电力工程基础孙丽华(6)

1、2022-3-4河北科技大学电气工程系1河北科技大学电气工程系电力工程基础电力工程基础河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系22022-3-4第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护n 6.1 继电保护的基本知识n 6.2 常用保护继电器n 6.3 线路的电流电压保护n 6.4 电网的方向电流保护 n 6.5 输电线路的接地保护n 6.6 距离保护简介n 6.7 电力变压器的保护n 6.8 电动机保护n 6.9 电力电容器的保护n 6.10 微机保护简介河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系32022-3-46.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 电力系统继电保护装置是

2、一种能反应电力系统中电气电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种反事故自动装置。发出信号的一种反事故自动装置。 一、继电保护的作用一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常运行。其他非故障部分迅速恢复正常运行。能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务

3、是：它的基本任务是：河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系42022-3-4测量部分：测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；定保护装置是否应该动作；执行部分：执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任

4、务（跳闸或发信号）。负的任务（跳闸或发信号）。6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理图图6-1 继电保护装置组成方框图继电保护装置组成方框图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系52022-3-46.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求u 选择性：选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。非故障部分继续运行。u 速动性：速动

5、性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。从电网中切除。图图6-2 电力系统继电保护选择性说明图电力系统继电保护选择性说明图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系62022-3-46.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 u 灵敏性：灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。行状态的反映能力。 保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。来衡量。 对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流

6、保护）：保保护护动动作作的的整整定定值值的的最最小小值值保保护护区区内内故故障障时时反反应应量量sK对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：的的最最大大值值保保护护区区内内故故障障时时反反应应量量保保护护动动作作的的整整定定值值sKu 可靠性：可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。动。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系72022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 一、电磁型继电器（一、电磁型继电器（DL型）型）1电磁型电流继电器电磁型电流继电器 u 结构：如图结构：

7、如图6-3所示。所示。 u工作原理：当在继电器线圈中工作原理：当在继电器线圈中通入电流通入电流IK时，电磁铁产生的电时，电磁铁产生的电磁力磁力Fem为：为：222mKKemRNIKF当电磁力当电磁力Fem大于弹簧的反大于弹簧的反作用力作用力Fsp和摩擦力和摩擦力Ffr时，继电时，继电器便产生动作。器便产生动作。 图图6-3 电磁式电流继电器结构图电磁式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3钢舌片钢舌片 4静触点静触点 5动触点动触点 6起动电流调节转杆起动电流调节转杆7标度盘（铭牌）标度盘（铭牌） 8轴承轴承 9反作用弹簧反作用弹簧 10转轴转轴河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工

8、程系82022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 因此，欲使继电器动作的必要条件是：因此，欲使继电器动作的必要条件是： FemFsp+ Ffr KFFNRKFNRIfrspKmemKmKop.动作电流：动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流，用的动作电流，用Iop.K表示。表示。调整继电器动作电流的方法有：调整继电器动作电流的方法有： 改变继电器线圈匝数改变继电器线圈匝数NK（级进调节）；（级进调节）； 调节反作用弹簧的松紧，即调节调节反作用弹簧的松紧，即调节Fsp（平滑调节）；（平滑调节）； 调整衔铁与电磁铁之间的气隙长

9、度，即调节调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系92022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 返回电流：返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用继电器的返回电流，用Ire.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用Kre表示，即表示，即 继电器动作后，减小继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是：电器返回的必要条件是： Fsp Fem+

10、 Ffr KopKrereIIK. 对于过电流继电器，对于过电流继电器，Kre1，一般要求，一般要求 Kre =0.80.9； 对于欠电流继电器，对于欠电流继电器，Kre 1，一般要求，一般要求 Kre =1.061.2。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系102022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 2电磁型电压继电器电磁型电压继电器 其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统中多用低电压（欠电压）继电器。中多用低电压（欠电压）继电器。动作电压：动作电压：能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器能使继电器产生动作的最高

11、电压，称为继电器的动作电压，用的动作电压，用Uop.K表示。表示。返回电压：返回电压：能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为继电器的返回电压，用继电器的返回电压，用Ure.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的返回电压与动作电压的比值。是指继电器的返回电压与动作电压的比值。说明：说明：低电压继电器的返回系数低电压继电器的返回系数Kre1，一般为，一般为1.25。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系112022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 3时间继电器的作用：使保护装置获得一定的延时，以保时间继电器的作用：使保护装置获得一

