电网的电流保护1

1、第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 第二节 电网相间短路的方向性电流保护第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护第四节 中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护 基本要求基本要求 学习内容学习内容 习题与思考题习题与思考题第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护基本要求1、掌握常用继电器的构成原理、基本动作电流、返回电流、返回系数等基本概念及其内在联系。 2、掌握三段式电流保护的基本工作原理和基本组成元件。 3、熟悉三种典型的电流保护的特点、整定原则、整定计算方法及其评价。 4、掌握相间短路保护电流回路的基本接线方

2、式及其特点与应用范围。 5、通过三段式电流保护原理接线图，了解并分析二次回路的原理图和展开图。第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护一、电磁型继电器一、电磁型继电器 二、晶体管型继电器 三、电流互感器 四、电压互感器五、电流速断保护 六、限时电流速断保护七、定时限过电流保护 九、电流保护的接线方式 八、电流三段保护小结 十、反时限过电流保护继电器的分类继电器的分类按动作原理：按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、电流继电器、电压继电器、功率方

3、向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。按作用：按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。器、信号继电器和出口继电器等。 继电器继电器是一种能自动断续的控制器件，当其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发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通通”、“断断”控制的执行机构。控制的执行机构。对继电器的要求对继电器的要求工作可靠。工作可靠。动作值误差小。动作值误差小。接点可靠。接点可靠。消

4、耗的功率要小。消耗的功率要小。动作迅速。动作迅速。热稳定、动稳定要好。热稳定、动稳定要好。安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。一、电磁型继电器一、电磁型继电器(Electromagnetic Relays)电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如下图所示。 电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如下图所示。 首先分析使继电器触点接通的力矩（即动作力首先分析使继电器触点接通的力矩（即动作力矩）。在线圈矩）。在线圈1

5、1中通以电流中通以电流I Ij j，则产生与其成正比则产生与其成正比的磁通的磁通，即，即 ，通过由铁心，空气隙和可，通过由铁心，空气隙和可动舌片而成的磁路，使舌片磁化与铁心的磁极产生动舌片而成的磁路，使舌片磁化与铁心的磁极产生电磁吸力，其大小与电磁吸力，其大小与2 2成正比，这样由电磁吸引成正比，这样由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转矩力作用到舌片上的电磁转矩M Mdcdc可表示为可表示为 Mdc=K12=K2 jI2j2I 其次分析使继电器触点闭合的阻力矩。 正常情况下，继电器不工作，弹簧对应于空气隙长度1产生一初始力矩Mth1。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，弹簧产生的反抗力矩为Mth=

6、Mth1+K3（ 1 2 ） 另外，在可动舌片另外，在可动舌片转动的过程中，还必须转动的过程中，还必须克服摩擦力矩克服摩擦力矩M Mm m。 因此，阻碍继电器因此，阻碍继电器动作的全部机械反抗力动作的全部机械反抗力矩为：矩为： M Mthth+M+Mm m 1、继电器动作的条件：为使继电器动作，必须增大电流Ij，以增大电流Ij，以增大电磁转矩Mdc，使其满足关系式： Mdc Mth+Mm222dzjdcIkM 2、动作电流：能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值Ij，称为继电器的动作电流，记作IdzJ。对应此时的电磁转矩为 3、继电器的返回条件 继电器动作后，当IJ减小时，弹簧的作用力矩M

7、th必须大于电磁力矩Mdc及摩擦力矩Mm之和，才能使继电器返回，即 Mth Mdc+Mm或 MdcMth-Mm总结：当Ij Idzj时，继电器不动作， 当 IjIdzjJ时，则继电器动作，触点闭合； 当减小Ij 使IjIhjJ时，继电器又立即返回原位，触点打开。 4、返回电流： 满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记为Ih.j. 5、返回系数 返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为 Kh= dzjhjII 在实际应用中，要求有较高的返回系数，如0.850.9。返回系数越大则保护装置的灵敏度越高，但过大的返回系数会使继电器触点闭合不够可靠。6、动作电流

8、的调整方法（1） 改善继电器线圈的匝数；（2）改变弹簧的张力；（3）改变初始空气隙长度。 吸引衔铁式结构的继电器一般被用作中间继电器，如DZ-10系列。螺管线圈式结构继电器多被用作时间继电器，如DS-100系列。 二、晶体管型继电器二、晶体管型继电器晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成的。 1、晶体管型电流继电器 （1）正常工作时：电流变换器的输入电流小于继电器的动作电流，UR30，晶体管VT1因正向偏置而导通，VT2完全截止。输出电压Usc接近于+E1，对应于继电器不动作状态。 （2）起动时：当输入继电器的电流大于继电器的动作电流时，UR3增大，a点电位降低，致使VD5导通，VT1截止

