繼電保護課程精選1

1、North China Electric Power University第1 1單元 電網(wǎng)的電流保護主講人：肖仕武主講人：肖仕武 華北電力大學(xué)（北京）電氣與電子工程學(xué)院華北電力大學(xué)（北京）電氣與電子工程學(xué)院電子信箱：電子信箱：電流保護的基本思想：利用電氣元件短路故障時電流增大的特征構(gòu)成。電力系統(tǒng)中的各種電氣元件短路故障后，電流都會增大，利用電流增大的特征就可以構(gòu)成電流保護。電流保護是繼電保護中一種最基本、最重要的保護。電力系統(tǒng)短路故障的基本特征是： 電流增大、 電壓降低。第1單元 電網(wǎng)的電流保護一、階段式電流保護的構(gòu)成原理一、階段式電流保護的構(gòu)成原理1、電流互感器電流互感器的作用是測量一次側(cè)

2、線路的大電流，把一次側(cè)線電流互感器的作用是測量一次側(cè)線路的大電流，把一次側(cè)線路的大電流線性轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的小電流，以供繼電保護使用。路的大電流線性轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的小電流，以供繼電保護使用。nII21120011200AA電流互感器二次側(cè)回路不允許開路。電流互感器二次側(cè)額定電流有電流互感器二次側(cè)額定電流有5A和和1A兩種。兩種。電流互感器的極性和一、二次電流的正方向電流互感器極性定義：電流互感器一次側(cè)電流從正極性端流入時，二次側(cè)電流從正極性端流出；或電流互感器一次側(cè)電流從反極性端流入時，二次側(cè)電流從反極性端流出。一次、二次側(cè)電流同相位。電流互感器的極性反映了電流互感器一、二次側(cè)電流的正方向。電壓互感

3、器電壓互感器也是一種小型變壓器，其一次繞組并聯(lián)于一次系統(tǒng)中，把一次系統(tǒng)的大電壓線性轉(zhuǎn)變?yōu)槎蝹?cè)的小電壓。電壓互感器的二次額定線電壓為100V，額定相電壓為57.7V。110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中廣泛采用電容式電壓互感器。電磁型電壓互感器的工作原理nUU21:1電磁型過電流繼電器 是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反應(yīng)于一個電氣量而動作的簡單繼電器的典型。 工作特性：工作特性： （a a）動作特性：）動作特性： ，過電流繼電器動作（觸點閉合），過電流繼電器動作（觸點閉合） （b b）返回特性：）返回特性： ，過電流繼電器返回（觸點打開），過電流繼電器返回（觸點打開） 動作電流動作電流 I I

4、act.Jact.J: : 使繼電器動作的最小電流使繼電器動作的最小電流 返回電流返回電流 I Ire.J re.J : : 使繼電器恢復(fù)原位的最大電流使繼電器恢復(fù)原位的最大電流 返回系數(shù)返回系數(shù)actJII reJII 1.actrJrIIK2、常用的繼電器過電流繼電器符號1.JactJreJreIIK返回系數(shù)： 繼電器的工作特性曲線繼電器的工作特性曲線“繼電特性繼電特性”：繼電器的動作是明確的，例如觸點只：繼電器的動作是明確的，例如觸點只能處于閉合和斷開位置。無論起動和返回，繼電能處于閉合和斷開位置。無論起動和返回，繼電器不可能停留在某一個中間位置。器不可能停留在某一個中間位置。一種電磁型

5、過電流繼電器動作動作：I IJ J = =I Iact.J act.J ，觸點閉合，觸點閉合返回返回：I IJ J I Ire.J re.J ，觸點打開，觸點打開返回系數(shù)返回系數(shù)：1.JactJreJreIIK電流繼電器符號2、電磁型電壓繼電器 a）過電壓繼電器，電壓升高動作， b）低電壓繼電器，電壓降低動作，3、電磁型時間繼電器 作用是建立必要的延時，以保證保護動作的選擇性和某種邏 輯關(guān)系。下圖為延時閉合常開時間繼電器的兩種符號形式。 延時動作。線圈通電后主觸點經(jīng)過一段延時后閉合。 瞬時返回。對正在動作的繼電器，一旦線圈所加電壓消 失，則迅速返回原始狀態(tài)。4、電磁型中間繼電器 起中間橋梁作用

