四川理工学院《电力系统分析》第三章 电网相间短路电流、电压保护

1、基本内容基本内容 3.1.2 电磁式继电器的工作原理电磁式继电器的工作原理一、结构和符号一、结构和符号线圈焊片线圈焊片线圈线圈铁心铁心轭铁轭铁衔铁衔铁支杆支杆触点触点触点焊片触点焊片KK是用较小的电流控制较大电流的自动开关是用较小的电流控制较大电流的自动开关二、工作原理二、工作原理通电前通电前通电后通电后动断（常闭）触点动断（常闭）触点通电前通电前通电后通电后动合（常开）触点动合（常开）触点22212jmjjdcIKRWIKKF）（jIdcFdcF三、三、结构型式结构型式: :(a)(a)螺管线圈式螺管线圈式(b)吸引衔铁式吸引衔铁式 (c)转动舌片式转动舌片式 电流继电器是电流继电器是实现电

2、流保护实现电流保护的基本元件，用作的基本元件，用作测量和起动元件，测量和起动元件，反应电流超过某一整定值而动作反应电流超过某一整定值而动作。 以吸引衔铁式电磁型继电器为例，如以吸引衔铁式电磁型继电器为例，如图图1 1所示。所示。 分析使继电器触点接通的力矩（动作力矩）分析使继电器触点接通的力矩（动作力矩） 在线圈在线圈1 1中通以电流中通以电流 ，产生与其成正比的磁，产生与其成正比的磁通，通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成的磁路，通，通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成的磁路，使舌片磁化与铁芯的磁极产生电磁吸力，大小与使舌片磁化与铁芯的磁极产生电磁吸力，大小与 成正比。电磁力矩为：成正比。电磁力矩为

3、： 2rI22221rdcIKKMK K1 1、K K2 2比例系数；比例系数；空气隙。空气隙。 继电器动作的条件：继电器动作的条件：为使继电器动作，为使继电器动作，必须增大电流必须增大电流 ，以增大电磁转矩，以增大电磁转矩 。满。满足：足： 动作电流：动作电流：能够满足上述条件，使继电能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值，称为继电器的动作电器动作的最小电流值，称为继电器的动作电流（起动电流），记作流（起动电流），记作 ，对应此时的电，对应此时的电磁转矩为：磁转矩为： rIdcMmthdcMMM.ropI.22.2ropdzIKM 返回电流：返回电流：满足上述条件，使继电器满足上述条件，

4、使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，以流，以 表示，对应电磁转矩为表示，对应电磁转矩为 rreI.22.2rrehIKM 继电器动作后，当电流减小使继电器动作后，当电流减小使 时，继电器时，继电器又立即返回原位，触点打开。又立即返回原位，触点打开。 rrerII. 返回系数：返回系数：返回电流与起动电流的比返回电流与起动电流的比值称继电器的返回系数，值称继电器的返回系数， 受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响，受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响，电磁型过电流继电器返回系数电磁型过电流继电器返回系数恒小于恒小于1 1。 动作电流的调整方法动作电流

5、的调整方法: : 改变继电器线圈的匝数；改变继电器线圈的匝数； 改变弹簧的张力；改变弹簧的张力； 改变初始空气隙的长度。改变初始空气隙的长度。roprrereIIK.opXreXmaxYminY0XY 222121)(rrrUKZUKIKM 信号继电器DX-9系列系列(图图)信号继电器DX-30系列系列(图图)信号继电器JX- 系列系列-3中间继电器DZB-10B系列系列-2中间继电器DZB-100系列系列 中间继电器DZK-900系列系列 名 称图形符号说 明名 称图形符号说 明低电压继电器=IEC=IEC瞬时过电流保护UU过电压继电器P低功率继电器=IECZ低阻抗继电器=IECP功率方向继

