華北電力大學(xué)精品課程課件-電力系統(tǒng)繼電保護(hù)(黃少鋒教授)-電流(2-1)

第二章

電網(wǎng)的電流保護(hù)1第2.1節(jié)

單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的

電流保護(hù)2一、繼電器

繼電器是一種能自動(dòng)執(zhí)行通斷操作的部件，當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出按預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)發(fā)生變化。分類(lèi)：結(jié)構(gòu)功能單元件電磁型電流繼電器啟動(dòng)繼電器感應(yīng)型電壓繼電器度量繼電器整流型功率方向繼電器時(shí)間繼電器數(shù)字型阻抗繼電器信號(hào)繼電器中間繼電器3一種電磁型電流繼電器工作原理對(duì)繼電器的基本要求是工作可靠（動(dòng)作門(mén)檻值穩(wěn)定，接點(diǎn)接觸良好），其動(dòng)作過(guò)程具有良好的“繼電特性”。(也稱(chēng)動(dòng)合觸點(diǎn))常開(kāi)接點(diǎn)圖形符號(hào)4常閉接點(diǎn)(也稱(chēng)動(dòng)斷觸點(diǎn))圖形符號(hào)一種電磁型電流繼電器工作原理圖形符號(hào)常開(kāi)接點(diǎn)5繼電器的繼電特性：

動(dòng)作過(guò)程——>不動(dòng)“動(dòng)作電流”的電磁力矩

=彈簧力矩+摩擦力矩6繼電器的繼電特性：動(dòng)作過(guò)程“動(dòng)作電流”的電磁力矩>彈簧力矩+摩擦力矩

——>保持動(dòng)作狀態(tài)連通7繼電器的繼電特性：動(dòng)作過(guò)程(重復(fù)一遍)動(dòng)作電流8動(dòng)作電流繼電器的繼電特性：返回過(guò)程返回電流紅色：動(dòng)作后的返回過(guò)程“返回電流”的電磁力矩

+摩擦力矩=彈簧力矩9由圖可知：

動(dòng)作電流>返回電流繼電器的繼電特性：動(dòng)作電流返回電流101）動(dòng)作狀態(tài)垂直躍變——明確性（摩擦阻力一旦

被克服，就會(huì)形成躍變，不會(huì)緩變）；繼電器的繼電特性:動(dòng)作電流返回電流2）

——穩(wěn)定性

（需要克服阻力）11欠量型繼電器（反應(yīng)于測(cè)量量的減小而動(dòng)作）過(guò)量型繼電器（反應(yīng)于測(cè)量量的增大而動(dòng)作）

繼電器的表示方法：常開(kāi)接點(diǎn)常閉接點(diǎn)示意圖接點(diǎn)符號(hào)名稱(chēng)“?！薄粠щ姞顟B(tài)，不是“正常狀態(tài)”12電壓繼電器的工作原理與此類(lèi)似。除了內(nèi)部設(shè)計(jì)不同以外，從線圈來(lái)看：導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多?！斎胱杩勾螅⒙?lián)接入13二、單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)

（本節(jié)主要針對(duì)小電流接地系統(tǒng)）小電流接地系統(tǒng)：

在該電壓等級(jí)中，所有變壓器的中性點(diǎn)均不接地。14二、單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)

（本節(jié)主要針對(duì)小電流接地系統(tǒng)）發(fā)生單相接地時(shí)，幾乎沒(méi)有短路電流，不會(huì)燒壞設(shè)備，所以,還可以運(yùn)行1～2小時(shí)——供電可靠性高,但是，非故障相電壓升高為1.732倍，故,絕緣要求高。隨著電壓等級(jí)的提高，絕緣的投資會(huì)急劇增加。主要用在10～66kV的配電系統(tǒng)。15大電流接地系統(tǒng)：在該電壓等級(jí)中，部分或所有變壓器的中性點(diǎn)直接接地。優(yōu)點(diǎn)：絕緣要求低，絕緣的投資相對(duì)于小電流接地系統(tǒng)要低。缺點(diǎn)：發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，會(huì)損壞設(shè)備等。（主要用在110kV及以上的電壓等級(jí)中）16小電阻接地系統(tǒng)17單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時(shí)電流量特征問(wèn)題：如果變電站B、C、D還有其他負(fù)荷或者引出線時(shí)（這是一般的情況），怎么辦？——負(fù)荷端對(duì)短路電流計(jì)算的影響很小,可以忽略。18在故障點(diǎn)位置確定和故障類(lèi)型確定的情況下，短路電流Ik僅與系統(tǒng)等值阻抗Zs

