华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-电流(2-1)

第二章

电网的电流保护1第2.1节

单侧电源网络相间短路的

电流保护2一、继电器

继电器是一种能自动执行通断操作的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出按预先设定的状态发生变化。分类：结构功能单元件电磁型电流继电器启动继电器感应型电压继电器度量继电器整流型功率方向继电器时间继电器数字型阻抗继电器信号继电器中间继电器3一种电磁型电流继电器工作原理对继电器的基本要求是工作可靠（动作门槛值稳定，接点接触良好），其动作过程具有良好的“继电特性”。(也称动合触点)常开接点图形符号4常闭接点(也称动断触点)图形符号一种电磁型电流继电器工作原理图形符号常开接点5继电器的继电特性：

动作过程——>不动“动作电流”的电磁力矩

=弹簧力矩+摩擦力矩6继电器的继电特性：动作过程“动作电流”的电磁力矩>弹簧力矩+摩擦力矩

——>保持动作状态连通7继电器的继电特性：动作过程(重复一遍)动作电流8动作电流继电器的继电特性：返回过程返回电流红色：动作后的返回过程“返回电流”的电磁力矩

+摩擦力矩=弹簧力矩9由图可知：

动作电流>返回电流继电器的继电特性：动作电流返回电流101）动作状态垂直跃变——明确性（摩擦阻力一旦

被克服，就会形成跃变，不会缓变）；继电器的继电特性:动作电流返回电流2）

——稳定性

（需要克服阻力）11欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）

继电器的表示方法：常开接点常闭接点示意图接点符号名称“常”——不带电状态，不是“正常状态”12电压继电器的工作原理与此类似。除了内部设计不同以外，从线圈来看：导线细、匝数多。——输入阻抗大，并联接入13二、单侧电源网络相间短路的电流保护

（本节主要针对小电流接地系统）小电流接地系统：

在该电压等级中，所有变压器的中性点均不接地。14二、单侧电源网络相间短路的电流保护

（本节主要针对小电流接地系统）发生单相接地时，几乎没有短路电流，不会烧坏设备，所以,还可以运行1～2小时——供电可靠性高,但是，非故障相电压升高为1.732倍，故,绝缘要求高。随着电压等级的提高，绝缘的投资会急剧增加。主要用在10～66kV的配电系统。15大电流接地系统：在该电压等级中，部分或所有变压器的中性点直接接地。优点：绝缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地系统要低。缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电流，会损坏设备等。（主要用在110kV及以上的电压等级中）16小电阻接地系统17单侧电源网络相间短路时电流量特征问题：如果变电站B、C、D还有其他负荷或者引出线时（这是一般的情况），怎么办？——负荷端对短路电流计算的影响很小,可以忽略。18在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路电流Ik仅与系统等值阻抗Zs

有关。191）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。202）在相同地点发生相同类型的短路时，如果流过保护安装处的电流为最小，则称此时的运行方式为：最小方式。1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。21短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电流变化曲线。根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配置和整定计算。221、电流速断保护（简称：电流Ⅰ段）（1）工作原理：反应于短路电流的幅值增大而瞬时动作的电流保护（电流大于某个数值时，立即动作）。按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。但是，保护2的测量电流无法区分K1点与K2点短路(电流大小几乎一样),因此，保护2的电流速断保护按躲过相邻下一条线路(K2)出口处短路时可能出现的最大短路电流来进行整定。（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性）23

问题1：为什么需要躲过最大短路电流？——>考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各种情况下都能够有选择性。

问题2：什么情况下会出现最大短路电流？——>系统最大运行方式，发生三相短路。短路点确定后，ZA-B也就确定了。24（2）整定计算原则整定计算的三要素：

1)整定值2)动作时限3)灵敏性校验2号断路器处的保护整定：1号断路器处的保护整定：电流Ⅰ段整定方法（或称为原则）归纳为：躲过线路末端出现的最大短路电流！25符号说明（断路器1）26可靠系数的考虑因素主要考虑了各种影响因素的相对误差：1）非周期分量；2）暂态谐波；3）系统和线路参数的误差；4）计算误差；5）互感器传变误差；6）继电器测量误差；7）电动势波动；8）裕度。

一般取为1.2～1.3

27根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)：二次整定值：28动作时限：t=0(秒)——>瞬时动作（理想情况）实际上，都需要一定的测量时间，称为固有动作时间。灵敏性校验：用线路被保护范围大小来衡量。（能保护线路的多长？）29

保护范围：大于动作电流（整定值）的短路电流所对应的保护区域。

保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化。30考虑最不利的情况（短路电流最小）

用最小保护范围来校验电流Ι段的灵敏性

最小保护范围——对应于系统最小运行方式、发生两相相间短路的情况。·图解法

·解析法31归纳：电流Ι段整定——躲过线路末端最大的短路电流。电流Ι段校验——按照最小的短路电流。无延时——瞬时动作。

32（3）电流Ι段单相原理接线图

33（4）优缺点

优点：简单可靠,动作迅速。

缺点：1）不能保护本线路全长；2）受系统运行方

式的影响大；3）可能没有保护范围：运行方

式变化较大、短线路时。当线路与变压器相连接时，可以保护线路的全长，

并能够保护变压器的一部分(变压器的阻抗较大)。342、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）要求：·保护线路的全长（有足够的灵敏度）；

