单侧电源网络相间短路的电流保护
第2章单侧电源网络相间短路的电流电压保护
2、 动作电流的整定
写成等式，有：
式中，Ik1max：系统在最大运行方式下，被保护线路末端三相短路电流； ：速断保护装置一次动作电流；可靠系数Krel：DL型取1.2~1.3，GL型取1.4~1.5。
a)电路b)定时限过电流保护的时限整定说明
动作时限，可利用时间继电器（KT）来整定。
第三个整定值
★ 对于一条支路的情况
柱希绪篱亥翻彦迈励仿容江术蹭遥誊诊星慢讹狸睹摘制腋碍霓暇绒诀意远第2章 单侧电源网络相间短路的电流电压保护第2章 单侧电源网络相间短路的电流电压保护
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*
*
以保护装置P4为例，对于多条支路的线路，动作时限应为
②计算 对KA2的动作电流 的倍数，即
③确定KA2的实际动作时间 在下图KA2的动作特性曲线的横坐标上，找出n，然后向上找到该曲线上a点，该点在纵坐标上对应的动作时间 就是KA2在通过 时的实际动作时间。
该曲线为已知
——最小保护范围（长度）
式中
朽据博雷璃淡崔俯整邻何跟吓裕施孕六洼咱谴溺臼耕系替觅父尉虑肄杜粤第2章 单侧电源网络相间短路的电流电压保护第2章 单侧电源网络相间短路的电流电压保护
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5、 死区问题及弥补
死区：由整定原则可知，瞬时（无时限）电流速断保护缺点是不可能保护线路的全长。即存在不动作区，叫它为死区。 弥补：由定时限过流保护装置或限时电流速断保护装置来弥补，在瞬时速断保护区内，定时限过流保护或限时电流速断保护是瞬时速断保护的后备保护。
必须校验的值
近后备保护（本线路）时取1.25；远后备保护（下一级线路）时取1.5。
电网的电流保护
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
若 和E S 为Z常S 数，则短路电流将随着 L k 的减小而增大，经计算后可绘
出其变化曲线，如图2.2所示。若Z S 变化，即当系统运行方式变化时，短 路电流都将随着变化。 当系统阻抗最小时，流经被保护元件短路电流最大的运行方式称为最大运 行方式。 图2.2中曲线1表示系统在最大运行方式下短路点沿线路移动 时三相短路电流的变化曲线。 短路时系统阻抗最大，流经被保护元件短路电流最小的运行方式称为最小 运行方式。在最小运行方式下，发生两相短路时通过被保护元件的电流最 小，即最小短路电流为
E S ——系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压；
Z S — 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗；
Z 1 ——线路单位长度的正序阻抗，单位为；
1.10
L k ——短路点至保护安装处之间的距离。
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
图2.2 单侧电源辐射形电网电流速断保护工作原理图 1.11
1.2
第2章 电网的电流保护 本章内容
● 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 ● 2.2 电网相间短路的方向性电流保护 ● 2.3 大电流接地系统的零序电流保护 ● 2.4 小电流接地系统的零序电流保护 ● 思考题与习题
1.3
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护，即第一 段为无时限电流速断保护，第二段为限时电流速断保护，第三段为定时 限过电流保护。其中第一段、第二段共同构成线路的主保护，第三段作 为后备保护。
1. 工作原理
对于图2.2所示的单侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路的电源侧装
(完整版)电力系统继电保护辅导资料二
电力系统继电保护辅导资料二主题：课件第二章电网的电流保护第1-2节——单侧电源网络相间短路的电流保护、电网相间短路的方向性电流保护学习时间：2013年10月7日－10月13日内容：我们这周主要学习第二章的第1-2节，单侧电源网络相间短路的电流保护和电网相间短路的方向性电流保护的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深电网电流保护相关知识的理解。
一、学习要求1．掌握三段式电流保护的配合原则、整定计算，会阅读三段式电流保护的原理图；2．理解方向性电流保护中方向元件的作用，能正确按动作方向分组配合、整定计算。
二、主要内容（一）单侧电源网络相间短路的电流保护1．继电器（1）基本原理能自动地使被控制量发生跳跃变化的控制元件称为继电器。
当输入信号达到某一定值或由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制电路通断。
它的功能是反应输入信号的变化以实现自动控制和保护。
继电器的继电特性：(也称控制特性)继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关系。
