电力系统继电保护——单侧电源相间短路的电流保护

1、电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理主讲教师：范春菊主讲教师：范春菊2.电网的电流保护和方向性电流电网的电流保护和方向性电流保护保护2.电网的电流保护和方向性电流保护电网的电流保护和方向性电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.2 电网相间短路的方向性电流保护2.3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护2.4 中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护什么是电流保护什么是电流保护电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态（增大）而动作的（增大）而动作的 针对相间故障针对相间故障 2.1 单侧电源网络相间短路电

2、流保护 2.2 电网相间短路的方向性电流保护针对接地故障针对接地故障 2.3 中性点直接接地电网接地短路的电流保护 2.4 中性点非直接接地电网单相接地的电流保护2.1 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2.1.1 电流继电器2.1.2 电流速断保护2.1.3 限时电流速断保护2.1.4 定时限过电流保护2.1.5 阶段式电流保护2.1.7 电流保护的接线方式2.1.8 三段式电流保护的接线图2.1.1 电流继电器电流继电器电流继电器的工作原理电流继电器的工作原理MeasureactII继电器动作条件：reI使继电器返回的最大电流值，称为返回电流返回电流actI使继电

3、器刚刚能够动作的最小电流值，称为继电器的启动电流继电特性和返回系数继电特性和返回系数继电特性要点：1) 永远处于动作或返回状态，无中间状态2) 动作电流不等于返回电流，防止触点抖动1rereactIKI返回系数：2.1.2 电流速断保护电流速断保护（电流（电流段保护）段保护）电流速断保护的定义仅仅反映于电流的增大而动作的保护。单侧电源网络的特点单侧电源网络的特点电流的流向固定，由电源流向负荷电流的流向固定，由电源流向负荷在在35kV以下的配网当中非常普遍，特别是以下的配网当中非常普遍，特别是10kV网络，基本上是辐射状供电的网络，基本上是辐射状供电的 随着对供电可靠性要求的提高，网络单侧电源供

4、电的方式将越来越少 在负荷转移时，可能存在短时的双电源或多电源供电一般还存在分支一般还存在分支短路电流特征分析短路电流特征分析(3):kSkEkIZZ(2)3:*2AkBkCSkEkIIZZ (1,0)103:2AkAEkIZZ220120(1,1)220120():()kBkkCkZaZIIaZZkZa ZIIaZZ补充概念补充概念最大运行方式最小运行方式区内故障区外故障保护范围内保护范围外大方式和小方式大方式和小方式当负荷较大时，由三个当负荷较大时，由三个电源一起供电，则属于电源一起供电，则属于大方式大方式 大方式和小方式是相对而言的 当发生短路时，大方式下短路电流大，而小方式下短路电流小

5、 电流速断保护的目的和原理电流速断保护的目的和原理目的：反应本线路的相间短路故障目的：反应本线路的相间短路故障考虑各种误差的影响，仅靠短路电流幅值无法分辨k1和k2两处短路以保护2为例，当本线路末端k1点短路时，希望速断保护2能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路B-C的始端k2点短路时，按照选择性要求，速断保护2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护1动作切除。然而，保护2是无法从短路电流的数值区分d1点和d2点短路的。整定原则整定原则保证选择性保证选择性IkactII为短路电流 IactI为继电保护的整定值 IImaxactrelkIKImaxkI是指本线路末端发生短路时可能出现的最大短路电

6、流，即在最大运行方式下发生三相短路时的短路电流 IrelK为可靠系数，一般取1.21.3 kI动作判据： 又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定引入可靠系数引入可靠系数确保不误动确保不误动实际短路电流大于理论计算值对瞬时动作保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响电流继电器的实际起动电流可能小于整定值考虑最不利的情况，留有必要的裕度整定原则整定原则保护的二次侧整定值保护的二次侧整定值IactI为继电保护的一次侧整定值 TAn保护安装处电流互感器的变比conK为电流保护的接线系数，与电流保护的接线方式有关计算出保护的一次动作电流后，还需要求出继电器的

7、二次动作电流IIact.mactconTAIIKn仪用互感器的讨论仪用互感器的讨论-作用作用实现一次与二次系统的电的隔离，不影响一次系统的正常工作；将变电所或者电厂的高电压和大电流按比例降低；便于改变保护的整定值；实现信号的综合-变成相应的电压量以进行比较。电流互感器电流互感器-等值电路等值电路 主要作用是将一次系统高电压电路上的大电流，准确地变换为二次低电压电路上的小电流（额定值为5A或1A）；同时，它还具有高、低电压电路的隔离作用，以保障二次设备和工作人员的安全。1U2U2Z1Z1II2ILZZ12=0LLZZZZ可能小于 或，甚至，电流互感器电流互感器-向量图向量图电流互感器的两个基本误

