电力系统继电保护-第二章

电力系统继电保护原理黑龙江科技学院目录第一章绪论第二章电网的电流保护和方向性电流保护第三章电网的距离保护第四章输电线的纵联保护第五章自动重合闸第六章电力变压器的继电保护第七章发电机的继电保护第八章母线的继电保护第一章电网的电流保护和方向性

电流保护2.1单侧电源网络相间短路的电流保护2.2网络相间短路的方向性电流保护2.3大接地电流系统的零序电流保护2.4小接地电流系统的接地保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护一、继电器二、电流保护：电流速断保护（I段）限时电流速断保护（II段）过电流保护（III段）三、电流保护的接线方式四、三段式电流保护的原理接线图

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

输电线发生相间短路时，电流会突然增大，故障相间的电压会降低，利用这一特征就可以构成电流保护。电流保护主要包括：无时限电流速断保护限时电流速断保护定时限过电流保护电流继电器是实现电流保护的基本元件，电流继电器是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护一、继电器1.螺管线圈式结构：铁心、线圈、可动衔铁止挡、接点、弹簧

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护2.吸引衔铁式结构：铁心、线圈、可动衔铁、止挡、接点、弹簧

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护3.转动衔铁式结构：铁心、线圈、可动衔铁、止挡、接点、弹簧

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

继电器的动作条件：为使继电器动作，必须增大电流，通过增大电流来增大电磁转矩，当电磁转矩大于弹簧的作用力矩及摩擦力矩之和时，保护动作。继电器的动作电流：能使继电器动作的最小电流IdzJ继电器的返回条件：继电器动作之后，当电流减小时，继电器在弹簧的作用下返回。为使继电器返回，第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护弹簧的作用力矩必须大于电磁力矩及摩擦力矩之和。继电器的返回电流：能使继电器返回原位的最大电流值IhJ继电器的返回系数：返回电流与启动电流的比值Kh第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护无论启动和返回，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，这种特性称为继电特性。

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护二、电流保护1.电流速断保护（I段）仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护。（1）短路电流的计算：短路电流的大小与系统运行方式、故障点的位置和故障类型有关。相关概念：最大运行方式：对每一套保护装置来说，通过该保护装第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护置的短路电流为最大的方式最小运行方式：对每一套保护装置来说，通过该保护装置的短路电流为最小的方式指同一点同一故障。最大运行方式：是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护最小运行方式：是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。

图中上面的曲线：最大运行方式下三相短路电流曲线图中下面的曲线：最小运行方式下两相短路电流曲线短路电流计算公式：第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护结论：

①系统运行方式越大（Zs越小的运行方式）短路电流越大

②故障点越近，短路电流越大，反之短路电流越小

③在某种运行方式下，同一点短路三相短路的短路电流大于两相短路的短路电流第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

（2）整定计算为了保证选择性，保护装置A的动作电流就必须大于被保护线路AB末端短路时的最大短路电流Id.B.max

整定。

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

可靠系数：引入可靠系数的原因：必须考虑实际上存在的各种误差的影响①实际的短路电流大于计算值②

对瞬时动作的保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响③保护装置中电流继电器的实际启动电流可能小于第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护整定值

④必须考虑必要的裕度从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围内故障时，保护装置不误动，因而必须乘以大于1的可靠系数。（3）灵敏度的校验用保护范围的大小来衡量，规程规定，其最小保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护保护范围一般不应小于被保护线路全长的（15~20）%。解：得：第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护相关概念：保护装置的动作电流：对于反应于电流升高而动作的电流速断保护而言，能使该保护装置启动的最小电流值，是用电力系统一次侧的参数表示的。结论：①仅靠动作电流值来保证其选择性②能无延时地保护被保护线路的一部分（不是完整的电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

（4）单相原理接线图

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护中间继电器的作用:

①接点容量大，可直接接通TQ去跳闸②当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms）防止避雷器放电时保护误动第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护2.限时电流速断保护（II段）

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

在任何情况下都能保护线路全长，并具有足够的灵敏性，还应有尽可能短的动作时限。（1）整定计算：为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超过相邻下一条线路第I段的保护范围，时间比其大一个时间级差△t。动作电流：第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

动作时间：可靠系数：考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，故可选取得比I段的可靠系数小一些。时间级差△t的确定原则：

①应包括故障线路断路器的跳闸时间。②应包括故障线路保护中时间继电器的实际动作第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护时间比整定值大。

③应包括被整定保护中时间继电器的实际动作时间比整定值小。④如果被整定保护中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于惯性的影响而不能立即返回，则还应包括测量元件延迟返回的惯性时间。⑤考虑一定的裕度。即通常取0.5s。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

（2）灵敏度校验：用灵敏系数Klm来衡量。灵敏系数Klm按被保护线路末端发生两相短路时的短路电流来计算，规程要求，灵敏系数不小于1.3～1.5。若灵敏性不满足要求，与相邻线路第II段配合。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

动作电流：

动作时间：

①限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长。②依靠动作电流和动作时间共同保证选择性。③与第I段共同构成被保护线路的主保护，兼作第I段的近后备保护。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护（4）限时电流速断保护单相原理接线图第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护3.定时限过电流保护（III段）作为本线路主保护的后备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护。其启动电流按躲过最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。（1）整定计算：动作电流必须满足两个条件：①躲过最大负荷电流第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

②在外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。选取以上两个条件计算出的较大数值作为保护的动作电流。动作时限：按阶梯形时限特性（如下图）选取教验。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护（2）灵敏度校验：分两种情况分别用灵敏系数Klm来衡量。①作为本线路的保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路的电流进行校验，要求Klm≥1.3~1.5.

