继电保护讲解第二章-电流保护[1]课件

1、电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院v单侧电源相间短路的电流保护的工作原理、单侧电源相间短路的电流保护的工作原理、整定计算以及接线方式整定计算以及接线方式第二章第二章 电网电流保护和方向性电流保护电网电流保护和方向性电流保护v电网相间短路的方向性电流保护电网相间短路的方向性电流保护v中性点直接接地电网中接地短路的零序电流中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护及方向保护 v中性点非直接接地电网中单相接地故障的零中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护序电压、电流及方向保护2-1 2-1 单侧电源网络相间短路的电流

2、保护单侧电源网络相间短路的电流保护由一个电源供电的开环网络由一个电源供电的开环网络ABC1234M一、电磁型电流继电器的基本原理一、电磁型电流继电器的基本原理v作用：作用：电流继电器是实现电流保护的基本元电流继电器是实现电流保护的基本元件，它在电流保护中用作件，它在电流保护中用作测量和起动元件测量和起动元件，它，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。 线圈线圈1 1中电流中电流 产生磁通产生磁通 通过由铁芯通过由铁芯2 2、空气隙空气隙3 3和可动舌片和可动舌片8 8形成磁路形成磁路 舌片磁化与铁舌片磁化与铁芯的磁极产生电磁吸力芯的磁极产生电磁吸力

3、当电磁吸力足够大当电磁吸力足够大时，舌片向左移，使可动触点时，舌片向左移，使可动触点5 5与固定触电与固定触电4 4接通，接通，即继电器即继电器“动作动作”。JIv基本原理基本原理dcM作用到舌片上的电磁力矩作用到舌片上的电磁力矩22221JdcIKKM初始力矩初始力矩 使正常情况下，继电器不动作，对应空气隙为使正常情况下，继电器不动作，对应空气隙为 。 11thM为使继电器动作，舌片需向左移动，要加大电流为使继电器动作，舌片需向左移动，要加大电流cdMthMmM摩擦转矩摩擦转矩弹簧产生的反抗力矩弹簧产生的反抗力矩)(2131 .KMMthth可见为使继电器动作需满足如下条件可见为使继电器动作

4、需满足如下条件：mthdcMMM动作电流（起动电流动作电流（起动电流） ：能够满足上述条件，能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值。使继电器动作的最小电流值。JdzI.继电器动作后，为使它重新返回原位，舌片继电器动作后，为使它重新返回原位，舌片需向右移，即要减小电流。需向右移，即要减小电流。cdMthMmM返回电流返回电流 ：能够满足上述条件，使继电器能够满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值。返回原位的最大电流值。可见为使继电器返回需满足如下条件：可见为使继电器返回需满足如下条件：mthdcMMMJhI.继电特性继电特性：起动和返回都是明确的，不可能起动和返回都是明确的，不可能停留在

5、某一个中间位置。停留在某一个中间位置。对于欠量继电器，如阻抗继电器、欠电压对于欠量继电器，如阻抗继电器、欠电压继电器等，继电器等， 。JdzJhhIIK.返回系数越接近返回系数越接近1 1，灵敏性越好，灵敏性越好对于过量继电器，如电流继电器、中间继对于过量继电器，如电流继电器、中间继电器、信号继电器等，电器、信号继电器等， ，一般取，一般取0.850.850.950.95。1hK 返回系数返回系数1hK 微机保护返回系数可作到微机保护返回系数可作到1 1，但实际中不允，但实际中不允许作到许作到1 1，否则引起触点抖动。，否则引起触点抖动。0.98()1 02()hhKK.过量继电器欠量继电器二

6、、晶体管型继电器二、晶体管型继电器UbJUb3V 门槛电压二二. .电流速断保护（电流电流速断保护（电流段）段） 当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护。增大而瞬时动作切除故障的电流保护。 v工作原理工作原理： 电流速断保护为了保证其保护的电流速断保护为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分。线路的一部分。最小运行方式最小运行方式最大运行方式最大运行方式v整定计算整定计算)3(max.1 .cdKdzIKI可靠性系数，可靠性系数，一般取一般取1.21.21.

7、31.3最大运行方式下最大运行方式下的三相短路电流的三相短路电流整定原则整定原则：躲开下一条线路出口处的最大短路躲开下一条线路出口处的最大短路电流电流。动作电流动作电流补充概念补充概念q最大（最小）运行方式：最大（最小）运行方式：在被保护线路末端在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗发生短路时，系统等值阻抗最小（最大），最小（最大），而通过保护装置的短路电流为而通过保护装置的短路电流为最大（最小）最大（最小）的运行方式。的运行方式。LZZEIsxd1)3(电源等值计算相电势电源等值计算相电势 系统阻抗系统阻抗min. sZmax. sZ从保护安装地点到电源的最小等值电抗从保护安装地点到电源的

