第三章电网的电流保护

电磁型继电器
Ir
1
6
5
2
3
M dc
8
Mm
7 4
M th
电磁型电流继电器的原理结构
电磁型继电器
• 3个力矩： • 电磁力矩Mdc； • 弹簧力矩Mth； • 摩擦力矩Mm；
Ir
M dc
k1
I
2 r
2
1
Mth Mth1 k2(1 )
动作条件： Mdc Mth Mm 返回条件： Mth Mdc Mm
二、电流速断保护
（2）电流速断保护整定计算
按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定；
A
k1 B k2
C
QF1
QF2
QF3
Ik
1 2
II set.1
I k.B .max
I K I I
I
set.1
rel k.B.max
KrIel 1.2 ~ 1.3
l
二、电流速断保护
（3）最小保护范围校验
A
k1 B k2
产品主要规格技术参数
规格
输入电 流额定 值(A)
输出 电压 额定 值(V)
最大 过载 电流 (A)
最大过 载时输 出电压 （V）
20A/3.53V
1
0.1765 20
3.53
20A/7.07V
1
0.3535 20
7.07
50A/4V
5
0.4
50
4
100A/3.53V
5
0.1765 100 3.53
非线性度
set.1
rel set.2
K
II rel
1.1
~
1.2
l
三、限时电流速断保护
（4）动作时限的选择
A
B
C
QF1
QF2
QF3
比下一条线路速断保护的动作时限高出一个时间
阶梯 t
t1II
t
I 2
t
t 通常取为0.5s
三、限时电流速断保护
（5）灵敏度校验
按系统最小运行方式下，本线路末端发生两相 短路时的短路电流进行校验
电流来校验
Ksen
I k.B.m in IsIeIIt
1.3
四、定时限过电流保护
（5）灵敏性的校验
远后备校验：
A
B
C
QF1
QF2
QF3
采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时
的电流来校验
Ksen
I k.C.m in IsIeIIt
1.2
四、定时限过电流保护
（5）灵敏性的校验
5 A4
QF5 QF4
a2 a
FFba
1 Fc
式中：
a e j120o 1 j 3 22
a2 e j120o 1 j 3 22
2.零序电压滤过器
三相五柱式电压互感器
2.零序电压滤过器
三个单相TV组成的零序电压滤过器
2.零序电压滤过器
接于发电机中性点的零序电压互感器
2.零序电压滤过器
保护装置内部合成零序电压
电容式电压互感器 RYH、CPT、CVT
二、变换器
1.电流变换器
(1) 作用
在继电保护装置中，将电流量变换为电压量或电压信号。
(2) 工作原理
等值电路图
电流变换器： 作用：
1）将电流互感器二次的电流变换为适合A/D 芯片量程的信号 。
2）电磁隔离。 原理：类似于电流互感器的工作原理
举例：电流变换器
North China Electric Power University
基础知识
一次 二次
继电器
弱
高电压 第一次变换 低电压 第二次变换 更
电
大电流 互感器 小电流 变换器 小
元
件
对称分量
滤过器
序分量
一、互感器
1.电流互感器
(1) 作用
①将高压系统大电流变换为低压系统小电流， 并将高低压系统隔离；
B3 QF3 6
QF 6
C2
QF2
k1
D1
D
QF1
在各个过电流保护之间，要求灵敏系数互相配合
Ksen.1 Ksen.2 Ksen.3 Ksen.4
四、定时限过电流保护
（6）过电流保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
四、定时限过电流保护
（7）评价
动作电流小，灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高； 保护范围是本线路和相邻下一线路全长； 电网末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋III或III），越 接近电源，动作时限越长，应装设三段式保护。
继电器
1、继电器的分类
☆按照结构型式分为： 电磁型、感应型、整流型、电子型和数字型等；
☆按照反应的物理量可分为： 电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器 和气体（瓦斯）继电器等；
☆按照继电器在保护回路中所起的作用可分为： 启动继电器、量度继电器、时间继电器、中间继电器、信 号继电器和出口继电器等；
C
QF1
Ik
1
2 ba
II set.1
lmin lmax
QF2
QF3
lmin % 1 (
l
Z AB
3 2
E II
set.1
ZS.max )
要求≥（15~20%）
I k.B .max
l
