第2章 单侧电源网络相间短路的电流电压保护

1、2022-5-1412 单侧电源网络相间短路的电流电压保护2022-5-142一、高压电网的定一、高压电网的定时限与反时限的过电流保护时限与反时限的过电流保护 带时限的过电流保护，按其动作时限特性分，有定定时限过电流保护时限过电流保护和和反时限过电流保护反时限过电流保护两种。定时限就是保护装置的动作时限是按预先整定的动作时间固定动作时间固定不变不变的，与短路电流大小无关；而反时限就是保护装置的动作时限原先是按10倍动作电流来整定的，而实际的动作时间则与短路电流呈反比关系变化动作时间则与短路电流呈反比关系变化，短路电流越大，动作时间越短。 2022-5-143（1）组成及工作原理1、定时限过电流

2、保护（又称第段电流保护）a)归总式原理图b)展开式原理图2022-5-144 工作原理工作原理：当一次电路发生相间短路时，KA瞬时动作，触点闭合，使KT动作。KT经过延时后，其延时触点闭合，使KS和KM动作。KS动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。QF跳闸后，其辅助触点QFl-2随之切断跳闸回路。在短路故障被切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而KS可手动复位。 2022-5-145（2）动作电流的整定整定原则：整定原则：保护装置的返回电流Ire.1应大于包括电动机启动电流

3、在内的最大负荷电流IL.max，即 式中， 为可靠系数，DL型取1.151.25，GL型取1.3。max1LreII写成等式：max1LssIIIrelreIKKIIIIrelKIL.maxKss为自启动系数，取1.532022-5-146KAopKArereIIK.按返回系数的定义：所以继电器动作电流继电器动作电流为：式中，Kre为返回系数，DL型取0.85，GL型取0.8；Ki电流互感器变比； 继电器的动作电流。第一个整定值max1.LiressIIIrelWirereWreKAreIIIKAopIKKKKKKKIKKIIIIIKAopI.2022-5-147maxLI如果无法确定时，可取

4、 ： =（1.53）I30 线路最大负荷电流 的确定：maxLI继电保护装置一次侧动作电流继电保护装置一次侧动作电流为：第二个整定值max.1 .LreIIIrelIIIopKAWiIIIopIKKIKKI2022-5-148（3）动作时限的整定如图，按阶梯整定原则，上一级动作时限应比下一级大一个时上一级动作时限应比下一级大一个时限阶段限阶段t，即：t1=t2+t。时限阶段t：定时限保护取0.5s。a)电路b)定时限过电流保护的时限整定说明动作时限，可利用时间继电器（KT）来整定。第三个整定值 对于一条支路的情况2022-5-149以保护装置P4为例，对于多条支路的线路，动作时限应为max32

5、14tttttttIIIIIIIIIIII，P4 对于多条支路的情况第三个整定值2022-5-1410（4）灵敏度校验应以系统在最小运行方式下，被保护线路末端两相短路电流来校验，即校验原则：解释：系统的最大、最小运行方式。 必须校验的值5 . 125. 11 .)2(min.IIIopksenIIK近后备保护（本线路）时取1.25；远后备保护（下一级线路）时取1.5。 2022-5-14112、 反时限过电流保护装置（1）组成及工作原理 反时限过电流保护的原理图和展开图a）原理图 b）展开图先合后断触点先合后断触点2022-5-1412 此保护由GL型感应式电流继电器组成。 当一次电路发生相间

6、短路时，KA动作，经过一定延时后(反时限特性)。常开触点闭合，常闭触点断开，这时断路器QF因其跳闸线圈YR被“去分流”而跳闸，切除短路故障。在继电器KA去分流跳闸的同时，其信号牌掉下，指示保护装置已经动作。在短路故障切除后，继电器自动返回，其信号牌可利用外壳上的旋钮手动复位。 要求，继电器这两对触点的动作程序必须是常开触点先闭合，常闭触点后断开的转换触点。 先合后断触点2022-5-1413（3）动作时限的整定 如图，按阶梯整定原则，上一级动作时限应比下一级大一个时限阶段t，即：t1=t2+t。 时限阶段t：对于反时限保护，取0.7s。（2）动作电流的整定 整定方法：与定时限相同。 动作时限，