8、最小等值电抗 从保护安装地点到电源的最大等值电抗从保护安装地点到电源的最大等值电抗令：另另：对单侧电源供电线路，在输电线路上发生短路时对单侧电源供电线路，在输电线路上发生短路时 线路单位正序阻抗线路单位正序阻抗最小短路电流最小短路电流 ：最小运行方式下两相短路电流最小运行方式下两相短路电流最大短路电流最大短路电流 ：最大运行方式下三相短路电流最大运行方式下三相短路电流当当 时，系统处与最大运行方式；时，系统处与最大运行方式；当当 时，系统处与最小运行方式。时，系统处与最小运行方式。.minssZZmaxss.ZZ(3).maxdI(2).mindI(.3).max1minxdsZEIZ L2m

9、ian1m x32s.()xd.EIZZLLZZEIsxd1)3(思考：思考：为何整定时，采用最大短路电流？为何整定时，采用最大短路电流？最大运行方式最大运行方式最小运行方式最小运行方式ABC12DldI dz.I22dz.I灵敏度校验灵敏度校验%100%minABbLLL（15%20%） 动作时限动作时限 最小运行方式下，两相短路最小运行方式下，两相短路时速断保护范围时速断保护范围0st没有人为延时，只考虑继电没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间保护固有动作时间v线路线路- -变压器电流速断保护变压器电流速断保护 把把线路线路- -变压器看成一个整体变压器看成一个整体，当变压器内部故障，

10、当变压器内部故障时，切除变压器和切除线路后果是相同的，因此时，切除变压器和切除线路后果是相同的，因此当变压器内部故障时，由线路的瞬时速断保护切当变压器内部故障时，由线路的瞬时速断保护切除故障是允许的，此时除故障是允许的，此时瞬时速断保护可以保护线瞬时速断保护可以保护线路全长路全长。动作电流：动作电流：按躲过变压器二次侧母线上的按躲过变压器二次侧母线上的短路来整定。短路来整定。(3)(3).max.max1.3dzKddIK II母线母线ABC1Y?v电流速断保护的原理接线图电流速断保护的原理接线图中间继电器：中间继电器：一方面扩大接点的一方面扩大接点的容量和数量；容量和数量；另一方面躲过管型另

11、一方面躲过管型避雷器的放电时间，避雷器的放电时间，防止误动作。防止误动作。v 电流速断保护的评价电流速断保护的评价 优点：优点：简单可靠，动作迅速简单可靠，动作迅速 缺点缺点不可能保护线路的全长不可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。保护范围直接受系统运行方式变化的影响。结论结论：当系统运行方式变化很大，或者被保护当系统运行方式变化很大，或者被保护 线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。范围，因而不能采用。三三. .限时电流速断保护（电流限时电流速断保护（电流段）段） 切除本线路上电流速断保护范围以外的切除本线路上

12、电流速断保护范围以外的故障，作为电流速断保护的后备保护。故障，作为电流速断保护的后备保护。v工作原理工作原理限限时时电电流流速速断断动动作作特特性性分分析析 v整定原则整定原则 保护范围必须延伸到下一条线路中去保护范围必须延伸到下一条线路中去动作带有一定的时限（选择性）动作带有一定的时限（选择性）v整定计算整定计算动作电流动作电流：动作电流按躲开下一条线路流速动作电流按躲开下一条线路流速断保护的动作电流进行整定。断保护的动作电流进行整定。保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围（速动性）保护的范围（速动性）.nextdzKdzIKI可靠系数，一般可

13、靠系数，一般取取1.11.11.21.2 下一条线路电流速下一条线路电流速断保护的动作值断保护的动作值rgDLtttttt负正动作时限动作时限tttQF2QF1断路器断路器跳闸时间跳闸时间惯性时间惯性时间裕度裕度微机保护不考虑微机保护不考虑1lmK保护范围末端金属性短路时故障参数的最小值保护装置动作参数的整定值(2).min1.31.5dlmdzIKI被保护线路被保护线路末端两相短路时末端两相短路时流过限流过限时电流速断保护的时电流速断保护的最小短路电流最小短路电流 灵敏度校验灵敏度校验限时电流速断保护灵敏度限时电流速断保护灵敏度若灵敏度不满足要求，可采用降低动作电若灵敏度不满足要求，可采用降

14、低动作电流的方法，使本线路限时速断保护与下一流的方法，使本线路限时速断保护与下一线路限时速断保护配合。线路限时速断保护配合。. ,0.5 dzKdz nextIK Ittnext本v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It+_+_LH信信号号TQv对限时电流速断保护的评价对限时电流速断保护的评价优点优点结构简单，动作可靠结构简单，动作可靠能保护本条线路全长能保护本条线路全长缺点缺点不能作为相邻元件（下一条线路）的后备不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，只能对相邻元件的一部分起后备保保护，只能对相邻元件的一部分起后备保护作用。护作用。四四. .定时限过电流保护（

