ACE021-相间电流保护

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1、1/93第 2 章 电 流 保 护2/93第 2.1 节 单电源线路相间短路的电流保护主要应用于小电流接地系统或末端线路3/932.1.1 继电器继电器是一种应用于控制电路通、断的器件。当输入量达到某个设定数值时，继电器常开触点闭合，接通外部电路 。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 中间继电器触点可设计为：闭合，或断开4/93一种电磁型电流继电器工作原理构成“触点”（控制外部电路）连接外部电路的 导线良导体电磁铁可动衔铁线圈弹簧与支撑5/936/93一种电磁型电流继电器工作原理图

2、形符号电流不大时（如正常的负荷电流），电磁力矩不足以克 服弹簧力矩，触点仍然处于“断开”的状态。继电器动作 触点闭合（连通）电流较大时（如短路电流），电磁力矩较大。7/93继电器的继电特性： 动作过程电磁力矩 = 弹簧力矩摩擦力 （阻碍状态的改变）电磁力矩 = 弹簧力矩+摩擦力+气隙减小 电磁力矩增大I 不变时，形成“正反馈”跃变8/93继电器的继电特性： 返回过程电磁力矩 = 弹簧力矩摩擦力 （阻碍状态的改变）弹簧力矩=电磁力矩+摩擦力+跃变气隙增大 电磁力矩减小I 不变时，形成“正反馈”9/93由图可知：动作电流 返回电流继电器的继电特性：（调弹簧、气隙等 ）10/93 有利于继电器动作的

3、稳定性 （需克服阻力，也避免触点的弹跳）Kre =1时，电流波动会弹跳不会弹跳一般设计为：0.850.9511/93常闭触点常开触点继电器的表示方法：示意图触点符号名称“常”是指不带电的状态，而不是“正常状态”12/93电压继电器的工作原理与此类似。 时间继电器、控制继电器（非量测）的特性和工作区域 ：无压工作区 （逻辑0）有压工作区 （逻辑1）非工作区13/93时间继电器（KT）14/932.1.2 中性点接地方式 变压器中性点的接地方式15/93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（或经消 弧线圈接地）。发生单相接地时，短路电流很小（三相电流几乎对称）， 且线电压仍然

4、平衡，不易烧坏设备，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 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。主要在35kV及以下电压等级中采用。但380V民用电系统又采用直接接地方式，以保障人身安全！16/93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（大电流），会损坏设备等。（主要在110kV及以上电压等级中采用）17/932.1.3 相间短路的电流保护（主要适用于：小电流接地系统）原理：反应电流增大的继电保护可连续、长期运行会

5、损坏设备、危及系统安全设备、导线等必须按此设计分界设定一个门槛，实现分界（区分）。该门槛称为：定值（也称整定值）。setting 取前3个字母18/932.1.3.1 电流速断保护（简称电流 I 段）工作原理如上图，这是反应电流增大而瞬时动作的电流保护。仅判断电流的大小而决定是否动作。测量与判断的时间通常在1525ms以内，时间极短，故称为瞬时（或0s动作当作无延时）。电流保护主要应用于小电流接地系统，为此，不考虑电流 变化很小的单相接地情况（由2.4节分析）。多种保护方式共同配合、相互取长补短，才能最大程度地 满足“继电保护四性”的要求。电流 I 段只是其中的一种保护。19/931. 分析与

6、整定原则问题：如果变电站 B、C、D 还有其他负荷或者引出线时 （这是一般的情况），怎么办？负荷端对短路电流计算的影响较小，一般忽略。20/93在故障点位置确定和故障类型确定的情况下，短路电流 Ik 与系统等值阻抗 Zs 密切有关。（对于小电流接地系统， 只需要讨论这2种短路）21/931）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（运行）方式。22/932）在相同地点发生三相短路时，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（运行）方式。23

7、/93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。24/932. 电流 I 段的整定计算以保护 1 为例予以说明按照选择性的要求，在线路A-B范围内的任何故障，下面，将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。均要求由保护1来切除。（即希望：保护1能够保护本线路全长）25/93因此，保护1的电流速断保护就必须按躲过相邻下一条线路出 口处（K2）短路时，可能出现的最大短路电流来进行整定，避免误动。（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性）但是，保护1无法区分 K1点与 K2点的短路 （两点间的阻抗极小，二者的电流大小几乎一样）， 2. 电流 I 段的整定计算

8、（以保护 1 为例予以说明）26/93一般方法：肯定的界限跳闸（留有裕度）再逐步识别 、跳闸“躲” 躲避，防止不利情况的出现。27/93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（都不误动）。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。短路点确定后，ZA-B 也就确定了。28/93符号说明（或断路器编号1）29/93为了保证选择性，保护1的整定原则为：躲过下一条线路 出口处（K2）的最大短路电流。为了不必在图中标注短路点的位置(更简便)，整定原则 的公式可以书写为：为了叙述简便，将整定原则演变为：躲过线路末端的最大