12、定的延时，以保证保护装置动作的选择性。证保护装置动作的选择性。4. 中间继电器的作用中间继电器的作用:5. 信号继电器的作用：用于各保护装置回路中，作为保护信号继电器的作用：用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示信号，以提醒运行人员注意。动作的指示信号，以提醒运行人员注意。 为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量；为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量；使触点闭合或断开时带有不大的延时使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8s)；通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系122022-3-46

13、.2 常用保护继电器常用保护继电器 二、感应型继电器（二、感应型继电器（GL型）型）u 结构：如图结构：如图6-4所示。所示。感应系统：感应系统：由线圈由线圈1、带短路环带短路环3的电磁铁的电磁铁2和铝和铝盘盘4组成，它的动作是有组成，它的动作是有时限的；时限的；电磁系统：电磁系统：由线圈由线圈1、电磁铁电磁铁2和衔铁和衔铁15组成，组成，它的动作是瞬时的。它的动作是瞬时的。图图6-4 感应式电流继电器结构图感应式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3短路环短路环 4可转铝盘可转铝盘 5钢片钢片 6可偏铝框架可偏铝框架 7调节弹簧调节弹簧 8制动永久磁铁制动永久磁铁 9扇形齿轮扇形齿轮

14、 10蜗杆蜗杆 11扁杆扁杆 12继电器触点继电器触点 13时限调节螺杆时限调节螺杆 14速断电流调节螺钉速断电流调节螺钉 15衔铁衔铁 16动作电流调节插销动作电流调节插销河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系132022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 u工作原理：当在继电器线圈中通入电流工作原理：当在继电器线圈中通入电流 时，在铁心中时，在铁心中产生主磁通产生主磁通 （分为（分为 和和 ），）， 在短路环中产生感应在短路环中产生感应电流电流 ，它又产生磁通，它又产生磁通 ，因此，因此KIK1K2Kk1KkI有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：

15、 无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为： kK11kK221 在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力，二者产生电磁力 ； 在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力，二者产生电磁力 。 1edI1emF22edI2emF因此，铝盘受到的合成电磁力为：因此，铝盘受到的合成电磁力为：221121sinKemememIKFFF则电磁转矩则电磁转矩 。 21KIM 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系142022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 铝盘在转矩铝盘在转矩M1作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在

16、铝作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在铝盘中产生涡流，产生制动力矩盘中产生涡流，产生制动力矩 。nM 2感应系统的动作电流：感应系统的动作电流：指蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈指蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。所需要通入的最小电流。返回电流：返回电流：指使扇形齿轮脱离蜗杆返回到原来位置时的最指使扇形齿轮脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。大电流。动作时间：动作时间：指从蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一指从蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。段时间。21MM 当当 时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到的合力克服弹时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到的合力克服弹簧的阻力时，蜗杆与扇形齿

17、片相咬合，继电器动作。簧的阻力时，蜗杆与扇形齿片相咬合，继电器动作。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系152022-3-4电磁系统的速断电流：电磁系统的速断电流：指当通入继电器线圈的电流大到整指当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。下，接点立即闭合。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 u 时限特性：如图时限特性：如图6-5所示。所示。ab段段“反时限特性反时限特性”（此（此时继电器铁心尚未饱和）；时继电器铁心尚未饱和）；bc段段“定时限定时限”（铁心已（铁心已达到饱和）

18、；达到饱和）；de段段“速断特性速断特性”。图图6-5 感应型电流继电器的动作特性曲线感应型电流继电器的动作特性曲线说明：说明： “速断电流倍数速断电流倍数”是速断电流与感应元件动作电流之比。是速断电流与感应元件动作电流之比。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系162022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 u 动作电流与动作时限调节方法动作电流与动作时限调节方法感应系统的动作电流调节：感应系统的动作电流调节：改变线圈的匝数（级进调节）；改变线圈的匝数（级进调节）；改变弹簧的拉力（平滑调节）。改变弹簧的拉力（平滑调节）。电磁系统动作电流调节：电磁系统动作电流调节：改变衔铁与

19、电磁铁之间的气隙。改变衔铁与电磁铁之间的气隙。感应系统的动作时限：感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。作特性上下移动。 动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（整（2，2.5，34.5，5，69，10A）。）。 其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28倍。倍。注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍动作电流倍动作电流的动作时限的动作时限来标度的。来标度的。河北

