第3章单侧电源输电线路相间短路的电流、电压保护1

1、第三章第三章 单侧电源线路相单侧电源线路相间短路电流、电压保护间短路电流、电压保护泸州职业技术学院继电保护2教学要求：掌握三段式电流保护的基本原理，整定计算及 原理接线图； 掌握电流保护的接线方式及各自的特点 3.1 瞬时电流速断保护(段) 3.2 限时电流速断保护(段) 3.3 定时限过电流保护(段) 3.4 阶段式电流保护 3.5 电流保护的接线方式 3.6 三段式电流保护整定计算举例第三章第三章 单侧电源线路相间短路电流、电压保护单侧电源线路相间短路电流、电压保护泸州职业技术学院继电保护33.1 3.1 瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护(段段) )3.1.1 定义：反应电流增大且瞬时动作

2、的保护。 符号：3.1.2 几个基本概念： 1.最大运行方式: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最大的运行方式。 2.最小运行方式:在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流最小的运行方式。I泸州职业技术学院继电保护43.最大短路电流：在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流。即 最小短路电流：在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流。即4.保护装置的起动值：对因电流升高而动作的电流保护，起动保护装置的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作 。保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的，当一次侧的短路电流达到这个数值

3、时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。即IjIdzj保护动作。)3(max.dI)2(min.dIbhdzI.3.1 3.1 瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护(段段) )泸州职业技术学院继电保护55.保护装置的整定 所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置的起动值（一般情况下是指电力系统一次侧的参数）、灵敏性、动作时限等过程。 3.1 3.1 瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护(段段) )泸州职业技术学院继电保护6图3-1 1最大运行方式下三相短路电流 2最小运行方式下两相短路电流 d2点短路时：按选择性Idz1Id2 d1点短路时：按选择性Idz1Id1 若Id1=Id2时： 出现

4、无选择性 为了获得动作的快速性与保护的选择性，保护区范围不能超出d1点，既全线范围。3.1.3 3.1.3 段的工作原理段的工作原理泸州职业技术学院继电保护71.动作电流：选择性：靠动作电流实现整定原则：按大于本线路末端短路时最大短路电流整定即： 或 其中：引入可靠系数Kk的因素：a、测量误差 b、计算误差 c、非同期分量 d、裕度短路电流：)3(max.1 .BddzII)3(max.1 .BdkdzIKI3 . 12 . 1KkLxXEIssd1min.)3(max.3.1.4 3.1.4 段的整定计算段的整定计算 ：图：图3-13-1泸州职业技术学院继电保护82.动作时间：3.灵敏性校验

5、:段电流保护的灵敏性用保护范围的大小来衡量 用占全长的百分数来表示：最大保护范围Lmax/L50%L最小保护范围Lmin/L15%L 无意义其中：stdz01 .%20%100%15minLLLb)23(1max.minsdzsXIExL3.1.4 3.1.4 段的整定计算段的整定计算 ：图：图3-13-1泸州职业技术学院继电保护9泸州职业技术学院继电保护10 原理接线图：图3-2ZJ（KOM）的作用：扩大触点容量；避开管型避雷器放电时间引起误动作，0.060.08s延时；一套保护有多个出口；成套保护的集中出口。3.1.5 3.1.5 段的接线段的接线 泸州职业技术学院继电保护11展开接线图：

6、图3-33.1.5 3.1.5 段的接线段的接线 泸州职业技术学院继电保护12动作过程为：u正常时：Ij=IfhIdz，LJ不动作，保护不动作u短路时：Ij=IdIdz，LJ动作，LJ的动合触点闭合，接通BCJ线圈带电动作，BCJ动合触点闭合，让QF的TQ带电动作跳闸切除故障。同时XJ线圈带电动作，接点闭合，发掉牌信号、光字牌信号、事故音响信号。3.1.5 3.1.5 段的接线段的接线 泸州职业技术学院继电保护13优点：简单可靠，动作迅速。（速动性好） 缺点：不能保护线路全长。（灵敏性差） 运行方式变化较大时，可能无保护范围。在最大运行方式整定后，在最小运行方式下无保护范围。如图3-4所示 在

