理學(xué)電網(wǎng)的電流保護(hù)

1、 電網(wǎng)中的輸電線路發(fā)生短路時(shí)，電流 突然增大，電壓降低，利用電流突然增大 使保護(hù)動(dòng)作斷路器跳閘而構(gòu)成的保護(hù)裝置 稱為電流保護(hù)。電流保護(hù)在35kV及以下輸 電線路中被廣泛采用。 第一節(jié)第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保 護(hù)護(hù) 一、電磁型電流繼電器及其繼電特性一、電磁型電流繼電器及其繼電特性 二、電流速斷保護(hù)（二、電流速斷保護(hù)（段）段） 三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（段）段） 四、定時(shí)限過電流保護(hù)（四、定時(shí)限過電流保護(hù)（段）段） 五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及對(duì)它的評(píng)價(jià)五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及對(duì)它的評(píng)價(jià) 六、反時(shí)限過電流保護(hù)六、反時(shí)限過電流保護(hù) 七、電流保

2、護(hù)接線方式七、電流保護(hù)接線方式 八、三段式電流保護(hù)的接線圖舉例八、三段式電流保護(hù)的接線圖舉例 電流繼電器是實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元電流繼電器是實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元 件，也是反應(yīng)于一個(gè)電氣量而動(dòng)作的簡單件，也是反應(yīng)于一個(gè)電氣量而動(dòng)作的簡單 繼電器的典型，因此本節(jié)通過對(duì)它的分析繼電器的典型，因此本節(jié)通過對(duì)它的分析 來說明一般繼電器的工作原理和主要特性。來說明一般繼電器的工作原理和主要特性。 一、電磁型電流繼電器及其繼電特性一、電磁型電流繼電器及其繼電特性 電磁型電流繼電器的工 作原理可用圖2-1（）說 明，當(dāng)繼電器線圈通入電 流 ，在磁路中產(chǎn)生與電流 成正比的磁通 ，磁通經(jīng)鐵 芯2、空氣隙3和可動(dòng)銜鐵

3、4 形成回路，磁化后的銜鐵與 鐵芯的磁極產(chǎn)生電磁吸力， 企圖吸引銜鐵向左轉(zhuǎn)動(dòng)，銜 鐵上裝有繼電器的可動(dòng)觸點(diǎn) 5，當(dāng)電流增大，電磁吸力 足夠大時(shí)，即可吸動(dòng)銜鐵并 使觸點(diǎn)6接通，稱為繼電器 “動(dòng)作”。 圖2-1 （a）電磁型電流繼電器的原理 結(jié)構(gòu)圖 1線圈；2鐵芯；3空氣隙； 4可動(dòng)銜鐵；5可動(dòng)觸點(diǎn)；6 固定觸點(diǎn)；7彈簧；8止檔 k I 電磁吸力與 成正比。如果假定磁路的磁阻全部集中在空 氣隙中，設(shè) 表示氣隙的長度，則磁通 就與 成正比而與 成 反比，這樣，由電磁吸力作用在銜鐵上的電磁轉(zhuǎn)矩 可表示為 （2-1） 式中 比例常數(shù)； 鐵芯與可動(dòng)銜鐵之間的空氣隙長度。 正常情況下，線圈中流入負(fù)荷電流，為

4、保證繼電器不動(dòng)作， 可動(dòng)銜鐵受彈簧7反作用力的控制而保持在原始位置，此時(shí)彈簧 產(chǎn)生的力矩 稱為初拉力矩，對(duì)應(yīng)此時(shí)的空氣隙長度為 。由 于彈簧的張力與其伸長成正比，因此，當(dāng)銜鐵向左移動(dòng)而使 減 小，例如 由減小到 ，由彈簧所產(chǎn)生的反抗力矩即可表示為 （2-2） 式中 比例常數(shù)。 此外，在銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，還必須克服由摩擦力所產(chǎn)生的 摩擦轉(zhuǎn)矩 ，其值可認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，不隨 的改變而變化。 因此，阻礙繼電器動(dòng)作的全部機(jī)械反抗轉(zhuǎn)矩就是 。 2 2 12 2 k e I MKK 1312 () ss MMK sf MM 2 k I 12 KK、 3 K e M 1s M 1 1 2 f M 為使繼電器動(dòng)

5、作并閉合其觸點(diǎn)，就必須增大電流 ，以增大電 磁轉(zhuǎn)矩 ，繼電器能夠動(dòng)作的條件是 （2-3） 滿足這個(gè)條件的，能使繼電器動(dòng)作的最小電流值，稱為繼電器 的動(dòng)作電流（習(xí)慣上又稱為啟動(dòng)電流），以 表示，對(duì)應(yīng)此時(shí)的 電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)（2-1）式可表示為 （2-4） esf MMM 2 2 2 k act act I MK actk I . k I e M 在繼電器動(dòng)作之后，為使它重新返回原位， 就必須減小電流以減小電磁轉(zhuǎn)矩，然后由彈簧的 反作用力把可動(dòng)銜鐵拉回來。在這個(gè)過程中，摩 擦力又起著阻礙返回的作用，因此繼電器能夠返 回的條件是 （2-5） 對(duì)應(yīng)這一電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼電器返回原位的 最大電流值稱為繼電器

6、的返回電流，以 表示， 對(duì)應(yīng)于此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 （2-6） esf MMM 2 2 2 K re re I MK k re I 圖2-1（b）表示了當(dāng)可動(dòng)銜鐵 由起始位置（氣隙為 ）轉(zhuǎn)動(dòng) 到終端位置（氣隙為 ）時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械反抗轉(zhuǎn)矩與可 動(dòng)銜鐵行程行程的關(guān)系曲線。 當(dāng) 不變時(shí)，隨著 的減 小， 與其平方倍成反比增 加，按曲線9變化，而機(jī)械反 抗轉(zhuǎn)矩則按線性關(guān)系增加，如 直線10所示，因此在行程末端 將出現(xiàn)一個(gè)剩余轉(zhuǎn)矩 ，它 有利于保證繼電器觸點(diǎn)的可靠 接觸。 圖2-1 電磁型電流繼電器的轉(zhuǎn)矩曲線 9啟動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩曲線；10啟動(dòng) 時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩曲線；11返回 時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩曲線；12返回 時(shí)的

7、電磁轉(zhuǎn)矩曲線 1 2 actk I . act M r M 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，繼電器根本時(shí)，繼電器根本 不動(dòng)作不動(dòng)作 ; 當(dāng)當(dāng) 時(shí)繼電器能夠時(shí)繼電器能夠 突然迅速的動(dòng)作，閉合其突然迅速的動(dòng)作，閉合其 觸點(diǎn)；在繼電器動(dòng)作以后，觸點(diǎn)；在繼電器動(dòng)作以后， 只當(dāng)電流減小到只當(dāng)電流減小到 ， 繼電器才能立即突然地返繼電器才能立即突然地返 回原位，觸點(diǎn)重新打開?；卦唬|點(diǎn)重新打開。 無論啟動(dòng)和返回，繼電器無論啟動(dòng)和返回，繼電器 的動(dòng)作都是明確干脆的，的動(dòng)作都是明確干脆的， 不可能停留在某一個(gè)中間不可能停留在某一個(gè)中間 位置，這種特性稱為位置，這種特性稱為“繼繼 電特性電特性”。 繼電特性曲線繼電特性曲線 圖2-

8、2繼電特性曲線 kk act II kk act II kk re II 圖圖2-2 中中 表示繼電器動(dòng)作時(shí)固定觸點(diǎn)表示繼電器動(dòng)作時(shí)固定觸點(diǎn)6兩兩 端的電壓，端的電壓， 表示繼電器返回時(shí)固定觸點(diǎn)表示繼電器返回時(shí)固定觸點(diǎn)6兩端兩端 的電壓。的電壓。 返回電流與啟動(dòng)電流的比值稱為繼電器的返回電流與啟動(dòng)電流的比值稱為繼電器的返返 回系數(shù)回系數(shù)，可表示為可表示為 （2-7） K re re K act I K I 1 U 0 U 由于在行程末端存在剩余轉(zhuǎn)矩以及摩擦轉(zhuǎn)矩的影響，電磁型過電流繼電 器（以及一切過量動(dòng)作的繼電器）的返回系數(shù)恒小于1，在實(shí)際應(yīng)用中，常 常要求過電流繼電器有較高的返回系數(shù)，如0.

