華北電力大學(xué)國家級精品課《電力系統(tǒng)繼電保護》課件_(第2章1節(jié))

1、電流保護第一節(jié)第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護一一、電磁型、晶體管型電流繼電器、電磁型、晶體管型電流繼電器 1 1電磁型過電流繼電器電磁型過電流繼電器 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 : : 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 : : 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)JdzJII.JhJII.1.

2、JdzJhhIIK 過電流繼電器符號JdzI.JhI. 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。返回系數(shù)：1.JdzJhhIIK動作動作：返回返回：電磁型電流繼電器工作原理22221JdcIKKM電磁轉(zhuǎn)矩：彈簧反抗力矩：)(131 .KMMththmthdcMMMmthdcMMMJdzJhII.所以：另外一種電磁型過電流繼電器動作動作： ，觸點閉合，觸點閉合返回返回

3、： ，觸點打開，觸點打開返回系數(shù)返回系數(shù)：1.JdzJhhIIKJdzJII.JhJII.2、晶體管型過電流繼電器硬件原理圖觸發(fā)特性曲線圖特點：（1）由二極管、三極管等晶體管元件構(gòu)成；（2）仍具有電磁型繼電器的“繼電特性”，并滿足 。JdzJhII.1、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。 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)。2、中間繼電器 起中間橋梁作用 觸點容量大，可直接用作于跳閘。 觸點數(shù)目多其它幾種常見的繼電器3、信號繼電器 作為裝置動作的信號指示，標示所處的狀態(tài)

4、，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、三段式電流保護二、三段式電流保護1. 1. 電流速斷保護（電流電流速斷保護（電流段）段） 定義：僅反映電流增大而定義：僅反映電流增大而瞬時動作瞬時動作的保護。的保護。包括： 1、電流速斷保護（電流段）； 2、限時電流速斷保護（電流段）； 3、定時限過電流保護（電流段）。 特點：在保證選擇性的前提下，動作（跳閘）速度越快越好。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)備必須配備電流速斷保護，以快速切除故障。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

5、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 就是電流速斷保護（電流段）的起動電流值。JdzI. 過電流繼電器I1的動作電流如何整定（計算）？ 必須根據(jù)所保護范圍內(nèi)的短路故障電流來整定，即保證其保護范圍內(nèi)所有地點發(fā)生短路，其都可以動作。a 三相短路電流計算 E - 系統(tǒng)等效電源的相電勢 - 短路點至保護安裝處的阻抗 保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的系統(tǒng)阻抗線路相間短路電流

6、計算dSdZZEI)3(dZSZb 兩相相間短路電流計算 線路相間短路電流計算)3()2(2323ddSdIZZEI相同地點發(fā)生兩相相間短路是三相短路電流的 倍。23希望電流速斷保護2的保護范圍包括線路AB的整個范圍。但是當線路AB段的末端d1點短路時的短路電流 ，和線路BC段的首端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2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.ddI2.ddI21.ddLZ（2）電流速斷保護（電流段）的整定原則 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

7、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.2 .BdkdzIKI， 是電流段的可靠系數(shù)，取1.21.3kK秒02t對上圖中的電流速斷保護2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）的起動（動作）電流整定值以電流速斷保護2為例。max.2 .BdkdzIKImax.,BdI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。最小。 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

8、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。最大。 短路形式是三相短路 同一地點的三相短路電流大于 兩相短路電流SZSZ)3()2(23ddII電流速斷保護（電流段）的保護范圍1、最大保護范圍lmax%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lmin%出現(xiàn)在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路。dSdZZEI)3()3()2(23ddII（3 3） 原理接線圖原理接線圖 電流速斷保護的單相原理接線圖電流速斷保護的單相原理接線圖（4 4）電流速斷保護的優(yōu)缺點）電流速斷保護的優(yōu)缺點 優(yōu)點優(yōu)點: : 簡單可靠簡單可靠, ,動作迅速動作迅速 缺點缺點: : （1

9、 1）不能保護本線路全長。）不能保護本線路全長。 （2 2）保護范圍受影響）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）故障類型。）故障類型。 在運行方式變化較大、短線路的情況下可能失去保護范圍。在運行方式變化較大、短線路的情況下可能失去保護范圍。特例：當線路與變壓器組相連接時，電流速斷保護可以特例：當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

