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1、2 电网的电流保护电网的电流保护 计划学时计划学时10学时学时 教学重点教学重点 三段式相间电流保护的基本原理三段式相间电流保护的基本原理 方向电流保护及方向元件方向电流保护及方向元件 接地故障的电流保护接地故障的电流保护 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 2.1.1 继电器继电器 继电器的作用和原理继电器的作用和原理 作用：作用：是一种能自动对被控电路实行接通和断开控是一种能自动对被控电路实行接通和断开控 制的装置或元件制的装置或元件。 控制原理：控制原理：当其输入量达到一定值时当其输入量达到一定值时，继电器能使继电器能使 其输出的被控制量如触点打开其输出的
2、被控制量如触点打开、闭合或电平翻转闭合或电平翻转， 从而实现对被控电路的控制从而实现对被控电路的控制。 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 继电器的分类和基本要求继电器的分类和基本要求 实现方式划分：实现方式划分：电磁型电磁型，集成电路型集成电路型，数字型数字型。 按输入量划分：按输入量划分：电流继电器电流继电器，电压继电器电压继电器，功率方功率方 向向，阻抗阻抗，频率等频率等。 按作用划分：按作用划分：启动继电器启动继电器，量度继电器量度继电器，时间继电时间继电 器器，中间继电器中间继电器，信号继电器和出口继电器信号继电器和出口继电器。 基本基本要求：要求：
3、工作可靠工作可靠，动作过程具有继电特性；动作过程具有继电特性； 动作值误差小动作值误差小、功率损耗小功率损耗小、动作迅速动作迅速、动稳定动稳定 和热稳定性好以及抗干扰能力强；和热稳定性好以及抗干扰能力强； 安装安装、整定方便整定方便，运行维护少运行维护少，价格便宜价格便宜。 多种原理、不同用途的各种继电器多种原理、不同用途的各种继电器 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 量度继电器：量度继电器：是一种能调节其动作量值是一种能调节其动作量值（定值定值）的继电器的继电器， 是继电保护系统的核心器件是继电保护系统的核心器件，也是继电保护系统中实现测量也是继电保护系统中
4、实现测量 比较的环节比较的环节。可分为可分为欠量继电器和过量继电器欠量继电器和过量继电器。 继电保护课程研究的主要是量度继电器的工作原理继电保护课程研究的主要是量度继电器的工作原理。 量度继电器量度继电器 过电流继电器过电流继电器 过量继电器过量继电器过电压继电器过电压继电器 高周波继电器高周波继电器 低周波继电器低周波继电器 距离继电器距离继电器欠量继电器欠量继电器 低电压继电器低电压继电器 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 过电流过电流继电器的原理继电器的原理框图框图 来自电流互感器来自电流互感器TA二次侧的电流二次侧的电流Ik，加入到继电器的输入加入到继
5、电器的输入 端端，根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值Iop，为使为使 继电器有普遍的使用价值继电器有普遍的使用价值，动作值动作值Iop可以调整可以调整。当加入到继当加入到继 电器的电流电器的电流Ir大于动作值大于动作值Iop时时，比较环节有输出比较环节有输出。 过电流继电器框图过电流继电器框图 2.1单侧电源网络相间短路的电流保护单侧电源网络相间短路的电流保护 继电特性及返回系数继电特性及返回系数 继电特性：继电特性：无论起动和返回无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的继电器的动作都是明确干脆的，它不它不 可能停留在某一个中间位置可能停留在某一
6、个中间位置，这种特性我们称之为这种特性我们称之为“继电特性继电特性”。 继电特性作用：继电特性作用：保证了继电器保证了继电器动作动作 明确明确、可靠可靠，避免避免触点跳跃触点跳跃现象现象。 op re RE I I K 过量继电器过量继电器返回系数返回系数1，通常为，通常为1.02-1.05 返回系数：返回系数： 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 应用背景应用背景 输电网络特点输电网络特点 作用：作用：承担电能输送任务承担电能输送任务，输送功率大输送功率大。 电压等级：电压等级：1000kV，750kV，500kV，330kV，220kV， 110kV。
7、 网络结构：网络结构：多电源环网多电源环网（通常在高电压等级的主干网为通常在高电压等级的主干网为 环网结构环网结构，低一级电压电网解环运行低一级电压电网解环运行），提高供电可靠性提高供电可靠性。 中性点接地方式：中性点接地方式：中性点直接接地中性点直接接地，限制过电压水平限制过电压水平。 保护配置保护配置：常用有绝对选择性的纵联原理的保护常用有绝对选择性的纵联原理的保护，故障故障 切除快切除快。 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 应用背景应用背景 配电网络特点配电网络特点 作用：作用：承担电能分配任务承担电能分配任务，输送功率相对较小输送功率相对较小。
8、电压等级：电压等级： 54kV, 35kV，10kV，6kV。 网络结构：网络结构：正常运行采用单侧电源供电的辐射型网络正常运行采用单侧电源供电的辐射型网络， 限制短路电流限制短路电流，降低线损；通过手拉手开关形成电源降低线损；通过手拉手开关形成电源 备用备用，保证供电可靠性保证供电可靠性。 中性点接地方式：中性点接地方式：中性点非直接接地方式中性点非直接接地方式，提高供电提高供电 可靠性可靠性。 保护配置保护配置：相对选择性保护原理相对选择性保护原理，保护阶段式配合切保护阶段式配合切 除故障除故障。 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 电流保护电流保护应