15、电流定时限过电流保护（电流段）段） 反应电流增大而动作，它要求能保护本条线反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条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。保护和断路器拒动的远后备保护。 MIzq动作电流动作电流：按躲开被保护线路的最大负荷电按躲开被保护线路的最大负荷电流流 ，且在自起动电流下继电器能可靠返，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定。回进行整定。v整定原则及计算整定原则及计算maxfImaxfhzqKhhdzIKKKKII自起动系数，

16、自起动系数，取取1 13 3 可靠系数，可靠系数，一般取一般取1.151.151.251.25 继电器的返回系数继电器的返回系数 maxzqfzqIKIzqkhIKI动作时限动作时限动作时限与电流大小无关，为此称为定时限。动作时限与电流大小无关，为此称为定时限。tttQFQF21灵敏度校验灵敏度校验作本条线路主保护或后备保护（近后备）作本条线路主保护或后备保护（近后备）.min.()1.31.5dlmdzIKI本末近作为下一条线路后备保护（远后备）作为下一条线路后备保护（远后备）2 . 1.min.)(dzdlmIIK下一末远(2)(2)v评价评价优点优点：结构简单，工作可靠。不仅能作为本结构

17、简单，工作可靠。不仅能作为本线路的近线路的近 后备（有时作为主保护），而且后备（有时作为主保护），而且能作为下一条线路的远后备。能作为下一条线路的远后备。 缺点缺点：越靠近电源端其动作时限越大，对靠越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。近电源端的故障不能快速切除。另：低电压启动的过电流保护低电压启动的过电流保护 在过电流保护中，当灵敏系数不能满足要求在过电流保护中，当灵敏系数不能满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护方式，以时，可采用低电压启动的过电流保护方式，以提高灵敏系数。提高灵敏系数。 I U+_LH信信号号TQt_+KzqdzehK KIIKminfhdzhKh

18、UUUKK KminminfhfhUUUUKK引入可靠系K1K(2)max1.51.5DminmIdzdzmUDIKIUKU五、三段式电流保护应用及评价五、三段式电流保护应用及评价v三段式电流保护：三段式电流保护：由电流速断保护、限时电由电流速断保护、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。的一整套保护。v评价评价优点：优点：简单、可靠，并且在一般情况下也能简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。够满足快速切除故障的要求。缺点：缺点：直接受电网的接线以及电力系统运行直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，而灵敏性

19、则必须用系统最方式变化的影响，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，故往往不能满足灵敏系小运行方式来校验，故往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。数或保护范围的要求。小小 结结保护保护动作值动作值动作时限动作时限灵敏度校验灵敏度校验电流速断保电流速断保护护（段）限时电流速限时电流速断断（段）过电流保护过电流保护（段）min%100% 1520%bABLLL0sthfzqKdzKIKKImax.min.()1.31.5dlmdzIKI本末近2 . 1.min.)(dzdlmIIK下一末远(2).min1.31.5dlmdzIKI)3(max.1 .cdKdzIKI0.5s 21tttttt21

20、.nextdzKdzIKIv三段式电流保护接线举例三段式电流保护接线举例展开图展开图例：如图所示网络，如图所示网络，线路阻抗为线路阻抗为0.4/km0.4/km。试试对保护对保护1 1进行电流速断，限时电流速断和定时限进行电流速断，限时电流速断和定时限过电流保护进行整定计算（起动电流、动作时过电流保护进行整定计算（起动电流、动作时限和灵敏度系数），并画出时限特性曲线。已限和灵敏度系数），并画出时限特性曲线。已知知850, 1,251, 21, 31 .KK.K.K.KhzqkkkE1 Ifh.max=540A 30km 123ABC110kV (3)d.B.max(3)d.B.min3780A

21、3550AII(3)d.C.max(3)d.C.min1250A1150AII45s. 03t1s4t（1 1）起动电流起动电流解：1 1、对保护、对保护1 1进行电流速断的整定计算进行电流速断的整定计算(3)(3)d.B.maxd.B.min3780A, 3550AII(3)dz.1Kd.B.maxK1.3 37804914(A)II（2 2）动作时限动作时限10st s.dz.10minmax331215IXXL（3 3）灵敏度校验灵敏度校验(3)d.B.min0ABs.max1153XIX Ls.max0AB(3)d.B.min115115 0.4 303.55 6.7( )33XX L

22、Imins.max0dz.1131153()2 12.5(km)LXXIminmin%100%41.67%ABLLL符合要求符合要求E1 30km 123ABC110kV (3)d.B.max(3)d.B.min3780A3550AII(3)d.C.max(3)d.C.min1250A1150AII45s.03t1s4t2 2、对保护、对保护1 1进行限时电流速断的整定计算进行限时电流速断的整定计算1200.50.5(s)ttt （1 1）起动电流起动电流(3)dz.1Kdz.nextKdz.2KKd.C.max =1.2 1.3 12501950(A)IK IK IK K I（2 2）动作时