9、850.9。提高返回系數(shù)的方 法是采用堅(jiān)硬的軸承，以減小摩擦轉(zhuǎn)矩和改善磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，適當(dāng)減小剩 余轉(zhuǎn)矩。繼電器啟動(dòng)電流的調(diào)整方法為改變線圈的匝數(shù)和彈簧的張力。 圖2-3示出電網(wǎng)中實(shí)際使用了半個(gè)世紀(jì)的電磁型電流繼電器（即轉(zhuǎn)動(dòng)舌 片式電流繼電器）的結(jié)構(gòu)，這種繼電器用Z型旋轉(zhuǎn)舌片代替了可動(dòng)銜鐵，剩 余轉(zhuǎn)矩較小，返回系數(shù)較高。 圖2-3 轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式電流繼電器 1電磁鐵；2Z型旋轉(zhuǎn)舌片；3線圈；4觸點(diǎn)；5反作用彈簧；6止 檔 二、電流速斷保護(hù)（二、電流速斷保護(hù)（段）段） 為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和對(duì)重要用戶的供電可靠，在保證為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和對(duì)重要用戶的供電可靠，在保證 選擇性的前提條件下，保護(hù)裝置動(dòng)作切除故

10、障的時(shí)間原則選擇性的前提條件下，保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障的時(shí)間原則 上越快越好，因此各種電氣元件上應(yīng)力求裝設(shè)快速動(dòng)作的上越快越好，因此各種電氣元件上應(yīng)力求裝設(shè)快速動(dòng)作的 繼電保護(hù)。繼電保護(hù)。 對(duì)于僅反應(yīng)電流幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作切除故障的電流對(duì)于僅反應(yīng)電流幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作切除故障的電流 保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。以圖保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。以圖2-4（）所示的單側(cè)電（）所示的單側(cè)電 源網(wǎng)絡(luò)接線為例，假定在每條線路始端均裝有電流速斷保源網(wǎng)絡(luò)接線為例，假定在每條線路始端均裝有電流速斷保 護(hù)，當(dāng)線路護(hù)，當(dāng)線路A-B上發(fā)生故障時(shí)，希望保護(hù)上發(fā)生故障時(shí)，希望保護(hù)2能瞬時(shí)動(dòng)作，能瞬時(shí)動(dòng)作， 而當(dāng)線路而當(dāng)線路B-C

11、上故障時(shí)，希望保護(hù)上故障時(shí)，希望保護(hù)1能瞬時(shí)動(dòng)作，它們的能瞬時(shí)動(dòng)作，它們的 保護(hù)范圍最好能達(dá)到本線路全長的保護(hù)范圍最好能達(dá)到本線路全長的100。但是這種愿望。但是這種愿望 能否實(shí)現(xiàn)，需要具體分析。能否實(shí)現(xiàn)，需要具體分析。 圖2-4電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性的分析 （a）網(wǎng)絡(luò)接線圖；（b）網(wǎng)絡(luò)阻抗圖；（c）動(dòng)作情況 圖2-4電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性的分析 （a）網(wǎng)絡(luò)接線圖；（b）網(wǎng)絡(luò)阻抗圖； （c）動(dòng)作情況 以保護(hù)以保護(hù)2為例，當(dāng)為例，當(dāng)A-B線線 路末端路末端 點(diǎn)短路時(shí)，希望點(diǎn)短路時(shí)，希望 速斷保護(hù)速斷保護(hù)2能夠瞬時(shí)動(dòng)作能夠瞬時(shí)動(dòng)作 切除故障，而當(dāng)相鄰線路切除故障，而當(dāng)相鄰線路 B-C的始端（習(xí)慣上又稱

12、的始端（習(xí)慣上又稱 為出口處）為出口處） 點(diǎn)短路時(shí)，點(diǎn)短路時(shí)， 按照選擇性的要求，速斷按照選擇性的要求，速斷 保護(hù)保護(hù)2就不應(yīng)該動(dòng)作，而就不應(yīng)該動(dòng)作，而 應(yīng)由速斷保護(hù)應(yīng)由速斷保護(hù)1切除故障。切除故障。 但是實(shí)際上，但是實(shí)際上， 點(diǎn)和點(diǎn)和 點(diǎn)點(diǎn) 短路時(shí)，從保護(hù)短路時(shí)，從保護(hù)2安裝處安裝處 流過的短路電流的數(shù)值幾流過的短路電流的數(shù)值幾 乎是一樣的。因此，希望乎是一樣的。因此，希望 點(diǎn)短路時(shí)速斷保護(hù)點(diǎn)短路時(shí)速斷保護(hù)2能動(dòng)能動(dòng) 作，而作，而 點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)2 又不動(dòng)作的要求不可能同又不動(dòng)作的要求不可能同 時(shí)得到滿足。時(shí)得到滿足。 1 k 2 k 2 k 1 k 1 k 2 k 為了解決這個(gè)矛

13、盾，通常的方法是優(yōu)先保證動(dòng)為了解決這個(gè)矛盾，通常的方法是優(yōu)先保證動(dòng) 作的選擇性，即從保護(hù)裝置啟動(dòng)參數(shù)的整定上保作的選擇性，即從保護(hù)裝置啟動(dòng)參數(shù)的整定上保 證下一條線路出口處短路時(shí)不啟動(dòng)，在繼電保護(hù)證下一條線路出口處短路時(shí)不啟動(dòng)，在繼電保護(hù) 技術(shù)中，這又稱為按躲開下一條線路出口處短路技術(shù)中，這又稱為按躲開下一條線路出口處短路 的條件整定。的條件整定。 對(duì)反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)而言，對(duì)反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)而言， 能使該保護(hù)裝置啟動(dòng)的最小電流值稱為保護(hù)裝置能使該保護(hù)裝置啟動(dòng)的最小電流值稱為保護(hù)裝置 的啟動(dòng)電流，以的啟動(dòng)電流，以 表示，顯然必須當(dāng)實(shí)際的短路表示，顯然必須當(dāng)實(shí)際

14、的短路 電流電流 時(shí)，保護(hù)裝置才能啟動(dòng)。保護(hù)裝置的時(shí)，保護(hù)裝置才能啟動(dòng)。保護(hù)裝置的 整定值整定值 是利用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表示的，是利用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表示的， 所代表的所代表的意義意義是：當(dāng)在被保護(hù)線路的一次側(cè)電流是：當(dāng)在被保護(hù)線路的一次側(cè)電流 達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)，安裝在該處的這套保護(hù)裝置就達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)，安裝在該處的這套保護(hù)裝置就 能夠啟動(dòng)。能夠啟動(dòng)。 act I actk II act I 對(duì)于圖對(duì)于圖24（a）所示的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)，）所示的單側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)， 正常運(yùn)行下，各條線路中流過負(fù)荷電流，越靠近正常運(yùn)行下，各條線路中流過負(fù)荷電流，越靠近 電源側(cè)的線路流過的電流越大。負(fù)荷電流與

