繼電保護教程 第二章 電流保護

第二章電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護第一節(jié)單測電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護配置:第I段電流速斷保護第II第II段限時電流速斷保主保護第III段過電流保護后備保護一、電流速斷保護（第I段）：對于僅反應于電流增大而瞬時動作電流保護，稱為電流速斷保護。1、短路電流的計算：圖中、1最大運行方式下d（3）2――最小運行方式下d（2）3――保護1第一段動作電流EEI(3)=^——=^dz,+Zd+zidI(2)

d富，EEI(3)=^——=^dz,+Zd+zidI(2)

d富，.奇E,=一I(3)=^—2d2Z+Zl為了保護的選擇性，動作電流按躲過本線路末端短路時的最大短路短路整定Ii1=K"IBK=1.2~1.3（參看＞15注①）保護裝置的動作電流:能使該保護裝置起動的最小電流值，用電力系統(tǒng)一次測參數(shù)表示。（I“）dZI"在圖中為直線3,與曲線1、2分別交于a、b點可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護線路的全長靈敏性：用保護范圍的大小來衡量lmax、lmin一般用l一般用lmin來校驗、minx100%l希望值50%要求：3(15?20希望值50%解析法：dZ.1dZ.1smaxLinX100%=X^I?5—Z)lZ2Iismax式中ZL=Z]l—被保護線路全長的阻抗值動作時間r=0s3、構成3、構成中間繼電器的作用：接點容量大，可直接接TQ去跳閘當線路上裝有管型避雷器時，利用其固有動作時間(60ms)防止避雷器放電時保護誤動4、小結僅靠動作電流值來保證其選擇性能無延時地保護本線路的一部分(不是一個完整的電流保護)。二、限時電流速斷保護(第II段)1、要求任何情況下能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性在滿足要求①的前提下，力求動作時限最小。因動作帶有延時，故稱限時電流速斷保護。2、整定值的計算和靈敏性校驗

為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護范圍不超出下一條線路第I段的保護范圍。即整定值與相鄰線路第I段配合。動作時間：tn=11+At=At12動作電流：以=K??匕2動作時間：tn=11+At=At12靈敏性：K='dB.min要求：31.3?1.5lmIndZ.1若靈敏性不滿足要求，與相鄰線路第II段配合。此時：動作電流：In=Kn?IndZ.1kdZ.2動作時間：tn=tn+At123、構成：與第I段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r間繼電器。4、小結：限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性與第I段共同構成被保護線路的主保護，兼作第I段的金后備保護。三、定時限過電流保護（第III段）1、作用：作為本線路主保護的近后備以及相鄰線下一線路保護的遠后備。其起動電流按躲最大負荷電流來整定的保護稱為過電流保護，此保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。2、整定值的計算和靈敏性校驗：(1)1）、動作電流：①躲最大負荷電流Iin=Kiii?IdZ.1kf.max(1)②在外部故障切除后，電動機自起動時，應可靠返回。電動機自起動電流要大于它正常工作電流，因此引入自起動系數(shù)k7ZqZqmaxZqf.maxIZqmaxZqf.maxIqmax=K2''I.maxIKi?KIiii=，=s?IdZKKfmax(2)式中，Km=1.15?1.25

kKq=1.3~3Kh=0.85顯然，應按（2）式計算動作電流，且由（2）式可見，Kh越大，Idz越小，%越大。因此，為了提高靈敏系數(shù)，要求有較高的返回系數(shù)。（過電流繼電器的返回系數(shù)為0.85?0.9）2）、動作時間