图1 继电特性继电器的返回系数r K ：返回值r X 与动作值op X 的比值。
即r r opX K X 过量继电器：反应电气量增加而动作的继电器。
其返回系数小于1，不小于0.85。
欠量继电器：反应电气量降低而动作的继电器。
其返回系数大于1，不大于1.2。
（2）继电保护装置的基本分类● 按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。
● 按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。
● 按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。
Y Y min 0（3）过电流继电器动作电流(I op )：使继电器动作的最小电流。
返回电流(I re )：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。
2.单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行：负荷电流短路：三相短路、两相短路k k s E I K Z Z ϕϕ=+式中，E ϕ——系统等效电源的相电动势；s Z ——保护安装处至系统等效电源之间的阻抗；k Z ——短路点至保护安装处之间的阻抗；K ϕ——短路类型系数（三相短路取１，两相短路取2）。
2电流保护
对电流电压保护的评价
34/64
例题
如下图所示网络，试对保护1进行电流速断，限时电流速断
和定时限过电流保护整定计算
10千伏
A
1
B
10KM
K/k=1.25
C 2 15KM 3
K//k=1.1 Kk=1.2
Z1=0.4欧姆/千米 Kzq=1.5
Kh=0.85 T3.max=0.5
电源：Zs.max=0.3欧姆
12/64
二、限时电流速断保护 (电流II段)
电流速断保护在许多情况下均能保证选择性， 且接线简单，动作迅速可靠。但是电流速断保护 不能保护本线路的全长，怎么办？
解决办法：增设一套新的保 护——限时电流速断保护。
限时电流速断保护： 按与相邻线路电流速断保护 相配合且以较短时限获得选择性 的电流保护。
15/64
(2) 动作时限 为了保证选择性，限时电流速断保护比下一条线路 无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段△t， 即
' t1'' t2 t
16/64
K sen
( 2) Id ''min 1.5 I OP
(3)灵敏度校验
Ksen≥1.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。 （a）可能存在非金属性短路，使短路电流Id较小；
4/64
3. 整定计算
动作电流 为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条 线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即 IOP〉Id.d2max=Krel Id.B.max
结论 : 电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能 保护全线路，其最大和最小保护范围lmax和lmin。
Zs.min=0.2欧姆 Iif=150A
电流保护-相间短路电流保护
I
I set
3 Eϕ = 2 Zs max + Z1 Lmin
I
I set
=K
I rel
Eϕ Zs min + Z A− B
Z1为每公里线路阻抗，即ZA-B=Z1*L 两公式相等，可得：保护范围校验：
⎡ ⎤ 3 K rel Zs max − Zs min ⎥ 1 ⎢ 3 Lmin 2 100% = − ⎢ ⎥ × 100% ≥ (15" 20)% L K rel ⎢ 2 Z1 L ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
4。三段式电流保护的应用及特点 •保护应用： ¾在末端设备上用0秒动作的过电流保护作主保护。 ¾一般线路采用电流速断I段作主保护，用过电流保护III段 作后备保护。 ¾近电源端因III段时间延时较大，采用I、II、III段的三段 式保护。
第二章 电网的电流保护
上海电力学院
六、反时限过电流保护
1。反时限过电流保护特点
Krel 可靠系数1.15 ～1.25；返回系数0.85；自起动系数2 ～7。
第二章 电网的电流保护
上海电力学院
3。定时限过电流保护（电流保护III段） 2）按选择性要求整定 在多段线路的各个段上均装有过电流保护，各按躲过最大 负荷电流整定。当某段线路发生故障时，电源与短路点之 间的各个过电流保护均会起动。 按选择性要求，应只有故 障线路的过电流保护动作切 除故障，采用不同动作时限 的方法，保证选择性，在故 障线路的过电流保护动作切 除故障后，其它已启动的过 电流保护立即返回。
区别：动作电流值不同；动作时间不同。
第二章 电网的电流保护
上海电力学院
电力系统短路电流与系统运行方式及故障类型的关系：
单侧电源网络相间短路的电流保护.
解决方法
对反应电流升高而动作的电流速断保护 而言,能使该保护装置起动的最小电流值称 为保护装置的整定电流.以Iset表示.