20、科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系172022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 u GL型电流继电器的功能：兼有电磁型电流继电器、时型电流继电器的功能：兼有电磁型电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能。因此，可用间继电器、信号继电器和中间继电器的功能。因此，可用感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护，从而感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护，从而使保护接线大大简化。使保护接线大大简化。 三、静态继电器三、静态继电器静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的电子型继电器，分为晶体管型和集成电路型继

21、电器两类。电子型继电器，分为晶体管型和集成电路型继电器两类。静态继电器的静态继电器的“静态静态”是相对于电磁型继电器的是相对于电磁型继电器的“触点触点”动作而言的，它的信息传递是通过动作而言的，它的信息传递是通过“0、1”开关信息传递的。开关信息传递的。静态继电器是用硅材料为主构成的继电器，因此又叫静态继电器是用硅材料为主构成的继电器，因此又叫“固体固体”继电器。继电器。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系182022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 1晶体管型电流继电器晶体管型电流继电器u晶体管型电流继电器的组成晶体管型电流继电器的组成 ：如图：如图6-6所示。所示。图图

22、6-6 晶体管型过电流继电器原理接线图晶体管型过电流继电器原理接线图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系192022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 u晶体管型电流继电器的动作情况晶体管型电流继电器的动作情况 当当IKIop时，时，UR3Ud ，a点为正电位，点为正电位，V6承受反向电压，承受反向电压， I6 =0，VT1饱和导通，饱和导通，VT2截止，触发器输出电压截止，触发器输出电压 U0 =E，继电器不动作。，继电器不动作。 当当IK Iop时，时，UR3 Ud ，a点电位由正变负，点电位由正变负，V6导通，导通，VT1基极电流减小基极电流减小VT1进入放大区进入放大

23、区 VT1集电极电压集电极电压升高升高 VT2基极电流增大基极电流增大VT2进入放大区进入放大区 U0下降下降If减小减小 VT1基极电流进一步减小基极电流进一步减小VT1截止，截止，VT2导通，触发器输出电压导通，触发器输出电压 U0 =0 ，继电器动作。，继电器动作。 当当IKIre时，时，VT1又变为导通，又变为导通，VT2又变为截止，触发器又变为截止，触发器又翻转到起始状态，继电器也随之复位。又翻转到起始状态，继电器也随之复位。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系202022-3-46.2 常用保护继电器常用保护继电器 2集成电路型电流继电器集成电路型电流继电器由集成电路构成的

24、静态继电器，也是由电压形成回路、整由集成电路构成的静态继电器，也是由电压形成回路、整流滤波回路、逻辑回路和执行回路四部分组成，但在具体构流滤波回路、逻辑回路和执行回路四部分组成，但在具体构成时也有些差别。成时也有些差别。电压形成回路与晶体管继电器相同，整流滤波回路由运算电压形成回路与晶体管继电器相同，整流滤波回路由运算放大器构成，逻辑回路由放大器构成，逻辑回路由CMOS等数字电路构成。等数字电路构成。为了减小直流电压的脉动系数，减轻滤波负担，在整流电为了减小直流电压的脉动系数，减轻滤波负担，在整流电路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相整流路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或

25、裂相整流电路。电路。为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响，为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响，滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波器。滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波器。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系212022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 一、保护装置的接线方式一、保护装置的接线方式 p 接线系数：接线系数：在继电保护回路中，流入继电器中的电流在继电保护回路中，流入继电器中的电流IK与与对应电流互感器的二次电流对应电流互感器的二次电流I2的比值，称为接线系数，即的比值，称为接线系数，即2IIKKw 设电流互感器

26、的变比为设电流互感器的变比为 ，保护装置的动作电，保护装置的动作电流为流为Iop，则相应的电流继电器的动作电流为，则相应的电流继电器的动作电流为21IIKiopiwKopIKKI.河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系222022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 1三相完全星形接线方式（图三相完全星形接线方式（图6-7）特点：特点：可以反映各种形式的故障，其接线系数可以反映各种形式的故障，其接线系数Kw=1。 2三相不完全星形接线方式（图三相不完全星形接线方式（图6-8）特点：特点：可以反映除可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障，其接相单相接地短路以外的所有故障，