在網(wǎng)絡中某處發(fā)生短路故障時，從故障點至電源之間所有線路上的電流保護第III段的測量元件均可能動作。例如：下圖中d1短路時，保護1?4都可能起動。為了保證選擇性，須加延時元件且其動作時間必須相互配合。即tn>tn>tn>tn、tm=tiii+At、tm=tiii+A在網(wǎng)絡中某處發(fā)生短路故障時，從故障點至電源之間所有線路上的電流保護第III段的測量元件均可能動作。例如：下圖中d1短路時，保護1?4都可能起動。為了保證選擇性，須加延時元件且其動作時間必須相互配合。即tn>tn>tn>tn、tm=tiii+At、tm=tiii+At、tni=tiii+At1234342312近后備：Kin

lm1I―d1.mm>1.3IndZId1min本線路末端短路時的短路電流第n段的Idz比第i、ii段的Idz小得多，其靈敏度比第i、ii段更高；在后備保護之間，只有靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，才能保證選擇性；保護范圍是本線路和相鄰下一線路全長；電網(wǎng)末端第n段的動作時間可以是保護中所有元件的固有動作時間之和（可瞬時動作），故可不設電流速斷保護；末級線路保護亦可簡化（i+n或n），越接近電源，出越長，應設三段式保護。四、電流保護的接線方式1、定義：指保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。2、常用的兩種接線方式：三相星行接線和兩相星行接線。1）、三相星行接線的特點：每相上均裝有CT和LJ、Y形接線LJ的觸點并聯(lián)（或）2）、兩相星行接線的特點：某一相上不裝設CT和LJ、Y形接線LJ的觸點并聯(lián)（或）（通常接A、C相）

三相星行接戲兩相星行接踐上述兩種接線方式中，流入電流繼電器的電流Ij與電流互感器的二次電流I2相等。接線系數(shù)：K=，=1conI23、場與Iz..j之間的關系：n=—1—^^=n或I=-dz-iIIidz.jn4、比較：對各種相角短路，兩種接線方式均能正確反映。在小接地電流系統(tǒng)中，在不同線路的不同相上發(fā)生兩點接地時，一般只要求切除一個接地點，而允許帶一個接地點繼續(xù)運行一段時間。串聯(lián)線路a、三相星行接線：保護1和保護2之間有配合關系，100%切除NP線b、兩相星行接線：2/3機會切除NP線。（即1/3機會無選擇性動作）并行線路上：（可能性大）a、三相星行接線：保護1和保護2同時動作，切除線路I、11。b、兩相星行接線：2/3機會只切一條線路。Y/A接線變壓器后d（2）以Y/△—11接線降壓變?yōu)槔齞(2)ABAAAIbYY1A=1CYYI=-21BAYY1A=1C結論：滯后相電流是其它兩相電流的兩倍并與它們反相位Y/A-11升壓變：超前相電流是其它兩相電流的兩倍，并與它們反相位。（作業(yè)：推得此結果）經(jīng)濟性：兩相星行接線優(yōu)于三相星行接線三相星行接線靈敏度是兩相星行接線的兩倍針對措施：在兩相星行接線的中線上再接入一個LJ,其電流為：YYY（IA+1C）/氣=-1B/.，以提高靈敏性。5、應用三相星行接線：發(fā)電機、變壓器等（要求較高的可靠性和靈敏性）。兩相星行接線：中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中。（注：所有線路上的保護裝置應安裝在相同的兩相上。）五、評價：1、選擇性：在單測電源輻射網(wǎng)中，有較好的選擇性（靠Idz.t）,但在多電源或單電源環(huán)網(wǎng)等復雜網(wǎng)絡中可能無法保證選擇性。2、靈敏性：受運行方式的影響大，往往滿足不了要求。一一電流保護的缺點例：第I段：運行方式變化較大且線路較短，可能失去保護范圍；第m段：長線路重負荷（匕增大，id減?。`敏性不滿足要求。3、速動性：第I、II段滿足；第m段越靠近電源，t越長——缺點4、可靠性：線路越簡單，可靠性越高——優(yōu)點六、應用范圍：35KV及以下的單電源輻射狀網(wǎng)絡中；第I段：110KV等，輔助保護作業(yè)：習題集：P11,題1；預習實驗一、二第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護問題的提出雙電源多電源和環(huán)形電網(wǎng)供電更可靠，但卻帶來新問題。對電流速斷保護：dl處短路，匕i〉i〉id21d2處短路，ii〉i〉iidz21dz3對過電流保護：dl處短路，13〉t2d2處短路，12〉t3有選擇性，但是產(chǎn)生了矛盾。上述矛盾的要求不可能同時滿足。原因分析：反方向故障時對側電源提供的短路電流引起誤動。解決辦法：加裝方向元件一一功率方向繼電器。僅當它和電流測量元件均動作時才啟動邏輯元件。這樣雙側電源系統(tǒng)保護系統(tǒng)變成針對兩個單側電源子系統(tǒng)。保護1、3、5只反映由左側電源提供的短路電流，它們之間應相互配合。而保護2、4、6僅反映由右側電源提供的短路電流，它們之間應相互配合，矛盾得以解決。二、功率方向繼電器的工作原理dl處短路d2處短路gargUNAdl處短路d2處短路gargUNA=。汗2+180。d1AP=UAIacos8>0P=UAIacos8<0電流規(guī)定方向：從母電流向線路為止。電流本身無法判定方向，需要一個基準一一電壓。,Uam.9=arg—NA=9Idl1d1A180。"<270。因此：利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關系，就可以判別發(fā)生故障的方向。實現(xiàn)：1、最大靈敏角：在UJ、IJ幅值不變時，其輸出（轉矩或電壓）值隨兩者之間的相位差的大小而改變。當輸出為最大時的相位差稱最大靈敏角七。

