继电保护-21电流
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 两相短路： I k k Z Z Z Z s k s k 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
Id.B.m in K 1 .3 ～ 1 .5 s e n Is e t.3 Id.C.min Ksen 1.2 .3 Iset
K sen.1 > K sen.2 > K sen.3
35
（4）原理接线
同限时电流速断保护，但时间继电器的时间整定值不 同。
（5）评价 简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。 故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故 障的时间越长。即为了保证选择性，动作时限一般较长。 是一种后备保护。 保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路 全长，甚至更远。
3
K1
通用计算表达式： E Ik K Zs Zk
1 K 3 2
， 三相短路
，两相wk.baidu.com间短路
在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路 电流Ik 仅与系统等值阻抗Zs 有关。
4
K1
E Ik K Z Z s k
在某一地点发生三相短路时，流过保护安装处的 电流为最大，与此对应的系统运行方式，称为 系统最大运行方式。
Ik
I k. m ax
II I op 1
II l op 1
M
I I op 2
l
21
（3）动作时限（保证选择性）
t 1 ″ = t 2 ′+ △t （△t＝0.3～0.5s ）
t
I t op 1
II t op 1
I t op
2
II t op 2
l
22
△t考虑的因素：
1）断路器动作时间+灭弧时间； 2）时间继电器的延时误差； 3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的 返回延时； 4）裕度。 通常取0.5s。 采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s。 （考试或交流中，可以仅说：0.5秒延时）
''' 2 ''' 3
''' 1
''' 33
t
32
在电流Ⅰ、Ⅱ段以及断路器都可以正常工作
情况下，电流Ⅲ段的电流继电器仅仅启动（电
流定值较小），但是，延时较长，所以，不发
跳闸命令（由电流Ⅰ段或Ⅱ段切除短路，电流 Ⅲ段随即返回）；在电流Ⅰ、Ⅱ段或断路器拒 动时，电流Ⅲ段的延时才能够“走到头”，此时 才发跳闸命令，故称为“后备保护”。
13
保护范围：大于动作电流（整定值）的短路电流所 对应的保护区域。 保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化。
Ik
N
I k. m ax最大运行方式
M
(2) Ik . min
最小运行方式
I op 1
lmin
I kB. m ax
lmax
l
14
短路电流变化曲线
考虑最不利的情况（短路电流最小） 用最小保护范围来校验电流Ι段的灵敏性
33
Ⅲ段的后备作用： 1）近后备——同一地点电流Ⅰ、Ⅱ段拒动的后备 2）远后备——下一个变电站的保护和断路器拒动
的后备（防止短路点不切除）
顺便提及：实际上，还有一种叫做“断路器失灵保护”。
34
（3）灵敏性校验
A3
B 2
C 1
k1
最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。 近后备： 远后备：
灵敏系数相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应当越高
I K I Ire ss . max ss L . max
要求：保护（如3/4/5）在自启动电流情况下必须可靠返回。
' ' ' ' ' ' I K I K K I re rel ss . max rel ss L . max
29
' ' ' I I K I ' ' ' re re K rel ss L . max K I re set I K K set re re
电流Ⅰ段整定方法（或称为原则）归纳为： 躲过线路末端出现的最大短路电流！
10
可靠系数
的考虑因素 Krel
主要考虑了各种影响因素的相对误差： 1）系统和线路参数的误差； 2）计算误差； 3）互感器传变误差； 4）继电器测量误差； 5）电动势波动； 6）裕度。 一般取为1.2～1.3
11
根据参数计算出来的继电器电流整定值（动作值）： I K I s e t . 1 r e l k . B . m a x
线路末端的最大短路电流
可靠系数
一次整定值
二次整定值：
.1 I op
.1 I set nTA
动作
0
Ire
Iop
12
动作时限：
t =0 (s) --> 瞬时动作（理想情况） 实际上，都需要一定的测量时间， 称为固有动作时间。
灵敏性校验： 用线路被保护范围大小来衡量。 （能保护线路的多长？）
' s e t .1
lmin
1 3 E Z S .max I z1 2 I set .1
15
归纳： 电流Ι段整定——躲过线路末端最大的短路电流。 电流Ι段校验——按照最小的短路电流。 无延时——瞬时动作。
16
（3）电流Ι段单相原理接线图
当比较环节有输出时，与门有输出，发出跳闸命令的同时， 启动信号回路的信号继电器KS.
