电网相间短路的电流电压保护课件

第2章

电网相间短路的电流电压保护7/27/20231.电磁型继电器原理结构图2.1电磁型继电器7/27/20232.DL-12-6型电磁型电流继电器2.1.2电磁型电流继电器7/27/20233.电磁型电流继电器的基本原理1－线圈2－铁心；3－空气间隙4－固定触点5－可动触点6－止档7－弹簧8－被吸引的可动舌片吸引衔铁式继电器7/27/20234.作用到舌片上的电磁力矩正常情况下继电器不工作，弹簧对应于空气间隙长度

产生一初始力矩。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摩擦力矩弹簧产生的反抗力矩eMthMfM另外，在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩Mf。电磁型电流继电器的基本原理7/27/20235.动作条件为动作电流与返回电流弹簧力矩摩擦力矩电磁力矩IK.act：动作电流，能使电流继电器动作的最小电流。动作：继电器动合触点（常开接点）由打开状态变为闭合状态7/27/20236.返回条件为弹簧力矩摩擦力矩电磁力矩IK.re：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。返回：继电器动合触点（常开接点）由闭合状态回到打开状态eMthMfM7/27/20237.动作：返回：电磁型电流继电器工作原理电磁转矩：弹簧反抗力矩：所以：初始吸合后富余力矩吸合断开7/27/20238.总结：当时，继电器不动作，当

时，则继电器动作，触点闭合；当减小IK

使时，继电器又立即返回原位，触点打开。返回系数：一般为0.85～0.97/27/20239.“继电特性”：继电器的动作是明确的，触点只能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可能停留在某一个中间位置。7/27/202310.动作返回返回系数一般为0.85～0.97/27/202311.动作电流的调整方法如下：（1）改变弹簧力矩弹簧旋紧则IK.act松则IK.act（2）改变两个线圈的连接方式线圈串联时的动作电流是并联时的一半。（3）继电器动作电流调整7/27/202312.2.1.3电磁型电压继电器加在线圈上的电压线圈阻抗*过电压继电器：反应电压升高而动作返回系数Kre=(UK.re/UK.act)<1*低电压继电器：反应电压降低而动作返回系数Kre=(UK.re/UK.act)>17/27/202313.低电压继电器使用的是动断触点（常闭接点）当继电器没有输入电压时，其接点闭合。电力系统正常运行时，电压较高，电压继电器接点打开；当发生故障时电压较低，继电器接点闭合，接通跳闸回路。7/27/202314.7/27/202315.

2.1.4辅助继电器（1）时间继电器作用：建立必要的动作时限。电磁型时间继电器多为直流继电器。7/27/202316.时间继电器应用7/27/202317.时间电路原理框图符号返回边7/27/202318.（2）中间继电器作用：1）可同时闭合或断开几个回路；2）作为出口继电器，接通断路器跳闸或合闸回路，并在必要时构成自保持回路；3）可实现较短的延时。类型：1）普通吸引衔铁式；2）带自保持线圈式3）小型密封；4）干簧继电器式7/27/202319.中间继电器使用7/27/202320.（3）信号继电器KS作用：用于对继电器或继电器保护装置所处状态给出明显标示，或接通灯光、音响回路，以提醒运行人员发现故障。类型：1）机械保持型2）磁保持型7/27/202321.三段式电流保护1.瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段）定义：仅反映电流增大而瞬时动作的保护。包括：1、电流速断保护（电流Ⅰ段）；2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）；3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）。特点：在保证选择性的前提下，动作（跳闸）速度越快越好。3.1单侧电源网络相间短路的电流保护7/27/202322.反应电流增加且不带人为时限动作的电流保护，又称为电流Ⅰ段保护

。整定时应考虑区外发生故障时电流Ⅰ段保护不动作。3.1.1无时限电流速断保护整定为提高系统运行的稳定性，保证向重要用户的可靠供电，防止短路电流损坏故障设备，要求各种电气设备必须配备电流速断保护，以快速切除故障。7/27/202323.即电流Ⅰ段保护动作电流“躲过”区外故障的最大短路电流。最大运方三相短路本线末最大短路电流动作电流保护区7/27/202324.如何计算短路电流？三相短路时两相短路时

系统阻抗相电势故障点到保护安装处距离0.4欧姆/公里7/27/202325.短路电流大小由以下因素决定：a.系统运行方式（简称运方），系统电源等效阻抗与电源投入数量、电网结构变化有关，最大时短路电流最小，称为最小运方；越小，短路电流越大。故障点越近，最小时短路电流最大，称为最大运方。c.短路类型，b.故障点远近，7/27/202326.外部故障时流过保护P1的最大短路电流为：