15、供電電源側(cè)的線路流過的電流越大。負(fù)荷電流與供電 電壓之間的相位角一般小于電壓之間的相位角一般小于 。 30 由由電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析可知，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)中可知，當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)中 任意點(diǎn)發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)與電源任意點(diǎn)發(fā)生三相和兩相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)與電源 間線路中的短路電流包括短路工頻周期分量、暫態(tài)間線路中的短路電流包括短路工頻周期分量、暫態(tài) 高頻分量和非周期分量。高頻分量和非周期分量。 由于暫態(tài)高頻分量所占比由于暫態(tài)高頻分量所占比 例較小，非周期分量衰減較快，短路電流計(jì)算只計(jì)例較小，非周期分量衰減較快，短路電流計(jì)算只計(jì) 及工頻周期分量，其近似算式為及工頻周期分量，其近似算式為

16、 （2-8） 式中式中 系統(tǒng)等效電源的相電勢；系統(tǒng)等效電源的相電勢； 保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗； 保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的阻抗；保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的阻抗； 短路類型系數(shù)，三相短路取短路類型系數(shù)，三相短路取1，兩相短路，兩相短路 取取 。 kk k Sk K EK E I ZZZ E S Z k Z k K 2 3 在一定的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，在一定的系統(tǒng)運(yùn)行方式下， 和和 等于常數(shù)，等于常數(shù)， 的大小如圖的大小如圖2-4（b）所示，當(dāng)）所示，當(dāng) 、 短路短路 時(shí)，時(shí)， ；當(dāng)；當(dāng) 、 短路時(shí)，短路時(shí)， 。 此此 時(shí)時(shí) 將隨將隨 的增大而減小，因此可以

17、經(jīng)計(jì)算后的增大而減小，因此可以經(jīng)計(jì)算后 繪出繪出 的變化曲線，如圖的變化曲線，如圖2-4（c）所示。）所示。 klABlBC ZZZ ( ) k If l E S Z k Z 1 k 2 k klAB ZZ 4 k 3 k k I k Z 當(dāng)電源開機(jī)方式、保護(hù)安裝處到電源之間電當(dāng)電源開機(jī)方式、保護(hù)安裝處到電源之間電 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，稱為運(yùn)行方式變化。網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，稱為運(yùn)行方式變化。 隨隨 運(yùn)行方式變化而變化。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及短路類運(yùn)行方式變化而變化。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及短路類 型改變時(shí)，型改變時(shí)， 都將隨之變化。對(duì)每一套保護(hù)裝置都將隨之變化。對(duì)每一套保護(hù)裝置 來講，通過該保護(hù)裝置的短路電

18、流為最大的方式來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式 稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，而短路電流為最小的方稱為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，而短路電流為最小的方 式則稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式。對(duì)不同安裝地點(diǎn)的式則稱為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式。對(duì)不同安裝地點(diǎn)的 保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的實(shí)際情況選取其最保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的實(shí)際情況選取其最 大和最小運(yùn)行方式。大和最小運(yùn)行方式。 在最大運(yùn)行方式三相短路時(shí)在最大運(yùn)行方式三相短路時(shí) ， ，通，通 過保護(hù)裝置的短路電流為最大，而在最小方式下過保護(hù)裝置的短路電流為最大，而在最小方式下 兩相短路時(shí)，兩相短路時(shí)， ， ，短路電流為最小。，短路電流為最小。 這兩種情況下，短路電流的變化

19、如圖這兩種情況下，短路電流的變化如圖2-4（c）中）中 的曲線的曲線和和所示。所示。 S Z k I min. SS ZZ 1 k K max.SS ZZ 3 2 k K 整定計(jì)算原則整定計(jì)算原則 保護(hù)保護(hù)1整定計(jì)算原則整定計(jì)算原則 為了保證電流速斷保護(hù)動(dòng)作的選擇性，對(duì)保為了保證電流速斷保護(hù)動(dòng)作的選擇性，對(duì)保 護(hù)護(hù)1來講，其啟動(dòng)電流來講，其啟動(dòng)電流 必須整定得大于必須整定得大于 點(diǎn)短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大短路電流，即大于在最點(diǎn)短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大短路電流，即大于在最 大運(yùn)行方式下變電所大運(yùn)行方式下變電所C母線上三相短路時(shí)的電母線上三相短路時(shí)的電 流流 ，亦即，亦即 （2-9） 引入可靠系數(shù)引入可靠

20、系數(shù) ，則式（，則式（2-9）可寫）可寫 為為 (2-10) maxk c I .1maxactk c II 1.21.3 rel K .1max .min. rel actrelk c Sl ABl BC KE IKI ZZZ 1 .act I 4 k 引入可靠系數(shù)的引入可靠系數(shù)的原因原因是必須考慮非周期分量的影是必須考慮非周期分量的影 響，實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值，保護(hù)裝置響，實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值，保護(hù)裝置 的實(shí)際動(dòng)作值可能小于整定值和一定的裕度等因的實(shí)際動(dòng)作值可能小于整定值和一定的裕度等因 素。素。 保護(hù)保護(hù)2整定計(jì)算原則整定計(jì)算原則 按照同樣的原則，其啟動(dòng)電流應(yīng)整定得大于按

21、照同樣的原則，其啟動(dòng)電流應(yīng)整定得大于 點(diǎn)短路時(shí)的最大短路電流點(diǎn)短路時(shí)的最大短路電流 ， 即即 (2-11) 啟動(dòng)電流的整定值與啟動(dòng)電流的整定值與 無關(guān)，所以在圖無關(guān)，所以在圖2-4 （C）上是一條直線，它與曲線）上是一條直線，它與曲線和和各有一各有一 個(gè)交點(diǎn)。在交點(diǎn)以前短路時(shí)，由于短路電流大個(gè)交點(diǎn)。在交點(diǎn)以前短路時(shí)，由于短路電流大 于啟動(dòng)電流，保護(hù)裝置都能動(dòng)作。而在交點(diǎn)以于啟動(dòng)電流，保護(hù)裝置都能動(dòng)作。而在交點(diǎn)以 后短路時(shí)，由于短路電流小于啟動(dòng)電流，保護(hù)后短路時(shí)，由于短路電流小于啟動(dòng)電流，保護(hù) 將不能啟動(dòng)。由此可見，有選擇性的電流速斷將不能啟動(dòng)。由此可見，有選擇性的電流速斷 保護(hù)不可能保護(hù)本線路

22、的全長。保護(hù)不可能保護(hù)本線路的全長。 m axk B I .2max .min. rel actrelk B Sl AB KE IKI ZZ 2 k k Z 速斷保護(hù)對(duì)被保護(hù)線路內(nèi)部故障的反應(yīng)能力又稱為靈 敏性，只能用保護(hù)范圍的大小來衡量，此保護(hù)范圍通常 用線路全長的百分?jǐn)?shù) 來表示。由圖2-4可見，當(dāng)系統(tǒng) 為最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)，電流速斷的保護(hù)范圍為 最大；當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)，電流 速斷的保護(hù)范圍為最??；當(dāng)出現(xiàn)其它運(yùn)行方式時(shí)，保護(hù) 范圍在兩者之間。一般情況下；應(yīng)按最小運(yùn)行方式下兩 相短路來校驗(yàn)保護(hù)范圍。要求保護(hù)范圍大于被保護(hù)線路 全長的15%20%，最小保護(hù)范圍計(jì)算式為

