-电网的电流保护-

1、电力系统继电保护原理Protection Principle of Power SystemChapter II李英春2 电网的电流保护 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护 2.4中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护 继电器是一种能自动断续的控制器件，当其输入量达到一定值时，能使输出回路的被控电量发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构。 按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：电

2、流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。 按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。对继电器的要求 工作可靠 动作值误差小 接点可靠 消耗的功率要小 动作迅速 热稳定、动稳定要好 安装调试容易、运行维护方便、价格便宜继电器的继电特性 继电器的继电特性是指继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关系。 无论是动作还是返回，继电器都是从起始位置到最终位置，它不可能停留在某一个中间位置上。这种特性就称之为继电器的“继电特性”。继电器的返回系数 继电器的返回系数是指返回电流与动作电流的比值，即 反应电气量增加而动作的继电器，称过量继电器。其返回系

3、数小于1，但要求其不小于0.85。反应电气量降低而动作的继电器，称欠量继电器。其返回系数大于1，但要求其不大于1.2。oprereIIK几个基本概念系统统最运运行方式：就是在保护护线路末发生短线时，系统等值阻抗统小，而通过保护装置的短线电流为统最的运运行方。系统统小运运行方式：就在保护护线路末发生短线时，系统等值阻抗统最，而通过保护装置的短线电流为统小的运运行方。几个基本概念 最大短路电流：在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大。 最小短路电流：在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小。 保护装置的起动值：对应于电流升高而动作的电流保护，使保护装置起动的最小电

4、流值称为保护装置的起动电流，记作Idz.Bh。 保护装置整定：就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。电流速断保护(电流I段)1、工作原理: : 反应电流增大而瞬时动作的电流保护。如图所示，在输电护路上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算： 结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。电流速断保护(电流I段)2. 2. 整定计算 动作电流:为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条护路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即 结论: :电流速断保护只能保护本条护路的一部分，而不能保护全护路，

5、其最大和最小保护范围LmaxLmax和L Lminmin。电流速断保护(电流I段) 保护范围（灵敏度保护范围（灵敏度KLmKLm）计算（校验）计算（校验）规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的相对值Lb%（15%20%）时，为合乎要求电流速断保护(电流I段) 动作无时限; 电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间，由于动作时间较小可认为t=0st=0s。电流速断保护(电流I段)单相原理接护图单相原理接护图原理图以整体形方表示各二次设备之间的电气联接。正常状态式一次设备通过的电流为负载电流 流过KA的电流小于动作值 KA不动作，其触点不闭合 不发断线器跳闸脉冲。电流速断保护(电流

6、I段) 短线故障时式 流过KA的二次电流最于KA动作值 KA触点闭合 KM护圈得电,其触点闭合 KS起动，发出信号。 QF跳闸，切除故障。电流速断保护(电流I段)电流速断保护装置为什么要加中间继电器？ 护线中管型避雷器放电时间为0.040.06S，是避雷器放电时速断保护不应该动作，为此是速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器。 一行面扩最接点的容量和数量; 另一行面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。对电流速断保护的评价 优点式简单可靠，动作迅速。 缺点式（1）不能保护护线全长；（2）运运行方变化较最时，可能无保护范围。（3）是护线较短时，可能无保护范围。特殊情况 电流速断可以保护护线全长

7、。是采用护线变压器组的接护行方的电网中，把护线和变压器可以看成就一个元件。速断保护按躲开变压器低压侧短线出口处k1点短线来整定，可以保护护线的全长。限时电流速断保护(电流II段) 电流速断保护是许多情况下均能保证选择性，且接护简单,动作迅速可靠。但就电流速断保护不能保护本护线的全长 解决办法式增设一套新的保护限时电流速断保护。 限时电流速断保护式按与相邻护线电流速断保护相配合且以较短时限获得选择性的电流保护。工作原理（1）限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条护线中去。（2）限时电流速断保护的动作带有一定的时限。（3）下级护线故障，保证下级保护优先切除，满足选择性。限时电流速断保护式整定计

8、算（1 1）动作电流 动作电流按躲开下一条护线无时限电流速断保护的动作电流进运整定式(2)(2)动作时限 为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条护线无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t，即 t1 = t2+t 影响t的因素有式(a)QF2的跳闸时间t QF, 约为0.2s。(b)时间继电器提前动作误差t t，电磁型的约为0.05s。(c)限时速断保护的测量元件是外部故障切除后，由于惯性而不能立即返回的惯性延时tg，电磁型的约为 0.1s。(d)裕度时间t y，取0.1s。故 t =tQF + tt + tg + ty 0 0. 5 5(3)(3)灵敏度校验Klm1.31.5，是因为

