单侧电源辐射网络相间短路的电流保护

单侧电源辐射网络相间短路的电流保护第1页/共83页

3.1

单侧电源辐射网络相间短路的

电流保护

牛牛文库文档分享第2页/共83页目前，我国电力系统主要使用的电压等级：500kV，330kV，220kV，110kV，66kV，35kV，10kV，6kV,380/220V。

U>=110kV电网：承担输电任务；多电源环网；中性点直接接地运行方式；主保护由纵联保护承担，能够快速切除线路上任一点故障。电网U<=110kV电网：主要承担供、配电任务；采用双电源互为备用，正常时单侧电源供电方式；为保证单相接地地后保护继续供电，中性点采用非直接接地运行方式；主保护采用阶段式动作特性的电流保护承担。

牛牛文库文档分享第3页/共83页一、继电器

继电器是一种能自动执行通、断操作的部件（电控开关），当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

…→接点闭合,或断开

牛牛文库文档分享第4页/共83页一种电磁型电流继电器工作原理(也称动合触点)常开接点图形符号

牛牛文库文档分享第5页/共83页一种电磁型电流继电器工作原理(也称动合触点)常开接点通入电流

电流不大时（如正常的负荷电流），电磁力不足以克服弹簧力矩，接点仍然处于“断开”的状态。

牛牛文库文档分享第6页/共83页一种电磁型电流继电器工作原理(也称动合触点)常开接点电流较大后继电器动作→接点闭合（连通）应用于：

控制电的“通”、“断”。如家里的空气开关、遥控电源）电流较大时（如短路电流），电磁力矩较大

牛牛文库文档分享第7页/共83页常闭接点(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

牛牛文库文档分享第8页/共83页继电器的继电特性：

动作过程——>不动“动作电流”的电磁力矩

≥弹簧力矩+摩擦力矩

牛牛文库文档分享第9页/共83页继电器的继电特性：

动作过程

——>保持动作状态

“动作电流”的电磁力矩>

弹簧力矩+摩擦力矩

连通

牛牛文库文档分享第10页/共83页继电器的继电特性：动作过程(重复一遍)动作电流“动作电流”的电磁力矩

≥弹簧力矩+摩擦力矩一旦动作，则气隙减小→电磁力矩增大→过程急剧

牛牛文库文档分享第11页/共83页动作电流返回电流“——”动作后的返回过程“返回电流”的电磁力矩+摩擦力矩≤弹簧力矩继电器的继电特性：返回过程

牛牛文库文档分享第12页/共83页由图可知：

动作电流>返回电流继电器的“继电特性”：动作电流返回电流

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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”——是指不带电的状态，而不是“正常状态”

牛牛文库文档分享第14页/共83页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较小,可以忽略。

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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。

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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：最大运行方式。

牛牛文库文档分享第17页/共83页2）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：最小运行方式。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：最大方运行方式。

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牛牛文库文档分享第19页/共83页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。

牛牛文库文档分享第20页/共83页1、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）。

以保护2为例予以说明按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。

牛牛文库文档分享第21页/共83页1、电流速断保护（简称：电流Ⅰ段）按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。

，因此，保护2的电流速断保护按躲过相邻下一条线路出口处(K2)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）

但是，保护2无法区分

K1点与K2

点的短路(电流大小几乎一样，两点间的距离很短）否则，K2时，保护2会误动。

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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。

牛牛文库文档分享第23页/共83页符号说明（或断路器编号1）

牛牛文库文档分享第24页/共83页（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。下面，以保护2为例。

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为了保证选择性，保护2的整定原则为：躲开下一条线路出口处（K2）的最大短路电流。（2）整定计算原则

为了不必在图中标注短路点的位置，整定原则的公式可以书写为：∴为了叙述简便，将整定原则演变为：

躲过线路末端的最大短路电流（K1处）。

牛牛文库文档分享第26页/共83页（2）整定计算原则保护2的电流整定原则：

牛牛文库文档分享第27页/共83页（2）整定计算原则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！（不必标注短路点的位置，即可知道：上图的何处为短路点）

牛牛文库文档分享第28页/共83页（2）整定计算原则∴由计算式可以推断出，存在如下这些误差（影响因素）：1）系统和线路参数（ZS、ZAB）的误差；2）电势的波动；3）上式为工频量，还应当考虑非周期分量、谐波；4）“大于”而不是“等于”，应当有“一定的裕度”

…∵

牛牛文库文档分享第29页/共83页可靠系数主要考虑了各种影响因素的相对误差：

1）非周期分量、谐波分量；

2）系统和线路参数的误差；

3）电动势波动；

4）计算误差；

5）互感器传变误差；

6）继电器测量误差；

7）裕度。最不利的影响是：误差同时偏向一侧。因此，一般取为1.2～1.3。

牛牛文库文档分享第30页/共83页二次侧整定值——继电器整定值(动作值)：二次整定值：

牛牛文库文档分享第31页/共83页动作时限：

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：用线路被保护的最小范围来衡量。（说明：最少能保护线路的多长？）灵敏度定义：

牛牛文库文档分享第32页/共83页1）图解法（按比例画图和曲线）

牛牛文库文档分享第33页/共83页2）解析法

牛牛文库文档分享第34页/共83页2）解析法最小短路电流：求解得：

牛牛文库文档分享第35页/共83页求解得：

牛牛文库文档分享第36页/共83页电流Ι段定值

——

躲过线路末端最大的短路电流动作时限——

无延时、瞬时动作电流Ι段校验——按照最小的短路电流

电流速断保护（电流I段）整定归纳：

牛牛文库文档分享第37页/共83页（3）电流Ι段单相原理接线图

KM作用是增加接点的个数和容量。如果电流继电器的接点数和容量够用，则不用KM。

信号继电器KS作用：通知运行人员，并便于记录。

牛牛文库文档分享第38页/共83页（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)。

牛牛文库文档分享第39页/共83页例题：试整定保护1的电流速断保护，并进行灵敏性校核。图示电压为线电压（计算短路电流时取平均额定电压），线路电抗为 ，可靠系数。如线路长度减小到50km、25km，重复以上计算，分析计算结果，可以得出什么结论？

