第二章電流保護(hù)(1-2)2

2電網(wǎng)的電流保護(hù)2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路電流保護(hù)2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路方向電流保護(hù)2.3中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接地短路的零序電流及方向保護(hù)2.4中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)

2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間

短路電流保護(hù)2.1.1繼電器繼電器：一種能自動(dòng)執(zhí)行斷續(xù)控制的部件，當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計(jì)的狀態(tài)變化，如觸點(diǎn)打開、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的作用。對(duì)繼電器的要求：工作可靠，動(dòng)作過程具有“繼電特性”。動(dòng)作值誤差小、功率損耗小、動(dòng)作迅速、動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性好以及抗干擾能力強(qiáng)。安裝、整定方便，運(yùn)行維護(hù)少，價(jià)格便宜等。按結(jié)構(gòu)型式分：電磁型、感應(yīng)型、整流型、電子型、數(shù)字型。按反映的物理量分：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器、頻率繼電器、瓦斯繼電器等。按在保護(hù)回路中的作用分：?jiǎn)?dòng)繼電器、量度繼電器（分過量和欠量繼電器）、時(shí)間繼電器、中間繼電器、信號(hào)繼電器、出口繼電器等。繼電器分類DL系列電流繼電器的工作原理（轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式）1—鐵心

2—轉(zhuǎn)動(dòng)舌片

3—線圈

4—固定觸點(diǎn)與可動(dòng)觸點(diǎn)

5—彈簧

6—止擋繼電器的繼電特性繼電特性：無論起動(dòng)和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個(gè)中間位置。動(dòng)作電流—

Iop（可調(diào)整）

返回電流—

Ire

返回系數(shù)：

過量繼電器：Kre<1

欠量繼電器：Kre

>1

演示

2.1.2單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)電流量值特征Eφ：系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢(shì)Zs：保護(hù)安裝處至系統(tǒng)等效電源的等效阻抗Zk：保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)阻抗近似短路計(jì)算（短路電流中的工頻周期分量）對(duì)繼電保護(hù)而言，在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的電流最大，稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最小，Zs＝Zs.min。對(duì)繼電保護(hù)而言，在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類型的短路時(shí)流過保護(hù)安裝處的電流最小，稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)等值阻抗最大，Zs＝Zs.max。最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式：運(yùn)行方式舉例：對(duì)于保護(hù)1來說，最大運(yùn)行方式？

最小運(yùn)行方式？

對(duì)于保護(hù)2來說，最大運(yùn)行方式？

最小運(yùn)行方式？要構(gòu)成完善的保護(hù)，需考慮決定短路電流的因素：（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式（Zs）（2）電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)(Eφ)（3）短路類型(三相、兩相)（4）短路點(diǎn)位置(Zk)最大短路電流最小短路電流各種運(yùn)行方式下：2.1.3電流速斷保護(hù)1)工作原理對(duì)于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。為了保證其選擇性，一般只能保護(hù)線路的一部分。為保證電流保護(hù)2的選擇性，應(yīng)使：IIset.1>

Ik.B.max影響：其他運(yùn)行方式下保護(hù)范圍會(huì)小一些。A.整定：按“躲開下一線路出口處短路條件”整定2)電流速斷保護(hù)整定原則保護(hù)2的電流速斷整定值：KrelI為可靠系數(shù)，取1.2~1.3，是考慮非周期分量影響、實(shí)際短路電流可能大于計(jì)算值、保護(hù)裝置的實(shí)際動(dòng)作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。保護(hù)1的電流速斷整定值：繼電器的二次動(dòng)作電流:2)電流速斷保護(hù)整定原則nTA為電流互感器變比；Kcon為電流互感器的接線系數(shù)，TA二次側(cè)為三相星形或兩相星形接線時(shí)，其值為1，當(dāng)二次側(cè)為三角形接線時(shí)，其值為取決于繼電器本身固有的動(dòng)作時(shí)間，一般小于10ms?？紤]到躲過線路中避雷器的放電時(shí)間40~60ms，一般加裝一個(gè)動(dòng)作時(shí)間為60~80ms的保護(hù)出口中間繼電器，一方面延時(shí)，另一方面擴(kuò)大觸點(diǎn)的容量和數(shù)量。B.電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間C.電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍校驗(yàn)C.電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍校驗(yàn)考慮最不利于保護(hù)動(dòng)作的情況：

