繼電保護(hù)講義-電網(wǎng)相間短路的電流保護(hù) (一)

第二章電網(wǎng)相間短路的電流保護(hù)

第一節(jié)電流，電壓繼電器及輔助繼電器

電磁型電流，電壓繼電器

構(gòu)成繼電保護(hù)的繼電器，動(dòng)作與返回干脆、迅速，不會(huì)停留在某一中間位置。這種特性

稱(chēng)為繼電器的繼電特性。

（-）電磁型繼電器的工作原理

1.電磁型繼電器的分類(lèi)

主要有螺管線(xiàn)圈、吸弓銜鐵、轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式三種類(lèi)型，如圖2-1所示。其中轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式通

常用作測(cè)晟元件。

10DDD0200DDD03000D4D00050DDD00060D0

02-100000000

2.電磁型繼電器的工作原理

電磁型繼電器線(xiàn)圈N中通入電流4（A又稱(chēng)為測(cè)量電流）時(shí)，產(chǎn)生電磁力矩叔，克服反

作用彈簧力矩使可動(dòng)銜鐵向電磁鐵運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)可動(dòng)接點(diǎn)向靜止接點(diǎn)閉合，繼電器動(dòng)作。

由于蹂=4力'，而①;繆也正^^工^戶(hù)乜、,因此，可制成交流或直流繼電器。

（二）電磁型電流繼電器

以吸引銜鐵式為例分析說(shuō)明繼電器的繼電特性及動(dòng)作電流、返回電流、返回系數(shù)的定義。

1.作用在繼電器上的三種力矩

ININ1

（1）電磁力矩：，%,=犬（，^尸=父（」^）28（人、N為參變量）…〃與磁

Rm6演

路氣隙3函數(shù)關(guān)系（6為指數(shù)關(guān)系，當(dāng)加入繼電器的電流人改變時(shí)，曲線(xiàn)上下平移。

如圖2-2曲線(xiàn)①所示；

（2）彈簧力矩：/三眼/匐（%-6）,其中

八、5,為原始狀態(tài)彈簧力矩和繼電器磁路氣

隙，5為終止態(tài)的磁路氣隙，彈簧力矩與磁路

氣隙明產(chǎn)ZY0成線(xiàn)性反比關(guān)系，如圖2-2曲線(xiàn)

②所示

圖2-2作用在繼電器上的三種力矩

（3）摩擦力矩：弱為常數(shù),如圖2-2曲線(xiàn)

③所示。

2.動(dòng)作電流

當(dāng)42幾時(shí)，繼電器剛好動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)，作用在繼電器上的三個(gè)力矩滿(mǎn)足:

朗命》利計(jì)息即

K'（"yNM,h+M,（動(dòng)作方程）

o

或

+M/

-TFv-r-

A為繼電器剛好動(dòng)作時(shí)加入繼電器的最小電流，稱(chēng)為繼電器的動(dòng)作電流，用心表示。

如圖2-3所示，當(dāng)氣隙為口繼電器處于動(dòng)作邊界時(shí)，保持公心

不變，繼電器動(dòng)作時(shí)，氣隙由8.-8減小，電磁力矩隨8以指數(shù)關(guān)系增加較快、反作

用力矩隨6線(xiàn)性增加，增加的速度較慢，使吃〉M”+M/,而且隨著5的

2

進(jìn)一步減小，電磁力矩M,與反作用彈簧力矩+M,的差距越來(lái)越大，在電磁力矩M,.的

作用下，繼電器迅速動(dòng)作到底，滿(mǎn)足繼電特性。到達(dá)終L位置8時(shí)，存在剩余力矩.優(yōu)，可

以保持觸點(diǎn)壓力。

3.返回電流

當(dāng)時(shí)，繼電器剛好返回，常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，作用在繼電器上的三個(gè)力矩滿(mǎn)足：機(jī)（/