牛牛文库文档分享第40页/共83页解：（1）平均相电压

牛牛文库文档分享第41页/共83页（2）

牛牛文库文档分享第42页/共83页（3）结论：短线路时，电流速断保护可能没有保护范围。这时，可以采用电流与电压联合方式，如电流闭锁电压速断保护（电压低同时过电流），或距离保护。

牛牛文库文档分享第43页/共83页2、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）；·具有最小的动作延时（无奈的延时，又希望尽可短）（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)

牛牛文库文档分享第44页/共83页（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）（非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响）

牛牛文库文档分享第45页/共83页（3）动作时限（保证选择性）

牛牛文库文档分享第46页/共83页（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。

牛牛文库文档分享第47页/共83页△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。（考试中，可以仅说：0.5秒延时）

牛牛文库文档分享第48页/共83页（5）电流Ⅱ段的原理接线

电流Ⅰ段接线→电流Ⅱ段接线时间继电器

牛牛文库文档分享第49页/共83页（6）评价优点：灵敏度好，能保护线路全长。缺点：带0.5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，二者共同构成了单端电气量的“主保护”。

牛牛文库文档分享第50页/共83页

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：

可以可靠返回

牛牛文库文档分享第51页/共83页（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）

牛牛文库文档分享第52页/共83页

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2、3、4）在自启动电流情况下必须可靠返回。

牛牛文库文档分享第53页/共83页（2）动作时限按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：

牛牛文库文档分享第54页/共83页对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：

牛牛文库文档分享第55页/共83页在电流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”。

牛牛文库文档分享第56页/共83页Ⅲ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”。

牛牛文库文档分享第57页/共83页电流的相互配合关系

牛牛文库文档分享第58页/共83页1保护2段保护范围1保护1段保护范围2保护I段保护范围1保护3段范围

三段式电流保护保护范围示意图

牛牛文库文档分享第59页/共83页III段之间的时间配合关系及其管辖范围管辖范围动作时间保护2的3段范围保护3的3段范围保护4的3段范围

牛牛文库文档分享第60页/共83页（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。

最小短路电流都能够动作，意味着：保护范围内的任何短路都能够实现动作。

牛牛文库文档分享第61页/共83页（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。

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.3

牛牛文库文档分享第62页/共83页（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）。

牛牛文库文档分享第63页/共83页三段式电流保护的原理接线

牛牛文库文档分享第64页/共83页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。

牛牛文库文档分享第65页/共83页5、反时限过电流保护（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！

牛牛文库文档分享第66页/共83页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。

牛牛文库文档分享第67页/共83页三段式保护整定计算IIIIII逐段计算。计算内容及顺序：1.动作电流：选取可靠系数，计算短路电流继电器动作电流。2.动作时间的整定。3.灵敏度校验。

牛牛文库文档分享第68页/共83页解：(1)保护1电流Ⅰ段整定计算：①求动作电流。按躲过最大运行方式下本线路末端(即k1点)三相短路时流过保护的最大短路电流来整定，即注意：计算时，母线电压应考虑5%的裕量。【例3.2】如图所示网络，试对保护1进行三段式电流保护整定计算，并计算继电器的动作电流。已知

牛牛文库文档分享第69页/共83页采用两相不完全星形接线方式时，流过继电器的动作电流为②动作时限。第Ⅰ段为电流速断，动作时间为保护装置的固有动作时间，即。③灵敏系数校验，即求保护范围。在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为则

，满足要求。

牛牛文库文档分享第70页/共83页在最小运行方式下的保护范围为则

，满足要求。(2)保护1电流Ⅱ段整定计算：①求动作电流。按与相邻线路保护I段动作电流相配合的原则来整定，即

牛牛文库文档分享第71页/共83页采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为②动作时限。应比相邻线路保护I段动作时限高一个时限级差，即

③灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端(即k1点)发生两相金属性短路时流过保护的电流来校验灵敏系数，即

，满足要求。

牛牛文库文档分享第72页/共83页(3)保护1电流Ⅲ段整定计算：①求动作电流。按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即

采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为

②动作时限。应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差，即

牛牛文库文档分享第73页/共83页③灵敏系数校验。作近后备保护时，利用最小运行方式下本线路末端(即k1点)发生两相金属性短路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即，满足要求。作远后备保护时，利用最小运行方式下相邻线路末端(即k2点)发生两相金属性短路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即

,满足要求。

牛牛文库文档分享第74页/共83页三、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）

牛牛文库文档分享第75页/共83页1.三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。

牛牛文库文档分享第76页/共83页(3)对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力1.串联线路完全星型不完全星型由于两个保护在定值和时限上都按选择性要求而配合整定的，因此，能够保证100％地只切除线路Ⅱ。由于B相不装电流互感器和相应的电流继电器，当线路Ⅱ上发生B相接地，而线路I上发生A相或C相接地时，保护2不能动作，只能由保护1动作切除线路I，扩大了停电范围。这种接线方式在不同相别的两点接地组合中，只能保证的机会有选择性地切除一条线路。

第77页/共83页2.并联线路对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力完全星型两套保护将同时动作，而切除两条线路。

不完全