南昌大学继电保护第三章电网相间短路的电流电压保护

第三章电网相间短路的电流电压保护第一节电流保护常用的继电器1.继电器的分类和要求（1）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,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“通”、“断”控制的作用。（2）继电器的分类：按动作原理可分为电磁型、感应型、整流型、电子型和数字型等，按反映的物理量可分为电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、周波继电器和气体（瓦斯）继电器等，按照继电器在保护回路中所起的作用可分为启动继电器、量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。

常用保护继电器

保护继电器的种类：

（1）按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器；（2）按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等；

（3）按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器；（4）按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。

常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器。保护继电器1、电流继电器：电流保护的测量元件2、电压继电器：电压保护的测量元件3、中间继电器：在继电保护装置和自动装置中用以增加触点数量以及容量4、时间继电器：建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系5、信号继电器：作为继电保护装置和自动装置动作的信号指示第一节电流保护常用的继电器一。电磁型继电器（一）电磁型继电器的结构和工作原理（1）文字符号和图形符号

文字符号：KA图形符号

使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.kA

表示。

使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire.KA

表示。

继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即

电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85（3）动作电流的调节

调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：

①改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节。

②改变继电器线圈的连接。当线圈由串联改为并联时，继电器的动作电流增大一倍，进行级进调节。7.2.1电磁式继电器1.电磁式电流继电器

（1）文字符号和图形符号

文字符号：KA

2.电磁式电压继电器（1）文字符号和图形符号

文字符号：KV（2）结构和工作原理与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。

电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种。过电压继电器的返回系数通常为0.8；欠电压继电器的返回系数通常为1.25。3.电磁式时间继电器时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。

（1）文字符号和图形符号

文字符号：KT

（2）结构和工作原理

由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。（3）动作时限调整：通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的行程获得。

4.电磁式信号继电器

信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。（1）文字符号和图形符号

文字符号：KS

（2）结构和外形5.电磁式中间继电器

中间继电器在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量的不足。（1）文字符号和图形符号

文字符号：KM

（2）结构和外形

感应式电流继电器

1.文字符号和图形符号

文字符号：KA

对继电器的基本要求：工作可靠，动作过程具有“继电特性”。动作值误差小、功率损耗小、动作迅速、动稳定和热稳定性能好以及抗干扰能力强。继电器安装、整定方便，运行维护少，价格便宜。2.过电流继电器原理框图(1)量度继电器:过量继电器和欠量继电器。（2）过电流继电器原理框图动作电流：能使继电器动作的最小电流值，称为继电器的动作电流。返回电流：能使继电器返回原位的最大电流值，称为继电器的返回电流。3.继电器的继电特性:见图2-2无论启动和返回,继电器的动作都是明确干脆的,不可能停留在中间位置,这种特性称为继电特性。返回系数：返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数。第二节无时限电流速断保护1.工作原理(1).定义：反应于电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。(2)整定电流:能使该保护装置启动的最小电流值称为保护装置的整定电流。在保证选择性和可靠性要求的前提下，根据对继电保护快速性的要求，原则上应装设快速动作的保护装置，使切除故障的时间尽可能短。反应电流增加，且不带时限(瞬时)动作的电流保护称为无时限电流速断保护，简称电流速断保护。第二节无时限电流速断保护

对于图2.2所示的单侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路的电源侧装设断路器和相应的保护装置，即无时限电流速断保护分别装设在线路L1、L2的电源侧(也称为线路的首端)。当线路上任一点发生三相短路时，通过被保护元件(即线路)的电流为

(2-2)

式中——系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压；—保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗——线路单位长度的正序阻抗，单位为；

——短路点至保护安装处之间的距离。

1.工作原理2．电流速断保护的整定计算原则（1）动作电流的整定。为满足选择性，必须按躲过线路末端最大短路电流来整定。可靠系数＝1.2-1.3

(2）最小保护范围：在各种运行方式下发生各种短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围称为最小的保护范围(2）最大保护范围：在各种运行方式下发生各种短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最大范围称为最大的保护范围4.校验：在最小运行方式下，两相短路时，m不小于15%~20%。5。的计算方法（1）作图法见图3-19（2）解析法3．电流速断保护的构成电流速断保护的构成原理接线:见图3-20采用中间继电器的作用：a增加触点容量b增加装置的固有动作时间可见引入大于1的可靠系数的原因是为了保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作。3.动作时限的选择：小于10ms1.由电力系统分析可知,短路工频周期分量计算式2.系统最大运行方式:在相同地点发生相同类型的短路时流过安装处的电流最大,对应的系统等值阻抗最小。3.系统最小运行方式:在相同地点发生相同类型的短路时流过安装处的电流最小,对应的系统等值阻抗最大。4．电流速断保护的主要优、缺点优点：简单，可靠，动作迅速缺点：灵敏性不好，不能保护线路全长，受运行方式的影响，这套保护是通过整定值来满足保护的选择性个别情况下，有选择性的电流速断可保护线路全长此时断路器的速断保护可按躲开变压器低压侧线路出口处d的短路来整定。见图3-21第三节带时限电流速断保护1.工作原理(1).定义：以较小时限切除主线范围内故障的电流保护，解释图3-22

