第2章电网的电流保护

第2章电网的电流保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护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2.4中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护罗钦制作2.1单侧电源网络相间短路的电流保护系统最大运行方式：发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置短路电流最大的运行方式。系统最小运行方式：在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流最小的运行方式。保护装置的整定：根据对继电保护的基本要求，确定保护装置起动值，灵敏参数，动作时限等过程。相电压(1)保护原理作为本线路的主保护。

1.无时限电流速断保护(电流Ⅰ段)对于单侧电源的供电线路，在每回线路的电源侧均装设电流速断保护！短路点距保护安装地点愈远，流过安装地点的短路电流愈小。希望：全线速断矛盾：母线前后短路电流相同,无法同时满足选择性和速动性！问题1：如何解决？解决问题的方法：a.优先保证选择性：保证在下一条线路出口处短路时不起动，称为按躲开下一条线路出口短路的条件整定；b.优先保证速动性：采用无选择性的速断保护切除故障，再用自动重合闸装置纠正。应按躲开下一段线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流整定。(2)整定计算a.动作电流可靠系数。b.动作时限(特例：牵引供电系统0.1S）

一般不人为设时限，仅为继电器的固有动作时限。校验最小运行方式下，速断保护范围的相对值相电压问题2：灵敏度不能满足要求怎么办？线电线解决：选用其他原理的保护，如无时限电流电压联锁速断保护。c.保护范围（灵敏度校验）(3)无时限电流速断保护的构成&KTAIOP.r1234跳闸I>KSIrIKA无时限电流速断保护单相原理图1—电流测量元件；2—与门；3—信号元件；4—闭锁元件(4)评价优点简单可靠，动作迅速。缺点不能保护线路全长。解决—限时电流速断保线路较短时，可能无保护范围解决—纵联差动保护运行方式变化较大时，可能无保护范围解决—阻抗保护不受运行方式影响（1）工作原理2.限时电流速断保护（电流Ⅱ段）作为本线路速断保护保护范围以外的主保护作为速断保护的后备保护要求：保护线路全长具有足够灵敏度最小动作时限通过整定计算保证（2）整定原则保护线路全长：限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线路中去。保证选择性：限时电流速断保护的动作必须带有时限。a.动作电流b.动作时限：取0.35～0.6S,通常取0.5S可靠系数：：为本线路末端两相短路时流过保护的最小短路电流。c.灵敏度校验“技术规程”规定：当线路长度小于50km时，Ksen≥1.5；当线路长度在50km~200km时，Ksen

≥1.4；当长度大于200km时，Ksen

≥1.3。问题3：灵敏度不能满足要求怎么办？解决：与下一条线路的限时电流速断保护配合。3.定时限过电流保护（电流Ⅲ段）

作为本线路的近后备作为下级线路的远后备起动电流按照躲开最大负荷电流来整定。在d1点发生故障时，保护3、4、5都起动。按选择性要求，保护3切除故障后，保护4、5应立即返回。问题：负荷有电动机时，保护4、5能否立即返回呢？(1)工作原理与整定原则解决：使返回电流大于电动机的最大自起动电流。按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行。a.动作电流—继电器的返回系数，一般取0.85。

—可靠系数，一般取1.15～1.25；—自起动系数，一般取1～3；第III段动作电流要比第II、I的动作电流小。为保证选择性，保护动作应比下级线路电流Ⅲ段的动作延时,即“阶梯原则”：越靠近电源，动作电流越大，动作时间越长。b.动作时间c.灵敏度校验作为本级线路的近后备作为下级线路的远后备思考1、越靠近电源的保护，其动作电流越大还是越小？2、对于同一个保护的不同段保护，段数越高，其动作电流越大还是越小？七动作时间越大还是越小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。(2)评价优点对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。缺点4.电流保护的接线方式指电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。对相间短路电流保护，目前广泛应用三相星形接线和两相星形接线。(1)三相星形联接方式一般用于大接地电流系统。三个继电器的触点并联接线，相当于“或”回路。当其中任一触点闭合后均可动作与跳闸或起动时间继电器。每相上均有电流继电器，可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。中线上流回的电流为Ia+Ib+Ic,正常时此电流为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流3I0