7、线路较短时，可能无保护范围。如图3-5所示 不能单独充当主保护（一般做辅助保护） 3.1.6 3.1.6 段的评价段的评价 泸州职业技术学院继电保护14图3-5 被保护线路长短不同对电流速断保护的影响图3-4 系统运行方式的变对电流速断保护的影响3.1.6 3.1.6 段的评价段的评价 泸州职业技术学院继电保护153.2 3.2 限时电流速断保护限时电流速断保护(段段) )3.2.1 定义：带一定延时动作的电流速断保护。 符号：3.2.2 要求：既能保护线路全长，又能快速切除故障。3.2.3 工作原理 :图3-6 1.为了保护本线路全长，限时电流速断保护的保护范 围必须延伸到下一条线路去，这样

8、当下一条线路 出口短路时，它就能切除故障。 It泸州职业技术学院继电保护162.为了保证选择性，必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限。3.为了保证速动性，时限尽量缩短。时限的大小与延伸的范围有关，为使时限较小，使限时电流速断的保护范围不超出下一条线路瞬时流速断保护的范围。因而动作时限 比下一条线路的速断保护时限 高出一个时间级差 。 t1t2t3.2.3 3.2.3 段的工作原理段的工作原理 : :图图3-63-6泸州职业技术学院继电保护17图3-6 单侧电源线路限时电流速断保护的配合整定图3.2.3 3.2.3 段的工作原理段的工作原理 : :图图3-63-6泸州职业技术学院继电保护1

9、8图3-7 单侧电源线路限时电流速断保护的配合整定图3.2.3 3.2.3 段的工作原理段的工作原理 : :图图3-63-6泸州职业技术学院继电保护191.动作电流 整定原则：与相邻线路的段配合:其中：与相邻变压器配合: 取两者中较大者2.动作时限:dzkdzIKI2 .1 .2 . 11 . 1Kk)3(max.1 .BdkdzIKIsttt5 . 05 . 00213.2.4 3.2.4 段的整定计算段的整定计算: :图图3-63-6泸州职业技术学院继电保护203.3.灵敏度校验： 式中 被保护线路末端在最小运行方式下两相短路时的最小短路电流。当校验不满足时 应采取以下措施： 与相邻线路的

10、段配合：u动作电流：u动作时限： 灵敏性：提高；速动性：降低dzkkdzkdzIKKIKI3 .2 .1 .stttttt15 . 05 . 003215 . 13 . 1)2(min.IIKdzdlm)2(min.dI3.2.4 3.2.4 段的整定计算段的整定计算: :图图3-63-6泸州职业技术学院继电保护21泸州职业技术学院继电保护22原理接线图：展开接线图：图3-83.2.5 3.2.5 段的接线段的接线泸州职业技术学院继电保护23泸州职业技术学院继电保护24泸州职业技术学院继电保护25 动作过程为： 正常时：Ij=IfhIdz，KA不动作，保护不动作 短路时：Ij=IdIdz，KA

11、动作，KA的动合触点闭合，接通KT线圈带电动作，KT延时闭合，使KOM线圈带电动作，KOM动合触点闭合，让QF的YT带电动作跳闸切除故障。同时KS线圈带电动作，接点闭合，发掉牌信号、光字牌信号、事故音响信号。 3.2.5 3.2.5 段的接线段的接线泸州职业技术学院继电保护26 优点：简单可靠，能保护本条线路全长（灵敏性较好）动作时限为0.5s（或1s） (快速性较好) 缺点：不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护（有时只能对相邻元件的一部分起后备保护作用）。因此，必须寻求新的保护形式。可以充当主保护3.2.6 3.2.6 段的评价段的评价泸州职业技术学院继电保护273.3 3.3 定时限过

12、电流保护定时限过电流保护(段段) )3.3.1 定义：是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定，而时限按阶梯性原则来整定的一种电流保护 符号：3.3.2 工作原理：图3-9 在系统正常运行时它不起动。 在电网发生故障时，则能反应电流的增大而动作。 它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护下一条线路的全长。作为本线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护。It泸州职业技术学院继电保护28泸州职业技术学院继电保护291.整定原则：(1)按躲过被保护线路的最大负荷电流整定： (2)相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回： IhIzq.max(3)引入一个自启动系数Kzq来表示

