第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)

第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

第一節(jié)

繼電保護(hù)用繼電器和電力互感器

繼電器是組成繼電保護(hù)裝置的基本元件。電流繼電器是實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元件，在電流保護(hù)中用作測(cè)量和起動(dòng)元件，它是反應(yīng)電流超過(guò)某一整定值而動(dòng)作的繼電器。

電磁型繼電器的繼電特性是通過(guò)力矩相互作用實(shí)現(xiàn)的。能使繼電器動(dòng)作（動(dòng)合觸電閉合）的最小電流稱為繼電器的動(dòng)作電流；能使繼電器返回（動(dòng)合觸電打開(kāi)）的最大電流稱為繼電器的返回電流。由于摩擦力矩的存在，使得返回電流與動(dòng)作電流不等。第二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電磁型電流繼電器的原理結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩曲線第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四過(guò)電流繼電器的繼電特性保護(hù)繼電器的返回電流與動(dòng)作電流的比值稱作返回系數(shù)，記為：第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四將一次系統(tǒng)的大電流準(zhǔn)確地變換為適合二次系統(tǒng)使用的小電流（額定值為1A或5A），以便繼電保護(hù)裝置或儀表用于測(cè)量電流。并將一次、二次設(shè)備安全隔離，使高、低壓回路不存在電的聯(lián)系。電流互感器在電路圖中的文字符號(hào)為T(mén)A。電流互感器由鐵芯及繞組組成，原方繞組和副方繞組通過(guò)一個(gè)共同的鐵芯進(jìn)行互感耦合。

電流互感器：第五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電流互感器的等值回路及相量圖

第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電壓互感器：將一次系統(tǒng)的高電壓準(zhǔn)確地變換為適合二次系統(tǒng)使用的低電壓（額定值為100V或100/V）。并將一次、二次設(shè)備安全隔離，以保障二次設(shè)備和工作人員的安全。電壓互感器在電路圖中的文字符號(hào)為T(mén)V。

1.電磁式電壓互感器2.電容式電壓互感器第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電壓互感器的等值電路與相量圖第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電容式電壓互感器原理圖

第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二節(jié)相間短路的電流保護(hù)