最小運(yùn)行方式下兩相短路規(guī)程規(guī)定，最小保護(hù)范圍不應(yīng)小于線路全長的15％—20％，即：3)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作速度快，接線簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：1)不能保護(hù)線路全長；

2)保護(hù)范圍受運(yùn)行方式的影響。3)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià)在運(yùn)行方式變化很大的系統(tǒng)中，最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍很小甚至等于零。特例1：線路長短不同，對(duì)電流速斷保護(hù)的影響不同。特例2：當(dāng)速斷保護(hù)應(yīng)用于線路-變壓器組時(shí)，其動(dòng)作電流可按躲過變壓器低壓母線短路整定，因而，其保護(hù)范圍可保護(hù)線路全長。特例3：2.1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)

用來切除本線路上速斷保護(hù)范圍以外的故障，同時(shí)也能作為速斷保護(hù)的后備。

與無時(shí)限電流速斷保護(hù)配合作為被保護(hù)線路相間短路的主保護(hù)。2.1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)1)起動(dòng)電流的整定

保護(hù)區(qū)要延伸到相鄰線路、或相鄰元件的一部分。2.1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)2)動(dòng)作時(shí)限（考慮選擇性問題）應(yīng)比下一條線路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)時(shí)間階梯Δt：

t1II=t2I+Δt

Δt

通常取為0.5s。確定原則見書上P22（1～5）2.1.4限時(shí)電流速斷保護(hù)3)靈敏性的校驗(yàn)靈敏性用靈敏系數(shù)Ksen衡量：限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)基本出發(fā)點(diǎn)：選擇在要求的保護(hù)區(qū)內(nèi)短路最不利于保護(hù)動(dòng)作的情況，來校驗(yàn)保護(hù)是否能夠動(dòng)作運(yùn)行方式：最小短路類型：兩相短路點(diǎn)：本線路末端要求Ksen

≥1.3~1.5不利于保護(hù)啟動(dòng)的因素見書上P23(1~5)當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，與下一線路II段配合。限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)4)

限時(shí)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大于本線路全長；依靠動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間共同保證其選擇性；與電流速斷共同構(gòu)成被保護(hù)線路的主保護(hù)，兼作電流速斷的近后備保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：可保護(hù)本線路全長；可作為電流速斷的近后備保護(hù)；缺點(diǎn)：速動(dòng)性差（有延時(shí)）。5)

限時(shí)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià)2.1.5過電流保護(hù)過電流保護(hù)是指其起動(dòng)電流按躲最大負(fù)荷電流來整定的保護(hù)。該保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長，且能保護(hù)相鄰線路的全長?？勺鳛楸揪€路主保護(hù)的近后備保護(hù)以及相鄰下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。起動(dòng)電流的整定考慮兩點(diǎn)：（1）大于流過該線路的最大負(fù)荷電流Il.max（2）外部故障切除后電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，應(yīng)可靠返回2.1.5過電流保護(hù)2.1.5過電流保護(hù)1)起動(dòng)電流的整定2.1.5過電流保護(hù)1)起動(dòng)電流的整定思考：為什么過電流繼電器應(yīng)有較高的返回系數(shù)？2.1.5過電流保護(hù)2)選擇性問題K點(diǎn)短路一般短路電流大于保護(hù)裝置1、2、3的動(dòng)作電流，保護(hù)1、2、3將起動(dòng)。2.1.5過電流保護(hù)2)選擇性問題為滿足選擇性的要求，必須依靠各保護(hù)裝置具有不同的動(dòng)作時(shí)限來保證。2.1.5過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限2.1.5過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限（越靠近電源時(shí)間越長，如何解決？）2.1.5過電流保護(hù)3)靈敏性的校驗(yàn)a.作為近后備時(shí)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流來校驗(yàn)，要求Ksen

