资源描述
第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 (O(Over-currentver-current P Protectionrotection)第三节第三节 电网相间短路的方向性电流保护电网相间短路的方向性电流保护第四节第四节 中性点直接接地电网中接地短路的中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护零序电流及方向保护第五节第五节 中性点非直接接地电网中单相接地中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护短路的零序电压、电流及方向保护第二节第二节 单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护第一节第一节 继电保护装置的基本元件和电路继电保护装置的基本元件和电路 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第一节 继电保护装置的基本元件和电路继电保护装置的基本元件和电路 (Basic Elements and Circuit of Relay Protection)基本要求基本要求 1 1、掌握常用继电器的构成原理、基本动作电、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流、返回电流、返回系数等基本概念及其内在联系。系。2 2、掌掌握握电电流流互互感感器器和和电电压压互互感感器器的的基基本本工工作原理、影响误差因素及注意事项。作原理、影响误差因素及注意事项。第一节第一节 继电保护装置的基本元件和电路继电保护装置的基本元件和电路(Basic Elements and Circuit of Relay Protection)一、电磁型继电器一、电磁型继电器二、晶体管型继电器二、晶体管型继电器 三、电流互感器三、电流互感器 四、电压互感器四、电压互感器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、晶体管型、集电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。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、功率方向电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。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、中间继电器、信号起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。继电器和出口继电器等。继继电电器器是是一一种种能能自自动动断断续续的的控控制制器器件件，当当其其输输入入量量达达到到一一定定值值时时，能能使使输输出出回回路路的的被被控控电电量量发发生生预预计计的的变变化化，是具有对被控电路实现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电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式螺管线圈式，吸吸引衔铁式引衔铁式和和转动舌片式转动舌片式三种。三种。电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反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，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。如下图所示。动作力矩动作力矩:在线圈在线圈1 1中通以电流中通以电流I Ir r，则产生与其成正比的磁通则产生与其成正比的磁通，电电磁磁吸吸力力与与2 2成成正正比比，这这样样由由电电磁磁吸吸引引力力作作用用到到舌舌片片上上的电磁转矩的电磁转矩M Me e为为 Me=KMe=K1 12 2=K=K2 2 阻力矩阻力矩:弹簧产生的反抗力矩为弹簧产生的反抗力矩为 Ms=Ms1+K3（1 2 ）摩擦力矩摩擦力矩:M Mf f。因因此此，阻阻碍碍继继电电器器动动作作的的全全部机械反抗力矩为：部机械反抗力矩为：M Ms s+M+Mf f 1 1、继电器动作的条件：、继电器动作的条件：为为使使继继电电器器动动作作，必必须须增增大大电电流流I Ir r，以以增增大大电电磁磁转转矩矩M Me e，使其满足：，使其满足：M Me e M Ms s+M+Mf f 2 2、动作电流：、动作电流：使使继继电电器器动动作作的的最最小小电电流流值值I Ir r，称称为为继继电电器器的的动动作作电电流流，记作记作I Iop.rop.r。对应此时的电磁转矩为对应此时的电磁转矩为 3 3、继电器的返回条件、继电器的返回条件 继继电电器器动动作作后后，当当I Ir r减减小小时时，弹弹簧簧的的作作用用力力矩矩M Ms s必必须须大大于于电磁力矩电磁力矩M Me e及摩擦力矩及摩擦力矩M Mf f之和，才能使继电器返回，即之和，才能使继电器返回，即 M Ms s M Me e+M+Mf f或或 M Me eMMs s-M-Mf f 4 4、返回电流：、返回电流：使使继继电电器器返返回回原原位位的的最最大大电电流流值值称称为为继继电电器器的的返返回回电电流流，记为记为I Ire.rre.r.5 5、返回系数、返回系数 返回电流与动作电流的比值返回电流与动作电流的比值,总结：总结：当当I Ir r I Iop.rop.r时，继电器不动作时，继电器不动作；当当 I Ir rIIop.rop.r时，则继电器动作，触点闭合；时，则继电器动作，触点闭合；当当减减小小I Ir r使使I Ir rIIre.rre.r时时，继继电电器器又又立立即即返返回回原原位位，触触点点打开。打开。6 6、动作电流的调整方法、动作电流的调整方法（1 1）改善继电器线圈的匝数；）改善继电器线圈的匝数；（2 2）改变弹簧的张力；）改变弹簧的张力；（3 3）改变初始空气隙长度。）