23、限动作时限（3 3）灵敏度校验灵敏度校验(3)d.B.mi(2)d.B.minlmdz.1dz.n1335502=1.581.5132950IKIII3 3、对保护、对保护1 1进行定时限过电流保护的整定进行定时限过电流保护的整定计算计算.max.11.25 1 540794.12(A)0.85KzqfhdzhK K IIK （1 1）起动电流起动电流(3)d.B.m(2)d.B.minlm.dz.1d .1inz335502=3.871.5794.1232IKIII近（2 2）灵敏度校验灵敏度校验1 1）作本线路的近后备保护）作本线路的近后备保护2 2）作下一线路的远后备保护作下一线路的远后

24、备保护(3)d.C.m(2)d.C.minlm.dz.1d .1inz311502=1.261.2794.1232IKIII近均符合要求均符合要求（3 3）动作时限动作时限E1 30km 123ABC45s.03t1s4t134max , 21 2 0.52(s)tt tt lt10st 10.5st 12st 20st 21.5st 41st30.5st时限特性曲线时限特性曲线思考题思考题 v何谓继电器的动作电流和返回电流？何谓何谓继电器的动作电流和返回电流？何谓继电器保继电器保护装置的动作电流？它与继电器的动作电流有什么护装置的动作电流？它与继电器的动作电流有什么关系？关系？v试问限时所带

25、时限的长短是由什么原则决定的？试问限时所带时限的长短是由什么原则决定的？如何才能使它所带时限最短？最短能否取为零？如何才能使它所带时限最短？最短能否取为零？为什么？为什么？ v分析和比较分析和比较、段电流保护的异同，试按段电流保护的异同，试按“四性四性”的要求评价它们的优缺点。的要求评价它们的优缺点。v为什么电流速断保护在整定计算时不考虑返回系为什么电流速断保护在整定计算时不考虑返回系数和自起动系数？数和自起动系数？六六. .电流保护的接线方式电流保护的接线方式指保护中电流继电器与电流互感器二次绕组指保护中电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接方式。目前广泛采用三相星形接线和之间的连接方式。

26、目前广泛采用三相星形接线和两相星形接线。两相星形接线。v原理接线图原理接线图三相星接三相星接两相星接两相星接各种相间短路各种相间短路 三相接线：均有两个继电器动作。三相接线：均有两个继电器动作。 两相接线：两相接线：ABAB、BCBC相间短路时，只有一个继相间短路时，只有一个继电器动作。电器动作。v两种接线在各种故障时性能分析两种接线在各种故障时性能分析短路电流为对地电容电流，很小短路电流为对地电容电流，很小中性点非直接接地电网中的两点接地短路中性点非直接接地电网中的两点接地短路允许单相接地短时运行；两点接地希望允许单相接地短时运行；两点接地希望只切除一个故障点只切除一个故障点 （2 2）采用

27、两相星形接线，只能有）采用两相星形接线，只能有2/32/3的机会有选的机会有选择的切除后面的一条线路。择的切除后面的一条线路。 （1 1）采用三相星形接线时采用三相星形接线时, ,能保证能保证100%100%的只切除的只切除后面的一条后面的一条线路线路。串联线路上两点接地的情况串联线路上两点接地的情况（1 1）三相星形接线时）三相星形接线时, ,两套保护均将起动。两套保护均将起动。 （2 2）两相星形接线）两相星形接线,2/3,2/3的机会只切除任一线路。的机会只切除任一线路。 放射形线路上两点接地的情况放射形线路上两点接地的情况v对于对于Y,d11Y,d11接线变压器后面的两相短路接线变压器

28、后面的两相短路 0,CBAIIICacBcbAbaIIIIIIIIIBAbAca323231IIIIIIBAA223YYIII YYACaA133IIIIBAbAca323231IIIIII解决方法：解决方法：在两相星形接线的中线上再接入一在两相星形接线的中线上再接入一个继电器个继电器, ,从而提高了这个继电器的灵敏度。从而提高了这个继电器的灵敏度。结论：结论：采用两相星形接线时采用两相星形接线时, ,由于由于B B相上没有装相上没有装设继电器设继电器, , 因此灵敏度系数只能由因此灵敏度系数只能由A A、C C相电流相电流决定，灵敏度比三相接线决定，灵敏度比三相接线降低一半降低一半。v两种接

29、线方式的应用两种接线方式的应用三相接线方式三相接线方式用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中。保护中。中性点直接接地电网中，作为相间短路保护中性点直接接地电网中，作为相间短路保护及单相接地保护（专门的零序电流保护）。及单相接地保护（专门的零序电流保护）。两相接线方式两相接线方式 中性点直接接地电网和非直接接地电网中，中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都广泛采用作为相间短路保护。都广泛采用作为相间短路保护。例：如图所示如图所示35kV35kV单侧电源网络，确定线路单侧电源网络，确定线路ABAB的保护方案。变电所的保护方案。变电所B B、C C中变压