36
4、阶段式电流保护的配合及应用
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅲ Ⅰ Ⅲ
t4
t4
t3
t4
t3
t2
t3 t2 t 1
37
阶段式电流保护的单相原理接线
阶段式电流保护简单、可靠，在 35KV及以 下低压配电网络中得到广泛应用。主要缺点： 受电网接线及系统运行方式变化的影响较大。
23
（4）灵敏性校验
保 护 范 围 内 金 属 性 短 路 故 障 参 数 的 计 算 值 K s e n 保 护 装 置 的 动 作 参 数 I K . B . m i n K ( 1 . 3 1 . 5 ) s e n I s e t . 1
（最小运行方式、两相相间短路） 若不满足,再考虑与保护2的电流Ⅱ段相配合。
要求：应能保护线路全长。 被保护线路末端短路有灵敏度，必然保护 区要延伸到相邻线路、或相邻元件的一部分。 为满足选择性要求，保护动作带有一定 的时限。
图形符号
I ＞
20 （保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性）
（2）整定电流
假设M为保护2的电流速断保护的保护范围末端，则
I I I K I ( K 1 . 1 ~ 1 . 2 ) s e t . 1 s e t . 2 s e t . 1 r e l s e t . 2 r e l
按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。
d1 d2
但是，无法区分d1点与d2点短路（电流大小几乎 一样）,因此，保护1的电流速断保护按躲过相邻下一 条线路(d2)出口处短路时可能出现的最大短路电流 8 来进行整定。
d1 d2
问题1：为什么需要躲过最大短路电流？
－> 考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各种 情况下都能够有选择性。 问题2：什么情况下会出现最大短路电流？
K ''' 1.15 ～1.25 K r er le－可靠系数， l KK r e －返回系数，0.85 re K K SS SS －大于1,自启动系数，与负荷性质与接线
有关，
30
（2） 动作时限
5 A 4 B 3 C 2
k2
D 1
k1
t
t4
t3
t2
t 1
L
按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：
39
反时限过电流保护的时间配合关系
4 3 2 1
t
'''
4
3
2
构成一个比较自然的时间配合，最长的 时间不至于太长。
L
40
三、电流保护的接线方式
· 电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式 · 两种：三相星形接线与两相星形接线
（a）三相星形接线方式；
① 每相上均装有TA和KA、Y形接线 ② KA的触点并联（或）
根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配 置和整定计算。 6
三段式电流保护
包括：
1、电流速断保护（电流Ⅰ段）；
2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）；
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）。
7
1. 电流速断保护（电流Ⅰ段）
（1）工作原理：反应于短路电流的幅值增大而瞬时动
作的电流保护（电流大于某个数值时，立即动作）。
26
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
实现对下级线路的远后备，同时作为本级线路的近 后备。也作为过负荷时的保护。 整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流 (故障切除后，应当可靠返回)。
动作状态
动作
0
Ire
Iop
IJ
最大的 负荷电流
一般情况下， Ⅰ 段 和Ⅱ段的电流定值 都较大一些，所以， 基本上存在： Ire＞IL.max 可以可靠返回
－> 系统最大运行方式，发生三相短路。 E E I I K k.B .m a x k Zs.m Z Z in Z k s k
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：
2号断路器处的保护整定：
38
5、反时限过电流保护（了解）
0.14 t P
0.02
t
Im 1 I OP 标准反时限
反时限电流保护：也是一种过电流保护，其动作时限与电
流的大小有关。电流越小，动作时限越长；电流越大，动作 时限越短。在一定程度上具有阶段式电流保护的功能，可同 时满足速动性和选择性要求。 避免时间太长！
24
（5）电流Ⅱ段的原理接线
限时电流速断保护的单相原理接线图
25
（6）评价
优点：灵敏度好，能保护线路全长。 缺点：带 0.3 ～ 1秒延时，速动性差一些； 不能做下一级线路的远后备 电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线范围内的 故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快 速切除故障的要求，作为“主保护”。