改变初始空气隙长度。探究：探究：如何改变动作电流的大小？如何改变动作电流的大小？二、晶体管型继电器二、晶体管型继电器(Transistor Relays)晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成的。晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成的。1 1、晶体管型电流继电器、晶体管型电流继电器 （1 1）正常工作时：）正常工作时：电电流流变变换换器器的的输输入入电电流流小小于于继继电电器器的的动动作作电电流流，U UR3R300，晶晶体体管管VT1VT1因因正正向向偏偏置置而而导导通通，VT2VT2完完全全截截止止。输输出出电电压压U Uscsc接近于接近于+E+E1 1，对应于继电器不动作状态。，对应于继电器不动作状态。（2 2）起动时：）起动时：当当输输入入继继电电器器的的电电流流大大于于继继电电器器的的动动作作电电流流时时，U UR3R3增增大大，a a点点电电位位降降低低，致致使使V5V5导导通通，VT1VT1停停止止，其其集集电电极极电位升高，使晶体管电位升高，使晶体管VT2VT2导通，继电器处于动作状态。导通，继电器处于动作状态。当当继继电电器器的的输输入入电电流流减减小小至至返返回回电电流流时时，U UR3R3减减小小，a a点点电电位位增增高高使使V5V5截截止止，VT1VT1重重新新导导通通，触触发发器器翻翻转转，继继电电器器返返回回，继继电电器器的的返返回回电电流流小小于于继继电电器器的的动动作作电电流流，其返回系数小于其返回系数小于1 1。2.2.晶体管型时间继电器晶体管型时间继电器 在在正正常常情情况况下下，VTVT3 3饱饱和和导导通通，电电容容器器C C被被短短接接，电电容容器器C C上上的的电电压压为为VTVT3 3集集电电极极与与发发射射极极之之间间的的饱饱和和压压降降U Uces1ces1和二级管和二级管D D8 8的正向压降的正向压降U UD D之和：之和：U UCDCD=U=UD D+U+Uces1ces10.6+0.2=0.80.6+0.2=0.8V V其其值值小小于于稳稳压压管管D D9 9的的方方向向击击穿穿电电压压，VTVT4 4截截止止，输输出出电电压压U USCSC近于近于0V0V，表示继电器延时输出。，表示继电器延时输出。三、电流互感器三、电流互感器(Current Transformer)电流互感器作用电流互感器作用：将高压设备中的大电流变换成将高压设备中的大电流变换成5A5A或或1A1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。一、二次绕组磁势有以下平衡关系：一、二次绕组磁势有以下平衡关系：I1W1-I2WW2=0 1.1.电流互感器的极性电流互感器的极性 一一、二二次次绕绕组组中中感感应应电电势势 及及 同同时时为为高高电电位位点点，称同极性或对应端。一般用称同极性或对应端。一般用L L、K K表示或以表示或以“*”标注。标注。2.2.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 3.3.误差分析误差分析(1)(1)电电流流误误差差：归归算算到到二二次次绕绕组组的的一一次次电电流流 与与二二次次绕绕组电流组电流 数量差数量差,用百分数表示为用百分数表示为 当当角比较小时角比较小时 而而3.3.误差分析误差分析（1 1）电流误差电流误差：结结论论：电电流流误误差差决决定定于于励励磁磁电电流流的的大大小小，而而励励磁磁电电流流与与电电流流互互感感器器的的负负载载阻阻抗抗Z ZL L成成正正比比，与与励励磁磁阻阻抗抗成成反反比比。一一般般误差小于误差小于1%1%。（2 2）稳态短路电流引起的误差）稳态短路电流引起的误差 在在铁铁心心未未饱饱和和时时，二二次次侧侧电电流流与与原边电流成正比增加。原边电流成正比增加。当当电电流流互互感感器器原原边边流流过过大大的的短短路路电电流流时时，铁铁心心饱饱和和，磁磁阻阻增增加加，励励磁磁阻阻抗抗下下降降，励励磁磁电电流流增增加加，二二次次侧侧电电流将减小且波形发生变化。流将减小且波形发生变化。电电流流互互感感器器二二次次负负载载阻阻抗抗Z ZL L越越大大，铁芯饱和越快。铁芯饱和越快。图中图中 按按规规定定用用于于继继电电保保护护的的电电流流互互感感器器，其其稳稳态态电电流流误差不允许大于误差不允许大于10%10%，角误差，角误差 不得大于不得大于7 7。电电流流互互感感器器稳稳态态运运行行时时的的电电流流误误差差实实际际是是二二次次负负载载阻抗阻抗Z ZL L与短路电流倍数与短路电流倍数m m的函数，可表示为的函数，可表示为 I%=I%=f(Zf(ZL L,m),m)在满足在满足10%10%误差的条件下，误差的条件下，的的关关系系曲曲线线叫叫电电流流互互感感器器的的10%10%误误差差曲曲线线，它它由由厂厂家家提供。提供。（3 3）暂态短路电流引起的误差）暂态短路电流引起的误差 从从误误差差曲曲线线可可以以看看出出，最最大大误误差差发发生生在在短短路路后后3 35 5个个周周波波，短短路路回回路路非非周周期期电电流流衰衰减减以以后后，其其值值比比稳稳态态短短路误差大许多倍，且含有很大的直流成分。路误差大许多倍，且含有很大的直流成分。（4 4）减小电流互感器误差的措施）减小电流互感器误差的措施注注意意！电电流流互互感感器器为为恒恒流流源源，其其副副边边不不应应开开路路，在在副副边边不不接接负负载载时时应应将将它它短短路路。其其副副边边必必须须接接地地，以以免免高高电电压压危危及及人身及设备的安全。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X Xm m。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Z ZL L。选择同型号的电流互感器串联使用。选择同型号的电流互感器串联使用。选择大变比的电流互感器，以降低选择大变比的电流互感器，以降低m m。