二、电流速断保护
（4）电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KM
KS
I
TA
二、电流速断保护
（5）评价
优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受运行方式的 影响。
1）将电压互感器二次的电压变换为适合A/D 芯片量程的信号 。
2）电磁隔离。 原理：和变压器的工作原理相同
• 举例：湖北某公司生产的保护用电压变换器
规格
输入电压 输出电压
输入电压
额定值（V） 额定值（V） 过载倍数
57.7V/3.53 V
57.7
3.53
1.2
100V/2.88V
100
2.88
1.5
6
5
2
3
M dc
8
Mm
7 4
M th
旋转衔铁式电流继电器结构 螺管线圈式
电磁型继电器
2、对继电器的基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”。
动作
继电器的动作明确干脆
不可能停留在某一中间
位置，这种特性称为“继 电特性”。
返回
Ire Iop
I
＊继电器的动作电流：使继电器动作的最小电流；
＊继电器的返回电流：使继电器返回的最大电流；
返回系数：
Kre
Ire Iop
1
(0.85~0.9)
第三章 电网的电流、电压保护
主讲教师：王艳
电自教研室
3.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
一、单侧电源网络相间短路时电流量值特征
（1）三相短路
A
B
C
QF1
QF2
QF 3
ZS
ZK
I
(3) K
E ZS ZK
一、单侧电源网络相间短路时电流量值特征
比差 (±%)
角差 (±分)
＜0.1
≤10
＜0.1
≤10
＜0.1
≤10
＜0.1
≤10
功率消 工频耐压
耗(VA)
(V)
＜0.1 ＜0.1 ＜0.1 ＜0.1
＞2500 ＞2500 ＞2500 ＞2500
2.电压变换器
(1) 作用
在继电保护装置中，将电压量变换为合适大小 的电压量。
(2) 工作原理
电压变换器： 作用：
◆短路电流的计算
A
B
k1 C
QF1
QF2
QF3
Ik
１最大运行方式下三相短路
1
2
I (3) k
E ZS.min
Z1lk
２最小运行方式下两相短路
l
Ik(2)
3 E 2 ZS.max Z1lk
二、电流速断保护
（1）电流速断保护基本概念
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。
它是三段式电流保护的第Ⅰ段。 是电流保护的主保护。
A
QF5 QF4
B
QF 3 QF 6
k1 C
QF2
D
D
D
QF1
电动机自启动电流大于最大负荷电流
自启动电流： Iss.max KssIL.max
自启动系数，大于1
四、定时限过电流保护
（3）整定计算
◆外部故障切除后电动机自起动时可靠返回
A
QF5 QF4
B
QF 3 QF 6
k1 C
QF2
D
D
D
QF1
线路AB保护的返回电流应大于自启动电流
②互感器二次侧额定电流为5A，便于二次设 备的标准化、系列化；
③使二次设备造价降低，维护方便，保证运 行人员安全。
1.电流互感器
(2) 工作原理
原理接线图
I1 I2
W2 W1
nTA
1.电流互感器
(3) 误差分析及10%误差特性曲线
等值电路图
I
' 1
I2
10%
I
' 1
影响误差的因素：
①二次负荷阻抗的大小； ②铁心的材料与结构； ③一次电流的大小以 及非周期分量的大小。
特例: ✓ 在短线路且运行方式变化很大的系统中，最小运行方式下
的保护范围很小甚至等于零。 ✓ 当速断保护应用于线路-变压器组时，其动作电流可按躲
过变压器低压母线短路整定，因而，其保护范围可保护线 路全长。
三、限时电流速断保护
（1）基本概念
用来快速切除本线路上瞬时速断保护范围以外故障的保护。 它是三段式电流保护的第 II 段。 它是电流保护的主保护，同时也能作为速断保护的后备。
三、限时电流速断保护
（6）限时电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
三、限时电流速断保护
（7）评价
优点： ★可保护本线路全长； ★可作为I段的近后备保护；
缺点： ★速动性差（有延时）；
四、定时限过电流保护
（1）基本概念 指按躲最大负荷电流来整定的保护。 它是三段式电流保护的第Ⅲ段。 可作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下
3.零序电流滤过器
4.负序电压滤过器
UA
UB
I1
UC I2
C1
R1
C2
R2
Umn
参数： R1 3XC1 XC2 3R2
结论： U&mn U&R1 U&C2 1.5 3U&A2e j30
5.负序电流滤过器
.