23、（2-12） 式中 電流速斷保護(hù)的最大保護(hù)范圍長度； 線路單位長度的正序阻抗。 由式（2-12）得 ， %即為 保護(hù)的最小保護(hù)范圍。 .1. .min .max1 min 3 2 actk l s E II ZZ l min l 1 Z minmax 11 3 1 () 2 s act E lZ ZI min 100 AB l l 圖2-5所示為電流速斷保護(hù)的單相原理接線， 電流繼電器接于電流互感器TA的二次側(cè)，動(dòng)作 后啟動(dòng)中間繼電器，其觸點(diǎn)閉合后串聯(lián)信號(hào)繼電 器而接通斷路器的跳閘線圈Y，使斷路器跳閘。 圖2-5 電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖 接線中采用中間繼電器的原因如下： （1）電流繼電器

24、的觸點(diǎn)容量比較小，不能直 接接通跳閘線圈Y，因此，應(yīng)先啟動(dòng)中間繼電器， 然后再由中間繼電器的觸點(diǎn)（容量大）去跳閘。 （2）當(dāng)線路上裝有管型避雷器時(shí)，利用中間 繼電器來增大保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，以防止 管型避雷器放電時(shí)引起速斷保護(hù)誤動(dòng)作，避雷器 放電時(shí)間為4060ms，中間繼電器動(dòng)作時(shí)間為 6080ms，速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間取決于繼電器 本身的固有時(shí)間，一般小于100ms。 電流速斷保護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠、動(dòng)作迅速，因而獲得了 廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)是不可能保護(hù)線路的全長，并且保護(hù) 范圍直接受運(yùn)行方式變化的影響。 三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（段）段） 由于有選擇性的電流速斷保護(hù)

25、不能保護(hù)本線路的全長， 因此可以考慮增加一段帶時(shí)限動(dòng)作的保護(hù)，用來切除本線 路上速斷保護(hù)范圍以外的故障，同時(shí)也能作為速斷保護(hù)的 后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù) 。 對(duì)這個(gè)保護(hù)的要求，首先是在任何情況下能保護(hù)本線 路的全長，并且具有足夠的靈敏性；其次力求具有最小的 動(dòng)作時(shí)限，在下一條線路短路時(shí)，保證下一條線路保護(hù)優(yōu) 先切除故障，滿足選擇性的要求。 1、工作原理和整定計(jì)算的基本原則 圖2-6 限時(shí)電流速斷動(dòng)作特性的分析 2 ,act I .1act I 為了使這一時(shí)限盡量短 ， 保護(hù)2的限時(shí)電流速斷不應(yīng)超 出保護(hù)1的電流速斷的范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況 下，它的啟動(dòng)電流應(yīng)整定為 （2-13） 因

26、為保護(hù)2和保護(hù)1安裝在不同的地點(diǎn)，使用的是不同的 電流互感器和繼電器，它們之間的特性很難完全一樣， 因此就必須采用 的整定方法 ， 引入可靠系 數(shù) ，則得 （2-14） 對(duì) ，考慮到短路電流中非周期分量已經(jīng)衰減，故 可選取得比速斷保護(hù)的 小一些，一般取為1.11.2。 .2.1actact II rel K .2.1actrelact IKI rel K .2.1actact II rel K 2、動(dòng)作時(shí)限的選擇 從以上分析中已得出， 限時(shí)速斷的動(dòng)作時(shí)限 應(yīng)選擇得比下一 條線路速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限 高出一個(gè)時(shí)間階段 ，即 （2-15） 從盡快切除故障的觀點(diǎn)看， 應(yīng)越小越好，但是為了保證兩個(gè)保 護(hù)

27、之間動(dòng)作的選擇性，其值又不能選擇的太小。現(xiàn)以線路B-C上發(fā)生 故障時(shí)，保護(hù)2與保護(hù)1的配合關(guān)系為例，說明確定 的原則如下： （1）應(yīng)包括故障線路斷路器QF的跳閘時(shí)間 （ 從操作電流送入 跳閘線圈Y的瞬間算起，直到電弧熄滅的瞬間為止），因?yàn)樵谶@一段 時(shí)間里故障并未消除，因此保護(hù)2在故障電流的作用下仍處于啟動(dòng)狀 態(tài)。 （2）應(yīng)包括故障線路保護(hù)1中時(shí)間繼電器的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間比整定 值 要大 才能動(dòng)作（當(dāng)保護(hù)1為速斷保護(hù)時(shí)，保護(hù)裝置中不用時(shí) 間繼電器，即可不考慮這一影響）。 （3）應(yīng)包括保護(hù)2中時(shí)間繼電器可能比預(yù)定的時(shí)間提早 動(dòng)作的 負(fù)誤差。 （4）如果保護(hù)2中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，

28、 由于慣性的影響不能立即返回， 應(yīng)包括這一延時(shí) 。 （5）應(yīng)考慮一定的裕度時(shí)間 。 考慮這些因素后，則 （2-16） 2 t 1 t t ttt 12 t t 1 .QF t 1 t 1 . t t 2 . t t t2 .in t r t rinttQF tttttt 2 .2 .1 .1 . 圖2-7 限時(shí)電流速斷動(dòng)作時(shí)限的配合關(guān)系 對(duì)于機(jī)電式時(shí)間繼電器，因誤差大， 應(yīng)選用0.50.6s；對(duì)于 數(shù)字電路構(gòu)成的時(shí)間繼電器，由于精度高， 選用0.35s左右。 （a）和下一條線路的速斷保護(hù)相配合；（b）和下一條線路的限時(shí)速斷保 護(hù)相配合 按照上述原則整定的時(shí)限特性如圖2-7（a）所示。由圖2-7

29、（a） 可見，在保護(hù)1電流速斷范圍內(nèi)的故障，將以 的時(shí)間被切除，此時(shí) 保護(hù)2的限時(shí)速斷雖然可能啟動(dòng)，但由于 較 大一個(gè) ，保護(hù)1電流 速斷動(dòng)作切除故障后，保護(hù)2返回，從時(shí)間上保證了選擇性。 如果故障發(fā)生在保護(hù)2電流速斷范圍以內(nèi)，將以 的時(shí)間被切除， 而當(dāng)故障發(fā)生在速斷的范圍以外，同時(shí)又在線路A-B的范圍以內(nèi)時(shí)， 則將以 的時(shí)間被切除。 1 t 2 t 1 t t 2 t t t 2 t 由此可見，當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷 和限時(shí)電流速斷保護(hù)后，它們聯(lián)合工作就 可保證全線路范圍內(nèi)的故障都能夠在0.5s 或0.35s的時(shí)間內(nèi)予以切除，在一般情況下 都能夠滿足速動(dòng)性的要求，具有這種性能 的保護(hù)稱為該線

30、路的“主保護(hù)”。 3、保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn) 為了能夠保護(hù)本線路的全長，限時(shí)電流速斷保護(hù)必 須在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)， 具有足夠的反應(yīng)能力，這個(gè)能力通常用靈敏系數(shù) 來衡量。 對(duì)于反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過量保護(hù)裝置，靈 敏系數(shù)的含義是 = （2-17） 式（2-17）中故障參數(shù)（如電流、電壓等）的計(jì) 算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地采用不利于保護(hù)動(dòng)作的 正常（含正常檢修）運(yùn)行方式和不利的故障類型來選 定，但不必考慮可能性很小的特殊情況。 sen K sen K 保 護(hù) 范 圍 內(nèi) 發(fā) 生 金 屬 性 短 路 時(shí) 故 障 參 數(shù) 計(jì) 算 值 保 護(hù) 裝 置 的 動(dòng) 作 參 數(shù) 對(duì)保護(hù)

