第二章 2.1节

1、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当输电线路发生相间短路时，电流会突然增大，当输电线路发生相间短路时，电流会突然增大，故障的相间电压会下降。利用电流增大这一特征，故障的相间电压会下降。利用电流增大这一特征，可以构成电流保护。可以构成电流保护。电流保护（在其构成上）主要包括：电流保护（在其构成上）主要包括：无时限电流速断保护（电流速断保护）：无时限电流速断保护（电流速断保护）：限时电流速断保护：限时电流速断保护：定时限过电流保护：定时限过电流保护：2.1.1 2.1.1 继电器继电器继电器的分类：继电器的分类：按动作原理分按动作原理分：电磁型、感应性、整流

2、型、电子型和数字型：电磁型、感应性、整流型、电子型和数字型等等按反应的物理量分按反应的物理量分：电流继电器、电压继电器、功率方向继：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率继电器和气体（瓦斯）继电器等。电器、阻抗继电器、频率继电器和气体（瓦斯）继电器等。按继电器在保护回路中所起的作用分按继电器在保护回路中所起的作用分：启动继电器、量度继：启动继电器、量度继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器盒出口继电器电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器盒出口继电器等。等。电流继电器是实现电流保护的基本元件。电流继电流继电器是实现电流保护的基本元件。电流继电器是反应于一个电气量而动作的

3、简单继电器的电器是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型。典型。基本要求：基本要求：工作可靠，动作过程具有工作可靠，动作过程具有“继电特性继电特性” 动作值误差小，功率损耗小，动作迅速，热动作值误差小，功率损耗小，动作迅速，热 稳稳 定性好，抗干扰能力强。定性好，抗干扰能力强。（1 1）继电器的）继电器的动作条件动作条件：为使继电器动作，必须增为使继电器动作，必须增大电流，通过增大电流来增大电磁转矩，当电磁转大电流，通过增大电流来增大电磁转矩，当电磁转矩大于弹簧的作用力矩及摩擦力矩之和时，保护动矩大于弹簧的作用力矩及摩擦力矩之和时，保护动作作动作电流动作电流：使断路器动作的最小电流值，称为继

4、电：使断路器动作的最小电流值，称为继电器的动作电流（启动电流）器的动作电流（启动电流）（2 2）继电器的）继电器的返回条件返回条件：继电器动作后，当电流：继电器动作后，当电流减少时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电减少时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电器返回，弹簧的作用力矩必须大于电磁力矩和摩擦器返回，弹簧的作用力矩必须大于电磁力矩和摩擦力矩之和。力矩之和。返回电流返回电流：使继电器返回原位的最大电流值称为继电：使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流。器的返回电流。（3 3）继电特性继电特性：无论动作或返回，继电器从起始位：无论动作或返回，继电器从起始位置到终止位置突发性的

5、，他不可能停留在某一个中间置到终止位置突发性的，他不可能停留在某一个中间位置。位置。2.1.2 2.1.2 单侧电源相间短路时电流量值特性单侧电源相间短路时电流量值特性目前我国运行的电网，采用较多的电压等级有目前我国运行的电网，采用较多的电压等级有500500、330330、220220、110110、6666、3535、1010、6KW6KW和和380/220V380/220V在单侧电源供电的网络中，有电力系统分析课程知识可知：在单侧电源供电的网络中，有电力系统分析课程知识可知：短路工频分量：短路工频分量： 两相短路两相短路：三相短路三相短路：(2).max132kskEIZZ l(3).m

6、in.min1kskskEEIZZZZ l 在相同地点发生相同类型的短路时，流过保护安在相同地点发生相同类型的短路时，流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大系统最大运行方式。运行方式。 在相同点发生相同类型的短路时，流过保护安装在相同点发生相同类型的短路时，流过保护安装处的电流值最小，对继电保护而言称为处的电流值最小，对继电保护而言称为系统最小系统最小运行方式。运行方式。 最大短路电流：最大短路电流：在最大运行方式下，三相短路时通在最大运行方式下，三相短路时通过保护装置的电流为最大，称之为最大短路电流。过保护装置的电流为最大，称之为最大短路电流。

7、 最小短路电流：最小短路电流：在最小运行方式下，两相短路时通在最小运行方式下，两相短路时通过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路电流。电流。 2.1.3 2.1.3 电流速断保护电流速断保护 1. 1.工作原理工作原理：对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保：对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为护，称为电流速断电流速断保护。它是三段保护的第保护。它是三段保护的第段。（分析段。（分析图图2.32.3）解决这个矛盾可以有两种方法：解决这个矛盾可以有两种方法： （1 1）优先保证动作的选择性，即躲开下一条线路出）优先保证动作的选择性，即躲开下一