30、器连接组别为中变压器连接组别为Y,d11Y,d11，且在变压器上装有差动保护，线路，且在变压器上装有差动保护，线路ABAB的最的最大传输功率为大传输功率为 ，功率因数，功率因数 ，系统中的发电机都装设了自动励磁调节器。自起系统中的发电机都装设了自动励磁调节器。自起动系数取动系数取1.31.3。max9MWPcos0.9解：解： 暂选三段式电流保护作为暂选三段式电流保护作为ABAB线路的保护方案线路的保护方案1 1、电流速断保护、电流速断保护(3). .max3700031310(A)(106.3)d BI(3). .max1.25 13101638(A)dzKd BIK I(2).min329

31、.4370001697(A)3(10 50).1ddzII（1 1）动作电流）动作电流（2 2）灵敏度校验：）灵敏度校验：最小运行方式最小运行方式15%15%处两相短路处两相短路满足要求。满足要求。2 2、限时电流速断保护、限时电流速断保护1 1）按躲过变压器）按躲过变压器T T1 1低压侧母线短路整定低压侧母线短路整定(3). .max461(A)(37001030)03 6.3d EI(3). .max1.3 461600(A)dzKd EIK I2 2）与相邻线路电流速断保护配合）与相邻线路电流速断保护配合(3). .max755(A)(370010 12)03 6.3d CI(3).

32、.max1.15 1.25 7551085(A)dzKKd CIK K I选较大者作为动作电流，为选较大者作为动作电流，为1085A1085A。（1 1）动作电流）动作电流(2(2）灵敏度校验）灵敏度校验(2). .min33700954(A)2(9.40310)d BI(2). .min9541.51085d BlmdzIKI 不满足要求，降低动作电流，改用与不满足要求，降低动作电流，改用与T T1 1低压低压侧母线短路配合，选动作电流为侧母线短路配合，选动作电流为600A600A。(2). .min9541.591.5600d BlmdzIKI 满足要求满足要求600(A)dzI600(A

33、)dzI（3 3）动作时限）动作时限 AB AB线路的限时速断保护的范围超过了线路的限时速断保护的范围超过了BCBC线路线路电流速断保护的范围，进入其限时速断保护电流速断保护的范围，进入其限时速断保护范围。范围。(3). .max.1.25 755943.75(A)dz BKCd CIK I.dzdz BCII0.50.50.51(s)ABBCtt3 3、定时限过电流保护、定时限过电流保护3max.max9 10174(A)30.95cos30.95 35 0.9fePIU系数系数0.950.95是考虑传输最大功率时电压下降是考虑传输最大功率时电压下降5%5%。1.2 1.3 174319(A

34、)0.85KzqdzhK KIK（1 1）动作电流）动作电流（2 2）灵敏度校验）灵敏度校验1 1）作本线路近后备）作本线路近后备(2). .min.9542.991.5319d BlmdzIKI近2 2）作下一线路远后备）作下一线路远后备(2). .min37000589(A)2(9.4 10 12)d CI(2).min.5891.851.2319d ClmdzIKI远3 3）作相邻元件）作相邻元件T T1 1的远后备（电流保护接线采的远后备（电流保护接线采用两相三继电器方式）用两相三继电器方式）(2)(2)(3).min. .min. .min23232337000 2 432(A)23

35、3(9.4 1030)3dd Ed EIII(2).min.4321.351.2319dlmdzIKI远（3 3）动作时限）动作时限 按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大按阶梯原则，比相邻元件后备保护最大动作时间大一个时限阶级差动作时间大一个时限阶级差4 4、通过上述整定计算可见，配置三段式电流保、通过上述整定计算可见，配置三段式电流保 护可满足要求。护可满足要求。电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院2-2 2-2 电网相间短路的方向性电流保护电网相间短路的方向性电流保护一、方向性电流保护的工作原理一、方向性电流保护的工作原理v问题的提出问题

36、的提出d1d1点短路点短路保护保护2 2、6 6动作动作选择性选择性保护保护1 1可能误动可能误动若保护若保护1 1为速动保护，且为速动保护，且1.1ddzII若保护若保护1 1为过电流保护，且为过电流保护，且61tt误动产生的原因：误动产生的原因：是由所保护线路反方向发生是由所保护线路反方向发生故障，由对侧电源供给电流引起的。故障，由对侧电源供给电流引起的。特点特点该电流该电流由线路流向母线由线路流向母线与线路故障时短路功率方向与线路故障时短路功率方向（由母线到由母线到线路线路）相反）相反v解决方法解决方法加设一个功率方向闭锁元加设一个功率方向闭锁元件件该元件该元件由母线到线路，动作由母线到

