单侧电源网络相间短路的电流保护

1、继电器继电器是一种能自动执行断续控制的部是一种能自动执行断续控制的部件件，当其输入量达到一定值时当其输入量达到一定值时，能使其能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，输出的被控制量发生预计的状态变化，如如触点打开、闭合触点打开、闭合或或电平由高变低电平由高变低、由由低变高等低变高等，具有对被控电路实现，具有对被控电路实现“通通”、“断断”控制的作用。控制的作用。2.1.1 继电器继电器1. 继电器的分类和要求继电器的分类和要求按照动作原理可分为：按照动作原理可分为：按照反应的物理量可分为：按照反应的物理量可分为：按照作用可分为：按照作用可分为：电磁型电磁型感应型感应型整流型整流型电子型电子型数

2、字型数字型 电流继电器电流继电器电压继电器电压继电器功率方向继电器功率方向继电器阻抗继电器阻抗继电器频率继电器频率继电器瓦斯（气体）继电器瓦斯（气体）继电器起动继电器起动继电器量度继电器量度继电器时间继电器时间继电器中间继电器中间继电器信号继电器信号继电器出口继电器出口继电器2. 过电流继电器过电流继电器过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典型，它是一个量度继电器。型，它是一个量度继电器。 量量度度继继电电器器过量继电器过量继电器欠量继电器欠量继电器过电流继电器过电流继电器

3、过电压继电器过电压继电器高周波继电器高周波继电器低电压继电器低电压继电器阻抗继电器阻抗继电器低周波继电器低周波继电器反映故障反映故障参数增大参数增大而动作而动作电磁型过电流继电器结构电磁型过电流继电器结构电磁型过电流继电器电磁型过电流继电器5. 可动触点可动触点5JI 1. 线圈线圈12. 铁心铁心23. 空气隙空气隙34. 被吸引的可动舌片被吸引的可动舌片46. 固定触点固定触点67. 弹簧弹簧78. 止档止档8 铁心铁心, ,空气隙空气隙, ,可动舌片可动舌片组成的磁路组成的磁路. .舌片被磁舌片被磁 化后与铁心产生电磁吸力化后与铁心产生电磁吸力, ,吸引舌片向铁心靠吸引舌片向铁心靠 近近

4、, ,当电磁吸力足够大时当电磁吸力足够大时, ,即可吸动舌片即可吸动舌片, ,并并 使触点接通使触点接通, ,称为称为继电器继电器“动作动作”. .,2成成反反比比而而与与比比成成正正就就与与磁磁通通表表示示空空气气隙隙长长度度设设气气隙隙中中假假定定磁磁阻阻全全集集中中在在空空成成正正比比电电磁磁吸吸引引力力与与 JI22221JdcIKKM:,1通过由通过由产生磁通产生磁通中的电流中的电流线圈线圈 JI5 1234678JI正常情况下正常情况下,线圈中流入负荷电流线圈中流入负荷电流,为保证继电器为保证继电器 不动作可动舌片受弹簧不动作可动舌片受弹簧7拉力的控制而保持在原拉力的控制而保持在原

5、 始位置始位置.此时此时,弹簧产生的力矩弹簧产生的力矩Mth1称为称为初拉力矩初拉力矩.矩为则由弹簧产生的反抗力至减少由减小时故当舌片向左移动而使成正比弹簧的张力与其伸长为对应此时的空气隙长度,.,11 131KMMththK3:比例常数比例常数此外此外,舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩Mm,其值认为是一个常数其值认为是一个常数.故阻碍继电器动作的全故阻碍继电器动作的全部机械反抗转矩就是部机械反抗转矩就是Mth+Mm.5JI 1234678为使继电器起动并闭合其触点为使继电器起动并闭合其触点, ,须须I IJ J变大变大, , M Mdcdc增大增大

6、, ,继电器能够动作的条件为继电器能够动作的条件为: :把能使继电器动作的最小电流值把能使继电器动作的最小电流值, ,称为称为继电器的继电器的动作电流动作电流( (起动电流起动电流).).以以I Iop.Jop.J表示表示, ,对应此时的电磁转矩对应此时的电磁转矩: :mthdcMMM2.22op JdzIMKmthdcMMM对应这一电磁转矩对应这一电磁转矩, ,能使继电器返回原位能使继电器返回原位的的最大最大电流值称为电流值称为继电器的返回电流继电器的返回电流. .以以I Irere. .J J表示表示, ,则此时的电磁转矩为则此时的电磁转矩为222re JhIMK在继电器动作之后在继电器动

7、作之后, ,为使它重新返回原位为使它重新返回原位. .需使需使I IJ J减小减小以使以使M Mdcdc减小减小, ,然后由弹簧的反然后由弹簧的反作用力把舌片拉回作用力把舌片拉回, ,这时摩擦力又起阻碍这时摩擦力又起阻碍返回的作用返回的作用. .故返回的条件是故返回的条件是: :Jop JII当时继电器根本不动作继电器根本不动作:Jop JII当时继电器能够突然迅速地动作闭合继电器能够突然迅速地动作闭合其触点其触点.继电器又能突然地返回原位继电器又能突然地返回原位,触点重新打开触点重新打开.:Jre JII当时re JI01E123456JIop JI 继电特性图继电特性图 re Jreop