。2.限时电流速断保护整定(1)启动电流的整定:为满足选择性，必须与下一线路保护（速断部分）配合可靠系数＝1.1－1.15可见引入大于1的可靠系数的原因是为了保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作如果元件中有带差动保护的变压器则(2).动作时限的选择：＝0.5ｓ（讲解图3－25）p59主保护：能快速切除各种故障能力的保护称为该线路的主保护。3.保护装置灵敏性的校验：式中，为系统最小运行方式下线路A－B末端发生两相短路时的短路电流，其值不小于1.3－1.5若灵敏度不满足要求，则重新整定，即与下一条线路的限时电流速断相配合，＝1－1.2ｓ4.保护的单相原理接线:见图2.10注意：3-16公式中可靠系数不要，要去掉式中——限时电流速断保护的可靠系数，取1.1～1.15。如果相邻母线上有多个元件，取其中最大值。如果元件中有差动保护的变压器，则1。动作电流的整定（1）与相邻的段无时限电流保护相配合。

二、具有分支电路的电网带时限电流速断保护1。助增电流的影响使故障线路电流增大的电流称助增电流。

2。汲（ji)出电流的影响。使故障线路电流减小，该电流称为汲（ji)出电流。三。动作时限的选择由分析可知，保护1限时电流速断保护的保护范围已延伸至下一线路电流速断保护的保护范围，为保证选择性，要求限时电流速断保护的动作时限要高于下一线路电流速断保护的动作时限一个时限级差，即

(3-32)对于时限级差，从尽快切除故障出发，应越小越好，但为了保证两套保护动作的选择性，又不能选择过小。影响的主要因素有：(1)前一级保护动作的负偏差(即保护可能提前动作)。(2)后一级保护动作的正偏差(即保护可能延后动作)。(3)保护装置的惯性误差(即断路器跳闸时间：从接通跳闸回路到触头间电弧熄灭的时间)。(4)为保证有选择性，再加一个时间裕度0.35～0.65，则时限级差为0.5s

由此确定的一般为0.35s～0.5s，实际应用中取=0.5s。保护1与保护2的配合关系，即保护动作时间与短路点至保护安装处之间距离的关系，用来描述，如图2.4所示。在保护2电流速断保护范围内的短路，将以的时间切除，此时保护1的限时电流速断虽然可以启动，但因较大一个，而在QF2跳闸后，保护1将返回，所以从时间上保证了选择性。若短路发生在保护1电流速断保护范围内时，保护1将以时间切除，而在该线路其他点短路时，保护1将以时间切除。所以，当线路装设电流速断保护和限时电流速断保护后，它们的联合工作就可以保证在全线路范围内的短路故障都能在0.5s时间内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求。它们的共同作用，构成了线路的主保护，即以最短的时间切除全线路任一点发生的短路。第四节定时限过电流保护定义：启动电流躲过最大负荷电流，时限按阶梯原则整定的一种电流保护（常用作后备保护，能保护线路全长和下一线路全长，甚至更远）。1.工作原理和启动电流计算（注：“起动”与“动作跳闸”不同）按两个原则来考虑，见图2－11，k2点故障，则保护2动作跳闸切除故障，M自起动(1)为了使过电流保护在正常运行时（包括输送最大负荷和外部故障切除后电动机自起动时））不动作，其动作电流－没有考虑电动机自起动时线路输送的最大负荷电流－自起动系数，考虑电动机自起动时电流增大的影响，其值大于1考虑的原因，发生短路故障时，电压降低，电动机有可能被制动，故障切除后，电流恢复，电动机要有个自起动的过程。(2)相邻线路故障切除后，前面的过电流保护应可靠返回。如图2－11，当k2点短路，5、4、3、2均起动，2跳闸，3、4、5立即返回.

