第二章電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)

第二章電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)第一頁(yè)，共42頁(yè)。§2-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)反映相間短路的電流保護(hù)一、過(guò)電流繼電器1、基本符號(hào)及特性參數(shù)

動(dòng)作過(guò)程：

IJ↑→Mdc↑→Mdc≈>Mth+Mm→舌片開(kāi)始動(dòng)作┌Mdc↑↑┐動(dòng)作過(guò)程中：δ↓→││→舌片加速動(dòng)作(Mdc=K·(IJ/δ)2)└Mth↑┘動(dòng)作終止時(shí)出現(xiàn)剩余力矩：

ΔM=Mdc-Mth

（有利于接點(diǎn)可靠閉合）第二頁(yè)，共42頁(yè)。動(dòng)作電流Idz.J：能使繼電器剛好動(dòng)作的最小電流值。返回過(guò)程：

IJ↓≈<Idz.J時(shí)，由于剩余力矩ΔM

的存在，暫時(shí)還不能返回；

IJ↓↓→Mdc↓→Mdc≈<Mth-Mm

→舌片開(kāi)始返回

┌Mdc↓↓┐返回過(guò)程中：δ↑→││→舌片加速返回

└Mth↓┘返回終止時(shí)出現(xiàn)剩余力矩：ΔM’=Mth-Mdc

（有利于接點(diǎn)可靠斷開(kāi)）返回電流Ih.J：能使繼電器剛好返回的最大電流值。第三頁(yè)，共42頁(yè)。過(guò)電流繼電器表示符號(hào)：繼電器的返回系數(shù)：繼電特性：無(wú)論起動(dòng)或返回，繼電器J的動(dòng)作都是明確干脆的，不會(huì)停留在某個(gè)中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。過(guò)量繼電器（保護(hù)）：反映電氣量上升而使保護(hù)動(dòng)作的繼電器(保護(hù))，Kh<1低量繼電器（保護(hù)）：反映電氣量下降而使保護(hù)動(dòng)作的繼電器(保護(hù))，Kh>12、集成電路型過(guò)電流繼電器（晶體管型：略）第四頁(yè)，共42頁(yè)。3ms延時(shí)：防止干擾信號(hào)引起的誤動(dòng)(干擾持續(xù)時(shí)間一般<1ms)12ms展寬：使輸出動(dòng)作信號(hào)展成連續(xù)高電平。第五頁(yè)，共42頁(yè)。二、電流速斷保護(hù)（電流I段）電流速斷保護(hù)：瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)。1、整定計(jì)算原則(1)短路特性分析：三相短路時(shí)d(3),流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流：Zd()↑→Id↓曲線max：系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路情況。曲線min：系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路情況。（線路上某點(diǎn)兩相短路電流為該點(diǎn)三相短路電流的倍）

第六頁(yè)，共42頁(yè)。(2)動(dòng)作電流整定原則：按躲開(kāi)下條線路出口（始端）短路時(shí)流過(guò)本保護(hù)的最大短路電流整定（以保證選擇性）：

IIdz.1>I(3)d.B.maxIIdz.2>I(3)d.c.max

?。篒Idz.1=KkI·I(3)d.B.maxIIdz.2=KkI·I(3)d.C.max（可靠系數(shù)：KkI=1.2～1.3）第七頁(yè)，共42頁(yè)。(3)靈敏性校驗(yàn)該保護(hù)不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，故用保護(hù)范圍來(lái)衡量：max：最大保護(hù)范圍.min：最小保護(hù)范圍.校驗(yàn)保護(hù)范圍：（min/L）·100%15%～20%

第八頁(yè)，共42頁(yè)。2、電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作迅速(主要優(yōu)點(diǎn)),簡(jiǎn)單可靠。缺點(diǎn)：不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)（主要缺點(diǎn)），直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，受線路長(zhǎng)度的影響。第九頁(yè)，共42頁(yè)。三、限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流II段）限時(shí)電流速斷保護(hù)：以較小的動(dòng)作時(shí)限切除本線路全線范圍內(nèi)的故障 1、動(dòng)作電流的整定：與下條線路的電流I段配合。即：保護(hù)范圍延伸到下條線路，但不超出下條線路電流I段保護(hù)范圍的末端。即：躲開(kāi)下條線路電流I段保護(hù)范圍末端短路時(shí)（即流過(guò)下條線路的短路電流剛好為其電流I段整定值時(shí)），流過(guò)本保護(hù)的最大短路電流。IIIdz.1=KkII·IIdz.2=KkII·KkI·I(3)d.C.max

