华电继保(黄少锋教授)-电流(2-1)解析

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1、第 二 章 电网的电流保护 1 第 2.1 节 单侧电源网络相间短路的 电流保护 2 一、继电器 继电器是一种能自动执行通断操作的部件，当 其输入量达到一定值时，能使其输出按预先设定的 状态发生变化。 分类： 结构 功能 单元件 电磁型 电流继电器 启动继电器 感应型 电压继电器 度量继电器 整流型 功率方向继电器 时间继电器 数字型 阻抗继电器 信号继电器 中间继电器 3 一种电磁型电流继电器工作原理 对继电器的基本要求是工作可靠（动作门槛值稳 定，接点接触良好），其动作过程具有良好的“继电 特性”。 (也称动合触点) 常开接点 图形符号 4 常闭接点 (也称动断触点) 图形符号 一种电磁型

2、电流继电器工作原理 图形符号 常开接点 5 继电器的继电特性： 动作过程 不动 “动作电流”的电磁力矩 = 弹簧力矩 + 摩擦力矩 6 继电器的继电特性： 动作过程 “动作电流”的电磁力矩 弹簧力矩 + 摩擦力矩 保持动作状态 连通 7 继电器的继电特性： 动作过程(重复一遍) 动 作 电 流 8 动 作 电 流 继电器的继电特性： 返回过程 返 回 电 流 红色：动作后的返 回过程 “返回电流”的电磁力矩 + 摩擦力矩 = 弹簧力矩 9 由图可知： 动作电流 返回电流 继电器的继电特性： 动 作 电 流 返 回 电 流 10 1）动作状态垂直跃变明确性（摩擦阻力一旦 被克服，就会形成跃变，不

3、会缓变）； 继电器的继电特性: 动 作 电 流 返 回 电 流 2） 稳定性 （需要克服阻力） 11 欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作） 过量型继电器（反应于测量量的增大而动作） 继电器的表示方法： 常开接点常闭接点 示意图 接点符号 名称 “常”不带电状态 ，不是“正常状态” 12 电压继电器的工作原理与此类似。 除了内部设计不同以外，从线圈来看： 导线细、匝数多。 输入阻抗大，并联接入 13 二、单侧电源网络相间短路的电流保护 （本节主要针对小电流接地系统） 小电流接地系统： 在该电压等级中，所有变压器的中性点均不接地。 14 二、单侧电源网络相间短路的电流保护 （本节主要针对小电流

4、接地系统） 发生单相接地时，几乎没有短路电流，不会烧坏设 备，所以,还可以运行12小时供电可靠性高,但 是，非故障相电压升高为1.732倍，故,绝缘要求高。 随着电压等级的提高，绝缘的投资会急剧增加。 主要用在1066kV的配电系统。 15 大电流接地系统：在该电压等级中，部分或所有变 压器的中性点直接接地。 优点：绝缘要求低，绝缘的投资相对于小电流接地 系统要低。 缺点：发生单相接地故障时，会产生很大的短路电 流，会损坏设备等。 （主要用在110kV及以上的电压等级中） 16 小电阻接地系统 17 单侧电源网络相间短路时电流量特征 问题：如果变电站B、C、D还有其他负荷或者引出 线时（这是一

5、般的情况），怎么办？ 负荷端对短路电流计算的影响很小,可以忽略。 18 在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路 电流 Ik 仅与系统等值阻抗 Zs 有关。 19 1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安 装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方 式。 20 2）在相同地点发生相同类型的短路时，如果流过 保护安装处的电流为最小，则称此时的运行方式为： 最小方式。 1）在某一地点发生三相短路时，如果流过保护安 装处的电流为最大,则称此时的运行方式为：最大方 式。 21 短路电流随故障点位置变化的曲线，称为短路电 流变化曲线。 根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配 置和整定计算

6、。 22 1、电流速断保护（简称：电流段） （1）工作原理：反应于短路电流的幅值增大而瞬 时动作的电流保护（电流大于某个数值时，立即动作 ）。 按照选择性的要求，希望能保护本线路全长。 但是，保护2的测量电流无法区分K1点与K2点短路 (电流大小几乎一样), 因此，保护2的电流速断保护 按躲过相邻下一条线路(K2)出口处短路时可能出现的 最大短路电流来进行整定。 （保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性） 23 问题1：为什么需要躲过最大短路电流？ 考虑最不利（恶劣）的条件，保证在各 种情况下都能够有选择性。 问题2：什么情况下会出现最大短路电流？ 系统最大运行方式，发生三相短路。

7、短路点确定后，ZA-B也就确定了。 24 （2）整定计算原则 整定计算的三要素： 1)整定值 2)动作时限 3)灵敏性校验 2号断路器处的保护整定： 1号断路器处的保护整定： 电流段整定方法（或称为原则）归纳为： 躲过线路末端出现的最大短路电流！ 25 符号说明 （断路器1） 26 可靠系数的考虑因素 主要考虑了各种影响因素的相对误差： 1）非周期分量； 2）暂态谐波； 3）系统和线路参数的误差； 4）计算误差； 5）互感器传变误差； 6）继电器测量误差； 7）电动势波动； 8）裕度。 一般取为1.21.3 27 根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)： 二次整定值： 28 动作时限：

