3 第2章 电网的电流保护和方向性电流保护 2

第三章线路保护第一节常用继电器Ⅰ.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。

（电磁性电流继电器、旋转舌片式电流继电器、晶体管型过电流继电器）一、电磁型过电流继电器1．原理结构图：2．工作原理（1）继电器动作线圈电流∙J IΦ磁路（由Φ通过铁心、空气隙、舌片而形成）电磁力矩舌片所受 舌片转动（左） 克服弹簧拉力、摩擦力矩5.6触点接通 （继电器动作）电磁力矩＞弹簧的反抗力矩＋摩擦力矩（2）分析a ．电磁力矩22221δJdc I K K M =Φ=说明：dc M 与2Φ成正比，Φ与 J I 成正比，与δ成反比。

dc M ——电磁力矩1K 、2K ——比例系数δ ——气隙长度b ．弹簧的反抗力矩)(131δδ-+=∙K M M th th (弹簧的张力与其伸长成正比)说明：正常情况下，线圈中流入负荷电流，为保证继电器不动作，可动舌片受弹簧反作用力的控制而保持在原始位置。

1∙th M ——初拉力矩1δ——初拉力矩时的空气隙长度3K ——比例系数c. 摩擦力矩由摩擦力产生的转矩，m M ，是一个常数，即不随 δ的改变而变化。

（3）继电器的动作条件dc M ≥m M M +thdc M 随J I D 的增大而增大。

继电器的动作电流：能使继电器动作的最小电流值。

（J dz I ⋅）对应的电流转矩（dz M ）222δJ dz dz IK M ⋅=dz M ——起动转矩m th M M +——起动时的反作用转矩m th M M -——返回时的反作用转矩h M ——返回时的电磁转矩sh M ——剩余转矩（保证继电器触点的可靠接触）（4）继电器的返回条件dc M ≤m th M M -继电器的返回电流：促使继电器返回原位的最大电流值。

（reJh I⋅），对应此时的电磁力矩（h M ）222δjR h I K M ⋅=3．继电特性J I ＜J dz I ⋅（r op I ⋅）时，继电器根本不动作J I ≥J dz I ⋅时，继电器突然迅速动作，闭合其触点；继电器动作以后，只有J I ≤J h I ⋅时，继电器又突然立即返回原位。

无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置。

4．返回系数。

h KJ dz Jh h I I K ⋅⋅=≤1（m M 与sh M 的影响）二、旋转舌片式电流继电器。

用Z形舌片代替转动衔铁动作原理：当继电器线圈上有电流流过时，铁芯中产生磁通，Z形舌片在磁通在作用下有转动的趋势，但受反作用弹簧的阻力而不转动。

但当继电器线圈中的电流增大到某个值（整定电流）时，Z 形舌片就会克服弹簧的作用力而转动，动、静触点闭合，即继电器动作。

继电器动作后，经断路器跳闸，故障元件被切除，继电器线圈中的电流随之消失，铁芯失磁，反作用弹簧使Z形舌片返回原位，继电器的动、静触点打开，继电器返回。

Ⅱ.电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。

一．定义发应于电流增大而瞬时动作的电流保护。

——电流速断保护速断保护动作特性曲线如何保证电流速断保护动作的选择性？二.速断保护的类型理论上：A－B故障（1d点短路）：保护2瞬时动作其保护范围均能达到本线路全长的100％B－C故障（2d点短路）：保护1瞬时动作实际上：以保护2为例：线路末端1d点短路时，保护2瞬时动作切除故障，而相邻线路B—C 出口处（线路始端）2d点短路时，保护2不应动作。

而1d、2d两点短路时，流过保护2的短路电流相等，因此上述两要求不能同时满足。

保护2无法区别1d、2d两短路点保护1无法区别3d、4d两短路点优先保证动作选择性的电流速断保护无选择性的速断保护三．电流速断保护的整定a ． 优先保证动作的选择性从保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动。

即按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。

b. 无选择性如快速切除故障是首要条件，可采用，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。

1．起动电流 'dz I （'op I ）能使该保护装置起动的最小电流值。

2. 动作条件d I ≥'dz I （k I ≥'op I ）其中'dz I ——电力系统一次侧的参数3. 整定计算原则：当电源电势一定时，短路电流的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗Z Σ Z Z E Z E I d S d +==∑ϕϕ （u S d Z E E I +=ϕ）其中：d I （K I ）——三相短路电流ϕE ——电源相电势S Z ——保护安装点至电源之间的阻抗d Z (u Z )——短路点至保护安装点之间的阻抗由上式得：d I 随d Z 的增大而减少)(l f I d = （类双曲线）另：系统运行方式的不同 影响 d I （K I ）故障类型的改变（1）如何保证电流速断保护动作的选择性？系统运行方式： 系统最大运行方式：通过保护装置的短路电流为最大方式系统最小运行方式：通过保护装置的短路电流为最小方式故障类型的改变：短路电流最大：最大运行方式下三相短路短路电流最小：最小运行方式下两相短路对保护1：'1⋅dz I ＞4d 点短路时最大短路电流（最大运行方式下变电所C 母线上三相短路时的电流max ⋅⋅c d I ）即：'1⋅dz I ＞ max ⋅⋅c d I引入可靠系数 3.1~2.1'=K K速断保护动作特性曲线考虑必要裕度 m ax 1·''⋅⋅⋅=c d K dz I K I ①实际短路电流＞计算值②非周期分量③实际起动电流＜整定值保护2：max 2·''⋅⋅⋅=B d K dz I K I （max 2·''⋅⋅⋅=B K K OP I K I ）（2）电流速断保护的保护范围？由速断保护动作特性曲线，得：起动电流'1⋅dz I ，'2⋅dz I 是一定值，用直线表示，其 Ⅰ、Ⅱ各有一个交点。