2、動作范圍：e±90o動作方程：-90。Varg*J°泌加<90。1J、tj—90°+(|)<arg——V90°+(|)lm.Im3、動作特性：當D=0,7=1』=60。,線路發(fā)生三相短路JAJAdl所以e=60。lmdl4、死區(qū)：當正方向出口短路時，u=U河，GJ不動——電JA壓死區(qū)。消除辦法：采用90度接線方式，加記憶回路。三、幅值比較原理和相位比較原理及其互換關系對于比較兩個電氣量的繼電器，可按幅值比較原理或相位比較原理來實現(xiàn)。幅值比較原理：u廣u

相位比較原理：-90。<arg匕<90。UD用四邊形法則來分析它們之間的關系:U,arg—CU,arg—C<90。UD1UDUDUA=UBUA<UBarg—C=90。arg—C〉90。JUA-UC+UD或fc二如A+UB)lUB=UC+1UD［匕=如a+Ub)可見，幅值比較遠路與相位比較原理之間具有互換性。注：1UA,UB,Uc,UD必須是同一頻率的正弦交流量2相位比較原理的動作邊界為土90。四、LG-11整流型功率方向繼電器它是按幅值比較原理來實現(xiàn)的:1、構成：①電壓形成回路：由DKB、YB組成:—e+K]UB=K〃U廣K[IJR1、R2——消除潛動、調(diào)整平衡。C1——與YB的勵磁電抗形成諧振，使超前90o,其記憶作用用于消除死區(qū)，記憶時間為幾十毫秒；②比較回路：由半導體整流橋BZ1,BZ2組成的環(huán)流是比較回路。③執(zhí)行元件——極化繼電器J,非常靈敏標記“大”，當電流從大端流入時，J動作，反之則不動。if潤時，J動作;2、動作方程：UJ+K[IJ>KuUj—K]I90KI】J3、動作特性：q:七=45?；?0。K^:^u=90。（串聯(lián)￡）a=e項=30。內(nèi)角（由繼電器決定）-90。-a<arg也<90-a1Je=—a=-30。Im

