺管线圈式 DS-100系列（直流）DS-120系列（交流） 原理：由电磁

4、驱动机构、钟表机构等组成 线圈无电压弹簧1（螺管）压缩弹簧2（传动机构）拉伸 线圈加电压连杆释放传动齿轮转动摩擦离合器主传动齿轮延时机构 9a恒速转动（延时机构摆卡摆锤作用）时间继电器实物图9a9b松动固定螺丝时间继电器的动作电压不大于70%Ue。 返回电压不小于10%Ue。线圈电压消失弹簧1作用衔铁、连杆立即返回原位（摩擦离合器使主传动轮不能带动延时机构，复归不延时） 动作时间整定：改变静触点位置（9a与9b之间距离） 特点：线圈短时通电（可缩小继电器尺寸），若通电时间30s，需在线圈回路串接一个附加电阻。 正常起动Rf被短接 动作后Rf串接，保证热稳定旧符号及图新符号及图加入直流220V电

5、压，注意方向不要接反。上下4 中间继电器作用：增加触点数量和增大触点容量，动作和返回可带不大的延时，可以构成自保持回路。 结构：吸引衔铁式（DZ-10系列）原理：线圈电压6070%Ue时动作 线圈无电压或很低时返回5 信号继电器作用：用来指示保护装置的动作状态，同时接通灯光、音响信号回路。 结构：吸引衔铁式（DX-11型） 原理：线圈通电动作（触点闭合，掉牌） 自保持（机械自保持）,手动复归 类型：串联信号继电器（电流型） 并联信号继电器（电压型） DXM-2A：磁力自保持灯光显示代替机械掉牌 干簧触点工作线圈、复归线圈（极性不能反接）电流继电器电流继电器过电流继电器过电流继电器 电压继电器电

6、压继电器中间继电器中间继电器时间继电器时间继电器信号继电器信号继电器低电流继电器低电流继电器 过电压继电器过电压继电器 低电压继电器低电压继电器 反应被保护元件电流降低而动反应被保护元件电流降低而动作的一种继电器作的一种继电器 反应被保护元件电压升高而动反应被保护元件电压升高而动作的一种继电器作的一种继电器 起桥梁作用起桥梁作用, ,接点多容量大接点多容量大, ,可实现短延时可实现短延时, ,及自保持。及自保持。建立保护所需要的延时时间。建立保护所需要的延时时间。当保护装置动作时，明显标示出继电器当保护装置动作时，明显标示出继电器或保护装置动作状态。或保护装置动作状态。 反应被保护元件电压降低

7、而动反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器作的一种继电器 反应被保护元件电流升高而动作反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器的一种继电器 电流互感器正方向规定：按减极性规定：一次侧电流由同名端流入；二次侧电路从同名端流出。aZ1aZ2loaZZ1I2II比值误差：角度误差：%10%100112IIII7arg12II第二节 线路相间短路的三段式电流保护工作原理：1 反应电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。 2 整定原则：为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端在最大运行方式下三相短路时的最大短路电流整定。 Iact.1Ik.B.max引入可靠系数Krel=1.2-1.3,则上式

8、即可写为 Iact.1=Krel*IK.B.max 考虑短路电流计算误差、继电器动作误差和非周期分量的影响二、瞬时电流速断保护 |I| 电流速断最小保护范围Lmin最大保护范围LmaxIk.B.maxZsABK1K3K212CIact.1M最大运行方式下三相短路电流曲线最小运行方式下两相短路电流曲线NESLKIKksskLZZEI1)3(3式中 Es系统等效电源的线电势Z1单位长度正序阻抗0.4/kmLk 短路点距保护安装处的距离Zs保护安装处到系统等效电源之间的阻抗)3(1)2(23323kksskILZZEI三相短路计算公式两相短路计算公式可见，Ik的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有

9、关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max） 动作电流与Lk无关，所以在图上是直线，它与曲线I和曲线II各有一个交点。在交点之前短路时，由于短路电流大于动作电流，保护装置都能动作。而在交点以后短路时，由于短路电流小于动作电流，保护将不能起动，由此可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长。 最大运行方式：使短路电流为最大的方式，对应于系统的阻抗最小Xs.min对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式，称之为系统最大运行方式。最小运行方

10、式：使短路电流为最小的方式，对应于系统的阻抗最大Xs.max对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式，称之为系统最小运行方式。XLXTXF最小运行方式最大运行方式：Xs.min=XF/4+XT/2+XL/2Xs.max=XF+XT+XLIKK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，此保护范围通常用线路全长的百分数来表示。可见，当系统为最大运行方式时，电流速断的保护范围为最大，当出现其他运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而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。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校