8、差：一是变比误差另一个是角度误差I电流互感器电流互感器-误差分析（幅值）误差分析（幅值）（1）变比误差 定义 10% 由于误差 一般很小，所以变比误差可近似写成121100%IIII 11cossinuuIIIII 当 ，即二次侧为纯阻性负荷时，变比误差最小；当 ，即二次侧为纯感性负荷时，变比误差最大。0a 90a 电流互感器电流互感器-10%的误差曲线的误差曲线电流互感器电流互感器-误差分析（角度）误差分析（角度）（2）角度误差 由于角度误差 很小，所以可近似表示为11sincos(rad)57.3cos( )uuIIII当 ，即二次侧为纯阻性负荷时，变比误差最大；当 ，即二次侧为纯感性负荷

9、时，变比误差最小。一般来说，角度误差小于0a 90a 7电压互感器电压互感器 将电力系统的高压电在二次侧准确地变换为继电保护及仪表所允许电压，使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反应电力系统中高电压设备的运行情况；同时它还具有高、低电压电路的隔离作用，以保障二次设备和工作人员的安全。LI2I2U1UU1I Z.221()IZZ12222121221()()uuUUI ZIIZUI ZIZZ 幅值误差和角度误差都非常小，一般来说，幅值误差小于1% 电流速断保护的保护范围（灵敏性）电流速断保护的保护范围（灵敏性） 保护范围的校验保护范围的校验电流速断保护的目的是反应本线路的相间短路故障

10、，因此应按照如下标准校验灵敏度： 在系统最小运行方式下发生相间短路时，电流速断保护的保护范围应不小于不小于1520%讨论讨论保护范围受哪些因素影响保护范围受哪些因素影响系统的运行方式故障类型三相短路和两相相间短路最大运行方式下的保护范围的求取最小运行方式下的保护范围的求取电流速断保护（电流速断保护（I段）的动作时限段）的动作时限一般情况下，可以认为0S，实际上的动作时间为0.02-0.06SI10.1tS单相原理接线图单相原理接线图采用闭锁的原因：某些特殊情况下继电保护需要闭锁跳闸回路，设置闭锁环节。以前是采用中间继电器：1)增大继电器触点容量，以驱动跳闸2)增大保护装置固有动作时间(0.06

11、0.08s)，防止避雷器放电(0.040.06s)时误动保护评价保护评价优点：简单可靠，动作迅速优点：简单可靠，动作迅速 缺点：不能保护线路的全长，保护范围直接受系缺点：不能保护线路的全长，保护范围直接受系统运行方式变化的影响。统运行方式变化的影响。特例：特例： 当系统运行方式变化很大或者被保护线路的长度很短时，可能没有保护范围 当应用于线路-变压器组时，可按躲开变压器低压侧线路出口处短路来整定，其保护范围可保护线路全长 运行方式变化对保护范围的影响运行方式变化对保护范围的影响 2A B1LkI.2actI 线路长短不同时，对保护范围的影响线路长短不同时，对保护范围的影响 用于线路用于线路-变

12、压器组的电流速断保护变压器组的电流速断保护2.1.3 限时电流速断保护限时电流速断保护（电流（电流段保护）段保护）限时电流速断保护-既反映于电流的增大，同时又限定动作时间的保护，可以保护线路的全长的保护。 限时电流速断保护的目的和原理限时电流速断保护的目的和原理目的：反应本线路速断保护范围以外的相间故障IIIII.2.1actrelactIKI动作电流的整定动作电流的整定IIIIIIII,2,1. .maxactrelactrelrelk CIK IK K IIIrelK为限时电流速断保护的可靠性系数，一般为1.11.2 动作时限的整定动作时限的整定21IIIttt t通常取0.5s，保证保护

13、的选择性，保证保护以可靠返回动作时限的配合关系动作时限的配合关系电流段和段保护联合工作，能够保证全线路范围内的相间故障都能够在段时限内切除，构成该线路的主保护灵敏性校验灵敏性校验对于过量保护，灵敏性的定量计算方法：对于过量保护，灵敏性的定量计算方法：灵敏性灵敏性：按最小方式下，线路末端两相短路时的短路电流进行校验. .min. .minsenIIIII,2. .maxk Bk Bactrelrelk CIIKIK K Isen1.31.5KsenK保护范围末端发生金属性短路故障参数计算值保护整定值灵敏度不满足时灵敏度不满足时灵敏度不满足要求时，在发生内部故障时保护灵敏度不满足要求时，在发生内部

14、故障时保护可能不动作可能不动作灵敏度不满足时灵敏度不满足时整定值调整整定值调整IIIIIIIIIIIIIIII.2,1,3,maxactrelactrelrelactrelrelrelk DIKIK KIK K KI需要进一步延伸限时电流速断保护的保护范围，需要进一步延伸限时电流速断保护的保护范围，按照下一线路的限时电流速断保护来整定按照下一线路的限时电流速断保护来整定灵敏性不满足时灵敏性不满足时时限调整时限调整当按照下一线路的限时电流速断保护来整定时，需要进当按照下一线路的限时电流速断保护来整定时，需要进一步增加延时一步增加延时 ，以同时满足选择性的要求，即：，以同时满足选择性的要求，即：2

