电力系统继电保护-2 电网的电流保护

1、电力系统继电保护2 电网的电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.1 继电器继电器1 继电器的要求和分类继电器的要求和分类继电器继电器是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时，是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通通”、“断断”控制的作用。控制的作用。对继电器的基本要求：对继电器的基本要求：1） 工作可靠，动作过程具有工作可靠，动作过程具有“继

2、电特性继电特性”；2） 动作值误差小、功率损耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干动作值误差小、功率损耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性好以及抗干扰能力强。扰能力强。3） 另外还要求安装、整定方便，运行维护少，价格便宜等。另外还要求安装、整定方便，运行维护少，价格便宜等。2.1.1 继电器继电器 2 过电流继电器原理框图过电流继电器原理框图图图2-1： 过电流继电器框图过电流继电器框图来自电流互来自电流互感器感器TA二次二次侧的电流侧的电流加入加入继电继电器的器的电流电流 根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值，根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值，为使继电器有普遍的使用价值，动作值可

3、以调整。为使继电器有普遍的使用价值，动作值可以调整。当加入到继电器的电当加入到继电器的电流大于动作值时，比流大于动作值时，比较环节有输出。较环节有输出。 对于电子型和数字型继电器，动对于电子型和数字型继电器，动作速度快、功率小，为提高动作作速度快、功率小，为提高动作的可靠性，防止干扰信号引起的的可靠性，防止干扰信号引起的误动作，故考虑了必须使测量值误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间大于动作值的持续时间23ms时，才能动作于输出。时，才能动作于输出。2.1.1 继电器继电器（电流继电器图）（电流继电器图）（电压继电器（电压继电器DY-28C图）图）（LDB-I型电流保护综合继电器图

4、）型电流保护综合继电器图）（时间继电器（时间继电器DS-31图）图）2.1.1 继电器继电器 3 继电器的继电特性继电器的继电特性继电特性继电特性无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它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。继电器的返回系数继电器的返回系数返回电流与起动电流的比值。返回电流与起动电流的比值。可表示为：可表示为：oprereIIK为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器（以及一切过量动作的继电器）过电流继电器（以及一切过量动作的继电器）的返回系数恒小于的返回系

5、数恒小于1。在实际应用中，常常。在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如要求过电流继电器有较高的返回系数，如0.85 0.9。（或闭合其触点）稳定、可靠输出高电平继电器突然迅速动作整定动作电流流过继电器的电流opkII（或重新打开其触点）稳定、可靠输出低电平继电器立即突然返回返回电流流过继电器的电流rekII2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征短路电流短路电流 = 短路工频周期分量（主要）短路工频周期分量（主要） + 暂态高频分量暂态高频分量 + 衰减直流分量衰减直流分量 其中短路工频周期分量可以用下式近似计算：其中短路工频周期分量可以

6、用下式近似计算：dsdZZEKZEI。，两相短路取路取短路类型系数，三相短电源之间的阻抗；保护安装处到系统等效间的阻抗；短路点至保护安装处之；系统等效电源的相电势231KZZEsd最大负荷电流最大负荷电流-正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电流与供电电压之间的相位角户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电流与供电电压之间的相位角就

7、是通常所说的功率因数角，一般小于就是通常所说的功率因数角，一般小于2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征。的系统等值阻抗最大，统最小运行方式，对应对继电保护而言称为系安装处电流最小，类型的短路时流过保护在相同的地点发生相同最小运行方式。的系统等值阻抗最小，统最大运行方式，对应对继电保护而言称为系安装处电流最大，类型的短路时流过保护在相同的地点发生相同最大运行方式maxmin-ssssZZZZ（图（图2-3： 电流曲线）电流曲线）折线折线1各条线路中流过的最大负荷电流幅值。各条线路中流过的最大负荷电流幅值。曲线曲线2最小运行方式下两相短路时流经保护最小运

8、行方式下两相短路时流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。曲线曲线3最大运行方式下三相短路时流经保护最大运行方式下三相短路时流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征利用流过保护安装处电流幅值的大小来区分正常与短路运行状态，实现的保利用流过保护安装处电流幅值的大小来区分正常与短路运行状态，实现的保护简单可靠、方便易行。构成完善的电流保护时必须考虑的因素：护简单可靠、方便易行。构成完善的电流保护时必须考虑的因素：（图解：电力

9、系统艰苦的工作环境）（图解：电力系统艰苦的工作环境）没有差别。级线路出口短路，电流并且在本线路末端和下小，连续变化，越远电流越的距离变化，短路电流、随短路点距等值电源）的变化；、不同短路类型（）的变化；态（、电力系统正常运行状）的变化；、电力系统运行方式（4K321EZs2.1.3 电流速断保护电流速断保护 电流速断保护电流速断保护对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。作的电流保护。 1 工作原理（以保护工作原理（以保护2为例分析）为例分析）（图（图2-3： 电流曲线）电流曲线）2.1.3 电流速断保护电流速断保护。路出口处短路时不起动的整定上保证下

