单侧电源网络相间短路的电流保护

电力系统继电保护辅导资料二主题：课件第二章电网的电流保护第1-2节——单侧电源网络相间短路的电流保护、电网相间短路的方向性电流保护学习时间：2013年10月7日－10月13日内容：我们这周主要学习第二章的第1-2节，单侧电源网络相间短路的电流保护和电网相间短路的方向性电流保护的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深电网电流保护相关知识的理解。

一、学习要求1．掌握三段式电流保护的配合原则、整定计算，会阅读三段式电流保护的原理图；2．理解方向性电流保护中方向元件的作用，能正确按动作方向分组配合、整定计算。

二、主要内容（一）单侧电源网络相间短路的电流保护1．继电器（1）基本原理能自动地使被控制量发生跳跃变化的控制元件称为继电器。

当输入信号达到某一定值或由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制电路通断。

它的功能是反应输入信号的变化以实现自动控制和保护。

继电器的继电特性：(也称控制特性)继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关系。

图1 继电特性继电器的返回系数r K ：返回值r X 与动作值op X 的比值。

即r r opX K X 过量继电器：反应电气量增加而动作的继电器。

其返回系数小于1，不小于0.85。

欠量继电器：反应电气量降低而动作的继电器。

其返回系数大于1，不大于1.2。

（2）继电保护装置的基本分类● 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。

Y Y min 0（3）过电流继电器动作电流(I op )：使继电器动作的最小电流。

返回电流(I re )：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。

2.单侧电源网络相间短路时电流量值特征正常运行：负荷电流短路：三相短路、两相短路k k s E I K Z Z ϕϕ=+式中，E ϕ——系统等效电源的相电动势；s Z ——保护安装处至系统等效电源之间的阻抗；k Z ——短路点至保护安装处之间的阻抗；K ϕ——短路类型系数（三相短路取１，两相短路取2）。

摘要：电流保护是单侧电源网络相间短路中最为常用的保护手段，其结构简单，性能可靠。

现主要介绍了三段式电流保护的工作原理、整定原则以及优缺点，为保证电力系统安全运行提供参考。

关键词：电流保护；整定原则；优缺点O引言电流保护一般分为三段：第一段保护为电流速断保护；第二段为限时电流速断保护；第三段为定时限过电流保护，也称为过电流保护。

这三段电流保护可以确保电力系统的安全运行。

1电流速断保护电流速断保护是当线路发生故障时短路电流就会迅速增大，能够无时限进行动作的电流保护。

如图1所示，举例说明电流速断保护是如何进行整定的。

假设A-B段发生故障，希望保护1可以迅速动作，并且不会使得B一C段在k2点发生故障时保护1发生动作，而由B-C段的保护2发生动作，那就要求保护1的整定值大于k2短路时的最大短路电流值，即大于在最大运行方式下变电所B母线上三相短路时的电流/口.皿。

因此,电流速断保护的整定原则是按躲过某段线路末端出口处最大短路电流值进行整定，即：T1>/ = _________ 2_____set.∖ZcBmax))其中，E。

为系统等效电源的相电动势；Zmn为保护安装处到系统T7等效电源之间的最小阻抗；Z-B为短路点到保护安装处之间的阻抗；为整定值。

动作电流为:T1=K1*I1set.l2v rel1⅛.5.max这里K)是一个可靠系数，其值大约在1.2〜1.3,引入这个可靠系数的原因是考虑非周期分量的影响，实际的短路电流可能大于计算值以及留有一定的裕度。

因此，在设定整定值时无法做到保护线路的全长，在实际的生产中要求该保护的最小保护范围必须是大于线路全长的15%〜20%。

最小保护范围是对于系统处于最小运行方式下，线路的末端发生的短路类型是两相短路而言的，即保护的最小范围计算式为：P-T-坦E(Pset^匕∙min-^-Z+Z1Z.5.max111三其中，心由为电流速断保护的最小保护范围长度；Zl为线路单位长度的正序阻抗。

第二章的第一节单侧电源网络相间短路的电流保护一、电磁型电流继电器电流继电器是实现电流保护的基本元件，也是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型。

它可以是机电式的，也可以是静态式的。

下面，通过对机电式的电磁型过电流继电器的分析来说明继电器的工作原理和继电特性。

图2－1是电磁型电流继电器的原理结构图。

1为线圈，2为铁芯，3是空气隙，4为可动舌片，5和6分别为可动触点和固定触点，7是弹簧，8为止档。

图2-1电磁型电流继电器的原理结构1—线圈；2—铁芯；3—空气隙；4—可动舌片；5—可动触点；6—固定触点产生出磁通，它通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成的磁路。

舌片被磁化后，通过线圈l的电流IJ与铁芯的磁极产生电磁吸力，企图吸引舌片向左转动；当电磁吸力足够大时，即可吸动舌片并使可动触点5与固定触点6接通，称为继电器“动作”。