动作电流应满足以下条件：

考虑电流互感器、电流继电器均有误差可靠系数1.2～1.3为照顾MN回全线，Iact应整定在Ik.max.N，如此又引出母线N前后短路电流相同，导致MN区外回短路故障时，MN回跳闸，失去选择性。7/27/202327.整定过程图解最大运方三相短路本线末最大短路电流动作电流保护区7/27/202328.电流速断保护单相原理接线图2.2.2无时限电流速断保护原理接线I>++信号TAKA-+-YKMKSQFQF注意：保护装置总是固定安装在断路器附近。而保护范围的大小不是因为传感器安放的远近，而是因为继电器动作电流整定值高低决定的。高则范围小，低则范围大。7/27/202329.2.2.3无时限电流速断保护特点（1）保护区受运方、故障类型影响短路电流水平降低，电流保护的保护区缩短7/27/202330.最大运方三相短路最小运方两相短路7/27/202331.（2）电流Ⅰ段保护不能保护本线全长Ⅰ段保护最长的保护区不能伸出本线范围特殊情况，如线变组时，将Ⅰ段保护区伸入变压器，可以保护线路全长。线路—变压器组接线方式利用变压器高阻抗调低Iact以保护全线7/27/202332.线变组整定方法7/27/202333.（3）.线路较短时，可能无保护范围(？—纵联差动保护)正常线路较短线路7/27/202334.2.3限时电流速断保护限时电流速断保护，又称电流Ⅱ段保护设置目的：弥补电流Ⅰ段保护不足，保护本线全长整定原则：为了可靠保护本线全长，保护区必然伸入下线，但必须解决与下线保护“抢动”问题。7/27/202335.电流II段与下回线电流I段配合具体为时限配合及保护区配合（1）时限配合动作时限较下线电流Ⅰ段保护长，可取0.3－0.5秒（2）保护区配合保护区不超过下线电流Ⅰ段保护区

7/27/202336.电流II段与下回线电流I段的时限配合保护1的II段保护2的II段7/27/202337.保护区配合：如果保护区超过了下线电流Ⅰ段保护区会出现下面问题P2Ⅰ段不起动（该动但不符合起动条件）；P1Ⅱ段起动，0.5秒后误动，切除1QF。7/27/202338.如何保证Ⅱ段保护区不超过下线Ⅰ段保护区？由动作电流整定保证P2Ⅰ段保护区P1Ⅱ段保护区7/27/202339.电流Ⅱ段保护整定公式：按上面公式整定能保证选择性，但能保护本线全长吗？应进行灵敏度校验，确认保护本线全长能力。7/27/202340.灵敏度校验概念电流保护动作条件：即：灵敏度系数Ksen考虑TA、继电保护误差，Ksen>1不能保证可靠动作Ksen>1.25才能保证可靠动作应选取本线范围内最小的短路电流进行校验。7/27/202341.

为被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流。灵敏度校验概念

灵敏度是指保护装置在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。其高低用灵敏系数来衡量。灵敏度系数定义为：限时电流速断保护灵敏度为：7/27/202342.问题3：灵敏度不能满足要求怎么办？——与下一条线路的限时电流速断保护配合