11、验其保护范围。 3灵敏性：用保护范围的大小来衡量 lmax 、lmin 一般用lmin来校验: 要求： lmin （1520） ;lmax 50保护范围：（1550%）lAB3灵敏性：用保护范围的大小来衡量 lmax 、lmin 一般用lmin来校验、 要求： lmin （1520） ;lmax 50保护范围：（1550%）lAB4 速动性：动作时间 t=0s实际上要计元件的固有动作时间，一般为50100ms。方法： 图解法 解析法：min1max1 .23lZZEIssact)23(1%100max1 .minsactSLABZIEZllKM的作用：1）增大接点容量，接通跳闸回路2）增大装置

12、动作时间（0.060.08s）3）防止管型避雷器放电（0.040.06s） 段误动作信号继电器KS 的作用是，在整套保护装置动作后，指示并记录该保护的动作，供运行人员查找和分析故障。跳闸回路中接入断路器QF的辅助触点QF，在断路器跳闸时，其辅助触点随之打开，切断跳闸回路电流。否则，由中间继电器的触点切断跳闸回路，将会烧坏中间继电器的触点。 原理图及元件作用说明见相关课件1整定值及保护范围示意图优点：动作迅速，简单可靠；缺点：不能保护线路全长，单独使用不能作为主保护，保护范围随运行方式、故障类型的变化而变化1仅靠动作电流值来保证其选择性2能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。3

13、在短线路上或运行方式变化较大的线路上使用时可能没有保护范围4 在线路-变压器组接线中可能保护线路的全长。KAB二、限时电流速断保护 段 限时速断工作原理1、特点：既能保护线路全长，又能快速切除故障，兼作瞬时电流速断的近后备。2、保护范围：本线路全长及相邻线路一部分（不超过相邻线路瞬时电流速断保护范围）要求任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性在满足要求的前提下，力求动作时限最小。本线路限时速断的保护范围相邻线路速断保护范围3、动作电流及动作时限的整定：与相邻线路电流速断保护配合。限时电流速断保护整定原则 即整定值与相邻线路第段配合。 考虑继电器的动作误差和短路电流的计算误差。引入可靠系数

14、Krel, 即： 其中Krel一般取为1.1-1.2 （不需考虑非周期分量影响） 从以上分析中已经得出，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，即动作时间：t取0.5，称时间阶梯，2 .1 .actrelactIKItttactact2 .1 .t又不能选择过小。影响 t的主要因素有： (1) 前一级保护动作的负偏差(即保护可能延后动作) t1 。 (2) 后一级保护动作的正偏差(即保护可能提前动作) t2 。 (3) 保护装置的惯性误差(即断路器跳闸时间：从接通跳闸回路到触头间电弧熄灭的时间) t3 。 (4) 为保证有选择性，再加一个时间裕度 t

15、4 (0.1 = 0.15)s，则时限级差为 t = t1 + t2 + t3 + t4 由此确定的t一般为 0.35s0.5s，实际应用中取 t =0.5s。 灵敏性：为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护在系统最小运行方式下线路末端发生两相短路时，应具有足够的灵敏性，一般用灵敏系数来校验，即规程规定5 . 13 . 11 .)2(min.actBKsenIIK 一般规定：20km以下：Ksen1.52070km:Ksen1.470km以上:Ksen1.3Ik.B.min 最小运行方式下被保护线路末端发生两相金属性短路时，流过本线路保护的电流； 本线路限时电流速断保护的动作电流。actr

16、elactIKI2 .1 .ttt21若灵敏性不满足要求，与相邻线路第段配合，即动作时间为动作电流为1 .actI必须进行灵敏系数校验的原因，主要是考虑下列因素：(1) 故障点存在过渡电阻，使实际短路电流比计算电流小，不利于保护动作。(2) 实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值。(3) 由于电流互感器的负误差，使实际流入保护装置的电流小于计算值。3、灵敏系数（比瞬时电流速断保护高，可保护线路全长，但速动性略差）（三）原理接线：如图根据归总式原理图画出展开图 瞬时电流速断与限时电流速断的配合 分析各区段保护动作情况：AB、BC。结论：两者配合，可在0.5s的短时间内切除全线路范围内任

17、何点短路故障可作为线路的主保护原理图说明小结：限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性与第段共同构成被保护线路的主保护，兼作第段的近后备保护。其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定，正常时不应该起动而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它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。a.工作原理及整定原则：为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流IL.max。然而，在实际上确定保护装置的起动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置是

18、否能够返回的问题。三、定时限过电流保护 段 过电流保护1、动作电流的整定：（1）按躲过被保护线路的最大负荷电流整定（2）相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回max.1 .lMSactIKImax. lMSreIKI防止误起动保证外部故障切除后可靠返回Krel可靠系数，取1.15-1.25Kms电动机自起动系数，取1.5-3Kre返回系数，取0.85要特别注意的确定。可举例说明。max.rellreMsactIKKKI max. lMSrelreIKKIactrereIIK显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，Kre越大，Iact越小，Ksen越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高