37、线路，动作由线路到母线，不动作由线路到母线，不动作v方向过电流保护的原理接线图方向过电流保护的原理接线图 可见，可见，只有只有方向元件和电流元件方向元件和电流元件同时动作同时动作，保，保护装置才能护装置才能动作于跳闸动作于跳闸。二、功率方向继电器的工作原理二、功率方向继电器的工作原理v对功率方向继电器的基本要求对功率方向继电器的基本要求11argdAdAJAIU22180argdAdAJAIU具有明确的方向性具有明确的方向性,即在正方向发生各种故障即在正方向发生各种故障(包括故包括故 障点有过渡电阻的情况障点有过渡电阻的情况)时能可靠动时能可靠动作，而在反方向作，而在反方向 故障时，可靠不动作

38、。故障时，可靠不动作。故障时继电器的动作有足够的灵敏度。故障时继电器的动作有足够的灵敏度。U1dI1dU2dI2d2dI2180dv功率方向继电器的动作特性功率方向继电器的动作特性A0U存在存在“电压死区电压死区 ”：以以A A相继电器为例，在其相继电器为例，在其 正方向出口附近发生三相短路正方向出口附近发生三相短路,A-B,A-B或或C-AC-A两相接两相接地短路地短路, ,以及以及A A相接地短路时相接地短路时, ,由于由于 或数值或数值很小很小, ,使继电器不能动作。使继电器不能动作。0cos)(IUlmJJJ最大灵敏度角最大灵敏度角动动 作作 区区+1+jlm0不不 动动 作作 区区为

39、了减小和消除死区，在实际中广泛采用为了减小和消除死区，在实际中广泛采用 接接线方式（线方式（指在三相对称的情况下，当指在三相对称的情况下，当cos=1时，时，加入继电器的电流和电压相位相差加入继电器的电流和电压相位相差90度度）。）。 0cos)(IUJJJ功率方向继电器功率方向继电器的内角的内角9090AUBUCUAIBICIBCUlm +1+jlm0动动 作作 区区不不 动动 作作 区区以以A A相继电器为例，除正方向出口附近发生三相继电器为例，除正方向出口附近发生三相短路时相短路时, , 很小的电压死区外很小的电压死区外, ,在其它在其它任何包括任何包括A A相的不对称短路时，相的不对称

40、短路时， 电流很大电流很大, , 的电压很高的电压很高, ,因此继电器不仅没有死区因此继电器不仅没有死区, ,而且动作而且动作灵敏度很高。灵敏度很高。900BCUAIBCU 适当选择继电器的内角后，对线路上发生的各种适当选择继电器的内角后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。故障，都能保证动作的方向性。（具体分析见教材具体分析见教材P41-43P41-43） 接线方式的优点接线方式的优点三、双侧电源网络中电流保护的整定计算三、双侧电源网络中电流保护的整定计算v方向性电流保护的整定计算方向性电流保护的整定计算动作电流动作电流躲过最大负荷电流躲过最大负荷电流.maxIKzqdzfhK K

41、IK躲过非故障相电流（躲过非故障相电流（中性点直接接地系统中性点直接接地系统）I(1.21.3)dzKfgfgK II与相邻线路保护装置的灵敏度的配合：与相邻线路保护装置的灵敏度的配合：使使上一段保护的动作电流大于下一段线路保上一段保护的动作电流大于下一段线路保护装置的动作电流。护装置的动作电流。.3.2.1dzdzdzIII.7.6.5dzdzdzIII？目的：保证选择性，防止越级跳闸。目的：保证选择性，防止越级跳闸。.7.6.6(1.11.15)dzphdzdzIK II灵敏度校验：灵敏度校验：与不带方向的过电流保护相同与不带方向的过电流保护相同动作时限：动作时限：将动作方向一致的保护，按

42、逆向将动作方向一致的保护，按逆向阶梯原则进行。阶梯原则进行。作本线路的近后备保护时作本线路的近后备保护时1.251.5lmK作下一线路的远后备保护时作下一线路的远后备保护时1.2lmKl1t2t3t4t5t6t7t8ttlv多电源网络限时电流速断的整定多电源网络限时电流速断的整定 考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路（通常称为分支电路）的影响。路（通常称为分支电路）的影响。助增电流的影响助增电流的影响 MABkdzIKI 2引入分支系数引入分支系数 ，定义为：，定义为： fzKfzK故障线路的短路电流前一级保护所在线路上流过的短路电流MABdzMABM

43、BCfzIIIIK112 dzfzkdzIKKIMABkdzIKI 2G注意：注意： 分支系数受运行方式影响，整定时用分支分支系数受运行方式影响，整定时用分支系数的最小值。系数的最小值。v若保护装置在起动值、动作时限整定后，能够若保护装置在起动值、动作时限整定后，能够满足选择性要求，可以不用方向性元件。满足选择性要求，可以不用方向性元件。对速断保护可以从整定值上躲开反方向短路对速断保护可以从整定值上躲开反方向短路对于过电流保护可以从时限上躲开反方向短路对于过电流保护可以从时限上躲开反方向短路1.1IddzI52tt如：如：保护保护1不加方向性元件不加方向性元件保护保护5不加方向性元件不加方向性