四、电压互感器四、电压互感器(Voltage Transformer)电压互感器的作用：电压互感器的作用：将将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的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低电压情况下工作，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备的运行又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。情况。（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（一）电磁式电压互感器（一）电磁式电压互感器 1.1.工作原理工作原理 电电磁磁式式电电压压互互感感器器的的工工作作原原理理与与一一般般电电力力变变压压器器相相似似。其其等等值值电电路路与与相相量量图图如如下下图图所所示示。以以副副边边电电压压为为参参考考相相量量，依依次次画出各支路的电流及各节点电压的相量如下图所示。画出各支路的电流及各节点电压的相量如下图所示。2.2.电压误差分析电压误差分析 电压互感器的电压误差是指归算到副边的原边电压与电压互感器的电压误差是指归算到副边的原边电压与副边实际电压的数量差，用百分数表示：副边实际电压的数量差，用百分数表示：当原副边电压的相角差当原副边电压的相角差较小时，其电压误差可近似为：较小时，其电压误差可近似为：从上式可看出，电压互感器的误差是由电压互感器的阻从上式可看出，电压互感器的误差是由电压互感器的阻抗压降引起的。减小负载电流能提高电压互感器的精确度。抗压降引起的。减小负载电流能提高电压互感器的精确度。(二二)电容式电压互感器电容式电压互感器 电电容容式式电电压压互互感感器器是是利利用用电电容容分分压压原原理理实实现现电电压压变变换换的。二次开路时的电压为的。二次开路时的电压为 有载时的输出电压为有载时的输出电压为 =调节调节X X1 1，使，使j Xj X1 1=-,=-,则则 利利用用可可调调电电感感L L补补偿偿分分压压器器容容性性电电抗抗，大大大大降降低低电电压压互互感感器器总总电电抗抗，使使电电压压互互感感器器更更接接近近理理想想恒恒压压源源。提提高高了了电电压互感器的精确度。压互感器的精确度。第二节第二节 单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护（OvercurrentOvercurrent Protection for Phase Faults in Protection for Phase Faults in Single Source Network)Single Source Network)一、无时限电流速断保护（电流一、无时限电流速断保护（电流段）段）二、限时电流速断保护二、限时电流速断保护 (电流电流段段)三、定时限过电流保护（电流三、定时限过电流保护（电流段）段）四、电流三段保护小结四、电流三段保护小结 五、电流保护的接线方式五、电流保护的接线方式 六、反时限特性的过电流保护六、反时限特性的过电流保护基本要求基本要求 4 4、掌握反时限过电流保护的基本工作原理。、掌握反时限过电流保护的基本工作原理。1 1、熟熟悉悉三三种种典典型型的的电电流流保保护护的的特特点点、整整定定原则、整定计算方法及其评价。原则、整定计算方法及其评价。2 2、掌掌握握相相间间短短路路保保护护电电流流回回路路的的基基本本接接线线方式及其特点与应用范围。方式及其特点与应用范围。3 3、通通过过三三段段式式电电流流保保护护原原理理接接线线图图，会会分分析二次回路的原理图和展开图。析二次回路的原理图和展开图。一、电流速断保护一、电流速断保护(电流电流I I段段)(Instantaneous Overcurrent Protection)1.1.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：电流速断保护电流速断保护:反应电流增大而瞬时动作的电流保护。反应电流增大而瞬时动作的电流保护。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，系统等值阻抗最大，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的运行方式。而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。就就是是在在被被保保护护线线路路末末端端发发生生短短路路时时,系系统统等等值值阻阻抗抗最最小小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。最最大大短短路路电电流流：在在最最大大运运行行方方式式下下三三相相短短路路时时，通通过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。最最小小短短路路电电流流：在在最最小小运运行行方方式式下下两两相相短短路路时时，通通过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。保保护护装装置置的的起起动动值值：对对应应于于电电流流升升高高而而动动作作的的电电流流保保护护，使使保保护护装装置置起起动动的的最最小小电电流流值值称称为为保保护护装装置置的的起起动动电流，记作电流，记作I IOPOP。保保护护装装置置整整定定：就就是是根根据据对对继继电电保保护护的的基基本本要要求求，确确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。一、电流速断保护一、电流速断保护(电流电流I I段段)(Instantaneously Overcurrent Protection)2.2.工作原理工作原理发生短路时，流过保护安装地点的短路电流为：发生短路时，流过保护安装地点的短路电流为：结结论论：流流过过保保护护安安装装地地点点的的短短路路电电流流值值随随短短路路点点的的位位置置变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。P1P2P3d1d2d3d43.3.