10、一条线从保护装置启动参数指在继电保护技术中，处短路的条件整定按躲开下一条线路出口保护装置就能动作。时，安装在该处的这套次侧电流达到这个数值在被保护线路的一表示的，其意义为：当用电力系统一次侧参数保护装置的整定电流是。时，保护装置才能动作路电流表示。必须当实际的短以动的最小动作电流值，能使该保护装置起的电流速断保护而言，对反应电流升高而动作保护装置的整定电流setdsetIII交点前面的部分。与曲线中直线保护范围为图的最小，例如保护围称为最小的保护范围的短路点位置的最小范短路保护都能切除故障行方式下发生各种变化而变化。在各种运运行方式、故障类型的保护不能起动的范围随23222IsetI2.1.3

11、 电流速断保护电流速断保护 2 电流速断保护的整定计算原则电流速断保护的整定计算原则（上图：（上图：3500KV电力系统用交流无间隙氧化锌避雷器）电力系统用交流无间隙氧化锌避雷器）速断保护的动作时间速断保护的动作时间取决于继电器本身固有的动作时间，一般小于取决于继电器本身固有的动作时间，一般小于10ms。 考虑到躲过线路中避雷器的放电时间为考虑到躲过线路中避雷器的放电时间为4060ms，一般加装一个动作时间为，一般加装一个动作时间为6080ms的保护出口中间继电器，一方面提供延时，另一方面扩大接点的容量和数量。的保护出口中间继电器，一方面提供延时，另一方面扩大接点的容量和数量。保护范围的校验保

12、护范围的校验最小的保护范围为在系统最小运行方式下两相短最小的保护范围为在系统最小运行方式下两相短路时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护路时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求大于被保护线路全长的（的最小范围，要求大于被保护线路全长的（1520）。）。保护的最小范围可按下式求出：保护的最小范围可按下式求出：IopI2.1.3 电流速断保护电流速断保护 3 电流速断保护的构成电流速断保护的构成（图（图2-4： 电流速断保护的单相原理框图）电流速断保护的单相原理框图）KI过电流继电器过电流继电器 TA电流互感器电流互感器 KS信号继电器信号继

13、电器的动作电流KIIIop闭锁环节闭锁环节3在某些特殊情况下需要在某些特殊情况下需要闭锁跳闸回路，设置闭锁环节闭锁跳闸回路，设置闭锁环节3。闭锁。闭锁环节在保护不需要闭锁时输出为环节在保护不需要闭锁时输出为1，在，在保护需要闭锁时输出为保护需要闭锁时输出为0。2.1.3 电流速断保护电流速断保护 4 电流速断保护的主要优、缺点电流速断保护的主要优、缺点下图为系统运行方式变化很大的情况：下图为系统运行方式变化很大的情况：（图（图2-5： 运行方式变化对电流速断保护范围的影响）运行方式变化对电流速断保护范围的影响）2.1.3 电流速断保护电流速断保护 4 电流速断保护的主要优、缺点电流速断保护的主

14、要优、缺点（图（图2-6： 被保护线路长短不同时对电流速断保护的影响）被保护线路长短不同时对电流速断保护的影响）2.1.3 电流速断保护电流速断保护但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长:如上图所示，例如当电网的终端线路上采用线路变压器组的接线方式时，如上图所示，例如当电网的终端线路上采用线路变压器组的接线方式时，速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处d1点的短路来整定：点的短路来整定：（图（图2-7： 用于线路用于线路-变压器组的电流速断保护）变压器组的电流速断保护）2.1

15、.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 1 工作原理工作原理 限时电流速断保护限时电流速断保护带时限动作的电流保护，带时限动作的电流保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同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后备。时也能作为速断保护的后备。 要求要求: （a)在任何情况下能保护本线路的全长，并且具在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；有足够的灵敏性； （b)力求具有最小的动作时限；力求具有最小的动作时限； （c)在下级线路短路时，保证下级保护优先切除在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。故障，满足选择性要求。2.1.4 限

16、时电流速断保护限时电流速断保护 以下图中保护以下图中保护2的限时电流速断保护为例进行分析：的限时电流速断保护为例进行分析：（图（图2-8： 限时电流速断动作的分析）限时电流速断动作的分析）2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 2 限时电流速断保护的整定限时电流速断保护的整定 (1) 起动电流：起动电流：流限时电流速断的起动电保护电流速断的起动电流；保护2121IIsetIsetII（图（图2-8： 限时电流速断动作的分析）限时电流速断动作的分析）保护保护2的限时电流速断不应超出保护的限时电流速断不应超出保护1电电流速断的范围流速断的范围M点，因此在单侧电源供点，因此在单侧电源供电的情况