9、，其集电极电位升高，使晶体管VT2导通，继电器处于动作状态。 当继电器的输入电流减小至返回电流时，UR3减小，a点电位增高使VD5截止，VT1重新导通，触发器翻转，继电器返回，继电器的返回电流小于继电器的动作电流，其返回系数小于1。 2、晶体管型时间继电器 在正常情况下，VT3饱和导通，电容器C被短接，电容器C上的电压为VT3集电极与发射极之间的饱和压降Uces1和二级管D8的正向压降UD之和： UCD=UD+Uces10.6+0.2=0.8V其值小于稳压管D9的方向击穿电压，VT4截止，输出电压USC近于0V，表示继电器延时输出.三、电流互感器三、电流互感器(Current Transfor

10、mer) 电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。电流互感器由铁心及绕组组成。一、二次绕组磁势有以下平衡关系：I1W1-I22=0 1 1221IIWW 在图2-（a）中，一、二次绕组中感应电势 及 同时为高电位点，称同极性或对应端。一般用L、K表示或以“*”标注。1. 电流互感器的极性电流互感器的极性.1E.2E2.2.电流互感器的等值电路及相量图电流互感器的等值电路及相量图 电流互感器与普通变压器的等值电路有着相同的形式。其等值电路如图2-7（a）所示，图中原边的参数都已归算到二次绕组。fZIU22.222XIjUULC.lc

11、lcLCjXUI lcIII212I1IILCLCIULC22IjX2UU1jX I11(1)电流误差电流误差 ：归算到二次绕组的一次电流归算到二次绕组的一次电流与二次绕与二次绕组电流组电流数量差数量差,一般用百分数表示，即一般用百分数表示，即I%=当当角比较小时角比较小时I%=而而结论：结论：电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励磁电流磁电流的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗Zf成正比，与励磁阻抗成正比，与励磁阻抗成反比。一般误差小于成反比。一般误差小于1%。3. 误差分析.2I%100121III%10

12、0ICOSI1lc)XZ(fjX)ZjX(IIlcflcf22.lc.LCILCX.1IU12U2I1IjXI1122IjXILCLCIULC （2）稳态短路电流引起的误差）稳态短路电流引起的误差 当电流互感器原边流过大当电流互感器原边流过大的短路电流时，铁心饱和，磁的短路电流时，铁心饱和，磁阻增加，励磁阻抗下降，励磁阻增加，励磁阻抗下降，励磁电流增加，二次侧电流将减小电流增加，二次侧电流将减小且波形发生变化。且波形发生变化。 在铁心未饱和时，二次侧在铁心未饱和时，二次侧电流与原边电流成正比增加，电流与原边电流成正比增加，若电流互感器二次负载阻抗若电流互感器二次负载阻抗Zf较较大，铁芯饱和更快

13、。大，铁芯饱和更快。 图中图中m为短路电流倍数，为短路电流倍数， 1edIIm 按规定用于继电保护按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电的电流互感器，其稳态电流误差不允许大于流误差不允许大于10%，角误差角误差 不得大于不得大于7 。 电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载阻抗阻抗Zf与短路电流倍数与短路电流倍数m的函数，可表示为的函数，可表示为 I%=f(Zf ,m) 在满足在满足10%误差的条误差的条件下，件下， 的关系的关系曲线叫电流互感器的曲线叫电流互感器的10%误误差曲线，它由厂家提供。差曲线，它由厂家提供。)(fZfm （3）暂态

14、短路电流引起的误差。）暂态短路电流引起的误差。 当发生短路时，电流互当发生短路时，电流互感器的原边流有短路电流的感器的原边流有短路电流的周期分量周期分量Id z和非周期分量和非周期分量Id .f。 Id z IlcI1f Izf。非周期分量的误差非周期分量的误差ifl。总误差电流总误差电流ifc。 从误差曲线可以看出，从误差曲线可以看出，最大误差发生在短路后最大误差发生在短路后35个个周波，短路回路非周期电流周波，短路回路非周期电流衰减以后，其值比稳态短路衰减以后，其值比稳态短路误差大许多倍，且含有很大误差大许多倍，且含有很大的直流成分。的直流成分。（4）减小电流互感器误差的措施。）减小电流互

15、感器误差的措施。v注意！注意！ 电流互感器为恒流源，其副边不应开路，电流互感器为恒流源，其副边不应开路，在副边不接负载时应将它短路。其副边必须接地，以在副边不接负载时应将它短路。其副边必须接地，以免高电压危及人身及设备的安全。免高电压危及人身及设备的安全。减小电流互感器的励磁电流。减小电流互感器的励磁电流。 尽量加大电流互感器的励磁电抗尽量加大电流互感器的励磁电抗XLC，增大铁心截面或用高，增大铁心截面或用高导磁率的铍莫合金做铁芯。导磁率的铍莫合金做铁芯。 尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗Zf，降低励磁电压。，降低励磁电压。 选择同型号的电流互感器串联使用，

