电网的电流保护1

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1、第二章 电网的电流保护第二节 电网相间短路的方向性电流保护第三节 中性点直接接地电网中接地短路的 零序电流及方向保护 第四节 中性点非直接接地电网中单相接地 短路的零序电压、电流及方向保护第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护基本要求学习内容习题与思考题第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护基本要求1、掌握常用继电器的构成原理、基本动 作电流、返回电流、返回系数等基本概念及其内在 联系。2、掌握三段式电流保护的基本工作原理和 基本组成元件。3、熟悉三种典型的电流保护的特点、整定 原则、整定计算方法及其评价。4、掌握相间短路保护电流回路的基本接线 方式及其特点与应用范围。5、通过三段式电流保护原

2、理接线图，了解 并分析二次回路的原理图和展开图。 返回第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护一、电磁型继电 器二、晶体管型继电器三、电流互感器四、电压互感器五、电流速断保护 六、限时电流速断保护七、定时限过电流保护九、电流保护的接线方式八、电流三段保护小结十、反时限过电流保护返回继电器的分类按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶 体管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：电流继电器、电压继电器 、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等 。按作用：起动继电器、时间继电器、中间继 电器、信号继电器和出口继电器等。继电器是一种能自动断续的控制器件，当其 输入量达到一定值时，能使输出回路的

3、被控电量 发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通”、 “断”控制的执行机构。对继电器的要求工作可靠。动作值误差小。接点可靠。消耗的功率要小。动作迅速。热稳定、动稳定要好。安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。一、电磁型继电器(Electromagnetic Relays)电磁型继电器基本结构型式有螺管线 圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如下 图所示。 电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件 ，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。 电磁型继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔 铁式继电器为例进行分析，如下图所示。 首先分析使继电器触点接通的力矩（即动作力 矩）。在线圈1中通以电流Ij

4、，则产生与其成正比 的磁通，即 ，通过由铁心，空气隙和可 动舌片而成的磁路，使舌片磁化与铁心的磁极产生 电磁吸力，其大小与2成正比，这样由电磁吸引 力作用到舌片上的电磁转矩Mdc可表示为Mdc=K12=K2 其次分析使继电器触点闭合的阻力矩。正常情况下，继电器不工作，弹簧对应于空气 隙长度1产生一初始力矩Mth1。由于弹簧的张力与 伸长量成正比，因此，弹簧产生的反抗力矩为 Mth=Mth1+K3（ 1 2 ）另外，在可动舌片 转动的过程中，还必须 克服摩擦力矩Mm。因此，阻碍继电器 动作的全部机械反抗力 矩为：Mth+Mm1、继电器动作的条件：为使继电器动作， 必须增大电流Ij，以增大电流Ij

5、，以增大电磁转 矩Mdc，使其满足关系式：Mdc Mth+Mm2、动作电流：能够满足上述条件，使继电 器动作的最小电流值Ij，称为继电器的动作电流 ，记作IdzJ。对应此时的电磁转矩为 3、继电器的返回条件 继电器动作后，当IJ 减小时，弹簧的作用力矩Mth必须大于电磁力矩Mdc 及摩擦力矩Mm之和，才能使继电器返回，即Mth Mdc+Mm或 MdcMth-Mm总结：当Ij Idzj时，继电器不动作，当 IjIdzjJ时，则继电器动作，触点闭合；当减小Ij 使IjIhjJ时，继电器又立即返回原 位，触点打开。4、返回电流： 满足上述条件，使继电器返 回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记

6、为Ih.j.5、返回系数 返回电流与起动电流的比值称 为继电器的返回系数，可表示为 Kh= 在实际应用中，要求有较高的返回系数，如 0.850.9。返回系数越大则保护装置的灵敏度 越高，但过大的返回系数会使继电器触点闭合 不够可靠。6、动作电流的调整方法（1） 改善继电器线圈的匝数；（2）改变弹簧的张力；（3）改变初始空气隙长度。返回吸引衔铁式结构的继电器一般被用作中间 继电器，如DZ-10系列。螺管线圈式结构继电 器多被用作时间继电器，如DS-100系列。 二、晶体管型继电器晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成 的。1、晶体管型电流继电器（1）正常工作时：电流变换器的输入电流小于 继电

7、器的动作电流，UR30，晶体管VT1因正向偏 置而导通，VT2完全截止。输出电压Usc接近于+E1， 对应于继电器不动作状态。 （2）起动时：当输入继电器的电流大于继电 器的动作电流时，UR3增大，a点电位降低，致使 VD5导通，VT1截止，其集电极电位升高，使晶体 管VT2导通，继电器处于动作状态。当继电器的输入电流减小至返回电流时，UR3 减小，a点电位增高使VD5截止，VT1重新导通， 触发器翻转，继电器返回，继电器的返回电流 小于继电器的动作电流，其返回系数小于1。2、晶体管型时间继电器在正常情况下，VT3饱和导通，电容器C被短 接，电容器C上的电压为VT3集电极与发射极之间 的饱和压

8、降Uces1和二级管D8的正向压降UD之和：UCD=UD+Uces10.6+0.2=0.8V 其值小于稳压管D9的方向击穿电压，VT4截止， 输出电压USC近于0V，表示继电器延时输出.返回三、电流互感器(Current Transformer)电流互感器的作用是将高压设备中的额定 大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置 或仪表用于测量电流。电流互感器由铁心及绕组组 成。一、二次绕组磁势有以下平衡关系：I1W1-I2WW2=0 1 在图2-（a）中，一、二次绕组中感应电 势 及 同时为高电位点，称同极性或对应端 。一般用L、K表示或以“*”标注。1. 电流互感器的极性2.电流互感器的