6、电器I延时过电流保护I低电压起动的过电流保护IU复合电压起动的过电流保护IPP线路纵量差动保护接地距离保护距离保护ZZS定子接地保护差动保护IdR转子接地保护零序电流差动保护I名 称图形符号说 明名 称图形符号说 明低电压继电器=IEC=IEC瞬时过电流保护UU过电压继电器P低功率继电器=IECZ低阻抗继电器=IECP功率方向继电器I延时过电流保护I低电压起动的过电流保护IU复合电压起动的过电流保护IPP线路纵量差动保护接地距离保护距离保护ZZS定子接地保护差动保护IdR转子接地保护零序电流差动保护I3.2.13.2 单侧电源输电线路相间短路电流保护单侧电源输电线路相间短路电流保护系统最大运行

7、方式：系统最大运行方式：在被保护线路末端发生短路时，在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置短路电流为最大系统等值阻抗最小，而通过保护装置短路电流为最大的运行方式。的运行方式。 系统最小运行方式：系统最小运行方式：在同样短路条件下，系统等值阻在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。式。 K相间短路电流计算：相间短路电流计算：1KlXXEIs.minsk.max1)3(最大短路电流：最大短路电流：最小短路电流最小短路电流：lXXEIs.maxsk.min1)2(23lf(l)f(l)Xs：保护

8、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。kIlmax. kI)2(min. kImax.kBI1K3.2.2 单侧电源输电线路相间短路电流保护单侧电源输电线路相间短路电流保护 Why?kIlmax. kI)2(min. kImax.kBI1KK2IK2IK1max.1kBIop IIkIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opI1KK2IK2IK1Mmax.1kBIopII（2）动作电流：）动作电流：2K保护动作电流动作电流按躲开本线路末端（即相邻下按躲开本线路末端（即相邻下一条线路出口处）最大短路电流整定：一条线路出口处）最大短路电流整定：m

9、ax.1kBIopIIrelKI能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次参数表示。能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次参数表示。 整定原则整定原则：1）考虑各种误差。）考虑各种误差。2）实际短路电流要大于理论计算值。）实际短路电流要大于理论计算值。3）考虑必要的裕度。）考虑必要的裕度。引入可靠系数的目的：引入可靠系数的目的：IrelK1.2-1.3（3）保护的）保护的灵敏度 按保护区长度来衡量。按保护区长度来衡量。最小保护区最小保护区不应小于被保护线路不应小于被保护线路全长的全长的 。最大保护区最大保护区不应小于被保护线路不应小于被保护线路全长的全长的 。)%2015(%50保

10、护区确定：保护区确定：kIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opIminlmaxl1KK2Mmax.1kBIopIIrelKI最大保护区确定：max1min.1lXXEIssIop)(1min.11maxsIopsXIEXl最小保护区确定：IopsskIlXXEI1min1max.)2(min.23)23(1max.11minsIopsXIEXll%100minllmin.1max1 .23dsoplZZEII)23(1%100max1 .minsopLZIEZllI要求： （1520） 方法： 图解法，按比例作图，可求出最小保护范围。 解析法：式中 ZL=Z1l被保护线

11、路全长的阻抗值(4).(4).动作时间动作时间t=0sI即瞬时动作，保护固有的动作时间即瞬时动作，保护固有的动作时间 另：线路变压器组电流速断保护另：线路变压器组电流速断保护动作电流为：动作电流为：max.kCcoop1IKI可靠系数可靠系数. 3 . 1coK1)当当B采用纵差保护时采用纵差保护时:2)当当B采用瞬时电流速断保护时采用瞬时电流速断保护时T.oprelop1IKI可靠系数可靠系数. 1 . 1relK灵敏度灵敏度:要求要求被保护线路末端短路有足够被保护线路末端短路有足够灵敏度。灵敏度。opksenIIKmin.要求要要求要大于等于大于等于1.21.5。 (5)(5)构成构成中间