13、自启动时最大电流Izq.max与正常运行时最大负荷电流Ifh.max之比，即: Izq.max=KzqIfh.max 且： max.1 .fhdzIIdzhhIIK1 .3.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定计算泸州职业技术学院继电保护302.动作电流的整定 ： 其中：可靠系数 电动机自起动系数 Kzq=1.53 返回系数 Kh=0.85max.1 .fhhzqkdzIKKKI25. 115. 1Kk3.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定计算泸州职业技术学院继电保护313.动作时间的整定 ：图3-10 单侧电源线路过电流保护动作时限的确定3.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定

14、计算泸州职业技术学院继电保护32 为了保证K1点短路时动作的选择性，则应整定其动作时限t2t1，引入t，则保护2的动作时限为：t2=t1+t 保护2的动作时限确定以后，当K2点短路时，它将以t2的时限切除故障，此时，为了保证保护3动作的选择性，又必须整定t3t2，引入t后，得:t3=t2+t 依此类推，保护4、5的动作时限分别为：t4=t3+t t5=t4+t总之，整定原则：离电源较近的上一级保护的动作时限，应比相邻的离电源较远的下一级保护的动作时间要长。3.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定计算泸州职业技术学院继电保护33在图3-11中，对保护4而言应同时满足以下要求：tttttttt

15、t342414阶梯形的时限原则：tttmax. 213.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定计算泸州职业技术学院继电保护343.灵敏系数的校验： 其中， 是在最小运行方式下两相短路时的最小短路电流 短路点:近后备，本段末端 Klm1.31.5 远后备，下段末端 Klm1.2应要求各保护的灵敏系数之间有下列关系：dzdlmIIK)2(min.)2(min.dI5 .4 .3 .2 .1 .lmlmlmlmlmKKKKK3.3.3 3.3.3 段的整定计算段的整定计算泸州职业技术学院继电保护35原理接线图：展开接线图：图3-123.3.4 3.3.4 接线接线泸州职业技术学院继电保护36动作过

16、程为： 正常时：Ij=IfhIdz，KA不动作，保护不动作。 短路时：Ij=IdIdz，KA动作，KA的动合触点闭合，接通KT线圈带电动作，KT延时闭合，使KOM线圈带电动作，KOM动合触点闭合，让QF的YT带电动作跳闸切除故障。同时KS线圈带电动作，接点闭合，发掉牌信号、光字牌信号、事故音响信号。 3.3.4 3.3.4 接线接线泸州职业技术学院继电保护37优点：不仅能作本线路的近后备而且能作为下一条线路的远后备 （保护范围最长，灵敏性好）缺点：越靠近电源端其动作时限越大（快速性很差）带一定时限切除被保护线路全线范围的故障一般作后备保护。网络终端，可充当主保护3.3.5 3.3.5 评价评价

17、泸州职业技术学院继电保护383.4 3.4 阶段式阶段式电流保护电流保护3.4.1 定义： 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，叫做三段式电流保护。3.4.2 阶段式电流保护的评价 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相邻的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。泸州职业技术学院继电保护39 实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。在某些情况下，常采用两段组成一套保护。 重要、长线路 +段 特殊：a、在电网终端可只装段 b、如果线路较短，段无保护范围，可以装+段

18、。一般在10kv线路上用的较多c、若段灵敏度够大时，可采用+段3.4.3 3.4.3 阶段式电流保护的应用阶段式电流保护的应用3.4.4 动作电流，动作时限及保护范围的配合 图3-13泸州职业技术学院继电保护413.4.5 阶段式电流保护原理接线图：3.4.6 阶段式电流保护展开接线图：3.4.7 对阶段式电流保护的的评价： 优点：简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障，一般用于 35kv 及以下电压等级的单侧电源电网中。 缺点：它的灵敏度和保护范围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。3.4 3.4 阶段式阶段式电流保护电流保护泸州职业技术学院继电保护4