I BC. f max
I AB. f max
1
IC D. f max
l
正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是 靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大 小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时 都接入时，流过线路的是最大负荷电流。
根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流
继 电 器
高周波继电器
低电压继电器
欠量继电器
阻抗继电器 低周波继电器
电磁型过电流继电器
6
5
IJ
2
3 4 8
1
7
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
线圈 铁心 空气隙 被吸引的可动舌片 可动触点 固定触点 弹簧 止档
电磁型过电流继电器结构
6
J I
2
3 4
5
J 产生磁通 线圈 1中的电流 I , 通过由 :
触发器翻转过程c1升高由截止区向放大区过渡c2下降c2下降t2导通对应于继电器的动作状态输出电压20低电压继电器正常运行及电压高时继电器不动作触点断开电压低及停电时继电器动作触点闭合过电压继电器正常运行及电压低时和停电时继电器不动作触点闭合电压高时继电器动作触点断开阻抗继电器jj极化继电器ii电流差动继电器21时间继电器信号继电器中间继电器22212212单侧电源网络相间短路时电流量值特征单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行时各条线路中流过所供的负荷电流越是靠近电源侧的线路流过的电流越大
单侧电源网络相间短路的三段式电流保护研究
摘要：电流保护是单侧电源网络相间短路中最为常用的保护手段，其结构简单，性能可靠。
现主要介绍了三段式电流保护的工作原理、整定原则以及优缺点，为保证电力系统安全运行提供参考。
关键词：电流保护；整定原则；优缺点O引言电流保护一般分为三段：第一段保护为电流速断保护；第二段为限时电流速断保护；第三段为定时限过电流保护，也称为过电流保护。
这三段电流保护可以确保电力系统的安全运行。
1电流速断保护电流速断保护是当线路发生故障时短路电流就会迅速增大，能够无时限进行动作的电流保护。
如图1所示，举例说明电流速断保护是如何进行整定的。
假设A-B段发生故障，希望保护1可以迅速动作，并且不会使得B一C段在k2点发生故障时保护1发生动作，而由B-C段的保护2发生动作，那就要求保护1的整定值大于k2短路时的最大短路电流值，即大于在最大运行方式下变电所B母线上三相短路时的电流/口.皿。
因此,电流速断保护的整定原则是按躲过某段线路末端出口处最大短路电流值进行整定，即：T1>/ = _________ 2_____set.∖ZcBmax))其中，E。
为系统等效电源的相电动势；Zmn为保护安装处到系统T7等效电源之间的最小阻抗；Z-B为短路点到保护安装处之间的阻抗；为整定值。
动作电流为:T1=K1*I1set.l2v rel1⅛.5.max这里K)是一个可靠系数，其值大约在1.2〜1.3,引入这个可靠系数的原因是考虑非周期分量的影响，实际的短路电流可能大于计算值以及留有一定的裕度。
因此，在设定整定值时无法做到保护线路的全长，在实际的生产中要求该保护的最小保护范围必须是大于线路全长的15%〜20%。
最小保护范围是对于系统处于最小运行方式下，线路的末端发生的短路类型是两相短路而言的，即保护的最小范围计算式为：P-T-坦E(Pset^匕∙min-^-Z+Z1Z.5.max111三其中，心由为电流速断保护的最小保护范围长度；Zl为线路单位长度的正序阻抗。
继电保护-21电流
''' K rel K ss I L. max
K re
K''' －可靠系数，1.15 ～1.25 K rel rel K Kre －返回系数，0.85
－大于1,自启动系数，与负荷性质与接线 K K SS SS
有关，
re
30
（2） 动作时限
5 A 4 B 3 C 2
k2
D 1
k1
t
t4
t3
第 二 章
电网的电流保护
1
2.1单侧电源网络 相间短路的电流保护
2
一、单侧电源网络相间短路时电流量特征
E E 3 三相短路： I k 两相短路： I k Zs Zk Zs Zk 2
E -系统等效电源的相电势 Zs -短路点至保护安装处的阻抗 Zk -保护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗
① 一相上不装设TA和KA、Y形接线 ② KA的触点并联（或）（接A、C相）
41
1.三相星形接线和两相星形接线的性能比较
（1）相间短路 中性点直接接地电网和非直接接地电 网，都能够正确动作，但动作的继电器数
目不同。
（2）单相接地短路
两相星形接线不能反应中性点直接接
地电网的B相接地短路。
42
中性点直接接地电网中发生单相接地故障， 接地相故障电流很大。
－> 系统最大运行方式，发生三相短路。 E E I k . B.max Ik K Z s.min Z k Zs Zk
短路点确定后，Zk也就确定
9
（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 1号断路器处的保护整定：
.1 I k .B.max I set .1 Krel I k .B.max I set
单侧电源网络相间短路电流保护
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