19、的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.850.95）2、动作时限的整定：按阶梯原则整定保证动作的选择性，具有定时限特性，动作时限与流过电流大小无关。ttt21ttt32ttt434321tttt注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合3、灵敏度：动作值小灵敏性高保护范围：作为本线路的后备保护（近后备），也可作为相邻线路的后备保护（远后备）5 . 13 . 1)2(min.)1(actBksenIIK作为本线路的近后备：2 . 1)2(min.)2(actcksenIIK作为相邻线路的远后备： Ik.B.min本线路末端短路时的短路电流 Ik.C.min 相邻线路末端短路时的短路电流

20、 四）原理接线： 采用电磁型继电器构成的定时限过电流保护组成：KA、KT、KS 特点：短路点离电源越近的线路IKt，但同一条线路动作时限相同动作时间比段长一些小结第段的动作值比第、段的Iact小得多，其灵敏度比第、段更高；在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；保护范围是本线路和相邻下一线路全长；电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，t越长，应设三段式保护。近后备灵敏度要求大于1.5；远后备灵敏度要求大于1.25。1、三相三继电器接线（完全星形接线）如图（1）特点：三

21、只KA接入各自相应相别TA的二次侧，两星形中点连接 可反映各种类型短路（2）接线系数Kcon：继电器线圈电流Ij与TA二次电流I2的比值 Kcon=Ij/I2 完全星形接线：Kcon=1 （3）适用：大接地电流系统相间短路保护,变压器、发电机过流保护（4）缺点：费用高且小接地电流系统不适用例：两条线路在不同相别发生接地且其保护动作时限相同两条线路会同时断开，而小接地电流系统允许短时单相接地运行四、电流保护接线方式（KA线圈与TA二次线圈之间的连接方式)三相完全星形接线（5）应用，发电机、变压器过流保护采用。2、两相两继电器接线（不完全星形接线）（1）特点：两只KA和两只TA均接成不完全星形，两

22、中点之间有中线连接 能反映各种相间短路。（2）Kcon=1（3）适用：小接地电流系统作为相间短路保护、段采用（4）各处保护装置的TA必须装设在同名相上（5）2/3机会切除一个故障点，提高供电可靠性（6）中性点直接接地电网和非直接接地电网中。（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。）不完全星形接线说明两继电器接线的优点两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时限相同） a、双回线路保护装置LH装设在同名相A、C上 XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 + + - - + + XL-2切除情况 - + + + + - 停电

23、线路数目 1 2 1 1 2 1其中：“+”为切除；“-”为不切除 结论：2/3机会切除一个故障点；1/3机会切除两个故障点串联线路三相星形接线：保护1和保护2之间有配合关系，100切除NP线两相星形接线：2/3机会切除NP线。（即1/3机会无选择性动作）并行线路上：（可能性大）三相星行接线：保护1和保护2同时动作，切除线路、。两相星行接线：2/3机会只切一条线路。Y接线降压变压器后d(2) 结论：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位Y11升压变：Y侧超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。经济性：两相星行接线优于三相星行接线三相星行接线灵敏度是两相星行接线的两倍针对措施：在两

24、相星行接线的中线上再接入一个KA，其电流为lYBlYCYAnInII/ )(.以提高灵敏性。3、两相三继电器接线（不完全星形接线） （1）特点：回路比不完全星形接线多接一只继电器 （2）Kcon=1（对于Y/-11变压器保护，灵敏系数与完全星形接线相同）（3）适用：小接地电流系统作为相间短路保护4、两相单继电器接线（两相电流差接线）（1）特点：一只继电器，两只TA反极性连接（2）缺点： a、短路形式不同，保护灵敏系数不同 正常、三相短路：Kcon= IJ= Ia两相短路：CA Kcon=2 （A、C相装TA） AB或 BC Kcon=1b、在Y/-11变压器后发生两相短路时，保护可能拒动 例：

25、Y/-11变压器，a、b短路 （3）应用：中性点不接地系统小容量电动机保护作为相间短路保护 33五、阶段式电流保护的应用及评价1. 阶段式电流保护的构成 无时限电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流增大而动作的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流。 电流速断保护是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，它虽能无延时动作，但却不能保护本线路全长； 限时电流速断保护是按照躲开下级线路各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定，它虽能保护本线路的全长，却不能作为相邻线路的后备保护； 定时限过电流保护则是按照躲开本线路最大负荷电流来整定，可作为本线路及相邻线路的后