8、JIKIKre=0.850.95JI 1234678常开触点常开触点 5JI 1234678常闭触点常闭触点5JI 12346786多组触点多组触点5JI 12346786既有常开触点也有常闭触点既有常开触点也有常闭触点II. 晶体管型过电流继电器晶体管型过电流继电器R1UR1IJI2D1D4C1C2R2R3R4R5R6R8R7R9D5D6T1T2W0V+E1UC2+-UR3abI1I2Ib1Ib2ID5121.RIUR1)1)电压形成回路的作用是用中间交流器电压形成回路的作用是用中间交流器LBLB将加将加入继电器的电流转换成一个在电阻入继电器的电流转换成一个在电阻R R1 1的电压降的电压降

9、U UR1R1, ,以便与电流互感器的二次回路相隔离以便与电流互感器的二次回路相隔离, ,并取并取得晶体管回路所需要的信号电压得晶体管回路所需要的信号电压. .当整流滤波当整流滤波回路以后的负载电阻远大于回路以后的负载电阻远大于R R1 1时时, ,R1UR1IJI2D1D4C1C2R2R3R4R5R6R8R7R9D5D6T1T2W0V+E1UC2+-UR3abI1I2Ib1Ib2ID5LB2)整流滤波回路由二极管整流滤波回路由二极管D1D4和兀型滤波器和兀型滤波器(C1,C2,R2)组成组成,它将交流输出电压它将交流输出电压UR1变成一变成一个比较平滑的直流电压加于电位器个比较平滑的直流电压

10、加于电位器R3上上,从从R3活动头取出的电压以活动头取出的电压以UR3表示表示,它与加入继电器它与加入继电器的电流的电流IJ成正比成正比.23IURR1UR1IJI2D1D4C1C2R2R3R4R5R6R8R7R9D5D6T1T2W0V+E1UC2+-UR3abI1I2Ib1Ib2ID5bRUU33)3)比较回路由比较回路由R R4 4和稳压管和稳压管W W组成组成, ,W W两端给出稳两端给出稳定的电压定的电压U Ub b( (一般为一般为3 3V V左右左右),),称为比较电压称为比较电压. .继继电器能够动作的条件电器能够动作的条件: :故调节故调节U UR3R3就可调整就可调整I Id

11、zdz. .J JR1UR1IJI2D1D4C1C2R2R3R4R5R6R8R7R9D5D6T1T2W0V+E1UC2+-UR3abI1I2Ib1Ib2ID5U Ua a= U= Ub b+ +U UR3R34)4)执行回路是由执行回路是由T T1 1, ,T T2 2组成单稳触发器组成单稳触发器. .T T2 2集电极输出集电极输出U Uc2c2的变化的变化, ,即表示继电器的即表示继电器的不同工作状态不同工作状态. .R1UR1IJI2D1D4C1C2R2R3R4R5R6R8R7R9D5D6T1T2W0V+E1UC2+-UR3abI1I2Ib1Ib2ID5I.正常工作时正常工作时, IJI

12、dz.J,调节电位器调节电位器R3使使UR3Ub，故触头输入端的故触头输入端的a点具有正电位点具有正电位.D5截止截止,I3=0,输输入信号回路对触发器的工作不产生影响入信号回路对触发器的工作不产生影响.此时此时,T1的基极电流由两部分组成的基极电流由两部分组成:Ib1=I1+I25151,RERI约约等等于于供供给给经经偏偏流流电电阻阻98192,RRERI约约等等于于供供给给经经反反馈馈电电阻阻在Ib1的作用下: T1处于饱和导通状态,其集电极电压UC1=0.10.2V 不足以使T2导通,故T2处于截止状态. T2集电极输出电压UC2约等于E1,对应于继电器的 不动作状态II. 当当IJ增

13、大到增大到Idz.J时时,UR3开始大于开始大于Ub,a点电位由点电位由正变为负正变为负,D5导通导通,故故T1的的Ib1被输入回路所分流而被输入回路所分流而开始减少开始减少,随着随着Ib1的减少的减少,T1开始由饱和经放大区开始由饱和经放大区而向截止状态过渡而向截止状态过渡.由于反馈电阻由于反馈电阻R9的存在的存在,使这使这一过程进行得很迅速一过程进行得很迅速,故具有触发器特性故具有触发器特性.触发器翻转过程Ib1T1进入放大区进入放大区Vc1升高升高Ib2T2由截止区由截止区向放大区过渡向放大区过渡Vc2下降下降Ib1T T1 1截止截止V Vc2c2下降下降T2T2导通导通对应于继电器对

14、应于继电器的动作状态的动作状态02CU输出电压输出电压 电流继电器电流继电器过电压继电器过电压继电器正常运行及电正常运行及电压低时和停电压低时和停电时继电器不动时继电器不动作，触点闭合，作，触点闭合，电压高时继电电压高时继电器动作，触点器动作，触点断开断开常闭触点常闭触点功率方向继电器功率方向继电器Z阻抗继电器阻抗继电器JJ极化继电器极化继电器I-I 电流差动继电器电流差动继电器t时间继电器时间继电器信号继电器信号继电器中间继电器中间继电器2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征 12A AB BC CD D.maxB C fI2 21Il.maxA B