12、继电器的作用：中间继电器的作用： 接点容量大，可直接接接点容量大，可直接接TQ去跳闸去跳闸 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（间（60ms）防止避雷器放电时保护误动）防止避雷器放电时保护误动kIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opI受系统运行方式变化影响受系统运行方式变化影响短线路的保护范围短线路的保护范围 3.2.2 单侧电源输电线路相间短路电流保护单侧电源输电线路相间短路电流保护 Why?kIlmax. kI)2(min. kImax.kBI1KK2IK2IK1max.1kBIop IIkIlmax.kI)2(m

13、in. kImax.kBIMN1opI1KK2IK2IK1Mmax.1kBIopII（2）动作电流：）动作电流：2K保护动作电流动作电流按躲开本线路末端（即相邻下按躲开本线路末端（即相邻下一条线路出口处）最大短路电流整定：一条线路出口处）最大短路电流整定：max.1kBIopIIrelKI能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次参数表示。能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次参数表示。 整定原则整定原则：1）考虑各种误差。）考虑各种误差。2）实际短路电流要大于理论计算值。）实际短路电流要大于理论计算值。3）考虑必要的裕度。）考虑必要的裕度。引入可靠系数的目的：引入可靠系数的目的：

14、IrelK1.2-1.3（3）保护的）保护的灵敏度 按保护区长度来衡量。按保护区长度来衡量。最小保护区最小保护区不应小于被保护线路不应小于被保护线路全长的全长的 。最大保护区最大保护区不应小于被保护线路不应小于被保护线路全长的全长的 。)%2015(%50保护区确定：保护区确定：kIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opIminlmaxl1KK2M最大保护区确定：max1min.1lXXEIssIop)(1min.11maxsIopsXIEXl最小保护区确定：IopsskIlXXEI1min1max.)2(min.23)23(1max.11minsIopsXIEXll%1

15、00minllmin.1max1 .23dsoplZZEII)23(1%100max1 .minsopLZIEZllI要求： （1520） 方法： 图解法，按比例作图，可求出最小保护范围。 解析法：式中 ZL=Z1l被保护线路全长的阻抗值(4).(4).动作时间动作时间t=0sI即瞬时动作，保护固有的动作时间即瞬时动作，保护固有的动作时间 K2K1动作电流为：动作电流为：max.kCcoop1IKI可靠系数可靠系数. 3 . 1coK1)当当B采用纵差保护时采用纵差保护时:2)当当B采用瞬时电流速断保护时采用瞬时电流速断保护时T.oprelop1IKI可靠系数可靠系数. 1 . 1relK灵敏

16、度灵敏度:要求要求被保护线路末端短路有足够被保护线路末端短路有足够灵敏度。灵敏度。opksenIIKmin.要求要要求要大于等于大于等于1.21.5。 (5)(5)保护构成保护构成中间继电器的作用：中间继电器的作用： 接点容量大，可直接接接点容量大，可直接接TQ去跳闸去跳闸 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（间（60ms）防止避雷器放电时保护误动）防止避雷器放电时保护误动 看展开图的方法：看展开图的方法：先交流后直流；交流看电源，直流找线先交流后直流；交流看电源，直流找线圈，抓住触点不放松，一个一个全查清。圈，抓住触点不放松，一个一个全查清

17、。kIlmax. kI)2(min. kImax.kBIM1opIMNkIlmax. kImax.kBIMN1opIM1opI kIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opIminlmaxl1KK2MkIlmax. kI)2(min. kImax.kBIMN1opI k.B.maxIIopII1 图形符号IIopIIrelIIopIKI211.maxIIopco kDIK I 3123 . 1coK可靠系数可靠系数1.1-1.2kIlmax. kIIopI2IIopI1 IopI1Iopt1Iopt2保护动作时间：保护动作时间：tttIopIIop21tttIopIIop3