继电器的继电特性：
动作
动作过程
动作
对应于： 动作电流
0 I
I I
不动作
电磁力矩 = 弹簧力矩
摩擦力矩等
“动作电流”的电磁力矩 ≥ 弹簧力矩 + 摩擦力矩 —— >不动
（2）整定计算原则
A 2 B 1 C D
保护2的电流整定原则：
.2 I k .B .max — —以便满足选择性的要求 I set
来反映“”的关系。将模 用大于 1 的系数K rel 糊的关系转变为一种确定的关系。
.2 I k .B .max 得： 于是，由 I set
.2 K rel I k .B .max I set
继电器的继电特性：
动作
动作过程
连通
I
动作
不动作 0
动 作 电 流
I
I
——> 保持动作状态
“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(重复一遍)
“动作电流”的电磁力矩
动作
≥ 弹簧力矩 + 摩擦力矩
一旦动作，则气隙减小
不动作 0
电流 < 动作电流
动 作 电流 ≥ 动作电流 电 （跃变） 流
K2
C
D
为了保证选择性，保护2的整定原则为：躲开下一 条线路出口处（K2）的最大短路电流。 .2 I k .2.max 即：I set
I k .1 I k .2 I k .B，三者差异微乎其微，
第二章 输电线电流保护
4 3 5 2
' I d1
d1
' I d' 1
6
1
7
8
E2
4
3
5
2
6
1
d2
7
8
E2
' ' I d 2 I d' 2
d1短路
' ' I dz.1 I d' 1 , 1电流速断保护误动
～
t1 t6 , 1 过电流保护误动
' ' I dz.6 I d 2 , 6 电流速断保护误动
当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压侧线路的后备 时，三相星形接线可使灵敏系数增大一倍；两相星形接线的灵 敏系数只能由A,C相决定，较三相星形接线灵敏系数降低一半。
措施：在中线上接入一个继电器，以提高灵敏系数。
2. 评价及应用
三相星形接线：广泛应用于发电机、变压器等大型贵重设备 的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。
起动电流：按照躲开最大负荷电流整定，定值较低。
B 2 5 A 1 3 4 M C d M
I h.1 K k K zq I f . max I dz.1 Kh Kh
K k－可靠系数，1.15 ～1.25 K h －返回系数，0.85
K z q－自起动系数，大于1
动作时限: 阶梯型时限特性
tn tn1 t
3. 90º 接线功率方向继电器的动作情况
（1） 30 60 , 方向继电器在一切故障情况下都动作。 实际继电器：＝ ， ，满足要求。 30 45
若已知 d，应采用＝ － d，保证三相短路时的最大灵敏度。 90 （2）
单侧电源电网的电流保护
ZAB 40
（2）保护1限时电流速断保护（先与保护2的Ⅰ段配合）：
动作电流：
115
IKC max
0.604KA 3(10 40 60)
I act.2
K I rel KC.max
1.25 0.604
0.755KA
I act.1
K I rel act.2
1.1 0.755
0.831KA
端点距B母线的电气距离为Z,则：
115 3(10 40 Z(120 Z))
120 Z 120
0.515KA
120
解得： Z=46.4Ω
保护2的Ⅰ段保护区末端短路时，流过保护1的最大短
路电流为：
IK max
3(10
115 40 46.473.6)
0.846KA
120
39
则：
I act.1
0.519KA
I act.2
K I rel act.3
1.1 0.519
0.571KA
I act.1
K I rel act.2
1.1 0.571
0.628KA
K sen.1
0.958 0.628
1.531.3，满足要求。
则：t1 t2＋t t3 2t 20.5 1S
36
(3)保护1的定时限过电流保护：
5
（5）继电器的继电特性： 继电器的两个特点（以KA为例）： ➢ 只能处于动作状态或返回状态，无中间状态。
➢ Iact不等于Ire ，使触点无抖动。
以上特点称为继 电器的继电特性，如 右图所示。
6
二、电互感器（TA）
1、作用 ➢ 一次侧大电流 二次侧小电流（额定值为5A或
继电保护 第2章 电网的电流保护
第二章 电网的电流保护
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
第二章 电网的电流保护
2. 外汲电流的影响(略) ３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
3 2
）
Ik K
E
Zs
Z k
工频 周期 分量
短路点至保护安装处之间的阻抗
第二章 电网的电流保护
三、电流速断保护
1.工作原理
电流速断保护 （１）动作电流的整定
I
set
Ik. L.min
3 2
E Zs.max z1Lmin
原则:保护装置的动作电流要躲过本线路末端的最大短路电流。
第二章 电网的电流保护
五、定时限过电流保护
作为下级线路主保护的远后备保护、本线路主保护的近后备保护、过负荷保护
1.工作原理 2.定时限过电流保护的整定 （１）动作电流的整定
原则：保护装置的动作电流要躲过本线路出现的最大负荷电流，返回电流也应大于
负荷自启动电流
保护
继电保护的一次动作电流ＩIIIset