10、內(nèi)的故障。 特點： 保護線路的全長； 具有較小的動作時限。（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2 2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高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2的保護范圍不應(yīng)超過保護1的段保護范圍 （ 電流段可靠系數(shù)K k1.11.2 ） 動作時限動作時限 （ t0.5s ） 時限特性時限特性（d2d2故障雖保護故障雖保護2 2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 1 .2 .dzk

11、dzIKI ttt 12秒5 . 02 t5 . 13 . 1lmK2 .min.dzBdlmIIK 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按照最小運行方式、末端兩相相間短路時的短路電流進行校驗。按照最小運行方式、末端兩相相間短路時的短路電流進行校驗。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（電流的限時電流速斷（電流段）配合。段）配合。限時電流速斷保護（電流段）的動作特性和時限特性 （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

12、全長。優(yōu)點：靈敏度好，能保護線路全長。 缺點：缺點： 帶帶 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, , 加裝定時限過電流保護。加裝定時限過電流保護。 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，可以作為性的要求，可以作為“主保護主保護”。3.3.定時限過電流保護定時限過電流保護 定義：作為下級線路主保護拒動和斷路器拒動時的遠后備保護，同時作為本線路主保護拒動時的近后備保護，也作為過負荷時的保護。

13、其起動電流是按照躲開最大負荷電流來整定的。特點：（1）保護范圍不僅包括本線路全長，也包括相鄰下一線路全長，甚至更遠。（2）為了保證選擇性，動作時限一般較長。是一種后備保護。（1 1）定時限過電流保護的整定計算原則）定時限過電流保護的整定計算原則 起動電流整定值 起動電流整定值應(yīng)滿足： 大于最大負荷電流： 外部故障切除后保護裝置能夠可靠返回，即返回電流要滿足MMABC2 3 415dmax. fImax.zqhII 以定時限過電流保護1為例。要求（a）起動電流要躲開最大負荷電流（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.1 .fdzII max.1 .zqhII 可靠系數(shù)

14、，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)，與負荷性質(zhì)與接線有關(guān)，大于自起動系數(shù)，與負荷性質(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.fzqkhfzqzqhIKKIIKIIhfzqkhhdzKIKKKIImax. 1 .tttnn 1秒5 . 0t kKhKzqK所以，起動電流：，與相鄰下一線路的電流段動作時限相配合。1、 處于電網(wǎng)終端的保護裝置，其過電流保護的動作時限為處于電網(wǎng)終端的保護裝置，其過電流保護的動作時限為零。這種情況下過電流保護可作為主保護兼后備保護，不零。這種

15、情況下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。需裝設(shè)電流速斷保護和限時電流速斷保護。 保護保護3 3：設(shè)定時限過電流保護（電流：設(shè)定時限過電流保護（電流段），無延時動作。段），無延時動作。 保護保護2 2：設(shè)電流速斷（電流：設(shè)電流速斷（電流段）和過電流保護（電流段）和過電流保護（電流段）。段）。 保護保護1 1：按一般原則裝設(shè)三段式電流保護。：按一般原則裝設(shè)三段式電流保護。 2、 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作時限配合。定時限過電流保護的動作時限（2 2）靈敏度校驗）靈敏度校驗 最小運行方式，本線路（相鄰線路）末端相間短路。

16、最小運行方式，本線路（相鄰線路）末端相間短路。 近后備：作為本線路近后備：作為本線路ABAB段的后備。段的后備。 遠后備：作為相鄰下一線路遠后備：作為相鄰下一線路BC段的后備。段的后備。 靈敏度應(yīng)相互配合：越靠近故障點保護靈敏度應(yīng)越高靈敏度應(yīng)相互配合：越靠近故障點保護靈敏度應(yīng)越高（3 3）原理接線）原理接線 同限時電流速斷保護，時間繼電器的時間整定值不同同限時電流速斷保護，時間繼電器的時間整定值不同（4 4）評價）評價 簡單可靠。但越靠近電源端，保護的動作時限越長簡單可靠。但越靠近電源端，保護的動作時限越長5 . 13 . 11 .min. dzBdlmIIK2 . 11 .min. dzCd

