繼電保護：線路相間故障的三段式電流保護

1、第一節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護一、電流繼電器一、電流繼電器 繼電器是一種能自動斷續(xù)的控制器件，當(dāng)其輸入量達到一定值時，能使輸出回路的被控電量發(fā)生預(yù)計的變化，是具有對被控電路實現(xiàn)“通通”、“斷斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)。 按動作原理：電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、按動作原理：電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型、微機型等繼電器。集成電路型、微機型等繼電器。 按反應(yīng)的物理量：電流繼電器、電壓繼電器、功率方按反應(yīng)的物理量：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器和頻率繼電器等。向繼電器、阻抗繼電器和頻率繼電器等。 按作用：起動繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信按作用：起動繼電器

2、、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器和出口繼電器等。號繼電器和出口繼電器等。2. 2. 對繼電器的要求對繼電器的要求工作可靠。工作可靠。動作值誤差小。動作值誤差小。接點可靠。接點可靠。消耗的功率要小。消耗的功率要小。動作迅速。動作迅速。熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定要好。熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定要好。安裝調(diào)試容易、運行維護方便、價格便宜安裝調(diào)試容易、運行維護方便、價格便宜。3. 3. 電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)電磁型繼電器的結(jié)構(gòu) 電磁型電流繼電器電磁型電流繼電器中間繼電器中間繼電器 一般采用吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)，一般采用吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)，作用是以同時接通或斷開幾條獨立回路作用是以同時接通或斷開幾條獨立回路和用以代替小容量觸點或者帶有不

3、大的延時來滿足保護的需要和用以代替小容量觸點或者帶有不大的延時來滿足保護的需要 。 時間繼電器是用于保護獲得所要求的延時，一般采用時間繼電器是用于保護獲得所要求的延時，一般采用螺管線圈式結(jié)構(gòu)螺管線圈式結(jié)構(gòu)。 實驗臺上的繼電器實驗臺上的繼電器 電流繼電器在電流保護中用作測量測量和起動起動元件，它是反應(yīng)電流超過某一整定值而動作的繼電器。 電磁型繼電器是利用電磁原理工作的，現(xiàn)以吸引銜鐵式繼電器為例進行分析如下圖所示。 首先分析使繼電器觸點接通的力矩（即動作力矩）。在線圈1中通以電流IJ，則產(chǎn)生與其成正比的磁通，即 IJ ，通過由鐵心鐵心，空氣空氣隙隙和可動舌片可動舌片而成的磁路，使舌片磁化與鐵心的磁

4、極產(chǎn)生電磁吸力，其大小與的平方成正比。 其次分析使繼電器觸點閉合的其次分析使繼電器觸點閉合的阻力矩阻力矩。 正常情況下，繼電器不工作，彈簧對應(yīng)于空氣隙長度正常情況下，繼電器不工作，彈簧對應(yīng)于空氣隙長度1產(chǎn)生一初始力矩產(chǎn)生一初始力矩Ms1。由于彈簧的張力與伸長量成正比，。由于彈簧的張力與伸長量成正比，因此，彈簧產(chǎn)生的反抗力矩為因此，彈簧產(chǎn)生的反抗力矩為 另外，在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中，還必須克服摩擦另外，在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中，還必須克服摩擦力矩力矩Mf。 因此，阻礙繼電器動作的全部因此，阻礙繼電器動作的全部機械反抗力矩為：機械反抗力矩為： Ms+Mf1312()ssMMK 返回系數(shù)：返回系數(shù)：

5、返回電流與起動電流的比值稱為繼電器的返回系數(shù)。 在實際應(yīng)用中，要求有較高的返回系數(shù)，如0.850.9。返回系數(shù)越大則保護裝置的靈敏度越高，但過大的返回系數(shù)會使繼電器觸點閉合不夠可靠?？梢圆捎脠杂驳妮S承以減小摩擦轉(zhuǎn)矩，改善磁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)減小剩余轉(zhuǎn)矩等方法來提高返回系數(shù)。 轉(zhuǎn)動舌片式繼電器的返回系數(shù)較高。4. 4. 繼電特性繼電特性 繼電器的繼電特性是指繼電器的輸入量和輸出量在整個變化過程中的相互關(guān)系。 無論是動作還是返回，繼電器都是從起始位置到最終位置，繼電器都是從起始位置到最終位置，它不可能停留在某一個中間位置它不可能停留在某一個中間位置，這種特性就稱之為繼電器的“繼電特性”。 動作電流