有關(guān)。191）在某一地點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如果流過(guò)保護(hù)安裝處的電流為最大,則稱(chēng)此時(shí)的運(yùn)行方式為：最大方式。202）在相同地點(diǎn)發(fā)生相同類(lèi)型的短路時(shí)，如果流過(guò)保護(hù)安裝處的電流為最小，則稱(chēng)此時(shí)的運(yùn)行方式為：最小方式。1）在某一地點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如果流過(guò)保護(hù)安裝處的電流為最大,則稱(chēng)此時(shí)的運(yùn)行方式為：最大方式。21短路電流隨故障點(diǎn)位置變化的曲線，稱(chēng)為短路電流變化曲線。根據(jù)短路電流的變化規(guī)律，來(lái)進(jìn)行電流保護(hù)的配置和整定計(jì)算。221、電流速斷保護(hù)（簡(jiǎn)稱(chēng)：電流Ⅰ段）（1）工作原理：反應(yīng)于短路電流的幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)（電流大于某個(gè)數(shù)值時(shí)，立即動(dòng)作）。按照選擇性的要求，希望能保護(hù)本線路全長(zhǎng)。但是，保護(hù)2的測(cè)量電流無(wú)法區(qū)分K1點(diǎn)與K2點(diǎn)短路(電流大小幾乎一樣),因此，保護(hù)2的電流速斷保護(hù)按躲過(guò)相鄰下一條線路(K2)出口處短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大短路電流來(lái)進(jìn)行整定。（保證選擇性和可靠性，犧牲一定的靈敏性，獲得速動(dòng)性）23

問(wèn)題1：為什么需要躲過(guò)最大短路電流？——>考慮最不利（惡劣）的條件，保證在各種情況下都能夠有選擇性。

問(wèn)題2：什么情況下會(huì)出現(xiàn)最大短路電流？——>系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，發(fā)生三相短路。短路點(diǎn)確定后，ZA-B也就確定了。24（2）整定計(jì)算原則整定計(jì)算的三要素：

1)整定值2)動(dòng)作時(shí)限3)靈敏性校驗(yàn)2號(hào)斷路器處的保護(hù)整定：1號(hào)斷路器處的保護(hù)整定：電流Ⅰ段整定方法（或稱(chēng)為原則）歸納為：躲過(guò)線路末端出現(xiàn)的最大短路電流！25符號(hào)說(shuō)明（斷路器1）26可靠系數(shù)的考慮因素主要考慮了各種影響因素的相對(duì)誤差：1）非周期分量；2）暫態(tài)諧波；3）系統(tǒng)和線路參數(shù)的誤差；4）計(jì)算誤差；5）互感器傳變誤差；6）繼電器測(cè)量誤差；7）電動(dòng)勢(shì)波動(dòng)；8）裕度。

一般取為1.2～1.3

27根據(jù)參數(shù)計(jì)算出來(lái)的繼電器電流整定值(動(dòng)作值)：二次整定值：28動(dòng)作時(shí)限：t=0(秒)——>瞬時(shí)動(dòng)作（理想情況）實(shí)際上，都需要一定的測(cè)量時(shí)間，稱(chēng)為固有動(dòng)作時(shí)間。靈敏性校驗(yàn)：用線路被保護(hù)范圍大小來(lái)衡量。（能保護(hù)線路的多長(zhǎng)？）29

保護(hù)范圍：大于動(dòng)作電流（整定值）的短路電流所對(duì)應(yīng)的保護(hù)區(qū)域。

保護(hù)范圍隨運(yùn)行方式，也隨故障類(lèi)型的變化而變化。30考慮最不利的情況（短路電流最小）

用最小保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)電流Ι段的靈敏性

最小保護(hù)范圍——對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)最小運(yùn)行方式、發(fā)生兩相相間短路的情況?！D解法

·解析法31歸納：電流Ι段整定——躲過(guò)線路末端最大的短路電流。電流Ι段校驗(yàn)——按照最小的短路電流。無(wú)延時(shí)——瞬時(shí)動(dòng)作。