整定计算整定计算 动作电流动作电流 按按躲躲开开下下一一条条线线路路出出口口处处短短路路时时，通通过过保保护护的的最最大大短短路电流来整定。即路电流来整定。即 I OPId.d2max=K rel Id.B.max 结结论论:电电流流速速断断保保护护只只能能保保护护本本条条线线路路的的一一部部分分，而而不不能能保护全线路，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l lmaxmax和和l lminmin。P1P2P3Md1d2d3d4N3.3.整定计算整定计算 动作电流动作电流 继电器动作电流：继电器动作电流：K Kconcon电流互感器的接线系数电流互感器的接线系数P1P2P3Md1d2d3d4N 保护范围（灵敏度保护范围（灵敏度K KLmLm）计算（校验）计算（校验）规规程程规规定定，在在最最小小运运行行方方式式下下，速速断断保保护护范范围围的的相对值相对值 l lb b%P1P2P3Md1d2d3d4N 保护范围（灵敏度保护范围（灵敏度K KLmLm）计算（校验）计算（校验）P1P2P3Md1d2d3d4N 动作时限动作时限 无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固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有动作时间，由于动作时间较小可认为t=0st=0s。P1P2P3Md1d2d3d4N4.4.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 原理图以整体形式表示各原理图以整体形式表示各二次设备之间的电气联接。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KAKA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。KAKA不动作，其触点不闭合不动作，其触点不闭合YRI短路故障时：短路故障时：KAKA的二次电流大于的二次电流大于KAKA动动作值作值KAKA触点闭合触点闭合KMKM线圈得电线圈得电,其触点闭合其触点闭合KSKS起动，发出信号。起动，发出信号。QFQF跳闸，切除故障。跳闸，切除故障。4.4.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 线路上流有很大的短路电流线路上流有很大的短路电流保护装置返回保护装置返回YRI 展开图展开图 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。看看二二次次回回路路方方法法：先先交交流流后后直直流流；交交流流看看电电源源，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。l扩大接点的容量和数量扩大接点的容量和数量l躲过管型避雷器的放电时间，躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。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？YRI5.5.对电流速断保护的评价对电流速断保护的评价 优点：优点：简单可靠，动作迅速。简单可靠，动作迅速。缺点：缺点：（1 1）不能保护线路全长；）不能保护线路全长；（2 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 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。GG特殊情况特殊情况 电电流流速速断断可可以以保保护护线线路路全全长长。在在采采用用线线路路变变压压器器组组的的接接线线方方式式的的电电网网中中，把把线线路路和和变变压压器器可可以以看看成成是是一一个个元元件件。速速断断保保护护按按躲躲开开变变压压器器低低压压侧侧短短路路出出口口处处d d1 1点点短短路路来来整整定定，可可以以保保护护线线路路的全长。的全长。P1d1小结：小结：n仅靠动作电流值来保证其选择性仅靠动作电流值来保证其选择性n能无延时地保护本条线路的一部分（不是一个完整的电流能无延时地保护本条线路的一部分（不是一个完整的电流保护）保护）二、限时电流速断保护二、限时电流速断保护 (电流电流IIII段段)(Time Delay Instantaneous Overcurrent Protection)电流速断保护在许多情况下均能保证选择性，且接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护线简单，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？本线路的全长，怎么办？解决办法：解决办法：增设一套新的保护增设一套新的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：限时电流速断保护：按按与与相相邻邻线线路路电电流流速速断断保保护护相相配配合合且且以以较较短短时时限限获得选择性的电流保护。获得选择性的电流保护。1.1.工作原理工作原理 （1 1）保护范围必须延伸到下一条线路中去。）保护范围必须延伸到下一条线路中去。（2 2）动作带有一定的时限。）动作带有一定的时限。（3 3）为了保证速动性，时限应尽量缩短。）为了保证速动性，时限应尽量缩短。2.2.整定计算整定计算 （1 1）动作电流动作电流 按按躲躲开开下下一一条条线线路路无无时时限限电电流流速速断断保保护护的的动动作作电电流进行整定：流进行整定：继电器动作电流：继电器动作电流：(2)(2)动作时限动作时限 影响影响 t t的因素有：的因素有：QF2QF2的跳闸时间的跳闸时间t tQFQF,约为约为0.2s0.2s。时间继电器提前动作误差时间继电器提前动作误差t tt t，电磁型的约为，电磁型的约为0.05s0.05s。限限时时速速断断保保护护的的测测量量元元件件在在外外部部故故障障切切除除后后，由由于于惯惯性而不能立即返回的惯性延时性而不能立即返回的惯性延时t tg g，电磁型的约为，电磁型的约为0.1s0.1s。裕度时间裕度时间t ty y，取，取0.1s0.1s。