第二章 电网电流保护

1、第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护第一节第一节 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二节第二节 双侧电源网络相间短路的方向电流保护双侧电源网络相间短路的方向电流保护第三节第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方方 向保护向保护第四节第四节 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电 压压、电流及方向保护、电流及方向保护 电网中的输电线路发生短路时，电流突然增电网中的输电线路发生短路时，电流突然增大，电压降低，利用电流突然增大使保护动作断大，电压降低，利用电流突然增大使保护

2、动作断路器跳闸而构成的保护装置称为电流保护。电流路器跳闸而构成的保护装置称为电流保护。电流保护在保护在35kV及以下输电线路中被广泛采用。及以下输电线路中被广泛采用。第一节第一节 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一、电磁型电流继电器及其继电特性一、电磁型电流继电器及其继电特性二、电流速断保护（二、电流速断保护（段）段）三、限时电流速断保护（三、限时电流速断保护（段）段）四、定时限过电流保护（四、定时限过电流保护（段）段）五、阶段式电流保护的应用及对它的评价五、阶段式电流保护的应用及对它的评价六、反时限过电流保护六、反时限过电流保护七、电流保护接线方式七、电流保护接线

3、方式八、三段式电流保护的接线图举例八、三段式电流保护的接线图举例 电流继电器是实现电流保护的基本元件，也电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型，因此本节通过对它的分析来说明一般继电型，因此本节通过对它的分析来说明一般继电器的工作原理和主要特性。器的工作原理和主要特性。一、电磁型电流继电器及其继电特性一、电磁型电流继电器及其继电特性 电磁型电流继电器的工电磁型电流继电器的工作原理可用图作原理可用图2-1（）说（）说明，当继电器线圈通入电流明，当继电器线圈通入电流 时，在磁路中产生与电流时，在磁路中产生与电流成正比的

4、磁通成正比的磁通 ，磁通经铁，磁通经铁芯芯2、空气隙、空气隙3和可动衔铁和可动衔铁4形成回路，磁化后的衔铁与形成回路，磁化后的衔铁与铁芯的磁极产生电磁吸力，铁芯的磁极产生电磁吸力，企图吸引衔铁向左转动，衔企图吸引衔铁向左转动，衔铁上装有继电器的可动触点铁上装有继电器的可动触点5，当电流增大，电磁吸力，当电流增大，电磁吸力足够大时，即可吸动衔铁并足够大时，即可吸动衔铁并使触点使触点6接通，称为继电器接通，称为继电器“动作动作”。图图2-1 （a）电磁型电流继电器的原理结构图）电磁型电流继电器的原理结构图 1线圈；线圈；2铁芯；铁芯；3空气隙；空气隙；4可动衔铁；可动衔铁；5可动触点；可动触点；6

5、固定触固定触点；点；7弹簧；弹簧；8止档止档kI 电磁吸力与电磁吸力与 成正比。如果假定磁路的磁阻全成正比。如果假定磁路的磁阻全部集中在空气隙中，设部集中在空气隙中，设 表示气隙的长度，则磁通表示气隙的长度，则磁通 就与就与 成正比而与成正比而与 成反比，这样，由电磁吸力作用成反比，这样，由电磁吸力作用在衔铁上的电磁转矩在衔铁上的电磁转矩 可表示为可表示为 （2-1）式中式中 比例常数；比例常数； 铁芯与可动衔铁之间的空气隙长度。铁芯与可动衔铁之间的空气隙长度。 22122keIMKK 2 kI12KK、 eM 正常情况下，线圈中流入负荷电流，为保证正常情况下，线圈中流入负荷电流，为保证继电器

6、不作，可动衔铁受弹簧继电器不作，可动衔铁受弹簧7 7反作用力的控制反作用力的控制而保持在原始位置，此时弹簧产生的力矩而保持在原始位置，此时弹簧产生的力矩 称为称为初拉力矩，对应此时的空气隙长度为初拉力矩，对应此时的空气隙长度为 。由于。由于弹簧的张力与其伸长成正比，因此，当衔铁向左弹簧的张力与其伸长成正比，因此，当衔铁向左移动而使移动而使 减小，例如减小，例如 由减小到由减小到 ，由弹簧，由弹簧所产生的反抗力矩即可表示为所产生的反抗力矩即可表示为 （2-22-2） 式中式中 比例常数。比例常数。 3K1312()ssMMK1sM211 此外，在衔铁转动的过程中，还必须克服由摩此外，在衔铁转动的

7、过程中，还必须克服由摩擦力所产生的摩擦转矩擦力所产生的摩擦转矩 ，其值可认为是一个常，其值可认为是一个常数，不随数，不随 的改变而变化。因此，阻碍继电器动的改变而变化。因此，阻碍继电器动作的全部机械反抗转矩就是作的全部机械反抗转矩就是 。fMsfMM 为使继电器动作并闭合其触点，就必须增大电流为使继电器动作并闭合其触点，就必须增大电流 ，以增大电磁转矩以增大电磁转矩 ，继电器能够动作的条件是，继电器能够动作的条件是 （2-3） 满足这个条件的，能使继电器动作的最小电流值，称满足这个条件的，能使继电器动作的最小电流值，称为继电器的动作电流（习惯上又称为启动电流），以为继电器的动作电流（习惯上又称