6、不等于返回電流，使接點無抖動。二、無時限電流速斷保護(電流段)電流速斷保護：電流速斷保護：反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流保護。1.1.幾個基本概念幾個基本概念系統(tǒng)最大運行方式：系統(tǒng)最大運行方式：就是在被保護線路末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流為最大短路電流為最大的運行方式。系統(tǒng)最小運行方式：系統(tǒng)最小運行方式：就是被保護線路末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過保護裝置的短路電流為最小短路電流為最小的運行方式。最大短路電流：最大短路電流：在最大運行方式下三相短路時，通過保護裝置的短路電流為最大。最小短路電流：最小短路電流：在最小運行方式下兩相短路時，通過保護裝置的短路電

7、流為最小。對保護5而言：最大運行方式：系統(tǒng)等值阻抗最小，線路12、34投入運行。最小運行方式：系統(tǒng)等值阻抗最大，線路12或34退出運行。2. 2. 無時限電流速斷保護的工作原理無時限電流速斷保護的工作原理以單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)來介紹無時限電流速斷保護的原理。3. 3. 動作電流的整定整定 為保證選擇性，保護裝置的起動電流應(yīng)按躲開下一條線路出口處短路時，通過保護的最大短路電流來整定。即(3).1. .maxIdzd BII(3).1. .maxIIdzkd BIKI 結(jié)論結(jié)論: :電流速斷保護只能保護本條線路的一部分，而不能保護電流速斷保護只能保護本條線路的一部分，而不能保護全線路，其最大和最小保護

8、范圍全線路，其最大和最小保護范圍lmaxlmax和和lminlmin。不能單獨作主保。不能單獨作主保護使用，而必須與其它保護配合才能擔(dān)當(dāng)主保護的職責(zé)。護使用，而必須與其它保護配合才能擔(dān)當(dāng)主保護的職責(zé)。IkK是無時限電流速斷保護的可靠系數(shù)，一般取值為是無時限電流速斷保護的可靠系數(shù)，一般取值為1.2-1.31.2-1.3。調(diào)整繼電保護裝置的動作值到規(guī)定值數(shù)值 當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)運行方式的變化很大系統(tǒng)運行方式的變化很大，或者，或者被保護線路很短時被保護線路很短時，速斷保護就，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用?？赡軟]有保護范圍，因而不能采用。圖圖1-3 1-3 系統(tǒng)運行方式的變化對電流速斷保護的影響系統(tǒng)

9、運行方式的變化對電流速斷保護的影響圖圖1-4 1-4 被保護線路長短不同對電流速斷保護的影響被保護線路長短不同對電流速斷保護的影響圖圖1-5 1-5 線路線路- -變壓器組的電流速斷保護變壓器組的電流速斷保護 由于線路和變壓器可以看成是一個元件，因此速斷保護就可以按由于線路和變壓器可以看成是一個元件，因此速斷保護就可以按照躲開變壓器低壓側(cè)線路出口處故障點的短路來整定，由于變壓器的照躲開變壓器低壓側(cè)線路出口處故障點的短路來整定，由于變壓器的阻抗一般較大，因此故障點的短路電流就大為減小，這樣整定之后，阻抗一般較大，因此故障點的短路電流就大為減小，這樣整定之后，電流速斷就可以保護線路電流速斷就可以保

10、護線路A-BA-B的全長，并能保護變壓器的一部分。的全長，并能保護變壓器的一部分。 規(guī)程規(guī)程規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值值 L Lb b% %（15%15%20%20%）時，為合乎要求，即）時，為合乎要求，即 100%100%（15152020）% %ABbLLLmin% 零敏度校驗：如果不滿足這個條件，保護失效，尋求新的保護。如果不滿足這個條件，保護失效，尋求新的保護。4. 4. 無時限電流速斷保護的原理接線圖無時限電流速斷保護的原理接線圖提示提示沒有時間繼電器 線路中管型避雷器放線路中管型避雷器放電時間為電時間為0.040.06S，

11、在，在避雷器放電時速斷保護避雷器放電時速斷保護不應(yīng)該動作，為此在速不應(yīng)該動作，為此在速斷保護裝置中加裝一個斷保護裝置中加裝一個保護出口中間繼電器保護出口中間繼電器（0.060.08S） 。 作用：一方面擴大接作用：一方面擴大接點的容量和數(shù)量，另一點的容量和數(shù)量，另一方面躲過管型避雷器的方面躲過管型避雷器的放電時間，防止誤動作。放電時間，防止誤動作。5.5.對無時限電流速斷保護的評價對無時限電流速斷保護的評價 優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速。優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速。 缺點：（缺點：（1 1）不能保護線路全長；）不能保護線路全長； （2 2）運行方式變化較大時，可能無保護范圍；）運行方式變化較大時，可