32（3）電流Ι段單相原理接線圖

33（4）優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠,動(dòng)作迅速。

缺點(diǎn)：1）不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)；2）受系統(tǒng)運(yùn)行方

式的影響大；3）可能沒(méi)有保護(hù)范圍：運(yùn)行方

式變化較大、短線路時(shí)。當(dāng)線路與變壓器相連接時(shí)，可以保護(hù)線路的全長(zhǎng)，

并能夠保護(hù)變壓器的一部分(變壓器的阻抗較大)。342、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流Ⅱ段）要求：·保護(hù)線路的全長(zhǎng)（有足夠的靈敏度）；

·具有最小的動(dòng)作時(shí)限（盡可能快）。（1）工作原理保護(hù)范圍延伸至下級(jí)線路，與下級(jí)線路電流Ι段配合。需帶時(shí)限，在時(shí)間上比下級(jí)線路的電流Ι段高t（換取選擇性）。(保證選擇性和可靠性，犧牲一定的速動(dòng)性，獲得靈敏性)35（2）整定電流假設(shè)M為保護(hù)1的電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍末端，則：（3）動(dòng)作時(shí)限（保證選擇性）

t2″=t1′+△t

（△t＝0.3～0.5s）（非周期分量基本上衰減結(jié)束了，可以忽略影響）36（考慮：最小運(yùn)行方式、兩相相間短路的情況）若不滿足,再考慮與保護(hù)1的電流Ⅱ段相配合。（4）靈敏性校驗(yàn)?zāi)康模捍_保A-B線路任何地方的短路都能被切除。37△t考慮的因素：1）斷路器動(dòng)作時(shí)間+滅弧時(shí)間；2）時(shí)間繼電器的延時(shí)誤差；3）測(cè)量元件（電流繼電器）在外部故障切除后的返回延時(shí)；4）裕度。通常取0.5s。采用快速滅弧和電子延時(shí)后，可以縮短到0.3s。（考試或交流中，可以?xún)H說(shuō)：0.5秒延時(shí)）38（5）電流Ⅱ段的原理接線

限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖39（6）評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度好，能保護(hù)線路全長(zhǎng)。缺點(diǎn)：帶0.3～1秒延時(shí)，速動(dòng)性差一些；不能作為下一級(jí)線路的遠(yuǎn)后備電流Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)合工作就可以保證全線范圍內(nèi)的故障在0.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足快速切除故障的要求，作為“主保護(hù)”。40設(shè)計(jì)目的：不允許故障長(zhǎng)期存在。整定原則：躲過(guò)線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。

(目的是：故障切除后，應(yīng)當(dāng)可靠返回)3、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段）一般情況下，Ⅰ段和Ⅱ段的電流定值都較大一些，所以，基本上存在：

Ire＞IL.max可以可靠返回41（1）整定電流（啟動(dòng)電流）·本線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流·外部故障切除后已經(jīng)啟動(dòng)的保護(hù)能夠可靠返回3、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段）ABC45d3D21MMM42ABC45d3D21MMM外部故障切除后電壓恢復(fù)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)有一個(gè)自啟動(dòng)的過(guò)程，自啟動(dòng)電流大于它的額定工作電流。要求：保護(hù)（如3、4、5）在自啟動(dòng)電流情況下必須可靠返回。43（2）動(dòng)作時(shí)限ABC45k23D21k1按上圖標(biāo)定的序號(hào)，形成階梯型時(shí)限特性：44對(duì)于更一般的情況，第Ⅲ段時(shí)限特性如下：45在電流Ⅰ、Ⅱ段以及斷路器都可以正常工作情況下，電流Ⅲ段的電流繼電器僅僅啟動(dòng)（電流定值較?。?，但是，延時(shí)較長(zhǎng)，所以，不發(fā)跳閘命令（由電流Ⅰ段或Ⅱ段切除短路，電流Ⅲ段隨即返回）；在電流Ⅰ、Ⅱ段或斷路器拒動(dòng)時(shí)，電流Ⅲ段的延時(shí)才能夠“走到頭”，此時(shí)才發(fā)跳閘命令，故稱(chēng)為“后備保護(hù)”。46Ⅲ段的后備作用：1）近后備——同一地點(diǎn)電流Ⅰ、Ⅱ段拒動(dòng)的后備2）遠(yuǎn)后備——下一個(gè)變電站的保護(hù)和斷路器拒動(dòng)的后備（防止短路點(diǎn)不切除）順便提及：實(shí)際上，還有一種叫做“斷路器失靈保護(hù)”。47電流的相互配合關(guān)系48時(shí)間的相互配合關(guān)系及其管轄范圍49（3）靈敏性校驗(yàn)