8、为启动电流），以 表示，对应此时的电磁转矩，根据（表示，对应此时的电磁转矩，根据（2-1）式可表示为）式可表示为 （2-4） esfMMM 222k actactIMK actkI. kI eM 在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁转矩，然后由弹簧的反作用力把可动小电流以减小电磁转矩，然后由弹簧的反作用力把可动衔铁拉回来。在这个过程中，摩擦力又起着阻碍返回的衔铁拉回来。在这个过程中，摩擦力又起着阻碍返回的作用，因此继电器能够返回的条件是作用，因此继电器能够返回的条件是 （2-5） 对应这一电磁转矩，能使继电器返回原位的最大

9、电对应这一电磁转矩，能使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，以流值称为继电器的返回电流，以 表示，对应于此时的表示，对应于此时的电磁转矩电磁转矩 （2-6） esfMMM 222K rereIMK k reI 图图2-1（b）表示了当可动）表示了当可动衔铁由起始位置（气隙为衔铁由起始位置（气隙为 ）转动到终端位置（气隙）转动到终端位置（气隙为为 ）时，电磁转矩及）时，电磁转矩及机械反抗转矩与可动衔铁机械反抗转矩与可动衔铁行程行程的关系曲线。行程行程的关系曲线。 当当 不变时，随着不变时，随着 的减小，的减小， 与其平方倍与其平方倍成反比增加，按曲线成反比增加，按曲线9变变化，而机械

10、反抗转矩则按化，而机械反抗转矩则按线性关系增加，如直线线性关系增加，如直线10所示，因此在行程末端将所示，因此在行程末端将出现一个剩余转矩出现一个剩余转矩 ，它有利于保证继电器触点它有利于保证继电器触点的可靠接触。的可靠接触。图图2-1 电磁型电流继电器的转矩曲线电磁型电流继电器的转矩曲线 9启动电磁转矩曲线；启动电磁转矩曲线；10启动时的启动时的反作用转矩曲线；反作用转矩曲线；11返回时的反作返回时的反作用转矩曲线；用转矩曲线；12返回时的电磁转矩返回时的电磁转矩曲线曲线 12 actkI. actM rM 当当 时，继电器根本不动时，继电器根本不动作作 ; 当当 时继电器能够突然时继电器能

11、够突然迅速的动作，闭合其触点；在迅速的动作，闭合其触点；在继电器动作以后，只当电流减继电器动作以后，只当电流减小到小到 ，继电器才能立，继电器才能立即突然地返回原位，触点重新即突然地返回原位，触点重新打开。无论启动和返回，继电打开。无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置，可能停留在某一个中间位置，这种特性称为这种特性称为“继电特性继电特性”。 继电特性曲线继电特性曲线 图图2-2继电特性曲线继电特性曲线kk actIIkk actII kk reII 图图2-2 中中 表示继电器动作时固定触点表示继电器动作时固定触点6两端的电压，两端的

12、电压， 表示继电器返回时固定触点表示继电器返回时固定触点6两端的电压。两端的电压。 返回电流与启动电流的比值称为继电器的返回电流与启动电流的比值称为继电器的返回系数返回系数，可表示为可表示为 （2-7） K rereK actIKI 1U 0U 由于在行程末端存在剩余转矩以及摩擦转由于在行程末端存在剩余转矩以及摩擦转矩的影响，电磁型过电流继电器（以及一切矩的影响，电磁型过电流继电器（以及一切过量动作的继电器）的返回系数恒小于过量动作的继电器）的返回系数恒小于1 1，在，在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如的返回系数，如0.850.850.

13、90.9。提高返回系数的。提高返回系数的方法是采用坚硬的轴承，以减小摩擦转矩和方法是采用坚硬的轴承，以减小摩擦转矩和改善磁路系统的结构，适当减小剩余转矩。改善磁路系统的结构，适当减小剩余转矩。继电器启动电流的调整方法为改变线圈的匝继电器启动电流的调整方法为改变线圈的匝数和弹簧的张力。数和弹簧的张力。 图图2-3示出电网中实际使用了半个世纪的电磁型电流继示出电网中实际使用了半个世纪的电磁型电流继电器（即转动舌片式电流继电器）的结构，这种继电器电器（即转动舌片式电流继电器）的结构，这种继电器用用Z型旋转舌片代替了可动衔铁，剩余转矩较小，返回系型旋转舌片代替了可动衔铁，剩余转矩较小，返回系数较高。数

14、较高。 图图2-3 转动舌片式电流继电器转动舌片式电流继电器 1电磁铁；电磁铁；2Z型旋转舌片；型旋转舌片；3线圈；线圈；4触点；触点；5反作用弹簧；反作用弹簧；6止档止档二、电流速断保护（二、电流速断保护（段）段） 为了满足系统稳定和对重要用户的供电可为了满足系统稳定和对重要用户的供电可靠，在保证选择性的前提条件下，保护装置靠，在保证选择性的前提条件下，保护装置动作切除故障的时间原则上越快越好，因此动作切除故障的时间原则上越快越好，因此各种电气元件上应力求装设快速动作的继电各种电气元件上应力求装设快速动作的继电保护。保护。 对于仅反应电流幅值增大而瞬时动作切除故对于仅反应电流幅值增大而瞬时动