* LB
IA
wA
*
.
3I0
*
w1
w0
m
R
.
U mn
.
* DKB
IB
wB
*
*
w.
2 EM
100V/3.53V
100
3.53
1.5
非线性度
比差 （±%）
角差 （±分）
＜0.1
≤10
＜0.1
≤10
＜0.1
≤10
空载电流 工频耐 （mA） 压（V）
＜0.5 ＜0.5 ＜0.5
＞2500 ＞2500 ＞2500
三、 对称分量滤过器
1.对称分量
Fa1 Fa 2
Fa0
1 3
1 1 1
a a2 1
返回电流： Ire KrIeIlIIss.max KrIeIlIKssIL.max
可靠系数，大于1
四、定时限过电流保护
（3）整定计算
◆外部故障切除后电动机自起动时可靠返回
A
QF5 QF4
B
QF 3 QF 6
k1 C
QF2
D
D
D
QF1
动作电流：
I
III set
Ire Kre
KrIeIlI Kss IL.max Kre
I k .B.min
K sen
II
I set.1
要求 Ksen 1.3 ~ 1.5
三、限时电流速断保护
（5）灵敏度校验 当灵敏度不满足要求时，可与下一条线路的限
时电流速断保护配合。
IsIeIt.1 KrIeIl IsIeIt.2
t1II t2II t
式中： KrIeIl 1.1 ~ 1.2
1.电流互感器
(4) 极性
采用“减极性”原则标注极性。
L1、K1是同名端，一次电流从L1流入，则二次与之 同相的电流从K1流出。
1.电流互感器
(5) 使用中注意事项
①二次回路不允许开路； ②二次回路必须有且仅有一点接地； ③接入保护时须注意极性。
2.电压互感器
(1) 作用(略) (2) 工作原理 (3) 误差分析(略) (4) 使用注意事项(略)
一线路的远后备保护。
（2）基本要求 正常运行时不启动。 外部故障切除后能可靠返回。
四、定时限过电流保护
（3）整定计算 ◆大于流过该线路的最大负荷电流 IL.max
IsIeItI KrIeIIlIL.max
式中： KrIeIIl 1.15 ~ 1.25
四、定时限过电流保护
（3）整定计算
◆外部故障切除后电动机自起动时可靠返回
学习重点
➢继电器的动作电流、返回电流及返回系数。 ➢掌握三段式电流保护的配置、基本工作原
n
参数：
wB wC ,3w0 wA
nLB
w1 wA
R nLB
3KI
.
IC
wC
结论：
.
U mn
R 2
nLB
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四、继电器
继电器是一种能自动执行通断操作的部件。当输 入量达到一定数值时，能使其输出的被控制量（如触 点、电平）发生预计的状态变化，具有对被控制电路 实现“通”、“断”控制的作用。
因在保护发展过程中曾主要用有触点的继电器来 保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路 等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。
（2）两相短路
A
QF1
ZS
ZK
B
QF2
C
QF 3
I
(2) K
3 E 2 ZS ZK
3 2
I
(3) K
一、单侧电源网络相间短路时电流量值特征
IK
K
E ZS ZK
◆影响短路电流的大小的因素
（1）故障类型 （2）运行方式 （3）故障位置
K ZS (ZS.max , ZS.min ) ZK
一、单侧电源网络相间短路时电流量值特征
（2）基本要求
在任何情况下能够保护线路全长，且具有足够的灵敏度。 在下一级线路发生故障时，首先保证由下一级线路保护 切除故障。
三、限时电流速断保护
（3）整定计算 （整定值与相邻线路第Ⅰ段保护配合）
A
B
C
QF1
QF2
Ik
II set.1
I II set.1
II set.2
QF3
I K I II
II I
返回系数，小于1
四、定时限过电流保护
（4）动作时限的选择 （按阶梯原则选择）
A
QF5 QF4
B
QF 3
C
QF2
D
D
QF1
t t5III
t
QF 6
t 4III
t
t6III
t
III 3
t
t
III 2
t
l
四、定时限过电流保护
（5）灵敏性的校验
近后备校验：
A
B
C
QF1
QF2
QF3
采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的