最小運(yùn)行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。AB32C1k150（3）靈敏性校驗(yàn)

最小運(yùn)行方式，本線路（相鄰線路）末端兩相短路。AB32C1k1靈敏系數(shù)相互配合：越靠近故障點(diǎn)保護(hù)靈敏度應(yīng)當(dāng)越高Ksen.1>Ksen.2>Ksen.351（4）原理接線與限時(shí)電流速斷保護(hù)類(lèi)似，主要區(qū)別是：時(shí)間繼電器的時(shí)間整定值不同。（5）評(píng)價(jià)簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作時(shí)限與短路電流的大小無(wú)關(guān)。故障靠電源越近，短路電流越大，過(guò)電流保護(hù)切除故障的時(shí)間越長(zhǎng)（不利）。52階段式電流保護(hù)的單相原理接線階段式電流保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠，在35KV及以下低壓配電網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。主要缺點(diǎn)：受電網(wǎng)接線及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。535、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（供了解）反時(shí)限電流保護(hù)：也是一種過(guò)電流保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限與電流的大小有關(guān)。電流越小，動(dòng)作時(shí)限越長(zhǎng)；電流越大，動(dòng)作時(shí)限越短。在一定程度上具有階段式電流保護(hù)的功能，可同時(shí)滿足速動(dòng)性和選擇性要求。避免動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)！54反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的時(shí)間配合關(guān)系構(gòu)成一個(gè)比較自然的時(shí)間配合，最長(zhǎng)的時(shí)間不至于太長(zhǎng)。55三、電流保護(hù)的接線方式·電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式·三相星形接線與兩相星形接線（a）三相星形接線方式；（b）兩相星形接線方式①每相上均裝有TA和KA、Y形接線②KA的觸點(diǎn)并聯(lián)（或）①一相上不裝設(shè)TA和KA、Y形接線②KA的觸點(diǎn)并聯(lián)（或）（接A、C相）561.三相星形接線和兩相星形接線的性能比較（1）相間短路中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)，都能夠正確動(dòng)作，但動(dòng)作的繼電器數(shù)目不同。（2）單相接地短路兩相星形接線不能反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的B相接地短路。57（3）兩點(diǎn)接地短路

小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，希望只切除一個(gè)故障點(diǎn)。58

三相星形接線：廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重電氣設(shè)備的保護(hù)中，因?yàn)樗芴岣弑Ｗo(hù)動(dòng)作的可靠性和靈敏性。

兩相星形接線：由于兩相星形接線較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，因此在中性點(diǎn)直接接地和非直接接地電網(wǎng)中（輻射線路較普遍）被廣泛作為相間短路的接線方式。

※兩相星形接線時(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），以保證在不同的線路上發(fā)生兩點(diǎn)及多點(diǎn)接地時(shí)，能切除故障。（4）評(píng)價(jià)及應(yīng)用59四.三段式電流保護(hù)接線圖舉例三類(lèi)圖紙：原理圖、展開(kāi)圖、安裝圖1、原理圖

以元件的整體連接來(lái)表明接線中TA、TV、繼電器之間的連接關(guān)系，具有明確直觀的整體概念。60四.三段式電流保護(hù)接線圖舉例2、展開(kāi)圖

運(yùn)行、檢修和調(diào)試中使用的圖紙，將直流回路和交流回路分開(kāi)表示。

屬于同一繼電器的線圈和觸點(diǎn)用相同的符號(hào)來(lái)表示。

交流回路按ABC相序排列；直流回路按繼電器動(dòng)作的先后順序從上而下排列，每行中各元件的線圈和觸點(diǎn)按實(shí)際連接順序從左（正）到右（負(fù)）排列。

（由直流、交流和信號(hào)回路三部分組成）611LJ5LJ9LJ3ZJ4XJLP3ZJ7SJ12SJDLTQ2LJ6LJ10LJ11LJ7SJ8XJLP12SJ13XJLP(c)直流回路展開(kāi)圖電流速斷保護(hù)限時(shí)電流速斷保護(hù)過(guò)電流