15、 fI.maxC D fI正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，流过线路的是最大负荷电流。都接入时，流过线路的是最大负荷电流。功率因数角功率因数角一般小于一般小于30300 0根据电力系统短路分析根据电力系统短路分析, ,当电源电势一定时当电源电势一定时, ,短路电流短路电流的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗 ,

16、 三相短路三相短路电流可表示为电流可表示为: :Z 3kskEEIzzz E系统等效电源的相电势系统等效电源的相电势kZ短路点到保护安装处的阻抗短路点到保护安装处的阻抗sZ保护安装处至系统的等效阻抗保护安装处至系统的等效阻抗sZ在一定的系统运行方式下在一定的系统运行方式下, , 和和 等于等于常数常数, ,可经可经计算绘出计算绘出 的变化曲线的变化曲线. . E kIf当系统运行方式及故障类型改变时当系统运行方式及故障类型改变时, ,I Ik k均将随之变化均将随之变化. .kI kIf02.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征 12k1A AB BC

17、CD Dk2k3k4.maxB C fI3 32 21Il.maxA B fI.maxC D fI随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网的网络拓扑、负荷水平的变化，的网络拓扑、负荷水平的变化， Z Zk k和和Z Zs s都会变化，造成都会变化，造成短路电流的变化。随短路点距离保护安装处远近的变化短路电流的变化。随短路点距离保护安装处远近的变化和短路类型的不同，和短路类型的不同，Z Zk k和和Z Zs s的值不同，短路电流也不同。的值不同，短路电流也不同。 v对每一套保护装置来讲对每一套保护装置来讲, ,通过该保护装置的短通过该保护装

18、置的短路电流为最大路电流为最大( (保护安装处到系统等效电源之间的系统保护安装处到系统等效电源之间的系统等效阻抗最小等效阻抗最小, ,即即Zs=Zs.min)Zs=Zs.min)的方式的方式, ,称为称为系统最大系统最大运行方式运行方式, ,而短路电流为最小而短路电流为最小( (系统等值阻抗系统等值阻抗ZsZs最大最大, ,即即Zs=Zs.max)Zs=Zs.max)的方式的方式, ,则称为则称为系统最小运行方式系统最小运行方式. .在最大运行方式下在最大运行方式下, ,三相短路时三相短路时, ,通过保护装置的短路通过保护装置的短路电流为最大电流为最大, ,而在最小运行方式下而在最小运行方式下

19、, ,两相短路时两相短路时, ,则短路则短路电流为最小电流为最小. .( (电流保护一般用于电流保护一般用于3535kVkV以下配电网中以下配电网中. .在在3535kVkV和和1010kVkV以下的低压线路中以下的低压线路中, ,采用中性点不接地方式采用中性点不接地方式, ,所以当单相接地所以当单相接地, ,系统影响不大系统影响不大.).)I系统运行方式变化举例开机方式开机方式网络拓扑网络拓扑12Ik:最大运行方式下三相短路最大运行方式下三相短路 :最小运行方式下二相短路最小运行方式下二相短路 短路点的位置不同短路点的位置不同, ,流经保护流经保护2 2的短路电流也不同的短路电流也不同运行方

20、式不同运行方式不同, ,同一地点发生短路时的短路电流也不同同一地点发生短路时的短路电流也不同故障类型不同故障类型不同, ,同一地点发生短路时的短路电流也不同同一地点发生短路时的短路电流也不同v流过保护安装处短路电流的大小与以流过保护安装处短路电流的大小与以下因素紧密相关：下因素紧密相关： 1. 1. 电力系统运行方式（电力系统运行方式（ZsZs）的变化；）的变化； 2. 2. 电力系统正常运行状态（电力系统正常运行状态（E E）的变化；）的变化；3. 3. 不同的短路类型；不同的短路类型；4. 4. 随短路点距等值电源的距离变化，短路电流随短路点距等值电源的距离变化，短路电流连续变化，越远电流

21、越小，并且在本线路末端连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端和下级线路出口短路，和下级线路出口短路，短路短路电流没有差别。电流没有差别。电流电流速断速断保护保护装置装置Iv概念概念: :对于仅反应于对于仅反应于电流增大电流增大而而瞬时动瞬时动作作的电流保护的电流保护, ,称为称为电流速断保护电流速断保护12假设在每条线路上均装有电流速断保护假设在每条线路上均装有电流速断保护,则则当线路当线路AB上发生故障时上发生故障时,希望保护希望保护2能瞬能瞬时动作时动作,而当线路而当线路BC上故障时上故障时,希望保护希望保护1能瞬时动作能瞬时动作,并且它们的保护范围最好能达并且它们的保护范围最好能达到本

22、线路全长的到本线路全长的100%. 以保护以保护2 2为例为例, ,当本线路末端当本线路末端k k1 1点发生故障时希望点发生故障时希望保护保护2 2能够瞬时动作切除故障能够瞬时动作切除故障. .而当相邻线路而当相邻线路B BC C的始端的始端k k2 2点点短路时短路时, ,按选择性的要求按选择性的要求, ,速断速断保护保护2 2不应动作不应动作, ,而应由速而应由速断断保护保护1 1动作切除动作切除. .但实际上但实际上, ,k k1 1点和点和k k2 2点短路时从保护安点短路时从保护安装装2 2处看处看所流过的短路电流的数值几乎一样所流过的短路电流的数值几乎一样. .因此因此, ,希望