26、备保护，但动作时间较长。 为保证迅速、可靠而有选择性地切除故障，可将这三种电流保护，根据需要组合在一起构成一整套保护，称为阶段式电流保护。 具体应用时，可以采用电流速断保护加定时限过电流保护，或限时电流速断保护加定时限过电流保护，也可以三者同时采用。应用较多的就是三段式电流保护，其各段的动作电流、保护范围和动作时限的配合情况如图2.8 所示。当被保护线路始端短路时，由第I段瞬时切除；该线路末端附近的短路，由第II 段经0.5s 延时切除；而第III 段只起后备作用，所以装有三段式电流保护的线路，一般可在0.5s 左右时限内切除故障。阶段式电流保护的配合现以图2.8 为例来说明阶段式电流保护的配

27、合。在电网最末端的线路上，保护4 采用瞬时动作的过电流保护即可满足要求，其动作电流按躲过本线路最大负荷电流来整定，与电网中其他保护的定值和时限上都没有配合关系。在电网的倒数第二级线路上，保护3 应首先考虑采用0.5s 动作的过电流保；如果在电网中线路CD 上的故障没有提出瞬时切除的要求，则保护3 只装设一个0.5s 动作的过电流保护也是完全允许的；但如果要求线路CD上的故障必须快速切除，则可增设一个电流速断保护，此时保护3 就是一个速断保护加过电流保护的两段式保护。而对于保护2 和1，都需要装设三段式电流保护，其过电流保护要和下一级线路的保护进行配合，因此动作时限应比下一级线路中动作时限最长的

28、再长一个时限级差，一般要整定为1s1.5s。所以，越靠近电源端，过电流保护的动作时限就越长。因此必须装设三段式电流保护。 两段式电流保护：较短的线路或运行方式变化大线路：、段。线路变压器接线：、段。对继电保护的评价，主要是从选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个方面出发，看其是否满足电力系统安全运行的要求，是否符合有关规程的规定。 1) 选择性 在三段式电流保护中，电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断保护和过电流保护则是靠动作电流和动作时限来实现的。它们在 35kV 及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但在多电源网络或单电源环网中，则只有在某些特殊情 况下才能满足选择性

29、要求。 2) 速动性 电流速断保护以保护固有动作时限动作于跳闸；限时电流速断保护动作时限一般在0.5s 以内，因而动作迅速是这两种保护的优点。过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限可能长达几秒，这是过电流保护的主要缺点。 三段式电流保护的评价 3) 灵敏性 电流速断保护不能保护本线路全长，且保护范围受系统运行方式的影响较大；限时电流速断保护虽能保护本线路全长，但灵敏性依然要受系统运行方式的影响；过电流保护因按最大负荷电流整定，灵敏性一般能满足要求，但在长距离重负荷线路上，由于负荷电流几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。受系统运行方式影响大、灵敏性差是三段式电流保护的主要缺点

30、。 4) 可靠性 由于三段式电流保护中继电器简单，数量少，接线、调试和整定计算都较简便，不易出错，因此可靠性较高。 总之，使用一段、二段或三段而组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下能满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在 35kV 及以下的单侧电源辐射形电网中得到广泛的应用。其缺点是受电网的接线及电力系统运行方式变化的影响，使其灵敏性和保护范围不能满足要求。1保护保护I1段段保护保护范围范围1保护保护1段段保护保护范围范围2保护保护I段保护范围段保护范围1 1保护保护II1段范围段范围P1mBn2IAI1K2K 三段式电流保护保护范围示意图三段式电流保护保

31、护范围示意图 继电保护二次接线图n 按照用途分 原理接线图 安装接线图微机型保护 逻辑框图表明其工作 交流回路展开图归总式原理接线图展开式原理接线图分立元件构成的三段式电流保护装置接线图电力系统继电保护的接线图一般有框图、原理图和安装图三种。对于采用机电型继电器构成的继电保护装置，用得最多的是原理图。原理图又分为归总式原理图(简称原理图)和展开式原理图(简称展开图)。 原理图能展示出保护装置的全部组成元件及其他们之间的联系和动作原理。在原理图上所有元件都以完整的图形符号表示， 所以能对整套保护装置的构成和工作原理给出直观、完整的概念，易于阅读。三段式电流保护的原理接线图如图 2.13(a)所示

32、。图中的保护采用不完全星形接线方式(因为是相间短路保护)，可实现各种类型的相间短路保护。 三段式电流保护接线原理图三段式电流保护接线原理图 It信号KA1KT1KS1IIItIIIKS2KS31XBKA2KA3KA4KA5KA6KA7TCQFKT22XB3XBKCOTA1TA3KA1KA6KA7QFI I段段IIII段段IIIIII段段WCWCKA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KT1KT2KCOQFKS2KS3KS1KCOKT1KT2TQ直流回路FU12KS1KS2KS3起动信号信号回路701716控制电源小母线熔断器出口继电器段电流及I段电流II段电流III段信号继电器II段信号继电