27、其接线系数线系数Kw=1。 图图6-7 三相完全星形接线方式三相完全星形接线方式图图6-8 两相不完全星形接线方式两相不完全星形接线方式河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系232022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 3两相电流差接线方式（图两相电流差接线方式（图6-9） 流入继电器中的电流等于流入继电器中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流两相电流互感器二次电流之差，即之差，即 caKIII特点：特点：各种短路形式下的接线系各种短路形式下的接线系数不同，如图数不同，如图6-10所示。所示。 正常运行或三相短路时：正常运行或三相短路时： 发生发生A、C两相短路时：

28、两相短路时： A、B或或B、C两相短路时：两相短路时：3wK2wK1wK图图6-9 两相电流差接线方式两相电流差接线方式河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系242022-3-4图图6-9 两相电流差接线方式在不同短路形式下的电流相量图两相电流差接线方式在不同短路形式下的电流相量图6.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 一般情况下：一般情况下：Why?!保护整定时取保护整定时取 ；灵敏度校验时取；灵敏度校验时取Kw 1 。3wK河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系252022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 二、过电流保护二、过电流保护1. 过电流保护的

29、原理和组成过电流保护的原理和组成u定时限过电流保护的动作原理和组成（图定时限过电流保护的动作原理和组成（图6-11）图图6-11 定时限过电流保护的原理图和展开图定时限过电流保护的原理图和展开图a）原理图）原理图 b）展开图）展开图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系262022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 u反时限过电流保护的动作原理和组成（图反时限过电流保护的动作原理和组成（图6-12）图图6-12 反时限过电流保护的原理图和展开图反时限过电流保护的原理图和展开图a）原理图）原理图 b）展开图）展开图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系272022-

30、3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 2. 过电流保护装置的整定计算过电流保护装置的整定计算n动作电流：动作电流： Iop IL.max保护装置的动作电流保护装置的动作电流Iop应躲过线路的最大负荷电流应躲过线路的最大负荷电流IL.max，即即 保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置（见图保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置（见图6-13）。）。图图6-13 过电流保护的计算示意图过电流保护的计算示意图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系282022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 为此，要求装置保护的返回电流为此，要求装置保护的返回电流

31、Ire必须躲过外部短路切必须躲过外部短路切除后流过保护装置的最大自起动电流除后流过保护装置的最大自起动电流 KstIL.max ，即，即 IreKst IL.max考虑考虑IreIop，引入一个可靠系数，引入一个可靠系数Krel后，上式可改写为：后，上式可改写为： max.LstrelreIKKI因此，保护装置的动作电流为：因此，保护装置的动作电流为： max.LrestrelopIKKKI则继电器的动作电流为：则继电器的动作电流为： max.LirewstrelopiwKopIKKKKKIKKI式中，式中，Krel取取1.151.25； Kre取取0.80.85； Kst取取1.53。河北科

32、技大学电气工程系河北科技大学电气工程系292022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 n动作时限：动作时限：应按应按“阶梯原则阶梯原则”整定（见图整定（见图6-14）ttt21s5 . 0ts7 . 0t 定时限过电流保护：定时限过电流保护： 反时限过电流保护：反时限过电流保护：说明：说明：定时限过电流保护的动定时限过电流保护的动作时间取决于时间继电器预先作时间取决于时间继电器预先整定的时间，与短路电流的大整定的时间，与短路电流的大小无关；反时限过电流保护的小无关；反时限过电流保护的动作时间需要根据前后两级保动作时间需要根据前后两级保护的护的GL型电流继电器的动作型电流继电器

33、的动作特性曲线来整定。特性曲线来整定。图图6-14 过电流保护整定说明图过电流保护整定说明图a）电路）电路 b）定时限过电流保护的时限整定）定时限过电流保护的时限整定 c）反时限过电流保护的时限整定）反时限过电流保护的时限整定即即 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系302022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 设图设图6-14a中，中，KA2的的10倍动作电流的动作时间已整定为倍动作电流的动作时间已整定为t2，则则KA1的的10倍动作电流的动作时间倍动作电流的动作时间t1的整定方法步骤如下（见的整定方法步骤如下（见图图6-15）：）： 计算计算WL2首端的三相短路

34、首端的三相短路电流电流Ik反应到反应到KA2中去的中去的电流值：电流值： kiwkIKKI)2()2()2( 计算计算 对对KA2的动作电的动作电流流 的倍数，即的倍数，即 )2(kI)2(.KopI)2(.)2(2KopkIIn图图6-15 反时限过电流保护的动作时间整定反时限过电流保护的动作时间整定河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系312022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 确定确定KA2的实际动作时间：由的实际动作时间：由n2点点a点点 。2t 计算计算WL1首端的三相短路电流首端的三相短路电流Ik反应到反应到KA1中去的电流值：中去的电流值： kiwkI