23、希望k k1 1点短路时速断点短路时速断保护保护2 2能动作能动作, ,而而k k2 2点短路时速断点短路时速断保护保护2 2又又不动作的要求就不可能同时得到满足不动作的要求就不可能同时得到满足. .解决方法解决方法优先保证动作的选择性优先保证动作的选择性. .即从保护装即从保护装置起动参数的整定上保证下一线路出置起动参数的整定上保证下一线路出口处短路时不动作口处短路时不动作( (继保中称为按躲继保中称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定开下一条线路出口处短路的条件整定) )采用无选择性的速断保护采用无选择性的速断保护, ,而以自动而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作重合闸来纠正这种无选择性

24、动作. .牺牲灵敏性牺牲灵敏性保选择性保选择性牺牲选择性牺牲选择性保灵敏性保灵敏性k1k212q对反应电流升高而动作的电流速断保护对反应电流升高而动作的电流速断保护而言而言, ,能使该保护装置起动的最小电流值称能使该保护装置起动的最小电流值称为保护装置的整定电流为保护装置的整定电流. .以以I Isetset表示表示. .保护装置的起动值保护装置的起动值 Iset 是用是用电力系统电力系统 一次侧的参数一次侧的参数表示的表示的.显然必须当实际的短路电流显然必须当实际的短路电流 保护装置才能起动保护装置才能起动. ksetII它所表示的它所表示的意义意义是是:当在被保护线路的当在被保护线路的 一

25、次侧电流达到这个数值时一次侧电流达到这个数值时,安装在该安装在该 处的保护装置就能够起动处的保护装置就能够起动.四性中选择性是第一位的四性中选择性是第一位的. . 为保选择性,对保护1,Iset.1须整定得大于k4短路时,可能出现的最大短路电流.（保选择性）k3k412 31. .maxsetk cII 3. .maxk cI1)下一线路出口处短路2)最大运行方式3)三相短路引入可靠系数:Krel=1.21.3, 则有: 31. .m axsetrelk cIKI由于I(3)k3.max= I(3)k4.max,I(2)k4.maxIIsetset. .1 1引入可靠系数引入可靠系数: :K

26、KrelrelI(3)k.max保护保护2限时限时速断范围速断范围保护保护2电流电流速断范围速断范围M保护保护1电流电流速断范围速断范围2IkIset.2tMIset.2Iset.11I(3)k.max限时速断限时速断电流速断电流速断k2k1 当线路当线路B-CB-C的的k k2 2点故障时，保护点故障时，保护1 1处的电流速断和限时速断以及处的电流速断和限时速断以及保护保护2 2处的限时速断均启动，这时由保护处的限时速断均启动，这时由保护1 1的电流速断以的电流速断以t t1 1的时间的时间切除切除k k2 2点故障，在点故障，在k k2 2点故障切除短路电流消失后，保护点故障切除短路电流消

27、失后，保护1 1和保护和保护2 2的的限时速断自动返回。限时速断自动返回。k3线路线路A-BA-B末端末端k1k1点故障时，只有点故障时，只有保护处保护处2 2的限时的限时速断启动，其以速断启动，其以t t2 2=t=t1 1+ +t t的的时间切除时间切除k k1 1点故点故障。障。当线路当线路B-CB-C的的k k3 3点故障时点故障时, ,哪些哪些保护启动？由哪保护启动？由哪个保护动作切除个保护动作切除故障呢？故障呢？v动作时限选择动作时限选择限时速断的动作时限限时速断的动作时限t t2 2, ,应选择比下一线路速应选择比下一线路速断保护的动作时限断保护的动作时限t t1 1高出一个高出

28、一个t t. . 即即 t2 = = t t1 1+ +t t( (t:t:) )从速动性讲从速动性讲, , t t越小越好越小越好, ,为保证选择性为保证选择性, , t t又不能太少又不能太少, ,通常通常t=0.35t=0.350.6s0.6s. .多取多取t=0.5st=0.5st=tt=tQFQF. .1 1+t+tt t. .1 1+t+tt t. .2 2+t+tg g. .2 2+t+ty yt tt tQFQF. .1 1: :包括故障线路断路器的跳闸时间、灭弧时间包括故障线路断路器的跳闸时间、灭弧时间 t tt t. .1 1 : :故障线路保护故障线路保护1 1中时间继电

29、器的实际动作时间比整定时间大的正误差中时间继电器的实际动作时间比整定时间大的正误差 t tt t. .2 2 : :保护保护2 2中时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差中时间继电器可能比预定时间提早动作的负误差 t tg g. .2 2 : :保护保护2 2中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于惯性的影响而不能立即返回的延时由于惯性的影响而不能立即返回的延时 t ty y : :考虑一定的裕度考虑一定的裕度 v当线路上装设了电流速断和限时电流速当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护后断保护后,它们的联合工作就可以保证本线它们的联合工作

30、就可以保证本线路范围内的故障都能够在路范围内的故障都能够在0.5s的时间内予的时间内予于切除于切除,能够满足速动性的要求能够满足速动性的要求,具有这种具有这种性能的保护称为该线路的性能的保护称为该线路的“主保护主保护”.:限时电流速断保护必须在限时电流速断保护必须在系统最小运行方式系统最小运行方式下，下，线路末端线路末端发生发生两相短路两相短路时，具有足够的时，具有足够的反应能力，用灵敏系数反应能力，用灵敏系数K Ksensen来衡量。来衡量。v灵敏性校验灵敏性校验对于反应数值上升而动作的过量保护装置，对于反应数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数灵敏系数K Ksensen定义定义对保护对保护