33、器III跳闸回路KA1KA3KA5KA6KA4KA2KA7TA1TA3 三三段段式式电电流流保保护护接接线线展展开开 图图 P1mNn2IMI2KI I段段KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KT1KT2KCOQFKS2KS3KS1KCOKT1KT2TQ直流回路WCWCFU12KS1KS2KS3起动信号信号回路701716控制电源小母线熔断器出口继电器段电流及I段电流II段电流III段信号继电器II段信号继电器III跳闸回路KA1KA3KA5KA6KA4KA2KA7TA1TA3 三三段段式式电电流流保保护护接接线线展展开开 图图 P1mNn2IMI1KIIII段段展开图是将交流回路和直流

34、回路分开画出的。各继电器的线圈和触点分别画在各自所属的回路中，并用相同的文字符号标注，以便阅读和查对。在连接上按照保护的动作顺序，自上而下、从左到右依次排列线圈和触点。 阅读展开图时，一般应按先交流后直流，由上而下、从左至右的顺序阅读。展开图的接线简单，层次清楚，绘制和阅读都比较方便，且便于查线和调试，特别是对于复杂的保护，其优越性更加显著，所以在生产中得到了广泛的应用。图中继电器触点的位置，对应于被保护线路的正常工作状态。 三段式电流保护原理展开图电流速断限时速断定时限过流出口跳闸回路三段式电流保护整定计算举例1 电流速断整定计算L1线路末端K1点三相短路电流：kALXXEIABSsBk47

35、5. 1804 . 01331151min.)3(max.电流速断保护整定kAIKIBkrelact77. 1457. 12 . 1)3(max.1 .灵敏性校验kmXIXlSact3 .46)1477. 1311523(4 . 01)311523(1max.1 .1min最小运行方式下的保护范围：%15%9 .57%100%minminABlll满足要求动作时间： 10t2 限时电流速断保护整定计算BC线路末端三相短路最大短路电流：kALXXEIACSsCk863. 01604 . 01331151min.)3(max.相邻线路电流速断整定：kAIKICkrelact034. 1863. 0

36、2 . 1)3(max.2 .本线路限时电流速断保护整定138. 1034. 11 . 12 .1 .actrelactIKI校验限时速断灵敏性计算BC线路末端在最小运行方式下的最小短路电流为提高灵敏性，只有减小动作电流，因此，本线路限时电流速度与相邻线路的限时电流速度配合计算CD线路末端在最大运行方式下的三相短路电流kALXXEIABSsBk25. 1804 . 014311523231max.)2(min.3 . 110. 1138. 125. 11 .min.)2(actBKIIKsen不满足要求kALXXEIADSsDk609. 02404 . 01331151min.)3(max.C

37、D线路电流速断整定：kAIKIDkrelact67. 0609. 02 . 1)3(max.3 .AB线路限时电流速断整定：KAIKIactrelact803. 067. 02 . 13 .2 .BC线路限时电流速断整定：KAIKIactrelact883. 0803. 01 . 12 .1 .校验限时电流速断灵敏性3 . 1416. 1883. 025. 11 .min.)2(actBKIIKsen满足要求时限整定 2 .1 .0 . 15 . 05 . 0tttactact3 本线路定时限过电流保护整定：kAIKKKIRrastrelact373. 012. 085. 02 . 22 .

38、1max.3 .作为本线路近后备的灵敏性校验5 . 1351. 3373. 025. 11 .min.)2(1 .actBKIIKsen满足要求作为相邻线路远后备的灵敏性校验计算AC线路末端最小运行方式下最小短路电流K2kALXXEIACSsCk737. 01604 . 014311523231max.)2(min.2 . 1976. 1373. 0737. 01 .min.)2(1 .actCKIIKsen过流保护动作时间整定 0 . 35 . 00 . 221ttt对于单电源辐射形供电的网络，每条线路上只在电源侧装设保护装置就可以了。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

39、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五 电网相间短路的方向电流保护一、电流保护方向问题的提出（1）瞬时电流速断保护无选择性动作 （2）定时限过电流保护动作时限无法整定 双电源网 单电源环网IactactIII3 .12 .速断：过流：32tt 只让正方向的元件动作和配合IactIactIII2 .23 .23tt 速断：过流：只是正向元件间配合2、原因：反方向短路时出现由线路流向母线的短路电流。3、解决方法：电流元件K

40、A起动； 采用方向电流保护：功率方向元件KP判别（正方向：母线线路），反应短路时大小和方向的保护（其中方向为电流和电压之间的夹角） 由此引入短路功率方向的概念：短路电流方向由母线流向线路称为正方向故障，允许保护动作；短路电流方向由线路流向母线称为反方向故障，不允许保护动作。如当 k1 点短路时，流过保护 3的短路功率方向由母线流向线路，保护应该动作；而流过保护 2 的短路功率方向则由线路流向母线，保护不应该动作。同样对于 k2点短路，流过保护 2 的短路功率方向由母线流向线路，保护应该动作；而流过保护 3 的则由线路流向母线，保护不应动作。 正方向短路时， 超前 的角度为锐角，反方向短路时，