＝1.15－1.25，发生短路故障时，流过短路电流的保护均起动。故障切除后，电流减小而返回原位。由电流继电器返回系数概念

其中，定义：考虑的原因：①作为后备保护，动作机会大，起动后往往要返回；②整定值较小（较小），可能自起动时不能返回，因而要求：2.按选择性要求整定过电流保护的动作时限阶梯性原则,见图2-193.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三段式电流保护：九．评价1．选择性：在单侧电源辐射形网络中能满足。Ⅰ段从IDZ来满足。Ⅱ段从IDZ及tdz（动作时限）来满足。2．快速性：ⅠⅡ能满足，Ⅲ时限较长。（铁别是越靠近电源侧）3．灵敏性：灵敏度不高，受运行方式的影响大（当最大运行方式下和最小运行方式下短路电流相差很大时，甚至无法使用。对短路线路或重负荷的长线部分很难满足要求。）4．可靠性：最简单。最可靠（优点）这种保护在35KV及以下单侧电源的辐射形网络中获得了广泛的应用。

整定原则Ⅰ.

Idz1’=KK’Idmax(3)校验范围线路Ⅱ.Idz1’’=KK’’Idmax’аaotdz1’’=tdz2’+△t=0.5s可保护线路全长Ⅲ.可保护本线路全长及下一线路全长第三节带时限电流速断保护由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，为快速切除本线路其余部分的短路，应增设第二套保护。为保证选择性和快速性，该保护应与下一线路的电流速断保护在保护范围和动作时限上相配合，即保护范围不超过下一线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一线路电流速断保护高出一个时限级差，这种带有一定延时的电流速断保护称为带时限电流速断保护。

一。带时限电流速断保护的工作原理及整定计算2。汲（ji)出电流的影响。使故障线路电流减小，该电流称为汲（ji)出电流。三。动作时限的选择由分析可知，保护1限时电流速断保护的保护范围已延伸至下一线路电流速断保护的保护范围，为保证选择性，要求限时电流速断保护的动作时限要高于下一线路电流速断保护的动作时限一个时限级差，即

(2-8)对于时限级差，从尽快切除故障出发，应越小越好，但为了保证两套保护动作的选择性，又不能选择过小。影响的主要因素有：(1)前一级保护动作的负偏差(即保护可能提前动作)。(2)后一级保护动作的正偏差(即保护可能延后动作)。(3)保护装置的惯性误差(即断路器跳闸时间：从接通跳闸回路到触头间电弧熄灭的时间)。(4)为保证有选择性，再加一个时间裕度～，则时限级差为

(2-9)由此确定的一般为0.35s～0.5s，实际应用中取=0.5s。保护1与保护2的配合关系，即保护动作时间与短路点至保护安装处之间距离的关系，用来描述，如图2.4所示。在保护2电流速断保护范围内的短路，将以的时间切除，此时保护1的限时电流速断虽然可以启动，但因较大一个，而在QF2跳闸后，保护1将返回，所以从时间上保证了选择性。若短路发生在保护1电流速断保护范围内时，保护1将以时间切除，而在该线路其他点短路时，保护1将以时间切除。所以，当线路装设电流速断保护和限时电流速断保护后，它们的联合工作就可以保证在全线路范围内的短路故障都能在0.5s时间内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求。它们的共同作用，构成了线路的主保护，即以最短的时间切除全线路任一点发生的短路。4。.灵敏系数校验为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护在系统最小运行方式下线路末端发生两相短路时，应具有足够的灵敏性，一般用灵敏系数来校验，即规程规定

式中——最小运行方式下被保护线路末端发生两相金属性短路时，流过本线路保护的电流；

当灵敏系数不能满足要求时，在保护范围内发生短路时，在上述不利因素的影响下，将导致保护拒动，达不到保护线路全长的目的。这时可采用降低保护动作值的办法来提高灵敏系数，即使之与下级线路的限时电流速断相配合。如保护1的动作电流与下一条线路保护2的限时电流速断保护的动作电流配合，则

此时

可见，保护范围的伸长(即灵敏性提的高)，必然导致动作时限的升高。4.原理接线图限时电流速断保护的单线原理接线如图所示。其动作过程与所示的电流速断保护基本相同，不同的是用时间继电器KT代替了中间继电器KM。

第四节定时限过电流保护1.定义：躲过最大负荷电流，时限按阶梯原则整定的一种电流保护（常用作后备保护，能保护线路全长和下一线路全长，甚至更远）。

过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定的保护，它分为两种类型：一种是保护启动后出口的动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；另一种是出口动作时间与过电流的倍数有关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。本节只介绍定时限过电流保护。定时限过电流保护(也可简称为过电流保护)在正常运行时，不会动作。当电网发生短路时，则能反应于电流的增大而动作。由于短路电流一般比最大负荷电流大得多，所以保护的灵敏性较高，不仅能保护本线路的全长，作本线路的近后备保护，而且还能保护相邻线路全长，作相邻线路的远后备保护。一.工作原理：