8、t=0(秒) 瞬时动作（理想 情况）实际上，都需要一定的 测量时间，称为固有动作时间。 灵敏性校验：用线路被保护范围大小来衡量。 （能保护线路的多长？） 29 保护范围：大于动作电流（整定值）的短路电流 所对应的保护区域。 保护范围随运行方式，也随故障类型的变化而变化 。 30 考虑最不利的情况（短路电流最小） 用最小保护范围来校验电流段的灵敏性 最小保护范围对应于系统最小运行方式、 发生两相相间短路的情况。 图解法 解析法 31 归纳： 电流段整定 躲过线路末端最大的 短路电流。 电流段校验 按照最小的短路电流。 无延时 瞬时动作。 32 （3）电流段单相原理接线图 33 （4）优缺点 优点

9、：简单可靠,动作迅速。 缺点：1）不能保护本线路全长；2）受系统运行方 式的影响大；3）可能没有保护范围：运行方 式变化较大、短线路时。 当线路与变压器相连接时，可以保护线路的全长， 并能够保护变压器的一部分(变压器的阻抗较大)。 34 2、限时电流速断保护（电流段） 要求： 保护线路的全长（有足够的灵敏度）； 具有最小的动作时限（尽可能快）。 （1）工作原理 保护范围延伸至下级线路，与下级线路电流 段配合。 需带时限，在时间上比下级线路的电流段 高t（换取选择性）。 (保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性，获得灵敏性) 35 （2）整定电流 假设M为保护 1 的电流速断保护的保护范围末端，

10、则： （3）动作时限（保证选择性） t 2 = t 1 + t （t0.30.5s ） （非周期分量基本上衰减结束了，可以忽略影响） 36 （考虑：最小运行方式、两相相间短路的情况） 若不满足,再考虑与保护1的电流段相配合。 （4）灵敏性校验 目的：确保 A-B 线路任何地方的短路都能被切除。 37 t 考虑的因素： 1）断路器动作时间 + 灭弧时间； 2）时间继电器的延时误差； 3）测量元件（电流继电器）在外部故障切除后的 返回延时； 4）裕度。 通常取 0.5s。 采用快速灭弧和电子延时后，可以缩短到0.3s。 （考试或交流中，可以仅说：0.5秒延时） 38 （5）电流段的原理接线 限时电

11、流速断保护的单相原理接线图 39 （6）评价 优点：灵敏度好，能保护线路全长。 缺点：带 0.3 1秒延时，速动性差一些； 不能作为下一级线路的远后备 电流、段联合工作就可以保证全线范围内的 故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足快速 切除故障的要求，作为“主保护”。 40 设计目的：不允许故障长期存在。 整定原则：躲过线路上可能出现的最大负荷电流。 (目的是：故障切除后，应当可靠返回) 3、定时限过电流保护（电流段） 一般情况下， 段和段的电流定 值都较大一些，所 以，基本上存在： IreIL.max 可以可靠返回 41 （1）整定电流（启动电流） 本线路上可能出现的最大负荷电流 外部

12、故障切除后已经启动的保护能够可靠返回 3、定时限过电流保护（电流段） ABC 4 5 d 3 D 21 MMM 42 ABC 4 5 d 3 D 21 MMM 外部故障切除后电压恢复过程中，电动机有一个 自启动的过程，自启动电流大于它的额定工作电流 。 要求：保护（如3、4、5）在自启动电流情况下必须 可靠返回。 43 （2） 动作时限 ABC 4 5 k2 3 D 21 k1 按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性： 44 对于更一般的情况，第段时限特性如下： 45 在电流、段以及断路器都可以正常工作情况 下，电流段的电流继电器仅仅启动（电流定值较 小），但是，延时较长，所以，不发跳闸命令（由

13、 电流段或段切除短路，电流段随即返回）； 在电流、段或断路器拒动时，电流段的延时 才能够“走到头”，此时才发跳闸命令，故称为“ 后备保护”。 46 段的后备作用： 1）近后备同一地点电流、段拒动的后备 2）远后备下一个变电站的保护和断路器拒动 的后备（防止短路点不切除） 顺便提及： 实际上，还有一种叫做“断路器失灵保护”。 47 电流的相互配合关系 48 时间的相互配合关系及其管辖范围 49 （3）灵敏性校验 最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两 相短路。 AB 32 C 1 k1 50 （3）灵敏性校验 最小运行方式，本线路（相邻线路）末端两 相短路。 AB 32 C 1 k1 灵敏系数相

14、互配合：越靠近故障点保护灵敏度应 当越高 K sen.1 K sen.2 K sen.3 51 （4）原理接线 与限时电流速断保护类似，主要区别是：时间 继电器的时间整定值不同。 （5）评价 简单可靠，动作时限与短路电流的大小无关。 故障靠电源越近，短路电流越大，过电流保护 切除故障的时间越长（不利）。 52 阶段式电流保护的单相原理接线 阶段式电流保护简单、可靠，在 35KV及以下低 压配电网络中得到广泛应用。主要缺点：受电网接线 及系统运行方式变化的影响较大。 53 5、反时限过电流保护（供了解） 反时限电流保护：也是一种过电流保护，其动作时 限与电流的大小有关。电流越小，动作时限越长；电 流越大，动作时限越短。在一定程度上具有阶段式电 流保护的功能，可同时满足速动性和选择性要求。 避免动作时间太长！54 反时限过电流保护的时间配合关系 构成一个比较自然的时间配合，最长的时间不至于 太长。55 三、电流保护的接线方式 电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式 三相星形接线与两相星形接线 （a）三相星形接线方式； （b）两相星形接线方式 每相上均装有TA和