故。故 (3)(3)灵敏度校验灵敏度校验 K Ksensen1.51.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。（a 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I Id d较小；较小；（b 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 c）电电流流互互感感器器有有负负误误差差，使使短短路路时时流流入入保保护护起起动动元元件件中的电流变小；中的电流变小；（d 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I IOP.rOP.r变大；变大；(e)(e)考虑一定裕度。考虑一定裕度。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）与下一条线路的限时电流速断相配合 (2)(2)动动作作时时限限比比下下一一条条线线路路时时限限电电流流速速断断保保护护的的动动作时限高出一个时间阶段作时限高出一个时间阶段t t，即，即3.3.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YRIt展开图展开图 4.4.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：结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长。结构简单，动作可靠，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）的后备保护不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护,受系统运行方式变化较大。受系统运行方式变化较大。小结小结l 限时限时电流速断保护的电流速断保护的保护范围大于本条线路的全长保护范围大于本条线路的全长l 依靠动作电流和动作时间来保证其选择性依靠动作电流和动作时间来保证其选择性l 与第与第I I段配合共同构成被保护线路的主保护，兼做第段配合共同构成被保护线路的主保护，兼做第I I 段的后备保护段的后备保护三、定时限过电流保护（电流三、定时限过电流保护（电流IIIIII段）段）(Definite Time Overcurrent Protection)定时限过电流保护定时限过电流保护定定义义：其其动动作作电电流流按按躲躲过过被被保保护护线线路路的的最最大大负负荷荷电电流流整整定定，其其动动作作时时间间一一般般按按阶阶梯梯原原则则进进行行整整定定以以实实现现过过电电流流保保护护的的动动作作选选择择性性，并并且且其其动动作作时时间间与与短短路路电流的大小无关。电流的大小无关。思思考考问问题题：无无时时限限电电流流速速断断保保护护只只能能保保护护本本线线路路一一部部分分，限限时时电电流流速速断断能能保保护护本本线线路路全全长长，但但不不能能做做为为相相邻线路的后备保护。要想实现后备保护，怎么办？邻线路的后备保护。要想实现后备保护，怎么办？1.1.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,作为近后备保护和远后备保护，作为近后备保护和远后备保护，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。过电流它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。过电流保护在最大负荷时，保护不应该动作。保护在最大负荷时，保护不应该动作。2.2.整定计算整定计算（1 1）动作电流）动作电流按按躲躲开开被被保保护护线线路路的的最最大大负负荷荷电电流流，且且在在自自起起动动电电流流下下继电器能可靠返回进行整定：继电器能可靠返回进行整定：继电器的动作电流：继电器的动作电流：（）灵敏度校验（）灵敏度校验近后备近后备远后备远后备 低低电电压压继继电电器器正正常常时时（得得电电）常常开开触触点点闭闭合合，常常闭闭触触点点断断开开。当电压低于整定值时，常开触点断开，常闭触点闭合。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:KV触点打开，触点打开，KAKA触点打开。触点打开。最大负荷电流：最大负荷电流：KVKV触点打开，触点打开，KAKA触点闭合。触点闭合。短路时：短路时：KVKV触点闭合，触点闭合，KAKA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？可以采用低电压闭锁的过电流保护。可以采用低电压闭锁的过电流保护。（3 3）时间整定时间整定 动动作作延延时时是是按按阶阶梯梯原原则则整整定定的的，即即本本线线路路的的过过电电流流保保护护动动作作延延时时应应比比下下一一条条线线路路的的电电流流段段的的动动作作时时间间长长一一个个时限阶段时限阶段t:t:3.3.接线图接线图 电电流流段段保保护护的的原原理理接接线线、展展开开图图与与电电流流段段保保护相同。护相同。YRIt4.4.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，能作近后备、远后备结构简单，工作可靠，能作近后备、远后备。缺缺点点：动动作作时时间间长长，而而且且越越靠靠近近电电源源端端其其动动作作时时限限越越大，对靠电源端的故障不能快速切除。大，对靠电源端的故障不能快速切除。四、电流三段保护小结四、电流三段保护小结 (Brief Summary of Overcurrent Protection)1.1.三段式电流保护：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。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？d1d2d3d42.2.