9、短路电流（K1处）。30/93与实际的最大短路电流 还存在一定的误差！保护1的电流整定原则：这是工频量的理论计算公式，31/931）系统和线路参数（ZS 、 ZA-B ）的误差；2）电势的波动； 3）上式为工频量，还应当考虑非周期分量、谐波； 4）电流继电器连接到TA的二次侧，有传变误差； 5）电流继电器的测量误差，整定计算误差； 在线路末端短路时，如果实际的最大短路电流都不会误动 ，那么，任何的外部短路肯定都不会误动。32/93一次电流二次电流理想曲线实际曲线TA二次侧的电流一般是偏小的。33/93裕度34/93保护1的电流整定原则：I 段的可靠系数，如1.335/9336/93根据参数计算

10、出来的电流I段整定值(动作值)：二次整定值：设定整定值37/93动作时限： 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。（如： 30ms）灵敏性校验：用线路被保护的最小范围来衡量。 （该参数说明：最少能保护线路的多长？）灵敏度定义：38/931）图解法（按比例画图和曲线）39/931）图解法（按比例画图和曲线）40/932）解析法最小短路电流：求解得：41/93求解得：42/93电流 I 段整定的归纳：1）电流定值 躲过线路末端最大的短路电流。2）校 验 最小短路电流时，保护范围是多少？3）时间定值 瞬时动作（0 秒，实际要求30ms）。整定计算三

11、要素：1）整定值； 2）灵敏度校验； 3）动作时间。43/933. 优缺点优点：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、或短线路时。44/93了解：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(变压器的阻抗大一些)。N母线没有其他出线时由于电流保护 I 段无法保护全长，因此，需要再配置另一 种保护的功能这就是下面要讨论的电流保护段。45/932.1.3.2 带时限电流速断保护（简称电流段）要求：1）保护线路的全长（根本目的）；2）具有最小的动作延时。 （保证选择性和可靠性，牺牲一定的速动性

12、，获得灵敏性 ）1. 分析与整定原则要求保护线路的全长，必定意味着电流元件的整定值应当 满足：为此，再增加一个区分的条件：时间！依靠时间延时的差异来满足选择性的要求。电流+时间共同判别46/93要求保护线路的全长，必定意味着电流元件的整定值应当 满足：思路：在K2处短路时，保护1的II段通过增设了延时的 条件，确保由保护2先跳闸。47/93用时间的差异（t）来满足选择性要求的方法，被称为一种配合关系。48/932. 电流定值先尝试这样的电流配合关系：不仅时间延时上需要满足配合关系，还要在电流整定值 上实现配合，以便确定每一种保护的动作范围。49/932. 电流定值50/93保护1的II段与保护

13、2的I段配合时，其动作时间的关系如下图。3. 动作时间的选择51/93这就是时间元件起作用的效果。52/93t 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。保护2动作保护1不能误动53/93通常取：t = 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）验证灵敏度 时，需考虑校验说明图54/934. 灵敏度校验配置电流保护II段的目的是：要求保护线路全长。因此，需要验证是否满足了这个要求，同时，也应当计及计算误差， 并留有一定的裕度。对于保

14、护1来说，A-B之间为本线路全长。55/934. 灵敏度校验目的：确保A-B 线路任何地方的短路都能被切除（应考虑：最小运行方式、两相相间短路的情况）。计及计算误差，并有裕度56/93配合关系：当灵敏度不满足要求时，采用下面的第2种方案。电流、时间必须与“同一段保护”配合！57/93电流定值的 关系时间定值的 关系电流、时间必须与“同一段保护”配合！58/93II段归纳：1）采用延时，换取选择性，保护全线路（时间）。2）要求保护线路全长（灵敏度） ：3）先尝试与下一级线路的I段保护进行配合（电流 定值），目的是：争取延时最小。4）当上述方案的灵敏度不满足要求时，再与下一级 线路的II段保护进行

15、配合。注意：电流与时间必须同时配合！59/93当灵敏度不满足要求时60/935. 电流段的原理接线 电磁型电流段接线改变为：电流段接线时间继电器向运行人 员发出告 警信号电流元件、时间元件同时满足条件，才能实现跳闸。61/93I段、II段整定值与保护范围的示意图I段动II段动I段动，或II段动I、II段联合，就可以保护全线路的任何故障。62/93正常情况下，I段、II段保护范围的示意图保护1的 I段保护范围 保护1的 II段保护范围保护2的 I段保护范围 保护2的 II段保护范围I、II段联合，就可以保护全线路的任何故障。63/93需要再配置一种称为后备保护的继电保护功能。当B-C线路故障时，

16、如果保护2的电流、段出现了拒动 （如器件损坏、导线松动），或断路器2出现了拒动，此时，怎么办？64/93配置目的：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。 （实际是：故障切除后，在最大负荷电流的情况下，保护应当可靠返回）2.1.3.3 定时限过电流保护（电流段，后备保护）回顾电流继电器的“继电特性”（如左图）65/93二次值一次值66/931. 整定电流（启动电流） 躲本线路上可能出现的最大负荷电流 外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回（电机的启动电流）2.1.3.3 定时限过电流保护（电流段，后备保护）67/89外部故障后过程 ABC10d2D34MMMd点故障，母线ABC电压下降保护