15、作切除故障的电流保护，称为电流速断保护。以图障的电流保护，称为电流速断保护。以图2-4（）所示的单侧电源网络接线为例，假定（）所示的单侧电源网络接线为例，假定在每条线路始端均装有电流速断保护，当线在每条线路始端均装有电流速断保护，当线路路A-B上发生故障时，希望保护上发生故障时，希望保护2能瞬时动作能瞬时动作，而当线路，而当线路B-C上故障时，希望保护上故障时，希望保护1能瞬时能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本线路全动作，它们的保护范围最好能达到本线路全长的长的100。但是这种愿望能否实现，需要具。但是这种愿望能否实现，需要具体分析。体分析。 图图2-4电流速断保护动作特性的分析电流速断保

16、护动作特性的分析（a）网络接线图；（）网络接线图；（b）网络阻抗图；（）网络阻抗图；（c）动作情况）动作情况 以保护以保护2为例，当为例，当A-B线路末端线路末端 点短路时，希望速断点短路时，希望速断保护保护2能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路B-C的的始端（习惯上又称为出口处）始端（习惯上又称为出口处） 点短路时，按照选择点短路时，按照选择性的要求，速断保护性的要求，速断保护2就不应该动作，而应由速断保就不应该动作，而应由速断保护护1切除故障。但是实际上，切除故障。但是实际上， 点和点和 点短路时，从保点短路时，从保护护2安装处流过的短路电流的数值几乎是一样

17、的。因安装处流过的短路电流的数值几乎是一样的。因此，希望此，希望 点短路时速断保护点短路时速断保护2能动作，而能动作，而 点短路点短路时保护时保护2又不动作的要求不可能同时得到满足。又不动作的要求不可能同时得到满足。1k 2k 2k 1k 1k 2k 为了解决这个矛盾，通常的方法是为了解决这个矛盾，通常的方法是优先优先保证动作的选择性保证动作的选择性，即从保护装置启动参数，即从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不启的整定上保证下一条线路出口处短路时不启动，在继电保护技术中，这又称为动，在继电保护技术中，这又称为按躲开下按躲开下一条线路出口处短路的条件整定一条线路出口处短路的条件

18、整定。 对反应于电流升高而动作的电流速断保护而对反应于电流升高而动作的电流速断保护而言，能使该保护装置启动的最小电流值称为保护言，能使该保护装置启动的最小电流值称为保护装置的装置的启动电流启动电流，以，以 表示，显然必须当实际的表示，显然必须当实际的短路电流短路电流 时，保护装置才能启动。保护装置的整定值时，保护装置才能启动。保护装置的整定值 是利用电力系统一次侧的参数表示的，所代表是利用电力系统一次侧的参数表示的，所代表的的意义意义是：当在被保护线路的一次侧电流达到这是：当在被保护线路的一次侧电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够启个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够启动。动

19、。 actIactkIIactI 对于图对于图24（a）所示的单侧电源供电网络，）所示的单侧电源供电网络，正常运行下，各条线路中流过负荷电流，越靠近正常运行下，各条线路中流过负荷电流，越靠近电源侧的线路流过的电流越大。负荷电流与供电电源侧的线路流过的电流越大。负荷电流与供电电压之间的相位角一般小于电压之间的相位角一般小于 。30 由由电力系统暂态分析电力系统暂态分析可知，当供电网络中任意点发生可知，当供电网络中任意点发生三相和两相短路时，流过短路点与电源间线路中的短路电流三相和两相短路时，流过短路点与电源间线路中的短路电流包括短路工频周期分量、暂态高频分量和非周期分量。包括短路工频周期分量、暂

20、态高频分量和非周期分量。 由于由于暂态高频分量所占比例较小，非周期分量衰减较快，短路电暂态高频分量所占比例较小，非周期分量衰减较快，短路电流计算只计及工频周期分量，其近似算式为流计算只计及工频周期分量，其近似算式为 （2-8）式中式中 系统等效电源的相电势；系统等效电源的相电势； 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；保护安装处到系统等效电源之间的阻抗； 保护安装处到短路点之间的阻抗；保护安装处到短路点之间的阻抗； 短路类型系数，三相短路取短路类型系数，三相短路取1，两相短路取，两相短路取 。 kkkSkK EK EIZZZ E SZ kZ kK 23 在一定的系统运行方式下，在一定的系统运行方

21、式下， 和和 等于常数，等于常数， 的大的大小如图小如图2-4（b）所示，当）所示，当 、 短路时，短路时， ；当当 、 短路时，短路时， 。 此时此时 将随将随 的的增大而减小，因此可以经计算后绘出增大而减小，因此可以经计算后绘出 的变化的变化曲线，如图曲线，如图2-4（c）所示。）所示。klABlBCZZZ( )kIf lESZkz1k2kklABZZ4k3kkIkZ 当电源开机方式、保护安装处到电源之间电网的网络当电源开机方式、保护安装处到电源之间电网的网络拓扑变化时，称为拓扑变化时，称为运行方式变化运行方式变化。 随运行方式变化随运行方式变化而变化。当系统运行方式及短路类型改变时，而变