17、下，它的起动电流就应该整定电的情况下，它的起动电流就应该整定为为IsetIIsetII122.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护若正好遇上如下情况：若正好遇上如下情况：IsetIIsetII12为了避免这种情况的发生，就不能采为了避免这种情况的发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须用两个电流相等的整定方法，而必须采用：采用：t2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 (2) 动作时限的选择：动作时限的选择：当保护当保护1为速断保护时，保为速断保护时，保护装置中不用时间继电器，护装置中不用时间继电器，即可不考虑这一项的影响即可不考虑这一项的影响即从接通跳闸线圈即从接通跳闸线圈Y

18、R带电的瞬时算起，直到电弧熄灭的瞬时为止带电的瞬时算起，直到电弧熄灭的瞬时为止;2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 （图（图2-9： 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）2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 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，为了能保护本线路的全长，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，具有足够的反应能力，灵敏系数：线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，灵敏系数：2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护当校验灵敏系数不能

19、满足要求时，那就意味着将来真正发生内部故障当校验灵敏系数不能满足要求时，那就意味着将来真正发生内部故障时，由于上述不利因素的影响保护可能起动不了，达不到保护线路全时，由于上述不利因素的影响保护可能起动不了，达不到保护线路全长的目的，这是不允许的。长的目的，这是不允许的。可见，保护范围的伸长，必然导致动作时限的升高。（图解：（图解： 大连部分地区大面积停电，大连部分地区大面积停电， 黑漆漆的路上只有车灯发出光亮）黑漆漆的路上只有车灯发出光亮）2.1.4 限时电流速断保护限时电流速断保护 4 限时电流速断保护的单相原理框图限时电流速断保护的单相原理框图短路后：短路后：（图（图2-10：限时电流速断

20、保护原理框图）：限时电流速断保护原理框图）IIt2IIt22.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护（图解：因突然停电，北京数十辆电车在（图解：因突然停电，北京数十辆电车在朝阳门内大街排队一个多小时）朝阳门内大街排队一个多小时）过电流保护在正常运行时不起动，而在电过电流保护在正常运行时不起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起到后备保护的作用。可以起到后备保护的作用。过电流保护过电流保护通常是指其起动

21、电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流值时起动。流的幅值超过最大负荷电流值时起动。定时限过电流保护定时限过电流保护保护起动后出口动作时间是固定的整定时间的过电流保护。保护起动后出口动作时间是固定的整定时间的过电流保护。反时限过电流保护反时限过电流保护出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作越快的过电流保护。越快的过电流保护。2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护 1 工作原理和起动电流计算工作原理和起动电流计算max3lIIIsetIImaxSS

22、reII。复时负荷的自起动电流外部故障切除后电压恢电流；过电流保护装置的返回电流；线路上出现的最大负荷电流；过电流保护装置的起动maxmax3SSrelIIIsetIIII2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护（图（图2-11：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）线路线路AB/BC电电流减小流减小保护保护5、4、3返回返回2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护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2-11： 单侧电源放射形网

23、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）2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护图图2-12：选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图：选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图例如在上图所示的网络中，对保护例如在上图所示的网络中，对保护4而言即应满足以下要求：而言即应满足以下要求：2.1.5 定时限过电流保护定时限过电流保护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2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用阶段式电流保护的配合及应用具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限

24、时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。下面以图可以三者同时采用。下面以图213所示的网络接线为例予以说明。所示的网络接线为例予以说明。2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用阶段式电流保护的配合及应用（图（图2-13：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）由图可见，当全网任意地由图可见，当全网任意地点发生短路时，如果不发点发生短路时，如果不发生保护或断路器拒绝动作生保护或断路器拒绝动作的情况，则故障都可以在的情况，则故障都可以在0.5 s以内的时间予以切以内的时间予以切除。除。其起动电流按躲开电动机起动时的最大电流整定，与电网中其它保护其起动

25、电流按躲开电动机起动时的最大电流整定，与电网中其它保护的定值和时限上都没有配合关系。的定值和时限上都没有配合关系。越靠近电源端，则过电流保护的动作时限就越长，因此，一般都需要装设三段越靠近电源端，则过电流保护的动作时限就越长，因此，一般都需要装设三段式的保护。式的保护。2.1.6 阶段式电流保护的配合及应用阶段式电流保护的配合及应用（图（图2-14：具有三段式电流保护的单相原理框图）：具有三段式电流保护的单相原理框图）阶段式电流保护的优点阶段式电流保护的优点简单，可靠，并且在一般情况下也能够满足快速简单，可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在切除故障的要求，因

