第二章 电网的电流保护

第二章电网的电流保护教学内容：三段式电流保护的原理、结线方式、保护的整定配合原则以及对继电保护四个基本要求的协调处理方法；功率方向继电器的配置原则，方向继电器的构成、动作特性和接线方法；中性点直接接地电网中零序电流保护和零序方向电流保护的工作原理、接线特点，整定配合方法；中性点非直接接地电网中单相接地的特点及保护方案。

教学要求：掌握三段式电流保护的原理、结线方式、保护的整定配合原则以及对继电保护四个基本要求的协调处理方法；功率方向继电器的配置原则，方向继电器的构成、动作特性和接线方法；中性点直接接地电网中零序电流保护和零序方向电流保护的工作原理、接线特点，了解其整定配合方法；中性点非直接接地电网中单相接地的特点及保护方案。

重点：三段式电流保护的原理、结线方式、保护的整定配合原则以及对继电保护四个基本要求的协调处理方法。

难点：三段式电流保护的原理、结线方式、保护的整定配合。

教学学时：12学时。

2.1.1继电保护装置常用元件及基本电路一、概念继电器是一种能够自动动作的电器，当控制它的输入量达到一定数值时动作，并且有电路控制的功能。

继电器是继保的基本组成元件。

二、继电器的类型按反映的物理量分：电量非电量非电量：瓦斯继电器、热继电器、压力继电器等电量：按用途测量继电器（电流、电压、频率、差动等）辅助继电器（中间、时间、信号等）按结构原理机电型（电磁型、感应型、极化型、干簧）整流型晶体管型（一）电磁型继电器运用广泛，原理简单，成本低，运行可靠，运行经验丰富1、常用继电器的表示符号继电器与外部电路相连的部件有：线圈、触点继电器的线圈、触点一般连接在不同回路中①图形符号归总图：一个方框上面加半圆弧方框内→表示装有继电器的感受元件（如铁芯线圈）半圆弧内→标志继电器的触点展开图：线圈和触点分开表示线圈表示方法触点表示方法：常开触点、常闭触点含义各种类型触点新、旧符号对照②文字符号常见继电器（电流、电压、时间、信号、中间、差动等）新、旧符号对照③型号由动作原理代号、主要功能代号、设计序号及主要规格代号等组成1——动作原理代号，以汉拼字母表示2——主要功能代号，以汉拼字母表示3——设计序号，以阿拉伯数字表示4——主要规格代号，以阿拉伯数字表示通常表示继电器触点的型式及数量1：表示一对常开触点2：表示一对常闭触点3：表示一对常开触点，一对常闭触点例：DL-13型继电器D：按电磁原理构成L：电流继电器1：设计序号3：触点规格→一对常开，一对常闭2、结构和动作原理电磁型继电器按其结构型式可分：螺管线圈式吸引衔铁式转动舌片式电磁型继电器构成：电磁铁可动衔铁线圈触点反作用弹簧等电磁型继电器适用于交流和直流3、动作电流、返回电流、返回系数的概念以吸引衔铁式继电器为例①过量继电器（常开触点）反映输入量增加而动作，如过电流继电器、过电压继电器动作电流：继电器刚好动作（衔铁吸起，触点闭合）时的最小电流Idz 返回电流：继电器刚好返回（衔铁释放，触点断开）时的最大电流Ih 返回系数：继电器返回电流与动作电流的比值KhKh =Ih/Idz过量继电器Kh<1②低量继电器（常闭触点）反映输入量减小而动作，如低电压继电器动作值：正常时衔铁处于吸起状态，触点断开。