②作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路的电流进行校验，要求Klm≥1.2.第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护4.过电流保护原理接线图

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

三、电流保护的接线方式

1.定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。2.常用的两种接线方式：三相星形接线和两相星形接线。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护接线系数Kjx：电流互感器副边电流I2与流入电流继电器IJ的电流之比。上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流IJ与电流互感器的二次电流I2相等，其接线系数为1。当保护装置的启动电流为Idz时，则继电器的动作电流Idzj应为第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护其中nl为电流互感器的变比。两种接线方式的特点：（1）对各种相间短路，两种接线方式均能正确反应。（2）两点接地短路时在小接地电流系统中，不同相的两点接地时，只要求切除一个故障点，以提高供电的可靠性。例1：在下图串联线路上发生两相接地短路

第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

a、采用三相星形接线时：由于保护1和保护2之间有配合关系，因此能保证100%的只切除NP线路。b、采用两相星形接线时：将有1/3的机会使靠近电源的MN线路误跳闸，从而扩大了停电范围。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护例2：在下图平行线路上发生两点接地短路第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

a、采用三相星形接线时，保护1和保护2将同时动作切除两条线路。b、采用两相星形接线时：2/3的机会只会切除一条线路。由上分析可见，在小接地电流系统中两点接地时，两种接线方式各有优缺点，为了节省设备和投资。通常在这种网络上规定采用两相星形接线。同时必须指出，整个系统中应该将两相星形接线的两个电流互第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护感器都装在相同的两相上（通常为A、C相）3.在Yd接线变压器后两相短路时第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护结论：Yd，11接线的降压变压器后两相短路时，高压（Y）侧滞后相电流是其他两相电流的两倍并与它们反相位。由前面的分析可以看出，当Yd，11变压器两相短路时，变压器另一侧三相的电流是不相等的，其中两相的电流只为第三相的一半。当该侧作为后备保护的过电流保护采用三相接线时，总有一个继电器流过最大的相电流，保护装置的灵敏度较高。如采用两相星第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护形接线，则在某一种两相短路时，流过继电器的电流只有最大相电流的一半，保护装置的灵敏度也将减少到一半，这是两相星形接线方式的一个缺点。为了克服这个缺点，可采用下图所示接线，即在中性线上加接一电流继电器。此继电器流过的电流即为第三相的电流。故可提高灵敏性。这种接线方式也称两相三继电器式接线。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护4.两种接线方式的经济性三相星形接线方式需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，相对来说是复杂和不经济的。两种接线方式的应用情况三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中；两相星形接线：广泛用于中性点直接接地电网和非直接接地电网中。第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护四、三段式电流保护的原理接线图第一节单侧电源网络相间短路的

电流保护

电流速断保护和限时电流速断保护采用两相星形接线，而过电流保护则采用两相三继电器式的接线方式。以提高在Yd，11接线变压器后面两相短路的灵敏性。每段保护动作后，都有自己的信号继电器掉牌给出信号。在每段保护动作调整的回路中分别没有连接片LP，以便根据运行的需要临时停用任一段保护。第二节电网相间短路的方向性电流保护方向性电流保护的工作原理一、问题的提出为提高供电的可靠性，出现了单侧电源环形供电网络、双电源或多电源网络。但在这样的网络中简单的电流保护不能满足要求。分析如下：第二节电网相间短路的方向性电流保护

对电流速断保护d1点短路，要求Id1＜I’op2即（I’op3＜I’op2），否则保护2误动。d2点短路，要求要求Id2＜I’op3即（I’op2＜I’op3），否则保护3误动。对多电流保护d1点短路，要求t3＜t2d2点短路，要求t2＜t3显然这样要求是矛盾的第二节电网相间短路的方向性电流保护二、几个概念1.短路功率：指系统短路时，某点电压与电流相乘所得到的感性功率。在不考虑串联电容和分布电容，在线路短路时，短路功率从电源流向短路点。2.故障方向：指故障发生在保护安装处的哪一侧，通常有正向故障和反向故障之分，它实际上是根据短路功率的流向进行区分的。第二节电网相间短路的方向性电流保护正方向故障：从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障。反方向故障：从保护安装处看出去，在“线路指向母线”方向上发生的故障。保护安装处：电流互感器的位置，电流从电流互感器的那侧流入。母线电压为参考，短路电流与短路功率方向一致。第二节电网相间短路的方向性电流保护三、原因分析：反方向短路时对侧电源提供的短路电流引起保护误动作。四、解决办法：利用方向性元件与电流元件相结合就构成了方向电流保护。由于元件动作具有一定的方向性，可在反方向故障时把保护闭锁。正方向故障时保护才能动作，按正方向分组。第二节电网相间短路的方向性电流保护第二节电网相间短路的方向性电流保护五、原理接线图第三节大接地