可靠系數(shù)：

KkII=1.1～1.2（Id中非周期分量已衰減，故比KkI稍?。┑谑?yè)，共42頁(yè)。2、動(dòng)作時(shí)限的配合為保證本線路電流II段與下條線路電流I段的保護(hù)范圍重疊區(qū)內(nèi)短路時(shí)的動(dòng)作選擇性，動(dòng)作時(shí)限按下式配合：

tII1=tI2+t≈t

（t:0.35s～0.6s,一般取0.5s）3、保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn)對(duì)于過(guò)量保護(hù),靈敏系數(shù)：（電流保護(hù)的故障參數(shù)計(jì)算值：系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，流過(guò)本保護(hù)的最小短路電流）第十一頁(yè)，共42頁(yè)。對(duì)保護(hù)1的電流II段：Klm=

要求：Klm

1.3～1.5

若Klm不滿足要求，可繼續(xù)延伸保護(hù)范圍使得：

IIIdz.1=KkII·IIIdz.2(與下條線路的電流II段保護(hù)配合）同時(shí)進(jìn)一步提高時(shí)限：

tII1=tII2+t≈2t

（保證重疊區(qū)內(nèi)故障的動(dòng)作選擇性）四、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)（電流III段，主要作為后備保護(hù)，對(duì)靈敏性要求高）1、動(dòng)作電流的整定原則

按躲開(kāi)流過(guò)保護(hù)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定：IIIIdz>Ifh.max第十二頁(yè)，共42頁(yè)。

實(shí)際整定原則：考慮到外部故障切除后，電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)過(guò)程中，保護(hù)要能可靠地返回，則要求：

IIIIh>Izq.max=Kzq·Ifh.max(電動(dòng)機(jī)負(fù)荷自啟動(dòng)系數(shù)Kzq>1)

又：IIIIh=Kh·IIIIdz

（繼電器返回系數(shù)Kh<1）

（可靠系數(shù)KkIII?。?.15～1.25）2、按選擇性要求確定過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為保證動(dòng)作選擇性，動(dòng)作時(shí)限按“階梯原則”整定:tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t

第十三頁(yè)，共42頁(yè)。

對(duì)定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，當(dāng)故障越靠近電源端時(shí)，此時(shí)短路電流Id越大,但過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限反而越長(zhǎng)———

缺點(diǎn)∴定時(shí)限過(guò)流保護(hù)一般作為后備保護(hù)，但在電網(wǎng)的終端可以作為主保護(hù)。3、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)(1)作為本線路主保護(hù)或近后備時(shí)，按本線路末端短路流過(guò)本保護(hù)的最小短路電流來(lái)校驗(yàn)：要求Klm

1.3～1.5第十四頁(yè)，共42頁(yè)。(2)作為遠(yuǎn)后備時(shí)（相鄰線路的后備），按相鄰線路末端短路流過(guò)本保護(hù)的最小短路電流來(lái)校驗(yàn)：要求Klm

1.2(3)要求各保護(hù)之間Klm互相配合對(duì)同一故障點(diǎn)，越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)，其Klm要求越大

Klm.1<

Klm.2<

Klm.3<

Klm.4<…即要求：IIIIdz.1>IIIIdz.2>IIIIdz.3>…(單側(cè)電源輻射網(wǎng)，此條件自然滿足)第十五頁(yè)，共42頁(yè)。五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及評(píng)價(jià)(1)電流I段：由動(dòng)作電流的整定來(lái)保證動(dòng)作選擇性，按躲開(kāi)某點(diǎn)的短路電流整定，動(dòng)作迅速（無(wú)時(shí)限），但不能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，作為主保護(hù)的一部分。(2)電流II段：由動(dòng)作電流整定與時(shí)限配合來(lái)保證動(dòng)作選擇性，動(dòng)作電流按躲開(kāi)某點(diǎn)的短路電流整定，能保護(hù)本線路全長(zhǎng)，動(dòng)作時(shí)限較小，作為主保護(hù)的另一部分（電流I段的補(bǔ)充）(3)電流III段：由動(dòng)作時(shí)限的配合來(lái)保證動(dòng)作的選擇性，動(dòng)作電流按躲開(kāi)負(fù)荷電流整定，其值較小，靈敏度較高，然而動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，且越靠近電源短路，動(dòng)作時(shí)限反而越長(zhǎng)，一般作為后備保護(hù)，但是在電網(wǎng)終端可作為主保護(hù)。