输入量减小时，衔铁释放，触点闭合，称继电器动作，此时输入量的最大值即为继电器的动作值。

返回值：输入量重新增加，继电器返回原来的状态（衔铁吸起，触点断开）此时输入量的最小值称为继电器的返回值。

返回系数：返回值与动作值的比值低量继电器Kh>1无论过量还是低量继电器，一般要求Kh≈14、改变继电器动作电流的方法①改变空气隙δ（正比）②改变继电器线圈匝数（反比）③改变弹簧的反作用力矩，即弹簧的松紧程度（正比）较常用的为后两种5、常用电磁型继电器①电流继电器用途：过电流保护中作为启动和测量元件结构：转动舌片式（DL-10型）原理：线圈I=0或较小——不动作I>Idz——动作I<Idz——返回一般Kh=0.85线圈分成两组——可作串、并联动作电流的调整：改变调整把手位置（弹簧松紧度）改变线圈的连接方法（并联时动作电流为串联的两倍）内部接线：串联——外部引出端子4、6连接并联——外部引出端子2、4连接，6、8连接②电压继电器结构：转动舌片式（DJ-100）线圈匝数多，导线较细并接在YH二次侧类型：过电压继电器低电压继电器原理：继电器的动作与否，取决于电网电压=0.85过电压继电器：Kh（常开触点）≯1.25低电压继电器：Kh（常闭触点）动作电压的调整：改变调整把手位置改变线圈的连接方法（串联时动作电压为并联的两倍）内部接线：与电流继电器（DL-10型相同）③时间继电器用途：在继保中作为时间元件，用来建立所需要的动作延时结构：螺管线圈式DS-100系列（直流）DS-120系列（交流）由电磁驱动机构、钟表机构等组成原理：线圈无电压→弹簧1（螺管）压缩→弹簧2（传动机构）拉伸线圈加电压→连杆释放→传动齿轮转动→摩擦离合器→主传动齿轮→延时机构→9a恒速转动（延时机构摆卡摆锤作用）线圈电压消失→弹簧1作用→衔铁、连杆立即返回原位（摩擦离合器使主传动轮不能带动延时机构，复归不延时）动作时间整定：改变静触点位置（9a与9b之间距离）特点：线圈短时通电（可缩小继电器尺寸）若通电时间>30s，需在线圈回路串接一个附加电阻（P121图8-7）正常起动→R被短接f串接，保证热稳定动作后→Rf④中间继电器用途：增加触点数量和容量；动作和返回可带不大的延时；可以构成自保持回路结构：吸引衔铁式（DZ-10系列）原理：线圈电压>60~70%Ue ⇒动作线圈无电压或很低⇒返回常见类型：DZ型——一般电磁型DZJ型——交流电磁型DZB型——带自保持线圈型（工作线圈、自保持线圈或电压、电流线圈）继电器动作后，只要自保持线圈有电就能维持动作。

DZS型——接点具有延时动作或延时返回型接入电路的几种方式：无自保持；带自保持，手动复归；带自保持线圈，自动复归⑤信号继电器用途：用来指示保护装置的动作，同时接通灯光、音响信号结构：吸引衔铁式（DX-11型）原理：线圈通电 动作（触点闭合，掉牌）自保持（机械自保持）手动复归类型：串联信号继电器（电流型）并联信号继电器（电压型）DXM-2A：磁力自保持灯光显示代替机械掉牌干簧触点工作线圈、复归线圈（极性不能反接）（二）感应型电流继电器（GL-10）1、原理：电磁感应现象——载流导体处于运动磁场（旋转磁场或移进磁场）之中，会受到磁场的作用力，力图阻止磁场相对于导体运动，迫使导体追随磁场作相应运动。

2、结构：感应原理部分——反时限特性电磁铁（带短路环）、圆盘、永久性磁铁电磁原理部分——瞬时动作电磁铁、衔铁、磁分路铁芯机械显示部分——动作信号3、动作电流感应部分——使螺杆与扇形齿轮啮合的最小电流整定方法：粗调，继电器线圈若干抽头分插到插座板的插环上电磁部分——使衔铁瞬时吸下的最小电流（为感应部分的2~8倍）整定方法：速断整定螺丝，改变衔铁右端与铁芯间的气隙来实现。

4、返回电流感应部分——扇形齿轮与螺杆分开时刻，继电器线圈中的最大电流一般，感应部分K=0.8~0.85fh5、动作时限兼有瞬时和延时两部分6、时限特性继电器的动作时间与线圈电流的关系曲线分成三部分：反时限特性——动作时间与电流平方成反比定时限特性——动作时间与电流成水平直线关系（磁路饱和）速断特性——动作时间瞬时§2-1.1单侧电源线路相间短路的电流保护输电线路一般设置三段式电流保护，即：瞬时电流速断保护（Ⅰ段）限时电流速断保护（Ⅱ段）、定时限过电流保护（Ⅲ段）一、瞬时电流速断保护（一）工作原理： 1、lX X E I S SK1)3(+=2、动作特性分析：图3-1注意讲清楚最大运行方式、最小运行方式3、动作电流的整定：I dz >I d 。

max （被保护线路外部短路时最大短路电流） ⇒保证动作的选择性保护的动作电流：max .1D B Irel IO P I K I =继电器的动作电流IOP TAW I OPk I n K I =（可举例说明）例题3-1P674、保护范围：最大保护范围——L max ≥50%L最小保护范围——L min ≤15%L ⇒无意义 )866.0(1max 1min s OPSX I E X L -=图9-85、优点：动作迅速，简单可靠缺点：不能保护线路全长，单独使用不能作为主保护 6、原理接线：P58图3-3根据归总式原理图画出展开图：先介绍归总式原理图、展开图的特点。