31、2 2限时速断，应采用系统最小运行方式下线路限时速断，应采用系统最小运行方式下线路AB末端发生两相短路时的短路电流作为故障参数的末端发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值，设此电流为计算值，设此电流为I(2)k.B.min，则：则：K Ksensen保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值保护装置的动作参数保护装置的动作参数K KsensenI(2)k.B.minI Isetset. .2 2要求要求 Ksen1.31.5v单相原理接线单相原理接线v灵敏性不满足怎么办灵敏性不满足怎么办?若不满足若不满足Ksen1.31.5则则:Iset

32、.2 KrelrelIset.1t t2 2= t= t1 1+ +t t限时速断的单相原理接线图限时速断的单相原理接线图TQt +信号信号TA2KA2KT2KS-经经t t时间后时间时间后时间继电器继电器2 2KTKT动作，触动作，触点闭合点闭合. .当电流达到整定值后电流继电器当电流达到整定值后电流继电器2 2KAKA动作，触点闭合。动作，触点闭合。保护用直流经其触点加入时间继电器保护用直流经其触点加入时间继电器2 2KTKT绕组，启动时间继电器绕组，启动时间继电器2 2KTKT保护用直流经其触保护用直流经其触点再经信号继电器绕点再经信号继电器绕组驱动跳闸线圈跳闸。组驱动跳闸线圈跳闸。线路

33、流过一次电流线路流过一次电流经经TATA二次电流二次电流流入电流继电流入电流继电器绕组器绕组v概念概念:过电流保护通常指其起动电流按照过电流保护通常指其起动电流按照躲开流过本线路的躲开流过本线路的最大负荷电流最大负荷电流来整定的一来整定的一种保护装置种保护装置,它不仅能保护本线路的全长它不仅能保护本线路的全长,而而且也能保护相邻线路的全长且也能保护相邻线路的全长,以起到后备保以起到后备保护的作用护的作用.限时电流速断不能作为限时电流速断不能作为下一条线路的远后备下一条线路的远后备It它可作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时它可作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时又可作为本线路

34、主保护拒的远后备保护，同时又可作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护 。 为保证在正常运行情况下过电流保为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作护绝不动作, ,保护装置的起动电流整定应大于该线保护装置的起动电流整定应大于该线路上可能出现的最大负荷电流路上可能出现的最大负荷电流I IL L. .maxmax, ,在实际中还须在实际中还须考虑在外部故障切除后考虑在外部故障切除后, ,保护装置能否返回保护装置能否返回. .当当k k1 1点短路时点短路时, ,短路电短路电流将通过保护流将通过保护5,4,3.5,4,3.这些地方这些地方装设的过电

35、流保护都要起动装设的过电流保护都要起动. .但按选择性要求应由保护但按选择性要求应由保护3 3动作切除故障动作切除故障, ,然后然后保护保护4,54,5由于电流减小而立即返回原位由于电流减小而立即返回原位. .实际上当实际上当外部故障切除后外部故障切除后, ,流经保护流经保护4 4的电流是仍在继续的电流是仍在继续运行中的负荷电流运行中的负荷电流. .MM54321k1.max.maxrerelssrelssLIKIKKIreresetIKI.max1relsssetreLrereKKIIIKK由继电器的返回系数定义由继电器的返回系数定义: :由于由于短路时电压降低短路时电压降低, ,变电所变电

36、所B B母线上所接负荷母线上所接负荷的电动机被制动的电动机被制动, ,因此在故障切除后因此在故障切除后电压恢复电压恢复时时, ,电电机的自起动电流要大于它正常的工作电流机的自起动电流要大于它正常的工作电流, ,故引故引入一个自起动系数入一个自起动系数K Kssss来表示自起动时最大电流来表示自起动时最大电流I Issss. .maxmax, ,与正常运行时与正常运行时最大负荷电流之比最大负荷电流之比. .同时引入可靠系数同时引入可靠系数K Krelrel: :. m a x. m a x1s ss sLIKIK Krere: :电流继电器返回系数电流继电器返回系数; ;K Krere=0.85

37、;=0.85;K Krelrel=1.15-1.25;=1.15-1.25;K Kssss: :自启动系数自启动系数, ,大于大于1,1,应视网络具体接线和负荷性质确定应视网络具体接线和负荷性质确定. .自起动系数自起动系数最大自起动电流最大自起动电流最大负荷电流最大负荷电流当当k k1 1点点短路时短路时, ,保护保护1 15 5在短路电流的作用下在短路电流的作用下, ,均均可能起动可能起动, ,但要满足选择性但要满足选择性, ,应只有应只有保护保护1 1起动起动, ,切切除故障除故障, ,而而保护保护2 25 5在故障切除后应立即返回在故障切除后应立即返回, ,这这个要求只有靠各保护装置不