16、使每个电流互感器的选择同型号的电流互感器串联使用，使每个电流互感器的励磁电压仅为负载压降的一半。励磁电压仅为负载压降的一半。 选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。四、电压互感器四、电压互感器 电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。电压互感器分为电磁式和电容式两种。备的运行情况。电压互感器分为

17、电磁式和电容式两种。 （一）电磁式电压互感器（一）电磁式电压互感器 （二）电容式电压互感器（二）电容式电压互感器1. 工作原理工作原理 电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相似。似。其等值电路与相量图如下图所示。以副边电压为参考其等值电路与相量图如下图所示。以副边电压为参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如下相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如下图所示。图所示。oU1LCU2UILC1I2II1Z12Z2I当原副边电压的相角差较小时，其电压误差可近似为： %100UZIZI%U11122=%100UZIZIZI11lc12

18、22 电 压 互 感 器 的 电 压 误 差 是 指 归 算 到 副 边 的原 边 电 压.1U与 副 边 实 际 电 压.2U的 数 量 差 ， 用百 分 数 表 示 ： %100UUU%U121 2.电压误差分析电压误差分析 (二二)电容式电压互感器电容式电压互感器 电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。最简单的电容式电压互感器如图的。最简单的电容式电压互感器如图2-12所示。所示。C1、C2为为分压电容，分压电容，T为隔离变压器。二次开路时的电压为为隔离变压器。二次开路时的电压为 由图由图2-12 （b） 等值电路并根据戴维南定理

19、可知，有等值电路并根据戴维南定理可知，有载时的输出电压为载时的输出电压为 = 调节调节X1，使，使j X1= , 则则 利用可调电感利用可调电感L补偿分压器容性电抗，大大降低电压补偿分压器容性电抗，大大降低电压互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了电压互感器的精确度。电压互感器的精确度。1211.20UCCCU)(21.20.2CCjIXIjUUflf)(121.20.CCjjXIUlf)(121CCj20.2UU 五、电流速断保护五、电流速断保护(电流电流I段段)(Instantaneously Over-current Prot

20、ection)1、几个基本概念、几个基本概念系统最大运行方式系统最大运行方式：就是在被保护线路末端发生短路时，：就是在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。的运行方式。系统最小运行方式：系统最小运行方式：就是被保护线路末端发生短路时，就是被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。的运行方式。电流速断保护：反应电流增大而瞬时动作的电流保护。电流速断保护：反应电流增大而瞬时动作的电流保护。最大短路电流：最大短路电

21、流：在最大运行方式下三相短路时，通过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。保护装置的短路电流为最大。最小短路电流：最小短路电流：在最小运行方式下两相短路时，通过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。保护装置的短路电流为最小。保护装置的起动值：保护装置的起动值：对应于电流升高而动作的电流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流值称为保护装置的保护，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作起动电流，记作Idz.Bh。保护装置整定：保护装置整定：就是根据对继电保护的基本要求，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

22、数，动作时限等过程。确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。2、工作原理工作原理 如右图所示，如右图所示，在输电线路上发生在输电线路上发生短路时，流过保护短路时，流过保护安装地点的短路电安装地点的短路电流可用下式计算：流可用下式计算： lXXEIsxd13min.)(max.lXXEIsxd1223max.)(min. 结论：结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置变化，变化， 且与系统的运行方式和短路类型有关。且与系统的运行方式和短路类型有关。 3. 整定计算整定计算 动作电流动作电流 为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条为保

23、证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即 IdzId.d2max=KK Id.Bmax 结论结论:电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路，其最大和最小保护范围保护全线路，其最大和最小保护范围Lmax和和Lmin。继电器动作电流：继电器动作电流：jxTAdzjdzKnIIKjx电流互感器的接线系数电流互感器的接线系数 保护范围（灵敏度保护范围（灵敏度KLm）计算（校验）计算（校验） 规程规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的规定，在

24、最小运行方式下，速断保护范围的相对值相对值 Lb%（15%20%）时，为合乎要求，即）时，为合乎要求，即 100%（1520）%由下图可知由下图可知 其中其中Xd=X1Lmin代入上式整理得代入上式整理得 = ABblllmin% dsxdzXXEImax.23)23(1max.1minsdzxXIEXl)2(1max.1sdzeXIUX 动作时限动作时限 无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑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继电保护固有动作时间，由于动作时间较小可认为为t=0s。 4.电流速断保护的接线图电流速断保护的接线图 单相原理接线图单相