19、2图3-14 阶段式电流保护原理接线图泸州职业技术学院继电保护43图3-15 阶段式电流保护展开接线图泸州职业技术学院继电保护44+ + 三段式三段式电流保护电流保护展开接线图展开接线图泸州职业技术学院继电保护45+ + 两段式两段式电流保护电流保护展开接线图展开接线图泸州职业技术学院继电保护46+ + 两段式两段式电流保护电流保护展开接线图展开接线图泸州职业技术学院继电保护47 三段式保护动作演示泸州职业技术学院继电保护483.5 3.5 电流保护电流保护的接线方式的接线方式3.5.1 定义：是指电流保护中电流继电器线圈与电 流互感器二次线圈之间的连接方式。3.5.2 基本接线方式： 三相三

20、继电器接线（三相完全星形接线） 两相两继电器接线（两相不完全星形接线） 两相三继电器接线（不完全星形接线） 两相单继电器接线（两相电流差接线） 零序分量保护接线三角形接线泸州职业技术学院继电保护491.接线：三个电流互感器二次绕组与三个电流继电器线圈分别按相连接在一起，形成星形。三个继电器触点并联连接，相当于“或”回路。 图3-16 三相完全星形接线3.5.3 3.5.3 三相三继电器接线（三相完全星形接线）三相三继电器接线（三相完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护50 三相完全星形接线动画泸州职业技术学院继电保护51 2.特点： 能反应各种类型的相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路

21、。 Kjx=1（接线系数Kjx：继电器线圈电流Ij与TA二次电流I2的比值 Kjx=Ij/I2 ）。 3.缺点：费用高且小接地电流系统不适用。因为在小接地系统中，当发生不同地点两点接地故障时，可能导致事故扩大，如图3-17所示。3.5.3 3.5.3 三相三继电器接线（三相完全星形接线）三相三继电器接线（三相完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护52图3-17 两点异地接地示意图 4.应用： 发电机、变压器等大型贵重电气设备中。 大接地电流系统相间短路保护中，小接地系统不采用。泸州职业技术学院继电保护531.接线：两只KA和两只TA均分别按相接成不完全星形图3-18 两相不完全星形接线3.5.

22、4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护54 两相不完全星形接线动画泸州职业技术学院继电保护552.特点： 能反应各种类型的相间短路和中性点直接接地电网中B相除外的单相接地故障， Kjx=13.各处保护装置的TA必须装设在同名相上(A,C相) 小接地系统中两点接地时保护装置动作情况： （设两套保护动作时限相同）3.5.4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护56XL-1故障相别 A A B B C CXL-2故障相别 B C A C A BXL

23、-1切除情况 + + - - + +XL-2切除情况 - + + + + -停电线路数目 1 2 1 1 2 1其中：“+”为切除；“-”为不切除结论：2/3机会切除一个故障点；1/3机会切除两个故障点。图3-17双回线路保护装置TA装设在同名相A、C上泸州职业技术学院继电保护57 双回线路保护装置的TA，一条装于A、C相，另一条装于A、B相XL-1故障相别 A A B B C CXL-2故障相别 B C A C A BXL-1切除情况 + + - - + +XL-2切除情况 + - + - + +停电线路数目 2 1 1 0 2 2结论：1/2机会切除两个故障点； 1/3机会切除一个故障点；

24、 1/6机会两套保护均不动作图3-17双回线路保护装置TA装设在不同名相上泸州职业技术学院继电保护584.缺点： 用于Y/变压器保护时，灵敏系数可能比完全星形接线小一半。图3-19所示。 辐射形电网两段线路的两点接地，可能造成非选择性动作。图3-20所示。5.适用：小接地电流系统作为线路相间短路保护演示3.5.4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护59 两相星形接线在小接地系统中的优越性 泸州职业技术学院继电保护60图3-19 Y/11接线降压变压器短路时电流分布及过电流保护的接线(a)接线图；(b)电流分布图；(c

25、)三角形侧电流相量图；(d)星形侧电流相量图3.5.4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护61对Y、接线变压器后面的两相短路在故障点， ，设侧各相绕组中的电流分别为 、 和 ，并设变压器比nT=1，则：根据变压器工作原理，即可求得Y侧电流的关系为3.5.4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护62图3-20 串联线路上两点接地的示意图3.5.4 3.5.4 两相两继电器接线（两相不完全星形接线）两相两继电器接线（两相不完全星形接线）泸州职业技