由于限时电流速断保护的重要性，进行灵敏度效验时条件苛刻是因为：绝大多数故障为非金属性故障—Ik减小实际短路电流小于计算电流电流互感器负误差（饱和，使测量值比实际值小，该动而不动）起动电流正误差（实际比标定需要的电流更多）7/27/202343.Ksen>1.25，灵敏度合格，能够保护本线全长Ksen<1.25，灵敏度不合格，不能保护本线全长本线最小短路电流应考虑更换为距离保护或改与下线Ⅱ段保护配合12下线II端7/27/202344.限时电流速断保护单相原理接线图I>++信号TAKA-+-YKTKSQFQF7/27/202345.2.4定时限过电流保护线路配置了电流Ⅰ段及Ⅱ段后，可以切除本线路上的故障。但是当继电保护或断路器发生故障时，如果仍不能保证切除故障。还应设Ⅲ段保护。拒动主保护后备保护7/27/202346.2.4定时限过电流保护线路配置了电流Ⅰ段及Ⅱ段后，可以切除本线路上的故障。但是当继电保护或断路器发生故障时，仍不能保证切除故障。还应设Ⅲ段保护。拒动主保护后备保护7/27/202347.近后备远后备“近后备”与“远后备”其中第I、II段作为线路的主保护，第III段作为本线路主保护的后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。7/27/202348.2.4.2定时限过电流保护（电流Ⅲ段）整定原则（1）过电流保护动作时限整定Ⅲ段保护动作时限阶梯特性7/27/202349.（2）过电流保护动作电流整定A.过电流保护在正常运行时不动作负荷电流B.过电流保护在外部故障切除后可靠返回*自起动系数7/27/202350.自起动情况外部故障切除时，电压升高，相当于电动机负荷同时起动，此时电流为电机的起动电流，大于负荷电流。以表示为自起动系数，它决定于网络接线和负荷性质，一般取1.5～37/27/202351.（3）过电流保护灵敏系数校验校验用作本线路近后备保护的灵敏度校验作为相邻线路的远后备保护灵敏度若使用本线路末端最小短路电流校验，要求>1.5若使用相邻线路末端最小短路电流校验，要求>1.257/27/202352.2.5电流保护的接线方式电流保护接线方式：电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接关系。*完全星型接线：*不完全星型接线：接线系数：流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值完全星形与不完全星形接线的接线系数均为17/27/202353.上页下页返回第四节电流保护的接线方式一、三种基本的接线方式

电流保护的接线方式，指的是电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接方式,有三种基本的接线方式。

三相三继电器完全星接线方式

两相两继电器不完全星接线方式

两相电流差接线方式

三相三继电器完全星接线方式

可以反应各种类型的相间故障和接地故障上页下页返回“或”关系正常时为0，短路时为3I0零序电流上页下页返回两相两继电器不完全星接线方式

可以反应各种类型的相间故障和有电流互感器相的接地故障。正常时：上页下页返回两相电流差接线方式

通过继电器的电流为两相电流之差.不同故障类型和短路相别下,通过继电器的电流和电流互感器二次电流之比是不同的.定义接线系数，为流入继电器的电流与电流互感器二次电流之比，以表示。

上页下页返回两相电流差接线方式

正常运行或三相短路（对称）时AC两相短路时AB或BC两相短路时不同故障类型和短路相别下,通过继电器的电流和电流互感器二次电流之比是不同的.上页下页返回第四节电流保护的接线方式二、各种接线方式的性能分析

(一)对相间短路故障的反应能力完全星形和不完全星形接线都能正确反应被保护线路不同相别的相间短路故障，只是动作的继电器数目不同而已。两相不完全星形接线方式在AB和BC相间短路故障时只有一个继电器动作。三相完全星形接线方式在各种相间短路故障时，至少有两个继电器动作，动作可靠性较高。第四节电流保护的接线方式二、各种接线方式的性能分析

(二)对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力在小接地电流电网中，发生单相接地故障时，流过接地点的仅为零序电容电流，相间电压仍然对称，对负荷没有影响。为提高供电可靠性，允许小接地电流电网带一点接地继续运行一段时间。故在这种电网中，在不同地点发生两点接地短路时，要求保护动作只切除一个接地故障点，以提高供电可靠性。

上页下页返回电源中性点不直接接地系统对小接地电流电网中的两点异地接地的反应能力1.串联线路上页下页返回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2/3的机会有选择性地切除一条线路。

上页下页返回1.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。

不完全星型线路II故障相别AABBCC线路III故障相别BCACAB保护2动作情况++--++保护3动作情况-++++-1切除线路数121121保护动作情况“+”动作“-”不动作能保证有2/3的机会只切除一条线路。

⑶Y，d接线变压器后的两相短路因为

当过电流保护接入降压变压器高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，采用三相星形接线，Ｂ相继电器灵敏度高一倍，有利！采用两相星形接线，Ｂ相无继电器，灵敏度降低，增加一只继电器④经济性比较

三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，提高保护动作的可靠性和灵敏性。此外，它也可用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。

两相星形接线较为简单经济，在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，得到广泛应用。此外在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在并联线路上的可能性比发生在串联线路上的大得多。采用两相星形可以保证有2/3的机会只切除一条线路，此点比用三相星形接线有优越性。采用两相星形接线方式时，应在所有线路上将保护装置安装在相同的两相上，保证不同线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。(三)对YN，d11接线变压器后两相短路的反应能力