6、 觸點容量大， 可直接用作于驅(qū)動跳閘回路。 觸點數(shù)目多1reK1reK5、電磁型信號繼電器作為裝置動作的信號指示，標(biāo)示裝置所處的狀態(tài)或接通燈光信號（音響）回路。信號繼電器的觸點自保持，由值班人員手動復(fù)歸或電動復(fù)歸。二、階段式電流保護裝置二、階段式電流保護裝置1. 1. 瞬時電流速斷保護（電流瞬時電流速斷保護（電流段）段）定義：是僅反映電流增大而定義：是僅反映電流增大而瞬時動作瞬時動作的保護。的保護。為提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，保證向重要用戶的可靠供電，防止短路電流損壞故障設(shè)備，要求各種電氣設(shè)備必須配備瞬時電流速斷保護（電流段），以快速切除故障。（1）瞬時電流速斷保護（電流段保護）；（2）限時電流速

7、斷保護（電流段保護）；（3）定時限過電流保護（電流段保護）。是反映直接測量的線電流增大而瞬時動作的保護。電流速斷保護中的過電流繼電器I1反映一次線路側(cè)電流I增大而動作，跳開斷路器QF。電流速斷保護（電流段）的單相原理接線圖（1）電流速斷保護（電流段）的動作原理從電流段保護的單相接線圖可見，決定保護動作的關(guān)鍵因素是過電流繼電器I1，過電流繼電器I1觸點閉合則斷路器跳閘線圈TQ通過電流，斷路器QF斷開。過電流繼電器I1的動作電流 由短路電流確定，就是該電流段保護的動作電流整定值 。JactI.actI電流段保護的動作電流整定值 是由其保護范圍決定的，約等于保護范圍最末端的最小短路電流。actIa

8、三相短路線電流計算 E - 系統(tǒng)等效電源的相電勢 - 短路點至保護安裝處的阻抗， 線路每公里的阻抗 保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的系統(tǒng)阻抗輸電線路相間短路電流計算dSkZZEI)3(dZSZlZZd11Zb 兩相相間短路線電流計算 輸電線路相間短路電流計算)3()2(2323kdSkIZZEI相同地點發(fā)生兩相相間短路是三相短路電流的 倍。23輸電線路上不同地點短路電流的變化曲線從短路曲線可見，短路點離保護安裝處越遠，短路電流越小。母線A處三相短路電流為：sAkZEI)3(.希望電流速斷（段）保護1的保護范圍包括線路AB的整個范圍。但是當(dāng)線路AB段的末端d1點短路時的短路電流 ，和線路BC段的首

9、端d2點（BC線路出口處）短路時的短路電流 基本是相等的。因為 非常小。為了滿足選擇性，電流速斷保護1的保護范圍不能包括線路AB全長，只能保護本線路AB首端一部分。1.dkI2.dkI21.ddLZ（2）電流速斷保護（電流段）的整定原則 動作（起動）電流整定值躲開本線路AB段末端（或相鄰下一線路出口處）B處最大短路電流。即大于本線路末端（即母線B處） 的最大短路電流。 動作時限整定值max.1 .BkrelactIKI， 是電流段的可靠系數(shù)，取1.21.3relK秒0t對上圖中的電流速斷保護1進行整定計算。所以電流段只能保護本線路首端一部分。電流速斷保護（電流段）的動作（起動）電流整定值以電流

10、速斷保護1為例。max.1 .BkrelactIKImax.BkI 是本線路末端B處最大短路電流。產(chǎn)生本線路末端B處最大短路電流的條件： 系統(tǒng)處于最大運行方式 系統(tǒng)的最大運行方式系統(tǒng)的最大運行方式：流過該保護裝置的短路電流最大：流過該保護裝置的短路電流最大. 系統(tǒng)阻抗系統(tǒng)阻抗 最小，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)多。最小，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)多。 系統(tǒng)的最小運行方式系統(tǒng)的最小運行方式：流過該保護裝置的短路電流最?。毫鬟^該保護裝置的短路電流最小. 系統(tǒng)阻抗系統(tǒng)阻抗 最大，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)少。最大，如發(fā)電機并聯(lián)臺數(shù)少。 短路形式是三相短路 同一地點的三相短路電流大于兩相短路。SZSZ電流速斷保護（電流段）的保護范圍

11、1、最大保護范圍出現(xiàn)在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路；2、最小保護范圍出現(xiàn)在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路。maxl：最大保護 范圍。minl：最小保護 范圍。從左圖可見：電流保護的實際保護范圍會隨著運行方式和短路類型的變化而變化。特例：當(dāng)線路與變壓器組相連接時，電流速斷保護可以特例：當(dāng)線路與變壓器組相連接時，電流速斷保護可以保護線路的全長，并能夠保護變壓器的一部分保護線路的全長，并能夠保護變壓器的一部分 優(yōu)點: 簡單可靠,動作迅速 缺點: （1）不能保護本線路全長。 （2）保護范圍受影響： （a a）系統(tǒng)運行方式；）系統(tǒng)運行方式； （b b）短路類型。）短路類型。（3 3）電流速斷保護（電流