交点前短路：d I ＞q I ，保护动作 交点后短路：d I ＜q I ，保护不动作 故，有选择性的电流速断保护不能保护线路的全长。

（3）速断保护的灵敏性灵敏性：速断保护对被保护线路内部故障的反应能力。

衡量：用保护范围的大小来衡量，即占线路全长的百分数来表示。

校验：系统最小运行方式下两相短路（因其短路电流最小）。

四、电流速断保护的单相原理组成： 电流继电器 作用?中间继电器 作用?为何采用中间继电器？a.增大触点容量b.增大保护装置的固有动作时间 动作时间＞避雷器放大时间信号继电器作用：五．速断保护的优势：优：结构简单，动作迅速。

劣：不能保护线路的全长，且其保护范围受系统运行方式变化的影响。

甚至，使保护范围为零。

（系统运行方式变化很大、被保护线路长度很短）指示该保护动作，以便运行人员处理和分析故障Ⅲ.限时电流速断保护一．引入：由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，因此考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上的速断范围以外的故障，同时作为速断的后备引入限时电流速断保护。

二．对该保护的要求：1．任何情况下都能保护本线路的全长；2．具有足够的灵敏性；3．力求具有最少的动作时限。

三．定义：能以较小的时限快速的切除全线路范围以内的故障的保护——限时电流速断保护。

四．工作原理和整定计算的基本原则：1.动作时限性由于要求限时速断保护必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处短路时，它要起动，为了保证动作的选择性（此时应该下一条线路的速断保护动作），就必须使保护的动作带有一定的时限。

2．影响时限的因素时限的大小与保护延伸的范围有关。

缩短时限：①使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围t②动作时限比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段3．限时电流速断保护的整定方法：动作特性按照保护2的限时电流速断不应超出保护1电流速断的范围：''2⋅dz I ≥'1⋅dz I （''2⋅OP I ≥'1⋅OP I ）上式能否取等号？（1）理论上可以（2）实践中不允许a. 保护2、1安装在不同地点，特性不同b ．保护1的速断出现负误差（保护范围＜计算值）c ．保护2的限时速断出现正误差（保护范围＞计算值）导致M 点短路时，保护1速断不起动，而保护2的限时速断动作 。

原因：M 点位于B —C 范围以内，保护1的速断不动之后，应由保护1的限时电流速断切除故障，而此时保护2的限时速断起动了，两个保护的限时速断同时动作于跳闸，保护2失去了选择性。

因而不能采用两个电流相等的整定方法。

五．动作时限的选择''2⋅dz I ＞'1⋅dz I （''2⋅OP I ＞'1⋅OP I ）引入可靠系数2.1~1.1''=K K''2⋅dz I ='''1⋅dz K I K （''2⋅OP I ＝'·''1⋅OP rel I K ）''2t ——保护2限时速断的动作时限。

'1t ——保护1的速断保护动作时限。

t ∆——高出时间阶段。

从尽快切除故障的观点出发，t ∆越小越好，但为了保证两个保护之间的动作的选择性，其值又不能选择得太小。

确定t ∆的原则：1.故障线路断路器DL 的跳闸时间 1⋅DL t （ 1⋅QF t ）2.故障线路保护1中时间继电器的实际动作时间比整定值 '1t 要大1⋅t t 3.保护2中时间继电器可能比预定的时间提早 2⋅t t 动作闭合其触点。

4.测量元件延迟返回的惯性时间 2⋅g t5.考虑一定的裕度，增加一个裕度时间 y t 故： t ∆＝1⋅DL t ＋1⋅t t ＋2⋅t t ＋2⋅g t ＋ y t t ∆：0.35～0.65（0.5s ）时限特性曲线：返回（a）：和下一条线路的速断保护相配合。

（b）：和下一条线路的限时速断保护相配合。

结论：当线路上装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围以内的故障都能在0.5S的时间以内予以切除，在一般情况下都能满足速动性的要求，具有这种性能的保护称为线路的“主保护”。

六．保护装置灵敏性的校验K1．灵敏系数cm为了能保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力用灵敏系数K来衡量。

cmcm K ＝保护装置的动作参数值短路时故障参数的计算保护范围内发生金属性 说明：故障参数计算值的选择根据最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来确定。