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 动作电流动作电流 动作时限动作时限 保护范围保护范围 灵敏度灵敏度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.IOP=KrelId.B.maxt=0s 0.5s线线路路的的一一部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.不不满满足足要要求求:3.3.电流三段式保护接线图电流三段式保护接线图 （1 1）单相原理接线图）单相原理接线图（2）展开图）展开图选择性：选择性：通过动作电流、动作时间来保证选择性。通过动作电流、动作时间来保证选择性。单电源辐射网络上可保证获得选择性。单电源辐射网络上可保证获得选择性。速动性：速动性：无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的；无时限速断和带时限速断保护动作是迅速的；过电流保护则常常不能满足速动性的要求。过电流保护则常常不能满足速动性的要求。灵敏性：灵敏性：运行方式变化较大或被保护线路很短时，速断运行方式变化较大或被保护线路很短时，速断 保护往往不能满足要求。保护往往不能满足要求。灵敏度差是电流电压保护的主要缺点灵敏度差是电流电压保护的主要缺点。可靠性：可靠性：继电器简单、数量少，整定计算和校验容易。继电器简单、数量少，整定计算和校验容易。可靠性好是它的主要优点可靠性好是它的主要优点。4 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 如如下下图图所所示示网网络络，试试对对保保护护1 1进进行行电电流流速速断断，限限时时电电流流速速断断和和定定时时限限过过电电流流保保护护整整定定计计算算（起起动动电电流流，动动作作时时限限和和灵灵敏敏系系数数），并并画画出出时时限限特特性性曲曲线线。（计计算算电电压取压取115KV115KV）。）。解：解：1 1、对保护、对保护1 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 1）动作电流）动作电流 =1.3 3780=4914 (A)（2 2）灵敏度校验：）灵敏度校验：=12.5(km)=41.67%15%符合要求符合要求（3 3）动作时限：）动作时限：t=0s2 2、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）动作电流：）动作电流：=1.2=1.2 1.3 1.3 1250=1950(A 1250=1950(A)（2 2）灵敏度校验：）灵敏度校验：=1.581.5 =1.581.5 符合要求符合要求 （3 3）动作时限）动作时限 3.3.定时限电流保护整定计算定时限电流保护整定计算（1 1）动作电流：）动作电流：=794.12(A)=794.12(A)远后备远后备保护：保护：=1.261.2 =1.261.2 符合要求符合要求 (3)(3)动作时限：动作时限：(2)(2)灵敏度校验：灵敏度校验：近后备保护近后备保护 ：=3.871.5 =3.871.5 符合要求符合要求 时限特性曲线时限特性曲线五、电流保护的接线方式五、电流保护的接线方式(Connection of Overcurrent Protection)1.1.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 2.2.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3.3.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。流互感器二次线圈之间的联系方式。1.1.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(1)(1)三相星形接线三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 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。(2)(2)两相星形接线两相星形接线（3 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；ABAB两相短路两相短路:Ir=IaACAC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；ABAB或或CBCB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。21Ir=三相短路三相短路:Ir=IaCBCB两相短路两相短路:Ir=IcACAC两相短路两相短路:Ir=2Ia 故故对对两两相相电电流流差差接接线线方方式式，在在对对称称运运行行或或三三相相短短路路时时，K Kconcon=；接接线线系系数数K Kconcon ：流流过过继继电电器器的的电电流流I IKAKA与与电电流流互互感感器二次侧短路电流之比，数值为器二次侧短路电流之比，数值为 在在ACAC两相短路时，两相短路时，K Kconcon=2 2；在在ABAB或或BCBC两相短路时两相短路时，K Kconcon=1=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两相星形接线方式任何短路型式K Kconcon=1.=1.2.2.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 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。前述三种接线方式均能反应。（2 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 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况 串联线路上两点接地情况串联线路上两点接地情况 若若保保护护1 1和和保保护护2 2均均采采用用三三相相星星形形接接线线时时，100%100%地地只只切切除除线路故障。线路故障。如如采采用用两两相相星星形形接接线线，只只能能有有2/32/3的的机机会会有有选选择择地地切切除除后后面的一条线路。