继电保护（黄少锋教授）-电流(2-1) - 图文

第二章电网的电流保护

1/66第2.1 节

单侧电源网络相间短路的

电流保护

2/66一、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3/66一种电磁型电流继电器工作原理

常开接点

(也称动合触点)图形符号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”。4/66一种电磁型电流继电器工作原理

常闭接点常开接点

图形符号(也称动断触点)图形符号5/66

继电器的继电特性：

动作动作过程动作对应于：动作电流不动作0电磁力矩 = 弹簧力矩——>不动III摩擦力矩等“动作电流”的电磁力矩=弹簧力矩+ 摩擦力矩6/66“动作电流”的电磁力矩继电器的继电特性：>弹簧力矩动作过程+ 摩擦力矩——> 保持动作状态动作连通动作I不动作0动作电流II7/66继电器的继电特性：动作过程(重复一遍)动作I不动作0电流 < 动作电流动作电流

I电流 ≥ 动作电流（跃变）I8/66继电器的继电特性：

电流 < 返回电流（跃变—>返回）返回过程电流 = 动作电流（保持动作状态）动作“返回电流”的电磁力矩+ 摩擦力矩= 弹簧力矩不动作0返回电流动作电流

I红色：动作后的返回过程9/66继电器的继电特性：

动作不动作0由图可知：动作电流> 返回电流定义：返回系数Kre返回电流动作电流

IIreIop返回电流Ire?动作电流Iop10/66

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）16/66小电阻接地系统

小电阻接地系统（8～12）Ω17/66单侧电源网络相间短路时电流量特征

AK2B1CDZSZKE?三相短路：Ik?Zs?ZkE?3两相短路：Ik??Zs?Zk2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很小,可以忽略。18/66AK2B1CDZSZK通用计算表达式：E?Ik??K?Zs?Zk?1，三相短路；?K???3，两相相间短路。??2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。19/66AK2B1CDZSZK1）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。Ik?IK?IK.maxE?Zs?Zk?K?ZS.min20/66

AK2B1CDZSZK1）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。IK?IKI.maxkE??ZZs?ZkS.min?K?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。IK.min?ZS取ZS.max21/66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。E?Ik??K?Zs?Zk根据短路电流的变化规律，来进行电流保护的配22/66置和整定计算。1、电流速断保护（简称：电流Ⅰ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。A2K1B1K2CD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）23/66

A2K1B1K2CD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。E?E?Ik??K?Ik.B.max?Zs?ZkZs.min?ZA?B短路点确定后，ZA-B也就确定了。24/66（2）整定计算原则A2K1B1K2CD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：?.2?Ik.B.max?Iset?.2?Krel??Ik.B.maxIset1号断路器处的保护整定：?.1?Ik.C.max?Iset?.1?Krel??Ik.C.maxIset电流Ⅰ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！

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符号说明第几段I'set.1安装位置（断路器1）整定再如：I''set.1、I'''set.1、t''set.1等26/66?的考虑因素可靠系数Krel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1.2～1.327/66根据参数计算出来的继电器电流整定值(动作值)：?.2?Krel??Ik.B.maxIset线路末端的最大短路电流可靠系数一次整定值二次整定值：?.2Iset?.2?IopnTA动作0IreIop28/66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。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？）29/66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。

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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Ι段的灵敏性??KsenLminLAB?100%(?15?20%)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IK.min?I(2)K3E???2Zs.max?Z1?lmin?I'set.2lmin?1?3E?????ZS.max?I?z1?2Iset.2?31/66归纳：电流Ι段整定——躲过线路末端最大的短路电流。电流Ι段校验——按照最小的短路电流。无延时——瞬时动作。32/66（3）电流Ι段单相原理接线图33/66（4）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、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)。M1NI 段保护范围34/662、限时电流速断保护（电流Ⅱ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Ι段配合。需带时限，在时间上比下级线路的电流Ι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)

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3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）

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)

动作状态动作0Ire最大的负荷电流IopIJ一般情况下，Ⅰ段和Ⅱ段的电流定值都较大一些，所以，基本上存在：Ire＞IL.max可以可靠返回41/66IL.max3、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）

（1）整定电流（启动电流）

·本线路上可能出现的最大负荷电流·外部故障切除后已经启动的保护能够可靠返回A4B3C2D15dMMM42/66A45MB3MC2MdD1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。Iss.max?KssIL.max?Ire要求：保护（如3、4、5）在自启动电流情况下必须可靠返回。'''KrelIss.max'''KrelKssIL.max'''KrelKssIL.maxIre??IreIre'''Kre??Iset??IsetKreKre43/66（2）动作时限

A45B3C2k2 D1k1 t???t4???t3???t2???t1L按上图标定的序号，形成阶梯型时限特性：

????1?tn?????ttn44/66对于更一般的情况，第Ⅲ段时限特性如下：t?max?t，t，tIII4III3III32III3III33???tIII2III22III23t?max?t，t，tIII2???tt?t??t4332332222345/66III1142

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