35、KKI)1()1()1( 计算计算 对对KA2的动作电流的动作电流 的倍数，即的倍数，即 )1(kI)1(.KopI) 1 (.) 1 (1KopkIIn 确定确定KA2的的10倍动作时间：由倍动作时间：由n1点和点和 找到交点找到交点b点，从点，从过点过点b所在的曲线上找出所在的曲线上找出n=10时对应的时间时对应的时间t1即为所求。即为所求。 1tttt21st7 . 0 计算计算KA1的实际动作时间：的实际动作时间： （取（取 ） 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系322022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 n灵敏度校验：灵敏度校验：opksIIK)2(m

36、in.式中，式中， 为系统最小运行方式下本线路末端（作近后备时）为系统最小运行方式下本线路末端（作近后备时）或相邻线路末端（作远后备时）的两相短路电流。或相邻线路末端（作远后备时）的两相短路电流。)2(min. kI作远后备时，要求作远后备时，要求Ks1.2；作近后备时，要求；作近后备时，要求 Ks1.31.5。n过电流保护的评价：过电流保护的评价：F优点：优点：既可作本级近后备，又可作下级既可作本级近后备，又可作下级 远后备。远后备。F缺点：缺点：越靠近电源端，定时限过电流保护的动作时限反越靠近电源端，定时限过电流保护的动作时限反而越长，因此不能作为主保护；反时限过电流保护的接线而越长，因此

37、不能作为主保护；反时限过电流保护的接线简单，但动作时限整定复杂。简单，但动作时限整定复杂。若灵敏度不满足要求，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。若灵敏度不满足要求，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系332022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 三、低电压闭锁的过电流保护三、低电压闭锁的过电流保护（图（图6-16）保护装置有两个测量元件保护装置有两个测量元件: 过电流继电器过电流继电器KA欠电压继电器欠电压继电器KV 30.IKKKKIirewrelKopurerelwKopKKKUUmin.式中，式中，Uw.m

38、in为母线的最小工作电压，取为母线的最小工作电压，取 0.9UN；Kre取取1.25；Kre1取取1.11.2。u过电流继电器的过电流继电器的动作电流动作电流 u低电压继电器的低电压继电器的动作电压动作电压 图图6-16 低电压闭锁的过电流保护单相原理接线图低电压闭锁的过电流保护单相原理接线图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系342022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 四、瞬时电流速断保护四、瞬时电流速断保护1瞬时电流速断保护的作用原理与整定计算（图瞬时电流速断保护的作用原理与整定计算（图6-17）曲线曲线1 )()3(max.lfIk曲线曲线2 )()2(mi

39、n.lfIk直线直线3瞬时电流速瞬时电流速保护的动作电流。保护的动作电流。n动作电流：动作电流：躲过本保躲过本保护区末端护区末端B处的最大短处的最大短路电流路电流 ，即，即 )3(max.BkI)3(max.BkrelopIKI式中，式中，Krel取取1.21.3。图图6-17 瞬时电流速断保护的工作原理图瞬时电流速断保护的工作原理图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系352022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 n灵敏度校验：灵敏度校验：要求其要求其最小保护范围最小保护范围lmin不小于线路全长的不小于线路全长的15%20%。 也可以按本线路首端的最小两相短路电流

40、来校验保护的灵也可以按本线路首端的最小两相短路电流来校验保护的灵敏度，以保护敏度，以保护1为例，其灵敏系数为：为例，其灵敏系数为：opAkSIIK)2(min.2.02瞬时电流速断保护的原理接线图瞬时电流速断保护的原理接线图（图（图6-18）n瞬时电流速断保护的评价：瞬时电流速断保护的评价：F优点：优点：简单可靠，动作迅速；简单可靠，动作迅速； F缺点：缺点：不能保护线路全长，有不能保护线路全长，有保护死区。保护死区。图图6-18 瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护的单相原理接线图的单相原理接线图若灵敏度不满足若灵敏度不满足要求，可采用电要求，可采用电流电压联锁保护流电压联锁保护河北科技大学电气