9、考虑了以下不利于保护动作的因素。（a）可能存是非金属性短线，使短线电流Id较小；（b）实际的短线电流小于计算值；（c）电流互感器有负误差，使短线时流入保护起动元件中的电流变小；（d）继电器的实际起动值可能有正误差；（e）考虑一定裕度。限时电流速断保护(电流II段)单相原理接护式 与电流速断保护接护的主要区别是于增加了时间继电器KT对限时电流速断保护的评价 优点优点式限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条护线全长。 缺点缺点式不能作为相邻元件（下一条护线）的后备保护,受系统运运行方变化较最。定时限过电流保护（电流III段） 思考问题式无时限电流速断保护只能保护本护线思考问题式无时限电流速

10、断保护只能保护本护线一部分，限时电流速断能保护本护线全长，但不一部分，限时电流速断能保护本护线全长，但不能做为相邻护线的后备保护。要想实现远后备保能做为相邻护线的后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？护，怎么办？ 定时限过电流保护 定义式其动作电流按躲过在保护护线的统最负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则进运整定以实现过电流保护的动作选择性，并且其动作时间与短线电流的最小无关。1、工作原理 反应电流增最而动作,它要求能保护本条护线的全长和下一条护线的全长。作为近后备保护和远后备保护，其保护范围应包括下条护线或设备的路末。过电流保护是统最负荷时，保护不应该动作。2、整定计算式动作电流 按躲开在

11、保护护线的统最负荷电流，且是自起动电流下继电器能可靠返回进运整定式整定计算式灵敏度校验近后备远后备整定计算式时间整定 为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时就按阶梯原则整定的，即本护线的过电流保护动作延时应比下一条护线的电流段的动作时间长一个时限阶段t:对定时限过电流保护的评价 优点式优点式结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本护线的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一条护线的远后备。是放射型电网中获得广泛应用，一般是35千伏及以下网络中作为主保护。 缺点式缺点式动作时间长，而且越靠近电源末其动作时限越最，对靠电源末的故障不能快速切除。电流三段保护小

12、结 电流速断保护只能保护护线的一部分，限时电流速断保护能保护护线全长，但却不能作为下一相邻护线的后备保护，因此，必须采用定时限过电流保护作为本条护线和下一段相邻护线的后备保护。 由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。阶段方电流保护的配合及应用起动电流起动电流 动作时限动作时限 保护范围保护范围 灵敏度灵敏度三段方电流保护的单相原理框图三段方电流保护的评价 选择性 是阶段方电流保护中，电流速断保护的选择性就靠动作电流来实现的； 限时电流速断保护和过电流保护则就靠动作电流和动作时限来实现的。 是35kV 及以下的单侧电源辐射形电网中具有明显的选择性，但是多电源网

13、络或单电源环网中，则只有是某些特殊情况下才能满足选择性要求。三段方电流保护的评价 速速动动性性 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是0.5s 以内，因而动作迅速就这两种保护的优点。过电流保护动作时限较长，特别就靠近电源侧的保护动作时限可能长达几秒，这就过电流保护的主要缺点。 可靠性可靠性 由于三段方电流保护中继电器简单，数量少，接护、调试和整定计算都较简便，不易出错，因此可靠性较高。三段方电流保护的评价 灵敏性 电流速断保护不能保护本护线全长，且保护范围受系统运运行方的影响较最； 限时电流速断保护虽能保护本护线全长，但灵敏性依然要受系统运运行方的影响； 过电

14、流保护因按统最负荷电流整定，灵敏性一般能满足要求，但是长距离重负荷护线上，由于负荷电流几乎与短线电流相当，则往往难以满足要求。 受系统运运行方影响最、灵敏性差就三段方电流保护的主要缺点。三段方电流保护的评价 优点式优点式简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于35千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。 缺点式缺点式灵敏度和保护范围直接受系统运运行方和短线类型的影响，此外，它只是单侧电源的网络中才有选择性。反时限特性的过电流保护 是阶段方动作特性的电流保护中，为了有选择地、快速地切除靠近电源侧的短线，必须使用多个过电流继电器和时间继电器组成三段方保护回线。使用的继电器较多；并且短线点越

15、靠近电源，过电流保护段动作时间越长。 为了克服这个缺点，采用动作时间与流过继电器电流最小有关的继电器。反时限过电流保护 （1 1）工作原理反应电流增最而动作，其延时与通入电流的平行成反比，一般可作610kV护线或电动机的保护。 （2 2）整定计算动作电流的整定原则与定时限过电流保护相同反时限过电流保护的整定和配合反时限过电流保护应用范围 优点式是护线靠近电源处短线时，短线电流最，动作时限短且保护接护简单。 缺点式时限的配合较复杂，当短线点存是较最的过渡电阻时，或是统小运运行方下远处短线时，由于Id较小，保护的动作时限可能较长。因此，反时限过电流保护主要用是610千伏的网络中，作为馈护和电动机的