/N

一彬即Kf（^—）2（動(dòng)作方程）

/W匹工/

LNNKfr

/為繼電器剛好返回時(shí)加入繼電器的最大電流，稱(chēng)為繼電器的返回電流，用人表示。如

圖2-3所示，當(dāng)氣隙為6繼電器處于返回邊界時(shí)，M“，=-M/,保持左，不變，繼

電器返回時(shí)，氣隙6增大，反作用彈簧力矩用由+M,、電磁力矩A7,由3—。變化，使

Mth>Mdc-M,n,隨著8的增大，反作用彈簧力矩+M7與電磁力矩“，的差廄越來(lái)

越大，在彈簧力矩M加+”/的作用下，繼電器迅速返回，同樣滿(mǎn)足繼電特性。

4.返回系數(shù)

返回系數(shù)定義為返回電流與動(dòng)作電流之比，以KR二L-表示。

*

時(shí)于過(guò)量保護(hù)AX1,一般電磁型過(guò)最保護(hù)應(yīng)為0.85?0.9,靜止型保護(hù)（如集成型、微機(jī)

型保護(hù)）應(yīng)為0.9?0.95。對(duì)于欠量保護(hù)4>1。

5.繼電器的調(diào)整

通過(guò)調(diào)整繼電器線(xiàn)圈匝數(shù)和彈簧力矩來(lái)調(diào)整繼電器的動(dòng)作值；通過(guò)調(diào)整繼電器磁路（氣

隙）和調(diào)整摩擦力矩來(lái)調(diào)整返回系數(shù)。

電磁型電壓繼電器的工作原理與電磁型電流繼電器的工作原理相同，只是比電流繼電器

繞組匝數(shù)較多，繞組導(dǎo)線(xiàn)較細(xì)。

電磁型輔助繼電器有中間繼電器、信號(hào)繼電器等，其工作原理與電磁型電流繼電器的工

作原理相同。

3

互感器還存在10%的誤差。為了保證選擇性，防止由于二述因素影響，導(dǎo)致下?線(xiàn)路出口發(fā)

生短路時(shí)實(shí)際的短路電流超過(guò)保護(hù)1的動(dòng)作值/)」，引起保護(hù)越級(jí)誤動(dòng)作，因此保護(hù)的動(dòng)作

值/),必須滿(mǎn)足：/)/〉/媲，皿?？紤]上述因素，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，引入取值1.2?1.3的可

靠系數(shù)K)，則無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲開(kāi)下一線(xiàn)路出口，最大運(yùn)行方式下，發(fā)生

三相短路時(shí)的短路電流整定。即

/I_/[⑶

1OP.I~^rei1KB.nwx

當(dāng)線(xiàn)路長(zhǎng)度小于20k\l時(shí)，可靠系數(shù)K)取1.5：線(xiàn)路長(zhǎng)度大于20kM小于50kM時(shí)，

取1.4；線(xiàn)路長(zhǎng)度大于50kM時(shí)，長(zhǎng)匕取1.3。

無(wú)時(shí)限電流保護(hù)是依靠整定動(dòng)作值來(lái)保證選擇性的。從2-5圖可以看出，為了保證選擇

性，提高了動(dòng)作值，使保井范圍縮小，降低了保護(hù)的靈敏性，因此無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不能

夠保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)。又因?yàn)楸Ｗo(hù)的動(dòng)作具有選擇性，可以瞬時(shí)動(dòng)作，因而稱(chēng)為無(wú)時(shí)限電流速斷

保護(hù)或電流I段。

無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)的一部分。保護(hù)配置圖形用則表示。

無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)用最小保護(hù)范圍衡量。規(guī)程規(guī)定，最小保護(hù)范圍不應(yīng)

小于線(xiàn)路全長(zhǎng)的15%?20%。當(dāng)系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式、下本線(xiàn)路某點(diǎn)4發(fā)生兩相短路時(shí)，短