25、原理接线图 原理图以整体形式表示原理图以整体形式表示各二次设备之间的电气联接。各二次设备之间的电气联接。正常状态：正常状态：一次设备通过的电流为负载电流一次设备通过的电流为负载电流流过流过KA的电流小于动作值的电流小于动作值不发断路器跳闸脉冲不发断路器跳闸脉冲。KA不动作，其触点不闭合不动作，其触点不闭合短路故障时：短路故障时：流过流过KA的二次电流大于的二次电流大于KA动动作值作值KA触点闭合触点闭合KOM线圈得电线圈得电,其触点闭合其触点闭合KS起动，发出信号。起动，发出信号。QF跳闸，切除故障。跳闸，切除故障。4.电流速断保护的接线图电流速断保护的接线图 单相原理接线图单相原理接线图 展

26、开图展开图 展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。分为交流回路和直流回路。分为交流回路和直流回路。 看二次回路方法：看二次回路方法：先交流后直流；交流看电源，先交流后直流；交流看电源，直流找线圈，抓住触点不放松，一个一个全查清。直流找线圈，抓住触点不放松，一个一个全查清。线路中管型避雷器放电时间为线路中管型避雷器放电时间为0.040.06S，在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速断保护装置中加装一个保护断保护装置中加装一个保护出口中间继电器出口中间继电器。一。一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过

27、管型方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。避雷器的放电时间，防止误动作。电流速断保护装置为什么要加电流速断保护装置为什么要加中间继电器？中间继电器？5、对电流速断保护的评价、对电流速断保护的评价 n优点：优点：简单可靠，动作迅速。简单可靠，动作迅速。n缺点：缺点：（1）不能保护线路全长；）不能保护线路全长；（2）运行方式变化较大时，可能无保护范围。）运行方式变化较大时，可能无保护范围。（3）在线路较短时，可能无保护范围。）在线路较短时，可能无保护范围。AB212AB1IdLIdL图 2 16系 统 运 行 方 式 变 化 较 大 情 况 图 2 17短 路 时

28、 保 护 范 围 较 小 的 情 况 AB21IdLAB212AB1IdLIdL图 2 16系 统 运 行 方 式 变 化 较 大 情 况 图 2 17短 路 时 保 护 范 围 较 小 的 情 况 特殊情况特殊情况 电流速断可以保电流速断可以保护线路全长。在采用护线路全长。在采用线路线路变压器组的接变压器组的接线方式的电网中，把线方式的电网中，把线路和变压器可以看线路和变压器可以看成是一个元件。速断成是一个元件。速断保护按躲开变压器低保护按躲开变压器低压侧短路出口处压侧短路出口处d1点点短路来整定，可以保短路来整定，可以保护线路的全长。护线路的全长。六、限时电流速断保护六、限时电流速断保护

29、(电流电流II段段) 电流速断保护在许多情况下均能保证选择性，且电流速断保护在许多情况下均能保证选择性，且接线简单，动作迅速可靠。但是电流速断保护不能保接线简单，动作迅速可靠。但是电流速断保护不能保护本线路的全长，怎么办？护本线路的全长，怎么办？ 解决办法：解决办法：增设一套新的保增设一套新的保护护限时电流速断保护。限时电流速断保护。 限时电流速断保护：限时电流速断保护： 按与相邻线路电流速断保护按与相邻线路电流速断保护相配合且以较短时限获得选择性相配合且以较短时限获得选择性的电流保护。的电流保护。1. 工作原理工作原理 （1）限时电流）限时电流速断保护的保护范速断保护的保护范围必须延伸到下一

30、围必须延伸到下一条线路中去。条线路中去。（2）限时电流）限时电流速断保护的动作带速断保护的动作带有一定的时限。有一定的时限。（3）为了保证速）为了保证速动性，时限应尽量动性，时限应尽量缩短。缩短。 2. 整定计算整定计算 （1）动作电流动作电流动作电流按躲开下一条线路无时限电流速断保护动作电流按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定：的动作电流进行整定： 下一线dzKdzIKI继电器动作电流：继电器动作电流：jxTAdzjdzKnII (2) 动作时限动作时限 为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条线路为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条线路无时限电流速断保护的动作时限高出一

31、个时间阶段无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段t，即即ttt2 1 影响影响 t的因素有：的因素有： 2QF的跳闸时间的跳闸时间tQF, 约为约为0.2s。 时间继电器提前动作误差时间继电器提前动作误差tt，电磁型的约为，电磁型的约为0.05s。 限时速断保护的测量元件在外部故障切除后，限时速断保护的测量元件在外部故障切除后，由于惯性而不能立即返回的惯性延时由于惯性而不能立即返回的惯性延时tg，电磁型的约，电磁型的约为为0.1s。 裕度时间裕度时间ty，取，取0.1s。故。故stttttygtQF50.(3)灵敏度校验灵敏度校验 Klm1.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。，是