41、超前 的角度为钝角。因此，功率方向继电器的工作原理实际上就是通过测量 和 之间的相位角来判别正、反方向短路的，正方向短路时，功率方向继电器动作，反方向短路时，功率方向继电器不动作。 BUkIBUkIBUkI工作原理（方向过电流保护） 1、动作参数的整定 根据动作方向将保护分成两组。例：在图2-15（P71）将1、3、5分成一组；2、4、6分成一组再分别按单侧电源线路过电流保护同样的原则整定参数，保证动作的选择性。 2、特点： 在原有保护上增设一个功率方向判别元件反向故障时，闭锁保护。二、功率方向继电器（二）要求：1、判断方向与故障类型无关（U和I之间的相位）。2、灵敏度高（动作功率小）。3、消

42、除死区目前广泛应用的功率方向继电器有感应型、整流型和半导体型。尽管形式多样，但都是按相位比较或幅值比较原理构成的，结构：输入：（5、6电流端子） （7、8电压端子）（5、7为同极性端）输出 ：KP接点（11、12端子）电压形成回路（电流换器UR，电压变换器UV）比较回路（整流桥1U，2U） 执行元件（极化继电器KP） 56组成:1电压形成2整流滤波3 环形比较4 极化继电器90arg90KKIU相位比较式幅值比较式KIKUKIKUIKUKIKUK动作即动作条件实际动作条件：电压死区及其消除。解决方法：在电压回路采用记忆电路。（串接构成串联谐振记忆回路）超前电压超前电流muUKmuUK90mUT

43、XmI9090max.max.sensen继电器动作范围继电器灵敏角max.sen内角与转移阻抗角的关系90TX线路阻抗角与转移阻抗角的关系KTX60120表明动作范围是：电流超前电压120 和电流滞后电压60 五、功率方向继电器的接线方式1、要求：（1）能正确反应故障方向,与故障类型无关：正方向故障继电器动作；反方向故障，继电器不动作。（2）动作灵敏性高，电流超前电压。（3）能消除死区，引入的电压尽可能大。 2、接线；90特点（1）接相间电压，不对称短路时动作灵敏。（2）可消除正向出口两相短路的电压死区。（3）不能消除正向出口三相短路的电压死区。（4）接线应注意KP电压电流线圈极性与TA、T

44、V极性的正确连接。1适当选择继电器内角，任何相间短路，均能正确动作。动作条件：2KP灵敏动作条件：3对两相短路均无死区，近点三相短路，继电器有死区。 按相起动非故障相电流：电网发生不对称短路时，在非故障相中流过的电流。1、两相短路：K点AB短路。2、单相接地短路， 解决方法：（1）提高起动元件的动作电流，使之大于非故障相电流（负荷电流与零序电流相量和）。（2）接线采用按相起动。按相起动。七、 方向电流保护的整定计算 （一）方向过电流保护动作电流的整定。 1、躲过被保护线路中的最大负荷电流。 须考虑开环时的增加。（二）方向过电流保护灵敏系数的校验。 方向元件：不须校验。 电流元件：与不带方向元件

45、的过电流保护相同。（三）方向过电流保护动作时限的整定。 同一动作方向的过电流保护：按阶梯原则。 装设方向元件的原则：同一母线两侧，动作时限短且相等须装方向元件。同一母线两侧，动作时限长者可不装方向元件。（三）方向过电流保护接线图。课堂练习：画展开图。 注意此处电压接线有错误，第三节 电网的接地保护（一）电网接地方式： 中性点直接接地方式： 110kV及以上大电流接地系统。 中性点不接地或经消弧线圈接地： 35kV及以下小电流接地系统。（二）零序保护（接地保护）。 接地故障：出现零序电流和零序电压构成保护。 优：接线简单，灵敏度高，动作迅速，保护区稳定。 （三）保护特点：电压等 接地方式 保护特

46、点110kV及以上 中性点直接接地 零序保护多用于跳闸 335kV以下 中性点不接地 零序保护多用于信号66kv 中性点经消弧线圈接地 边界条件：000CBKAACCBBAIIIIEUEUUACBCBAEEEUUUU31)(31)(310KAACBAIIIIII3131)(310中性点直接接地电网接地故障的特点总结零序分量只在单相接地或两相接地短路时出现。1、在故障点最高，离故障点越远，零序电压越小。2、零序电流的分布，取决于输电线路和中性点接地变压器的零序阻抗。3、系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就不变。但正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方