44、元件四、四、 对方向性电流保护的评价对方向性电流保护的评价v优点优点 在具有在具有两个以上电源的网络两个以上电源的网络接线中，采用方向接线中，采用方向性保护能性保护能保证各保护之间的选择性保证各保护之间的选择性。v缺点缺点 在保护安装地点附近发生三相短路时，在保护安装地点附近发生三相短路时， 有有“死区死区”。35kV及及110kV辐射型电网辐射型电网，常与电流速断保，常与电流速断保护配合使用，构成三段式方向电流保护，作护配合使用，构成三段式方向电流保护，作为为相间短路相间短路的整套保护。的整套保护。v应用应用35kV以下以下的两侧电源辐射型电网和单电源的两侧电源辐射型电网和单电源环网中作为主

45、要保护环网中作为主要保护例例1：解：解：1 1、对保护、对保护1 1进行限时电流速断的整定进行限时电流速断的整定1 1）动作电流动作电流.3.mi.1nddzkzfzIKKI.3dzI求求单相等值电路单相等值电路1 .miminn2 .min()/(0.4 202) 15 6( )0.4 202 15AssBXXXX(3).3. .maxmin3 1151.32.27(kA)dzkBCd CIKXIX.minfzK求求1.2.115115()()33ABsAB MsBC MAB MXXIXII.12.2BC MABssfzAB MsIXXXKIX1 .min.min2 .max(1)1.5sA

46、BfzsXKXX.3.mi.1n1.66(kA)kddzfzzIIKK2 2）动作时限动作时限120.50.5(s)tt3 3）灵敏度校验灵敏度校验1(3). .min.1.ma1x.115/33.1491.32532sd BABlmdzdzIXXKII满足要求。满足要求。2 2、对保护、对保护1 1进行过电流保护的整定进行过电流保护的整定1 1）动作电流动作电流.1.max1.2 1.5170360(A)0.85kzqdzfhK KIIK2 2）动作时限动作时限140.5 22(s)tt3 3）灵敏度校验灵敏度校验作近后备保护作近后备保护(3). .min.1.1ax1.m33115/314

47、.51.225d BABlmdzsdzIXKIXI近满足要求。满足要求。作远后备保护作远后备保护(3).C.minC.max.1.133115/34.11.252dBlmdzdzIXXKII远满足要求。满足要求。例例2： 在如图所示的双侧电源网络中，拟定在各在如图所示的双侧电源网络中，拟定在各断路器上装设过电流保护。已知时限级差为断路器上装设过电流保护。已知时限级差为0.5s0.5s。试决定过电流保护。试决定过电流保护1 18 8的动作时限，并的动作时限，并指出哪些保护应装设方向元件？指出哪些保护应装设方向元件？解：解：1 1、计算各保护的时限、计算各保护的时限保护保护7 7、1 1、3 3、

48、5 5为同方向为同方向，其动作时限：，其动作时限：5131 0.51.5(s)ttt 351112max ,20.52.5(s)tt ttt 1310max ,2.50.53(s)tt tt 719max , 30.53.5(s)tt tt 保护保护8 8、6 6、4 4、2 2为同方向为同方向，其动作时限：，其动作时限：290.50.51(s)ttt 4210max ,1.50.52(s)tt tt 641112max ,20.52.5(s)tt ttt 2 2、确定应装设方向元件的保护、确定应装设方向元件的保护3s3.5s1s2.5s2s1.5s2.5s3s8613max ,2.50.53

49、(s)tt tt 母线母线A A：17tt保护保护1 1需设方向元件需设方向元件母线母线B B：2103ttt保护保护2 2需设方向元件需设方向元件母线母线C C：5412ttt保护保护4 4、5 5需设方向元件需设方向元件母线母线D D：68tt保护保护6 6需设方向元件需设方向元件电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院2-32-3中性点直接接地电网中接地短路的零中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护序电流及方向保护v接地故障时，各零序分量的特点接地故障时，各零序分量的特点故障点的零序电压最高故障点的零序电压最高, ,系统中距离故

50、障点越远系统中距离故障点越远处的零序电压越低；处的零序电压越低；零序电流的分布零序电流的分布, ,主要决定于送电线路的零序阻主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗抗和中性点接地变压器的零序阻抗, ,而与电源的而与电源的数目和位置无关数目和位置无关对于发生故障的线路对于发生故障的线路, ,两端零序功率的方向与正两端零序功率的方向与正序功率的方向相反序功率的方向相反零序电流与零序电压之间的相位差也将由的阻零序电流与零序电压之间的相位差也将由的阻抗角决定抗角决定, ,而而在在被保护线路的零序阻抗及故障点被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关的位置无关系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运