26、此在电网中特别是在35kV及以下的较低电压的网络中获及以下的较低电压的网络中获得广泛的应用。得广泛的应用。阶段式电流保护的缺点阶段式电流保护的缺点直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护反时限电流保护反时限电流保护采用动作时间与流过继电器中

27、电流的大小有关的继电器，利用继采用动作时间与流过继电器中电流的大小有关的继电器，利用继电器的反时限动作特性，当电流大时，保护的动作时限短，而电流小时动作时限长。电器的反时限动作特性，当电流大时，保护的动作时限短，而电流小时动作时限长。1 反时限动作特性反时限动作特性反时限电流继电器的时限特性如下图所示。反时限电流继电器的时限特性如下图所示。（图（图2-15：反时限过电流继电器时限特性）：反时限过电流继电器时限特性）114. 002. 0opIIKtopII IopopIIIIopII 2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护 （图（图2-16：常规反时限过电流继电器的特性曲线族）：

28、常规反时限过电流继电器的特性曲线族）2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护2 反时限过电流保护的整定配合反时限过电流保护的整定配合图2-17 反时限过电流保护的整定和配合（a）网络接线；（b）短路电流分布曲线；（c）各保护动作的时限特性；（d）整定值的选择与配合关系2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护 （1） 反时限特性上下级间的配合反时限特性上下级间的配合（图（图2-17b：最大运行方式下短路电流的分布曲线）：最大运行方式下短路电流的分布曲线）2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护 (2) 反时限

29、过电流保护与电源侧定时限过电流保护的配合反时限过电流保护与电源侧定时限过电流保护的配合 以上图中安装在发电机侧的保护以上图中安装在发电机侧的保护5为例进行说明：为例进行说明： （3）反时限过电流继电器电流速断段的整定：）反时限过电流继电器电流速断段的整定： 反时限过电流继电器带有独立整定的电流速断段，当达到反时限过电流继电器带有独立整定的电流速断段，当达到其整定的动作电流时，其出口接点瞬时闭合。整定原则仍其整定的动作电流时，其出口接点瞬时闭合。整定原则仍是躲开下级母线的最大短路电流。是躲开下级母线的最大短路电流。2.1.7 反时限特性的电流保护反时限特性的电流保护将以上整定结果转化为各保护装置

30、动作时限的时限特性，即如下图所示：将以上整定结果转化为各保护装置动作时限的时限特性，即如下图所示：（由该图可见，在保护范围内任何地点短路时，各保护之间的选择性都可以得到保证）（由该图可见，在保护范围内任何地点短路时，各保护之间的选择性都可以得到保证）反时限保护的优点反时限保护的优点可使靠近电源的故障具有较小的切除时间。可使靠近电源的故障具有较小的切除时间。反时限保护的缺点反时限保护的缺点整定配合比较复杂，以及当系统最小运行方式下短路整定配合比较复杂，以及当系统最小运行方式下短路时，其动作时限可能较长。时，其动作时限可能较长。反时限保护应用范围反时限保护应用范围主要用与单侧电源供电的终端线路和较

31、小容量的电主要用与单侧电源供电的终端线路和较小容量的电动机上，作为主保护和后备保护使用。动机上，作为主保护和后备保护使用。2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式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之间的连指保护中电流继电器与电流互感器之间的连接方式。对相间短路的电流保护，根据电流互感器的安装条件，目前接方式。对相间短路的电流保护，根据电流互感器的安装条件，目前广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。广泛使用的是三相星形接线和两相星形接线这两种方式。由于在每相上均裝有电流继电器和互感器，由于在每相上均裝有电流继电器和互感器，因此，它可以反应各种相

32、间短路和中性点直因此，它可以反应各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。接接地电网中的单相接地短路。三个继电器的起动跳闸回路是并联连接的，三个继电器的起动跳闸回路是并联连接的，相当于相当于“或或”回路，当其中任一输出均可动回路，当其中任一输出均可动作于跳闸或起动时间继电器等。作于跳闸或起动时间继电器等。（图（图2-18：三相星形接线方式的原理接线图）：三相星形接线方式的原理接线图）2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式（图（图2-19：两相星形接线方式的原理接线图）：两相星形接线方式的原理接线图）2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式现对上述两种接线方式在各种故障