18、1（3）灵敏度）灵敏度：IIopksenIIKmin.1.31.5。123Ik.min被保护线路末端（即本线路末端）两相短路时的最被保护线路末端（即本线路末端）两相短路时的最小短路电流。小短路电流。Q F 1Q F 2Q F 3tttIKIIIopIIopIIopIIrelIIop2121显然，动作时限增大了，但灵敏度却提高了，显然，动作时限增大了，但灵敏度却提高了，而且仍保证了动作的选择性。而且仍保证了动作的选择性。 tttIKIIIopIIopIIopIIrelIIop2121（4）原理接线）原理接线： 看展开图的方法：看展开图的方法：先交流后直流；交流看电源，直流找线先交流后直流；交流看

19、电源，直流找线圈，抓住触点不放松，一个一个全查清。圈，抓住触点不放松，一个一个全查清。但但需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路，即分支电路的影响。的影响。二二、与与单侧电源网络中第单侧电源网络中第段段的整定原则相同，与相邻线路的整定原则相同，与相邻线路段保段保护配合。护配合。分支电路分两种典型情况：分支电路分两种典型情况：助增，外汲助增，外汲。助增助增：使故障线路电流增大的现象：使故障线路电流增大的现象外汲外汲：使故障线路电流减小的现象：使故障线路电流减小的现象助增助增：使故障线路电流增大的现：使故障线路电流增大的现象象kIlmax. k

20、IIopI2IIopI1IIopl1kIlIIopI1IopI2ABI.MMIopI1bIIrelIIopKKI1IopI2.BC MbAB MIKI前一级被保护线路流过的电流前一级被保护线路流过的电流故障线路流过的电流故障线路流过的电流bKkIlIIopI1IopI2ABI.MIopI1bIIrelIIopKKI1IopI2.BC MbAB MIKI前一级被保护线路流过的电流前一级被保护线路流过的电流故障线路流过的电流故障线路流过的电流bK引入分支系数引入分支系数：前一级被保护线路流过的电流前一级被保护线路流过的电流故障线路流过的电流故障线路流过的电流bK当仅有助增时当仅有助增时： 仅有外汲

21、时：仅有外汲时： 无分支时：无分支时： ABBCII1bKABBCII1bKABBCII1fzKbIIrelIIopKKI1IopI2小结：小结：。 三、三、 定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） 定义：定义：其动作电流按其动作电流按，其动作时间一般按，其动作时间一般按进行整定以实现过电流保护的动作选择性，并进行整定以实现过电流保护的动作选择性，并且其且其。思考问题：思考问题：无时限电流速断保护只能保护本线路一部无时限电流速断保护只能保护本线路一部分，限时电流速断能保护本线路全长，但不能做为相分，限时电流速断能保护本线路全长，但不能做为相邻线路的后备保护。要想实现远后备保

22、护，怎么办？邻线路的后备保护。要想实现远后备保护，怎么办？定时限过电流保护 作用作用：一般作为主保护的后备保护一般作为主保护的后备保护以及相邻下一以及相邻下一线路保护的远后备线路保护的远后备 。 （1）工作原理 即应能起到近后备与远后备保护的作用。即应能起到近后备与远后备保护的作用。 其起动电流按其起动电流按的保护。的保护。Q F 1Q F 2Q F 3如图在线路L3上发生短路：K一般短路电流大于保护装置一般短路电流大于保护装置1 1、2 2、3 3的动作电流，保护的动作电流，保护1 1、2 2、3 3将起将起动。动。 按选择性要求，断开QF3后，保护1、2应立即返回。1）在被保护线路流过在被

23、保护线路流过最大负荷电流最大负荷电流时，保护时，保护装置装置不应动作不应动作，即，即躲最大负荷电流。躲最大负荷电流。 max.1 .fopII2)2). .在外部故障切除后，电动机自起动时，在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。应可靠返回。IreIst.maxmax.maxfstst.IKImax.maxfstrelSt.relreIKKIKIKKmaxfrestrelrereopIKKII 25. 115. 1relK33 . 1stK85. 0reK（3）灵敏度校验近后备：近后备：远后备：远后备：opdsenI.min.下IK1.2本线路末端短路时的短路电流本线路末端短路时的短路电