15、112IIIIIttttt 单相原理接线图单相原理接线图保护评价保护评价限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长与与段保护段保护配合，可在较短时间内切除全线路范围内任何点相间故障可作为线路的主保护主保护优点：可保护本线路全长；可作为优点：可保护本线路全长；可作为段的近后备段的近后备缺点：速动性差（有延时）缺点：速动性差（有延时）2.1.4 定时限过电流保护定时限过电流保护（电流（电流段保护）段保护）定义：按照躲开最大负荷电流的一种电流保护，可以保护本线路和相邻线路的全长，同时又具有确定的动作时限的保护。 定时限过电流保护的目的和原理定时限过电流保护的目的

16、和原理目的：不仅能保护本线路的全长，而且也能保不仅能保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用动作电流的整定动作电流的整定 IIIIIImaxrerelssactLrereIK KIIKK为可靠性系数，一般为1.151.25 .maxLI为电动机的自启动系数，跟电动机的数目有关 ，一般取1.5按照躲开最大负荷电流来整定外部故障切除后电动机自起动时，应可靠返回IIIrelKSSK为最大负荷电流 动作时限的整定动作时限的整定按阶梯原则来整定按阶梯原则来整定动作时限的整定动作时限的整定保护4既要与相邻线路上的保护3配合，也要和相邻元件（电

17、动机、变压器）的保护配合灵敏性校验灵敏性校验近后备近后备minsenIIIkactIKIsen1.31.5K1 (1)作为近后备时 采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流来校验灵敏性校验灵敏性校验远后备远后备minsenIIIkactIKIsen1.2K(2)作为远后备时 采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流来校验1 保护评价保护评价段保护的动作电流比段、段的小得多，因此灵敏性更高保护范围是本线路和相邻下一线路的全长可作为本线路的近后备和相邻元件的远后备故障越靠近电源端时，短路电流越大，但是过电流保护的动作时限反而越长段保护处于电网终端附近时，其动作时限并不长，可作为主保护兼后

18、备保护2.1.5 阶段式电流保护的总结及阶段式电流保护的总结及评价评价阶段式电流保护阶段式电流保护“四性四性”的讨论的讨论电流段：按躲开本线路末端的最大短路电流来整定；不能保护线路全长电流段：按躲开下一级相邻元件速断保护的动作电流来整定；不能作为相邻元件的后备电流段：按躲开最大负荷电流来整定；动作时限较长阶段式电流保护：为保证选择性和速动性，将电流段、 段和段联合起来工作 阶段式电流保护的配合阶段式电流保护的配合-定值的配合定值的配合15432M或或I IIIIIIIIIIII IIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIII 阶段式电流保护的配合阶段式电流保

19、护的配合-动作时限的配合动作时限的配合阶段式电流保护的单相原理图阶段式电流保护的单相原理图优点和缺点优点和缺点优点：简单、可靠，广泛应用于35kV及以下较低电压的网络中缺点：直接受电网接线和运行方式变化的影响 整定值必须按系统最大运行方式选择 灵敏性必须用系统最小运行方式来校验2.1.7 电流保护的接线方式电流保护的接线方式电流保护接线方式的定义：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型接线方式三相星型接线方式.actact mTAIIn继电器上的起动电流：两相星型接线方式两相星型接线方式两相三接线方式两相三接线方式测量B相电流，提高灵敏度 两种接线方式的性能分析两种接线方式的性能

20、分析(1)对各种相间短路相同之处：均能正确反应不同之处：动作的继电器个数不同对单相接地短路需要区分中性点直接接地系统（单相接地立即跳闸）和非直接接地系统（单相接地允许继续短时运行）两种接线方式的性能分析两种接线方式的性能分析(2)中性点直接接地系统的单相接地短路三相星型接线可反应各种单相接地故障两相星型接线不能反映B相接地故障两种接线方式的性能分析两种接线方式的性能分析(3)非直接接地系统串联线路的异地两点接地短路采用三相星型接线时，100%有选择地切除B-C采用两相星型接线时，有2/3的机会有选择地切除B-C两种接线方式的性能分析两种接线方式的性能分析(4)非直接接地系统的放射线路两点接地短路采用三相星型接线时，若t1=t2，将同时切除两条线路采用两相星型接线时，有2/3的机会仅切除一条线路在在Y,d11接线变压器后两相短路时接线变压器后两相短路时(1)在在Y,d11接线变压器后两相短路时接线变压器后两相短路时(2)过电流保护接在降压变压器的高压侧，以作为低压侧线路故障的后备保护采用三相星