9、等值电路及相量图 电流互感器与普通变压器的等值电路有着 相同的形式。其等值电路如图2-7（a）所示，图中 原边的参数都已归算到二次绕组。2I1IILCLCIULC 22IjX2UU1jX I11(1)电流误差 ：归算到二次绕组的一次电流 与二次绕 组电流 数量差, 一般用百分数表示，即 I%= 当角比较小时 I%= 而 结论：电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励 磁电流 的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗 Zf成正比，与励磁阻抗 成反比。一般误差小于1%。3. 误差分析U12U2I1IjXI1122IjXILCLCIULC（2）稳态短路电流引起的误差当电流互感器原边流过大的短路电流时

10、，铁心饱和，磁 阻增加，励磁阻抗下降，励磁 电流增加，二次侧电流将减小 且波形发生变化。在铁心未饱和时，二次侧电流与原边电流成正比增加， 若电流互感器二次负载阻抗Zf较大，铁芯饱和更快。图中m为短路电流倍数 ， 按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电 流误差不允许大于10%， 角误差 不得大于7 。 电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载 阻抗Zf与短路电流倍数m的函数，可表示为I%=f(Zf ,m) 在满足10%误差的条 件下， 的关系 曲线叫电流互感器的10%误差曲线，它由厂家提供。（3）暂态短路电流引起的误差。当发生短路时，电流互感器的原边流有短路电流的 周期分量Idz和非周期分

11、量Id.f 。 Idz Ilc I1f Izf。 非周期分量的误差ifl。 总误差电流ifc。从误差曲线可以看出， 最大误差发生在短路后35个周波，短路回路非周期电流 衰减以后，其值比稳态短路 误差大许多倍，且含有很大 的直流成分。（4）减小电流互感器误差的措施。返回v注意！ 电流互感器为恒流源，其副边不应开路，在副边不接负载时应将它短路。其副边必须接地，以 免高电压危及人身及设备的安全。 减小电流互感器的励磁电流。 尽量加大电流互感器的励磁电抗XLC，增大铁心截面或用高导磁率的铍莫合金做铁芯。 尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗Zf，降低励磁电压。 选择同型号的电流互感器串联使用，使每个电流

12、互感器的励磁电压仅为负载压降的一半。 选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。四、电压互感器电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既 能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高 压设备的运行情况。电压互感器分为电磁式和电容式两 种。（一）电磁式电压互感器（二）电容式电压互感器1. 工作原理电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压 器相似。其等值电路与相量图如下图所示。以副边电压为 参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如 下图所示。oU1LCU2UILC1I2II1Z12Z2I2.电压误差分析(二)电容式电压互感器电容式电压互

13、感器是利用电容分压原理实现电压变换 的。最简单的电容式电压互感器如图2-12所示。C1、C2为 分压电容，T为隔离变压器。二次开路时的电压为由图2-12 （b） 等值电路并根据戴维南定理可知，有 载时的输出电压为=调节X1，使j X1= , 则利用可调电感L补偿分压器容性电抗，大大降低电压互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了 电压互感器的精确度。返回五、电流速断保护(电流I段) (Instantaneously Over-current Protection)1、几个基本概念系统最大运行方式：就是在被保护线路末端发生短路时 ，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大 的运

14、行方式。 系统最小运行方式：就是被保护线路末端发生短路时 ，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小 的运行方式。电流速断保护：反应电流增大而瞬时动作的电流保护。最大短路电流：在最大运行方式下三相短路时，通过 保护装置的短路电流为最大。最小短路电流：在最小运行方式下两相短路时，通过 保护装置的短路电流为最小。保护装置的起动值：对应于电流升高而动作的电流 保护，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的 起动电流，记作Idz.Bh。保护装置整定：就是根据对继电保护的基本要求， 确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。2、工作原理如右图所示， 在输电线路上发生 短路时，流过保护 安装地

15、点的短路电 流可用下式计算： 结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置 变化， 且与系统的运行方式和短路类型有关。 3. 整定计算 动作电流为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条 线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。即 IdzId.d2max=KK Id.Bmax结论:电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能 保护全线路，其最大和最小保护范围Lmax和Lmin。继电器动作电流：Kjx电流互感器的接线系数 保护范围（灵敏度KLm）计算（校验）规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的 相对值 Lb%（15%20%）时，为合乎要求，即100%（1520）%由下图可知其中Xd=X1Lmin代入上式整理得= 动作时限 无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑 继电保护固有动作时间，由于动作时间较小可认为t=0s。 4.电流速断保护的接线图 单相原理接线图 原理图以整体形式表 示各二次设备之间的电气联 接。正常状态：一次设备通过的电流为负载电流流过KA的电流小于动作值不发断路器跳闸脉冲 。KA不动作，其触点不闭合短路故障时：流过KA的二次电流大于KA动作值KA触点闭合KOM线圈得电,其触点闭合KS起动，发出信号。QF跳闸，切除故障 。4.电流速断保护的接线图 单相原理接线图 展开图 展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。 分为交流回路和直流回路。