I I I K I s e t . 1 k . B . m a x s e t . 1 r e l k . B . m a x
I I K I ( K 1 . 2 ~ 1 . 3 ) s e t . 2. k C . m a x I s e t . 2 r e lk . C . m a x r e l
17
（4）优缺点 优点: 简单可靠,动作迅速。 缺点: 1)不能保护本线路全长； 2)受系统运行方式的影响大； 3)可能没有保护范围：运行方式 变化较大、短线路。 4)当线路与变压器相连接时，可以 保护线路的全长，并能够保护变 压器的一部分
18
特殊
短线路
线路全长
19
2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）
（b）两相星形接线方式
27
IL.max
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
（1）整定电流（启动电流） ·本线路上可能出现的最大负荷电流 ·外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回
5 A 4 B 3 C 2 d D 1
M
M
M
28
5
A 4
B 3
C 2
d
D 1
M
M
M
外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个 自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流。
tn t 1 t n
31
对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：
4 3 32 42 33 2 22 23 1
t t t ''' ''' ''' t max t 2 , t 22 , t 23 t
t max t , t , t
''' 4 ''' 3 ''' 32
I Z k . m a x s Z s . m i n
在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装 处的电流为最小，与此对应的系统运行方式，称为 系统最小运行方式。 I Z k . m i n s Z s . m a x
5
短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电 流变化曲线。 E I K k Z Z s k
L m i n K 100 % ( 15 20 % ) sen L AB
最小保护范围——对应于系统最小运行方式、发 生两相相间短路的情况。 ·图解法
· 解析法
I E 3 I I K . m i n 2 Z z l s . m a x 1 m i n
( 2 ) K
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 两相短路： I k k Z Z Z Z s k s k 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
Id.B.m in K 1 .3 ～ 1 .5 s e n Is e t.3 Id.C.min Ksen 1.2 .3 Iset
K sen.1 > K sen.2 > K sen.3
35
（4）原理接线
同限时电流速断保护，但时间继电器的时间整定值不 同。
（5）评价 简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。 故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护切除故 障的时间越长。即为了保证选择性，动作时限一般较长。 是一种后备保护。 保护范围不仅包括本线路全长，也包括相邻下一线路 全长，甚至更远。
3
K1
通用计算表达式： E Ik K Zs Zk
1 K 3 2
， 三相短路
，两相wk.baidu.com间短路
在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路 电流Ik 仅与系统等值阻抗Zs 有关。
4
K1
E Ik K Z Z s k
在某一地点发生三相短路时，流过保护安装处的 电流为最大，与此对应的系统运行方式，称为 系统最大运行方式。
Ik
I k. m ax
II I op 1
II l op 1
M
I I op 2
l
21
（3）动作时限（保证选择性）
t 1 ″ = t 2 ′+ △t （△t＝0.3～0.5s ）
t
I t op 1
II t op 1
I t op
2
II t op 2
l
22
△t考虑的因素：
1）断路器动作时间+灭弧时间； 2）时间继电器的延时误差； 3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的 返回延时； 4）裕度。 通常取0.5s。 采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s。 （考试或交流中，可以仅说：0.5秒延时）
''' 2 ''' 3
''' 1
''' 33
t
32
在电流Ⅰ、Ⅱ段以及断路器都可以正常工作
情况下，电流Ⅲ段的电流继电器仅仅启动（电
流定值较小），但是，延时较长，所以，不发
跳闸命令（由电流Ⅰ段或Ⅱ段切除短路，电流 Ⅲ段随即返回）；在电流Ⅰ、Ⅱ段或断路器拒 动时，电流Ⅲ段的延时才能够“走到头”，此时 才发跳闸命令，故称为“后备保护”。
