华北电力大学精品课程课件-电力系统继电保护(黄少锋教授)-电流(2-1)

第二章电网的电流保护第 2.1 节单侧电源网络相间短路的电流保护一、继电器继电器是一种能自动执行通断操作的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出按预先设定的状态发生变化。

分类：结构功能单元件电磁型电流继电器启动继电器感应型电压继电器度量继电器整流型功率方向继电器时间继电器数字型阻抗继电器信号继电器中间继电器常开接点(也称动合触点)图形符号对继电器的基本要求是工作可靠（动作门槛值稳定，接点接触良好），其动作过程具有良好的“继电特性”。

常闭接点(也称动断触点)图形符号图形符号常开接点继电器的继电特性：动作过程I动作不动作I I动作电磁力矩 = 弹簧力矩——>不动摩擦力矩等对应于：动作电流“动作电流”的电磁力矩=弹簧力矩+ 摩擦力矩继电器的继电特性：动作过程0I动作不动作II“动作电流”的电磁力矩>弹簧力矩+ 摩擦力矩——> 保持动作状态连通动作电流动作继电器的继电特性：动作过程(重复一遍)动作电流0I动作不动作II电流 < 动作电流电流 ≥ 动作电流（跃变）电流 = 动作电流（保持动作状态）I动作不动作动作电流继电器的继电特性：返回过程电流 < 返回电流（跃变—>返回）返回电流红色：动作后的返回过程“返回电流”的电磁力矩+ 摩擦力矩= 弹簧力矩由图可知：动作电流> 返回电流继电器的继电特性：I动作不动作动作电流返回电流opre reI I K 动作电流返回电流定义：返回系数re I opI1）动作状态垂直跃变——明确性（摩擦阻力一旦被克服，就会形成跃变，不会缓变）；0I动作不动作继电器的继电特性:1I I K opre re <=返回系数：动作电流返回电流2）——稳定性（需要克服阻力）op re I I ≠欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）继电器的表示方法：I 常开接点常闭接点示意图接点符号名称“常”——不带电状，不是“正常状态”I电压继电器的工作原理与此类似。

除了内部设计不同以外，从线圈来看：导线细、匝数多。

——输入阻抗大，并联接入（本节主要针对小电流接地系统）小电流接地系统：在该电压等级中，所有变压器的中性点均不接地。

（本节主要针对小电流接地系统）发生单相接地时，几乎没有短路电流，不会烧坏设备，所以,还可以运行1～2小时——供电可靠性高,但是，非故障相电压升高为1.732倍，故,绝缘要求高。

随着电压等级的提高，绝缘的投资会急剧增加。

主要用在10～66kV的配电系统。

大电流接地系统：在该电压等级中，部分或所有变压器的中性点直接接地。

优点：绝缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地系统要低。

缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电流，会损坏设备等。

（主要用在110kV及以上的电压等级中）小电阻接地系统小电阻接地系统（8～12）Ω单侧电源网络相间短路时电流量特征ks k Z Z E I +=Φ三相短路：23Z Z E I k s k ⋅+=Φ两相短路：问题：如果变电站B 、C 、D 还有其他负荷或者引出线时（这是一般的情况），怎么办？——负荷端对短路电流计算的影响很小,可以忽略。

S Z KZ K A B C D12ΦΦK Z Z E I k s k ⋅+=通用计算表达式：在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路电流I k 仅与系统等值阻抗Z s 有关。

S Z KZ K A B C D12⎪⎩⎪⎨⎧=，两相相间短路。

，三相短路；231K ΦΦΦ⋅+=K Z Z E I k s k S Z KZ K A B C D121）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。

max .K K I I =min.S ZΦΦ⋅+=K Z Z E I ks kS Z KZ KABC D122）在相同地点发生相同类型的短路时，如果流过保护安装处的电流为最小，则称此时的运行方式为：最小方式。

max.S S min .K Z Z I 取→1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方式。

max .K K I I =min.S Z短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电流变化曲线。

ΦΦ⋅+=K Z Z E I ks k 根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配1、电流速断保护（简称：电流Ⅰ段）（1）工作原理：反应于短路电流的幅值增大而瞬时动作的电流保护（电流大于某个数值时，立即动作）。

按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。

但是，保护2的测量电流无法区分K 1点与K 2点短路(电流大小几乎一样), 因此，保护2的电流速断保护按躲过相邻下一条线路(K 2)出口处短路时可能出现的最大短路电流来进行整定。

1K ABC D122K问题1：为什么需要躲过最大短路电流？——> 考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各种情况下都能够有选择性。