32、因为考虑了以下不利于保护动作的因素。（a）可能存在非金属性短路，使短路电流）可能存在非金属性短路，使短路电流Id较小；较小；（b）实际的短路电流小于计算值；）实际的短路电流小于计算值；（c）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件中的电流变小；中的电流变小；（d）继电器的实际起动值可能有正误差，使）继电器的实际起动值可能有正误差，使IdzJ变大；变大； (e) 考虑一定裕度。考虑一定裕度。 512. )(mindzdlmIIK思考问题：灵敏性不满足要求，怎么办？思考问题：灵敏性不满足要求，怎么办？ （1 1）与下一条线路的限时电流速断相配合）与

33、下一条线路的限时电流速断相配合 下一线dzKdzIKI (2) 动作时限比动作时限比下一条线路时限电流下一条线路时限电流速断保护的动作时限速断保护的动作时限高出一个时间阶段高出一个时间阶段t，即即ttt 下一线本3、限时电流速断保护的接线图、限时电流速断保护的接线图 （）单相原理接线（）单相原理接线展开图展开图 4、对限时电流速断保护的评价、对限时电流速断保护的评价 优点：优点：限时电流速断保护结构简单，动作可靠，限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长。能保护本条线路全长。缺点：缺点：不能作为相邻元件（下一条线路）的后备不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护保护,受系统运行方

34、式变化较大。受系统运行方式变化较大。七七. 定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） 定时限过电流保护定时限过电流保护定义：定义：其动作电流按躲过被保护线路的最其动作电流按躲过被保护线路的最大负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则大负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则进行整定以实现过电流保护的动作选择性，并进行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路电流的大小无关。且其动作时间与短路电流的大小无关。思考问题：思考问题：无时限电流速断保护只能保护本线路一部无时限电流速断保护只能保护本线路一部分，限时电流速断能保护本线路全长，但不能做为相分，限时电流速断能保护本线

35、路全长，但不能做为相邻线路的后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？邻线路的后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？1、 工作原理工作原理反应电流增大而动作反应电流增大而动作,它要求能保护本条线路的全它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为近后备保护和远后备保护，长和下一条线路的全长。作为近后备保护和远后备保护，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。其保护范围应包括下条线路或设备的末端。过电流保护过电流保护在最大负荷时，保护不应该动作。在最大负荷时，保护不应该动作。 2、整定计算、整定计算（1）动作电流）动作电流按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自起动电按躲开被保护线路的最大负荷电流，

36、且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定：流下继电器能可靠返回进行整定： max. fhzqKdzIKKKImaxmaxfzqzqIkImaxzqhIImax maxfzqkzqkhIKKIKI dzhhIIk 继电器的动作电流：继电器的动作电流：max. fTAhjxzqKdzInKKKKI（）灵敏度校验（）灵敏度校验近后备近后备512. .min.)(dzdlmIIK本末近）212. .min.)(dzdlmIIK下一末远）远后备远后备 低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点断开。断开。 当电压低于整定值时，常开触点断开，常闭触点闭

37、合。当电压低于整定值时，常开触点断开，常闭触点闭合。正常运行时，正常运行时，KV触点打开，触点打开，KA触点打开。触点打开。最大负荷电流：最大负荷电流：KV触点打开，触点打开，KA触点闭合。触点闭合。短路时：短路时：KV触点闭合，触点闭合，KA触点闭合。触点闭合。思考：思考：当灵敏度不满足要求时，怎么办？当灵敏度不满足要求时，怎么办？ 可以采可以采 用低电压闭锁的过电流保护。用低电压闭锁的过电流保护。ttt 21（3） 时间整定时间整定 ttt max 下本 为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时是按为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时是按阶梯原则阶梯原则整定的，即本线路的过电流保护

38、动作延时应比下整定的，即本线路的过电流保护动作延时应比下一条线路的电流一条线路的电流段的动作时间长一个时限阶段段的动作时间长一个时限阶段t: 3 3、接线图、接线图 电流电流段保护的原理接线、展开图与电流段保护的原理接线、展开图与电流段保段保护相同。护相同。 4、对定时限过电流保护的评价、对定时限过电流保护的评价 优点：优点：结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型结构简单，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。不仅能作本线路的近后备电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。

39、在放射型电网中获得广泛应用，一般在在放射型电网中获得广泛应用，一般在35千伏及以下网千伏及以下网络中作为主保护。络中作为主保护。 缺点：缺点：动作时间长，而且越靠近电源端其动作动作时间长，而且越靠近电源端其动作时限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。时限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。 八、电流三段保护小结八、电流三段保护小结 电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护，因此，必须采用定时限过电流保护作为本条线路和保护，因此，必须采用定时