22、化。当系统运行方式及短路类型改变时， 都将都将随之变化。对每一套保护装置来讲，随之变化。对每一套保护装置来讲，通过该保护装置通过该保护装置的短路电流为最大的方式的短路电流为最大的方式称为系统称为系统最大运行方式最大运行方式，而，而短路电流为最小的方式短路电流为最小的方式则称为系统则称为系统最小运行方式最小运行方式。对。对不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情况选取其最大和最小运行方式。况选取其最大和最小运行方式。SZkI 在最大运行方式三相短路时在最大运行方式三相短路时 ， ，通通过保护装置的短路电流为最大过保护装置的短路电流为最大，而，而

23、在最小方式下在最小方式下两相短路时两相短路时， ， ，短路电流为最小短路电流为最小.这两种情况下，短路电流的变化如图这两种情况下，短路电流的变化如图2-4（c）中）中的曲线的曲线和和所示。所示。 min. SSZZ 1kK max.SSZZ 32kK整定计算原则整定计算原则 保护保护1整定计算原则整定计算原则 为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，来讲，其启动电流其启动电流 必须整定得大于必须整定得大于 点短路时可能出现的点短路时可能出现的最大短路电流，即大于在最大运行方式下变电所最大短路电流，即大于在最大运行方式下变电所C母线母线上三相短路时

24、的电流上三相短路时的电流 ，亦即，亦即 （2-9） 引入可靠系数引入可靠系数 ，则式（，则式（2-9）可写为）可写为 （2-10） maxk cI .1maxactk cII 1.21.3relK .1max.min. relactrelk cSl ABl BCKEIKIZZZ 1 .actI 4k 引入可靠系数的引入可靠系数的原因原因是必须考虑非周期是必须考虑非周期分量的影响，实际的短路电流可能大于计算分量的影响，实际的短路电流可能大于计算值，保护装置的实际动作值可能小于整定值值，保护装置的实际动作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。和一定的裕度等因素。保护保护2整定计算原则整定计算原则按照

25、同样的原则，其启动电流应整定得大于按照同样的原则，其启动电流应整定得大于 点短路时的最大短路电流点短路时的最大短路电流 , 即即 (2-11) m axk BI .2max.min. relactrelk BSl ABKEIKIZZ 2k 启动电流的整定值与启动电流的整定值与 无关，所以在图无关，所以在图2-4（C）上是一条直线，它与曲线）上是一条直线，它与曲线和和各有一个交点。在交点以前短路时，各有一个交点。在交点以前短路时，由于短路电流大于启动电流，保护装置由于短路电流大于启动电流，保护装置都能动作。而在交点以后短路时，由于都能动作。而在交点以后短路时，由于短路电流小于启动电流，保护将不能

26、启短路电流小于启动电流，保护将不能启动。由此可见，动。由此可见，有选择性的电流速断保有选择性的电流速断保护不可能保护本线路的全长护不可能保护本线路的全长。kZ 速断保护对被保护线路内部故障的反应速断保护对被保护线路内部故障的反应能力又称为灵敏性，只能用保护范围的大能力又称为灵敏性，只能用保护范围的大小来衡量，此保护范围通常用线路全长的小来衡量，此保护范围通常用线路全长的百分数百分数 来表示。由图来表示。由图2-42-4可见，可见，当系统当系统为最大运行方式下三相短路时，电流速断为最大运行方式下三相短路时，电流速断保护的保护范围为最大；当出现系统最小保护的保护范围为最大；当出现系统最小运行方式下

27、的两相短路时，电流速断保护运行方式下的两相短路时，电流速断保护的保护范围为最小；的保护范围为最小；当出现其它运行方式当出现其它运行方式时，保护范围在两者之间。时，保护范围在两者之间。 一般情况下；应按最小运行方式下两相短路来一般情况下；应按最小运行方式下两相短路来校验保护范围。要求保护范围大于被保护线路全校验保护范围。要求保护范围大于被保护线路全长的长的15%20%，最小保护范围计算式为，最小保护范围计算式为 （2-12） 式中式中 电流速断保护的最大保护范围长电流速断保护的最大保护范围长度；度； 线路单位长度的正序阻抗。线路单位长度的正序阻抗。 由式（由式（2-12）得）得 ， %即为保护的

28、最小保护范围。即为保护的最小保护范围。 .2. .min.max1 min32actk lsEIIZZ l minl 1Z minmax1131()2sactElZZI min100ABll 图图2-5所示为电流速断保护的单相原理接线，电流所示为电流速断保护的单相原理接线，电流继电器接于电流互感器继电器接于电流互感器TA的二次侧，动作后启动中间继的二次侧，动作后启动中间继电器，其触点闭合后串联信号继电器而接通断路器的跳电器，其触点闭合后串联信号继电器而接通断路器的跳闸线圈闸线圈Y，使断路器跳闸。，使断路器跳闸。 图图2-5 电流速断保护的单相原理接线图电流速断保护的单相原理接线图 接线中采用中