12、能無保護范圍； （3 3）在線路較短時，可能無保護范圍。）在線路較短時，可能無保護范圍。分析題：分析題：試確定下圖所示網(wǎng)絡(luò)中電流保護5的最大運行方式、最小運行方式。 當(dāng)電源處于最大運行方式，且線路L4停運時，為最大運行方式；而電源處于最小運行方式，且線路L1或L2停運時，為最小運行方式。試確定下圖所示網(wǎng)絡(luò)中電流保護4、7的最大運行方式、最小運行方式。保護4：當(dāng)系統(tǒng)阻抗為最小，且線路全部投入運行時為最大運行方式；當(dāng)系統(tǒng)阻抗為最大，且線路L2停運時，為最小運行方式。保護7：當(dāng)系統(tǒng)阻抗為最小，且線路全部投入運行時為最大運行方式；當(dāng)系統(tǒng)阻抗為最大，且線路L2停運時為最小運行方式。三、限時電流速斷保護三

13、、限時電流速斷保護( (電流電流II段段) ) 電流速斷保護在許多情況下均能保證選擇性，且接線簡單，動作迅速可靠。但是電流速斷保護不能保護本線路的全長，怎么辦？解決辦法：解決辦法：增設(shè)一套新的保護增設(shè)一套新的保護限時電流速斷保護，限時電流速斷保護，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為無時限電流速斷的后備。無時限電流速斷的后備。 要求：要求：（1 1）保護范圍必須延伸到下一條線路中去。）保護范圍必須延伸到下一條線路中去。 （2 2）為了保證速動性，動作時限應(yīng)盡量縮短。）為了保證速動性，動作時限應(yīng)盡量縮短。 1. 1. 限時電流速斷保護的

14、工作原理限時電流速斷保護的工作原理 由于從電氣上無法區(qū)分本線路末端和下一線路出口處發(fā)生的短路故障，所以當(dāng)下一線路出口處發(fā)生的短路時，本線路帶時限電流速斷也能起動。2. 2. 限時電流速斷保護的整定計算限時電流速斷保護的整定計算 （1） 動作電流動作電流 動作電流按躲開下一條線路無時限電流速斷保護動作電流按躲開下一條線路無時限電流速斷保護的動作電流進行整定：的動作電流進行整定： .1.2IIIIIdzkdzIKI (2) 動作時限動作時限 tttIII21 影響影響 t的因素有：的因素有： 斷路器的跳閘時間斷路器的跳閘時間, 約為約為0.2s。 時間繼電器提前動作誤差，電磁型的約為時間繼電器提前

15、動作誤差，電磁型的約為0.05s。 限時速斷保護的測量元件在外部故障切除后，限時速斷保護的測量元件在外部故障切除后，由于慣性而不能立即返回的慣性延時，電磁型的約為由于慣性而不能立即返回的慣性延時，電磁型的約為0.1s。 裕度時間，取裕度時間，取0.1s。(3)(3)靈敏度校驗靈敏度校驗 3. 3. 限時電流速斷保護的原理接線圖限時電流速斷保護的原理接線圖4.4.對限時電流速斷保護的評價對限時電流速斷保護的評價 選擇題：選擇題：1. 繼電器按其結(jié)構(gòu)形式分類，目前主要有（繼電器按其結(jié)構(gòu)形式分類，目前主要有（ ）A.測量繼電器和輔助繼電器測量繼電器和輔助繼電器 B. 電流型和電壓型繼電器電流型和電壓

16、型繼電器C. 電磁型、感應(yīng)型、整流型和微機型電磁型、感應(yīng)型、整流型和微機型2. 所謂繼電器常開觸點是指（所謂繼電器常開觸點是指（ ）正常時觸點斷開繼電器線圈帶電時觸點斷開正常時觸點斷開繼電器線圈帶電時觸點斷開繼電器線圈不帶電時觸點斷開斷路時觸點斷開繼電器線圈不帶電時觸點斷開斷路時觸點斷開CC四、定時限過電流保護四、定時限過電流保護( (電流電流III段段) )思考問題：無時限電流速斷保護只能保護本線路一部分，思考問題：無時限電流速斷保護只能保護本線路一部分，限時電流速斷能保護本線路全長，但不能做為相鄰線路限時電流速斷能保護本線路全長，但不能做為相鄰線路的后備保護。的后備保護。要想實現(xiàn)遠后備保護