。（2）两相星形联接方式一般用于小接地电流系统。与三相接线主要区别：B相上不装设电流互感器和继电器,因此不能反应B相中流过的电流。能反应各种相间短路，但不能反应B相接地短路。中线上流回的电流是Ia+Ic。

当采用以上两种接线方式时，当保护装置一次侧起动电流整定为Idz时，反映到继电器上的起动电流为：式中，KTA=I1/I2，为电流互感器变比；Kcon为接线系数，Y型和V型接线的Kcon=1，两相电流差接线时，正常或三相短路的Kcon=√3，A、C两相短路的Kcon=2，A、B或B、C两相短路的Kcon=1a.相间故障—中性点直接接地和非直接接地电网都能正确反映这些故障。两相短路动作的继电器数不一样。三相星形接线—两只继电器动作，两相星形接线—有时一只继电器动作。b.两点接地—中性点非直接接地

允许单相接地时短时运行，希望只切除一个故障点。（3）性能分析

希望：切除BC线路事实：当保护1、2采用三相星形接线时，在两个保护的动作值和时限按选择性配合，能保证100%只切除BC线路当采用两相星形接线时，BC段B相发生故障时，保护1不能切除故障，只能靠保护2切除，扩大了停电范围—只有2/3的概率切除BC线路

希望：切除一条线路事实：当保护1、2采用三相星形接线，在t1=t2时，两条线路都将切除当保护1、2采用两相星形接线，即使t1=t2，也能保证有2/3的概率只切除一条线路。

c.Y，d接线变压器后的两相短路因为

当过电流保护接入降压变压器高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，采用三相星形接线，Ｂ相继电器灵敏度高一倍，有利！采用两相星形接线，Ｂ相无继电器，灵敏度降低，增加一只继电器5.三段式电流保护(1)三段式电流保护的功能框图ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS3KSiaibic5.三段式电流保护(2)三段式动作电流的配合与延时特性优点：简单、可靠，一般情况下能满足快速切除故障的要求。缺点：受电网接线及电力系统运行方式变化的影响较大，如整定值必须按系统最大运行方式选择，灵敏性必须用系统最小运行方式校验，往往不能满足灵敏系数或保护范围要求。适用：主要用于35kV及以下的电网的线路保护，也可作电动机和小型变压器的保护。现代电力系统，由多电源组成。

假设：断路器8断开，电源EII不存在，发生短路时，保护1、2、3、4的动作情况和由电源EI单独供电时一样，它们之间的选择性是能够保证的。

如果EI不存在，保护5、6、7、8由电源EII单独供电，此时也同样能够保证动作的选择性。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护1.方向电流保护的工作原理k2点短路时的电流分布各保护动作方向的规定方向过电流保护的阶梯型时限特性k1点短路时的电流分布若两个电源同时存在k1点短路，本应由距故障点最近的保护2和6动作切除故障。但由电源EII供给的短路电流将通过保护1,由电源EI供给的短路电流将通过保护5，保护1和5可能误动作；k2点短路时，本应由保护1和7动作切除故障。但由电源EI供给的短路电流将通过保护6，保护6可能误动作。如何解决解决这一矛盾？注意到：误动作的保护，都是在自己所保护的线路反方向发生故障，短路功率的方向都是负，即由线路流向母线。

措施：在原有保护的基础上增加一个功率方向闭锁元件。该元件只当短路功率方向正时动作，为负时不动作，从而继电保护的动作具有一定的方向性。2.方向电流保护的构成I>I>I>&&&112345671KS102KS113KS12t2t389跳闸13KAKAKAKPKCOI段：动作电流满足选择性时不加方向元件；II段：动作电流和动作时间满足选择性时不加方向元件；III段：同一变电所内动作时间较小可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同可能失去选择性时均加方向元件。方向过电流保护的单相原理接线图由方向元件，电流元件和时间元件组成。方向元件和电流元件必须都动作以后，才能起动时间元件，再经过预定延时后动作于跳闸。3.功率方向元件（1）功率方向元件的构成原理a.相位比较式功率方向元件如下图所示保护1的正向K1短路时：0°＜＜90°保护1的反向K2短路时：180°＜＜270°故功率方向继电器的动作方程为：