雖然J的動作功率很小，但U最小工作電雖然J的動作功率很小，但U最小工作電-WU當出口接地短路時，Ujn0，GJ不動作一一死區(qū)。在記憶時間內(nèi)消除死區(qū)。5、角度特性:5、角度特性:當Ij為常數(shù)時，動作電壓Uj頃J之間的關系曲線，以a=30°為例：當^」=一a=—30°時，繼電器的動作電壓最小，J最靈敏。J動作范圍：以^」=—30°為中心的土90°的區(qū)域，即圖中陰影區(qū)。6、潛動：從理論上講，當U=0或I=0時，J不動。但由于比較回路中各元件參數(shù)的不完全對稱，可能使得在僅有UJ或IJ時，J動作，即潛動。僅有UJ時動，叫電壓潛動，僅有IJ時動，叫電流潛動潛動對保護的影響：對正方向接地短路時，有利于保護正確動作；當反方向接地短路時，可能導致GJ誤動，使得保護誤動;另外，增大GJ的動作功率，可降低靈敏性；消除方法：調(diào)R1（電流潛動時），調(diào)R2（電壓潛動時）。五、相間短路功率方向繼電器的接線方式:1、要求：良好的方向性（與故障類型無關）和較高的靈敏性。2、90°接線方式：指系統(tǒng)三相對稱且cos0=1時，argt=90的接線方式。UJ2>J2>U.BC=Uj注：90°接線方式僅為了稱呼方便，且僅在定義中成立。采用該接線方式構成的三相式方向過電流保護的原理接線圖參看第40頁，圖2—37。提示：三相星形接線且按相啟動(指接入同名相電流的測量元件和功率方向元件的結點串聯(lián)，而后于其他元件相并聯(lián)后啟動邏輯元件。)3、相間短路情況下90°接線功率方向繼電器動作行為分析：(1)正方向三相短路：由于三相對稱，三只繼電器動作情況相同，故以A相為例分析：從圖中可見，^JA=^jc—90°為使功率方向繼電器動作最靈敏cosSd-90。+a)=1.?.a=90。項d為使pja>0一般0。"d<90。當4=0。，0。<a<180。當4=90。，—90。<a<90。所以，在三相短路時，選擇，可保證GJ動作。（2）正方向兩相短路，以BC兩相短路為例，且空載運行.有兩種極限情況:出口和遠處①出口短路Z<<ZGJA:IA=0，不動作；GJB：4冏=4廣90。，同三相短路;GJC：4兀=4廣90。，同三相短路。所以應選擇0°vav90。，使得0。"<90。時GJ能動作d注：出口BC兩相短路，、、幅值很大，B、CCAAn相功率方向繼電器動作。該接線方式可消除各種兩相短路的死區(qū)。②遠處短路z?zdsGJA:7=o,不動作；AGJB：e5—120。，所以應選擇30°vavl20。，使得BJBd相GJ能動作；GJC：?=?—60。，所以應選擇-30。《<60。，使得CJCd相GJ能動作綜合兩種極限情況：在正方向任何地點』⑵：GJ:3Oo<a<90oBGJ:Oo<a<6Ooc同理：*2）和』（2）時可得到相應的結論，參看P43表2—2。ABCA綜上所述：為保證<90。時，GJ在正方向任何相間短路時d均能動作：3Oo<a<6Oo（例：LG—11型a=450或300）總結：優(yōu)點：①對各種兩相短路都沒有死區(qū)；②適當選擇內(nèi)角后，對線路上各種相間故障保證動作的方向性；缺點：不能清除d⑶死區(qū)。順便指出：在正常運行情況下，位于送電側的GJ在負荷電流的作用下一般都處于動作狀態(tài)。雙側電源網(wǎng)絡中電流保護整定的特點：電流速斷保護無方向元件：max有方向元件：匕iWgIi=KiIdz2Kdimax此時保護1不需方向元件。限時電流速斷保護原則與單側電源網(wǎng)絡中第II段的整定原則相同，與相鄰線路I段保護配合。但需考慮保護安裝點與短路點之間有分支的影響，即分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。助增電源Ibx外汲電流助增電流即分支電路的影響。分支電路分兩種典型情況：助增，外汲。助增電源Ibx外汲電流助增電流、"【BC助增：使故障線路電流增大的現(xiàn)象外汲：使故障線路電流減小的現(xiàn)象引入分支系數(shù)：K=Ibc=故障線路流過的電流f、被保護線路流過的電流IiIII=KlI-d2dz1KKfz當僅有助增時:,.,I〉I「?Kf>1僅有外汲時：i<i:.K廣1無分支時：I'cc=IB七=1既有助增，又有外汲時，可能大于1也可能小于1整定時，應取實際可能的最小值以保證選擇性。對方向性電流保護的評價在多電源網(wǎng)絡及單電源環(huán)網(wǎng)中能保證選擇性快速性和靈敏性同前述單側電源網(wǎng)絡的電流保護接線較復雜，可靠性稍差，且增加投資出口d⑶時，GJ有死區(qū)，使保護有死區(qū)——缺點..?力求不用方向元件（如果用動作電流和延時能保證選擇性）原則：①對于電流速斷保護（第I、II段）如:Id1<I”保護1可不加GJ《故障，d2故障②對過流保護dz1dz2I22>七2保護2要加GJ保護2、3要加GJ《故障時，???七二"<t1d2故障時，：七二七???保護3要加GJ保護1可不加GJ七>12即：動作延時長的可不加GJ,動作延時小的或相等的要加GJ。作業(yè)：P17題1,P14題4,P18題4第三節(jié)輸電線路的接地保護大接地電流系統(tǒng):系統(tǒng)中主變壓器中性點直接接地X0/X1<3在此系統(tǒng)中，當發(fā)生接地故障時，通過變壓器接地點構成短路通路，使故障相流過很大的短路電流.110KV及以上電網(wǎng)中性點直接接地系統(tǒng)60KV及以下電網(wǎng)中性點不接地或不直接接地（小接地電流系統(tǒng)）運行經(jīng)驗表明，在中性點直接接地系統(tǒng)中，出1）幾率占總故障率的7O%s90%.所以如何正確設置接地故障的保護是該系統(tǒng)的中心問題之一.而在該系統(tǒng)中發(fā)生d（i），系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序分量,而正常運行時無零序分量.故可利用零序分量構成接地短路的保護.一、零序分量的特點（三）零序功率短路點最大（與U0相同）.方向:與正序相反,從線路一母線（一）零序電壓：故障點U0最高，離故障點越遠,U0越低（三）零序功率短路點最大（與U0相同）.方向:與正序相反,從線路一母線分布：中性點接地變壓器的位置有關大小：線路及中性點接地變壓器的零序阻抗有關（四）七0=-L-ZBi0相位差由zb10的阻抗角決定與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關二、零序電流保護