12、）電流速斷保護（電流段）的優(yōu)缺點段）的優(yōu)缺點2 2、限時電流速斷保護（電流、限時電流速斷保護（電流段）段） 定義：能夠以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障。定義：能夠以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障。 特點： 保護線路的全長； 具有最小的動作時限。（1 1）工作原理）工作原理以限時電流速斷保護以限時電流速斷保護1 1為例。為例。由于要求保護本線路全長，則保護范圍必然延伸到下一線路出口。為了保證選擇性，需帶時限。比下一線路電流速斷保護延時t。 （2）限時電流速斷保護（電流段）的整定原則 起動電流整定值起動電流整定值 限時電流速斷保護1的保護范圍不應(yīng)超過保護2的段保護范圍 （ 電流段可靠系數(shù)

13、） 動作時限動作時限 （ t0.5s ），一般 時限特性時限特性（d2d2故障保護故障保護1 1限時電流速斷起動但不動作）限時電流速斷起動但不動作） 靈敏度校驗 （按最小運行方式、本線路末端兩相相間短路電流來校驗）（按最小運行方式、本線路末端兩相相間短路電流來校驗） 若不滿足若不滿足, ,考慮與保護考慮與保護1 1的限時電流速斷配合。的限時電流速斷配合。2 .1 .actrelactIKI ttt21秒5 . 01t5 . 13 . 1senK保護的起動電流整定值路時的最小電流保護范圍末端金屬性短actBdsenIIKmin.2 . 11 . 1 relK限時電流速斷保護（電流段）的動作特性和

14、時限特性 （3 3）原理接線圖）原理接線圖 限時電流速斷保護的單相原理接線圖限時電流速斷保護的單相原理接線圖 （4 4）電流）電流段保護優(yōu)缺點：段保護優(yōu)缺點： 優(yōu)點：靈敏度好，能保護線路全長。優(yōu)點：靈敏度好，能保護線路全長。 缺點：帶缺點：帶 0.5 秒左右的延時，速動性較差；秒左右的延時，速動性較差； 不能做下一段線路的遠后備不能做下一段線路的遠后備, , 需要加裝過電流保護。需要加裝過電流保護。 電流電流、段聯(lián)合工作就可以保證全線路的故障段聯(lián)合工作就可以保證全線路的故障在在0.50.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足速動性秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足速動性的要求，可以作為的要求，可以作

15、為“主保護主保護”。3.3.定時限過電流保護（電流定時限過電流保護（電流段）段） 作為后備保護：作為后備保護：（1 1）近后備保護本線路全長）近后備保護本線路全長 （2 2）遠后備保護相鄰下一線路全長）遠后備保護相鄰下一線路全長 整定：整定：按照躲開（大于）最大負(fù)荷電流整定，定值較低。按照躲開（大于）最大負(fù)荷電流整定，定值較低。起動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護裝置。定時限過電流保護在正常運行時不應(yīng)起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)于電流的增大而動作。定時限過電流保護（電流段）一般情況下能夠保護本線路全長，下一線路全長，甚至下級更遠的線路。（1 1）定時限過電流保護的整定計算原則）定

16、時限過電流保護的整定計算原則 起動電流整定值以定時限過電流保護1為例。要求（a）躲開最大負(fù)荷電流（b）在外部故障切除后，電動機M發(fā)生自起動時仍然能夠返回，即max. fImax.1 .astreIIMMABC2 3 415k 可靠系數(shù)，可靠系數(shù)，1.15 1.15 1.251.25 返回系數(shù)，返回系數(shù)，0.85 自起動系數(shù)，與負(fù)荷性質(zhì)與接線有關(guān)，大于自起動系數(shù)，與負(fù)荷性質(zhì)與接線有關(guān)，大于1 動作時限動作時限 階梯型階梯型的時限特性：的時限特性： ，一般，一般max. max.max.fastrelrefastastreIKKIIKIIrefastrelrereactKIKKKIImax.1 .