29、间继电器的原因如下：接线中采用中间继电器的原因如下： （1）电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通）电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸线圈跳闸线圈Y，因此，应先启动中间继电器，然后再由中间，因此，应先启动中间继电器，然后再由中间继电器的触点（容量大）去跳闸。继电器的触点（容量大）去跳闸。 （2）当线路上装有管型避雷器时，利用中间继电器）当线路上装有管型避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以防止管型避雷器放来增大保护装置的固有动作时间，以防止管型避雷器放电时引起速断保护误动作，避雷器放电时间为电时引起速断保护误动作，避雷器放电时间为4060ms，中间继电器动作时间为

30、，中间继电器动作时间为6080ms，速断保护的动作时，速断保护的动作时间取决于继电器本身的固有时间，一般小于间取决于继电器本身的固有时间，一般小于100ms。 电流速断保护优缺点：电流速断保护优缺点： 优点是简单可靠、动作迅速，因而获得了广泛的优点是简单可靠、动作迅速，因而获得了广泛的 应用。应用。 缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。接受运行方式变化的影响。三、限时电流速断保护（三、限时电流速断保护（段）段） 由于有选择性的电流速断保护不能保护由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此可以考虑增加一段带时本线路

31、的全长，因此可以考虑增加一段带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护后备，这就是限时电流速断保护 。 对这个保护的要求，首先是在任何情况下对这个保护的要求，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；其次力求具有最小的动作时限，在下一性；其次力求具有最小的动作时限，在下一条线路短路时，保证下一条线路保护优先切条线路短路时，保证下一条线路保护优先切除故障，满足选择性的要求。除故障，满足选择性的要求。

32、1、工作原理和整定计算的基本原则、工作原理和整定计算的基本原则 图图2-6 限时电流速断动作特性的分析限时电流速断动作特性的分析 为了使这一时限尽量短为了使这一时限尽量短 ， 保护保护2的限时电流速的限时电流速断不应超出保护断不应超出保护1的电流速断的范围，因此在单的电流速断的范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的启动电流应整定为侧电源供电的情况下，它的启动电流应整定为 （2-13） .2.1actactII 因为保护因为保护2和保护和保护1安装在不同的地点，使用的是不同安装在不同的地点，使用的是不同的电流互感器和继电器，它们之间的特性很难完全一的电流互感器和继电器，它们之间的特性很难完全一样

33、，因此就必须采用样，因此就必须采用 的整定方法的整定方法 ， 引入可引入可靠系数靠系数 ，则得，则得 （2-14） .2.1actactII.2.1actrelactIKIrelK 对对 ，考虑到短路电流中非周期分量已经衰减，故，考虑到短路电流中非周期分量已经衰减，故可选取得比速断保护的可选取得比速断保护的 小一些，一般取为小一些，一般取为1.11.2。relK relK2、动作时限的选择、动作时限的选择 从以上分析中已得出，从以上分析中已得出， 限时速断的动作时限限时速断的动作时限 应选应选择得比下一条线路速断保护的动作时限择得比下一条线路速断保护的动作时限 高出一个时间高出一个时间阶段阶段

34、 ，即，即 （2-15） 从尽快切除故障的观点看，从尽快切除故障的观点看， 应越小越好，但是为了应越小越好，但是为了保证两个保护之间动作的选择性，其值又不能选择的太保证两个保护之间动作的选择性，其值又不能选择的太小。现以线路小。现以线路B-C上发生故障时，保护上发生故障时，保护2与保护与保护1的配合的配合关系为例，说明确定关系为例，说明确定 的原则如下：的原则如下： 2t 1t t ttt 12 t t t（1）应包括故障线路断路器）应包括故障线路断路器QF的跳闸时间的跳闸时间 （ 从操从操作电流送入跳闸线圈作电流送入跳闸线圈Y的瞬间算起，直到电弧熄灭的的瞬间算起，直到电弧熄灭的瞬间为止），因

35、为在这一段时间里故障并未消除，因瞬间为止），因为在这一段时间里故障并未消除，因此保护此保护2在故障电流的作用下仍处于启动状态。在故障电流的作用下仍处于启动状态。1 .QFt（2）应包括故障线路保护）应包括故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间中时间继电器的实际动作时间比整定值比整定值 要大要大 才能动作（当保护才能动作（当保护1为速断保护时，为速断保护时，保护装置中不用时间继电器，即可不考虑这一影响）。保护装置中不用时间继电器，即可不考虑这一影响）。（3）应包括保护）应包括保护2中时间继电器可能比预定的时间提早中时间继电器可能比预定的时间提早 动作的负误差。动作的负误差。（4）如果保护）如果

36、保护2中的测量元件（电流继电器）在外部故障中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于惯性的影响不能立即返回，切除后，由于惯性的影响不能立即返回， 应包括这一延应包括这一延时时 。（5）应考虑一定的裕度时间）应考虑一定的裕度时间 。 考虑这些因素后，则考虑这些因素后，则 （2-16） 1tt1 . tt2 . tt2 .intrinttQFtttttt2 .2 .1 .1 .rt图图2-7 限时电流速断动作时限的配合关系限时电流速断动作时限的配合关系（a）和下一条线路的速断保护相配合；）和下一条线路的速断保护相配合；（b）和下一条线路的限时速断保护相配合）和下一条线路的限时速断保护相配合