根據(jù)線路故障對(duì)主、后備保護(hù)的要求，線路相間短路的電流保護(hù)有三種：第一，無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)或無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)；第二，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)或帶時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)；第三，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)或低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)。第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)依靠動(dòng)作電流來(lái)保證其選擇性，即被保護(hù)線路外部短路時(shí)流過(guò)該保護(hù)的電流總小于其動(dòng)作電流，不能動(dòng)作；而只有在內(nèi)部短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流才有可能大于其動(dòng)作電流，使保護(hù)動(dòng)作。故無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)不必外加延時(shí)元件即可保證保護(hù)的選擇性。第十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度是通過(guò)保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量的，即它所保護(hù)的線路長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。保護(hù)在不同運(yùn)行方式下和不同短路類型時(shí)，保護(hù)的靈敏度即保護(hù)范圍各不相同。應(yīng)采用最不利情況下保護(hù)的保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，一般要求保護(hù)范圍不小于線路全長(zhǎng)的15%。第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)整定計(jì)算示意圖第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大，或者保護(hù)線路的長(zhǎng)度很短時(shí)，無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度就會(huì)不滿足要求甚至沒(méi)有保護(hù)范圍，此保護(hù)不宜使用，此時(shí)可采用無(wú)時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)。電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)是采用電流、電壓元件相互閉鎖實(shí)現(xiàn)的保護(hù)，只要有一個(gè)元件不動(dòng)作，保護(hù)即被閉鎖。第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)電流保護(hù)第Ⅰ段只能保護(hù)線路的一部分，而該線路剩下部分的短路故障必須依靠電流保護(hù)第Ⅱ段來(lái)可靠切除。這樣，線路上的電流保護(hù)第Ⅰ段和第Ⅱ段共同構(gòu)成整個(gè)被保護(hù)線路的主保護(hù)，它能以盡可能快的速度，可靠并有選擇性地切除本線路上任一處故障。第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四帶時(shí)限電流速斷保護(hù)電流測(cè)量元件的整定值遵循原則：第一、在任何情況下，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)均能保護(hù)本線路全長(zhǎng)（包括本線路末端），為此，保護(hù)范圍必須延伸至相鄰的下一線路，以保證保護(hù)在有各種誤差的情況下仍能保護(hù)線路的全長(zhǎng)；第二、為了保證在相鄰的下一線路出口處短路時(shí)保護(hù)的選擇性，本線路的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流兩個(gè)方面均必須和相鄰線路的無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)配合。第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)帶時(shí)限電流速斷保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，動(dòng)作電流可采用和相鄰線路電流保護(hù)第Ⅱ段整定值配合的方法確定，以降低本線路電流保護(hù)第Ⅱ段的整定值，提高其靈敏度。第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四三、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的作用是做本線路主保護(hù)的近后備，并做相鄰下一線路或元件的遠(yuǎn)后備，因此它的保護(hù)范圍要求超過(guò)相鄰線路或元件的末端。第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四由于定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作值只考慮在最大負(fù)荷電流情況下保護(hù)不動(dòng)作和保護(hù)能可靠返回的情況，而無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)和帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流則必須躲過(guò)某一個(gè)短路電流，因此，電流保護(hù)第Ⅲ段的動(dòng)作電流通常比電流保護(hù)第Ⅰ段和第Ⅱ段的動(dòng)作電流小得多，其靈敏度比電流保護(hù)第Ⅰ、Ⅱ段更高。第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生短路時(shí)，從故障點(diǎn)至電源之間所有線路上的電流保護(hù)第Ⅲ段的電測(cè)量元件均可能動(dòng)作。為了保證選擇性，各線路第Ⅲ段電流保護(hù)均需增加延時(shí)元件，且各線路第Ⅲ段保護(hù)的延時(shí)必須互相配合。兩相鄰線路電流保護(hù)第Ⅲ段動(dòng)作時(shí)間之間相差一個(gè)時(shí)間階段的整定方式稱為按階梯原則整定。第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，可采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。所謂低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)是指在定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)中同時(shí)采用電流測(cè)量元件和低于動(dòng)作電壓動(dòng)作的低電壓測(cè)量元件來(lái)判斷線路是否發(fā)生短路故障的保護(hù)。第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四四、電流保護(hù)的接線方式所謂電流保護(hù)的接線方式是指電流互感器和電流測(cè)量元件間的連接方式。為能反映所有類型的相間短路，電流保護(hù)要求至少在兩相線路上應(yīng)裝有電流互感器和電流測(cè)量元件。第二十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四完全星形接線方式，一般用于大接地電流系統(tǒng)。不完全星形接線方式，一般用于小接地電流系統(tǒng)。兩種接線方式均能反映所有的相間短路，兩種接線方式的區(qū)別主要有：（1）兩種接線的投資不同；（2）在大接地電流系統(tǒng)中，完全星形接線能反映所有單相接地故障，不完全星形接線不能反映B相接地故障；第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）在小接地電流系統(tǒng)中，在不同線路的不同相上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，不完全星形接線只有三分之一的機(jī)會(huì)切除兩條線，而完全星形接線則均切除兩條線，因此，不完全星形接線的供電可靠性高；在串聯(lián)運(yùn)行的兩相鄰線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，不完全星形接線方式的電流保護(hù)有三分之一的機(jī)會(huì)無(wú)選擇性動(dòng)作，而完全星型接線則百分之百有選擇性動(dòng)作。第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）對(duì)于繞組為星型-三角形聯(lián)結(jié)的變壓器后發(fā)生兩相短路時(shí)，完全星型接線方式電流保護(hù)的靈敏度是不完全星型接線電流保護(hù)的靈敏度的二倍。第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電流保護(hù)的接線方式(a)

完全星形接線；(b)不完全星形接線第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三節(jié)多側(cè)電源電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù)

一、方向性電流保護(hù)的工作原理

為了消除雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)無(wú)選擇性的動(dòng)作，就需要在可能誤動(dòng)作的保護(hù)上加設(shè)一個(gè)功率方向元件。該元件當(dāng)短路功率由母線流向線路時(shí)動(dòng)作；當(dāng)短路功率由線路流向母線時(shí)不動(dòng)作。雙測(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路方向保護(hù)就是在單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路保護(hù)的基礎(chǔ)上增加了方向判別元件，以保證其選擇性的保護(hù)。雙測(cè)電源網(wǎng)絡(luò)方向保護(hù)有功率方向和阻抗方向兩種。第二十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)雙測(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上的保護(hù)裝設(shè)方向元件后，就可以把他們拆開(kāi)成兩個(gè)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)看待，兩組方向保護(hù)之間不要求配合關(guān)系，其整定計(jì)算仍可按單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)保護(hù)原則進(jìn)行。

第二十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、相間短路方向繼電器的90。接線方式為了減小和消除死區(qū)，相間短路的功率方向測(cè)量元件廣泛采用非故障的相間電壓作參考量去判別電流的相位，即90。接線方式。所謂90。接線方式是指系統(tǒng)在三相對(duì)稱且功率因數(shù)為1的情況下，接入功率方向測(cè)量元件的電流超前所加電壓90。的接線方式。第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四90。接線方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：第一，對(duì)各種兩相短路都沒(méi)有死區(qū)，因?yàn)槔^電器加入的是非故障的相間電壓，其值很高；第二，適當(dāng)?shù)剡x擇繼電器的內(nèi)角后，對(duì)線路上發(fā)生的各種故障，都能保證動(dòng)作的方向性。因此接線得到了廣泛的應(yīng)用。