40、限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。下一段相邻线路的后备保护。1、三段式电流保护：、三段式电流保护： 由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电由电流速断保护，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。流保护相配合构成的一整套保护。 思考：思考：是不是所有的线路都要装设三段式电流保护？是不是所有的线路都要装设三段式电流保护？ 什么情况下过电流保护作为主保护？什么情况下过电流保护作为主保护？ 什么情况下可采用两段组成一套保护？什么情况下可采用两段组成一套保护？2、电流三段式保护的保护特性及时限特性、电流三段式保护的保护特性及时限特性 保护方式无时限电流速断 限时

41、电流速断 过 电 流 保 护 一般过流低电压闭锁过流 单相原理接线图单相原理接线图 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)(max.minsdzeXIUXL211 下一线dzKdzIKImax. fhzqKdzIKKKIehKdzIKKI edzUU70.ttt2 1ttt 21ttt 21ttt 21512. )(min dzdlmIIK 下一线dzKdzIKI51. .min.(dzdlmIIK本末近）2 . 1 .min.(dzdlmIIK下一末远）本线路全长及本线路全长及下一条相邻线下一条相邻线路无时限速断路无时限速断保护范围的一保护范围的一部分部分.I

42、dz =KK Id.Bmaxt=0s 0.5s线 路 的 一 部线 路 的 一 部分分本线路全长及本线路全长及下一条相邻线下一条相邻线路全长路全长.不满足要求不满足要求:3、电流三段式保护接线图、电流三段式保护接线图 （1）单相原理接线图）单相原理接线图（2）展开图。）展开图。QFTA(a)7KA1KA(b)YT2KM4KA1KA4KA5KT7KA8KTKS3KS6KS92KM5KT8KT图 2 25保 护 装 置 接 线 展 开 图（ a） 交 流 回 路 （ b） 直 流 回 路 优点：优点：简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于障。一

43、般用于35千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点：缺点：灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。 4、三段式电流保护的评价、三段式电流保护的评价例例2-1如下图所示网络，试对保护如下图所示网络，试对保护1进行电流速断，进行电流速断，限时电流速断和定时限过电流保护整定计算（起动限时电流速断和定时限过电流保护整定计算（起动电流，动作时限和灵敏系数），并画出时限特性曲电流，动作时限和灵敏系数），并画出时限特性曲线。（计算

44、电压取线。（计算电压取115KV）。）。解：解： 1、对保护、对保护1进行电流速断保护的整定计算进行电流速断保护的整定计算 （1）起动电流）起动电流 )3(maxdbKdzIKI =1.3 3780=4914 (A) 取取1.3 （2）灵敏度校验：）灵敏度校验： ABsedBXXUImax.)3(min3ABdBesXIUX)(minmax.3376430035503101153.=12.5 ( km)minL)(max.sdzeXIUX2110%100%minABblll=41.67%15% 符合要求符合要求（3）动作时限：）动作时限：电流速断保护动作时限近似为零，即电流速断保护动作时限近似

45、为零，即 t=0s2、限时电流速断保护的整定计算、限时电流速断保护的整定计算 （1 1）起动电流：）起动电流： . 下一线dzKdzIKI)3(max.dCKdzIKI下一线)3(max dCKKdzIKKI=1.2 1.3 1250=1950(A) （2 2）灵敏度校验：）灵敏度校验： =1.581.5符合要求符合要求 )2(mindzdBlmIIK1950355023 （3）动作时限）动作时限 sttt5021. 3.定时限电流保护整定计算定时限电流保护整定计算（1 1）起动电流：）起动电流：max. fhzqKdzIKKKI=794.12(A) (2) 灵敏度校验：灵敏度校验： 近后备保

46、护近后备保护 ： )2(mindzdBlmIIK =3.871.5 符合要求符合要求 远后备远后备保护：保护： )2(mindzdClmIIK =1.261.2 符合要求符合要求 (3) 动作时限：动作时限：stttt241 时限特性曲线九、电流保护的接线方式九、电流保护的接线方式 1.相间短路电流保护的主要接线形式相间短路电流保护的主要接线形式 2. 各种接线方式在不同故障时的性能分析各种接线方式在不同故障时的性能分析3. 各种接线方式的应用范围各种接线方式的应用范围 电流保护的接线方式：电流保护的接线方式：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的联系方式。 1. 相间短路电流保护的主要

47、接线形式相间短路电流保护的主要接线形式 (1)三相星形三相星形接线 (2)两相星形接线 三相星形接线方式的保护对各种故障都能动作。三相星形接线方式的保护对各种故障都能动作。两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但B相发生相发生单相短路时，保护装置不会动作。单相短路时，保护装置不会动作。（3） 两相电流差接线两相电流差接线三相短路时流过继电器电流是三相短路时流过继电器电流是倍的短路电流；倍的短路电流；ICBAICIBIAIaIcTAaTAc图 2 28 两 相 电 流 差 接 线 的 原 理 接 线 图 3AC两相短路时流过继电器电流是两相短路时流过继电器