24、流相邻线路末端短路时的短路电流相邻线路末端短路时的短路电流opdsenI.min.本IK1.5动作值躲最大负荷电流，值很小，灵敏度很高。动作值躲最大负荷电流，值很小，灵敏度很高。 低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点断开。断开。 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触点打开，触点打开，KA触点打开。触点打开。最大负荷电流：最大负荷电流：KV触点打开，触点打开，KA触点闭合。触点闭合。短路时：短路时：KV触点闭合，触点闭合，KA触点闭合。触点闭合。思

25、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？ 可以采可以采 用低电压闭锁的过电流保护。用低电压闭锁的过电流保护。QF1QF2QF3 tttttt3221 tl t t0QF1QF2QF3tttnnmax) 1( 在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第电流保护第段的测量元件均可能动作。段的测量元件均可能动作。例如：下图中例如：下图中d d1 1短路时，短路时，保护保护1 14 4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须

26、相互配合。间必须相互配合。4321ttttttt43ttt32ttt21既要与相邻线路配合，也要与相邻元件配合。（5）单相式原理接线与第段相同，只是电流继电器的定值与时间继电器定值不同。 构成：构成： 小结：小结：；tltt0QF1QF2QF3tttnnmax) 1(t1t2t3tt 在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第电流保护第段的测量元件均可能动作。段的测量元件均可能动作。例如：下图中例如：下图中d d1 1短路时，短路时，保护保护1 14 4都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时都可能起

27、动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。间必须相互配合。t4=1st4=1s4321ttttttt43ttt32ttt211s1.5s2st1=2.5s（5）单相式原理接线与第段相同，只是电流继电器的定值与时间继电器定值不同。 构成：构成： 小结：小结：； 思考：思考：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？3.5 电流保护接线（教材电流保护接线（教材P16） 一、三相三继完全星形接线一、三相三继完全星

28、形接线二、二、两相两继电器接线两相两继电器接线 （通常接A、C相）可反映可反映各种相间短路各种相间短路及及B相除外的单相接地故障相除外的单相接地故障。原因原因：要求要求：所有线路的电流互感器必须安装在同名相上。作用作用：可提高供电可靠性。：可提高供电可靠性。 两种接线方式比较：(1)、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。KABKABC 两相星形接线：两相星形接线：b.2/3机会只切一条线路。两点接地时保护装置动作情况：两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时限相同）（设两套保护动作时限相同）XL-2故障相别 A A B B C CXL-3故障相别 B C A C A BXL-2切除

29、情况 XL-3切除情况KAKBKCKBKCKA停电线路数目停电线路数目 1 2 1 1 2 1三、两相三继电器接线三、两相三继电器接线采用此接线的目的采用此接线的目的：为了提高为了提高Y Y，d d变压变压器后发生两相短路的灵敏度。器后发生两相短路的灵敏度。 因为变压器因为变压器后两相短路后两相短路，电源侧电源侧三相短路三相短路电流大小不相等，电流大小不相等，最大相是最小相的最大相是最小相的2 2倍。倍。 若采用两相两继电器接线，有可能无法测量若采用两相两继电器接线，有可能无法测量到最大相的电流，保护的到最大相的电流，保护的灵敏度灵敏度将受到影响。将受到影响。 过电流保护接于降压变压器的高压侧

30、（过电流保护接于降压变压器的高压侧（Y侧）以作为低压侧）以作为低压侧（侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有侧（侧）线路故障的后备保护时，不同接线形式的保护有其不同的特点。其不同的特点。 （a）采用三相星形接线时，则）采用三相星形接线时，则B相上继电器中的电流较其相上继电器中的电流较其它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍它两相大一倍。因此灵敏系数增大一倍 。 （b）采用两相星形接线时，使）采用两相星形接线时，使B相的电流遗失，不能使保相的电流遗失，不能使保护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的中线上再接护的灵敏度得到充分提高。故在两相星形接线的中线上再接入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。入一个继电器，从而提高了这个继电器的灵敏度。 （