由线路流向母线，要求保护不动作 二、方向性电流保护的基本原理 双侧电源网络相间短路的电流保护在原有电流保护的基础上增加 功率方向元件，在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作
双侧电源网络相间短路的电流保护
功率方向元件
可以看成两个单侧电源网络相间短路的电流保护
第二章 电网的电流保护
三、功率方向判别元件
90
arg
Uｅr ｊ Ir
第二章的第一节单侧电源网络相间短路的电流保护
第二章的第一节单侧电源网络相间短路的电流保护一、电磁型电流继电器电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型。
它可以是机电式的，也可以是静态式的。
下面，通过对机电式的电磁型过电流继电器的分析来说明继电器的工作原理和继电特性。
图2－1是电磁型电流继电器的原理结构图。
1为线圈，2为铁芯，3是空气隙，4为可动舌片，5和6分别为可动触点和固定触点，7是弹簧，8为止档。
图2-1电磁型电流继电器的原理结构1—线圈；2—铁芯；3—空气隙；4—可动舌片；5—可动触点；6—固定触点产生出磁通，它通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成的磁路。
舌片被磁化后，通过线圈l的电流IJ与铁芯的磁极产生电磁吸力，企图吸引舌片向左转动；当电磁吸力足够大时，即可吸动舌片并使可动触点5与固定触点6接通，称为继电器“动作”。
当铁芯不饱和时，与IJ成正比，而与磁路的磁阻成反比。
由于磁路的磁阻几乎都集中在空气隙中，因此磁阻与气隙的长度成正比，则磁通就与成反比。
因此与成正比的电磁吸力作用到舌片上产生的电磁转矩可表示为2MdcK1K2式中K1、K2——比例常数。
22IJ2（2－1）电力系统正常运行时，继电器线圈中流入负荷电流，作用于可动舌片上的工作转矩就是上述电磁转矩；而作用于其上的制动转矩为弹簧的初拉力矩Mth1，对应此时的空气隙长度为1。
两者平衡，这样可动舌片不会向左转动，继电器触点不闭合。
当电流增大时，Mdc增大，可动舌片向左转动；而可动舌片受到的制动转矩有二个：一个是与弹簧伸长成正比的反抗转矩，当舌片向左移动使气隙由1减小到时，该转矩可表示为Mth＝Mth1＋K3（1－）（2－2）式中K3——比例常数。
另一个是舌片转动的过程中所必须克服的摩擦转矩Mm，其值可认为是一个常数，不随的改变而变化。
因此，阻碍继电器动作的全部制动转矩就是Mth＋Mm。
继电器能够动作的条件是MdcMth＋Mm（2－3）满足上述条件的，能使继电器动作的最小电流值称为继电器的动作电流，也称为起动电流，以Idz.J表示。
单侧电源网络相间短路的电流保护
R 4 R5 R6
a D5 I1I2
R3
Ib1
UR3
b
D6
C3
R9 R7
I b2
W
T1
E1 R8
Uc2 T2
0V
UC2
E1 1
62
5 34
0
Ih*1 Idz*1 Ij
4。集成电路型过电流继电器
LB
滤波 整流 1 比较 2 3ms 0 3
4 输出
R
0 12ms
Байду номын сангаас
ov
集成电路形过电流继电器构成框图
二．电流速断保护（Ⅰ段）
四。计算题
1。解
三．限时电流速断保护（Ⅱ段）
1. 提出： 电流速断保护无法保护线路的全长，为了
在线路任意点故障都能迅速切除故障。 2. 保护原理： ▪ 靠整定电流和动作时间来实现选择性 ▪ 为保证能保护整个线路，必须延伸到下一线路。 ▪ 为了使t最小，以保护范围不超过下一线路Ⅰ段
保护的范围，即与下一线路的速断保护相配合。 （动作整定值和动作时间）
▪ 考虑必要的裕度
从而保证不误动。
E I dBmax ZSmin Z0lAB
A
B
I
I dz
K
I K
I
dBm ax
2
1
d1
d2
C
d3
d4
K
I K
ZSm
in
E Z0
lAB
Id Ⅰ
Ⅱ
Idz2
Idz1
t
(4)起动时间整定
t
I dz
0
保护1同样可得。
4. 电流速断保护单相原理接线
TQ
电力系统继电保护-2 电网的电流保护-part1
高出一个时间阶梯 Δ t 即
II t2 = t1I + Δ t
（2－17）
Δt
对于通常采用的断路器和间接作用的二次式继电器而言， Δ t 的数值位于 0.3～ 0.6s 之间，通常多取为 0.5s 。
2.1.4 限时电流速断保护
（图2-9： 限时电流速断动作时限的配合关系）
由上图可见，在保护 1 电流速断范围以内的故障，将以 t1I 的时间被切除，此时保
电流速断保护——对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动 作的电流保护。 1 工作原理（以保护2为例分析）
（图2-3： 电流曲线）
2.1.3 电流速断保护
从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动。
保护装置的整定电流 − 对反应电流升高而动作的电流速断保护而言，能使该保护装置起 动的最小动作电流值，以I set 表示。必须当实际的短路电流I d ≥ I set时，保护装置才能动作。 保护装置的整定电流是用电力系统一次侧参数表示的，其意义为：当在被保护线路的一 次侧电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能动作。
短路电流 = 短路工频周期分量（主要） + 暂态高频分量 + 衰减直流分量 其中短路工频周期分量可以用下式KΦ
EΦ Zs + Zd
E Φ − 系统等效电源的相电势 ； Z d − 短路点至保护安装处之 间的阻抗； Z s − 保护安装处到系统等效 电源之间的阻抗； K Φ − 短路类型系数，三相短 路取1，两相短路取 3 。 2