8、条线路出口处短路的条件整定。口处短路的条件整定。 （2 2）采用无选择性的速断保护）采用无选择性的速断保护 。 2. 2.保护装置的整定保护装置的整定 保护装置的启动电流保护装置的启动电流：对因电流升高而动作的电流：对因电流升高而动作的电流保护来讲，使启动保护装置的最小电流值称为保护装保护来讲，使启动保护装置的最小电流值称为保护装置的启动值。置的启动值。 保护装置的启动值是用电力系统一次侧的参数表示的，保护装置的启动值是用电力系统一次侧的参数表示的，其表达意义是：当在被保护线路的一次侧电流达到这其表达意义是：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动。个数值时

9、，安装在该处的这套保护装置就能够启动。保护装置的整定保护装置的整定 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，确定保护装置的启动值（一般指电力系统一次侧参数）、灵敏装置的启动值（一般指电力系统一次侧参数）、灵敏性、动作时限等过程。性、动作时限等过程。 3. 3. 整定计算整定计算 （1 1）动作电流：）动作电流： 整定原则：整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口处通过保护的最大短路电流（最大运行方式下的三相短路处通过保护的最大短路电流（最大运行方式下的三相短路电流）来整定。电流）来整定。 实际上也可以

10、称为实际上也可以称为“躲开本线路末端的最大短路电流来整躲开本线路末端的最大短路电流来整定定”(3).1. .max.setrelK BIKI（2 2）动作时限）动作时限：t=0t=0（3 3）保护范围的校验（灵敏性）保护范围的校验（灵敏性） 在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流对应的短在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流对应的短路区域就是保护范围。路区域就是保护范围。 当系统为最大运行方式时，电流速断的保护范围为最大；当系统为最大运行方式时，电流速断的保护范围为最大； 当系统为最小运行方式下的两相短路时，电流速断保护当系统为最小运行方式下的两相短路时，电流速断保护的保护范围最小。的保护

11、范围最小。 一般情况下，应按最小运行方式下的两相短路电流来校一般情况下，应按最小运行方式下的两相短路电流来校验其保护范围。验其保护范围。最大保护范围最大保护范围：Lmax50%L最小保护范围最小保护范围：Lmin（1520）%L若若Lmin 15%L，则一般认为保护装置的意义不大，也就，则一般认为保护装置的意义不大，也就是无意义。是无意义。4.4.电流速断保护的构成：电流速断保护的构成：评价评价 优点优点：动作速度快，接线简单；：动作速度快，接线简单； 缺点缺点：不能保护线路全长，保护范围受运行方式的影：不能保护线路全长，保护范围受运行方式的影 响。响。 小结小结： 仅靠动作电流值来保证其选择

12、性；仅靠动作电流值来保证其选择性； 能无延时的保护本线路的一部分（不是一个完整能无延时的保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）的电流保护） 2.1.4 2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 限时电流速断保护（也称为电流限时电流速断保护（也称为电流段），能以较小的段），能以较小的时限快速切除全线路范围内的故障的保护。时限快速切除全线路范围内的故障的保护。 1. 1.工作原理：工作原理： （1 1）要求要求：在任何情况下都能保护本线路的全长，并具：在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性；有足够的灵敏性； 在满足上述条件的前提下，具有最小的动作时限。在满足上述条件的前提下

13、，具有最小的动作时限。 （2 2）特点特点：能保护线路全长，快速切除故障，兼做电流：能保护线路全长，快速切除故障，兼做电流速断保护的后备保护。速断保护的后备保护。（3 3）工作原理：）工作原理： 保护范围必须延伸到保护范围必须延伸到下一级线路中去，当下一级线路中去，当下一条线路出口处发下一条线路出口处发生短路时，保护动作；生短路时，保护动作； 为了保证动作的选择为了保证动作的选择性，就必须使保护的性，就必须使保护的动作带有一定的时限；动作带有一定的时限； 为了尽量缩短时限，为了尽量缩短时限，起保护范围不超出下起保护范围不超出下一条线路速断保护的一条线路速断保护的范围。范围。 2. 2.限时电流