KM 的作用：1）增大接点容量2）增大装置动作时间（0.06~0.08s ）——防止管型避雷器放电（0.04~0.06s ）误动作 QF 辅助接点的作用：保护KM 的接点。

二、限时电流速断保护 （一） 工作原理1、特点：既能保护线路全长，又能快速切除故障，兼作瞬时电流速断的后备。

2、保护范围：本线路全长及相邻线路一部分（不超过相邻线路瞬时电流速断保护范围） （二）、动作电流及动作时限的整定：1、动作电流：1）∏A dz I .>I dzB I ：IO PB II rel II AO P I K I =.2）不应超出相邻变压器速断保护区以外：max .KD CO IIA O P I K I = 取两者中较大者。

2、动作时限：≈∆+=I II t t t B A 0.5s3、灵敏系数： 5.13.1)2(min-≥=IIOPK sen I I K （比瞬时电流速断保护高，可保护线路全长，但速动性差）（三）原理接线：P61图3-5根据归总式原理图画出展开图瞬时电流速断与限时电流速断的配合分析各区段保护动作情况：AM 、MB 、BQ 、QN结论：两者配合，可在0.5s 的短时间内切除全线路范围内任何点短路故障 ——可作为线路的主保护三、定时限过电流保护 （一） 工作原理正常时不应该动作，短路时起动并以时间来保证动作的选择性。

（二）整定原则1、动作电流的整定：（1） 按躲过被保护线路的最大负荷电流整定 （2） 相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回max L reSS III rel III OPI K K K I=IIIrelK ——可靠系数，取1.15-1.25 SS K ——电动机自起动系数，取1.5-3 re K ——返回系数，取0.85 要特别注意max .L I 的确定。

可举例说明。

2、动作时限的整定：按阶梯原则整定——保证动作的选择性具有定时限特性，动作时限与流过电流大小无关3、灵敏度：IIIOPK senI I K )2(min.= I OP 小→K sen 高近后备——K sen ≥1.3-1.5 远后备——K sen ≥1.2（三）保护范围：作为本线路的后备保护（近后备）也可作为相邻线路的后备保护（远后备） （四）原理接线：①采用电磁型继电器构成的定时限过电流保护组成：LJ、SJ、XJ、（ZJ）特点：短路点离电源越近的线路→Id↑→t↓但同一条线路动作时限相同②采用感应型电流继电器构成的反时限过电流保护特点：接线简单，但时限配合较困难被保护线路不同地点短路，动作时限不同可加快切除线路首端短路故障组成：感应型电流继电器组合式：带有动作时限（Id↑→t↓）——替代SJ接点容量大——替代ZJ动作指示掉牌——替代XJ运用：多用在电压较低的配电网线路上和在电动机上（末级线路）四、电流保护接线方式（LJ线圈与LH二次线圈之间的连接方式）1、三相三继电器接线（完全星形接线）P65图2-15（1）特点：三只LJ接入各自相应相别LH的二次侧，两星形中点连接——可反映各种类型短路（2）接线系数Kjx ：继电器线圈电流Ij与LH二次电流I2的比值Kjx =Ij/I2完全星形接线：Kjx=1（3）适用：大接地电流系统——相间短路保护（4）缺点：费用高且小接地电流系统不适用例：两条线路在不同相别发生接地且其保护动作时限相同——两条线路会同时断开而小接地电流系统允许短时单相接地运行2、两相两继电器接线（不完全星形接线）P65图2-16（1）特点：两只LJ和两只LH均接成不完全星形，两中点之间有中线连接——可反映各种相间短路及B相除外的单相接地故障（2）Kjx=1（3）适用：小接地电流系统——作为相间短路保护（4）各处保护装置的LH必须装设在同名相上两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时限相同）a、双回线路保护装置的LH装设在同名相A、C上XL-1故障相别 A A B B C CXL-2故障相别 B C A C A BXL-1切除情况 + + - - + +XL-2切除情况 - + + + + -停电线路数目 1 2 1 1 2 1其中：“+”为切除；“-”为不切除 结论：2/3机会切除一个故障点； 1/3机会切除两个故障点b 、双回线路保护装置的LH ，一条装于A 、C 相，另一条装于A 、B 相XL-1故障相别 A A B B C C XL-2故障相别 B C A C A B XL-1切除情况 + + - - + + XL-2切除情况 + - + - + + 停电线路数目 2 1 1 0 2 2结论：1/2机会切除两个故障点； 1/3机会切除一个故障点； 1/6机会两套保护均不动作（5）缺点：用于Y/Δ变压器保护时，灵敏系数可能比完全星形接线小一半； 辐射形电网两段线路的两点接地。