31、2的限時(shí)電流速斷而言，即應(yīng)采用系統(tǒng)最小運(yùn) 行方式下線路A-B末端發(fā)生兩相短路電流作為故障參數(shù)的 計(jì)算值。設(shè)此電流為 ，代入上式中則靈敏系數(shù)為 （2-18） 為了保證在線路末端短路時(shí)，保護(hù)裝置一定能夠動(dòng)作， 對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)要求 1.31.5。 . .mink B I .min .2 k B sen act I K I sen K 要求靈敏系數(shù)大于1的原因是考慮到當(dāng)線路末端短路 時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些不利于保護(hù)啟動(dòng)的因素。而在實(shí)際 上存在這些因素時(shí)，為了使保護(hù)仍然能夠動(dòng)作，顯然就 必須留一定的裕度，不利于保護(hù)啟動(dòng)的因素如下： （1）故障點(diǎn)一般不都是金屬性短路，而是存在有弧 光過渡電阻或接地過渡電

32、阻，它將使短路電流減小，因 而不利于保護(hù)裝置動(dòng)作； （2）實(shí)際的短路電流由于計(jì)算誤差或其他原因而小 于計(jì)算值； （3）保護(hù)裝置所使用的電流互感器，在短路電流通 過的情況下，一般都具有負(fù)誤差，因此使實(shí)際流入保護(hù) 裝置的電流小于按額定變比折合的數(shù)值； （4）保護(hù)裝置中的繼電器，其實(shí)際啟動(dòng)數(shù)值可能具有 的正誤差； （5）考慮一定的裕度。 當(dāng)校驗(yàn)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，就意味著 真正發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于上述因素的影響保護(hù) 可能啟動(dòng)不了，達(dá)不到保護(hù)線路全長的目的，這 是不允許的。為了解決這個(gè)問題，通常都是考慮 降低電流速斷的整定值，即進(jìn)一步延伸限時(shí)電流 速斷的保護(hù)范圍，使之與下一條線路的限時(shí)電流 速斷保

33、護(hù)相配合，這樣其動(dòng)作時(shí)限就應(yīng)該選擇得 比下一條線路限時(shí)速斷的時(shí)限再高一個(gè) ，一般 取為0.71.2s，按照這個(gè)原則整定的時(shí)限特性 如圖2-7（b）所示，此時(shí) （2-19） 因此，保護(hù)范圍的伸長，必然導(dǎo)致動(dòng)作時(shí)限 的升高。 t ttt 12 4、限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖 圖2-8 限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖 它與電流速斷保護(hù)接線的主要區(qū)別是：用時(shí)間繼 電器代替了中間繼電器，這樣當(dāng)電流繼電器動(dòng)作 后，還必須經(jīng)過時(shí)間繼電器的延時(shí) 才能動(dòng)作于 跳閘，而如果在 以前故障已經(jīng)切除，則電流繼 電器立即返回，整個(gè)保護(hù)即恢復(fù)原狀，而不會(huì)形 成誤動(dòng)作。 2 t 2 t 四、定時(shí)限過電流保護(hù)（四、定時(shí)

34、限過電流保護(hù)（段）段） 過電流保護(hù)通常是指其啟動(dòng)電流按照 躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置， 它在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該啟動(dòng)，而在電網(wǎng)發(fā) 生故障時(shí)則能反應(yīng)于電流的增大而動(dòng)作。 在一般情況下，它不僅能夠保護(hù)本線路的 全長，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長，以 起到后備保護(hù)的作用。 1、工作原理和整定計(jì)算的基本原則 為了保證在正常運(yùn)行情況下過電流保護(hù)絕不 動(dòng)作，顯然保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流必須整定得大于 該線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 。然而， 在實(shí)際上確定保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流時(shí)，還必須考 慮在外部故障切除后，保護(hù)裝置是否能夠返回的 問題。 max. L I 例如： 圖2-9 選擇過電流保護(hù)啟動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間的網(wǎng)

35、絡(luò)接線圖 例如在圖2-9所示的網(wǎng)絡(luò)接線圖中，當(dāng) 點(diǎn)短 路時(shí)，短路電流將通過保護(hù)5、4、3，這些 保護(hù)都要啟動(dòng)，但是按照選擇性的要求應(yīng) 由保護(hù)3動(dòng)作切除故障，然后保護(hù)4和5由于 電流已經(jīng)減小而立即返回原位。實(shí)際上當(dāng) 外部故障切除后，流經(jīng)保護(hù)4的電流是仍然 在繼續(xù)運(yùn)行中的負(fù)荷電流。 除了上述兩原則外，還必須考慮到由于短路時(shí)電壓 降低，變電所B母線上所接負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)，因此， 在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)要有一個(gè)自啟動(dòng)的過 程，電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流大于正常工作電流。引入一個(gè) 自啟動(dòng)系數(shù) 來表示自啟動(dòng)時(shí)的最大電流 與正常運(yùn) 行時(shí)最大負(fù)荷電流 之比，即 （2-20） 保護(hù)4和5在這個(gè)電流的作用下必須

36、立即返回，為此應(yīng) 使保護(hù)裝置的返回電流 大于 。引入可靠系數(shù)，則 （2-21） Ms K .maxMs I max.L I re I .maxMs I .max.maxrerelMsrelMs L IK IK K I .max.maxMsMsL IKI 由于保護(hù)裝置的啟動(dòng)與返回是通過電流繼電器實(shí)現(xiàn)的， 因此，繼電器返回電流與啟動(dòng)電流之間的關(guān)系也就代表著 保護(hù)裝置返回電流與啟動(dòng)電流之間的關(guān)系。根據(jù)式（2-7） 引入繼電器的返回系數(shù) ，則保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流為 （2-22） 式中 可靠系數(shù)，一般采用1.15-1.25； 自啟動(dòng)系數(shù)，數(shù)值大于1，應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)具體接線 和負(fù)荷性質(zhì)確定； 電流繼電器的返回系數(shù)

37、，對(duì)機(jī)電型繼電器一般 采用0.85，而對(duì)靜態(tài)型繼電器則可采用0.9-0.95。 由式（2-22）可見，當(dāng) 越小時(shí)，保護(hù)裝置的啟動(dòng)電 流越大，其靈敏性就越差，這是不利的。這就是為什么要 求過電流繼電器應(yīng)有較高的返回系數(shù)的原因。 relMs actre.max rere KK1 III KK L rel K Ms K re K re K re K 2、按選擇性的要求整定過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限 圖2-10 單側(cè)電源放射形網(wǎng)絡(luò)中過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的選擇說明 如圖2-10所示，假定在每個(gè)電氣元件上裝 有過電流保護(hù)，各保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流均 按照躲開被保護(hù)元件上各自的最大負(fù)荷電 流來整定，這樣當(dāng) 點(diǎn)短路時(shí)，保