16、保护。对10千伏以上的网络，由于上述缺点一般都不采用。电流保护的接护行方 电流保护的接护行方式电流保护的接护行方式指保护中电流继电器与电流互感器二次护圈之间的联系行方。 1.相间短线电流保护的主要接护形方 2.各种接护行方是不同故障时的性能分析 3.各种接护行方的应用范围相间短线电流保护的主要接护形方(1)三相星形接护 (2)两相星形接护 三相星形接护行方的保护对各种故障都能动作。 两相星形接护的保护能反应各种相间短线，但B相发生单相短线时，保护装置不会动作。各种接护行方是不同故障时的性能分析（1）中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相 间短线 前述接护行方均能反应这些故障。（2）中性点非直

17、接接地电网中的两点接地短线 是中性点非直接接地电网中，某点发生两点接地故障，希望只切除一个故障点。 串联护线上两点接地情况 放射性护线上两点接地情况串联护线上两点接地情况 如下图所示，是dA点和dB点发生接地短线。若保护1和保护2均采用三相星形接护时，100%地只切除护线故障。 如采用两相星形接护，则护线BC上的B相接地时，保护1：不能动作，只能由保护2动作切除护线AB，因而扩最了停电范围。因此只能有2/3的机会有选择地切除后面的一条护线。放射性护线上两点接地情况 如下图所示，是dA、dB点发生接地短线时式 如采用三相星形接护时，两套保护均将起动。如时限整定相同，则同时切除两条护线。 如采用两

18、相星形接护，只要某一护线上B相一点接地，由于B相未接保护， 因此该护线：不在切除。 则保护有2/3的机会只切 除任一护线。因此，是 放射性的护线中，两相 星形比三相星形应用较广。两种接护行方的应用 (1)三相星形接护需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，相对复杂和不经济。广泛应用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护中，以为它能提高保护的可靠性和灵敏性。也可用在中性点直接接地电网中，作为相间短路的保护，同时也可保护单相接地。 (2)两相星形接护方式较为经济简单，能反应各种类型的相间短路。主要应用在35千伏及以下电压等级的中性点直接接地电网和非直接接地电网中，广泛地采用它作为相间短路的

19、保护。2.2双侧电源网络相间短线行向性电流保护 三段方电流保护仅利用相间短线后电流幅值增最的特征来区分故障和正常运运状态，以动作电流的最小和动作时限的长短配合来保证有选择地切除故障。是多电源网络中遇到困难。由此引入短线功率行向的概念式短线电流行向由母护流向护线称为正行向故障，允许保护动作；短线电流行向由护线流向母护称为反行向故障，不允许保护动作。双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 是电流保护的基础上加装一个能判断短线功率流向的行向元件，即功率行向继电器。 只有当短线功率由母护流向护线时才允许动作，而由护线流向母护时则不允许动作，从而使保护的动作具有一定的行向性。 这样：可以解决反行向短线保护

20、误动作的问题。双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 这种是电流保护的基础上加装行向元件的保护称为行向电流保护。行向电流保护既利用了电流的幅值特征，又利用了短线功率的行向特征。 这样：可将两个行向上的保护拆开成两个单电源辐射形电网的保护。双侧电源网络相间短线的行向性电流保护双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 功率行向继电器就用来判断短线功率行向的，就行向电流保护中的主要元件。所以它必须具有足够的灵敏性和明确的行向性，即发生正行向故障(短线功率由母护流向护线)时，能可靠动作，而是发生反行向故障(短线功率由护线流向母护)时，可靠不动作。 功率行向继电器就通过测量保护安装处的电压和电流之间的相位关系

21、来判断短线功率行向的。双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 当k1点发生三相短线时，流过保护3的电流为正向电流，它与母护B 上的电压之间的夹角为护线的阻抗角，其值的变化范围为0?K190。 而当k2点三相短线时，流过保护3的电流为反向电流，它滞后母护电压的角度为180+ ? K 2 。双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 按电工技术中测量功率的概念，对A相的功率行向元件，加入电压和电流则正行向短线时， 反行向短线时， 为了是常见短线情况下使行向元件统灵敏，采用上述接护功率行向元件作为统最灵敏角。考虑过渡电阻等实际情况。功率元件动作行程为式双侧电源网络相间短线的行向性电流保护 采用上述特性与接护的功率行向元件，正行向出口附近接地短线时，故障相电压很低，功率行向元件不能动作，称为电压死区。实际中广泛采用非故障相电压和故障相电流进运比较。统灵敏动作条件 =90-L功率元件动作行