33、时的性能分析比较如下。现对上述两种接线方式在各种故障时的性能分析比较如下。1 中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相间短路中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相间短路相同点相同点两种接线方式均能正两种接线方式均能正确反应这些故障。确反应这些故障。不同点不同点动作的继电器数不一动作的继电器数不一样。三相星形接线方式在各种样。三相星形接线方式在各种两相短路时，均有两个继电器两相短路时，均有两个继电器动作；两相星形接线方式在动作；两相星形接线方式在AB和和BC相间短路时只有一个相间短路时只有一个继电器动作。继电器动作。2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式2 中性点非直接接地电

34、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由于中性点非直接接地电网中，允许单相接地时继续短时运行，因此，希望由于中性点非直接接地电网中，允许单相接地时继续短时运行，因此，希望只切一个故障点。只切一个故障点。（图（图2-20：串联线路上两点接地的示意图）：串联线路上两点接地的示意图）（图（图2-21：自同一变电所引出的放射形线路上两点接地的示意图）：自同一变电所引出的放射形线路上两点接地的示意图）在图在图220所示的串联线路上发生两点接地短路时，希望只切除距电源较远所示的串联线路上发生两点接地短路时，希望只切除距电源较远线路线路BC，而不要切除线路，而不要切除线路AB，因为这样可以继

35、续保证对变电所，因为这样可以继续保证对变电所B的供电。的供电。 在图在图220所示的串联线路上发生两点接地短路时，希望只切除距电源较远线路所示的串联线路上发生两点接地短路时，希望只切除距电源较远线路BC，而不要切除线路，而不要切除线路AB，因为这样可以继续保证对变电所，因为这样可以继续保证对变电所B的供电。的供电。由此可见，这种接线方式在不同相别的两点接地组合中，只能保证有由此可见，这种接线方式在不同相别的两点接地组合中，只能保证有2/3 的机会有选择性地切除后面一的机会有选择性地切除后面一条线路。条线路。如图如图221所示，在变电所引出的放射形线路上，发生两点接地短路时，希望任意切除一条线路

36、即可。所示，在变电所引出的放射形线路上，发生两点接地短路时，希望任意切除一条线路即可。因此，不必要的切除两条线路的机会就比较多了。因此，不必要的切除两条线路的机会就比较多了。如图如图221所示，在变电所引出的放射形线路上，发生两点接地短路时，希望任意切除一条线路即可。所示，在变电所引出的放射形线路上，发生两点接地短路时，希望任意切除一条线路即可。因此，即使是出现因此，即使是出现t1=t2的情况，它也能保证有的情况，它也能保证有2/3 的机会只切除任一条线路。的机会只切除任一条线路。2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式3 Y,d接线变压器一侧两相短路流过另一侧保护中电流的分析接线变压

37、器一侧两相短路流过另一侧保护中电流的分析以图以图2-22a所示的所示的Y，d 11接线的降压变压器为例进行分析。接线的降压变压器为例进行分析。(1)三角形侧发生三角形侧发生AB两相短路时，星侧各相电流关系两相短路时，星侧各相电流关系（图（图2-22a：电流保护接线图）：电流保护接线图）(2)星型侧星型侧BC两相短路时，三角侧各相的电流关系。两相短路时，三角侧各相的电流关系。同理可得同理可得2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式当过电流保护接于降压变压器的高压侧以作为低压侧线路故障的后备保护时当过电流保护接于降压变压器的高压侧以作为低压侧线路故障的后备保护时:2.1.8 电流保护的接线

38、方式电流保护的接线方式 4 两种接线方式的应用两种接线方式的应用 (1)需要三个电流互感器，三个电流继电器和四根需要三个电流互感器，三个电流继电器和四根二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。二次电缆，相对来讲是复杂和不经济的。 (2)广泛用于发电机，变压器等大型贵重电气设备广泛用于发电机，变压器等大型贵重电气设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。敏性。 (3)也可以用在中性点直接接地电网中，作为相间也可以用在中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路地保护。短路和单相接地短路地保护。 但实际上，由于单相接地短路照例都是采用专门但实际上

39、，由于单相接地短路照例都是采用专门的零序电流保护，因此，为了上述目的而采用三的零序电流保护，因此，为了上述目的而采用三相星形接线方式的并不多。相星形接线方式的并不多。2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式 4 两种接线方式的应用两种接线方式的应用(1)两相星形接线较为简单经济。两相星形接线较为简单经济。(2)在中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在图在中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在图221所示线路上的所示线路上的可能性要比图可能性要比图220的可能性大的多。这种情况下，采用两相星形接线就可以的可能性大的多。这种情况下，采用两相星形接线就可以保证有保证有2/3的机会只切