7、由于GL型电流继电器的时限调节机构是按按“10倍动作电流的动作时限倍动作电流的动作时限”来标度的来标度的，因此要根据前后两级保护的GL型继电器的动作特性曲线来整定，方法及步骤如下：2022-5-1414反时限过电流保护的时限整定说明 现在是：根据已经整定完的现在是：根据已经整定完的2 2号过电流保护装置，来整定号过电流保护装置，来整定1 1号过电号过电流保护装置。流保护装置。 1KA2KA2WL1WLkkI已知已知待知待知2022-5-1415计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到继电器KA2中的电流值kiWkIKKI)2()2()2(计算 对KA2的动作电流 的倍数，即)2(kI)2(opI

8、)2()2(2opkIIn 确定KA2的实际动作时间实际动作时间 在下图KA2的动作特性曲线的横坐标上，找出n2，然后向上找到该曲线上a点，该点在纵坐标上对应的动作时间 就是KA2在通过 时的实际动作时间。2t)2(kI该曲线为已知该曲线为已知该曲线为已知该曲线为已知由由t1和和n1确定确定b点点所求时间所求时间t12022-5-1416计算WL2首端的三相短路电流Ik 反应到KA1中的电流值，即：计算KA1必需的实际动作时间：根据选择性的要求，KA1的实际动作时间 ；取 ，故 。ttt21st7 . 0stt7 . 021kiWkIKKI)1()1()1()1()1(1opkIIn计算 对K

9、A1的动作电流 的倍数，即：)1(kI)1(opI确定KA1的10倍动作电流的动作时限：从上图KA1的动作特性曲线的横坐标上找出n1 ，从纵坐标上找出 ，然后找到n1与 相交的坐标b点，这这b点所在曲线点所在曲线所对应的10倍动作电流的动作时间t1即为所求值。1t1t2022-5-1417已知曲线找到的曲线加0.7s时间整定简单示意图如下：（4）灵敏度校验同定时限保护。所求时间所求时间t12022-5-14183、 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较 定时限过电流保护定时限过电流保护的优点是：动作时间比较精确，整定简便，灵敏度高，保护范围大，可以作为下一段线路的远后备，同时作为本线路的近

10、后备。但缺点是：所需继电器多，接线复杂，且需直流操作电源，投资较大。此外，越靠近电源处的保护装置，其动作时间越长，这是定时限过电流保护共有的一大缺点。 反时限过电流保护反时限过电流保护的优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流操作，因此相当简单经济，投资大大降低，故它在中小工厂供电系统中得到广泛的应用。但缺点是：动作时限的整定比较麻烦，而且误差较大；当短路电流小时，其动作时间可能相当长，延长了故障持续时间；同样存在越靠近电源、动作时间越长的缺点。 2022-5-1419二、瞬时电流速断保护装置二、瞬时电流速断保护装置 带时限的过电流保护，有一个明显的缺点，就是越靠

11、近电源侧的过电流保护，其动作时间越长，而短路电流则越大，其危害也更加严重。因此规定，在过电流保护动作时间超过0.50.7s时，应装设瞬时（无时限）电流速断保护装置，作为快速动作的主保护，如图所示。 线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图 （第段电流保护）2022-5-14201、 组成及工作原理 如图：线路正常时；线路短路时a）定时限保护区（延时、跳闸、信号）b）速断保护区（跳闸、信号）。整定原则：动作电流应躲过系统在最大运行方式下，被保护线路末端三应躲过系统在最大运行方式下，被保护线路末端三相短路电流相短路电流Ik1max，即： 2、 动作电流的整定写成等式，有： 式中，Ik1max：系

12、统在最大运行方式下，被保护线路末端三相短路电流； ：速断保护装置一次动作电流；可靠系数Krel：DL型取1.21.3，GL型取1.41.5。)3(max. 11 .kopII)3(max. 11 .krelopIKI1 .opI2022-5-1421保护装置一次动作电流也可以按下式计算也可以按下式计算：max0max.1 .LZZEIsIop系统等效电源的相电动势E最大保护范围（长度）maxL该线路单位长度的阻抗0Z系统在最大运行方式保护安装处到系统等效电源之间的阻抗。max. sZ2022-5-1422继电器动作电流为： 3、 灵敏度校验校验原则：应以系统在最小运行方式下，速断保护装置安装处