14、速断保护的整定限时电流速断保护的整定 （1 1）启动电流的整定）启动电流的整定 整定原则：整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路保护装置的启动电流应按躲开下一条线路电流速断保护范围末端发生短路时最大短路电流（或电流速断保护范围末端发生短路时最大短路电流（或躲过下一条线路电流躲过下一条线路电流段的整定值）来整定。段的整定值）来整定。.2.1setrelsetIKI（2 2）动作时限）动作时限 应比下一条线路速断保护的动作时限高出一个时间阶应比下一条线路速断保护的动作时限高出一个时间阶梯梯t t 一般一般t t取取0.5s0.5s21tttt （3 3）灵敏性校验）灵敏性校验 为了能够保护

15、本线路的全长，限时电流速断保护必须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时，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。具有足够的反应能力。 通常用灵敏系数来衡量通常用灵敏系数来衡量 保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值保护范围内发生金属性短路时故障参数的最小计算值 Ksen = 保护装置的动作参数保护装置的动作参数 灵敏系数的计算灵敏系数的计算 一般采用最小运行方式下发生两相短路时短路电流来计算，一般采用最小运行方式下发生两相短路时短路电流来计算，即即.min.2.21.31.5k BsetsetIKI3. 3

16、. 限时电流速断保护的构成限时电流速断保护的构成4. 4. 小结小结限时电流速断保护的保护范围大于本线路的全长；限时电流速断保护的保护范围大于本线路的全长；依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性；依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性；与与段共同构成被保护线路的主保护，在本线路的前段共同构成被保护线路的主保护，在本线路的前 半部分兼作第半部分兼作第段的后备保护。段的后备保护。 优点优点：可保护本线路全长；：可保护本线路全长； 可作为可作为段的近后备保护；段的近后备保护； 缺点缺点：速动性差（有延时）。：速动性差（有延时）。 2.1.5 2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护 定时限过

17、电流保护（也称电流定时限过电流保护（也称电流段保护）：指启动电段保护）：指启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护。流按照躲开最大负荷电流来整定的保护。 作用：作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一作用：作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护。线路保护的远后备保护。 1. 1.工作原理工作原理 正常时不应该动作，短路时起动并以时间来保证正常时不应该动作，短路时起动并以时间来保证动作的选择性。动作的选择性。 2. 2.整定计算整定计算 （1 1）动作电流）动作电流 整定原则：整定原则：按躲过本线路中最大负荷电流来整定，同时保按躲过本线路中最大负荷电流来整定，同时保证在外部

18、故障切除后，保护装置能够返回。证在外部故障切除后，保护装置能够返回。 动作电流：动作电流： （2 2）动作时限的选择）动作时限的选择 保护装置的选择性只有依靠使各保护装置带有不同的时限保护装置的选择性只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足；来满足； 按阶梯原则整定，即按阶梯原则整定，即 t t上上 = t = t下下 + + t t 动作时限与流过电流大小无关。动作时限与流过电流大小无关。.1.maxrelsssetlreKKIIK动作时间：动作时间：4321ttttttt21ttt32ttt43 一般来说，任一过电流保护的动作时限，应选择的比相邻各元件保护的动一般来说，任一过电流保护的动作

19、时限，应选择的比相邻各元件保护的动作时限均高出至少一个作时限均高出至少一个tt，只有这样才能充分保证动作的选择性。，只有这样才能充分保证动作的选择性。 即：即：t t上上 = max = max（t t（1 1、2 2、3.3.） 下下 ）+ + t t 3.3.灵敏性校验灵敏性校验（1 1）作为近后备：采用最小运行方式下本线路末端）作为近后备：采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的短路电流来校验。即两相短路时的短路电流来校验。即（2 2）作为远后备：采用最小运行方式下相邻线路末）作为远后备：采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验。即端两相短路时的电流进行校验。即. .min

20、.1.11.3k BsetsetIKI. .min.1.11.2k CsetsetIKI4. 4. 定时限过电流保护的单相原理接线定时限过电流保护的单相原理接线小结：小结：第第段的动作电流比第段的动作电流比第、段的动作电流小的多，段的动作电流小的多， 其灵敏度比其灵敏度比、段高。段高。 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都相互配合在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都相互配合 时，才能保证选择性；时，才能保证选择性； 保护范围是本线路和相邻下一条线路全长；保护范围是本线路和相邻下一条线路全长； 电网末端第电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固段的动作时间可以是保护中所有元件的固

21、有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保 护；末级线路保护亦可简化（护；末级线路保护亦可简化（ + + 或或+），越接），越接 近电源，动作时间越长，应设三段式保护近电源，动作时间越长，应设三段式保护2.1.6 2.1.6 阶段式电流保护的配合及评价阶段式电流保护的配合及评价一、阶段式电流保护的配合一、阶段式电流保护的配合为了保证迅速而有选择地切除故障，常常将电流速断为了保证迅速而有选择地切除故障，常常将电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组合在保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组合在一起，构成一起，构成阶段式电流保护阶