48、电流是倍的短路电流；倍的短路电流；AB或或CB两相短路时流过继电器电流是两相短路时流过继电器电流是倍的短路电流。倍的短路电流。21IJIJ=caII三相短路三相短路:IJ= Ia3 故对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路故对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路时时，Kjx= ； 3 接线系数接线系数Kjx ：流过继电器的电流：流过继电器的电流IJ与电流互感器与电流互感器二次侧短路电流之比，数值为二次侧短路电流之比，数值为2TAjjxIIK 在在AC两相短路时，两相短路时，Kjx=2； 在在AB或或BC两相短路时两相短路时，Kjx=1。 对于三相和两相星形接线方式任何短路型式对于三相和

49、两相星形接线方式任何短路型式Kjx=1. 2. 各种接线方式在不同故障时的性能分析各种接线方式在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路）中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相间短路前述三种接线方式均能反应这些故障。前述三种接线方式均能反应这些故障。（2）中性点非直接接地电网中的两点接地短路）中性点非直接接地电网中的两点接地短路在中性点非直接接地电网中，某点发生两点接地故障，在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。希望只切除一个故障点。 串联线路上两点接地情况串联线路上两点接地情况 放射性线路上两点接地情况放射性线路上两点接地情

50、况 串联线路上两点接地情况串联线路上两点接地情况 如下图所示，在如下图所示，在dA点和点和dB点发生接地短路。点发生接地短路。若保护若保护1和保护和保护2均采用三相星形接线时，均采用三相星形接线时，100%地地只只切除线路故障。切除线路故障。如采用两相星形接线，只能有如采用两相星形接线，只能有2/3的机会有选择地切的机会有选择地切除后面的一条线路除后面的一条线路。AB：AC： BA： BC： CA： CB： 放射性线路上两点接地情况放射性线路上两点接地情况 如下图所示，在如下图所示，在dA、dB点发生接地短路时：点发生接地短路时：如采用三相星形接线时，两套保护均将起动。如采用三相星形接线时，两

51、套保护均将起动。如采用两相星形接线，则保护有如采用两相星形接线，则保护有2/3的机会只切除任一线的机会只切除任一线路。路。AB： AC： BA： BC： CA： CB： 因此，在放射性的因此，在放射性的线路中，两相星形比三线路中，两相星形比三相星形应用较广相星形应用较广。 （3） 对对Y，d11接线变压器后面的两相短路接线变压器后面的两相短路当当侧发生侧发生AB两相两相短路时，分析该侧电流相短路时，分析该侧电流相量图和量图和Y侧电流相量图侧电流相量图。ABCD1DE1E234526178DE143A52B6D2C718E2(a)(b)图231 Y,d11变压器后面的两相短路示意图 1A32BD

52、ABCII(2)结论结论:三相星形接线比两三相星形接线比两相星形接线灵敏系数增相星形接线灵敏系数增大一倍。大一倍。A2IB1IBIB2IA1IC2IIAIC1C1YIIYAIYCIYC2=IYBIYA2=IYA1IYB2IYB1 过电流保护接于降压变压器的高压侧（过电流保护接于降压变压器的高压侧（Y侧）以作侧）以作为低压侧（为低压侧（侧）线路故障的后备保护时，不同接线形侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有其不同的特点。式的保护有其不同的特点。 （a）采用三相星形接线时，则）采用三相星形接线时，则B相上继电器中的电相上继电器中的电流较其它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍流较其它两相大一

53、倍。因此灵敏系数增大一倍 。 （b）采用两相星形接线时，使）采用两相星形接线时，使B相的电流遗失，不相的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的能使保护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。敏度。 （c）采用两相电流差）采用两相电流差接线时，流入继电器的接线时，流入继电器的电流为零，保护不动作。电流为零，保护不动作。因此，这种接线方式不因此，这种接线方式不能用来保护变压器。能用来保护变压器。3. 各种接线方式的应用范围各种接线方式的应用范围 (1)三相星形接线方式三相星形

54、接线方式能反应各种类型的故障，能反应各种类型的故障，用在中性点直接接地电网中，作为相间短路的保护，同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。时也可保护单相接地。(2)两相星形接线方式两相星形接线方式较为经济简单，能反应各较为经济简单，能反应各种类型的相间短路。主要应用在种类型的相间短路。主要应用在35千伏及以下电压等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保护。采用它作为相间短路的保护。（3）两相电流差接线方式）两相电流差接线方式接线简单，投资少，但接线简单，投资少，但是灵敏

