电流保护2.1-2.2

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瞬时电流速断保护（例题）
2、如图所示，试求线路AB保护1的瞬时电流速断的动作电流，并进行灵敏
性（保护范围）校验。图示电压为线电压（计算短路电流时取平均额定
电压），线路阻抗 x1 = 0.4Ω/km ， = 1.3 。若线路长度减小到50km、 Krel 25km，重复上述计算，可得出什么结论？0
l AB
1
IK
I(3)K.max
Z s.min + Z 1 l AB 最大运行方式三相短路时保护范围最大，
最小运行方式两相短路时保护范围最小。 =
(3) I(2)K.min I K.B.max
K rel I act.1
E E
I act.1
Z s.min + Z 1 lmax
2）最小运行方式即等值阻抗最大，只有G1和L1或L2运行，则
X smax = XG1 + X L1 = 12 + 16 = 28Ω
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3. 整定计算 ① 动作电流：为保证选择性，保护装置起动电流应按躲开下一 线路出口处（如变电所B）短路时通过保护的最大短路电流 （最大运行方式下的三相短路电流）整定。
lmin lmax
1 3 E ( Z s.max ) Z 1 2 I act.1 E 1 ( Z s.min ) Z 1 I act.1
问题2：灵敏度不能满足要求怎么办？
——选用其他原理的保护。
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③ 动作时限 一般不设时限，仅为继电器的固有动作时限。
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⑵ 分析使继电器触点闭合的阻力矩
正常时，线圈中流入负荷电流，为保证继电器不动作，靠弹
簧的反作用力控制，对应于空气隙长度 δ1和初始力矩 Mth.1。 弹簧张力与伸长量成正比，当空气隙由 δ1减小到δ2时，弹簧 的反抗力矩为：
M th M th.1 K3 (1 2 )
为继电器的动作电流（起动电流），记作 IJ.act ，对应此时的 电磁转距为：
M act K 2
I

2 J .act 2
图1（b）中表示当可动舌片由起始位置δ1减小到δ2时，电磁转矩及机械反抗转 矩与行程的关系曲线。前者以 δ 的平方关系变化（曲线9），后者按比例关系 变化（曲线 10 ），可知在触点闭合的位置，将出现一个剩余力矩 M sh ，电磁 转矩与反抗力矩的差值，保证继电器触点的可靠接触。
立即返回原位，触点打开。
无论起动和返回，继电 器动作都是明确干脆的，不 可能停留在某一个中间位置, 这种特性称为“继电特性”。
L 0 IJ.re IJ.act IJ
如图2所示。
图2 继电器的“继电特性”
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⑤返回系数：返回电流与起动电流的比值称继电器的返回系数。
I J.re K re = I J.act
M re K 2
I