41、工程系河北科技大学电气工程系362022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 五、电流电压联锁速断保护五、电流电压联锁速断保护（图（图6-19）n 整定原则：和瞬时电流速断整定原则：和瞬时电流速断保护一样，按躲过线路末端故保护一样，按躲过线路末端故障来整定。通常按经常运行方障来整定。通常按经常运行方式下式下电流元件和电压元件的保电流元件和电压元件的保护范围相等护范围相等来进行整定计算。来进行整定计算。 设经常运行方式下的保护设经常运行方式下的保护区为区为 ，则，则Ll75. 01lxXEISSop1电流继电器的电流继电器的动作电流动作电流为：为： 图图6-19 电流电压联锁速断

42、保护原理说明图电流电压联锁速断保护原理说明图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系372022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 电压继电器的电压继电器的动作电压动作电压为：为： lxIUopop13当下一级线路首端发生短路时：当下一级线路首端发生短路时：整整套套保保护护不不动动作作不不会会动动作作可可能能动动作作，但但最最小小运运行行方方式式下下，不不会会动动作作可可能能动动作作，但但最最大大运运行行方方式式下下，KAKVKVKA保护范围由电保护范围由电流继电器决定流继电器决定保护范围由电保护范围由电压继电器决定压继电器决定 可见，在这两种情况下都能保证选择性，且保护

43、范围均比可见，在这两种情况下都能保证选择性，且保护范围均比正常情况下的保护范围小。正常情况下的保护范围小。 由图由图6-19知，电流电压联锁速断保护的最小保护范围比知，电流电压联锁速断保护的最小保护范围比瞬时电流速断保护的保护范围大，即瞬时电流速断保护的保护范围大，即 ，所以灵敏度比，所以灵敏度比瞬时速断保护高。瞬时速断保护高。 1ll 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系382022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 六、带时限电流速断保护六、带时限电流速断保护（图（图6-20）n动作电流：动作电流：躲过相邻躲过相邻线路瞬时电流速断保护线路瞬时电流速断保护的动作电流

44、，即的动作电流，即2 .1 .oprelopIKI式中，式中，Krel取取1.11.2。n动作时限：动作时限：ttt21n灵敏度校验：灵敏度校验：opBksIIK)2(min.1.31.5图图6-20 带时限电流速断保护的工作原理图带时限电流速断保护的工作原理图若灵敏度不满足要若灵敏度不满足要求，可与下一级相求，可与下一级相邻线路的带时限电邻线路的带时限电流速断保护相配合流速断保护相配合河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系392022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 七、三段式过电流保护七、三段式过电流保护 由由瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护（第（第段）、段）、带

45、时限电流速断保带时限电流速断保护护（第（第段）和段）和定时限过电流保护定时限过电流保护（第（第段）配合构成的一段）配合构成的一整套保护，称为三段式过电流保护。整套保护，称为三段式过电流保护。 1. 三段式过电流保护的保护范围及时限配合（图三段式过电流保护的保护范围及时限配合（图6-21）v第第段：段：为本线路的辅助保护，动作电流为为本线路的辅助保护，动作电流为 ，保护范，保护范围为围为 ，动作时间，动作时间 为继电器的固有动作时间；为继电器的固有动作时间；1 .opI1l1tv第第段：段：为本线路的辅助保护，动作电流为为本线路的辅助保护，动作电流为 ，保护范，保护范围为围为 ，动作时间，动作时

46、间 ；ttt211 .opI1lv第第段：段：作为本线路的近后备和相邻线路保护的远后备，作为本线路的近后备和相邻线路保护的远后备，动作电流为动作电流为 ，保护范围为，保护范围为 ，动作时限，动作时限 。 1 .opI1lttt21河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系402022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 图图6-21 三段式过电流保护的保护范围及时限配合三段式过电流保护的保护范围及时限配合河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系412022-3-46.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 2. 三段式过电流保护的构成（图三段式过电流保护的构成（图6-2

47、2）F第第I段：段：由由KA1、KA2、KM和和KS1组成；组成；F第第II段：段：由由KA3、KA4、KT1和和KS2组成；组成；F第第III段：段：由由KA5、KA6、KA7、KT2和和KS3组成。组成。例例6-1 （见教材（见教材194页）页）图图6-22 三段式过电流保护的原理接线图和展开图三段式过电流保护的原理接线图和展开图a）原理接线图）原理接线图 b）展开图）展开图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系422022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护 一、方向电流保护的基本原理一、方向电流保护的基本原理1. 问题的提出（图问题的提出（图6-23）k1点短路时