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 采用三相星形接线采用三相星形接线:100%100%地切除地切除两条两条线路线路。采用两相星形接线采用两相星形接线:保护有保护有2/32/3的机会只切除任一线路。的机会只切除任一线路。AB：AC：BA：BC：CA：CB：因因此此，在在放放射射性性的的线线路路中中，两两相相星星形形比比三三相星形应用较广。相星形应用较广。（3 3）对对Y Y，d d1111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ABAB两相短路时两相短路时结论结论:三相星形接线比两相星形接线灵敏系数增大一倍。三相星形接线比两相星形接线灵敏系数增大一倍。A2IB1IBIB2IA1IC2IIAIC1C1YIIYAIYCIYC2=IYBIYA2=IYA1IYB2IYB1 过过电电流流保保护护用用于于降降压压变变压压器器的的后后备备保保护护时时，不不同同接接线线形式的保护有其不同的特点。形式的保护有其不同的特点。（a a）采用三相星形接线时，灵敏系数增大一倍。）采用三相星形接线时，灵敏系数增大一倍。（b b）采采用用两两相相星星形形接接线线时时，在在两两相相星星形形接接线线的的中中线线上上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。（c c）两相电流差接线不能用来保护变压器。）两相电流差接线不能用来保护变压器。3.3.各种接线方式的应用范围各种接线方式的应用范围(1)(1)三相星形接线方式三相星形接线方式:用用在在中中性性点点直直接接接接地地电电网网中中，作作为为相相间间短短路路的的保保护和单相接地保护护和单相接地保护。(2)(2)两相星形接线方式：两相星形接线方式：主主要要应应用用在在3535千千伏伏及及以以下下电电压压等等级级的的电电网网中中，作作为相间短路的保护。为相间短路的保护。(3)(3)两相电流差接线方式：两相电流差接线方式：主主要要用用在在6 61010千千伏伏中中性性点点不不接接地地系系统统中中，作作为为馈馈电线和较小容量高压电动机的保护。电线和较小容量高压电动机的保护。六、反时限特性的过电流保护六、反时限特性的过电流保护（Inverse Time Relay with Overcurrent Protection)1 1、感应型电流继电器、感应型电流继电器 2 2、反时限过电流保护、反时限过电流保护 3 3、接线图、接线图 4 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 1.1.感应型电流继电器感应型电流继电器（1 1）继电器结构）继电器结构 （2 2）工作原理）工作原理线圈通以交流电流线圈通以交流电流I I在铁芯中产生磁通在铁芯中产生磁通1 1在铝盘产生在铝盘产生M MdcdcM Mdcdc克服了弹簧的反转矩克服了弹簧的反转矩M Mf f蜗轮蜗杆啮合蜗轮蜗杆啮合扇形轮随蜗转动而上升扇形轮随蜗转动而上升触点闭合触点闭合(3)(3)时限特性时限特性 扇扇形形轮轮在在最最低低位位置置与与最最高高位位置置，继继电电器器动动作作时时间间与与电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，具有反时限特性。当电流增大时，动作时限减少，具有反时限特性。继电器起动以后，减少继电器起动以后，减少流入继电器线圈中的电流，流入继电器线圈中的电流，框架在反作用弹簧的作用下框架在反作用弹簧的作用下返回，扇形轮与蜗杆脱开，返回，扇形轮与蜗杆脱开，称为继电器返回。称为继电器返回。GL-10 GL-10系列继电器的返回系列继电器的返回系数在系数在0.80.80.850.85之间。之间。电磁元件的起动电流电磁元件的起动电流是以感应元件的起动电流是以感应元件的起动电流倍数为标志的。倍数为标志的。(3)(3)时限特性时限特性 当当电电流流大大到到一一定定值值时时，铁铁芯芯饱饱和和，在在图图上上出出现曲线现曲线1 1、2 2的平直部分，具有定时限特性。的平直部分，具有定时限特性。当当电电流流继继续续增增大大时时，衔衔铁铁瞬瞬时时被被吸吸下下，横横担将接点闭合，具有速断特性。担将接点闭合，具有速断特性。2.2.反时限过电流保护反时限过电流保护 （1 1）工作原理）工作原理 反反应应电电流流增增大大而而动动作作，其其延延时时与与通通入入电电流流的的平平方方成成反反比，一般可作比，一般可作6 610kV10kV线路或电动机的保护。线路或电动机的保护。（2 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:已知已知P2P2反时限过电流保护的整定参数。反时限过电流保护的整定参数。在在P1P1、P2P2反反时时限限过过电电流流保保护护重重叠叠保保护护区区内内，d d1 1点点为配合点为配合点，在配合点的，在配合点的t2为已知，则为已知，则 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 已知已知P1P1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。P1 P1、P2P2重叠保护区的末端重叠保护区的末端d d1 1为为配合点。在配合点配合点。在配合点d d1 1 P1P23.3.接线图接线图 反时限过电流保护多用反时限过电流保护多用于于10kV10kV线路及电动机保护。线路及电动机保护。电流互感器采用两相星型接电流互感器采用两相星型接线，如右图所示。线，如右图所示。4.4.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路时，短路电流大，动作在线路靠近电源处短路时，短路电流大，动作时限短且保护接线简单。时限短且保护接线简单。缺点：缺点：时限的配合较复杂。时限的配合较复杂。因此，反时限过电流保护主要用在因此，反时限过电流保护主要用在6 61010千伏的网络千伏的网络中，作为馈线和电动机的保护。中，作为馈线和电动机的保护。复习思考题：复习思考题：1 1、什么是起动电流，什么是返回电流？