38、同的时限来满足个要求只有靠各保护装置不同的时限来满足. .M45321k1tt4ttttt3t2t1t5保护保护1 1位位于电网末于电网末端端, ,只要电只要电机内部故机内部故障障, ,它便可它便可以瞬时动作切除以瞬时动作切除, ,t t1 1为保护装置本身的固有动作为保护装置本身的固有动作时间时间, ,对对保护保护2 2, ,为保证为保证k k1 1点短路时动作的选择点短路时动作的选择性性, ,则应整定其动作时限则应整定其动作时限, ,t t2 2tt1 1, ,引入时间阶段引入时间阶段t t, ,则应则应保护保护2 2的动作时限为的动作时限为t t2 2=t=t1 1+ +t t. .保护

39、保护2 2的时限确定后的时限确定后, ,当当k k2 2点短路时点短路时, ,它将以它将以t t2 2的时限的时限切除故障切除故障, ,此时此时, ,为了保证为了保证保护保护3 3动作的选择性动作的选择性, ,则则必须整定必须整定t t3 3tt2 2, ,t t3 3=t=t2 2+ +t t. .同理同理, , t t4 4=t=t3 3+ +t t, ,t t5 5=t=t4 4+ +t t. .M45321k1tt4ttttt3t2t1t5k2任一过电流保护的动作时限任一过电流保护的动作时限, ,应选择得比相邻应选择得比相邻各元件保护各元件保护的动作时限均高出至少一个的动作时限均高出至

40、少一个t t, ,只只有这样才能充分保证动作的选择性有这样才能充分保证动作的选择性. .当故障越靠近电源端时当故障越靠近电源端时, ,短路电流越大短路电流越大, ,而此时而此时过电流保护动作切除故障的时间反而越长过电流保护动作切除故障的时间反而越长. .故在故在电网中电网中, ,广泛采用电流速断和限时电流速断作为广泛采用电流速断和限时电流速断作为本线路的主保护本线路的主保护, ,以快速切除故障以快速切除故障, ,利用过电流利用过电流保护作为本线路和相邻元件的后备保护保护作为本线路和相邻元件的后备保护. .由于它由于它作为相邻元件后备保护的作用是在远处实现的作为相邻元件后备保护的作用是在远处实现

41、的, ,因此属于远后备保护因此属于远后备保护. .称为阶梯型时限特性称为阶梯型时限特性作为本线路的主作为本线路的主保护和近后备保护和近后备作为相邻线路的作为相邻线路的远后备保护远后备保护思考思考a.a. 为什么为什么段不考虑段不考虑K Kssss,K,Krere而而段要考虑？段要考虑？b.b. 什么情况下，过电流动作时限可以整定为什么情况下，过电流动作时限可以整定为0 0s s？( 2 ).m in.1.3 1.5k Bsen AsetIKI( 2 ). m in.1 .2k Cs e nAs e tIKI在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数互相配合

42、，即对同一故障点而言，要求越靠近互相配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。故障点的保护应具有越高的灵敏系数。 例如当例如当k k1 1点短路时，应要求各保护的灵敏系数点短路时，应要求各保护的灵敏系数之间具有下列关系之间具有下列关系: : . 1. 2. 3. 4.sensensensenKKKK在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都互相在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能切实保证动作的选择性，这一点在复杂配合时，才能切实保证动作的选择性，这一点在复杂网络的保护中，尤其应该注意。以上要求同样适用于网络的保护中，尤其应该注意。以上要求同样适

43、用于以后要讲的零序以后要讲的零序段和距离段和距离段保护。段保护。电流速断保护电流速断保护只能保护线路始端的一部只能保护线路始端的一部分。分。限时电流速断保护限时电流速断保护虽能保护本线路的全虽能保护本线路的全长长, ,但不能作为相邻线路的后备。但不能作为相邻线路的后备。定时限过电流保护定时限过电流保护能保护本线路的全长能保护本线路的全长及相邻下一条线路的全长及相邻下一条线路的全长, ,然而动作时限然而动作时限太长太长, ,且越靠近电源且越靠近电源, ,动作时间越长。动作时间越长。v概念概念: :为了迅速可靠地切除被保护线路的为了迅速可靠地切除被保护线路的故障故障, ,将三种电流保护组合在一起构

44、成一将三种电流保护组合在一起构成一整套保护整套保护, ,称为称为阶段式电流保护阶段式电流保护. .电流速断电流速断段段, ,限时电流速断限时电流速断段段, ,由由、段共同构成段共同构成主保护主保护. .过电流过电流段段, ,近后备近后备和和远后备远后备. .注注: :不一定三段全用不一定三段全用, ,也可只用两段即用电也可只用两段即用电流速断或限时速断做流速断或限时速断做为为段，过电流作为段，过电流作为段段一般对于电网一般对于电网末梢线路末梢线路, ,只装带只装带0.50.5s s延时的过电延时的过电流保护流保护, ,而对靠近电源处的线路而对靠近电源处的线路, ,因过电流保护时因过电流保护时限

45、太长限太长, ,需装设需装设三段式电流保护三段式电流保护. .具有电流速断，限时电流速断和过电流的单相原理接线图具有电流速断，限时电流速断和过电流的单相原理接线图+ +- -+ +TATATQTQ+ + + +- - -+ + + + +1 12 23 34 45 56 67 78 89 9信号信号信号信号信号信号KTKTKAKAKAKAKAKAKTKTKSKSKSKSKSKS电流电流段段电流电流段段电流电流段段+ + +TATAA A TQTQTATAC C + + +- - - - -+ + + +1 12 24 45 56 67 78 89 9111112121313DLDLLPLPLP

