华北电力大学 电力系统继电保护 黄少锋方向保护

N
I 段保护范围
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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)
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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）
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小电阻接地系统
小电阻 接地系统 （8～1 2 ）Ω
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。
A 2
K1 B
K2
1
C
D
但是，保护2的测量电流无法区分K1点与K2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(K2)出口处短路时可能出现的 最大短路电流来进行整定。
（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性23/）66
{ } t III 3
=
max
t ，t ，t III III III
2
22 23
+ ∆t
t III 2
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（3）电流Ι段单相原理接线图
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（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。 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)。
M1
流流
1）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）；
2） Ire ≠ Iop —— 稳定性
（需要克服阻力）
返回系数：Kre
=
Ire Iop
<
1
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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：
示意图
I
I
接点符号 名称
（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
5 A4
B3
C2
d D1
M
M
M
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5 A4
B3
C2 d D1
M
M
M
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。
Iss.max = Kss I L.max < Ire
I
I
动 作 电 流
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继电器的继电特性： 动作过程(重复一遍)
动作 I
不动作 0
电 流 < 动作电流
I
I
动
作
电 流 ≥ 动作电流 （跃 变 ）
电
流
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继电器的继电特性： 返回过程
电流 <返回电流 （跃 变 —>返 回 ）
电 流 = 动作电流 （保 持 动 作 状 态 ）
动作
不动作 0
返动 回作 特征
K
A2
B1
C
D
ZS
ZK
三相短路： Ik
=
EΦ Zs + Zk
两相短路： Ik
=
EΦ Zs + Zk
⋅
3 2
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。
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A2
K
B1
ZS
限时电流速断保护的单相原理接线图
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（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”。
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3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
式。
Z Ik =
I K = I K .max
EΦ Zs + Zk
S .min
⋅ KΦ
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K
A2
B1
C
D
ZS
ZK
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。
Z I K = I K .Imkax =
EΦ ZS .ms in + Zk
⋅ KΦ
2）在相同地点发生相同类型的短路时，如果流过
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A2
B1
MC
D
（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： Is′′et.2 > I′set.1 ⇒ Is′′et.2 = Kr′′el ⋅ I′set.1
其中，Kr′′el = 1.1 ~ 1.2
（非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响）
（3）动作时限（保证选择性） t 2 ″ = t 1 ′+ △t （△t＝0.3～0.5s ）
B3
t
t 4′′′
C 2 k2 D 1 k1
t 3′′′ t 2′′′ t1′′′
L
按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：
t n′′′+1 = t n′′′ + ∆ t
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对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：
{ } t III 4
=
max
t ，t ，t III III III
3
32 33
+ ∆t
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。
I K .min → Z S取Z S .max
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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。
Ik
=
EΦ Zs + Zk
⋅ KΦ
根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配
置和整定计算。
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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
数字型 阻抗继电器
信号继电器
中间继电器
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一种电磁型电流继电器工作原理 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”。
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一种电磁型电流继电器工作原理
常开接点
图形符号
常闭接点
(也称动断触点)
图形符号
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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
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根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)：
I s′et .2 = K r′el ⋅ Ik .B .max 线路末端的最大短路电流 可靠系数 一次整定值
“返回电流”的电磁力矩
+
摩擦力矩
I
= 弹簧力矩
红色：动作后的返 回过程
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继电器的继电特性：
动作
不动作
0 返动
I
回作
电电
由图可知： 动作电流 > 返回电流
流流
I re Iop
定义：返回系数
K re
=
返回电流 动作电流
I re I op
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继电器的继电特性: 动 作
不动作
0 返动
I
回作
电电
常闭接点
常开接点
“常”——不带电状态 ，不是“正常状态”
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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
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二、单侧电源网络相间短路的电流保护
（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。
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)
动作状态
动作
0
Ir e
Io p
IJ
最大的
负荷电流
IL.m a x
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＞IL.max 可以可靠返回
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3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
ZK
C
D
通用计算表达式：
Ik
=
EΦ Zs + Zk
⋅
KΦ
⎧1，三相短路；
KΦ
=
⎪ ⎨ ⎪⎩
3 ，两相相间短路。 2
在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路 电流 Ik 仅与系统等值阻抗 Zs 有关。
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K
A2
B1
C
D
ZS
ZK
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
二次整定值：
Io′p.2
=
Is′et .2 nTA
动作 0 Ir e Io p
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