路電流剛好達(dá)到保護(hù)的動(dòng)作值/),即

I2)=6乂E2

OPK.22Xs癡戶(hù)XK

可得最小保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)的阻抗值

X-X

AK~AS.min

/1OP

Y71J

要求上2=，"①=>15%?20%

Y7IJ

八AB乙^AB

當(dāng)上?級(jí)線(xiàn)路保護(hù)采用距離保護(hù)時(shí)，為了上、下兩級(jí)保護(hù)的配合，此時(shí)應(yīng)考慮下??級(jí)電流

保護(hù)的最大保護(hù)范圍。

5

第三節(jié)限時(shí)電流速斷保護(hù)

電流I段保護(hù)只能保護(hù)線(xiàn)路全長(zhǎng)80%左右，對(duì)線(xiàn)路剩余部分還應(yīng)增設(shè)第二部分保萬(wàn)，即

限時(shí)電流速斷保護(hù)，也稱(chēng)為電流H段，其保護(hù)范圍必然延伸卜到一線(xiàn)路，與下一線(xiàn)路電流保

護(hù)范圍部分重疊，如圖2-6所示。當(dāng)下一線(xiàn)路出口發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)2的電流I段能夠起動(dòng)，

保護(hù)1的電流II段也能夠起動(dòng)，為了保證選擇性，并力求降低保護(hù)的動(dòng)作速度，因此，保護(hù)

1的電流n段首先應(yīng)與下一線(xiàn)路電流保護(hù)I段進(jìn)行配合整定，即保護(hù)范圍不能超出下一線(xiàn)路

電流I段的保護(hù)范圍，動(dòng)作時(shí)限比下一線(xiàn)路電流I段保護(hù)大一個(gè)時(shí)限等級(jí)404的大小應(yīng)保

證在下一線(xiàn)路出口短路時(shí)，保護(hù)2的電流I段有足夠的跳閘時(shí)間。即

△t=12QR+)+/2。尸+0

式中修+)為下一線(xiàn)路斷路器跳閘的正誤差時(shí)間；為本線(xiàn)路斷路器跳閘的負(fù)誤差時(shí)

間；％0尸為下一線(xiàn)路斷路器跳閘后主觸頭的熄弧去游離時(shí)間；。為裕度時(shí)間。

At一般取0.5So

以公式表示為

j\\_<11j\

1OP.I~KreKOP.2

/OP.I=^OP.2+Z

其動(dòng)作值配合與時(shí)間配合關(guān)系如圖26所示。當(dāng)本線(xiàn)路末端發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)】的電流II段

圖2-6限時(shí)電流速斷保護(hù)原理接線(xiàn)及短路電流、時(shí)限特性曲線(xiàn)

6

只能以4的延時(shí)來(lái)切除故障。因而為了保證選擇性犧牲了保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性。

保護(hù)1電流II段靈敏性校驗(yàn)：

限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍是線(xiàn)路全長(zhǎng)，在最不利情況下，均應(yīng)有足夠的反應(yīng)能力，要求

Ksen>1.3~1.5。即

K四=常處之1.3~7.5

/np1

若K".3~1.5,則保電流II段應(yīng)與下一線(xiàn)路電流保護(hù)I［段配合整定。即

以求靈敏度滿(mǎn)足要求，如仍不能滿(mǎn)足要求，應(yīng)采用其它保護(hù)。

電流II段保護(hù)的原理接線(xiàn)如圖2-6所示，在線(xiàn)路AB范圍內(nèi)發(fā)生故障，限時(shí)電流速斷保

護(hù)延時(shí)0.5?1s切除故障，并作為電流I段的后備。保護(hù)配置圖形以聲表示。

第四節(jié)定時(shí)限過(guò)電流條護(hù)