46、3 31010信号信号信号信号信号信号KAKAa aKAKAc cKAKAa aKAKAc cKAKAKAKAKAKAKTKTKTKTKSKSKSKSKSKS具有电流速断，限时电流速断和过电流的三相原理接线图具有电流速断，限时电流速断和过电流的三相原理接线图电流电流段段电流电流段段电流电流段段A A相二次电流相二次电流两相不完全星形接线两相不完全星形接线交流电流回路交流电流回路TAATACKAKAa aKAKAa aKAKAa aKAKAc cKAKAc cKAKAc cKAKAb b电流速断保护电流速断保护限时电流速断保护限时电流速断保护过电流保护过电流保护跳闸及信号回路跳闸及信号回路KAK

47、Aa aKAKAc cKAKAa aKAKAc cKTKTK KK KKTKTKAKAa aKAKAb bKAKAb bKSKSKSKSKTKTKTKTKTKTQFQF+ +- -两相三继电器接线两相三继电器接线常用电流保护接线方式常用电流保护接线方式三相完全三相完全星形接线方式星形接线方式二相不完全二相不完全星形接线方式星形接线方式三相完全星形接线方式三相完全星形接线方式q可反应各种相间短路和可反应各种相间短路和中性点接地系统的单相接地短路。中性点接地系统的单相接地短路。 +AIBICIaIbIcInabcIIII2IIKaKII1bKII2cKII3cbanIIII保护中电流继电器与电流互

48、感保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式器二次线圈之间的连接方式两相不完全星形接线方式两相不完全星形接线方式 +AIBICIaIcInacbIIII2IIKaKII1cKII2bcanIIIIq可反应各种相间短路可反应各种相间短路,但不反应但不反应B相单相接地短路相单相接地短路q可反应各种相间短路和中性点接地系统的单相接地短路。可反应各种相间短路和中性点接地系统的单相接地短路。两相三继电器接线两相三继电器接线2IIKaKII1cKII2bKII3 +AIBICIaIcI acII当采用以上两种接线方式时流入继电器的电流当采用以上两种接线方式时流入继电器的电流就是互感器的二次电流，设

49、电流互感器的变比就是互感器的二次电流，设电流互感器的变比为为 ，则，则 。因此，当保。因此，当保护装置的起动电流整定为护装置的起动电流整定为 时，则反应到继时，则反应到继电器上的起动电流即应为电器上的起动电流即应为:12TAInIsetIsetopTAIInTAKnIII.12称为二次动作电流称为二次动作电流两相电流差接线法两相电流差接线法把流入继电器的电流把流入继电器的电流与电流互感器的二次电流之比称为接线系数与电流互感器的二次电流之比称为接线系数.2KjxIIK在求得保护的动作电流之后在求得保护的动作电流之后 则则:.setset jjxTAIIKna. 正常运行和三相短路时正常运行和三相

50、短路时:33jxaKKIIb. AC两相短路时两相短路时:c. AB和和BC两相短路时两相短路时:22jxaKKII1jxaKKIIcaKIIIAIBICIaIcIKII 试对线路试对线路ABAB进行三段式电流保护整定进行三段式电流保护整定, ,计算保护各段的一次动作电流计算保护各段的一次动作电流, ,二次动作二次动作电流电流, ,最小保护范围最小保护范围, ,灵敏系数和动作时限灵敏系数和动作时限. .已知已知: :采用两相星形接线方式采用两相星形接线方式, ,K Kssss=2=2线路的最大线路的最大负荷电流负荷电流I IL L. .maxmax=100A,=100A,互感器变比互感器变比n

51、 nTATA=300/5,=300/5,保保护护2 2的过电流保护动作时限为的过电流保护动作时限为2.22.2s,s,母线母线ABCABC等处等处三相短路时流过线路三相短路时流过线路ABAB的短路电流值为的短路电流值为( (kA):kA):ABC最大运行方式下Ik(3)5.34 1.525 0.562最小运行方式下Ik(3)4.27 1.424 0.548ABC1225km80kmZ1=0.4/km/km1) 段段a)a) 动作电流动作电流: : 3. .maxsetrel k BIKI 3. .max1.525k BIkA1.3relK1.3 1.5251.983setIkA1 jxK 31

52、.983 10333005setopjxTAIIKAnb)b) 灵敏性校验灵敏性校验最小运行方式下：最小运行方式下：527.4337maxsZ其中其中:37:37为为3535kVkV电网的平均线电压电网的平均线电压. . (35 (351.05=37 1.05=37 电网始端调高电网始端调高) )min .maxmin11ssetEZzI最大运行方式下最大运行方式下I Ik k最大最大根据根据A A点短路数据可求出点短路数据可求出A A点背后等效电源的等值阻抗点背后等效电源的等值阻抗最大运行方式下：最大运行方式下：337为相电压为相电压 Zmins434.5337 . .最小运行最小运行方式下

53、最方式下最小保护范小保护范围围:m in m in3713510.81.9830.432km%50%2 .53%100253 .13%100%maxminmaxmin AB%15%3 .43%100258 .10%100%minminminmin AB满足满足要求要求c) 动作时限整定动作时限整定 t=0skm3.13423983.13374.01maxmin最大运行最大运行方式下最方式下最小保护范小保护范围围:?0.866E2) 段段a) 动作电流动作电流:AB的的段应与段应与BC的的段配合段配合(3)1.2. .max1.1 1.3 0.5620.8setrelsetrelrelk cIK

