第二章 电网的电流保护

最大运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时，短路电流最大，对 应最小系统阻抗；
最小运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时，短路电流最小， 对应最大系统阻抗。
相间短路的电流量特征
电流特征分析：
I K K
E (Z S Z K )
（5）线路中各地点短路时最大短路电流在系统最大运行方式下发生三相 短路时得到。
继电器、信号继电器和出口继电器
基本要求：工作可靠、具有“继电特性”。
2. 过流继电器原理框图
量度继电器是实现保护的关键测量元件，其中包括过量继电器和 欠量继电器，电流继电器是一种欠量继电器。
输入 电流交换
I
Ir
比较
小延时
2 ~ 3ms
输出
I op
整定值 调整
来自电流互感器TA二次侧的电流I，加入到继电器的输入端。 电流变换：电磁型继电器不需要变换，若为电子型或数字型，则需要变换 为弱电。 比较：与给定值进行比较，若大于，则有输出。 延时：对于电子型或数字型继电器，为了防止误动作，应带有不小于 2~3ms的延时。
2.1.3 电流速断保护 1.工作原理
对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护称为 电流速断保护。
能使保护装置启动的最小电流称为保护装置的整定电流，
用
I set 来表示。当短路电流 I k I set 时，保护装置就能启动。 I set 是用一次侧的参数来加以表示的，表示当一次侧的电
流达到这个数值时，保护装置就能启动。
Hale Waihona Puke Baidu
IK
最大运行方式下 三相短路 最小运行方式下两 相短路
0
图 4 短路电流分布图
L
A
2
×
k1 B
×
1
k2
k3 C
×
k4
D
×
G
×
I
I A-Bmax
3 2
I B-Cmax
I C-Dmax
L
可见：短路时的电流和正常工作时有明显的差异，利用流过保护安装处 电流幅值的大小来区分状态、实现保护是简单可靠、方便易行的。
3. 继电器的继电特性
继电特性——无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不 可能停留在某一个中间位置。
继电器的返回系数——返回电流与起动电流的比值。
可表示为：
K re
I re 0.85 ~ 0.9 I op
E0 （高电平）
I op
E1 （低电平）
I
启动电流 返回电流
I re
I re I op
AC
A B C
ZS
Zk
可建立如下方程：
图 2 AB相间短路等效图
E I (2Z 2Z ) E A B K S K
I K E E 3E A A B 2( Z S Z K ) 2 (Z S Z K )
相间短路的电流量特征
单侧电源网络发生三相短路时， 如图1所示电路可等效为图3所示 电路。 可建立如下方程：
（6）线路中各地点短路时最小短路电流在系统最大运行方式下发生两相 短路时得到。 （7）线路中各地点在最大运行方式下发生两相短路、最小运行方式下发生 三相短路的电流介于最大和最小电流之间。
（8）最大、最小电流随故障点的位置渐远而逐渐变小。
相间短路的电流量特征
上述短路电流特征可表示为图4：
E A k1 B k2 C
——电流速断保护 ——限时电流速断保护 ——定时限过电流保护 ——反时限特性的电流保护
第二章 电网的电流保护
2.1.1 继电器
1. 继电器的分类和要求
按动作原理：电磁型、感应型、整流型、电子型和数字型
按反应物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、
阻抗继电器、频率继电器和瓦斯继电器 按所起的作用：启动继电器、量度继电器、时间继电器、中间
——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阻抗； ZS
——短路类型系数，三相短路取1，两相短路 K
3 2
；
相间短路的电流量特征
3、相间短路电流量值特征 电流特征分析：
I K K
E (Z S Z K )
（1）短路类型对短路电流幅值有影响。相同运行方式下，同一地点发 生相间短路时，三相短路电流最大。
第二章 电网的电流保护
主讲：陈坤燚
第二章 电网的电流保护
2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 2.2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护
2.4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护
第二章 电网的电流保护
2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
以保护2为例
B-C线路始端k2点短路
K1、K2点短路时， 问题：电流速断保护不能区分本线路末端与下级线路出口 流过保护2的电 故障。 流基本相同 保护2动作 A-B线路末端k1点短路 A
A B C
ZS
Zk
I (Z Z ) E A K S K
图 3 ABC相间短路等效图
E A I K (ZS Z K )
相间短路的电流量特征
综合以上两种情况，可得发生相间短路时，线路中短路电流的 幅值为：
I K K
E (Z S Z K )
E ——系统等效电源的相电动势；
相间短路的电流量特征
2、相间短路的电流值计算
相间短路指的是三相短路和两相短路；
对电流保护而言主要讨论短路电流的工频周期分量； 下面以图1所示的单侧电源网络发生相间短路时为例，分析相间 短路时电流量值的计算。
E
A
k
B
图 1 单侧电源网络相间短路示意图
相间短路的电流量特征
单侧电源网络发生相间短路时(AB 短路) ，如图1所示电路可等效为图2 所示的电路。
相间短路的电流量特征
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值的特征
1、引言 110kV以下电压等级的电网通常采用双电源互为备用，正常时单侧电 源供电的运行方式； 其主保护一般由阶段式动作特性的电流保护承担； 电流保护的基本原理是比较短路前后的电流量值，根据其差异来判断 是否发生故障； 正常运行时，线路中流过的为负荷电流，一般来说在额定值以下； 因此，发生相间短路时的电流量值特征需要作进一步分析。
（2）短路点到保护安装处的距离不同，ZK不同，短路电流不同。短路 点越远，电流幅值越小；反之，越大。 （3）随着电力系统开机方式、保护安装处到电源之间的网络拓扑的变化， 都会造成ZS的变化，从而造成IK的变化。
相间短路的电流量特征
电流特征分析：
I K K
E (Z S Z K )
（4）随着开机方式的不同，可将系统的运行方式分为最大、最小运行方式。