13
保护范围：大于动作电流（整定值）的短路电流所 对应的保护区域。 保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化。
Ik
N
I k. m ax最大运行方式
M
(2) Ik . min
最小运行方式
I op 1
lmin
I kB. m ax
lmax
l
14
短路电流变化曲线
考虑最不利的情况（短路电流最小） 用最小保护范围来校验电流Ι段的灵敏性
33
Ⅲ段的后备作用： 1）近后备——同一地点电流Ⅰ、Ⅱ段拒动的后备 2）远后备——下一个变电站的保护和断路器拒动
的后备（防止短路点不切除）
顺便提及：实际上，还有一种叫做“断路器失灵保护”。
34
（3）灵敏性校验
A3
B 2
C 1
k1
最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两相短路。 近后备： 远后备：
灵敏系数相互配合：越靠近故障点保护灵敏度应当越高
I K I Ire ss . max ss L . max
要求：保护（如3/4/5）在自启动电流情况下必须可靠返回。
' ' ' ' ' ' I K I K K I re rel ss . max rel ss L . max
29
' ' ' I I K I ' ' ' re re K rel ss L . max K I re set I K K set re re
电流Ⅰ段整定方法（或称为原则）归纳为： 躲过线路末端出现的最大短路电流！
10
可靠系数
的考虑因素 Krel
主要考虑了各种影响因素的相对误差： 1）系统和线路参数的误差； 2）计算误差； 3）互感器传变误差； 4）继电器测量误差； 5）电动势波动； 6）裕度。 一般取为1.2～1.3
11
根据参数计算出来的继电器电流整定值（动作值）： I K I s e t . 1 r e l k . B . m a x
线路末端的最大短路电流
可靠系数
一次整定值
二次整定值：
.1 I op
.1 I set nTA
动作
0
Ire
Iop
12
动作时限：
t =0 (s) --> 瞬时动作（理想情况） 实际上，都需要一定的测量时间， 称为固有动作时间。
灵敏性校验： 用线路被保护范围大小来衡量。 （能保护线路的多长？）
' s e t .1
lmin
1 3 E Z S .max I z1 2 I set .1
15
归纳： 电流Ι段整定——躲过线路末端最大的短路电流。 电流Ι段校验——按照最小的短路电流。 无延时——瞬时动作。
16
（3）电流Ι段单相原理接线图
当比较环节有输出时，与门有输出，发出跳闸命令的同时， 启动信号回路的信号继电器KS.
36
4、阶段式电流保护的配合及应用
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Ⅲ Ⅰ Ⅲ
t4
t4
t3
t4
t3
t2
t3 t2 t 1
37
阶段式电流保护的单相原理接线
阶段式电流保护简单、可靠，在 35KV及以 下低压配电网络中得到广泛应用。主要缺点： 受电网接线及系统运行方式变化的影响较大。
23
（4）灵敏性校验
保 护 范 围 内 金 属 性 短 路 故 障 参 数 的 计 算 值 K s e n 保 护 装 置 的 动 作 参 数 I K . B . m i n K ( 1 . 3 1 . 5 ) s e n I s e t . 1
（最小运行方式、两相相间短路） 若不满足,再考虑与保护2的电流Ⅱ段相配合。
要求：应能保护线路全长。 被保护线路末端短路有灵敏度，必然保护 区要延伸到相邻线路、或相邻元件的一部分。 为满足选择性要求，保护动作带有一定 的时限。
图形符号
I ＞
20 （保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性）
（2）整定电流
假设M为保护2的电流速断保护的保护范围末端，则
I I I K I ( K 1 . 1 ~ 1 . 2 ) s e t . 1 s e t . 2 s e t . 1 r e l s e t . 2 r e l
按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。
d1 d2
但是，无法区分d1点与d2点短路（电流大小几乎 一样）,因此，保护1的电流速断保护按躲过相邻下一 条线路(d2)出口处短路时可能出现的最大短路电流 8 来进行整定。
d1 d2
问题1：为什么需要躲过最大短路电流？
－> 考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各种 情况下都能够有选择性。 问题2：什么情况下会出现最大短路电流？
K ''' 1.15 ～1.25 K r er le－可靠系数， l KK r e －返回系数，0.85 re K K SS SS －大于1,自启动系数，与负荷性质与接线
有关，
30
（2） 动作时限
5 A 4 B 3 C 2
k2
D 1
k1
t
t4
t3
t2
t 1
L
按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：
39
反时限过电流保护的时间配合关系
4 3 2 1
t
'''
4
3
2
构成一个比较自然的时间配合，最长的 时间不至于太长。
L
40
三、电流保护的接线方式