54、IKKIkAb) 继电器动作电流继电器动作电流:3.10.81013.43005setopjxT AIIKAnc) 灵敏性校验灵敏性校验: 2min.131.42421.541.50.8k BsensetIKI 满足要求d) 动作时限动作时限:120.5ttts 3) 段段a) 动作电流的整定动作电流的整定:.1max1.221002820.85relsssetLreKKIIAKb) 继电器的动作电流继电器的动作电流:.12824.73005jxsetopTAIIKAnc) 灵敏性灵敏性:近后备近后备远后备远后备 2min.131.42424.3731.50.282k BsensetIKI 满

55、足要求 2min.130.54821.6831.50.282k CsensetIKI 满足要求对对Y , dY , d接线变压器一侧两相短路流过另一接线变压器一侧两相短路流过另一侧保护中电流的分析侧保护中电流的分析+ +aYI bYI cYI I I3 3I I1 1I I2 2IA BI ( (a) a) 接线图接线图 Y Y ，d11d11接线降压接线降压变压器两相短路时变压器两相短路时的电流分析及过电的电流分析及过电流保护的接线流保护的接线对对线路变压器组，一般保护到变压器低压侧出口。主线路变压器组，一般保护到变压器低压侧出口。主要是保护变压器。保护安装在高压侧，反应变压器绕要是保护变压

56、器。保护安装在高压侧，反应变压器绕组和引出线故障。也作为低压侧线路故障的后备保护组和引出线故障。也作为低压侧线路故障的后备保护高压侧高压侧低压侧低压侧 （Y Y，d d 11 11）接线的降压变压器，分析当三角形（低压）侧发生）接线的降压变压器，分析当三角形（低压）侧发生A AB B两相短路时在星（高压）侧各相电流的关系。两相短路时在星（高压）侧各相电流的关系。ABII 0CI由此可求出由此可求出: : 13acAIII2233bABIII 设设 侧各相绕组中的电流分别为侧各相绕组中的电流分别为 ， 和和 ，则，则:aIbIcIabAIIIbcBIIIcacIIIABII 0cIcaIIbIA

57、IBI0 0三角形侧电流向量图三角形侧电流向量图AYIBYICYI0CIAIBIcI bI aI 电流分布图电流分布图当三角形（低压）侧发生当三角形（低压）侧发生A AB B两相短路时：两相短路时：根据变压器的工作原理，根据变压器的工作原理，即可求得星形（高压）侧电流的关系为即可求得星形（高压）侧电流的关系为:YYACII2YYBAII 当当Y , d 11接线的降压变压器低压侧接线的降压变压器低压侧A-B两相两相短路时，在高压侧各相的电流具有短路时，在高压侧各相的电流具有 和和 的关系；的关系； YcYAIIYAYBII2而当而当Y , d 11接线的升压变压器高压（星型）侧接线的升压变压器

58、高压（星型）侧BC两相短路时，在低压（三角）侧各相的电流两相短路时，在低压（三角）侧各相的电流为为 和和 。cAIIABII2CYAYIIBYI0 0YAI /aBIn 当过电流保护接于降压变压器的高压侧以当过电流保护接于降压变压器的高压侧以作为低压侧线路故障的后备保护时，如果保作为低压侧线路故障的后备保护时，如果保护采用三相星形接线，则接于护采用三相星形接线，则接于B B相上的继电器相上的继电器由于流有较其它两相大一倍的电流，因此灵由于流有较其它两相大一倍的电流，因此灵敏系数增大一倍，这是十分有利的。敏系数增大一倍，这是十分有利的。 如果保护采用的是两相星形接线，则由如果保护采用的是两相星形

59、接线，则由于于B B相上没有装设继电器，因此灵敏系数只能相上没有装设继电器，因此灵敏系数只能由由A A相和相和C C相的电流决定，在同样的情况下，相的电流决定，在同样的情况下，其数值要比采用三相星形接线时降低一半。其数值要比采用三相星形接线时降低一半。 ABC12D101230303 . 6minxtX4 . 9maxxtXT1T2例：如图所示，例：如图所示，3535kVkV单侧电源辐射网，单侧电源辐射网，确定线路确定线路ABAB的保护的保护方案方案，变电所，变电所B B，C C中变压器连接组别为中变压器连接组别为Y Y，d11,d11,且在变压且在变压器上装设差动保护，线路器上装设差动保护，

60、线路ABAB的最大传输功率为的最大传输功率为P Pmaxmax=9MW, =9MW, coscos =0.9,K =0.9,KSSSS=1.3=1.3。网络中阻抗为归算至网络中阻抗为归算至3737kVkV电压级有电压级有名值。名值。线路线路ABAB的过流保护要保护到变压器的过流保护要保护到变压器T1T1低压侧短路。低压侧短路。解：解：暂选三段式电流保护作为暂选三段式电流保护作为AB线路的保护方案线路的保护方案（1）电流速断保护）电流速断保护B母线短路最大三相短路电流：母线短路最大三相短路电流：(kA)31. 1103 . 63/37ZEIABxt.mink.B.max(3)X1.638(kA)