三段式或四段式I段:速動段保護II段（ii、m段）應能有選擇性切除本線路范圍的接地故障，其動作時間應盡量縮短最末一段：后備三段式零序電流保護原理與三段式電流保護是相似的（一）I段<1>躲過下一個線路出口接地短路的最大三倍零序電流3L0maxL"3I0maxK?=1.2s1.3求3T①故障點：本線路末端0max②故障類型：（假設x1e=x2e）（串）3I（1）=3x烏o2孔+Z（串）（并）3I（1.1）=3x—e———x2￡=3xe（并）0Z+Z2￡Z0￡Z/Zo^Z1￡+2Zo^1￡Z2￡+Z0￡當Z0Z>Z1Z【0⑴>"）采用【0⑴當Z0Z<Z1Z【0⑴J"）采用"頊當Z0Z=Z1ZIo（1）=Io（1-1）任?、圻\行方式各系統(tǒng)最大運行方式ZflZ咨I接地點：保護安裝側接地點最多ZomI對側接地點最少Z：I（2）躲短路器三相觸頭不同時合閘而出現(xiàn)的三倍零序電流3I0bt1"=孔1.31饋Kki=1.1s1.2求3I0bt:①兩相先合一—一相斷線并3I0btE=3xMZ+J0￡1￡Z2￡3I0btE=3xMZ+J0￡1￡Z2￡+Z0￡Zx2￡一Z2￡+Z0￡=3x'+2Z0￡取大者原則（2）所得定值一般較大，保護范圍縮小，靈敏度降低，此時渴考慮使I段帶一小的延時（0.1s）躲開不同時合閘時間。

靈敏性：要求與I段電流保護相同3（15