48、要求点短路时要求：t5 t4 k2点短路时要求点短路时要求：t5 t4两者矛盾两者矛盾装方向保护装方向保护图图6-23 双侧电源供电网络双侧电源供电网络河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系432022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护保护原理：保护原理：双电源系统中的过电流保护一定要装设方向保护。双电源系统中的过电流保护一定要装设方向保护。并规定：并规定：短路功率从短路功率从母线母线线路线路（为正）时，（为正）时，短路功率从短路功率从线路线路母线母线（为负）时，（为负）时，保护动作保护动作保护不动作保护不动作单方向过电流保护的动作时间按阶梯原则进行配合。单方向过电流保

49、护的动作时间按阶梯原则进行配合。图图6-23中，应满足中，应满足t1t3 t5和和t6t4t2 。 同一母线两侧的保护，时限长的可不装方向保护，时限相同一母线两侧的保护，时限长的可不装方向保护，时限相同时都要装方向保护。同时都要装方向保护。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系442022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护2. 方向过电流保护的单相原理接线图（图方向过电流保护的单相原理接线图（图6-24）主要由方向元件、电流元件、时间元件和信号元件等组成。主要由方向元件、电流元件、时间元件和信号元件等组成。图图6-24 方向过电流保护的单相原理接线图方向过电流保护的单相

50、原理接线图图中方向元件图中方向元件KP和和电流元件电流元件KA的触点的触点串联，只有当两个串联，只有当两个元件都动作时，保元件都动作时，保护才能动作跳闸。护才能动作跳闸。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系452022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护 二、功率方向继电器的工作原理二、功率方向继电器的工作原理1相位比较式功率方向继电器相位比较式功率方向继电器 对图对图6-25a所中的保护所中的保护1而言：而言： k1点短路时，短路电流从母线流向线路（为正），点短路时，短路电流从母线流向线路（为正），1K0 90 功率方向继电器动作。功率方向继电器动作。 k2点短路时，

51、短路电流从线路流向母线（为负），点短路时，短路电流从线路流向母线（为负），2K180 270功率方向继电器不动作。功率方向继电器不动作。 则功率方向继电器的动作方程为：则功率方向继电器的动作方程为：KKIUarg 90 90 其动作特性可用图其动作特性可用图6-26a所示的相量图表示。所示的相量图表示。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系462022-3-4图图6-25 功率方向继电器工作原理的分析功率方向继电器工作原理的分析a）网络接线）网络接线 b）正方向）正方向k1点短路相量图点短路相量图 c）反方向）反方向k2点短路相量图点短路相量图6.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护

52、 实际应用中，为使正方向短路时功率方向继电器的测量功实际应用中，为使正方向短路时功率方向继电器的测量功率最大，可以调整继电器应的内角率最大，可以调整继电器应的内角（为为30或或45），此），此时，功率方向继电器的动作方程为：时，功率方向继电器的动作方程为： 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系472022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护图图6-26 功率方向继电器的动作范围功率方向继电器的动作范围KKIUarg 90- 90- 上式表明，继电器的动作特性需逆时针转动上式表明，继电器的动作特性需逆时针转动角，如图角，如图6-26b所示。所示。 s图中，图中， 为最大灵

53、敏角。为最大灵敏角。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系482022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护 相位比较式功率方向继电器也可以经电压形成回路间接相位比较式功率方向继电器也可以经电压形成回路间接比较电压比较电压 和和 之间的相角，此时动作方程之间的相角，此时动作方程变为变为KUUKCKIIKDDCarg90 90图图6-27为相位比较式功率方向继电器的原理框图。为相位比较式功率方向继电器的原理框图。图图6-27 相位比较式功率方向继电器的原理框图相位比较式功率方向继电器的原理框图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系492022-3-46.4 电网的方向

54、电流保护电网的方向电流保护2幅值比较式功率方向继电器幅值比较式功率方向继电器 设相位比较原理的动作条件为：设相位比较原理的动作条件为：DCarg90 90幅值比较原理的动作条件为：幅值比较原理的动作条件为：AB 如果如果 和和 组成一个平行四边形，则组成一个平行四边形，则 和和 就是平行四边就是平行四边形的对角线，如图形的对角线，如图6-28所示。所示。CDAB)arg(DC图中：图中： CD且当且当 超前于超前于 时为正。时为正。 图图6-28 相位比较与幅值比较的对应关系相位比较与幅值比较的对应关系河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系502022-3-46.4 电网的方向电流保护电