第十六頁(yè)，共42頁(yè)。六、電流保護(hù)的接線方式

LJ—(接線)—TA1、兩種常用的接線方式(1)三相星形(2)兩相星形各相LJ出口采用“或”邏輯。繼電器動(dòng)作電流Idz.J=Idz/nTA

2、兩種接線方式的性能分析比較(1)對(duì)中性點(diǎn)接地或不接地網(wǎng)中各種相間短路兩種接線方式均能正確反映這些故障.第十七頁(yè)，共42頁(yè)。(2)對(duì)中性點(diǎn)非直接接地網(wǎng)中的異地兩點(diǎn)接地短路（不同線路上兩點(diǎn)接地）∵這種電網(wǎng)允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行①串聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地時(shí)：三相星形接線能保證只切除后一接地點(diǎn)兩相星形接線只能保證2/3的機(jī)會(huì)切除后一接地點(diǎn)第十八頁(yè)，共42頁(yè)。②并聯(lián)線路上兩點(diǎn)接地時(shí)：三相星形接線：若保護(hù)1，2時(shí)限相同，則兩接地點(diǎn)將同時(shí)被切除，擴(kuò)大了停電范圍。兩相星形接線：即使保護(hù)1，2時(shí)限相同（例如皆由I段動(dòng)作，或皆由II段動(dòng)作），也能保證有2/3的機(jī)會(huì)只切除任一條線路。(3)作為Y/接線變壓器后面短路的遠(yuǎn)后備保護(hù)的接線方式

Y/-11接線T：正序：側(cè)超前Y側(cè)30°

負(fù)序：側(cè)落后Y側(cè)30°

現(xiàn)以Y/-11接線的降壓變壓器為例：第十九頁(yè)，共42頁(yè)。假設(shè)低壓側(cè)（側(cè)）發(fā)生AB兩相短路：∴兩相星形的Klm比三相星形降低一半提高兩相星形接線Klm的方法：在兩相星形的中線上再接一個(gè)繼電器3LJ.∵兩相短路時(shí)有：

∴3LJ中的電流:

∴

I3LJ反映了IB

Klm↑第二十頁(yè)，共42頁(yè)。3、兩種接線方式的應(yīng)用(1)三相星形：接線復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)，但可提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性與靈敏性，廣泛用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重元件以及110kV以上高壓線路的保護(hù)中。(2)兩相星形：接線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，廣泛用于各種電網(wǎng)中反映相間短路的110kV以下中、低壓線路的電流保護(hù)中。（電網(wǎng)中所有采用兩相星形接線的保護(hù)都應(yīng)裝在相同的兩相上，一般為A、C相）第二十一頁(yè)，共42頁(yè)。七、三段式電流保護(hù)接線圖1、原理圖以二次元件為整體繪制。2、展開(kāi)圖以二次回路為整體繪制。交流回路直流回路第二十二頁(yè)，共42頁(yè)?！?-2電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)一、方向性問(wèn)題的提出（以雙側(cè)電源電網(wǎng)為例）E1單獨(dú)供電：由保護(hù)1、3、5起線路保護(hù)作用E2單獨(dú)供電：由保護(hù)6、4、2起線路保護(hù)作用E1、E2同時(shí)供電：（以B母線兩側(cè)保護(hù)2,3為例）假設(shè)：┌電流I段保護(hù)：IIdz.3>IIdz.2