折线1——各条线路中流过的最大负荷电流幅值。 曲线2——最小运行方式下两相短路时流经保护 安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。 曲线3——最大运行方式下三相短路时流经保护 安装处的短路电流随短路点距离变化的曲线。
单侧电源输电线路相间短路的三段式电流保护(电流II段III段)
B
2
L2
C
31
3
YT QF
-
信号
+
+
+
KA I
KT t
KS
TA
-
限时电流速断保护的单相原理接线
E A K2
~G 1 L1
B
2
L2
C
32
3
YT QF
-
信号
+
+
+
KA I
KT t
KS
TA
-
限时电流速断保护的单相原理接线
返回
E A K1
B
C
33
~G
1
L1
2
L2
I段AB相间短路
3
YT QF
当灵敏系数校验不能满足要求时，可考虑与相
邻下一校线验路不的满限足时电要流求速断保护配合：
怎么办？
I
II act1
K III II rel act2
t1II t2II t
9
(5)单相原理接线
YT QF
-
信号
+
+
+
KA I
KT t
KS
TA
-
限时电流速断保护的单相原理接线
演示
10
(6)优缺点
优点：能保护本线路全长，且动作时限较短。 缺点：不能做相邻下一线路的后备保护。
返回，即
I III re
I L max
KMS I Lmax
电动机自启动系数
13
I III re
I L max
KMS I Lmax
引入可靠系数
2.1_单侧电源相间短路的电流保护
电力系统继电保护原理主讲教师：胡炎Email：yanhu@2.电网的电流保护和方向性电流保护2.电网的电流保护和方向性电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.2 电网相间短路的方向性电流保护2.3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护2.4 中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护什么是电流保护电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态（增大）而动作的针对相间故障• 2.1 单侧电源网络相间短路电流保护• 2.2 电网相间短路的方向性电流保护针对接地故障• 2.3 中性点直接接地电网接地短路的电流保护• 2.4 中性点非直接接地电网单相接地的电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.1 电流继电器2.1.2 电流速断保护2.1.3 限时电流速断保护2.1.4 定时限过电流保护2.1.5 阶段式电流保护2.1.7 电流保护的接线方式2.1.8 三段式电流保护的接线图2.1.1 电流继电器电流继电器——电磁型电流互感器断路器跳闸线圈继电器222Jdc I M K δ=131()th th M M K δδ=+−i m M const=动作电流（或起动电流）dc th m M M M ≥+继电器动作条件：dz J I i 使继电器动作的最小电流值，称为动作电流或起动电流返回电流dc th m M M M ≤−继电器返回条件：h J I i 使继电器返回的最大电流值，称为返回电流继电特性和返回系数JI dz J I i h J I i 继电特性要点：1) 永远处于动作或返回状态，无中间状态2) 动作电流不等于返回电流，防止触点抖动1h J h dz J I K I =<i i 返回系数：2.1.2 电流速断保护（电流Ⅰ段保护）单侧电源网络的特点电流的流向固定，由电源流向负荷在35kV以下的配网当中非常普遍，特别是10kV 网络，基本上是辐射状供电的•随着对供电可靠性要求的提高，网络单侧电源供电的方式将越来越少•在负荷转移时，可能存在短时的双电源或多电源供电一般还存在分支短路电流特征分析dI dZ ESZ 0S Z 0d Z (3):dS dE dI Z Z φ=+ (2)3:*2A dB dC S dE d I I Z Z =−=−+ (1)103:2AdA E d I Z Z ∑∑=+ 220120(1,1)220120():()dB d dC d Z aZ I I a Z Z d Z a Z I I a Z Z ∑∑∑∑∑∑∑∑+⎧=−⎪+⎪⎨+⎪=−⎪+⎩2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i l电流速断保护的目的和原理目的：反应本线路的相间短路故障考虑各种误差的影响，仅靠短路电流幅值无法分辨d1和d2两处短路整定原则——保证选择性'dzd II ≥为短路电流'dzI为继电保护的整定值''maxdz k d I K I=i max d I i 是指本线路末端发生短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下发生三相短路时的短路电流'kK为可靠系数，一般取1.2~1.3dI 动作判据：又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定引入可靠系数——确保不误动实际短路电流大于理论计算值对瞬时动作保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响电流继电器的实际起动电流可能小于整定值考虑最不利的情况，留有必要的裕度大方式和小方式当负荷较大时，由三个电源一起供电，则属于大方式•大方式和小方式是相对而言的•当发生短路时，大方式下短路电流大，而小方式下短路电流小大、小方式下的短路电流分布2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i