電流I、II段保護(hù)可在0.5?1s的時(shí)間內(nèi)切除全線(xiàn)路范圍內(nèi)的故障，在滿(mǎn)足線(xiàn)路的“四

性”要求時(shí)，作為線(xiàn)路的主保護(hù)，但不具有后備作用，因此，線(xiàn)路還應(yīng)設(shè)置定時(shí)限過(guò)電流保

護(hù)（稱(chēng)為電流III段）作為電流I、II段主保護(hù)的后備保護(hù)。

電流川段的動(dòng)作值是躲負(fù)荷電流整定，其動(dòng)作值較低，保護(hù)范圍較大，因而既可以作為

本線(xiàn)路全長(zhǎng)的后備保護(hù)

（近后備），也可以作為A.1S跖'丑/也/Ir叫，Z”

下-線(xiàn)路（元件）全長(zhǎng)的5上⑥

后備保護(hù)（遠(yuǎn)后備）。G甲?

771Jii

如圖2-6所示，電X專(zhuān)

&產(chǎn)|

流ni段保護(hù)的原理接線(xiàn)-----------i

與電流ii段保護(hù)的原理圖2-7定時(shí)限電流速斷保護(hù)配置圖形、時(shí)限特性曲線(xiàn)

接線(xiàn)相同。保護(hù)配置圖

形如圖2-7所示為

7

一.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限特性

電流HI段保護(hù)的動(dòng)作值按躲開(kāi)本線(xiàn)路的最大負(fù)荷電流整定，因此線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，短路

電流將超過(guò)各線(xiàn)路的動(dòng)作電流值。如在線(xiàn)路/小上發(fā)生小點(diǎn)短路時(shí)，為保證選擇性，保護(hù)1、

2的動(dòng)作時(shí)限力、&應(yīng)大于保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)限6；同理在線(xiàn)路他2上及點(diǎn)短路時(shí)，L應(yīng)大于

"其時(shí)限特性如圖2-7所示，形似階梯，故稱(chēng)為階梯時(shí)限特性。

二.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作值整定

電流HI段保護(hù)必須保證被保護(hù)線(xiàn)路通過(guò)最大負(fù)荷電流〃,“四時(shí)可靠不動(dòng)作，在外部故障切

除后能可靠返回。其動(dòng)作電流值整定應(yīng)按以下兩種情況考慮：

1.輸電線(xiàn)路無(wú)自啟動(dòng)負(fù)荷

相鄰線(xiàn)路故障切除后，保護(hù)應(yīng)可靠返回，即返回電流/,應(yīng)滿(mǎn)足

。2J

引入可靠系數(shù)鼠尸1.1?1.15

Kj

rel1Lmax

考慮到K―———0.85~0.9,因此，保護(hù)整定值為

/

,OP

IOP=-=L.ntax

KrK,

2.輸電線(xiàn)路有自啟動(dòng)負(fù)荷

如圖2-7所示，線(xiàn)路出口用點(diǎn)短路時(shí)，B母線(xiàn)電壓下降，電機(jī)負(fù)荷制動(dòng)，此時(shí)保護(hù)1、2

起動(dòng)，保護(hù)2動(dòng)作時(shí)限小，動(dòng)作于斷路器2Q/跳閘，而在故障切除后，B母線(xiàn)電壓恢復(fù)，制

動(dòng)的電機(jī)負(fù)荷處于自起動(dòng)狀態(tài)，流過(guò)保護(hù)1的是自起動(dòng)電流幾，為了使保護(hù)1可靠返回，應(yīng)

保證繼電器的返回電流/,？/曲,其中引入可靠系數(shù)服尸1.1?1.2,

則

1=K,“KGLmax

考慮到K,=」-=Q85~Q9,因此，保護(hù)整定值/”為

1QP

8

[K,"K，八

1OP°o1L.niax

i\rt\r

TL.皿應(yīng)考慮雙回線(xiàn)路、備用電源自投入等使電流變大的情況，自起動(dòng)系數(shù)加大于1,由

網(wǎng)絡(luò)具體接線(xiàn)和負(fù)荷性質(zhì)確定。

三.動(dòng)作時(shí)限的整定

如圖2-8所示，電流in段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限按階梯形時(shí)限原則整定，即卡｛外皿十小，