37、对于机电式时间继电器，因误差大，对于机电式时间继电器，因误差大， 应选用应选用0.50.6s；对于数字电路构成的时间；对于数字电路构成的时间继电器，由于精度高，继电器，由于精度高， 选用选用0.35s左右。左右。tt 按照上述原则整定的时限特性如图按照上述原则整定的时限特性如图2-7（a）所示。）所示。由图由图2-7（a）可见，在保护）可见，在保护1电流速断范围内的故障，将电流速断范围内的故障，将以以 的时间被切除，此时保护的时间被切除，此时保护2的限时速断虽然可能启动的限时速断虽然可能启动，但由于，但由于 较较 大一个大一个 ，保护，保护1电流速断动作切除故电流速断动作切除故障后，保护障后，

38、保护2返回，从时间上保证了选择性。返回，从时间上保证了选择性。 如果故障发生在保护如果故障发生在保护2电流速断范围以内，将以电流速断范围以内，将以 的的时间被切除，而当故障发生在速断的范围以外，同时又时间被切除，而当故障发生在速断的范围以外，同时又在线路在线路A-B的范围以内时，则将以的范围以内时，则将以 的时间被切除。的时间被切除。 1t 2t 1t t 2t 2t 由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护后，它们联合工作就可保证全线路范围内的故障断保护后，它们联合工作就可保证全线路范围内的故障都能够在都能够在0.5s或或0.35s的时间

39、内予以切除，在一般情况下的时间内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求，具有这种性能的保护称为该都能够满足速动性的要求，具有这种性能的保护称为该线路的线路的“主保护主保护”。 3、保护装置灵敏性的校验、保护装置灵敏性的校验 为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数灵敏系数 来衡量。来衡量。senK 对于反应于数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系对于反应于数值上升而动作的过

40、量保护装置，灵敏系数的含义是数的含义是 = （2-17） 式（式（2-17）中故障参数（如电流、电压等）的计）中故障参数（如电流、电压等）的计算值，应根据实际情况合理地采用不利于保护动作的算值，应根据实际情况合理地采用不利于保护动作的正常（含正常检修）运行方式和不利的故障类型来选正常（含正常检修）运行方式和不利的故障类型来选定，但不必考虑可能性很小的特殊情况。定，但不必考虑可能性很小的特殊情况。 保 护 范 围 内 发 生 金 属 性 短 路 时 故 障 参 数 计 算 值保 护 装 置 的 动 作 参 数senK 对保护对保护2的限时电流速断而言，即应采用系统最小运的限时电流速断而言，即应采

41、用系统最小运行方式下线路行方式下线路A-B末端发生两相短路电流作为故障参数末端发生两相短路电流作为故障参数的计算值。设此电流为的计算值。设此电流为 ，代入上式中则灵敏系数为，代入上式中则灵敏系数为 （2-18） 为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，对限时电流速断保护应要求作，对限时电流速断保护应要求 1.31.5。 . .mink BI .min.2k BsenactIKI senK 要求灵敏系数大于要求灵敏系数大于1的原因是考虑到当线路末端短路的原因是考虑到当线路末端短路时，可能会出现一些不利于保护启动的因素。而在实际时，可能会出现一些

42、不利于保护启动的因素。而在实际上存在这些因素时，为了使保护仍然能够动作，显然就上存在这些因素时，为了使保护仍然能够动作，显然就必须留一定的裕度，不利于保护启动的因素如下：必须留一定的裕度，不利于保护启动的因素如下： （1）故障点一般不都是金属性短路，而是存在有弧光）故障点一般不都是金属性短路，而是存在有弧光过渡电阻或接地过渡电阻，它将使短路电流减小，因而过渡电阻或接地过渡电阻，它将使短路电流减小，因而不利于保护装置动作；不利于保护装置动作； （2）实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于）实际的短路电流由于计算误差或其他原因而小于计算值；计算值； （3）保护装置所使用的电流互感器，在短路电流

43、通）保护装置所使用的电流互感器，在短路电流通过的情况下，一般都具有负误差，因此使实际流入保过的情况下，一般都具有负误差，因此使实际流入保护装置的电流小于按额定变比折合的数值；护装置的电流小于按额定变比折合的数值； （4）保护装置中的继电器，其实际启动数值可能具）保护装置中的继电器，其实际启动数值可能具有的正误差；有的正误差； （5）考虑一定的裕度。）考虑一定的裕度。 当校验灵敏系数不能满足要求时，就意味当校验灵敏系数不能满足要求时，就意味着真正发生内部故障时，由于上述因素的影着真正发生内部故障时，由于上述因素的影响保护可能启动不了，达不到保护线路全长响保护可能启动不了，达不到保护线路全长的目的

44、，这是不允许的。的目的，这是不允许的。 为了解决这个问题，通常都是考虑降低电流速断为了解决这个问题，通常都是考虑降低电流速断的整定值，即进一步延伸限时电流速断的保护范的整定值，即进一步延伸限时电流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断保护相配围，使之与下一条线路的限时电流速断保护相配合，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路合，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路限时速断的时限再高一个限时速断的时限再高一个 ，一般取为，一般取为s1.2s，按照这个原则整定的时限特性如图，按照这个原则整定的时限特性如图2-72-7（b b）所示，此时）所示，此时 （2-192-19）