≥1.3~1.52.1.5過電流保護(hù)3)靈敏性的校驗(yàn)b.作為遠(yuǎn)后備時(shí)采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流來校驗(yàn)，要求Ksen≥1.2靈敏系數(shù)配合（一般能自然配合）：

Ksen.1<Ksen.2<

Ksen.3

2.1.5過電流保護(hù)4)過電流保護(hù)的構(gòu)成2.1.5過電流保護(hù)5)評(píng)價(jià)過電流保護(hù)的動(dòng)作電流小，其靈敏度更高；在后備保護(hù)之間，只有靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都互相配合時(shí)，才能保證選擇性；保護(hù)范圍是本線路和相鄰下一線路全長；2.1.6階段式電流保護(hù)配合電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)。其主要區(qū)別在于按照不同的原則選擇起動(dòng)電流。電流速斷保護(hù)：按躲開本線路末端最大短路電流整定；限時(shí)電流速斷：按躲開下一線路相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍整定；過電流保護(hù)：按躲開本元件最大負(fù)荷電流整定。電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長，限時(shí)電流速斷保護(hù)不能作為相鄰元件的后備保護(hù)，為迅速而有選擇性地切除故障常常將電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式的電流保護(hù).2.1.6階段式電流保護(hù)配合保護(hù)1：瞬時(shí)過電流保護(hù)（不是速斷）保護(hù)2：0.5s過電流保護(hù)（不是II段）可加電流速斷

(兩段式)保護(hù)3：電流速斷限時(shí)電流速斷過電流保護(hù)

(三段式)全系統(tǒng)任意點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如果不發(fā)生保護(hù)或斷路器據(jù)動(dòng)，則故障都可以在0.5s內(nèi)切除。演示階段式電流保護(hù)評(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠，一般情況下可滿足快速切除故障要求。

缺點(diǎn)：受電網(wǎng)接線和運(yùn)行方式變化影響大。

應(yīng)用：35kV及以下的電網(wǎng)中。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式所謂電流保護(hù)的接線方式是指電流互感器和電流測(cè)量元件間的連接方式。為能反映所有類型的相間短路，電流保護(hù)要求至少在兩相線路上應(yīng)裝有電流互感器和電流測(cè)量元件。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式（一）兩種常用的接線方式（1）三相星形接線特點(diǎn)：三相電流互感器二次繞組與三個(gè)電流繼電器分別按相連接，三個(gè)繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)。中性線上流回的電流：2.1.8

電流保護(hù)的接線方式（一）兩種常用的接線方式（2）兩相星形接線特點(diǎn)：只有a,c兩相裝設(shè)電流互感器，按相連接繼電器。中性線上流回的電流：2.1.8

電流保護(hù)的接線方式當(dāng)保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流為時(shí)Iset，則反應(yīng)到繼電器上的動(dòng)作電流應(yīng)為Iop，有：

Iop=Iset/nTAnTA為電流互感器變比。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時(shí)的性能分析1.中性點(diǎn)接地系統(tǒng)和非直接接地系統(tǒng)中的各種相間短路相同之處：兩種接線方式均能正確反應(yīng)不同之處：動(dòng)作的繼電器個(gè)數(shù)不同2.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的單相接地短路三相星形：接線可反應(yīng)各種單相接地故障兩相星形：接線不能反應(yīng)B相接地故障2.1.8

電流保護(hù)的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時(shí)的性能分析3.中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點(diǎn)接地短路（1）在相互串聯(lián)的兩條線路上（希望只切除距離電源較遠(yuǎn)的線路XL2）三相星形接線（優(yōu)點(diǎn)）：100%有選擇地切除線路2。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式兩相星形接線（缺點(diǎn)）