47、式而变化，从而间接影响零分量大小。4、零序电流超前零序电压95110。零序电流的实际流向，由线路流向母线。零序分量的获取1零序电流滤过器3零序电压滤过器2零序电流互感器ABCabcnUnl阶段式零序电流保护1、构成：零序段（瞬时零序电流速断） 零序段（限时零序电流速断）零序段（零序过电流）（一）瞬时零序电流速断（零序段）保护 优点：与反应相间短路的段比保护范围长且稳定 （1）躲过被保护线路末端单相或两相电流接地时的最大零序电流 （2）躲过QF三相不同时合闸时，流过保护的最大零序电流max. 01 .3BrelIactIKImax. 01 .3unbrelIactIKI说明：按上述原则整定时，应

48、选取其中较大者作为零序电流速断保护的动作电流；若零序段的动作时间(保护固有时间)大于断路器三相不同时合闸的时间，则不需考虑 I0.unb 的影响，只按原则(1)整定；在有些情况下，若按原则(2)整定将使起动电流过大，保护范围过小，这时可采用：合闸时(手动或自动)使零序 段带有一个小的延时(0.15s)，以躲过三相不同时合闸的时间，这样整定时也不需要考虑原则(2)了。 仍按上述原则整定，因动作值小，保护范围大，所以灵敏。主要任务是对全相运行状态下的接地故障进行保护。当单相自动重合闸启动时(即开始切除单相接地故障时)将其自动闭锁，待恢复全相运行时再重新投入。 不灵敏的段：其整定原则为 ：躲过非全相

49、振荡时出现的最大不平衡电流因动作值大，保护范围小，所以称为不灵敏段。主要任务是专为非全相运行状态下(如单相自动重合闸过程中)，其他两相又发生了单相接地故障时的保护，以便尽快地将故障切除。当然，它也能反应全相运行状态下的接地故障，只是其保护范围比灵敏的段要小。灵敏段、不灵敏段说明：max. 0 unbrelopIKI灵敏的段：（二）限时零序电流速断（零序段）保护。与相邻线路零序段配合 IactrelIIactIKI2 .1 .tttIactIIact2 .1 .限时零序电流速断保护的灵敏系数按被保护线路末端发生接地短路时的最小零序电流来校验。设 B母线接地短路时流过 AB线路的最小零序电流为 3

50、Ik0.B.min 。则灵敏系数为：5 . 13 . 13.min. 0actBkIIsenIIK（三）零序过电流（零序段）保护。按躲过下一线路末端三相短路时出现的最大零序不平衡电流整定。max.0.unb1 .IKIrelactmax.max.0.unb.%10KstapIKKI时限按阶梯原则整定：注意只在有零序电流流通的电路中配合ttt21 定时限零序过电流保护作为本线路近后备保护的灵敏系数应按本线路末端接地短路时流过保护的最小零序电流校验，要求 Ksen 1.3； 当作为相邻线路的远后备保护时，应按相邻线路末端接地短路时流过本保护的最小零序电流来检验，要求 Ksen 1.2 。 当两个保

51、护之电力系统继电保护间具有分支线路时，应考虑分支线路的影响。同时还必须要求各保护的零序三段保护之间的灵敏系数的相互配合，即本级的灵敏系数一定要小于下一级的灵敏系数。灵敏性校验：定时限零序过电流保护的动作时限按阶梯原则确定，必须注意的是，在Y,d-11 接法的变压器低压侧的任何故障都不会在高压侧引起零序电流，因此保护 3 的零序过电流可以是瞬时动作的，所以对零序过电流保护来说，动作时限可从保护 3 开始逐级配合，为便于比较，将反应相间短路的过电流保护的时限特性也画在同一图中，它是从保护 4 开始逐级配合的。由图可见，同一线路上零序过电流保护的动作时限小于相间短路过电流保护的动作时限。这是零序过电

52、流保护的优点之一 实践表明，在 220kV500 kV的输电线路上发生单相接地故障时，往往会有较大的过渡电阻存在，当导线对位于其下面的树木等放电时，接地过渡电阻可能达到100300。此时通过保护装置的零序电流很小，上述的零序电流保护均难以动作。为了在这种情况下能够切除故障，可考虑采用零序反时限过电流保护，继电器的动作电流可按照躲过正常情况下出现的不平衡电流进行整定。零序方向电流保护1、在线路两侧的变压器中性点均接地运行，发生故障时电流分为两个支路。2、必须使用方向元件来区分区、内外故障以保证选择性。零序功率方向继电器为判别零序功率的方向，在零序电流保护装置中应接入零序功率方向继电器，它反应于零