maxS S Z Z =i minS S Z Z =i l电流速断保护的保护范围（灵敏性）A B C2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i maxS S Z Z =i minS S Z Z =i (2)d(3)dminl l保护范围的校验电流速断保护的目的是反应本线路的相间短路故障，因此应按照如下标准校验灵敏度：•在系统最小运行方式下发生相间短路时，电流速断保护的保护范围应不小于15~20%单相原理接线图采用中间继电器的原因：1)增大继电器触点容量，以驱动跳闸2)增大保护装置固有动作时间(0.06~0.08s)，防止避雷器放电(0.04~0.06s)时误动保护评价优点：简单可靠，动作迅速缺点：不能保护线路的全长，保护范围直接受系统运行方式变化的影响。
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第一节 单侧电源网络相间短路 的电流保护
2.1.1 继电器
继电器是一种能自动执行断续控制的部 件，当其输入量达到一定值时，能使其 输出的被控制量发生预计的状态变化， 如触点打开、闭合或电平由高变低、由 低变高等，具有对被控电路实现“通”、 “断”控制的作用。
1. 继电器的分类和要求
1 0.866 E N Z smax z1 I set 1
min .min % 15%
3) 要求:
min .max % 50%
2.1.4 限时速断保护
I
主保护的定义
I B C . f max
I A B. f max
1
I C D. f max
l
正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是 靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大 小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时 都接入时，流过线路的是最大负荷电流。
根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流
M点为最大运行方式下的最小保 护范围未端. 0.866 E 2 I k .M .max I set 1 Z s.min z1 M
max
M
1 0.866 E Z smin z1 I set 1
2) 在最小运行方式的最小保护范围为：最小运 行方式下两相短路N点短路电流等于IⅠset.1 E 在N点发生三相短路时: 3 I k . N .min Z s.max z1 N
只有高于IⅠset保护才能动作.故在k3点三相短路时保护 不动作,两相短路时保护也不动作
因此,有选择性的电流速断保护不可 能保护线路的全长.
选择性:只要大于IⅠset,故障肯定在被保护范围以内, 保护装置一定动作,以外不动作. 速动性:t=0,速度非常快(由于继电器闭合,跳闸线圈的 熄弧时间,其固有延时10~30ms) 灵敏性:15%的范围内,具有灵敏性.一般整定值选好后, 再来校验灵敏性. 可靠性:只要大于IⅠset,肯定动作,小于IⅠset不动作.
Ⅱ
Ⅱ:最小运行方式下二相短路
综上分析：
流过保护安装处短路电流的大小与以下
因素紧密相关：
1. 电力系统运行方式（Zs）的变化； 2. 电力系统正常运行状态（EΦ）的变化； 3. 不同的短路类型； 4. 随短路点距等值电源的距离变化，短路电流 连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端 和下级线路出口短路，短路电流没有差别。
1
7
M th M th1 K 3 1
K3:比例常数
此外,舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩 Mm,其值认为是一个常数.故阻碍继电器动作的全
部机械反抗转矩就是Mth+Mm.
为使继电器起动并闭合其触点,须IJ变大,
Mdc增大,继电器能够动作的条件为:
M dc M th M m
电磁型
感应型
按照动作原理可分为：
整流型 电子型 数字型
电流继电器
电压继电器 功率方向继电器 阻抗继电器
按照反应的物理量可分为：
起动继电器 量度继电器 时间继电器
频率继电器
瓦斯（气体）继电器
按照作用可分为：
中间继电器
信号继电器 出口继电器
2. 过电流继电器
过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也 是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典 型，它是一个量度继电器。 过电流继电器 反映故障 过量继电器 过电压继电器 参数增大 量 而动作 度
Kre=0.85~0.9
6
J I
2
3 4
5
J I
8
2
3 4
5
6
8
1
7
1
7
常开触点
6 6 5
常闭触点
6 5 6
J I
2
3 4 8
J I
2
3 4 8
1
7
1
7
多组触点
既有常开触点也有常闭触点
Ι
电流继电器
常闭触点
I-I
电流差动继电器
正常运行及电 压高时继电器 不动作，触点 断开，电压低 及停电时继电 器动作，触点 闭合
铁心,空气隙,可动舌片组成的磁路.舌片被磁 化后与铁心产生电磁吸力,吸引舌片向铁心靠
8
1
7
近,当电磁吸力足够大时,即可吸动舌片,并
使触点接通,称为继电器“动作”.