55、网的方向电流保护当当=90时，继电器处于临界动作状态，此时时，继电器处于临界动作状态，此时 BA当当90时，继电器处于动作状态，此时时，继电器处于动作状态，此时 BA当当 90时，继电器处于不动作状态，此时时，继电器处于不动作状态，此时 BA两种比较原理的两组比较量之间的对应关系为：两种比较原理的两组比较量之间的对应关系为： DCBDCA 幅值比较式功率方向继电器的构成原理框图如图幅值比较式功率方向继电器的构成原理框图如图6-29所所示。它主要由电压形成回路、整流滤波回路、比较回路和执示。它主要由电压形成回路、整流滤波回路、比较回路和执行元件等部分构成。行元件等部分构成。 河北科技大学电气工程

56、系河北科技大学电气工程系512022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护功率方向继电器进行幅值比较的两个电气量为功率方向继电器进行幅值比较的两个电气量为：KUKIKUKIUKIKBUKIKA因此，继电器的动作条件为因此，继电器的动作条件为：KUKIUKIKKUKIUKIK 图图6-29 幅值比较式功率方向继电器的构成框图幅值比较式功率方向继电器的构成框图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系522022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护三、功率方向继电器的接线方式三、功率方向继电器的接线方式u对继电器接线的要求对继电器接线的要求正方向发生任何形式的短路故

57、障时继电器都能动作，反方正方向发生任何形式的短路故障时继电器都能动作，反方向都不能动作。向都不能动作。正方向短路时，加入继电器的正方向短路时，加入继电器的UK和和IK尽可能大，并使尽可尽可能大，并使尽可能接近最大灵敏角，以使继电器灵敏动作，减小死区。能接近最大灵敏角，以使继电器灵敏动作，减小死区。u功率方向继电器的功率方向继电器的90接线接线 90接线：接线：在三相对称且功率因在三相对称且功率因数为数为1的情况下，接入功率方向的情况下，接入功率方向继电器的电流超前电压继电器的电流超前电压90，如，如图图6-30所示。所示。 图图6-30 功率方向继电器的功率方向继电器的90接线接线河北科技大学

58、电气工程系河北科技大学电气工程系532022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护 功率方向继电器接入的电流和电压如表功率方向继电器接入的电流和电压如表6-1所示。所示。 表表6-1 功率方向继电器应接入的电流和电压功率方向继电器应接入的电流和电压方向继电器相别方向继电器相别 电流电流 电压电压A相相B相相C相相aIbIcaUcIabUKIKUbcU 功率方向继电器的接线原理图如图功率方向继电器的接线原理图如图6-31所示。图中采用所示。图中采用“按相起动按相起动”接线，可以避免非故障相电流对方向电流保接线，可以避免非故障相电流对方向电流保护的影响。护的影响。电流继电器的常开触点

59、电流继电器的常开触点与功率方向继电器的常与功率方向继电器的常开触点先按相串联，然开触点先按相串联，然后再三相并联连接。后再三相并联连接。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系542022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护图图6-31 三相方向过电流保护原理接线图三相方向过电流保护原理接线图河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系552022-3-46.4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护四、三段式方向性电流保护的特点四、三段式方向性电流保护的特点 三段式方向性电流保护的整定计算与三段式电流保护基三段式方向性电流保护的整定计算与三段式电流保护基本相同，但有以下特

60、点：本相同，但有以下特点： 在保护构成中应加功率方向测量元件，并与电流测量元件在保护构成中应加功率方向测量元件，并与电流测量元件共同判别是否在保护线路的正方向发生故障。共同判别是否在保护线路的正方向发生故障。第第I段方向电流保护的动作电流可不必躲过反方向外部最大段方向电流保护的动作电流可不必躲过反方向外部最大短路电流，只需按正方向短路计算即可。短路电流，只需按正方向短路计算即可。第第III段方向电流保护的动作电流还应考虑躲过反方向不对段方向电流保护的动作电流还应考虑躲过反方向不对称短路时，流过非故障相的电流称短路时，流过非故障相的电流 Ink，即，即nkrelopIKI河北科技大学电气工程系河