17、，怎么辦？要想實現(xiàn)遠后備保護，怎么辦？定時限過電流保護定時限過電流保護定義：其動作電流定義：其動作電流按躲過被保護線路的最大負荷電按躲過被保護線路的最大負荷電流整定流整定，其動作時間一般，其動作時間一般按階梯原則進行整定按階梯原則進行整定以實現(xiàn)過以實現(xiàn)過電流保護的動作選擇性，并且其動作時間與短路電流的電流保護的動作選擇性，并且其動作時間與短路電流的大小無關(guān)。大小無關(guān)。1.1.定時限過電流保護的工作原理定時限過電流保護的工作原理反應(yīng)電流增大而動作反應(yīng)電流增大而動作, ,它要求能保護本條線路的全長和下一條線路它要求能保護本條線路的全長和下一條線路的全長。作為近后備保護和遠后備保護，其保護范圍應(yīng)包括

18、下條線路或的全長。作為近后備保護和遠后備保護，其保護范圍應(yīng)包括下條線路或設(shè)備的末端。過電流保護在最大負荷時，保護不應(yīng)該動作。設(shè)備的末端。過電流保護在最大負荷時，保護不應(yīng)該動作。X LIX 21L2ttt123ttttItItIL3d11DL2DL3DLIdABC32.2.定時限過電流保護的整定計算定時限過電流保護的整定計算整定原則：整定原則：（1 1）為保證過電流保護在正常運行時不動作，其動作電流）為保證過電流保護在正常運行時不動作，其動作電流應(yīng)大于線路上流過的最大負荷電流應(yīng)大于線路上流過的最大負荷電流; ;（2 2）為保證在相鄰線路上的短路故障切除后，保護能可靠地）為保證在相鄰線路上的短路故

19、障切除后，保護能可靠地返回，保護裝置的返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過返回，保護裝置的返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護裝置的保護裝置的最大自起動電流最大自起動電流。選擇過電流保護動作電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)圖選擇過電流保護動作電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)圖 靈敏度校驗靈敏度校驗X LIX 21L2tItItIL3d11DL2DL3DLIdd2近后備近后備遠后備遠后備在各個過電流保護之間，要求靈敏系數(shù)互相配合。動作電流越大保護范圍越短；負荷電流逐級減少的。時間整定時間整定 動作延時是按階梯原則整定的，即本線路的過電流保動作延時是按階梯原則整定的，即本線路的過電流保護動作延時應(yīng)比下一條線路的電流護動作延時應(yīng)比下一條線

20、路的電流段的動作時間長一個段的動作時間長一個時限階段時限階段t:tttIIIIII213.3.原理接線圖原理接線圖 電流電流段保護的原理接線、展開圖與電流段保護的原理接線、展開圖與電流段保護相段保護相同。同。 分析題：分析題：1如圖所示網(wǎng)絡(luò)，已知保護如圖所示網(wǎng)絡(luò)，已知保護2、3、4、5的最大動作時限，的最大動作時限，試求保護試求保護1電流定時限（電流電流定時限（電流III段）動作時限。段）動作時限。 保護保護1電流電流III段動作時限應(yīng)與保護段動作時限應(yīng)與保護2和和4的動作時限較大者的動作時限較大者配合，因此配合，因此 1.max3.0ts4.4.對定時限過電流保護的評價對定時限過電流保護的評

21、價 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不僅能作近后備，而且能優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不僅能作近后備，而且能作為遠后備。在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，一般在作為遠后備。在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，一般在3535千千伏及以下網(wǎng)絡(luò)中作為主保護。伏及以下網(wǎng)絡(luò)中作為主保護。 缺點：缺點：動作時間長動作時間長，而且越靠近電源端其動作時限越，而且越靠近電源端其動作時限越大，對靠電源端的故障不能快速切除。大，對靠電源端的故障不能快速切除。 五、電流三段保護小結(jié)五、電流三段保護小結(jié) 2.2.電流三段式保護原理接線圖電流三段式保護原理接線圖 優(yōu)點：簡單，可靠，并且一般情況下都能較快切除故優(yōu)點：簡單，可靠，并且一般情況下都