电磁吸引力与 2成正比, 假定磁阻全集中在空 气隙中, 设表示空气隙长度 , 磁通就与I J 成正 比, 而与成反比.
因此,由电磁力 作用到舌片上 的电磁转矩为:
2.1.3 电流速断保护
概念:对于仅反应于电流增大而瞬时动
作的电流保护,称为电流速断保护
电流 速断 保护 装置
I
A
~
2
B
1
C
D
假设在每条线路上均装有电流速断保护,则 当线路A~B上发生故障时,希望保护2能瞬 时动作,而当线路B~C上故障时,希望保护1 能瞬时动作,并且它们的保护范围最好能达
到本线路全长的100%.
M dc K1 2 K 2
2 IJ
2
正常情况下,线圈中流入负荷电流,为保证继电器
不动作可动舌片受弹簧7拉力的控制而保持在原 始位置.此时,弹簧产生的力矩Mth1称为初拉力矩.
6
J I
2
3 4
5
8
对应此时的空气隙长度 为1 , 弹簧的张力与其伸长 减小时,由1减少 成正比.故当舌片向左移动而使 至 , 则由弹簧产生的反抗力 矩为
A
~
2
k1
B
1
k2
C
D
• 以保护2为例,当本线路末端k1点发生故障时希望保护
2能够瞬时动作切除故障.而当相邻线路B~C的始端k2点 短路时,按选择性的要求,速断保护2不应动作,而应由速 断保护1动作切除.但实际上,k1点和k2点短路时从保护安 装2处看所流过的短路电流的数值几乎一样.因此,希望k1 点短路时速断保护2能动作,而k2点短路时速断保护2又 不动作的要求就不可能同时得到满足.
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征
A 2
k1
B
1
k3
C
k2 k4
D
I
3 2
I A B. f max
l 随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网 的网络拓扑、负荷水平的变化， Zk和Zs都会变化，造成 短路电流的变化。随短路点距离保护安装处远近的变化 和短路类型的不同，Zk和Zs的值不同，短路电流也不同。
10kV以下的低压线路中,采用中性点不接地方式,所以当单相接地,
系 变统 化运 举行 例方 式
A
B
~
开机方式 网络拓扑
I
C
短路点的位置不同,流经保护2的短路电流也不同
运行方式不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同 故障类型不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同
A
~
Ik
2
B
1
C
D
Ⅰ
Ⅰ:最大运行方式下三相短路
显然必须当实际的短路电流 I k I set 保护装置才能起动. 保护装置的起动值 Iset 是用电力系统
一次侧的参数表示的.
它所表示的意义是:当在被保护线路的
一次侧电流达到这个数值时,安装在该 处的保护装置就能够起动.
A
B
~
2
1
k3
C
k4
D
四性中选择性是第一位的.
为保选择性,对保护1,IⅠset.1须整定得大于k4短 路时,可能出现的最大短路电流.（保选择性）
的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗 Z , 三相短路 电流可表示为:
Ik
3
E z
E z s zk
Ik
Ik f
0
E 系统等效电源的相电势 Z k 短路点到保护安装处的阻抗 Z s 保护安装处至系统的等效阻抗
在一定的系统运行方式下, E 和Z s等于常数,可经 计算绘出 I k f 的变化曲线. 当系统运行方式及故障类型改变时,Ik均将随之变化.
在M点发生三相短路时: E 3 I k .M .max Z s.min z1 M 在M点发生二相短路时
I k .M .max
2
A
~
Ik
N
1
B
2
C
M
0.866 E 3 3 I k .M 2 Z s.min z1 M
IⅠset.1 I(2)k.max I(2)k.min
I set 1 I k .c.max
3
I k .c.max
3
1) 下一线路出口处短路 2) 最大运行方式 3) 三相短路
3 引入可靠系数:KⅠrel=1.2~1.3, 则有: I set 1 K rel I k .c .max
由于I(3)
. (3) (2) . (3) . k3.max= I k4.max,I k4 max<I k4 max
把能使继电器动作的最小电流值,称为
继电器的动作电流(起动电流).以Iop.J 表示,对应此时的电磁转矩:
M dz K 2 I 2op. J
2
在继电器动作之后,为使它重新返回原位.
需使IJ减小以使Mdc减小,然后由弹簧的反 作用力把舌片拉回,这时摩擦力又起阻碍 返回的作用.故返回的条件是:
M dc M th M m
对应这一电磁转矩,能使继电器返回原位