上页下页返回当过电流保护接于变压器的一侧，作为变压器及另一侧线路故障的后备保护时，保护的接线将直接影响保护对某些故障的反应能力或灵敏性。

d侧各相电流之间的关系Y侧各相电流之间的关系d侧a、b两相发生短路时，YN侧A相和C相中的电流只为B相电流的一半。

上页下页返回对YN，d11接线变压器后两相短路的反应能力结论

当采用变压器高压侧(YN侧)的过电流保护，作为变压器保护的后备保护时，若保护采用三相完全星形接线，则接于B相的电流继电器灵敏度最高，是其他两相电流继电器的两倍。

当采用两相不完全星形接线时，因B相上没有电流继电器，所以不能反应B相的最大电流，故灵敏度只有三相完全星形接线时的一半。为克服这一缺点，可在不完全星形接线的中性线上接入一个电流继电器，流过这个继电器的电流大小与B相电流相等。称为二相三继电器接线。

上页下页返回第五节阶段式电流保护将无时限电流速断、限时电流速断及定时限过电流保护组合在一起，构成一整套保护，使之相互补充和配合，称为三段式电流保护。通常将无时限电流速断保护称为I段；限时电流速断保护称为Ⅱ段；定时限过电流保护称为Ⅲ段。I段和Ⅱ段保护共同组成线路的主保护，Ⅲ段保护作为本线路I、Ⅱ段保护的近后备，也作为下一线路保护的远后备。1保护I1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II1段范围

三段式电流保护保护范围示意图上页下页返回上页下页返回

三段式电流保护接线原理图I段II段III段上页下页返回

三段式电流保护接线展开图I段上页下页返回

三段式电流保护接线展开图II段电流保护完全星形接线7/27/202373.电流保护不完全星形接线7/27/202374.电流保护一般用于10～35kV电网，属于小电流接地系统，一般采用不完全星形接线。保护应统一安装在同名相上（通常装于A、C相）。注意在10～35kV小电流接地系统中发生单相接地时，没有短路电流。线路仍可继续运行2小时。7/27/202375.2.6电流电压连锁速断保护++++--+KA1KA2TAQFU<U<U<KV1KV2KV3abc（来自TV）KCOKSKMI>I>TV断线信号信号电流电压联锁速断保护原理接线7/27/202376.2.6.1电压保护特点母线电压短路点离母线越远，母线电压下降越小。7/27/202377.电压保护具有以下特点：（1）母线电压变化规律与短路电流相反（2）大运方下母线电压水平高，电压保护的保护区缩短。（3）仅由母线电压不能判别是母线上哪一条线路故障（通常母线挂接多条传输线），电压保护无法单独用于线路保护。7/27/202378.2.6.2电流电压联锁速断保护电流保护“与”电压保护构成速断保护，电流继电器与电压继电器触点串联出口。电流速断保护整定时按最大运行方式整定关键是整定时考虑的运方不同当系统运方不是最大运方时，电流速断保护的保护区缩短。

电流电压联锁速断保护则是按系统最常见的运方整定，当系统运方不是最常见运方时，其保护区缩短，保证常见运方下保护区最长。7/27/202379.电流电压联锁速断保护整定方法按常见运方下80％保护区整定保护区不是常见运方时，如大运方保护区缩短7/27/202380.电流电压联锁速断保护原理框图7/27/202381.2.7阶段式电流保护2.7.1阶段式电流保护的构成*无时限电流速断保护（电流I段）*限时电流速断保护（电流II段）*定时限过电流保护（电流III段）主保护后备保护7/27/202382.l0三段式电流保护的保护区及时限配合特性lABC123QF1QF3QF2IKt~III0.5tII0.5tI7/27/202383.归总式原理图2.7.2电磁型电流保护归总图与展开图7/27/202384.展开式原理图7/27/202385.7/27/202386.2.7.3低压线路保护逻辑框图7/27/202387.2.7.4阶段式电流保护整定实例1.保护1电流I段整定计算（1）动作电流按躲过最大运行方式下本线路末端（即B母线处）三相短路时流过保护的最大短路电流整定，即7/27/202388.（2）动作时限，为保护固有动作时间。（3）灵敏性校验，即求出最大、最小保护范围。在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为：7/27/202389.最小运行方式下发生两相短路时的保护范围为：7/27/202390.2.保护1电流Ⅱ段整定计算（1）求动作电流与相邻线路保护2的Ⅰ段动作电流相配合（2）动作时限7/27/202391.（3