40、除一条线路。的机会只切除一条线路。当电网中的电流保护采用两相星形接线方式时，应在所有线路上将保护装置当电网中的电流保护采用两相星形接线方式时，应在所有线路上将保护装置安装在相同的两相上（一般都裝于安装在相同的两相上（一般都裝于A，C相上），以保证在不同线路上发生两相上），以保证在不同线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。点及多点接地时，能切除故障。（图（图2-20：串联线路上两点接地的示意图）：串联线路上两点接地的示意图）（图（图2-21：自同：自同一变电所引出的一变电所引出的放射形线路上两放射形线路上两点接地的示意图）点接地的示意图）2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式 5 三

41、段式电流保护的接线图三段式电流保护的接线图原理图对整个保护的工作原理能给出一个完整的概念。图中的每个功能块，在由电磁原理图对整个保护的工作原理能给出一个完整的概念。图中的每个功能块，在由电磁型继电器实现时可能是一个独立的元件，但在数字式保护和集成电路式保护中，往往型继电器实现时可能是一个独立的元件，但在数字式保护和集成电路式保护中，往往将几个功能块用一个元件实现。将几个功能块用一个元件实现。（图（图2-23a：原理接线图）：原理接线图）如左图所示，每个如左图所示，每个继电器的线圈和触继电器的线圈和触点都画在一个图形点都画在一个图形内，所有元件都有内，所有元件都有符号标注，图中符号标注，图中KA

42、表示电流继电器，表示电流继电器， KT表示时间继电器，表示时间继电器，KS表示信号继电器表示信号继电器等等。等等。2.1.8 电流保护的接线方式电流保护的接线方式 5 三段式电流保护的接线图三段式电流保护的接线图展开图接线简单，层次清楚，在掌握了其构成的原理以后，更便于阅读和检展开图接线简单，层次清楚，在掌握了其构成的原理以后，更便于阅读和检查，因此在生产中得到广泛的应用。展开图中将交流回路和直流回路分开表查，因此在生产中得到广泛的应用。展开图中将交流回路和直流回路分开表示，如下图所示。示，如下图所示。每个继电器的线圈和触点每个继电器的线圈和触点根据实际动作的回路情况根据实际动作的回路情况分别

43、画在图中不同位置上，分别画在图中不同位置上，但仍用同一个符号来标注，但仍用同一个符号来标注，以便查对。继电器线圈和以便查对。继电器线圈和触点的连接尽量按照故障触点的连接尽量按照故障后动作顺序，自左而右，后动作顺序，自左而右，自上而下依次排列。自上而下依次排列。2.2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.1 双侧电源网络相间短路时的功率方向短路功率短路功率指短路时母线电压与线路电流相乘所得到的感性功率。指短路时母线电压与线路电流相乘所得到的感性功率。短路功率正方向短路功率正方向一般规定为功率方向由母线流向线路。一般规定为功率方向由母线流向线路。分析分析d1点发生短路点发生短路流过线路的短

44、路功流过线路的短路功率方向，是从电源率方向，是从电源经由线路流向短路经由线路流向短路点，与保护点，与保护2、3、4和和6、7、8的正方的正方向一致。向一致。分析分析d2点和其它任点和其它任意点短路，都有相意点短路，都有相同的特征即短路功同的特征即短路功率的流动方向正是率的流动方向正是保护应该动作的方保护应该动作的方向。向。（图（图2-24a：d1点短路时的电流分布）点短路时的电流分布）（图（图2-24b：d2点短路时的电流分布）点短路时的电流分布）（图（图2-24c：各保护动作方向的规定）：各保护动作方向的规定）2.2.1 双侧电源网络相间短路时的功率方向短路点两侧的保护只需要按照单电源的配合

45、方式整定配合，即可满足短路点两侧的保护只需要按照单电源的配合方式整定配合，即可满足选择性要求。下图所示为方向过电流保护的时限特性。选择性要求。下图所示为方向过电流保护的时限特性。（图（图2-24d：方向过电流保护的阶梯型时限特性）：方向过电流保护的阶梯型时限特性）其中的方向元件可以判别短路功率的流动方向，只当功率方向为正方向时才动作。其中的方向元件可以判别短路功率的流动方向，只当功率方向为正方向时才动作。2.2.2 方向性电流保护的基本原理方向性电流保护的基本原理 双侧电源网络接线如下图所示：双侧电源网络接线如下图所示：保护规定的正方向2.2.2 方向性电流保护的基本原理方向性电流保护的基本原

46、理方向性继电保护的主要特点方向性继电保护的主要特点在原有保护的基础上增加一个功率方在原有保护的基础上增加一个功率方向判断元件，以保证在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作。向判断元件，以保证在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作。具有方向性的过电流保护的单相原理接线如下图所示：具有方向性的过电流保护的单相原理接线如下图所示：（图（图2-25：方向过电流保护的单相原理接线图）：方向过电流保护的单相原理接线图）由图可见，方向元件和电流由图可见，方向元件和电流元件必须都动作以后才能去元件必须都动作以后才能去起动时间元件，再经过预定起动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。的延时后动作于跳闸。2.2