返回系数指何而言？、什么是起动电流，什么是返回电流？返回系数指何而言？2 2、电流继电器的动作条件是什么、电流继电器的动作条件是什么?返回条件是什么返回条件是什么?3 3、如何调整电流继电器的动作电流？、如何调整电流继电器的动作电流？4 4、电流互感器的作用？、电流互感器的作用？5 5、电流互感器的误差与哪些因素有关？有怎样的关系？、电流互感器的误差与哪些因素有关？有怎样的关系？6 6、试述无时限电流速断保护的工作原理、整定计算原则和整、试述无时限电流速断保护的工作原理、整定计算原则和整定计算方法、灵敏性校验方法和要求？为什么要加一个中定计算方法、灵敏性校验方法和要求？为什么要加一个中间继电器？间继电器？7 7、试述限时电流速断保护的工作原理、整定计算原则和整定、试述限时电流速断保护的工作原理、整定计算原则和整定计算方法、灵敏性校验方法和要求？计算方法、灵敏性校验方法和要求？8 8、试述定时限过电流保护的工作原理、整定计算原则和整定、试述定时限过电流保护的工作原理、整定计算原则和整定计算方法、灵敏性校验方法和要求。计算方法、灵敏性校验方法和要求。9 9、三段式电流保护哪一段最灵敏，哪一段最不灵敏？它们三段式电流保护哪一段最灵敏，哪一段最不灵敏？它们是采用什么措施来保证选择性的？是采用什么措施来保证选择性的？1010、在一条线路上是否一定要用三段式保护？两段行吗？为、在一条线路上是否一定要用三段式保护？两段行吗？为什么？什么？1111、为什么过电流保护在整定计算时考虑返回系数和自起动、为什么过电流保护在整定计算时考虑返回系数和自起动系数？而电流速断不考虑返回系数和自起动系数？系数？而电流速断不考虑返回系数和自起动系数？1212、电流保护的交流回路有哪几种接线方式？其应用范围如、电流保护的交流回路有哪几种接线方式？其应用范围如何？何？1313、当、当Y Y，d11d11接线的降压变压器接线的降压变压器侧发生两相短路时，采用侧发生两相短路时，采用完全星形接线和不完全星形接线两继电器式接线的电流保完全星形接线和不完全星形接线两继电器式接线的电流保护，其灵敏度为什么不同？为什么采用不完全星形三继电护，其灵敏度为什么不同？为什么采用不完全星形三继电器接线方式能使他的灵敏度与完全星形接线相同呢？器接线方式能使他的灵敏度与完全星形接线相同呢？1414、在小接地系统中，有一变电所有两个出口线，、在小接地系统中，有一变电所有两个出口线，1 1号线号线供电给重要用户，供电给重要用户，2 2号线供电一般用户，为了保证在号线供电一般用户，为了保证在不同线路上发生两点接地短路时都不会停止重要用户不同线路上发生两点接地短路时都不会停止重要用户的供电，过电流保护要求采取什么措施？的供电，过电流保护要求采取什么措施？1515、在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性？、在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性？1616、在在输输电电线线路路上上采采用用方方向向电电流流保保护护时时，什什么么情情况况下下会会出出现死区？现死区？1717、不不同同的的输输电电线线路路阻阻抗抗角角是是不不同同的的，为为什什么么功功率率方方向向继继电电器器内内角角采采用用3030或或4545，就就能能保保证证在在不不同同阻阻抗抗角角下下使使继电器工作在较灵敏状态？继电器工作在较灵敏状态？1818、中中性性点点非非直直接接接接地地电电网网中中，接接地地短短路路的的特特点点及及保保护护方方式是什么？式是什么？1919、中性点经消弧线圈接地电网中，单相接地短路的特点、中性点经消弧线圈接地电网中，单相接地短路的特点及补偿方式？及补偿方式？习题：习题：1 1、在在下下图图所所示示的的网网络络中中，试试对对线线路路ABAB进进行行三三段段式式电电流流保护的整定计算。保护的整定计算。已已知知线线路路的的最最大大负负荷荷电电流流I IL.maxL.max=100A=100A，电电流流互互感感器器变变比比为为300/5300/5，保保护护2 2的的过过电电流流保保护护动动作作时时间间为为2.2S,2.2S,母母线线A.B.CA.B.C等等处处短短路路时时流流经经线线路路ABAB的的三三相相短短路路电电流流计计算算值值如如下下表表所所示示(单位单位:KA):KA)短路点短路点 A B CA B C最大运行方式最大运行方式 5.34 1.525 0.5625.34 1.525 0.562最小运行方式最小运行方式 4.27 1.424 0.5484.27 1.424 0.548 2 2、在在下下图图所所示示网网络络中中,试试对对保保护护1 1进进行行三三段段式式电电流流保保 护护 的的 整整 定定 计计 算算。计计 算算 中中 取取 K K relrel=1.3,K=1.3,K relrel=1.1=1.1，KK relrel=1.2=1.2，返返回回系系数数K Krere=0.85,=0.85,自自起起动动系系数数K Kssss=1=1，线线路路阻抗为阻抗为0.4/KM0.4/KM。3 3、在在下下图图所所示示网网络络中中,试试对对保保护护1 1进进行行三三段段式式电电流流保保护护的的整整定定计计算算。计计算算中中取取K K relrel=1.25,K=1.25,K relrel=1.15=1.15，段段可可靠靠系系数数KK relrel=1.2=1.2，返返回回系系数数K Krere=0.85,=0.85,自自起起动动系系数数K Kssss=1.5=1.5，线路阻抗为，线路阻抗为0.4/KM0.4/KM。4 4、配配电电网网的的的的接接线线及及参参数数如如下下图图所所示示。试试对对1QF1QF、4QF4QF的的线线路路保保护护进进行行整整定定计计算算。已已知知线线路路L-1L-1的的负负荷荷电电流流为为150A150A，电电流流互互感感器器的的变变比比n nTATA=200/5=200/5，自自起起动动系系数数K Kssss=1.5=1.5。线线路路L-2L-2的的负负荷荷电电流流为为50A50A，电电流流互互感感器器的的变变比比n nTATA=100/5=100/5，自自起起动动系数系数 K Kssss=1.5=1.5，变压器设有差动保护。，变压器设有差动保护。
展开阅读全文