38、護(hù)15在 短路電流的作用下都可能啟動(dòng)，但要滿足 選擇性的要求，應(yīng)該只有保護(hù)1動(dòng)作切除故 障，而保護(hù)25在故障切除之后立即返回， 這個(gè)要求只有依靠使各保護(hù)裝置帶有不同 的時(shí)限來滿足。 保護(hù)1位于電網(wǎng)的最末端，只要電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障，它 就可以瞬時(shí)動(dòng)作予以切除， 即為保護(hù)裝置本身的固有動(dòng) 作時(shí)間。對(duì)保護(hù)2，為了保證 點(diǎn)短路時(shí)動(dòng)作的選擇性， 應(yīng)整定其動(dòng)作時(shí)限 ，引入時(shí)間階段 ，則保護(hù)2的 動(dòng)作時(shí)限為 保護(hù)2的時(shí)限確定以后，當(dāng) 短路時(shí)，它將以 的時(shí) 限切除故障，此時(shí)為了保證保護(hù)3動(dòng)作的選擇性，又必須 整定 ，引入 后，則得 依此類推，保護(hù)4、5的動(dòng)作時(shí)限分別為 1 t 1 k 12 tt t ttt 12

39、 2 k 2 t 23 tt t ttt 23 ttt ttt 45 34 如果相鄰元件不是一個(gè)，任一過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí) 限，為了保證選擇性應(yīng)選擇得比相鄰各元件保護(hù)的動(dòng)作 時(shí)限均高出至少一個(gè) 。例如圖2-9所示的網(wǎng)絡(luò)中，如 果 ，則保護(hù)4的動(dòng)作時(shí)限為 式中 1號(hào)（電動(dòng)機(jī)）保護(hù)動(dòng)作時(shí)間； 2號(hào)（變壓器）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 3號(hào)（線路B-C）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。 這種保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，經(jīng)整定計(jì)算確定之后，即由專 門的時(shí)間繼電器予以保證，其動(dòng)作時(shí)限與短路電流的大 小無關(guān)，因此稱為定時(shí)限過電流保護(hù)。保護(hù)的單相式原 理接線圖與圖2-8相同。 t 123 ttt ttt 34 1 t 2 t 3 t 當(dāng)故障越靠近

40、電源端時(shí)，短路電流越大，而 由圖2-10可見，過電流保護(hù)切除故障的時(shí)限反而 越長。正是由于這個(gè)原因，電網(wǎng)中廣泛采用電流 速斷和限時(shí)電流速斷作為本線路的主保護(hù)，以快 速切除故障，而利用過電流保護(hù)作為本線路和相 鄰元件的后備保護(hù)。由于它作為相鄰元件后備保 護(hù)的作用是在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)的，因此屬于遠(yuǎn)后備保護(hù)。 由以上分析可以看出，處于電網(wǎng)終端附近的 保護(hù)裝置（如圖2-10中的過電流保護(hù)1和2），其 動(dòng)作時(shí)限并不長，因此，它就可以作為主保護(hù)兼 后備保護(hù)，而無須再裝電流速斷或限時(shí)電流速斷 保護(hù)。 3、過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn) 過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)仍采用式（2-16），當(dāng) 過電流保護(hù)作為本線路的主保護(hù)時(shí)，應(yīng)采

41、用最小運(yùn)行方 式下本線路末端兩相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求 。 當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，則應(yīng)采用最小運(yùn)行方式 下相鄰線路末端兩相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)，此時(shí)要求 。 在后備保護(hù)之間，只有當(dāng)靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)間都相互 配合時(shí)，才能切實(shí)保證動(dòng)作的選擇性，這一點(diǎn)在復(fù)雜網(wǎng) 絡(luò)的保護(hù)中尤其應(yīng)該注意。以上要求同樣適用于以后要 講的零序段和距離段保護(hù)。 當(dāng)過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)該采 用性能更好的其它保護(hù)方式。 sen K1 .31 .5 2 . 1Ksen 五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及對(duì)它的評(píng)價(jià)五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及對(duì)它的評(píng)價(jià) 由于電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長， 限時(shí)電流速斷保護(hù)又不能作為相鄰元件

42、的 后備保護(hù)。因此，為保證迅速而有選擇性 地切除故障，常將電流速斷、限時(shí)電流速 斷保護(hù)和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階 段式電流保護(hù)。具體應(yīng)用時(shí)可以只采用速 斷保護(hù)加過電流保護(hù)，或限時(shí)速斷保護(hù)加 過電流保護(hù)，也可以三者同時(shí)采用。 圖2-11 階段式電流保護(hù)的配合和實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的示意圖 圖2-11 階段式電流保護(hù)的配合和 實(shí)際動(dòng)作時(shí)間的示意圖 以圖2-11所示的網(wǎng)絡(luò)接線為例予以 說明。在電網(wǎng)的最末端是電動(dòng)機(jī)或 其他用電設(shè)備，保護(hù)1采用瞬時(shí)動(dòng) 作的過電流保護(hù)即可滿足要求，其 啟動(dòng)電流按躲開電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電 流整定。在電網(wǎng)的倒數(shù)第二級(jí)上， 保護(hù)2首先考慮采用0.5s的過電流保 護(hù)，如果要求線路C-D上

43、的故障必 須快速切除，則可增設(shè)一個(gè)電流速 斷保護(hù)，此時(shí)保護(hù)2就是一個(gè)速斷 保護(hù)加過流保護(hù)的兩段式保護(hù)。保 護(hù)3的過電流保護(hù)由于要和保護(hù)2配 合，因此動(dòng)作時(shí)限要整定為 0.71.2s，在這種情況下，需要增 設(shè)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保 護(hù)，保護(hù)3成為三段式，越靠近電 源端過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越長， 因此都裝三段式的保護(hù)。 具有上述配合關(guān)系的保護(hù)裝置配置情況， 以及各點(diǎn)短路時(shí)實(shí)際切除故障的時(shí)間也相 應(yīng)地表示在圖2-11的中。由圖可見，當(dāng)全 網(wǎng)任何地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如果不發(fā)生保護(hù) 或斷路器拒絕動(dòng)作的情況，則故障都可以 在0.350.5s以內(nèi)予以切除。 圖2-12 具有電流速斷、限 時(shí)電流速斷和過電

44、流保護(hù)的單 相原理接線圖 具有電流速斷保護(hù)、 限時(shí)電流速斷保護(hù)和過電 流保護(hù)的單相式原理接線 圖如圖2-12所示，電流速 斷保護(hù)部分由繼電器13 組成，限時(shí)電流速斷保護(hù) 部分由繼電器46組成， 過電流保護(hù)部分由繼電器 79組成，由于三段的啟 動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間整定得 均不相同，因此，必須分 別使用三個(gè)電流繼電器和 兩個(gè)時(shí)間繼電器，而信號(hào) 繼電器3、6和9分別用作 發(fā)生、段動(dòng)作的 信號(hào)。 使用段、段或段組成的階段式電流保護(hù)的 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠，并且在一般情況下能夠滿足 快速切除故障的要求，因此在35kV及以下電壓 級(jí)電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)是它直接受電網(wǎng)接線以及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式 變化

45、的影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運(yùn)行方 式來選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式 來校驗(yàn)，這就使它在110kV及以上電力系統(tǒng)往往 不能滿足靈敏系數(shù)或保護(hù)范圍的要求。 六、反時(shí)限過電流保護(hù)六、反時(shí)限過電流保護(hù) 對(duì)于反時(shí)限過電流保護(hù)，當(dāng)電流大時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間短，而當(dāng) 電流小時(shí)，動(dòng)作時(shí)限長，其原理接線及動(dòng)作特性如圖2-13（a）和(b) 所示。為了獲得這一特性，在保護(hù)裝置中廣泛應(yīng)用了帶有轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤 的感應(yīng)型繼電器和由靜態(tài)電路、數(shù)值計(jì)算等構(gòu)成的反時(shí)限繼電器。 這種繼電器的電流元件和時(shí)間元件的職能由同一個(gè)繼電器來完成， 在一定程度上它具有如圖2-12所示的三段式電流保護(hù)的功能，即近 處故障時(shí)動(dòng)作時(shí)間短，