47、.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 1 对功率方向元件的要求对功率方向元件的要求以下图所示的网络接线中的保护以下图所示的网络接线中的保护1为例进行说明：为例进行说明：2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件功率方向元件功率方向元件(继电器继电器)指用以判别功率或测定电流、电压之间的指用以判别功率或测定电流、电压之间的相位角，以判别发生故障的方向的元件（继电器）。相位角，以判别发生故障的方向的元件（继电器）。对继电保护中方向元件的基本要求是对继电保护中方向元件的基本要求是（1）应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障（包括故障点）应具有明确的方向性，即在正方向发生各种故障（包括故障点有

48、过渡电阻的情况）时，能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动有过渡电阻的情况）时，能可靠动作，而在反方向故障时，可靠不动作；作；（2）故障时可靠动作并有足够的灵敏度。）故障时可靠动作并有足够的灵敏度。（左图：（左图：LG-11、12型功率方向继电器）型功率方向继电器）2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 2 功率方向元件（继电器）的动作特性功率方向元件（继电器）的动作特性 以以A相的功率方向元件为例进行分析：相的功率方向元件为例进行分析：2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件对最大灵敏角的整定对最大灵敏角的整定一般功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输一般功率方向继电器当

49、输入电压和电流的幅值不变时，其输出出( 转矩或电压转矩或电压 ) 值随两者相位差的大小而改变，为了在最常见的短路情况下使方向元值随两者相位差的大小而改变，为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏，采用上述接线的功率方向元件应做成最大灵敏角：件动作最灵敏，采用上述接线的功率方向元件应做成最大灵敏角：功率方向元件的动作特性如下图所示，功率方向元件的动作特性如下图所示，在复数平面上是一条直线，阴影部分在复数平面上是一条直线，阴影部分为动作区。为动作区。60send相应动作方程可有如下三种表示方式：相应动作方程可有如下三种表示方式：2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件0rAUU2.2.3

50、功率方向判别元件功率方向判别元件（图（图2-28b：按：按2-37式构成的动作特性）式构成的动作特性）2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 为了减小和消除三相短路时的死区，可以采用电压记忆回路（见本教材距离保为了减小和消除三相短路时的死区，可以采用电压记忆回路（见本教材距离保护部分）并尽量提高继电器动作时的灵敏度。护部分）并尽量提高继电器动作时的灵敏度。2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件2.2.3 功率方向判别元件功率

51、方向判别元件 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 3 功率方向判别元件的构成框图功率方向判别元件的构成框图2.2.3 功率方向判别元件功率方向判别元件 功率方向判别元件的功率方向判别元件的“潜动潜动”问题问题所谓潜动就是指在所谓潜动就是指在只加入电流或只加入电压信号的情况下，继电器就能够动只加入电流或只加入电压信号的情况下，继电

52、器就能够动作的现象。作的现象。 发生潜动的最大危害如下：发生潜动的最大危害如下： 就集成电路型功率方向元件而言，造成潜动的原因主要是就集成电路型功率方向元件而言，造成潜动的原因主要是形成方波的开环运算放大器的零点漂移。所有的功率方向形成方波的开环运算放大器的零点漂移。所有的功率方向元件都必须采取措施，可靠地防止潜动的发生。元件都必须采取措施，可靠地防止潜动的发生。2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式相间短路功率方向判别元件的接线方式2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式相间短路功率方向判别元件的接线方式图2-30：采用90接线方式时，三相式方向过电流保护的原理接线图顺便指出，

53、对功率方向继电器的接线，必须十分注意继电器电流线圈和电压顺便指出，对功率方向继电器的接线，必须十分注意继电器电流线圈和电压线圈的极性问题，如果有一个线圈的极性接错时，就会出现正方向短路时拒线圈的极性问题，如果有一个线圈的极性接错时，就会出现正方向短路时拒绝动作，而反方向短路时误动作的现象，从而造成严重事故。绝动作，而反方向短路时误动作的现象，从而造成严重事故。2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式相间短路功率方向判别元件的接线方式1 正方向发生三相短路正方向发生三相短路正方向发生三相短路时的向量图如下图所示：正方向发生三相短路时的向量图如下图所示：图2-31 三相短路时，对90接线方式