22、能較快切除故障。一般用于障。一般用于35千伏及以下電壓等級的單側(cè)電源電網(wǎng)中。千伏及以下電壓等級的單側(cè)電源電網(wǎng)中。缺點：靈敏度和保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式和短路缺點：靈敏度和保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式和短路類型的影響，此外，它類型的影響，此外，它只在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性只在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇性。 3.3.三段式電流保護的評價三段式電流保護的評價選擇題：選擇題：在電流保護的整定計算中，需要考慮大于在電流保護的整定計算中，需要考慮大于1的可的可靠系數(shù)是為了保證動作的（靠系數(shù)是為了保證動作的（ ）。）?？煽啃?；選擇性；靈敏性；可靠性；選擇性；靈敏性；D 速動性速動性2 定時限過電流保護的靈

23、敏性與電流繼電器的返回定時限過電流保護的靈敏性與電流繼電器的返回系數(shù)系數(shù)( )。無關(guān)；成正比；成反比無關(guān)；成正比；成反比 B B問答題：問答題：三段式電流保護各段是如何實現(xiàn)選擇性的？為什么三段式電流保護各段是如何實現(xiàn)選擇性的？為什么電流電流III段的動作最靈敏？段的動作最靈敏？ 電流I段是靠電流動作值來實現(xiàn)選擇性的，因為動作電流大于本線路末端短路時可能通過保護的最大短路電流，保證了區(qū)外短路時不會誤動； 電流II段是通過動作電流和動作時限共同實現(xiàn)選擇性的，因為II段的動作電流大于相鄰線路電流I段的動作電流，因此，相鄰線路電流I段以外的范圍短路，保護不會誤動，而I段范圍內(nèi)的短路，則因為其動作時限大

24、于相鄰線路I段的動作時限而不會誤動； 電流III段是通過動作電流和動作時限實現(xiàn)選擇性的， 因為III段的動作值滿足靈敏度逐級配合關(guān)系，且動作時限是按階梯原則整定的，即距離電源最遠的保護動作時限最短，然后逐級增加一個時限級差。 由于電流III段的動作電流是按躲過最大負荷電流整定的，因此動作值最小，從而動作最靈敏。 六、相間短路電流保護的接線方式六、相間短路電流保護的接線方式 電流保護的接線方式電流保護的接線方式就是指電流繼電器與電流互感器二就是指電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。次線圈之間的連接方式。 正確地選擇保護的接線方式，對保護的技術(shù)、經(jīng)濟性能正確地選擇保護的接線方式，對保護的

25、技術(shù)、經(jīng)濟性能都有很大影響。都有很大影響。 基本接線方式有三種：基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方三相三繼電器的完全星形接線方式式、兩相兩繼電器的不完全星形接線方式兩相兩繼電器的不完全星形接線方式、兩相一繼電器的兩相一繼電器的兩相電流差接接線方式兩相電流差接接線方式。接線系數(shù)：流過電流繼電器的電流與電流互感器二次電流之比。接線系數(shù)：流過電流繼電器的電流與電流互感器二次電流之比。1. 1. 相間短路電流保護的主要接線形式相間短路電流保護的主要接線形式 IIIIA。IB。Ia. .IC。Ib。TAcTAbTAakA1kA2kA3Ic.注意接地注意接地.abcIII三相星形接線方式的保

26、護對各種故障都能動作。三相星形接線方式的保護對各種故障都能動作。在任何情況下，接線系數(shù)總等于在任何情況下，接線系數(shù)總等于1。提示提示兩相不完全星型接線少一組互感器和繼電器（2 2）兩相兩繼電器不完全星形接線）兩相兩繼電器不完全星形接線 兩相星形接線的保護能反應(yīng)各種相間短路，但兩相星形接線的保護能反應(yīng)各種相間短路，但B相發(fā)生單相短路時，相發(fā)生單相短路時，保護裝置不會動作。保護裝置不會動作。.IIIA。IB。Ia. .IC。TAcTAakA1kA2Ic.acII中性點直接接地系統(tǒng)的單相接地中性點直接接地系統(tǒng)的單相接地 三相星形接線可反應(yīng)各種單相接地故障 兩相星形接線不能反應(yīng)B相接地故障。中性點非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點接地中性點非直接接地系統(tǒng)中的異地兩點接地 在相互串聯(lián)的兩條線路上 采用三相星形接線時：100%有選擇地切除XL2； 采用兩相星形接線時：2/3