13、应以系统在最小运行方式下，速断保护装置安装处两相短路电流来校验两相短路电流来校验，即：)3(max.1 .kirelwiopwKAopIKKKKIKI25 . 11 .)2(min.opksenIIK2022-5-14234、 保护范围校验最大保护范围最大保护范围最小最小保护范围保护范围2022-5-1424 校验最大保护范围 或max0max.1 .LZZEIsIop）（max.1 .0max1sIopZIEZL系统等效电源的相电动势该线路单位长度的阻抗系统在最大运行方式保护安装处到系统等效电源之间的阻抗max. sZE0ZmaxL最大保护范围（长度）%50%maxL式中%maxLmaxL2

14、022-5-1425 校验最小保护范围 或系统在最小运行方式保护安装处到系统等效电源之间的阻抗最小保护范围（长度）式中minL%minL）（min.1 .0min231sIopZIEZLmin0max.1 .23LZZEIsIopmin. sZminL15%minL2022-5-14265、 死区问题及弥补死区：死区：由整定原则可知，瞬时（无时限）电流速断保护缺点是不可能保护线路的全长不可能保护线路的全长。即存在不动作区，叫它为死区。弥补：弥补：由定时限过流保护装置或限时电流速断保护装置来弥补，在瞬时速断保护区内，定时限过流保护或限时电流速断保护是瞬时速断保护的后备保护。 2022-5-142

15、7三、三、 限时电流速断保护限时电流速断保护 由于瞬时电流速断保护不能保护线路全长，因此可增加带限时的电流速断保护。用以保护瞬时电流速断保护保护不到的那段线路的故障，同时也能作为瞬时速断保护的后备保护，这就是限时电流限时电流速断保护速断保护。 要求：是在任何情况下都能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性； 是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限；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。（又称第段电流保护）2022-5-14281、 限时电流速断保护的单相原理接线图2022-5-14292、 限时电流速断保护的整定计算 （1）动作电流的整定整定原则：保护装置1限时

16、电流速断保护的动作电流 必须大于保护装置2的瞬时电流速断保护的动作电流 ，即1 .opI2 .1 .opopII2 .opI2 .opI1 .opI2022-5-1430IopIIrelIKI2II1op写成等式：IIrelK可靠系数，取1.11.2。maxII1opkDcoIKI若考虑相邻变压器速断保护，则有配合系数，取1.3。coKmaxkDI变压器低压母线D点短路流过保护装置安装处最大短路电流。 应取以上两个中较大者作为保护装置1的时限电流速断保护的动作电流。2022-5-1431 （2）动作时限的整定为了保证选择性，限时电流速断保护的动作时限 要大于下一级线路瞬时速断保护的动作时限 一

17、个时限阶段 ，即tttI2opII1opII1optI2opttt取0.5s。2022-5-1432 （ 3）灵敏度校验灵敏度校验原则：应以系统在最小运行方式下，被保护线路末端两相短路电流来校验，即5 . 13 . 1)2(min.opksenIIKopI 系统在最小运行方式下，被保护线路末端两相短路电流。被保护线路的时限速断保护的动作电流。)2(min. kI2022-5-1433例题：例题：如图及表所示，已知线路WL的总负荷为S30=1100kVA，该线路设有定时限过流保护及瞬时电流速断保护。试进行整定计算及灵敏度校验。（TA按两相V形接线，Ki在15/5、100/5和600/5中选取）。

18、 短 路 点k1 k21300 2970 570 2850)()3(max.AIk)()3(min.AIkSJL-75000.4s0.4s0.5sWL电源35kV10kVk1k2解：1、定时限过流保护AUSIN5 .63103110033030AIIL1275 .632) 35 . 1 (30max.2022-5-1434选DL型，有： AIKKKKILirerelwKAop34. 91275/10085. 025. 11max.，取9.5A 所以： AIKKIKAopwiop1905 . 9120.1时限为： sttt15 . 05 . 012灵敏度为： 5 . 125. 1598. 219

19、062.493190570231)2(min.obksenIIK满足灵敏度要求。2、瞬时电流速断保护AIKIkrelop169013003 . 1)3(max.12022-5-1435AKIKIiqbwKAop5 .8420169011.，取85A灵敏度为： 25 . 145. 11700246820852850231)2(min.qbksenIIK不满足灵敏度的要求。 2022-5-1436例题例题P23，例2-2学生自己看，P28例2-4P18，例2-1P26，例2-32022-5-1437四、四、 三段式（阶段式）电流保护装置三段式（阶段式）电流保护装置 1、 三段式电流保护原理接线图2