–90°≤≤90°。功率方向继电器工作原理的分析a）网络接线b）正方向k1点短路相量图c）反方向k2点短路相量图相位比较与幅值比较的对应关系b.幅值比较式功率方向继电器令，,KU为常量，KI为复常量–90°≤≤90°再令则功率方向继电器的动作方程变为：由图知，幅值比较式功率方向继电器的动作方程为：A≥B（2）功率方向元件的接线方式要求：相间短路时有良好的方向性和灵敏度。功率方向继电器的90°接线900接线方式：指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向元件的电流超前所加电压900的接线。（1）电流速断保护短路电流分布：两端电源容量不同，电流大小不同。4.方向性电流保护的应用特点任一侧区外相邻线路出口处短路时(如k1和k2),短路电流同时流过两侧的保护1和2。按选择性要求，两个保护不应动作。因此两个保护起动电流选得相同，并按较大一个整定，如当，取问题：使位于小电源侧保护２的范围缩小。当两端电源容量差距越大，对保护2影响越大。解决：在保护2处装设方向元件，使只当电流从母线流向被保护线路时才动作，保护2的起动电流仍按躲开K1点短路来整定，上述情况下，保护1无需装设方向元件。仍与下级保护的电流速断相配合。但需考虑保护安装点与短路点之间有电源或线路（通常称为分支电路）的影响。（2）限时电流速断保护

a.助增电流的影响

分支电路中有电源，使故障线路电流增大的现象称为助增。保护2的限时电流速断整定

按躲开保护1电流速断保护范围末端Ｍ点发生短路时，流过保护2电流IAB.M（小于）整定。引入分支系数M点的分支系数

可得b.外汲电流的影响分支电路为一并联线路，此时故障线路中电流小于，这种使故障线路中电流减小的现象称为外汲。分支系数。

当母线B上既有电源又有并联的线路时，其分支系数可能大于１也可能小于１，此时应根据实际可能的运行方式，选取分支系数的最小值进行整定。主要决定于动作时限大小。（3）过电流保护分析保护1和6在K1点、K2点发生短路时哪个需装方向元件？多电源时，除动作时间最长的过电流保护无需装方向元件外，其余都要装方向元件。例10-1

图10-20中所示网络中每条线路的断路器处均装三段式相间方向电流保护。试求AB线路断路器1QF处电流保护第I、II段的动作电流、动作时间和灵敏度。图中电源电势为115kV，A处电源的最大、最小等值阻抗为：XsAmax＝20Ω，XsAmin＝15Ω，B处电源的最大、最小阻抗为：XsBmax＝25Ω，XsBmin＝20Ω，各线路的阻抗为：XAB＝40Ω，XBC＝26Ω，XBD＝24Ω，XDE＝20Ω，电流保护第I、II段的可靠系数为：KIrel＝1.3，KIIrel＝1.15。~kE~ABCDEBxsBEAxsA4QF6QF1QF2QF3QF5QF解：1、断路器1QF处电流保护第I段的整定计算电流保护第I段的动作时间为tIop1=0s当电流保护第I段的动作电流应躲最大振荡电流时应按下式计算：故：IIop1=1.31.77=2.3kAIIop1=KIrelIOSmax电流保护第I段的灵敏度校验为：断路器1QF处电流保护第II段的动作电流应和相邻线BD电流保护第I段配合，即2、电流保护第II段的整定计算考虑电流保护第II段应与相邻线路电流保护第II段配合，即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1.大接地系统中的多段式零序电流保护（1）大接地电流系统接地故障的特征~BkA