有2/3機(jī)會(huì)有選擇地切除線路2。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式(2)變電站引出的放射性線路（希望任意切除一條線路即可）三相星形接線（缺點(diǎn)）：當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相同時(shí)，同時(shí)切除兩條線路。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式(2)變電站引出的放射性線路兩相星形接線（優(yōu)點(diǎn)）：有2/3機(jī)會(huì)僅切除一條線路。（如果都是B相，可以繼續(xù)運(yùn)行）2.1.8

電流保護(hù)的接線方式思考：各保護(hù)的電流互感器可否接在不同的相上？即有的接A、C相有的接B、C結(jié)果：可能出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)！所有電流互感器應(yīng)接在相同的相上！2.1.8

電流保護(hù)的接線方式4.在Y，d11接線的變壓器后兩相短路時(shí)首先分析低壓側(cè)兩相短路時(shí)，高壓側(cè)電流的大小。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式4.在Y,d11接線的變壓器后兩相短路時(shí)這對(duì)采用兩相星形接線的后備保護(hù)不利：B相上沒有裝繼電器，因此靈敏系數(shù)只能由A相電流和C相電流決定，同樣的情況下，靈敏系數(shù)比采用三相星形接線時(shí)降低了一半。2.1.8

電流保護(hù)的接線方式解決方法（兩相三繼電器法）2.1.8

電流保護(hù)的接線方式5.兩種接線方式的應(yīng)用三相星形接線：廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中。兩相星形接線：廣泛應(yīng)用在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)和非直接接地系統(tǒng)中，作為相間短路電流保護(hù)的接線方式。2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)2.2.1問題提出雙端電源供電接線：為了合上和斷開線路，在每條線路的兩側(cè)都裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置。雙端電源供電的優(yōu)勢(shì)：某線路發(fā)生故障時(shí)，由本線路兩側(cè)保護(hù)跳開斷路器切除故障，不會(huì)造成停電。2.2.1問題提出問題：只靠電流大小判別可能造成保護(hù)誤動(dòng)k1短路，可能造成保護(hù)5或保護(hù)1誤動(dòng)。***保護(hù)正方向規(guī)定：以母線電壓為參考方向，電流從母線指向線路為正保護(hù)誤動(dòng)原因：短路功率與保護(hù)正方向不一致2.2.2解決方法引入方向元件來判別短路功率的方向，從而區(qū)別區(qū)內(nèi)或區(qū)外短路。而各保護(hù)動(dòng)作值按單側(cè)電源配合方式進(jìn)行整定，滿足選擇性。方向性電流保護(hù)：保護(hù)中加裝可以判別短路功率方向的元件，只有當(dāng)功率方向由母線流向線路時(shí)，功率方向元件才動(dòng)作，與電流保護(hù)共同工作，可以快速、有選擇性的切除故障，稱為方向性電流保護(hù)。構(gòu)成方向性電流保護(hù)，既利用電流的幅值特征，又利用功率方向的特征。2.2.2解決方法2.2.3方向性電流保護(hù)基本原理雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上的電流保護(hù)加裝方向元件后，可以拆開看成兩個(gè)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)：保護(hù)1~4反應(yīng)電源1供給的短路電流動(dòng)作保護(hù)5~8反應(yīng)電源2供給的短路電流動(dòng)作兩組方向保護(hù)之間不需要配合，可采用單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中適用的三段式電流保護(hù)原理和整定計(jì)算原則。2.2.3方向性電流保護(hù)基本原理接線原理圖注意：功率方向元件只負(fù)責(zé)判別方向，正方向時(shí)就起動(dòng)，反方向就閉鎖。無論是短路狀態(tài)還是正常運(yùn)行狀態(tài)都可能起動(dòng)！2.2.4功率方向判別元件利用判別短路功率的方向或電流與電壓之間的相位關(guān)系，就可以判別發(fā)生故障的方向。2.2.3功率方向判別元件用以判別功率方向或測(cè)定電流與電壓間相位角的繼電器稱為功率方向繼電器。對(duì)功率方向元件的基本要求：