9、用应用场所场所 单侧电源单侧电源、快速切除快速切除相间短路相间短路，电力元件过载电力元件过载 发信号或延时跳闸等发信号或延时跳闸等。 电压等级：电压等级：110kV以下以下 网络结构：单电源辐射型网络网络结构：单电源辐射型网络 开关配置：一般只在靠近电源侧安装断路器开关配置：一般只在靠近电源侧安装断路器 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 电网正常运行及相间故障短路电流分析电网正常运行及相间故障短路电流分析 特点：特点：故障故障 电流大于负电流大于负 荷电流荷电流，根根 据故障电流据故障电流 的大小无法的大小无法 唯一的确定唯一的确定 故障点故障点 2.1
10、.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 负荷电流负荷电流正常运行时正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流各条线路中流过所供的负荷电流， 越是靠近电源侧的线路越是靠近电源侧的线路，流过的电流越大流过的电流越大。 最大负荷电流最大负荷电流负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多负荷电流的大小，取决于用户负荷接入的多 少，当用户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电少，当用户的负荷同时都接入时，形成最大负荷电流。负荷电 流与供电电压之间的相位角就是通常所说的功率因数角，一般流与供电电压之间的相位角就是通常所说的功率因数角，一般 小于小于3030。 短路电流短路电流=
11、 =短路工频周期分量短路工频周期分量( (主要主要)+)+暂态高频分量暂态高频分量+ +衰减直流分量衰减直流分量 其中短路工频周期分量可以用下式近似计算：其中短路工频周期分量可以用下式近似计算： ds d ZZ E K Z E I E系统等效电源的相电势；Zd短路点至保护安装处之间的阻抗； Zs保护安装处到系统等效电源之间的阻抗； K短路类型系数，三相短路取1，两相短路取23 2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流特征单侧电源网络相间短路时电流特征 构成完善的电流保护时必须考虑的因数：构成完善的电流保护时必须考虑的因数： 1 1、电力系统运行方式电力系统运行方式 ( (Z Zs s) )的变化
12、；的变化； 2 2、电力系统正常运行状态电力系统正常运行状态 ( (E E) )的变化；的变化； 3 3、不同短路类型不同短路类型(K(K ) )的变化； 的变化； 4 4、随短路点距等值电源的距离变化随短路点距等值电源的距离变化，短路电流连续变化短路电流连续变化， 越远电流越小越远电流越小，并且在本线路末端和下级线路出口短路并且在本线路末端和下级线路出口短路，电流电流 没有差别没有差别。 2.1.3 电流速断保护电流速断保护 电流速断保护电流速断保护对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动 作的电流保护。 1 1 工作原理工作原理（以保护以保护2 2为例分析为例分析） 按选择性：按选择性：d1短路
13、短路保护保护2动作动作 + + d d2 2短路短路保护保护2不动作不动作 实际：实际： d1或或d2短路时流过保短路时流过保 护护2的电流值几乎一样的电流值几乎一样 保护保护2无法区分无法区分d1点与点与 d2点短路点短路 矛矛 盾盾 2.1.3 电流速断保护电流速断保护 电流速断保护工作原理分析电流速断保护工作原理分析 矛盾矛盾分析：分析：区内短路和相邻线路短路存在选择性问题区内短路和相邻线路短路存在选择性问题 措施：措施： 1 1. .优先保证动作的选择性优先保证动作的选择性，即保证区外故障时电流保即保证区外故障时电流保 护不误动护不误动，从而确保动作的快速性从而确保动作的快速性。 2
14、2. .优先保证动作的快速性优先保证动作的快速性，即首次故障不考虑选择性即首次故障不考虑选择性 的方案：靠重合闸纠正的方案：靠重合闸纠正。 2.1.3 电流速断保护电流速断保护 解决办法：解决办法： 优先保证选择性优先保证选择性 按躲开下一条线路出口处短路按躲开下一条线路出口处短路 的条件确定的条件确定 保护保护2的整定电流须大于下一条线路出口处短路的最大的整定电流须大于下一条线路出口处短路的最大 短路电流短路电流 本线路末端短路时保护不能启动本线路末端短路时保护不能启动 以保护以保护2为例为例，为保证动作的选择性为保证动作的选择性，保护装置的启动电流保护装置的启动电流Iset.2必须大必须大
15、 于下一条线路出口处短路时可能的最大短路电流于下一条线路出口处短路时可能的最大短路电流，从而造成在本线路末端从而造成在本线路末端 短路时保护不能启动短路时保护不能启动。 2.1.3 电流速断保护电流速断保护 2 2 电流速断保护的整定计算原则电流速断保护的整定计算原则 （1）动作电流的整定；（）动作电流的整定；（2）动作时间的整定；（）动作时间的整定；（3）保护范围的校验）保护范围的校验 动作电流的整定动作电流的整定 以保护以保护1为例为例，整定的动作电流整定的动作电流IIset.1必须大于必须大于d4点短路时点短路时，可能出现的最大短路可能出现的最大短路 电流电流，即在最大运行方式下变电所即
16、在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时电流母线上三相短路时电流Ik.c.max： .1 .min I setk c m a x sa c E II Zz 动作电流为：动作电流为： 1setrelk c m a x IKI 继电器的二次动作电流：继电器的二次动作电流： 可靠系数可靠系数KIrel=1.21.3 考虑非周期分量的影响、实际的短路电流考虑非周期分量的影响、实际的短路电流 可能大于计算值、保护装置的实际动作值可能大于计算值、保护装置的实际动作值 可能小于整定值和一定的裕度等因素。可能小于整定值和一定的裕度等因素。 nTA为电流互感器的变比为电流互感器的变比;Kcon为电流互感为电流互感 器的接线系数，其值与电流互感器的接