55、性较差，这种接线主要用在是灵敏性较差，这种接线主要用在610千伏中性点不千伏中性点不接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。接地系统中，作为馈电线和较小容量高压电动机的保护。十、反时限特性的过电流保护十、反时限特性的过电流保护 1、感应型电流继电器、感应型电流继电器 2、反限过电流保护、反限过电流保护 3、接线图、接线图 4、反时限过电流保护应用范围、反时限过电流保护应用范围 1、感应型电流继电器、感应型电流继电器 （1）继电器结构）继电器结构GL-10感应式电流继电器的结构如下感应式电流继电器的结构如下图所示由感应系统和电磁系统组成，它们分别构成反时限部图所示由感应系统和电磁系统组

56、成，它们分别构成反时限部和无时限部分。和无时限部分。 （2）工作原理）工作原理 当线圈通以交流电流当线圈通以交流电流I时，线圈的安时，线圈的安匝磁势匝磁势IW在铁芯中产生磁通在铁芯中产生磁通1，在铁芯的一个分支上的，在铁芯的一个分支上的短路环中的磁通短路环中的磁通2不能突变，不能突变，2滞后于滞后于1一个角度，在一个角度，在铝盘产生铝盘产生Mdc，当，当Mdc克服了弹簧的反转矩克服了弹簧的反转矩M1时，整个框架时，整个框架将绕轴将绕轴18顺时针方向转动。蜗轮蜗杆啮合，这时称为继电顺时针方向转动。蜗轮蜗杆啮合，这时称为继电器起动。所需的安匝数称为继电器的起动安匝。继电器起器起动。所需的安匝数称为

57、继电器的起动安匝。继电器起动以后，扇形轮随蜗转动而上升，扇形轮升高到一定程度动以后，扇形轮随蜗转动而上升，扇形轮升高到一定程度时，接点闭合。时，接点闭合。(3) 时限特性时限特性 扇形轮在最低位置与最高位置，继电器动作时间与电扇形轮在最低位置与最高位置，继电器动作时间与电流的关系曲线如下图所示。流的关系曲线如下图所示。当电流增大时，动作时限减少，如图中当电流增大时，动作时限减少，如图中ab部分部分,具有反具有反时限特性。时限特性。 当电流大到一定值时，当电流大到一定值时，铁芯饱和，在图上出现曲铁芯饱和，在图上出现曲线线1、2的平直部分，具有的平直部分，具有定时限特性。定时限特性。 当电流继续增

58、大时，当电流继续增大时，衔铁瞬时被吸下，横担将衔铁瞬时被吸下，横担将接点闭合，如图中接点闭合，如图中de部分，部分，具有速断特性。具有速断特性。 2. 反时限过电流保护反时限过电流保护 （1）工作原理）工作原理 反应电流增大而动作，其延时与通入电流的平方成反反应电流增大而动作，其延时与通入电流的平方成反比，一般可作比，一般可作610kV线路或电动机的保护。线路或电动机的保护。 max fhzqKdzIKKKI512. )(min.dzdlmIIK本末 （2）整定计算）整定计算 动作电流的整定原则与定时限过电流保护相同，即动作电流的整定原则与定时限过电流保护相同，即 灵敏度校验灵敏度校验 ：时间

59、整定时间整定两级反时限过电流保护的配合两级反时限过电流保护的配合:若已知保护若已知保护2反时限过电流保护的整定参数，其反反时限过电流保护的整定参数，其反时限动作曲线时限动作曲线2。在保护。在保护1、保护、保护2反时限过电流保护反时限过电流保护重叠保护区内，只要在重叠保护区内，只要在d1处用动作延时保证选择性，处用动作延时保证选择性，重叠保护区的其他部分都能保证选择性，重叠保护区的其他部分都能保证选择性，d1点叫配合点叫配合点，在配合点的点，在配合点的为已知，则为已知，则tttQFQF21QFt2 反时限过电流保护与电源侧的定时限过电流保护配合反时限过电流保护与电源侧的定时限过电流保护配合 已知

60、已知1QF定时限过电流保护的整定参数，定时限过电流保护的整定参数，1QF过电流过电流保护的保护范围到保护的保护范围到d1点，点，2QF反时限过电流保护的时间特反时限过电流保护的时间特性如下图中的性如下图中的t2QF所示。重叠保护区的末端所示。重叠保护区的末端d1叫配合点。叫配合点。在配合点在配合点d1 tttQFQF 1 23. 接线图接线图 反时限过电反时限过电流保护多用于流保护多用于10kV线路及电动机保护。线路及电动机保护。电流互感器采用两电流互感器采用两相星型接线，如右相星型接线，如右图所示。图所示。4、反时限过电流保护应用范围、反时限过电流保护应用范围 优点：优点：在线路靠近电源处短