45、 因此，保护范围的伸长，必然导致动作时限因此，保护范围的伸长，必然导致动作时限的升高。的升高。t ttt 12 4、限时电流速断保护的单相原理接线图、限时电流速断保护的单相原理接线图图图2-8 限时电流速断保护的单相原理接线图限时电流速断保护的单相原理接线图 它与电流速断保护接线的主要区别是：用时间继电器它与电流速断保护接线的主要区别是：用时间继电器代替了中间继电器，这样当电流继电器动作后，还必代替了中间继电器，这样当电流继电器动作后，还必须经过时间继电器的延时须经过时间继电器的延时 才能动作于跳闸，而如才能动作于跳闸，而如果在果在 以前故障已经切除，则电流继电器立即返回，以前故障已经切除，则

46、电流继电器立即返回，整个保护即恢复原状，而不会形成误动作。整个保护即恢复原状，而不会形成误动作。2t 2t 四、定时限过电流保护（四、定时限过电流保护（段）段） 过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时则能反应于电流的增大该启动，而在电网发生故障时则能反应于电流的增大而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护长，而且也能保护相邻线路的全长，

47、以起到后备保护的作用。的作用。 1、工作原理和整定计算的基本原则、工作原理和整定计算的基本原则 为了保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，为了保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的启动电流必须整定得大于该线路上可能显然保护装置的启动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流出现的最大负荷电流 。然而，在实际上确定保护装。然而，在实际上确定保护装置的启动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护置的启动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置是否能够返回的问题。装置是否能够返回的问题。 max. LI 例如：例如： 图图2-9 选择过电流保护启动电流和动作时间的网选择过

48、电流保护启动电流和动作时间的网 络接线图络接线图 例如在图例如在图2-9所示的网络接线图中，当所示的网络接线图中，当 K1点短路时，点短路时，短路电流将通过保护短路电流将通过保护5、4、3，这些保护都要启动，这些保护都要启动，但是按照选择性的要求应由保护但是按照选择性的要求应由保护3动作切除故障，然动作切除故障，然后保护后保护4和和5由于电流已经减小而立即返回原位。实际由于电流已经减小而立即返回原位。实际上当外部故障切除后，流经保护上当外部故障切除后，流经保护4的电流是仍然在继的电流是仍然在继续运行中的负荷电流。续运行中的负荷电流。 除了上述两原则外，还必须考虑到由于短路时电压降除了上述两原则

49、外，还必须考虑到由于短路时电压降低，变电所低，变电所B母线上所接负荷的电动机被制动，因此，母线上所接负荷的电动机被制动，因此，在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自启动的过在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自启动的过程，电动机的自启动电流大于正常工作电流。引入一个程，电动机的自启动电流大于正常工作电流。引入一个自启动系数自启动系数 来表示自启动时的最大电流来表示自启动时的最大电流 与正常与正常运行时最大负荷电流运行时最大负荷电流 之比，即之比，即 （2-20） 保护保护4和和5在这个电流的作用下必须立即返回，为此应使在这个电流的作用下必须立即返回，为此应使保护装置的返回电流保护装置的返回

50、电流 大于大于 。引入可靠系数，则。引入可靠系数，则 （2-21） MsK.maxMsI max.LI reI .maxMsI.max.maxrerelMsrelMs LIK IK K I .max.maxMsMsLIKI 由于保护装置的启动与返回是通过电流继电器实现的由于保护装置的启动与返回是通过电流继电器实现的,因此，继电器返回电流与启动电流之间的关系也就代表着因此，继电器返回电流与启动电流之间的关系也就代表着保护装置返回电流与启动电流之间的关系。根据式保护装置返回电流与启动电流之间的关系。根据式(2-7)引引入继电器的返回系数入继电器的返回系数 ，则保护装置的启动电流为，则保护装置的启动

51、电流为 (2-22) 式中式中 可靠系数，一般采用可靠系数，一般采用1.15-1.25； 自启动系数，数值大于自启动系数，数值大于1，应由网络具体接线，应由网络具体接线和负荷性质确定；和负荷性质确定；relMsactre.maxrereKK1IIIKKL relK MsK reK 电流继电器的返回系数，对机电型继电器一般采电流继电器的返回系数，对机电型继电器一般采用用0.85，而对静态型继电器则可采用，而对静态型继电器则可采用0.9-0.95。 由式（由式（2-22）可见，）可见，当当 越小时，保护装置的启动越小时，保护装置的启动电流越大，其灵敏性就越差电流越大，其灵敏性就越差，这是不利的。这

52、就是为什，这是不利的。这就是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。么要求过电流继电器应有较高的返回系数的原因。 reKreK 2、按选择性的要求整定过电流保护的动作时限、按选择性的要求整定过电流保护的动作时限 图图2-10 单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明 如图如图2-10所示，假定在每个电气元件上装有过电流保所示，假定在每个电气元件上装有过电流保护，各保护装置的启动电流均按照躲开被保护元件上护，各保护装置的启动电流均按照躲开被保护元件上各自的最大负荷电流来整定，这样当各自的最大负荷电流来整定，这样当 K1点短路时，点短