白尸｛女｝儂+4,以此類(lèi)推，并保證每段線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大于主保護(hù)動(dòng)作時(shí)限。

圖2-8定時(shí)限電流速斷保護(hù)時(shí)限配合曲線(xiàn)

四.過(guò)電流保護(hù)靈敏度系數(shù)校驗(yàn)

如圖2-8所示，要求電流in段的靈敏度滿(mǎn)足：

K",沂I=*^之/.3~1.5

sen（近）j

!OP

12)

_K.C.min、7)

八se”f遠(yuǎn))--

注意：遠(yuǎn)后備應(yīng)校驗(yàn)片、兒、用點(diǎn)短路時(shí)的情況。

當(dāng)電流III段作為木線(xiàn)路的主保護(hù)時(shí)，要求Ksen>2.

第五節(jié)電流保護(hù)接線(xiàn)方式

一.接線(xiàn)方式

電流保護(hù)的接線(xiàn)方式是指電流繼電器線(xiàn)圈和電流互感器二次繞組間的連接方式。常用的

接線(xiàn)方式有完全星形接線(xiàn)（三相三繼電器式接線(xiàn)）和B和不裝設(shè)電流互感器及相應(yīng)繼電器的

不完全星形接線(xiàn)（兩相兩繼電器式接線(xiàn)）兩種。其原理接線(xiàn)與電流相量如圖2-9所示。

9

圖2-9（a）完全星形原理接線(xiàn)、相量圖；（b）不完全星形原理接線(xiàn)、相豉圖

注意：電力系統(tǒng)互感器均采用減極性標(biāo)注，同名端用標(biāo)注。

兩種接線(xiàn)方式均能反應(yīng)各種相間故障，而不完全星形接線(xiàn)（R相不裝設(shè)電流互感器）不

能反應(yīng)B相電流。

二.兩種接線(xiàn)的適用范圍

1.對(duì)于35KV及以下單電源輻射形網(wǎng)絡(luò)

為了提高供電的可靠性，35KV及以下系統(tǒng)，其中性點(diǎn)處于不接地運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)

單相接地時(shí)，產(chǎn)生的電流很小，系統(tǒng)仍然對(duì)稱(chēng)，允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間；當(dāng)不同地點(diǎn)，同時(shí)

發(fā)生不同相別的兩點(diǎn)接地時(shí)，為了使系統(tǒng)保持對(duì)稱(chēng)狀態(tài)維續(xù)運(yùn)行，只要求切除遠(yuǎn)離電源的一

點(diǎn)，以保證選擇性。

圖2T0所示為35KV及以下單電源輻射形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)發(fā)生不同地點(diǎn)、不同相別兩點(diǎn)同時(shí)接

地時(shí)，采用完全星形接線(xiàn)和不完全形接線(xiàn)方式,保護(hù)正確動(dòng)作與誤動(dòng)作情況如表2-1所示,

02-1035KVDD00DD0M00

0)00000D;(b)0000DID

I0

正確動(dòng)作用“J”表示；誤動(dòng)作用“X”表示。

表2-1保護(hù)動(dòng)作情況

串行線(xiàn)路WL.與WL/或WLS(t,)

WLtWL?ILWLWL：WL1WL；WL.心WL)WL?