└電流III段保護(hù)：tIII3>tIII2d1點(diǎn)短路時(shí)（要求：2動(dòng)作，3不動(dòng)），雖然此時(shí)可能滿足選擇性（3不誤動(dòng)）；但若出現(xiàn)d2點(diǎn)短路，則：2誤動(dòng)→非選擇性動(dòng)作。第二十三頁(yè)，共42頁(yè)。規(guī)定保護(hù)正方向：保護(hù)安裝處母線→被保護(hù)線路分析可知：被保護(hù)線路正方向短路時(shí)：保護(hù)不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)；反方向短路時(shí)：由對(duì)側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護(hù)誤動(dòng)作，此時(shí)的功率方向：線路→母線

為防止保護(hù)誤動(dòng),增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ(裝于誤動(dòng)保護(hù)上)┌正方向（母線→線路）：GJ動(dòng)作啟動(dòng)保護(hù)短路點(diǎn)位于│└反方向（線路→母線）：GJ不動(dòng)閉鎖保護(hù)

增設(shè)GJ后,雙側(cè)電源網(wǎng)可以按單側(cè)電源網(wǎng)的三段電流保護(hù)進(jìn)行配合。第二十四頁(yè)，共42頁(yè)。二、GJ的工作原理保護(hù)1上裝設(shè)GJ假設(shè)GJ接線方式為：加入GJ的電壓：

——相電壓（以相應(yīng)相母線高于中性點(diǎn)N為正極性）

電流——相電流（以母線流向線路為正極性）。則：d1點(diǎn)三相短路時(shí)：

d2點(diǎn)三相短路時(shí)：設(shè)計(jì)一個(gè)直線動(dòng)作邊界：當(dāng)正方向短路時(shí)位于動(dòng)作區(qū)，GJ動(dòng)作當(dāng)反方向短路時(shí)位于非動(dòng)作區(qū)，GJ閉鎖（注：若GJ的接線方式或短路類(lèi)型變化，則正向短路時(shí)與的相位差將變化，因此GJ的動(dòng)作邊界應(yīng)可調(diào)整）第二十五頁(yè)，共42頁(yè)。1、相位比較式GJ相位比較器：兩輸入量：動(dòng)作條件：（銳角型）或（鈍角型）相位比較式GJ：兩輸入量：（其中——GJ的內(nèi)角）動(dòng)作條件：第二十六頁(yè)，共42頁(yè)。其功率表示形式為：調(diào)→調(diào)GJ的動(dòng)作邊界當(dāng)超前的角度：時(shí)：垂直于動(dòng)作邊界，位于動(dòng)作范圍的正中央，GJ動(dòng)作最為靈敏可靠，此時(shí)的稱為GJ的最靈敏角，可見(jiàn)2、幅值比較式GJ幅值比較器：兩輸入量：動(dòng)作條件：第二十七頁(yè)，共42頁(yè)。幅值比較器與銳角型相位比較器的關(guān)系（互換條件）：若取：則：①當(dāng)相位比較器位于動(dòng)作區(qū)，即：即幅值比較器也位于動(dòng)作區(qū)②當(dāng)相位比較器位于非動(dòng)作區(qū)，即：即幅值比較器也位于非動(dòng)作區(qū)∴當(dāng)滿足：時(shí)（為任意相量），幅值比較器與銳角型相位比較器具有相同的動(dòng)作特性。（幅值比較器與鈍角型相位比較器的互換關(guān)系為：

)第二十八頁(yè)，共42頁(yè)。

幅值比較式GJ：兩輸入量：則兩比較量：其特性與相位比較式GJ完全相同。三、集成電路型GJ1、相位比較式原理分析：相位比較→時(shí)間比較當(dāng)時(shí)：

的持續(xù)時(shí)間>5ms。（當(dāng)夾角為鈍角時(shí)，相應(yīng)持續(xù)時(shí)間<5ms）第二十九頁(yè)，共42頁(yè)。2、集成電路型GJ

具體構(gòu)成:3、GJ的動(dòng)作特性理想GJ動(dòng)作條件:

－90o<ΦJ＋<90o

即:UJIJCos(ΦJ＋)>0實(shí)際GJ:

起動(dòng)電壓Udz.J.min：電壓回路形成方波電壓U3所需最小電壓。起動(dòng)電流Idz.J.min：電流回路形成方波電壓U4所需最小電流。第三十頁(yè)，共42頁(yè)。