为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，过电流保护的动作电流应大于该线路上可能出现且通过保护装置的最大负荷电流，即；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复时负荷自启动电流作用下保护装置必须能够可靠返回，即返回电流应大于负荷自启动电流。但必须注意，过电流保护的动作时限在按上述阶梯原则整定的同时，还需要与各线路末端变电所母线上所有出线保护动作时限最长者配合。如图中，若保护5的动作时间大于保护3的动作时间，则保护2的动作时间应按来整定。

单侧电源辐射形电网过电流保护动作时限选择说明图特点：形状象一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。

由于保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关，称定时限过电流保护。

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Ⅲ段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护1~4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相互配合。t4=1s注意:动作时间既要与相邻线路配合，也要与其他相邻元件配合。1s1.5s2st1=2.5s（5）单相式原理接线与第Ⅱ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：前情提要：定时限电流速断保护（电流Ⅲ段）整定计算1、动作电流整定2、动作时间整定3、灵敏性校验定时限电流速断保护（电流Ⅲ段）构成保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。tttnnD+=+max)1(t1t2t3△t△t前情提要：电流保护的接线方式三段式电流保护的构成接线系数正常运行及三相短路AC两相BC、AB两相三相星形接线111两相星形接线111两相电流差接线21

小结：①

第Ⅲ段的Iop比第Ⅰ、Ⅱ段的Iop小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高；②

在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；③

保护范围是本线路和相邻下一线路全长；④

电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（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（Ⅰ＋Ⅲ或II+III），越接近电源，tⅢ越长，应设三段式保护。

思考：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？

什么情况下可采用两段组成一套保护？

动作电流按以下两个条件整定

（a）为保证过电流保护在正常运行时不动作，其动作电流应大于最大负荷电流，即

（b）保证过电流保护在外部故障切除后可靠返回，其返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护的最大自起动电流：第六节三段式电流保护装置一、三段式电流保护的构成1.阶段式电流保护的构成:无时限电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流增大而动作的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流。电流速断保护是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，它虽能无延时动作，但却不能保护本线路全长；限时电流速断保护是按照躲开下级线路各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定，它虽能保护本线路的全长，却不能作为相邻线路的后备保护；而定时限过电流保护则是按照躲开本线路最大负荷电流来整定，可作为本线路及相邻线路的后备保护，但动作时间较长。为保证迅速、可靠而有选择性地切除故障，可将这三种电流保护，根据需要组合在一起构成一整套保护，称为阶段式电流保护。具体应用时，可以采用电流速断保护加定时限过电流保护，或限时电流速断保护加定时限过电流保护，也可以三者同时采用。应用较多的就是三段式电流保护，其各段的动作电流、保护范围和动作时限的配合情况如图所示。当被保护线路始端短路时，由第I段瞬时切除；该线路末端附近的短路，由第II段经0.5s延时切除；而第III段只起后备作用，所以装有三段式电流保护的线路，一般可在0.5s左右时限内切除故障。二、三段式电流保护装置的原理接线图和展开图

电力系统继电保护的接线图一般有原理接线图、展开接线图和安装图三种。原理图能展示出保护装置的全部组成元件及其他们之间的联系和动作原理。在原理图上所有元件都以完整的图形符号表示，所以能对整套保护装置的构成和工作原理给出直观、完整的概念，易于阅读。三段式电流保护的原理接线图如图3-40.所示。图中的保护采用不完全星形接线方式(因为是相间短路保护)，可实现各种类型的相间短路保护。第I段电流保护由电流继电器KA1、KA2、中间继电器KM和信号继电器KS1组成。第II段电流保护由电流继电器KA3、KA4、时间继电器KT1及信号继电器KS2组成。第III段电流保护由电流继电器KA5、KA6、KA7、时间继电器KT2及信号继电器KS3组成。其中，电流继电器KA7接于A、C两相电流之和的中性线上，相当于B相继电器，则第III段电流保护组成了三相式保护。为什么要组成三相式保护？因为第III段电流保护要作为相邻变压器的远后备保护。由于变压器电抗较大，使后备保护灵敏度常常不能满足要求，而第III段电流保护采用三相式保护能提高保护的灵敏度。由于三段式电流保护的各段均设有信号继电器，因此任一段保护动作于断路器跳闸的同时，均有相应的信号继电器掉牌，并发出信号，以便了解是哪一段动作，宜于进行分析。各段保护均独立工作，且可通过连接片XB投入或停用。由图可知，原理图只给出保护装置的主要元件的工作原理，但元件的内部接线、回路标号、引出端子等均未表示出来。特别是元件较多