完全星

心K'K，K'K，心心1rK?，心

形接線(xiàn)

VJJJ

WL.WkVL.WLWLWL：HLWL?WL)WkWL>限

mi

K”>K"uK，r,心K“)心心K?o

雕費(fèi)

XVJJX

并行線(xiàn)路wuWL3't2=t3)

WLiWLILiILWLWLeWL,WL：WLtWLIL

完全星

K,uK111K0K'°K電心K':l>心K，A,

形接線(xiàn)

XXXXXX

WLiWLiL.限WLWLWL,WLSWL.WLWLiWL

mi

心K，nKw,K'°K,uK<M心K,OK'B，

XJJX

由表2T可見(jiàn)：對(duì)于串行線(xiàn)路，發(fā)生不同相別的兩點(diǎn)接地時(shí)，采用完全星形接線(xiàn)方式,

保護(hù)能100%正確動(dòng)作，只切除遠(yuǎn)離電源的一點(diǎn)，而采用不完全星形接線(xiàn)方式，保護(hù)正確動(dòng)

作的可能性有2/3；對(duì)于并行線(xiàn)路，當(dāng)動(dòng)作時(shí)限相同時(shí)，發(fā)生不同相別的兩點(diǎn)接地，采用完

全星形接線(xiàn)方式，保護(hù)100%誤動(dòng)作切除兩點(diǎn)，而采用不完全星形接線(xiàn)方式，保護(hù)正確動(dòng)作

的可能性仍有2/3。

由于不同地點(diǎn)、不同相別同時(shí)發(fā)生兩點(diǎn)接地的可能性很小，繼電保護(hù)一般不考慮故障的

重疊，加之35KV及以下電網(wǎng)線(xiàn)路、元件較多，為了減少投資成本，35KV及以下電網(wǎng)通常采

用不完全星形接線(xiàn)方式。

對(duì)于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)發(fā)生接地時(shí)，短路電流很大，系統(tǒng)處于不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，不能正常

工作，電流保護(hù)為反應(yīng)各種單相短路，應(yīng)采用完全星形接線(xiàn)，以確保故障點(diǎn)的切除。

II

2.對(duì)于Y,d的接線(xiàn)變壓

35KV及以下電壓等級(jí)的降壓變壓器和配電變壓器一般采用電流保護(hù)作為主保護(hù)或后備

保護(hù)，即便是大中型變壓器也常常采用電流保護(hù)作為后備保護(hù)，其原理接線(xiàn)如圖2To(a)

所示。因此，應(yīng)分析采用兩種接線(xiàn)方式對(duì)保護(hù)工作性能的影響。

35KV及以下電壓等級(jí)的降壓變壓器和配電變壓器大多采用Y,K接線(xiàn)，當(dāng)變壓器一側(cè)發(fā)

生短路時(shí)，山于變壓器一次與二次的電磁聯(lián)系，使另一側(cè)保護(hù)安裝處的非故障相也有故障電

流流過(guò)，該電流將對(duì)保護(hù)的J2作性能產(chǎn)生影響。

如圖2-10所示，以Y,K11變壓器為例分析發(fā)生AB兩相短路，Y側(cè)保護(hù)安裝處各相

電流的變化與關(guān)系。

(a)DD0：(b)A0ODO：(c)Y0I0D

當(dāng)變壓器AMAB相間短路時(shí)，可利用對(duì)稱(chēng)分審法進(jìn)行分析，可知，故障點(diǎn)特殊相為C相，

邊界條件為幾=0,則

???

]—I4-1

‘Ad一9Aid十1A2d

=IB"+IB24

jcA~+，C2d=0

【Cd=1Cd+=°C/d=~^C2A

由此邊界條件，即可確定各序分量的相對(duì)位置，其相量如圖2T0(b)所示，L=-鼠。

由于變壓器采用Y,K”接線(xiàn)，Y側(cè)正序分量落后AM同名相正序分量30°,Y側(cè)負(fù)序分量

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超前A則同名相負(fù)序分量30°,如圖2T0(c)所示，有

/—//-/

1AN~14/Y丁142Y―,CY

<1BY=1B1Y+,B2Y=-2〃丫=°

/-/+/-/

、“CY-1C/Y丁JC2Y_1AY

IBY=21N=21