17、tttnn1秒5 . 0t relKreKastK 處于電網(wǎng)終端的保護裝置，其過電流保護可作為主保護處于電網(wǎng)終端的保護裝置，其過電流保護可作為主保護兼后備保護，不需裝設(shè)電流速斷保護和限時電流速斷保護。兼后備保護，不需裝設(shè)電流速斷保護和限時電流速斷保護。 保護保護4 4：只設(shè)：只設(shè)段過電流保護，但無延時段過電流保護，但無延時tt0 0 保護保護3 3：只設(shè)：只設(shè)段電流速斷和段電流速斷和段過電流保護，段過電流保護，t tIIIBIIIB=t=tC C+t+t 保護保護2 2：按一般原則裝設(shè)三段電流保護。：按一般原則裝設(shè)三段電流保護。 應(yīng)與相鄰多條線路中的最大動作時限配合。應(yīng)與相鄰多條線路中的最大動

18、作時限配合。（3 3）評價）評價 優(yōu)點：優(yōu)點：簡單可靠，提高了可靠性。簡單可靠，提高了可靠性。 作為下級線路主保護拒動和斷路器拒動時的遠后備保護；作為下級線路主保護拒動和斷路器拒動時的遠后備保護； 作為本線路主保護拒動時的近后備保護；作為本線路主保護拒動時的近后備保護； 作為過負(fù)荷時的保護；作為過負(fù)荷時的保護； 缺點：缺點：電流電流段保護越靠近電源側(cè)，其動作時限越長。段保護越靠近電源側(cè)，其動作時限越長。如K點發(fā)生短路故障，斷路器1處的電流段將延時較長時間才能切除故障。定時限過電流保護：定時限過電流保護：動作時限與短路電流的大小無關(guān)動作時限與短路電流的大小無關(guān),動動作時限是人為事先整定的。作時限

19、是人為事先整定的。 反時限過電流保護：反時限過電流保護：也是一種過電流后備保護，其動作時也是一種過電流后備保護，其動作時間是電流的函數(shù)。電流小時，動作時間長；電流大時，動間是電流的函數(shù)。電流小時，動作時間長；電流大時，動作時間短。作時間短。opI是瞬時動作電流；opI是起動電流；bt是瞬時動作觸點閉合時間。電流段：（1）保護本線路首端一部分；（2）瞬時動作，即動作時限為0s。電流段：（1）保護本線路全長及相鄰下一線路首端部分，但不超過下一條線路電流段的保護范圍；（2）延時t動作，一般動作時限為0.5s。電流段：（1）保護本線路全長，下一級線路全長，甚至更遠；（2）延時動作，一般動作時限為：tt

20、t 21三段式電流保護總結(jié)三、電流保護的接線方式三、電流保護的接線方式定義：定義： 電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。（a a）三相星形接線方式；）三相星形接線方式； （b b）兩相星形接線方式）兩相星形接線方式 每相上均裝有CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點并聯(lián)（或） 一相上不裝設(shè)CT和LJ、Y形接線 LJ的觸點并聯(lián)（或）（接A、C相）分為兩種（1）三相星形接線方式；（2）兩相星形接線方式1.1.三相星形接線和兩相星形接線的性能比較三相星形接線和兩相星形接線的性能比較（1 1）相間短路相間短路 三相星形接線和兩相星形接線都能夠三相星形接

21、線和兩相星形接線都能夠正確動作，但動作的繼電器數(shù)目不同。正確動作，但動作的繼電器數(shù)目不同。（2 2）單相接地短路單相接地短路 兩相星形接線不能反應(yīng)中性點直接接兩相星形接線不能反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)的地電網(wǎng)的B B相接地短路。相接地短路。假設(shè)兩相星形接線的兩個電流互感器接在A、C兩相上。（3 3）兩點接地短路兩點接地短路配電網(wǎng)中線路上發(fā)生異相兩點接地故障時，三相星形接配電網(wǎng)中線路上發(fā)生異相兩點接地故障時，三相星形接線和兩相星形接線性能的對比。線和兩相星形接線性能的對比。串聯(lián)線路串聯(lián)線路輻射線路輻射線路性能比較性能比較2、應(yīng)用場合三相星形接線：三相星形接線：1、應(yīng)用在中性點直接接地的電網(wǎng)中，如110kV及以上的電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。2、廣泛應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重設(shè)備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。兩相星形接線：兩相星形接線：1、由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，因此在中性點非直接接地電網(wǎng)中（輻射形配電網(wǎng)較普遍）廣泛使用，如35kV及以下的電網(wǎng)中。2、如果選用兩相星形接線方式，在所有的線路上將保護裝置安裝在相同的兩相上。以保證在不同的線路上發(fā)生兩點及多點接地時，能切除故障。 1LJ5LJ9LJ3ZJ 4XJ LP3ZJ7SJ