53、序功率方向而动作，其整流型的零序功率方向继电器与反应相间短路的整流型功率方向继电器的工作原理和构成方法基本相同，差别仅在于接线方式不同。因为零序功率方向继电器反应的是零序功率的方向，所以需要接入零序电压 3U0和零序电流 3I0,又因为接地故障点越靠近保护安装处，零序电压越高，所以零序功率方向继电器不存在电压“死区”问题。这里仅说明零序功率方向继电器的接线方法。 零序功率继电器的动作特性灵敏角：反接3U0为70 或全部正向接入为110特点：不存在死区零序电流保护的评价1 灵敏性高 由于线路的零序阻抗较正序阻抗大，所以线路始端和末端接地短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序电流 I段和零序

54、电流 II 段保护范围较长。 此外，零序过电流保护按躲过最大不平衡电流来整定，继电器的动作电流一般为2A3A。而相间短路的过电流保护要按最大负荷电流来整定，动作电流值通常都大于零序过电流保护的动作电流值。所以，零序过电流保护灵敏性高。 另外，零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小，保护范围较稳定。因为系统运行方式变化时，零序网络不变或变化不大，所以零序电流的分布基本不变。2速动性好 零序过电流保护的动作时限比相间短路过电流保护的动作时限要短。尤其是对于两侧电源的线路，当线路内部靠近任一侧发生接地短路时，本侧零序电流保护段动作跳闸后，对侧零序电流将增大，可使对侧零序电流保护一段也相继动作跳闸，

55、因而使总的故障切除时间更加缩短。3. 不受过负荷和系统振荡的影响 当系统中发生某些不正常运行状态，如系统振荡、短时过负荷时，三相仍然是对称的，不产生零序电流，因此零序电流保护不受其影响，而相间短路电流保护可能受其影响而误动作，所以需要采取必要的措施予以防止。4. 方向零序电流保护在保护安装处接地时无电压死区 零序电流保护较之其他保护实现简单、可靠，在110kV及以上的高压和超高压电网中，单相接地故障约占全部故障的70%90%，而且其他的故障也都是由单相故障发展起来的，所以零序电流保护就为绝大多数的故障提供了保护，具有显著的优越性，因此在中性点直接接地的高压和超高压系统中获得普遍应用。(1) 受

56、变压器中性点接地数目和分布的影响显著。对于运行方式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系统运行所提出的要求。 (2) 随着单相自动重合闸的广泛应用，在重合闸动作的过程中将出现非全相运行状态，再考虑到系统两侧的发电机发生摇摆，可能会出现较大的零序电流，因而影响零序电流保护的正确工作，此时应从整定计算上予以考虑，或在单相重合闸动作过程中使其短时退出工作。 (3) 当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网(如110kV和220kV电网)时， 则在任一电网中发生接地短路时都会在另一电网中产生零序电流，这使得零序电流保护的整定配合复杂化，并增大了零序三段保护的动作时限。零序电流保护的缺点是

57、：三段式零序电流保护原理图中性点不接地电网单相接地故障的特点所谓小电流接地系统，是指中性点非直接接地系统，即指中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。在这种系统中，发生单相接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的电流，所以称为小电流接地系统。在我国，3kV35 kV的电网主要采用中性点非直接接地方式。 在小电流接地系统中，发生单相接地时，除故障点电流很小外，三相之间的线电压仍然保持对称，对负载的供电没有影响，所以在一般情况下都允许再继续运行 2h。在此期间，其他两相的对地电压要升高 3倍。 为了防止故障的进一步扩大造成两相或三相短路，应及时发出信号，以便运行人员查找发生接

58、地的线路，采取措施予以消除。这也是采用小电流接地系统的主要优点 所以在单相接地时，一般只要求继电保护能选出发生接地的线路并及时发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。 要求：A 相接地时，A 相对地电容电流为零，而非故障相在对地电压的作用下，分别产生超前 90 的电容电流，即： 增大增大.3.30150150CeEUCICeEUCIUCIjACCjABBAAANjAACjAABBAEUeEEcEUeEEEUU150150330AABABCBAEEEEEUUUU)(31)(31000333)()(UCjECjUUCjUUUCjIIIIACBCBACBA其有效

59、值为 I0= 3 I C0EA ，是正常运行时单相电容电流的3倍。 由上可知，在发生单相接地短路时，非故障相电压升高至原来的 3倍，电源中性点对地电压等于零序电压，零序电压的相量与故障相电势的相量大小相等方向相反。各线路零序电流分布图：中性点不接地电网单相接地故障的特点1 接地相电压为零，非故障相电压升高为线电压，中性点电压偏移为正常对相电压。全系统均出现零序电压且处处相等。3U0=-3EA 相电压不对称，线电压对称。2 非故障线路的零序电流由本线路非故障相对地电容电流形成，方向由母线流向线路，零序电流超前零序电压90 。3 故障线路的零序电流为全系统非故障线路的零序电流之和，方向由线路流向母线，零序电流滞后零序电压90。 1、绝缘监视装置原理：单相接地时同一电压级的全电网出现相同零序电压。 适用：简单且允许短时停电的电网，无选择性在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形处会有