53、路时，保护保护15在短路电流的作用下都可能启动，但要满足在短路电流的作用下都可能启动，但要满足选择性的要求，应该只有保护选择性的要求，应该只有保护1动作切除故障，而保动作切除故障，而保护护25在故障切除之后立即返回，这个要求只有依靠在故障切除之后立即返回，这个要求只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足。使各保护装置带有不同的时限来满足。 保护保护1位于电网的最末端，只要电动机内部故障，它位于电网的最末端，只要电动机内部故障，它就可以瞬时动作予以切除，就可以瞬时动作予以切除， 即为保护装置本身的固有动即为保护装置本身的固有动作时间。对保护作时间。对保护2，为了保证，为了保证 点短路时动作的选择

54、性点短路时动作的选择性,应整定其动作时限应整定其动作时限 ，引入时间阶段，引入时间阶段 ，则保护，则保护2的动作时限为的动作时限为 保护保护2的时限确定以后，当的时限确定以后，当 短路时，它将以短路时，它将以 的的时限切除故障，此时为了保证保护时限切除故障，此时为了保证保护3动作的选择性，又必动作的选择性，又必须整定须整定 ，引入，引入 后，则得后，则得 依此类推，保护依此类推，保护4、5的动作时限分别为的动作时限分别为 1t 1k 12tt t ttt122k2t 23tt t ttt23tttttt4534 如果相邻元件不是一个，任一过电流保护的如果相邻元件不是一个，任一过电流保护的动作时

55、限，为了保证选择性应选择得比相邻各元动作时限，为了保证选择性应选择得比相邻各元件保护的动作时限均高出至少一个件保护的动作时限均高出至少一个 。例如图。例如图2-9所示的网络中，如果所示的网络中，如果 则保护则保护4的动作时的动作时限为限为 式中式中 1号（电动机）保护动作时间；号（电动机）保护动作时间； 2号（变压器）保护的动作时间；号（变压器）保护的动作时间； 3号（线路号（线路B-C）保护的动作时间。）保护的动作时间。 t 123ttt ttt341t 2t 3t 这种保护的动作时限，经整定计算确定之后，这种保护的动作时限，经整定计算确定之后，即由专门的时间继电器予以保证，其动作时即由专门

56、的时间继电器予以保证，其动作时限与短路电流的大小无关，因此称为定时限限与短路电流的大小无关，因此称为定时限过电流保护。保护的单相式原理接线图与图过电流保护。保护的单相式原理接线图与图2-8相同。相同。 当当故障越靠近电源端时，短路电流越大，而故障越靠近电源端时，短路电流越大，而由图由图2-10可见，过电流保护切除故障的时限反而可见，过电流保护切除故障的时限反而越长越长。正是由于这个原因，电网中广泛采用电流。正是由于这个原因，电网中广泛采用电流速断和限时电流速断作为本线路的速断和限时电流速断作为本线路的主保护主保护，以快，以快速切除故障，而利用过电流保护作为本线路和相速切除故障，而利用过电流保护

57、作为本线路和相邻元件的邻元件的后备保护后备保护。由于它作为相邻元件后备保。由于它作为相邻元件后备保护的作用是在远处实现的，因此属于远后备保护护的作用是在远处实现的，因此属于远后备保护. 由以上分析可以看出，处于电网终端附近的保由以上分析可以看出，处于电网终端附近的保护装置（如图护装置（如图2-10中的过电流保护中的过电流保护1和和2），其），其动作时限并不长，因此，它就可以作为主保护动作时限并不长，因此，它就可以作为主保护兼后备保护，而无须再装电流速断或限时电流兼后备保护，而无须再装电流速断或限时电流速断保护。速断保护。 3、过电流保护灵敏系数的校验、过电流保护灵敏系数的校验 过电流保护灵敏系

58、数的校验仍采用式（过电流保护灵敏系数的校验仍采用式（2-18），当过），当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路电流进行校验，要求式下本线路末端两相短路电流进行校验，要求 。当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行。当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路电流进行校验，此时要方式下相邻线路末端两相短路电流进行校验，此时要求求 。 senK1 .31 .5 2 . 1Ksen 在后备保护之间，只有当灵敏系数和动在后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时间都相互配合时，才能切实保证动作的作时

59、间都相互配合时，才能切实保证动作的选择性，这一点在复杂网络的保护中尤其应选择性，这一点在复杂网络的保护中尤其应该注意。以上要求同样适用于以后要讲的零该注意。以上要求同样适用于以后要讲的零序序段和距离段和距离段保护。段保护。 当过电流保护的灵敏系数不能满足要求当过电流保护的灵敏系数不能满足要求时，应该采用性能更好的其它保护方式。时，应该采用性能更好的其它保护方式。五、阶段式电流保护的应用及对它的评价五、阶段式电流保护的应用及对它的评价 由于电流速断保护不能保护线路全长，限时由于电流速断保护不能保护线路全长，限时电流速断保护又不能作为相邻元件的后备保护。电流速断保护又不能作为相邻元件的后备保护。因

60、此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常将因此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常将电流速断、限时电流速断保护和过电流保护组合电流速断、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时可以在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时可以只采用速断保护加过电流保护，或限时速断保护只采用速断保护加过电流保护，或限时速断保护加过电流保护，也可以三者同时采用。加过电流保护，也可以三者同时采用。 图图2-11 阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图 以图以图2-11所示的网络接线为例予以说明。在电网所示的网络接线为例予以说明。在电网的最末端是电