46、而遠(yuǎn)處故障時(shí)動(dòng)作時(shí)限隨電流減小而自動(dòng)加 長，可以同時(shí)滿足速動(dòng)性和選擇性的要求。 圖2-13 反時(shí)限過電流保護(hù) （a）原理接線圖 ；（b）動(dòng)作特性 對(duì)于圖2-13所示的常規(guī)反時(shí)限特性，一般用啟動(dòng)電 流 、瞬時(shí)動(dòng)作電流 和反時(shí)性特性曲線 三個(gè) 參數(shù)來描述。常用的反時(shí)限過電流繼電器的動(dòng)作特性方 程為 （2-23） 式中 流入繼電器中的電流； 時(shí)間整定系數(shù)； 動(dòng)作時(shí)間。 由于反時(shí)限保護(hù)整定配合復(fù)雜，因此它主要用于單側(cè) 電源供電的終端線路和較小容量的電動(dòng)機(jī)上，作為主保 護(hù)和后備保護(hù)使用。 act IK I ( )tf I 0.02 act 0.14K 1 K t I I I t K 七、電流保護(hù)的接線方

47、式七、電流保護(hù)的接線方式 電流保護(hù)的接線方式就是指保護(hù)中電 流繼電器與電流互感器二次繞組之間連接 方式。對(duì)相間短路的電流保護(hù)，廣泛使用 的是三相星形和兩相星形接線這兩種方式。 圖2-14 三相星形接線方式的原理接線圖 三相星形接線方式的原理接線圖如圖2-14所 示，是將三個(gè)電流互感器與三個(gè)電流繼電器分別 按相連接在一起，互感器和繼電器均接成星形， 在中線上流回的電流為 ,正常時(shí)此電流約 為零，在發(fā)生接地短路時(shí)則為三倍零序電流 。 三個(gè)繼電器的觸點(diǎn)是并聯(lián)連接的，相當(dāng)于“或” 回路，當(dāng)其中任一觸點(diǎn)閉合后均可動(dòng)作于跳閘或 啟動(dòng)時(shí)間繼電器等，因此，它可以反應(yīng)各種相間 短路和中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的單相接

48、地短路。 cba III 0 3I 兩相星形接線如圖 兩相星形接線方式的原理 接線圖如圖2-15所示，用 裝設(shè)在A、C相上的兩個(gè) 電流互感器與兩個(gè)電流繼 電器分別按相連接在一起。 它和三相星形接線的主要 區(qū)別在于B相上不裝設(shè)電 流互感器和相應(yīng)的繼電器， 因此，它不能反應(yīng)B相中 所流過的電流，在這種接 線中中線上流回的電流 是 。 ca II 圖2-15 兩相星形接線方式的原理接線圖 當(dāng)采用以上兩種接線方式時(shí)，流入繼 電器的電流 就是互感器的二次電流 ， 設(shè)電流互感器的變比為 ，則 。 因此，當(dāng)保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流整定為 時(shí)，則反應(yīng)到繼電器上的啟動(dòng)電流即應(yīng)為 （2-24） k I 2 I 1 2

49、n TA I I 1 k2 nTA I II a c t I act K act nTA I I 現(xiàn)對(duì)上述兩種接線方式在各種故障時(shí)的性能進(jìn)行分析比 較 1、 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中的各種相 間短路 相同之處：均能正確反應(yīng)這些故障 ； 不同之處：三相星形接線方式在各種兩相短路時(shí)，均有 兩個(gè)繼電器動(dòng)作，而兩相星形接線方式在AB和BC相間短 路時(shí)只有一個(gè)繼電器動(dòng)作。 2、中性點(diǎn)非直接接地電 網(wǎng)中的兩點(diǎn)接地短路 圖2-16 串聯(lián)線路上的兩點(diǎn)接地示 意圖 由于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng) 中（不包括中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的 電網(wǎng)，以下同），允許單相接地時(shí) 繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，因此，希望只切除 一個(gè)故障點(diǎn)。

50、例如，在圖2-16所示的串聯(lián)線 路上發(fā)生兩點(diǎn)接地短路時(shí)，希望只 切除距電源較遠(yuǎn)的線路B-C，而不 切除線路A-B，以便繼續(xù)保證對(duì)變 電站B的供電，當(dāng)保護(hù)1和保護(hù)2均 采用三相星形接線時(shí)，由于兩個(gè)保 護(hù)之間在定值和時(shí)限上都是按照選 擇性的要求配合整定的，因此，就 能夠100%地只切除線路B-C。而 如果采用兩相星形接線，則當(dāng)接地 點(diǎn)在B相上時(shí)，保護(hù)1就不能動(dòng)作， 只能由保護(hù)2動(dòng)作切除線路A-B， 因而擴(kuò)大線路B-C的停電范圍。由 此可見，這種接線方式在不同相別 的兩點(diǎn)接地組合中，將有 的機(jī) 會(huì)無選擇性地切除前面一條線路。 1 3 圖2-16 串聯(lián)線路上的兩點(diǎn)接地示意圖 圖2-17 并聯(lián)線路上的單

51、相接地示意圖 又如圖2-17所示，在變電所引出 的并聯(lián)線路上，兩點(diǎn)發(fā)生單相接 地短路時(shí)，希望任意切除一條線 路即可。當(dāng)保護(hù)1和2均采用三相 星形接線時(shí)，兩套保護(hù)均將啟動(dòng)； 如果保護(hù)1和2的時(shí)限整定得相同， 即 ,則保護(hù)1和2將同時(shí)動(dòng)作 切除兩條線路。如果采用兩相星 形接線，只要某一條線路上具有B 相一點(diǎn)接地，由于B相未裝保護(hù)， 因此該線路就不被切除。即使出 現(xiàn) 的情況，也能保證有 的機(jī)會(huì)只切除非B相的另一條線路。 由表2-1說明保護(hù)的動(dòng)作情況。 21 tt 21 tt 3/2 3、對(duì)Yd11接線變壓器一側(cè)兩相短路，另一側(cè)短路電流 的分析 圖2-18 Yd11接線降壓變壓器兩相短路時(shí)的電流分析

52、（a）接線圖；（b）電流分布圖；（c）三角形側(cè)電流相量圖；（d）星形 側(cè)電流相量圖 現(xiàn)以圖2-18（a）所示的Yd11接線的降壓變壓器為例， 分析三角形側(cè)發(fā)生A-B兩相短路時(shí)在星形側(cè)的各相電流關(guān) 系。在故障點(diǎn) ， ，設(shè)三角形側(cè)各相繞組中 的電流分別為 ， 和 ，從圖2-18(b)的短路點(diǎn)看進(jìn) 去，恰是a相繞組與c相繞組正向串聯(lián)，然后與b相繞組反 向并聯(lián)的等值電路，由此可以求出 （2-25） 根據(jù)變壓器的工作原理，即可求得星形側(cè)電流關(guān)系為 （2-26） AB II 0 C I a I b I c I 1 3 22 33 acA bAB III III 2 YY AC YY BA II II 圖2