26、术学院继电保护63 Y/变压器向量图泸州职业技术学院继电保护641.接线：在两相星形接线的中线上再接一个继电器 Ij=1/nl（Ia+Ic）=（-1/nl）Ib2.特点： 能反应各种类型的相间短路 Kjx=1 对于Y/-11变压器保护，灵敏系数与完全星形接线 相同3.适用：小接地电流系统作为线路相间短路保护 一般接于后备保护中。 3.5.5 3.5.5 两相三继电器接线（不完全星形接线）两相三继电器接线（不完全星形接线）泸州职业技术学院继电保护651.接线：一只电流继电器，两只TA反极性连接。3.5.6 两相单继电器接线（两相电流差接线）泸州职业技术学院继电保护662.特点： 短路形式不同，保

27、护灵敏系数不同 三相短路：Kjx= IJ= Ia 两相短路：A、C Kjx=2 （A、C相装TA） A、B（或B、C） Kjx=13.缺点：在Y/-11变压器后发生两相短路时，保护可能拒动。例：Y/-11变压器，a、b短路 4.适用：中性点不接地系统小容量电动机作为相间短路保护。33返回3.5.6 两相单继电器接线（两相电流差接线）泸州职业技术学院继电保护673.6 三段式电流保护整定计算举例 如图所示单侧电源放射状网络，AB和BC均设有三段式电流保护。 已知：1)线路AB长20km，线路BC长30km，线路电抗每公里0.4欧姆； 2)变电所B、C中变压器连接组别为Y，d11，且在变压器上装设

28、差动保护； 3)线路AB的最大传输功率为9.5MW，功率因数0.9，自起动系数取1.3； 4)T1、T2变压器归算至被保护线路电压等级的阻抗为285)系统最大电抗7.9欧，系统最小电抗4.5欧。 n试对AB线路的保护进行整定计算并校验其灵敏度。 泸州职业技术学院继电保护68解：1.短路电流计算 （1）B母线短路三相最大短路电流为： )(1709)204 . 05 . 4(337)(31minxtxt)3(max.AlxXEIABdB3.6 三段式电流保护整定计算举例泸州职业技术学院继电保护69（2）B母线短路两相最小短路电流为 ：)(1164204 . 09 . 73/37233/231max

29、xtxt)2(min.AlxXEIABdB)(663)4 . 0509 . 7(33723)2(min.AIdC)(872)504 . 05 . 4(337)3(max.AIdC3.6 三段式电流保护整定计算举例（3）C母线短路电流为： 泸州职业技术学院继电保护70 （4）E母线短路电流为 ：)(527)284 . 0205 . 4(337)3(max.AIdE)(421)284 . 0209 . 7(33723)2(min.AIdE（5）D母线短路电流为 ：)(407)284 . 0505 . 4(337)3(max.AIdD)(331)284 . 0509 . 7(33723)2(min.

30、AIdD3.6 三段式电流保护整定计算举例泸州职业技术学院继电保护71)(7 .222117093 . 1)3(max.1 .AIKIdBkdz)( 1 . 1)9 . 77 .22213/3723(4 . 01)23(1max.1minkmXIExLxtdzxt2.整定计算： （1）保护1的段定值计算：动作电流：最小保护范围：%15%5 . 5%100201 . 1minLL灵敏度不满足，不能采用保护3.6 三段式电流保护整定计算举例泸州职业技术学院继电保护72（2）保护1的段保护定值计算： a、动作电流：按躲过变压器低压侧母线短路电流整定:)(13608723 . 12 . 12 .II1

31、dzAIKIIdzIIk)(6855271.2I(3)dE.max1 .AKIkdz)(1360II1dzAI3.6 三段式电流保护整定计算举例选上述计算较大值为动作电流计算值。与相邻线路瞬时电流速断保护配合:泸州职业技术学院继电保护73b、灵敏度校验：5 . 13 . 19 . 013601164)2(min.IIKdzdBlm灵敏度不满足要求。再考虑与相邻配合：动作电流：)(5864072 . 12 . 12 .II1dzAIKIdzIIk动作时限：stttttt15 . 05 . 003213.6 三段式电流保护整定计算举例泸州职业技术学院继电保护74灵敏度校验：5 . 13 . 153. 17621164)2(min.