17、lmIIK 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),動作時限是人為事先整定的。動作時限是人為事先整定的。 定時限過電流保護（電流定時限過電流保護（電流段）由于時限的配合原因，段）由于時限的配合原因，造成故障靠電源越近，短路電流越大，過電流保護切除故造成故障靠電源越近，短路電流越大，過電流保護切除故障的時間越長，這是其缺陷。障的時間越長，這是其缺陷。 反時限電流保護：反時限電流保護：也是一種過電流后備保護，其動作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，時間是電流的函數(shù)。電流小時，動作時間長；電流大時，動

18、作時間短。動作時間短。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。4.4.階段式電流保護階段式電流保護每一線路裝設(shè)有三段式繼電保護，段、段、段之間，并與相鄰線路三段式繼電保護共同構(gòu)成了較完善的保護系統(tǒng)。三、電流保護的接線方式三、電流保護的接線方式接線方式：電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。接線方式：電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。主要有主要有2種接線方式種接線方式： （a）三相星形接線方式；）三相星形接線方式； （b）兩相星形接線方式。）兩相星形接線方式。（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

19、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）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 中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)，都能夠正確動作，中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)，都能夠正確動作，但動作的繼電器數(shù)目不同。但動作的繼電器數(shù)目不同。（2 2）中性點直接接地電網(wǎng)單相接地短路中性點直接接地電網(wǎng)單相接地短路 兩相星形接線不能反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)的兩相星形接線不能反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)的B B相接地短路。相接地短路。 中性點直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單

20、相接地故障，接地相故障電流很大。 中性點非直接（不）接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障，接地相故障電流很小。（3 3）中性點非直接接地電網(wǎng)（異相）兩點接地短路中性點非直接接地電網(wǎng)（異相）兩點接地短路 由于中性點非直接接地電網(wǎng)中允許單相接地時繼續(xù)短時運由于中性點非直接接地電網(wǎng)中允許單相接地時繼續(xù)短時運行，希望只切除一個故障點。行，希望只切除一個故障點。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（4 4）Y/dY/d接線變壓器后面（接線變壓器后面（d d側(cè)）的兩相短路側(cè)）的兩相短路YAIYBIYCIAIBI0CIacCcbBbaACBAIIIIIIIIIIII，03/23/AbAcaIIIIIYAY

21、BYAYCAaYAIIIIInnII231cYCbYBaYAYAaInIInIInIIInY111/，有，兩側(cè)繞組的匝數(shù)比為設(shè))1 , 1(KaIYAYBYCYAIIII2,當過電流保護接于降壓變壓器的高壓側(cè)作為低壓側(cè)線路的當過電流保護接于降壓變壓器的高壓側(cè)作為低壓側(cè)線路的后備時，三相星形接線可使靈敏系數(shù)增大一倍；兩相星形后備時，三相星形接線可使靈敏系數(shù)增大一倍；兩相星形接線的靈敏系數(shù)只能由接線的靈敏系數(shù)只能由A,C A,C 相決定，較三相星形接線靈敏相決定，較三相星形接線靈敏系數(shù)降低一半。系數(shù)降低一半。措施：在中線上接入一個繼電器，以提高靈敏系數(shù)。措施：在中線上接入一個繼電器，以提高靈敏系數(shù)

22、。 三相星形接線：三相星形接線： 廣泛應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重設(shè)備的保護廣泛應(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。中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。 還應(yīng)用于中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和還應(yīng)用于中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。單相接地短路的保護。 兩相星形接線：兩相星形接線： 由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，因此在中性點非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配電網(wǎng)中（輻射線路較普遍）廣泛使用。直接接地配電網(wǎng)中（輻射線路較普遍）廣泛使用。 兩相星形接線時，應(yīng)在所有的線路上將保護裝置兩相星形接線時，應(yīng)在所有的線路上將保護裝置安裝在安裝在相同的兩相相同的兩相上（一般都裝于上（一般都裝于A A、C C相上），以保證相上），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。在不同的線路上發(fā)生兩點及多點接地時，能切除故障。（5 5）評價及應(yīng)用）評價及應(yīng)用1LJ5L