当铁芯不饱和时，与IJ成正比，而与磁路的磁阻成反比。

由于磁路的磁阻几乎都集中在空气隙中，因此磁阻与气隙的长度成正比，则磁通就与成反比。

因此与成正比的电磁吸力作用到舌片上产生的电磁转矩可表示为2MdcK1K2式中K1、K2——比例常数。

22IJ2（2－1）电力系统正常运行时，继电器线圈中流入负荷电流，作用于可动舌片上的工作转矩就是上述电磁转矩；而作用于其上的制动转矩为弹簧的初拉力矩Mth1，对应此时的空气隙长度为1。

两者平衡，这样可动舌片不会向左转动，继电器触点不闭合。

当电流增大时，Mdc增大，可动舌片向左转动；而可动舌片受到的制动转矩有二个：一个是与弹簧伸长成正比的反抗转矩，当舌片向左移动使气隙由1减小到时，该转矩可表示为Mth＝Mth1＋K3（1－）（2－2）式中K3——比例常数。

另一个是舌片转动的过程中所必须克服的摩擦转矩Mm，其值可认为是一个常数，不随的改变而变化。

因此，阻碍继电器动作的全部制动转矩就是Mth＋Mm。

继电器能够动作的条件是MdcMth＋Mm（2－3）满足上述条件的，能使继电器动作的最小电流值称为继电器的动作电流，也称为起动电流，以Idz.J表示。

电力系统继电保护原理主讲教师：胡炎Email：yanhu@2.电网的电流保护和方向性电流保护2.电网的电流保护和方向性电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.2 电网相间短路的方向性电流保护2.3 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护2.4 中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护什么是电流保护电流保护主要是反应故障时电流量的不正常状态（增大）而动作的针对相间故障• 2.1 单侧电源网络相间短路电流保护• 2.2 电网相间短路的方向性电流保护针对接地故障• 2.3 中性点直接接地电网接地短路的电流保护• 2.4 中性点非直接接地电网单相接地的电流保护2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.1.1 电流继电器2.1.2 电流速断保护2.1.3 限时电流速断保护2.1.4 定时限过电流保护2.1.5 阶段式电流保护2.1.7 电流保护的接线方式2.1.8 三段式电流保护的接线图2.1.1 电流继电器电流继电器——电磁型电流互感器断路器跳闸线圈继电器222Jdc I M K δ=131()th th M M K δδ=+−i m M const=动作电流（或起动电流）dc th m M M M ≥+继电器动作条件：dz J I i 使继电器动作的最小电流值，称为动作电流或起动电流返回电流dc th m M M M ≤−继电器返回条件：h J I i 使继电器返回的最大电流值，称为返回电流继电特性和返回系数JI dz J I i h J I i 继电特性要点：1) 永远处于动作或返回状态，无中间状态2) 动作电流不等于返回电流，防止触点抖动1h J h dz J I K I =<i i 返回系数：2.1.2 电流速断保护（电流Ⅰ段保护）单侧电源网络的特点电流的流向固定，由电源流向负荷在35kV以下的配网当中非常普遍，特别是10kV 网络，基本上是辐射状供电的•随着对供电可靠性要求的提高，网络单侧电源供电的方式将越来越少•在负荷转移时，可能存在短时的双电源或多电源供电一般还存在分支短路电流特征分析dI dZ ESZ 0S Z 0d Z (3):dS dE dI Z Z φ=+ (2)3:*2A dB dC S dE d I I Z Z =−=−+ (1)103:2AdA E d I Z Z ∑∑=+ 220120(1,1)220120():()dB d dC d Z aZ I I a Z Z d Z a Z I I a Z Z ∑∑∑∑∑∑∑∑+⎧=−⎪+⎪⎨+⎪=−⎪+⎩2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i l电流速断保护的目的和原理目的：反应本线路的相间短路故障考虑各种误差的影响，仅靠短路电流幅值无法分辨d1和d2两处短路整定原则——保证选择性'dzd II ≥为短路电流'dzI为继电保护的整定值''maxdz k d I K I=i max d I i 是指本线路末端发生短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下发生三相短路时的短路电流'kK为可靠系数，一般取1.2~1.3dI 动作判据：又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定引入可靠系数——确保不误动实际短路电流大于理论计算值对瞬时动作保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响电流继电器的实际起动电流可能小于整定值考虑最不利的情况，留有必要的裕度大方式和小方式当负荷较大时，由三个电源一起供电，则属于大方式•大方式和小方式是相对而言的•当发生短路时，大方式下短路电流大，而小方式下短路电流小大、小方式下的短路电流分布2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i maxS S Z Z =i minS S Z Z =i l电流速断保护的保护范围（灵敏性）A B C2d1d21dI maxd B I i i 2'dz I i maxS S Z Z =i minS S Z Z =i (2)d(3)dminl l保护范围的校验电流速断保护的目的是反应本线路的相间短路故障，因此应按照如下标准校验灵敏度：•在系统最小运行方式下发生相间短路时，电流速断保护的保护范围应不小于15~20%单相原理接线图采用中间继电器的原因：1)增大继电器触点容量，以驱动跳闸2)增大保护装置固有动作时间(0.06~0.08s)，防止避雷器放电(0.04~0.06s)时误动保护评价优点：简单可靠，动作迅速缺点：不能保护线路的全长，保护范围直接受系统运行方式变化的影响。