· 电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式 · 两种：三相星形接线与两相星形接线
（a）三相星形接线方式；
① 每相上均装有TA和KA、Y形接线 ② KA的触点并联（或）
根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配 置和整定计算。 6
三段式电流保护
包括：
1、电流速断保护（电流Ⅰ段）；
2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）；
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）。
7
1. 电流速断保护（电流Ⅰ段）
（1）工作原理：反应于短路电流的幅值增大而瞬时动
作的电流保护（电流大于某个数值时，立即动作）。
26
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
实现对下级线路的远后备，同时作为本级线路的近 后备。也作为过负荷时的保护。 整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流 (故障切除后，应当可靠返回)。
动作状态
动作
0
Ire
Iop
IJ
最大的 负荷电流
一般情况下， Ⅰ 段 和Ⅱ段的电流定值 都较大一些，所以， 基本上存在： Ire＞IL.max 可以可靠返回
－> 系统最大运行方式，发生三相短路。 E E I I K k.B .m a x k Zs.m Z Z in Z k s k
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：
2号断路器处的保护整定：
38
5、反时限过电流保护（了解）
0.14 t P
0.02
t
Im 1 I OP 标准反时限
反时限电流保护：也是一种过电流保护，其动作时限与电
流的大小有关。电流越小，动作时限越长；电流越大，动作 时限越短。在一定程度上具有阶段式电流保护的功能，可同 时满足速动性和选择性要求。 避免时间太长！
24
（5）电流Ⅱ段的原理接线
限时电流速断保护的单相原理接线图
25
（6）评价
优点：灵敏度好，能保护线路全长。 缺点：带 0.3 ～ 1秒延时，速动性差一些； 不能做下一级线路的远后备 电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线范围内的 故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快 速切除故障的要求，作为“主保护”。
I I I K I s e t . 1 k . B . m a x s e t . 1 r e l k . B . m a x
I I K I ( K 1 . 2 ~ 1 . 3 ) s e t . 2. k C . m a x I s e t . 2 r e lk . C . m a x r e l
17
（4）优缺点 优点: 简单可靠,动作迅速。 缺点: 1)不能保护本线路全长； 2)受系统运行方式的影响大； 3)可能没有保护范围：运行方式 变化较大、短线路。 4)当线路与变压器相连接时，可以 保护线路的全长，并能够保护变 压器的一部分
18
特殊
短线路
线路全长
19
2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）
（b）两相星形接线方式
27
IL.max
3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）
（1）整定电流（启动电流） ·本线路上可能出现的最大负荷电流 ·外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回
5 A 4 B 3 C 2 d D 1
M
M
M
28
5
A 4
B 3
C 2
d
D 1
M
M
M
外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个 自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流。
tn t 1 t n
31
对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：
4 3 32 42 33 2 22 23 1
t t t ''' ''' ''' t max t 2 , t 22 , t 23 t
t max t , t , t
''' 4 ''' 3 ''' 32
I Z k . m a x s Z s . m i n
在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装 处的电流为最小，与此对应的系统运行方式，称为 系统最小运行方式。 I Z k . m i n s Z s . m a x
5
短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电 流变化曲线。 E I K k Z Z s k
L m i n K 100 % ( 15 20 % ) sen L AB
最小保护范围——对应于系统最小运行方式、发 生两相相间短路的情况。 ·图解法
· 解析法
I E 3 I I K . m i n 2 Z z l s . m a x 1 m i n
( 2 ) K