·具有最小的动作时限（尽可能快）。（1）工作原理保护范围延伸至下级线路，与下级线路电流Ι段配合。需带时限，在时间上比下级线路的电流Ι段高t（换取选择性）。(保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性)35（2）整定电流假设M为保护1的电流速断保护的保护范围末端，则：（3）动作时限（保证选择性）

t2″=t1′+△t

（△t＝0.3～0.5s）（非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响）36（考虑：最小运行方式、两相相间短路的情况）若不满足,再考虑与保护1的电流Ⅱ段相配合。（4）灵敏性校验目的：确保A-B线路任何地方的短路都能被切除。37△t考虑的因素：1）断路器动作时间+灭弧时间；2）时间继电器的延时误差；3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的返回延时；4）裕度。通常取0.5s。采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s。（考试或交流中，可以仅说：0.5秒延时）38（5）电流Ⅱ段的原理接线

限时电流速断保护的单相原理接线图39（6）评价优点：灵敏度好，能保护线路全长。缺点：带0.3～1秒延时，速动性差一些；不能作为下一级线路的远后备电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线范围内的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快速切除故障的要求，作为“主保护”。40设计目的：不允许故障长期存在。整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流。

(目的是：故障切除后，应当可靠返回)3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）一般情况下，Ⅰ段和Ⅱ段的电流定值都较大一些，所以，基本上存在：

Ire＞IL.max可以可靠返回41（1）整定电流（启动电流）·本线路上可能出现的最大负荷电流·外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）ABC45d3D21MMM42ABC45d3D21MMM外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流。要求：保护（如3、4、5）在自启动电流情况下必须可靠返回。43（2）动作时限ABC45k23D21k1按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：44对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：45在电流Ⅰ、Ⅱ段以及断路器都可以正常工作情况下，电流Ⅲ段的电流继电器仅仅启动（电流定值较小），但是，延时较长，所以，不发跳闸命令（由电流Ⅰ段或Ⅱ段切除短路，电流Ⅲ段随即返回）；在电流Ⅰ、Ⅱ段或断路器拒动时，电流Ⅲ段的延时才能够“走到头”，此时才发跳闸命令，故称为“后备保护”。46Ⅲ段的后备作用：1）近后备——同一地点电流Ⅰ、Ⅱ段拒动的后备2）远后备——下一个变电站的保护和断路器拒动的后备（防止短路点不切除）顺便提及：实际上，还有一种叫做“断路器失灵保护”。47电流的相互配合关系48时间的相互配合关系及其管辖范围49（3）灵敏性校验

最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。AB32C1k150（3）灵敏性校验

最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。AB32C1k1灵敏系数相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应当越高Ksen.1>Ksen.2>Ksen.351（4）原理接线与限时电流速断保护类似，主要区别是：时间继电器的时间整定值不同。（5）评价简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故障的时间越长（不利）。52阶段式电流保护的单相原理接线阶段式电流保护简单、可靠，在35KV及以下低压配电网络中得到广泛应用。主要缺点：受电网接线及系统运行方式变化的影响较大。535、反时限过电流保护（供了解）反时限电流保护：也是一种过电流保护，其动作时限与电流的大小有关。电流越小，动作时限越长；电流越大，动作时限越短。在一定程度上具有阶段式电流保护的功能，可同时满足速动性和选择性要求。避免动作时间太长！54反时限过电流保护的时间配合关系构成一个比较自然的时间配合，最长的时间不至于太长。55三、电流保护的接线方式·电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式·三相星形接线与两相星形接线（a）三相星形接线方式；（b）两相星形接线方式①每相上均装有TA和KA、Y形接线②KA的触点并联（或）①一相上不装设TA和KA、Y形接线②KA的触点并联（或）（接A、C相）561.三相星形接线和两相星形接线的性能比较（1）相间短路中性点直接接地电网和非直接接地电网，都能够正确动作，但动作的继电器数目不同。（2）单相接地短路两相星形接线不能反应中性点直接接地电网的B相接地短路。57（3）两点接地短路

小电流接地系统，允许单相接地时继续短时运行，希望只切除一个故障点。58

三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。

两相星形接线：由于两相星形接线较为简单、经济，因此在中性点直接接地和非直接接地电网中（辐射线路较普遍）被广泛作为相间短路的接线方式。

※两相星形接线时，应在所有的线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都装于A、C相上），以保证在不同的线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。（4）评价及应用59四.三段式电流保护接线图举例三类图纸：原理图、展开图、安装图1、原理图

以元件的整体连接来表明接线中TA、TV、继电器之间的连接关系，具有明确直观的整体概念。60四.三段式电流保护接线图举例2、展开图

运行、检修和调试中使用的图纸，将直流回路和交流回路分开表示。

属于同一继电器的线圈和触点用相同的符号来表示。

交流回路按ABC相序排列；直流回路按继电器动作的先后顺序从上而下排列，每行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序从左（正）到右（负）排列。

（由直流、交流和信号回路三部分组成）611LJ5LJ9LJ3ZJ4XJLP3ZJ7SJ12SJDLTQ2LJ6LJ10LJ11LJ7SJ8XJLP12SJ13XJLP(c)直流回路展开图电流速断保护限时电流速断保护过电流