51、行方式而系统的正序阻抗和负序阻抗要随着运行方式而变化变化 ，因而间接的影响零序分量的大小。，因而间接的影响零序分量的大小。v零序电压过滤器零序电压过滤器0mnU正常运行和相间短路实际输出：正常运行和相间短路实际输出：mnbpUU误差以及三相系统误差以及三相系统对地不完全平衡对地不完全平衡对正序、负序分量电压：对正序、负序分量电压：03mnUU对零序分量电压：对零序分量电压：mnabcUUUUv零序电流过滤器零序电流过滤器0JI 正常运行和相间短路实际输出：正常运行和相间短路实际输出：1()0JbpLALBLClIIIIIn 对正序、负序分量电流：对正序、负序分量电流：03JII 对零序分量电流

52、：对零序分量电流：JabcIIII 躲开躲开下一条线路出口处单相下一条线路出口处单相或或两相接地短路两相接地短路时可能出现的时可能出现的最大最大零序电流零序电流 v零序电流速断零序电流速断( (零序零序I I段段) )保护保护0.max3I0.10.max0.max3(1.21.3)3dzkIKII躲开躲开断路器断路器三相触头不同期合闸三相触头不同期合闸时所出现的时所出现的最大零序电流最大零序电流0.3btI0.20.0.3(1.11.2)3dzkbtbtIKII0.10.0.2max,dzdzzdIII注注：如果保护装置动作时间大于如果保护装置动作时间大于断路器三相触头断路器三相触头不同期合

53、闸的时间，则不同期合闸的时间，则0.10.dzdzIIv零序电流限时速断零序电流限时速断( (零序零序IIII段段) )保护保护起动电流：起动电流：与下一段线路的零序与下一段线路的零序I I段保护相配合段保护相配合当该保护与下一段线路之间当该保护与下一段线路之间无无中性点接地的中性点接地的变压器时变压器时0.0.0.(1.11.2)dzKdz nextdz nextIK II当该保护与下一段线路之间当该保护与下一段线路之间有有中性点接地的中性点接地的变压器时变压器时0.0.0.(1.11.2)dz nextdzKdjsofzIIK IK0.0.dBCofzdABIKI动作时限：动作时限：00.

54、0.50.5(s)nexttt灵敏度校验：灵敏度校验：0.min0.0.1.3.31 5lmdzKII本线路末端本线路末端接地短路接地短路最小最小零序电流零序电流躲开在下一条线路出口处相间短路时躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流所出现的最大不平衡电流 。在在一般情况下是作为后备保护一般情况下是作为后备保护使用的使用的, ,但但在中性点直接接地电网中的终端线路上在中性点直接接地电网中的终端线路上, ,它也它也可以作为主保护使用。可以作为主保护使用。 .maxbpI0.max.max(1.11.2)dzKbpbpIK II v定时限零序过电流定时限零序过电流( (零序零序III

55、III段段) )保护保护起动电流起动电流必须按逐级配合的原则来考虑必须按逐级配合的原则来考虑 ，本保护零，本保护零序序IIIIII段的保护范围段的保护范围, ,不能超出相邻线路上不能超出相邻线路上零序零序IIIIII段的保护范围。段的保护范围。0.0.0.00(1.11.2)Kdzdz nextdz nextfzfzKIIIKK(3).max.max0.5bpapcrdIK K I本线路末端三相短路时本线路末端三相短路时最大短路电流最大短路电流电流互感器误（电流互感器误（0.1）非周期分量系数（非周期分量系数（12）动作时限：动作时限：按阶梯原则来选择按阶梯原则来选择可见：可见：零序过电流保护

56、与相间短路的过电流相零序过电流保护与相间短路的过电流相比，具有较小的动作时限。比，具有较小的动作时限。灵敏度校验灵敏度校验0.min0.0.32lmdzKII作本线路的近后备保护作本线路的近后备保护作下一线路的远后备保护作下一线路的远后备保护0.mi0n.0.13.5lmdzKII本线路末端发生接地故本线路末端发生接地故障时的最小零序电流障时的最小零序电流下一线路末端发生接下一线路末端发生接地故障时地故障时流过保护流过保护的的最小零序电流最小零序电流v方向性零序电流保护方向性零序电流保护问题的提出问题的提出d1d1点短路点短路0302ttd2d2点短路点短路选择性选择性0302tt矛盾，需要加矛盾，需要加功率方向元件功率方向元件当零序功率方当零序功率方向由线路到母向由线路到母线时动作线时动作v对零序电流保护的评价对零序电流保护的评价优点优点零序电流保护（零序电流保护（一般为一般为2-3A）比相间短路）比相间短路的电流保护的电流保护(一般为一般为5-7A)有较高的灵敏度有较高的灵敏度零序电流保护受系统运行方式变化的影响零序电流保护受系统运行方式变化的影响要相对较小要相