應(yīng)具有明確的方向性，正方向發(fā)生各種故障（包括故障點(diǎn)有過渡電阻情況）時(shí)能可靠動(dòng)作，而在反方向時(shí)，可靠不動(dòng)作；

正方向故障時(shí)有足夠的靈敏性。1)基本原理分析功率方向判別元件的動(dòng)作特性正方向短路時(shí)：反方向短路時(shí)：φr為加入繼電器的電壓和電流的夾角假定線路阻抗角φk=60°功率方向繼電器在輸入電壓和電流的幅值不變時(shí)，其輸出值隨兩者相位差的大小而改變，輸出為最大時(shí)的相位差稱為繼電器的最大靈敏角φsen。為使常見短路情況下，方向元件動(dòng)作最靈敏，取最大靈敏角為φsen=φk(=60°)。功率方向判別元件的動(dòng)作特性假定線路阻抗角φk=60°為保證當(dāng)短路點(diǎn)有過渡電阻、線路阻抗角在0°~90°范圍變化情況下正方向故障時(shí)，繼電器都能可靠動(dòng)作，功率方向元件動(dòng)作的角度不應(yīng)該是一個(gè)固定數(shù)值，而是一個(gè)范圍，一般取φ

sen±90°。功率方向元件動(dòng)作方程：功率方向判別元件的動(dòng)作特性2)實(shí)際采用的動(dòng)作方程（90度接線）采用同相電壓和電流作為Ur和Ir接線的問題：正方向出口附近短路接地時(shí)，功率方向元件存在“電壓死區(qū)”。功率方向判別元件的動(dòng)作特性解決方法：90度接線采用非故障的相間電壓作為Ur,故障相電流作為Ir。例如，A相功率方向元件Ur取UBC，Ir取IA。在這種接線方式下，最大靈敏角設(shè)計(jì)為φsen=φk–90°。功率方向元件動(dòng)作方程：功率方向判別元件的動(dòng)作特性常取繼電器內(nèi)角α=－

φsen=90°－

φk分析：除正方向出口附近發(fā)生三相短路時(shí)，UBC≈0，繼電器具有很小的電壓死區(qū)外，在其他任何包含A相的不對(duì)稱短路時(shí)，UBC

電壓很高，IA很大，繼電器沒有死區(qū)，且動(dòng)作靈敏度很高。減小和消除三相短路時(shí)死區(qū)的方法：電壓記憶回路。功率方向判別元件的動(dòng)作特性2.2.4功率方向判別元件接線方式接線方式：是指繼電器與電流互感器和電壓互感器之間的連接方式。要求：

1）必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性。

2）故障后加入繼電器中的電流Ir和電壓Ur應(yīng)盡可能大一些，并盡可能使φr接近最大靈敏角φsen。2.2.4功率方向判別元件接線方式90°接線方式：是指在三相對(duì)稱且功率因數(shù)cosφ=1的情況下，加入繼電器的電流Ir超前電壓Ur90°的接線方式。（無物理意義）2.2.4功率方向判別元件接線方式采用按相啟動(dòng)接線。所謂按相啟動(dòng)接線是指接入同名相電流的測(cè)量元件和功率方向元件的接點(diǎn)串聯(lián)，而后與其他元件相并聯(lián)后啟動(dòng)邏輯元件。2.2.4功率方向判別元件接線方式對(duì)功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性。90°接線方式下各種短路情況分析：90°接線方式下各種短路情況分析：

B、C兩相短路的系統(tǒng)接線圖

90°接線方式下各種短路情況分析：

保護(hù)安裝處附近B、C兩相短路（Zk<