53、-18（b）為按規(guī)定的電流正方向畫出的電流分布 圖，2-18（c）為三角形側(cè)的電流相量圖，2-18（d）為 星形側(cè)的電流相量圖。 當(dāng)過電流保護(hù)接于降壓變壓器的高壓側(cè)作為低壓側(cè) 線路故障的后備保護(hù)時(shí)，如果保護(hù)是采用三相星形接線， 則接于B相的繼電器由于有較其他兩相大一倍的電流，因 此靈敏系數(shù)增大一倍，這是十分有利的。如果保護(hù)用兩 相星形接線，則由于B相上沒有裝設(shè)繼電器，因此，靈敏 系數(shù)只能由A相和B相的電流決定，在同樣的情況下，其 數(shù)值要比采用三相星形接線時(shí)降低一半。為了克服這個(gè) 缺點(diǎn)，可以在兩相星型的接線上再接一個(gè)繼電器，如圖 2-18（a）所示，其中流過的電流為 ，即 為 ，因此利用這個(gè)繼電

54、器就能提高靈敏系數(shù)。 ( YY ACTA IIn ） / Y BTA In 4、兩種接線方式的應(yīng)用 根據(jù)以上的分析和比較，三相星形接線廣泛應(yīng)用于 發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重設(shè)備的保護(hù)中，因?yàn)樗芴?高保護(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性。 在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，兩點(diǎn)接地短路發(fā)生在 圖2-17所示的線路上的可能性要比發(fā)生在圖2-16的可能 性大得多。因此采用兩相星形接線可以在圖2-17的情況 下保證有 的機(jī)會(huì)只切除一條線路，就這一點(diǎn)而言，兩 相星形接線比三相星形接線有優(yōu)越性。當(dāng)電網(wǎng)中的電流 保護(hù)采用兩相星形接線方式時(shí)，應(yīng)在所有的線路上將保 護(hù)裝置安裝在相同的兩相上（一般都裝于A、C相上）， 以保證在不同線

55、路上發(fā)生兩點(diǎn)及多點(diǎn)接地時(shí)能切除故障。 23 八、三段式電流保護(hù)的接線圖舉例八、三段式電流保護(hù)的接線圖舉例 圖2-19 三段式電流保護(hù)接線圖 （a）原理圖；（b）交流回路展開圖；（c）直流回路展開圖 繼電保護(hù)的接線圖一般可以用原理圖和展開圖兩種形式來表示。 圖2-19（a）所示原理接線圖包括裝置的所有元件，每個(gè)繼電器的線 圈和觸點(diǎn)都畫在同一個(gè)圖形內(nèi)，所有元件都有圖形符號(hào)和設(shè)備文字 符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，如圖中TA表示電流互感器，KA表示電流繼電器，KM表 示中間繼電器，KT表示時(shí)間繼電器，KS表示信號(hào)繼電器，XB表示 連接片等。原理接線圖對(duì)整個(gè)保護(hù)的工作原理能給出一個(gè)完整的概 念，使初學(xué)者容易理解，但是交直

56、流回路合在一張圖上，接線較復(fù) 雜，有時(shí)難以進(jìn)行回路的分析和檢查。 展開圖中交流回路和直流回路是分開表示的，分別如圖2-19（b） 和 (c)所示。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)根據(jù)實(shí)際動(dòng)作情況分 別畫在圖中不同的位置上，但仍用同一個(gè)設(shè)備文字符號(hào)來標(biāo)注，以 便查對(duì)。在展開圖中繼電器線圈和觸點(diǎn)的連接盡量按照故障后動(dòng)作 順序，自左而右、自上而下地依次排列。展開圖接線簡單，層次分 明，在掌握了其構(gòu)成原理以后，便于閱讀和檢查，因此在生產(chǎn)中得 到了廣泛的應(yīng)用。 圖2-19給出了一個(gè)三段式電流保護(hù)的原理接線圖和 相應(yīng)展開圖的例子，以便對(duì)照學(xué)習(xí)。圖中電流速斷保護(hù) 和限時(shí)電流速斷保護(hù)采用兩相星形的接線方式，而過

57、電 流保護(hù)采用圖2-18（a）所示接線，以提高在Yd11接線 變壓器后面兩相短路時(shí)的靈敏性。每段保護(hù)動(dòng)作后都有 自己的信號(hào)指示。在每段保護(hù)動(dòng)作跳閘的回路中分別設(shè) 有連接片XB，以便根據(jù)運(yùn)行需要臨時(shí)停用任一段的保護(hù)。 圖2-19（ a）中Y表示短路器的跳閘線圈，QF表示斷路 器,Y右邊為斷路器的位置輔助觸點(diǎn)，圖（ c）中QF表示 斷路器的位置輔助觸點(diǎn)。圖2-19中繼電器觸點(diǎn)的位置， 對(duì)應(yīng)于被保護(hù)線路的正常工作狀態(tài)。 第二節(jié)第二節(jié) 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向電流雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向電流 保護(hù)保護(hù) 一、方向性電流保護(hù)的工作特性一、方向性電流保護(hù)的工作特性 二、二、 功率方向繼電器的工作原理功率

58、方向繼電器的工作原理 三、集成電路型功率方向繼電器三、集成電路型功率方向繼電器 四、相間短路功率方向繼電器的接線方式四、相間短路功率方向繼電器的接線方式 五、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn)五、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn) 六、對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià)六、對(duì)方向性電流保護(hù)的評(píng)價(jià) 一、方向性電流保護(hù)的工作特性一、方向性電流保護(hù)的工作特性 上節(jié)所講的三段式電流保護(hù)是僅利用相間短路后電流幅值增大 的特征來區(qū)分故障與正常運(yùn)行狀態(tài)的，在多側(cè)電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 中已不能滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求。 圖2-20 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線及保護(hù)動(dòng)作方向的規(guī)定 （a） 點(diǎn)短路時(shí)的電流分布；（b） 點(diǎn)短路時(shí)的電流分布； （c）

59、各保護(hù)動(dòng)作方向的規(guī)定；（d）方向過電流保護(hù)的階梯形時(shí)限特性 1 k 2 k 例如在圖2-20所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線中，由于兩側(cè)都有電源， 因此，在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)斷路器和保護(hù)裝置，以便合上和 斷開線路。在圖2-20（a）中當(dāng) 點(diǎn)短路時(shí)，按照選擇性的要求，應(yīng) 該由距離故障點(diǎn)最近的保護(hù)2和6動(dòng)作切除故障，然而由電源 供給的短路電流 也將通過保護(hù)1，如果保護(hù)1采用電流速斷保 護(hù)且 大于保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流 ，則保護(hù)1的電流速斷就要誤動(dòng) 作；如果保護(hù)1采用過電流保護(hù)而其動(dòng)作時(shí)限 ，則保護(hù)1的過電 流保護(hù)也將誤動(dòng)作，此時(shí)希望動(dòng)作時(shí)限為 。同理，當(dāng)圖2-20（b） 中 點(diǎn)短路時(shí)，本應(yīng)當(dāng)由保護(hù)1和7動(dòng)作

60、切除故障，但是由電源 供 給的短路電流 將通過保護(hù)6，如果 ，則保護(hù)6的電流速斷 要誤動(dòng)；如果過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限 ，則保護(hù)6的過電流保護(hù) 也要誤動(dòng)作，此時(shí)希望動(dòng)作時(shí)限為 。由于時(shí)限的配合方式只能 整定成一種，因此過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限若要滿足 點(diǎn)短路時(shí)的要 求 ，就不能同時(shí)滿足 點(diǎn)短路的要求 。同樣地分析其他 地點(diǎn)短路時(shí)，對(duì)有關(guān)的保護(hù)裝置也能得出相應(yīng)的結(jié)論。 1 k E 1k I 1act I 16 tt 2 k E 2.6Kact II 61 tt 61 tt 1 k 16 tt 2 k 16 tt 2K I 16 tt 1k I 在規(guī)定保護(hù)的正方向是由母線指向線路的條件下，分析雙側(cè)電 源供