问题2：什么情况下会出现最大短路电流？——> 系统最大运行方式，发生三相短路。

BA m in .s m ax .B .k Z Z E I -Φ+=ΦΦ⋅+=K Z Z E I k s k 短路点确定后，Z A-B 也就确定了。

1K ABC D122KABC D12（2）整定计算原则整定计算的三要素：1)整定值2)动作时限3)灵敏性校验max .B .k rel .set max .B .k .setI K I I I ⋅'='⇒>'22max .C .k rel .set max .C .k .setI K I I I ⋅'='⇒>'112号断路器处的保护整定：1号断路器处的保护整定：电流Ⅰ段整定方法（或称为原则）归纳为：1K 2K'.set I1符号说明安装位置（断路器1）整定第几段等、、再如：''.set '''.set ''.set tII111relK 可靠系数的考虑因素主要考虑了各种影响因素的相对误差：1）非周期分量；2）暂态谐波；3）系统和线路参数的误差；4）计算误差；5）互感器传变误差；6）继电器测量误差；7）电动势波动；8）裕度。

一般取为1.2～1.3一次整定值max .B .k rel .setI K I ⋅'='2TA.set.opn I I 22'='根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)：二次整定值：线路末端的最大短路电流可靠系数I opI re 0动作动作时限：t=0(秒)——> 瞬时动作（理想情况）实际上，都需要一定的测量时间，称为固有动作时间。

灵敏性校验：用线路被保护范围大小来衡量。

（能保护线路的多长？）保护范围：大于动作电流（整定值）的短路电流所对应的保护区域。

保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化。

min max .s )(K min .K l Z Z E I I ⋅+⋅==1223Φ考虑最不利的情况（短路电流最小）用最小保护范围来校验电流Ι段的灵敏性最小保护范围——对应于系统最小运行方式、发生两相相间短路的情况。

·图解法·解析法)%2015(%100min-≥⨯='AB sen L L K '.set I 2=⎪⎪⎫ ⎛-=max .S I min Z E 31ϕl归纳：电流Ι段整定——躲过线路末端最大的短路电流。

电流Ι段校验——按照最小的短路电流。

无延时——瞬时动作。

（3）电流Ι段单相原理接线图I 段保护范围（4）优缺点优点：简单可靠,动作迅速。

缺点：1）不能保护本线路全长；2）受系统运行方式的影响大；3）可能没有保护范围：运行方式变化较大、短线路时。

M N1当线路与变压器相连接时，可以保护线路的全长，并能够保护变压器的一部分(变压器的阻抗较大)。

2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）要求：·保护线路的全长（有足够的灵敏度）；·具有最小的动作时限（尽可能快）。

（1）工作原理保护范围延伸至下级线路，与下级线路电流Ι段配合。

需带时限，在时间上比下级线路的电流Ι段高 t（换取选择性）。

(保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性)（2）整定电流假设M 为保护1 的电流速断保护的保护范围末端，则：（3）动作时限（保证选择性）t 2″ = t 1′+ △t （△t ＝0.3～0.5s ）12.set rel .setI K I '⋅''=''⇒212.set .set I I '>''2111.~.K rel=''其中，（非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响）2保护的整定值路电流保护范围末端的最小短=sen K （考虑：最小运行方式、两相相间短路的情况）若不满足,再考虑与保护1的电流Ⅱ段相配合。

（4）灵敏性校验()51312..I I K .setmin .B .K sen -≥''=''目的：确保A-B 线路任何地方的短路都能被切除。

△t 考虑的因素：1）断路器动作时间+ 灭弧时间；2）时间继电器的延时误差；3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的返回延时；4）裕度。

通常取0.5s。

采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s。

（考试或交流中，可以仅说：0.5秒延时）（5）电流Ⅱ段的原理接线限时电流速断保护的单相原理接线图（6）评价优点：灵敏度好，能保护线路全长。

缺点：带0.3 ～1秒延时，速动性差一些；不能作为下一级线路的远后备电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线范围内的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快速切除故障的要求，作为“主保护”。

设计目的：不允许故障长期存在。

整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流。

(目的是：故障切除后，应当可靠返回)3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）I JI op I re动作动作状态一般情况下，Ⅰ段和Ⅱ段的电流定值都较大一些，所以，基本上存在：Ire ＞I L .max 可以可靠返回最大的负荷电流（1）整定电流（启动电流）·本线路上可能出现的最大负荷电流·外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）A B C 45d3D 21M MMmax .max .L ss ss I K I =L ss rel re set re re I K K I I I K max.''''''==⇒=A B C 45d3D 21MMM外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流。