20、022-5-14382 、 三段式电流保护的配合和动作时间示意图 2022-5-14393、 三段式电流保护的整定计算示例 如图，已知线路WL2的负荷电流为110A，最大过负荷倍数为2，线路WL2上的电流互感器变比为300/5，线路WL1上定时限过电流保护的动作时限为2.5s，其短路数据如下表。拟在线路WL2上装设两相V形接线的三段式电流保护，试计算各段保护的动作电流、动作时限及灵敏度校验，并选出主要继电器型号。 短 路 点k-1k-2k-3最大运行方式下的三相短路电流（A）34001310520最小运行方式下的三相短路电流（A）298011504902022-5-1440解：1. 线路WL2

21、瞬时（无时限）电流速断保护 继电器动作电流为：AIKKKIkirelwKAop4 .2813105/3003 . 11)3(max. 选取动作电流整定范围为12.550A的DL-21/50型电流继电器。 灵敏度校验5 . 154. 15/300282980231 .)2(min.opksenIIK满足灵敏度要求整定为整定为28A2022-5-14412. 线路WL2的限时电流速断保护 计算线路WL1的无时限电流速断保护一次侧的动作电流AIKIkIrelop6765203 . 1)3(max. 求线路WL2的限时电流速断保护动作电流IopIIrelIKI2II1opAIKIoprelop6 .7

22、436761 . 12 .1 .一次侧动作电流：继电器动作电流：AIKKIopiwKAop4 .126 .7435/30011 . 选取动作电流整定范围为520A的DL-21C/20型电流继电器。整定为整定为12.5A2022-5-1442 求线路WL2的限时电流速断保护动作时限sttopop6 . 05 . 01 . 05 . 02 .1 .取 ，t=0.5s 有：有：stop1 . 02 . 选取动时限整定范围为0.151.5s的DS-11型时间继电器。灵敏度校验5 . 13 . 133. 15 .12)5/300(115023senK满足灵敏度要求3. 线路WL2的定时限过电流保护整定为

23、整定为0.6s2022-5-1443 求继电器动作电流AIKKKKILireIIIrelWIIIKAop2 . 511025/30085. 02 . 11max.选取动作电流整定范围为2.510A的DL-21C/10型电流继电器。 求线路WL2的动作时限t2 = t1+t =2.5+0.5=3s整定为整定为5 A整定为整定为3 s 选取动时限整定范围为1.25s 的DS-22型时间继电器。2022-5-1444远后备保护（本段线路）时：25. 141. 15)5/300(490231 .)2(min.IIIopksenIIK满足灵敏度要求 灵敏度校验5 . 132. 35)5/300(1150

24、231 .)2(min.IIIopksenIIK近后备保护（本段线路）时：满足灵敏度要求2022-5-1445五、电压、电流连锁速断保护五、电压、电流连锁速断保护 问题的提出问题的提出当系统运行方式变化较大时，线路的瞬时（速断）电流保护的保护范围可能很小；带时限的速断保护灵敏度也可能不满足要求。 问题的解决问题的解决在不延长动作时间的前提下，提高保护的灵敏性，增加保护范围。采用电压、电流连锁速断保护。电压、电流连锁速断保护。2022-5-14461、 保护装置的组成及工作原理2022-5-1447 只有当电流继电器和电压继电器同时动作时（短路时保护装置安装处电流增大，电压降低），出口继电器KM2才能动作，使断路器QF跳闸。 如果因电压互感器二次回路断线等原因造成低电压时，只能使KM1动作，发出低电压信号，而不能启动跳闸回路使断路器QF跳闸。 电压继电器KV1KV3常闭触点并联后控制中间继电器KM1； 电流继电器KA1KA2常开触点并联后通过KM1的触点控制中间继电器KM2。2、保护装置的整定与瞬时（速断）电流保护一样，按躲过本线路末端短路电流来整定。2022-5-1448假设系统在某一主要运行方式主要运行方式下，系统等值阻抗为Zs，保护范围为lp，则lKllrelp75. 0relK可靠系数，取1.31.4被保护线路全长，kml电流元件动作电流为：p