2 J .re 2
返回曲线中，转矩与行程关系如图1(b)中的直线11和曲线12。
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2
可见：IJ<IJ.act 时，继电器不动作；
IJ≥IJ.act 时，则继电器迅速动作，触点闭合。
继电器动作后，当电流 减小使IJ≤IJ.re时，继电器又
U H
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2. 基本概念
系统最大运行方式：在被保护线路末端发生短路时，
系统等值阻抗 ZS 最小，通过保护装置短路电流为最大
的运行方式。
系统最小运行方式：在被保护线路末端发生短路时，
系统等值阻抗 ZS 最大，通过保护装置短路电流为最小
的运行方式。 保护装置的整定：根据对继电保护的基本要求，确定保
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第2 章
电网的电流保护
2.1 电流继电器 2.2 单侧电源电网相间短路的电流保护 2.3 电网相间短路的方向性电流保护 2.4 中性点直接接地电网中接地短路保护
2.5 中性点非直接接地电网中的接地保护
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2.1 电流继电器
一、继电器的分类
整定计算时，无特别说明一般取 t'=0s。 4. 评价
优点：简单可靠，动作迅速 缺点：
不能保护线路全长
(？—限时电流速断保护) 运行方式变化较大时，可能无保护范围
(？—阻抗保护不受运行方式影响)
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线路较短时，可能无保护范围
(？—纵联差动保护)
特殊情况下能保护线路全长
护装置起动值，灵敏参数，动作时限等过程。
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A 1 k1
B 2 k2
C 3 k3
D
E
ZS
A
ZAB
B
ZBC
C
ZAC
D
IK
I(3)K.max
I
(3) K.max
=
E Z s.min + Z 1 l K
I act.1
I
(2) K.min
E 3 = 2 Z s.max + Z 1 l K
E 3 = 2 Z s.max + Z 1 lmin
l
0
lmin lmax lAB
lAC
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K rel I act.1 =
E Z s.min + Z 1 l AB E
输电线路 计算一般忽略电阻
Z s.min + Z 1 lmax
E 3 = 2 Z s.max + Z 1 lmin
A Xs.min=12.6Ω B 1 l =75km 2
Xs.max=18.8Ω 110kV
解：保护1的电流速断整定值按躲开B点最大短路电流计算：
1. 保护原理：反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护。
A
l ：电源到短路点的距离
：相电压2 1 Eφk1
B
B
C k2 3 k3
D
E
I
(3) K
ZS
A
ZAB
ZBC
C
ZAC
D
=
E Z s + Z1l
；I
(2) K
E 3 = 2 Z s + Z1l
短路点距保护安装地点愈远，流过安装地点的短路电流愈小。
A G1 L1 L2 G2 L3 1 B
解：由已知可得：
X L1 = X L2 = x1 L1 = 0.4 ×40 = 16Ω X L3 = x1 L3 = 0.4 ×30 = 12Ω
1）最大运行方式即等值阻抗最小，三台发电机运行，线路L1-L3运行，则
X smin = (XG1 + X L1 //X L2 )//(XG2 + X L3 ) = (12 + 16//16)//(8 + 12) = 10Ω
M dc K1 2 K 2
2
I J2
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图1 电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线 （a）原理结构图 (b) 电磁转矩及反作用转矩与舌片行程的关系 1.线圈；2.铁心；3.空气隙；4.固定触点；5.可动触点；6.止档；7.弹簧； 8.被吸引的可动舌片；9.起动电磁转矩；10.起动时的反作用转矩； 11.返回时的反作用转矩；12.返回时的电磁转矩
A 1 B 2 C 3
IK
I(3)K.max
(3) > I K.B.max = K rel I K.B.max I act.1
I act.1
(3) I K.B.max
K rel
I act.2
lAC I(2)K.min l
E Z s.min + Z 1 l AB
I
D
希望：全线速断 矛盾：选择性与速动性（母线前后短路电流相同，如IK2=IK3）
问题1：如何解决？
① 优先保证选择性：保证在下一条线路出口处（即本线路末 端）短路时不起动，称为———按躲开下一条线路出口短 路的条件整定； ② 优先保证速动性：采用无选择性的速断保护切除故障，再 用自动重合闸装置纠正。
受行程末端剩余转矩及摩擦转矩的影响，电磁型过电流继电器返回系数
小于1。一般情况下，反应电气量增加而动作的继电器，称过量继电器， 其返回系数小于1，但要求其不小于0.85。反应电气量降低而动作的继 电器，称欠量继电器。其返回系数大于1，但要求其不大于1.2。 继电器的返回系数是一个重要的参数，在实际应用中要求继电器有较高 的返回系数。对于电磁式电流继电器来说，可以采用坚硬的轴承以减小 摩擦转矩，或改善磁路系统的结构以适当减小剩余转矩等方法来提高返 回系数。
(2) K.B.min
可靠系数K'rel=1.2～1.3
引入可靠系数原因P33（了解）
0
lAB
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② 灵敏度校验（最小保护范围）：校验最小运行方式下速断保 护范围的相对值，以百分数表示。 lmin lmin % = 100% (15% - 20%)
A B C 2 3
在可动舌片转动过程中，必须克服摩擦转矩 Mm，其值是不
随δ变化的一个常数。 阻碍继电器动作的全部机械反抗力矩为：M
th
+ Mm
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① 继电器动作的条件：为使继电器动作，必须增大电流 IJ ，以
增大电磁转矩 Mdc。满足：
M dc Mth. M m
② 动作电流：满足上述条件，使继电器动作的最小电流值，称
I act.2
0 lAB lAC
I(2)K.min l
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瞬时电流速断保护（例题）
1、如图，系统参数：XG1 = 12Ω、XG2 = 8Ω ，线路 x1 = 0.4Ω/km ， L1 = L2 = 40km、L3 = 30km 。试确定电流保护1在系统最大、 最小运行方式下的等值阻抗。
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③ 继电器返回条件：继电器动作后，当 IJ 减小时，继电器在弹
簧作用下将返回原位，摩擦力起阻碍返回作用。
弹簧作用力矩必须大于电磁力矩及摩擦力矩之和，即：
M dc M th. M m
④ 返回电流：满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值 称为继电器的返回电流，以IJ.re表示，对应电磁转矩为：
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2.2 单侧电源电网相间短路的电流保护
回顾：速动性与选择性是一对矛盾！如何解决？
A 1 k1 B 2 k2 C 3 k3 D
t
l
通过阶段式电流保护来实现：
红色—电流速断；蓝色—限时电流速断；紫色—过电流
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Baidu Nhomakorabea
一、无时限电流速断保护(电流Ⅰ段)
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A 1 k1
B 2 k2
C 3 k3
D
IK
I(3)K.max
I act.1
I act.2
0 lAB lAC
I(2)K.min l
对于单侧电源的供电线路，在每回线路的电源侧均装设电流速断保护！
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A 1 k1
B 2
C k2 k3 3
继电器是根据某种输入信号来实现自动切换电路的自动控制电器。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，具有对被控制电路实现 “通”、“断”控制的作用，所以它“类似于开关”。 继电器的基本原理是：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。所以，继电器也可以这样定义：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。
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在电力系统继电保护回路中，常用继电器的实现原理随着相关技术的发展
而变化。目前仍在使用的继电器：
按输入信号的性质可分为电气继电器（如电流继电器、电压继电器、 功率继电器、阻抗继电器等）和非电气继电器（如温度继电器、压力继电 器、速度继电器、瓦斯继电器等）两类； 按工作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式（晶体管型）、 整流式、热式（利用电流热效应的原理）、数字式等； 按输出形式可分为有触点式和无触点式； 按用途可分为控制继电器（用于自动控制电路中）和保护继电器（用 于继电保护电路中）。保护继电器按其在继电保护装置中的功能，可分为 主继电器（如电流继电器、电压继电器、阻抗继电器等）和辅助继电器
（如时间继电器、信号继电器、中间继电器等）。
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二、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，用作测量和起动元件， 反应电流超过某一整定值而动作。
以吸引衔铁式电磁型继电器为例，如图1所示。
⑴ 分析使继电器触点接通的力矩（动作力矩） 在线圈 1中通以电流 IJ ，产生与其成正比的磁通，通过由铁 芯、空气隙和可动舌片组成的磁路，使舌片磁化与铁芯的磁 极产生电磁吸力，大小与Φ2成正比。电磁力矩为：