第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四節(jié)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中接地短路的零序電流及方向保護(hù)

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，將出現(xiàn)很大的零序電流。我國(guó)110kV及以上的電力系統(tǒng)均為大電流接地系統(tǒng)。單相短路將產(chǎn)生很大的故障相電流和零序電流，必須裝設(shè)接地短路的相應(yīng)保護(hù)裝置。接地短路時(shí)必有零序電流，而在正常負(fù)荷狀態(tài)下，零序電流沒(méi)有或很小，因此采用反應(yīng)零序電流的接地保護(hù)將能取得較高靈敏度，而且三相只要一個(gè)電流繼電器，使接地保護(hù)裝置非常簡(jiǎn)單。

第三十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四大接地電流系統(tǒng)中的多段式零序電流保護(hù)：零序電流速斷（零序Ⅰ段）保護(hù)；零序電流限時(shí)速斷（零序Ⅱ段）保護(hù)；定時(shí)限零序過(guò)電流（零序Ⅲ段）保護(hù)；第三十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四零序電流濾過(guò)器第三十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四零序電壓濾過(guò)器第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四方向性零序電流保護(hù)。在變壓器接地?cái)?shù)目比較多的復(fù)雜環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，為了簡(jiǎn)化整定計(jì)算及保護(hù)之間相互的配合，并保證保護(hù)的選擇性，就需要考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作的方向性問(wèn)題。在零序電流保護(hù)上增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障時(shí)，零序功率方向的差別，來(lái)閉鎖可能誤動(dòng)作的保護(hù)，才能保證動(dòng)作的選擇性。第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四多段式方向零序電流保護(hù)的構(gòu)成僅在零序電流保護(hù)第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各段中分別增加一個(gè)零序功率方向測(cè)量元件，并與零序電流測(cè)量元件構(gòu)成與門(mén)，共同判別是否在保護(hù)線路正方向發(fā)生了接地短路。

第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五節(jié)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中單相接地故障的零序電壓、電流及功率方向保護(hù)

電壓為3～35kV的電網(wǎng)，采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，統(tǒng)稱為中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)。中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，雖然系統(tǒng)的中性點(diǎn)電位發(fā)生變化，相電壓不對(duì)稱，但相間電壓卻還保持對(duì)稱狀態(tài)，因此不影響供電，可維持電網(wǎng)在故障后短時(shí)間運(yùn)行，不必立即跳該故障線路的斷路器（在危及人身、設(shè)備安全時(shí)則應(yīng)立即跳閘），但為了防止事故擴(kuò)大，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以便運(yùn)行人員及時(shí)檢查和排除故障。第三十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四一、中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)有以下特征：1、在發(fā)生單相接地時(shí)，全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓和零序電流；2、非故障線的零序電流為該線非故障相對(duì)地電容電流之和，方向?yàn)橛赡妇€指向線路且超前零序電壓90。；3、故障點(diǎn)的電流為全系統(tǒng)非故障相對(duì)地電容電流之和，其相位超前零序電壓90。；第三十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四4、故障線的零序電流等于除故障線外的全系統(tǒng)中其他元件非故障相的電容電流之和，其值遠(yuǎn)大于非故障線的零序電流，且方向與非故障線電流的方向相反，由線路指向母線，且滯后零序電壓90。；5、故障線的零序功率與非故障線的零序功率方向相反。

第四十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四根據(jù)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的各種特征，這種系統(tǒng)可構(gòu)成以下原理的接地短路保護(hù)方式。1、絕緣監(jiān)視裝置

2、零序電流保護(hù)

3、零序功率方向保護(hù)

第四十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中單相接地故障的特點(diǎn)及保護(hù)方式。在中性點(diǎn)和大地之間接入一個(gè)帶鐵芯的電感線圈L，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地點(diǎn)就有一個(gè)電感分量的電流通過(guò)，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消，就可以減少故障點(diǎn)的接地電流，因此稱它為消弧線圈。

第四十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四根據(jù)對(duì)電容電流補(bǔ)償程度的不同，消弧線圈可以有下列三種補(bǔ)償方式：完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償。采用過(guò)補(bǔ)償后，該系統(tǒng)中零序分量的特征如下：

1、全系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓和零序電流；2、由于過(guò)補(bǔ)償作用使流經(jīng)故障點(diǎn)、故障線路的零序電流大大減小，因此它的大小與非故障線路的零序電流值差別不大，其次由于補(bǔ)償系數(shù)不大，所以采用零序電流保護(hù)很難滿足靈敏系數(shù)的要求；第四十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四3、采用過(guò)補(bǔ)償方式后故障線零序電流和零序功率方向與非故障線零序電流和零序功率方向相同，就無(wú)法利用零序功率方向保護(hù)來(lái)選擇故障線路；4