22、段式电流保护。阶段式电流保护的配合实质上是电流阶段式电流保护的配合实质上是电流段保护、电流段保护、电流段保护、电流段保护、电流段保护之间的配合，以及上下级线段保护之间的配合，以及上下级线路之间的配合。路之间的配合。阶段式电流保护的配合是依靠阶段式电流保护的配合是依靠保护范围保护范围和和动作时间动作时间来来满足选择性的要求。满足选择性的要求。阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图二、对阶段式电流保护的评价二、对阶段式电流保护的评价选择性选择性： 在单侧电源辐射网中，保护具有较好的选择性（靠动在单侧电源辐射网中，保护具有较好的选择性（靠动作电流、动作时限），但是在多电源或单电源环网等作电流、动

23、作时限），但是在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性复杂网络中可能无法保证选择性灵敏性灵敏性： 受运行方式的影响较大，往往满足不了要求受运行方式的影响较大，往往满足不了要求电流保电流保护的缺点护的缺点 例：第例：第段：运行方式变化较大且线路较短，可能使保护段：运行方式变化较大且线路较短，可能使保护范围为零；范围为零； 第第段：长线路重负荷（段：长线路重负荷（Iop增大，增大，Ik k减小），灵敏性不满减小），灵敏性不满足要求。足要求。速动性速动性： 第第、段满足；段满足； 第第段越靠近电源，动作时限越长段越靠近电源，动作时限越长缺点缺点可靠性可靠性： 线路越简单，可靠性越高线路越简

24、单，可靠性越高优点优点应用：应用：35KV35KV及以下的单电源网络中；及以下的单电源网络中；电流速断保护适用于电流速断保护适用于110KV110KV以上的电压等级中作以上的电压等级中作辅助保护辅助保护2.1.7 2.1.7 电流保护的接线方式电流保护的接线方式一、定义：一、定义： 指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。接方式。接线系数接线系数指流入电流继电器的电流与电流互感器二次指流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电流的比值。侧电流的比值。二、常用的两种接线方式二、常用的两种接线方式： 三相星形接线和两相星形接线三相星形接线和

25、两相星形接线1.1.三相星形接线方式三相星形接线方式特点：特点：每相均装有电流互感每相均装有电流互感器和电流继电器，均为器和电流继电器，均为Y Y形接线；形接线； 三个继电器的触点并三个继电器的触点并联（或）联（或）接线系数为接线系数为1 1；可以反应各种相间短可以反应各种相间短路和中性点直接接地电路和中性点直接接地电网中的单相接地短路网中的单相接地短路2. 2. 两相星形接线方式两相星形接线方式特点：特点：仅在两相上装有电流仅在两相上装有电流互感器和电流继电器，互感器和电流继电器，构成不完全构成不完全Y Y形接线；形接线； 电流继电器的触点并电流继电器的触点并联（或），通常接联（或），通常接

26、A A、C C相相我国统一标准；我国统一标准；接线系数为接线系数为1 1；可以反应各种相间短可以反应各种相间短路路3. 3. 保护装置的一次动作电流为保护装置的一次动作电流为 时，则时，则反应到继电器上的动作电流应为反应到继电器上的动作电流应为s e to pT AIInsetI三、两种接线方式在各种故障时的性能分析三、两种接线方式在各种故障时的性能分析 1. 1.中性点直接接地系统和非直接接地系统中的中性点直接接地系统和非直接接地系统中的各各种相间短路种相间短路 相同之处：相同之处：两种接线方式均能正确反应两种接线方式均能正确反应 不同之处：不同之处：动作的继电器个数不同动作的继电器个数不同 2. 2.中性点直接接地系统的中性点直接接地系统的单相接地短路单相接地短路 三相星形接线可以反应各种单相接地故障三相星形接线可以反应各种单相接地故障； 两相星形接线不能反应全部的单相接地短路两相星形接线不能反应全部的单相接地短路（如（如B B相接地故障），所以不适用于中性点直接接地电相接地故障），所以不适用于中性点直接接地电网。网。3.3.中性点非直接接地系统中不同线路不同相的中性点非直接接地系统中不同线路不同相的两点接两点接地短路地短路 在小接地电流系统中，发生在小接地电流系统中，发生异地两点接地异地两点接地时，一般只时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继