當(dāng)線路正向出口附近故障使：

UJ<Udz.J.min時(shí)，

GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū)（由于故障時(shí)電流IJ較大，不存在電流死區(qū)）。

GJ的“潛動(dòng)”問(wèn)題：在只加電壓UJ或只電流加IJ時(shí)，GJ就能動(dòng)作。（零點(diǎn)飄移造成，是不利因素）集成電路GJ采用“同為正”及“同為負(fù)”的持續(xù)時(shí)間皆大于5ms的“與”門(mén)輸出來(lái)消除“潛動(dòng)”，但同時(shí)也就增大了死區(qū)。四、相間短路GJ的接線方式要求：(1)正方向任何相間故障:GJ動(dòng)作反方向任何相間故障:GJ不動(dòng)

(2)加入GJ的UJ、IJ應(yīng)盡量大,

且使正向故障的ΦJ→Φlm

第三十一頁(yè)，共42頁(yè)。

90o接線方式:

線路正方向各種相間短路時(shí),90o接線方式的工作情況分析：1、正方向三相短路∵三相完全對(duì)稱∴以GJA為例分析(GJB、GJC相同):

（Φd：線路阻抗角）當(dāng)Zd→0時(shí)，UJ→0<Udz.J.min，GJ拒動(dòng)，存在死區(qū)。為使GJ動(dòng)作靈敏，應(yīng)盡量使Φlm→-(90o-Φd),

即:→(90o-Φd)

第三十二頁(yè)，共42頁(yè)。2、正方向兩相短路以BC兩相短路為例分析：A相為非故障相，Ifh方向不定，故GJA動(dòng)作情況不定（但由于IA＝Ifh很小，A相電流元件LJA不起動(dòng)，則不需考慮GJA）分析故障相方向元件GJB、GJC的情況：第三十三頁(yè)，共42頁(yè)。(1)d(2)點(diǎn)位于保護(hù)安裝處附近（Zd<<ZS，Zd≈0）

(2)d(2)點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處（Zd>>ZS）第三十四頁(yè)，共42頁(yè)。同理可分析AB、CA兩相短路的情況

3、結(jié)論：①在線路正方向各種相間故障情況下,故障相GJ的ΦJ是在以-(90o-Φd)為中心左右偏離不超過(guò)30o的范圍內(nèi)。（反方向各種相間故障時(shí),故障相GJ的ΦJ是在以180o-(90o-Φd)=90o+Φd為中心左右偏離不超過(guò)30o的范圍內(nèi)）②對(duì)三相短路存在死區(qū)（保護(hù)安裝處正向出口附近），但對(duì)各種兩相短路不存在死區(qū)（UJ中包含非故障相電壓，其值較大）。第三十五頁(yè)，共42頁(yè)。③若線路阻抗角為Φd，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使：

Φlm→-(90o-Φd)即：→(90o-Φd)④功率方向元件GJ與電流元件LJ應(yīng)采用按相啟動(dòng)原則(即相應(yīng)相的GJ與相應(yīng)相的LJ相“與”后作為該相出口，然后各相出口再相“或”輸出）。⑤只需采用兩個(gè)方向元件（一般接于A，C相）即可反映各種相間短路的正、反方向。⑥三相短路的死區(qū)，對(duì)于動(dòng)作速度要求不高的線路可由前級(jí)線路的保護(hù)作為遠(yuǎn)后備來(lái)切除；對(duì)動(dòng)作速度要求高的線路可利用記憶作用來(lái)消除死區(qū)（由于故障前的電壓UJ[0]與故障后的電壓UJ同相，故可用UJ[0]代替UJ與電流IJ比相，而UJ[0]的值較大，無(wú)死區(qū)）第三十六頁(yè)，共42頁(yè)。4、方向性電流保護(hù)原理接線圖第三十七頁(yè)，共42頁(yè)。五、多電源網(wǎng)中電流保護(hù)整定的特點(diǎn)1、電流I段的特殊整定方法由電流I段保護(hù)整定原則：IIdz.1>I(3)d1.max；IIdz.2>I(3)d2.max若?。篒Idz.1=IIdz.2=KkI·Max{I(3)d1.max，I(3)d2.m