54、的分析由于三相对称，三个方向继电器电器工作情况完全一样，故可只取由于三相对称，三个方向继电器电器工作情况完全一样，故可只取A相继电相继电器分析。由图可见：器分析。由图可见：2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式相间短路功率方向判别元件的接线方式2 正方向发生两相短路正方向发生两相短路2.2.4 相间短路功率方向判别元件的接线方式相间短路功率方向判别元件的接线方式（上图：（上图：LDB-II型电流保护综合继电器）型电流保护综合继电器）2.2.5 方向性电流保护的应用特点方向性电流保护的应用特点 在方向性电流保护应用时，如果能用电流整定值在方向性电流保护应用时，如果能用电流整定值保证选择性

55、，就不加方向元件。另外，由于有多保证选择性，就不加方向元件。另外，由于有多个电源存在，短路点到电源之间的线路上流过的个电源存在，短路点到电源之间的线路上流过的短路电流大小可能不同，上下级保护的整定值配短路电流大小可能不同，上下级保护的整定值配合出现新问题。合出现新问题。 1 电流速断保护可以取消方向元件的情况电流速断保护可以取消方向元件的情况 在电流速断保护中在电流速断保护中: 能用电流整定值保证选择性的，尽量不加方向元件; 线路两端的保护，能在一端加方向元件后满足选择性要求的，不在两端加方向元件2.2.5 方向性电流保护的应用特点方向性电流保护的应用特点 （图（图2-35：双侧电源线路上电流

56、速断保护的整定）：双侧电源线路上电流速断保护的整定）曲线为由EI流过线路供给短路点的电流曲线为由EII流过线路供给短路点的电流2.2.5 方向性电流保护的应用特点方向性电流保护的应用特点 2 限时电流速断保护整定时分支电限时电流速断保护整定时分支电路的影响路的影响双侧电源网络中的限时电流速断保护需要考虑保护双侧电源网络中的限时电流速断保护需要考虑保护安装地点与短路点之间有电源或线路（通称为分支安装地点与短路点之间有电源或线路（通称为分支电路）的影响。引入分支系数，其定义为：电路）的影响。引入分支系数，其定义为：bK 故障线路流过的短路电流前一级保护所在线路上流过的短路电流2.2.5 方向性电流

57、保护的应用特点方向性电流保护的应用特点（1）助增电流的影响：分支电源使故障线路电流增大的现象，称为助增。）助增电流的影响：分支电源使故障线路电流增大的现象，称为助增。有助增以后的短路电流分布曲线亦示于下图中：有助增以后的短路电流分布曲线亦示于下图中：（图（图2-36：有助增电流时，限时电流速断保护的整定）：有助增电流时，限时电流速断保护的整定）2.2.5 方向性电流保护的应用特点方向性电流保护的应用特点（2）外汲电流的影响：故障线路中电流减小的现象，称为外汲。）外汲电流的影响：故障线路中电流减小的现象，称为外汲。如下图所示，分支电路为一并联的线路，此时分支系数Kb1。（图（图2-37：有外汲电

58、流时，限时电流速断保护的整定）：有外汲电流时，限时电流速断保护的整定）有外汲电流影响时的分析有外汲电流影响时的分析方法同于有助增电流的情方法同于有助增电流的情况，限时电流速断的起动况，限时电流速断的起动电流仍应按下式整定：电流仍应按下式整定：当变电所B母线上既有电源又有并联的线路时，其分支系数可能大于1也可能下于1，此时应根据实际可能的运行方式，确保选择性，选取分支系数的最小值进行整定计算。对单侧电源供电的线路，即为Kb=1的一种特殊情况。2.2.5 方向性电流保护的应用特点方向性电流保护的应用特点3 过电流保护装设方向元件的一般方法过电流保护装设方向元件的一般方法过电流保护中，反方向短路一般

59、都是很难从电流整定值躲开，而主要过电流保护中，反方向短路一般都是很难从电流整定值躲开，而主要决定于动作时限的大小。以图决定于动作时限的大小。以图2-24中的保护中的保护6为例为例: 当一条母线上有多条电源线路时，除动作时限最长的一个过电流保护不需要装方当一条母线上有多条电源线路时，除动作时限最长的一个过电流保护不需要装方向元件外，其余都要装方向元件。向元件外，其余都要装方向元件。2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.1 接地短路时零序电压、电流和功率的分布接地短路时零序电压、电流和功率的分布当中性点直接接地系统（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，当中性点直接接地系

60、统（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压、电流来构成接地短路将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，被广泛应用在的保护，被广泛应用在110kV及以上电压等级的电网中。及以上电压等级的电网中。1 零序电压零序电压零序电压的分布如下图所示：零序电压的分布如下图所示：（图（图2-38c：零序电压的分布图）：零序电压的分布图）零序电压的特点零序电压的特点零序电源在故障点，故障点的零序电压最高，系统零序电源在故障点，故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低，取决于到大地间阻抗的大小。中距离故障点越远处的零序电压越低，