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电网相间短路的电流保护

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电网的电流保护

电网的电流保护

第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
若 和E S 为Z常S 数，则短路电流将随着 L k 的减小而增大，经计算后可绘
出其变化曲线，如图2.2所示。若Z S 变化，即当系统运行方式变化时，短 路电流都将随着变化。 当系统阻抗最小时，流经被保护元件短路电流最大的运行方式称为最大运 行方式。 图2.2中曲线1表示系统在最大运行方式下短路点沿线路移动 时三相短路电流的变化曲线。 短路时系统阻抗最大，流经被保护元件短路电流最小的运行方式称为最小 运行方式。在最小运行方式下，发生两相短路时通过被保护元件的电流最 小，即最小短路电流为
E S ——系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压；
Z S — 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗；
Z 1 ——线路单位长度的正序阻抗，单位为；
1.10
L k ——短路点至保护安装处之间的距离。
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
图2.2 单侧电源辐射形电网电流速断保护工作原理图 1.11
1.2
第2章 电网的电流保护 本章内容
● 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 大电流接地系统的零序电流保护 ● 2.4 小电流接地系统的零序电流保护 ● 思考题与习题
1.3
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护，即第一 段为无时限电流速断保护，第二段为限时电流速断保护，第三段为定时 限过电流保护。其中第一段、第二段共同构成线路的主保护，第三段作 为后备保护。
1. 工作原理
对于图2.2所示的单侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路的电源侧装

电力系统继电保护-(第2版)第二章-电流保护PPT课件全文编辑修改

电力系统继电保护-(第2版)第二章-电流保护PPT课件全文编辑修改
➢最小运行方式：是指系统投入运行的电源容量最小，系统的
等值阻抗最大，以致发生故障时，通过保护装置的短路电流为 最小的运行方式。
➢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
的电流为最大，称为最大短路电流。
Ik.m axZ E Z s.m iE nZ k 1Z s.m in E Z 1 L k 1短路类型系数
流来整定。
动作电流：
I ＝K II
II
set.2 rel
Iset.1
K r I e I l 1 .1 ~ 1 .2 ( 非 周 期 分 量 已 衰 减 ）
为保证选择性，动作时限要高于下一线路电流速断保护的动 作时限一个时限级差△t （Δt一般取0.5s）
动作时间： t2II t1 tt
(1) 前一级保护动作的负偏差(即保护可能提前动作) ； (2) 后一级保护动作的正偏差(即保护可能延后动作) ； (3) 保护装置的惯性误差(即断路器跳闸时间：从接通跳闸回 路到触头间电弧熄灭的时间) ； (4) 再加一个时间裕度。
Lmin
1( Z1
3 E
2
II set
Zs.max)
（保证选择性和可靠性，牺牲一定的灵敏性，获得速动性）
三、保护实现原理图
电流速断保护的主要优点是动作迅速、简单可靠。 缺点是不能保护线路的全长，且保护范围受系统运行方式和 线路结构的影响。当系统运行方式变化很大或被保护线路很 短时，甚至没有保护范围。
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流 保护，即第一段为无时限电流速断保护，第二段为限时电 流速断保护，第三段为定时限过电流保护。其中第一段、 第二段共同构成线路的主保护，第三段作为后备保护
电流互感器和电流继电器是实现电流保护的基本元件。

第四章电网相间短路的方向电流保护

第四章电网相间短路的方向电流保护
2、掌握方向元件（功率方向继电器）的工作原理，构造 及动作特性。通过型功率方向继电器的研究，初步弄清 反应两个电气量的继电器的基本构成原理—基于两个电 气量相位比较的原理和基于两个电气量幅值比较的原理 及其互换性。
通过对整流型功率方向继电器研究，弄清中间电压变 换器和电抗变换器的作用、构造及作原理。
0.9U A Z1 R1
|
|
0.9U B Z2 R1
|
I op gr
当Z1=Z2，R1=R2，并满足Z1+R1=Z2+R2=Z，则极化继电
器动作条件等效为：
•
UA
•
UB
Iop.r Z 0.9
忽略Iop.r时,上式变为
U&A U&B 0
循环电流式比较回路接线简单，动作灵敏，构造可靠， 在实际中得到了广泛应用。 ③方案3—均压式比较回路
arg
U&r I&r
90o
继电器内角α常取45°或30°。
最大灵敏线与电压Ur之间夹角 m 称为最大灵敏角，
m =-α，因为这时Ir超前Ur，所以，m 是负角度。这个
角度α在功率方向继电器上是人为可调的，有专门的调节 旋钮。其实质是人们与对短路阻抗角的一种粗略估计值有 关。
g
90o
arg
Ur
e
g
j
Sop.min
U I op.min op.min
U
2 0
4KU KI
方向继电器的最小动作电流、电压和功率是衡量方
向继电器灵敏性的参数。执行元件越灵敏（U0越小）， 则KU、KI越大，方向功率继电器的Iop·min、Uop·min和
Sop·min就越小，方向继电器也就越灵敏。功率方向继电器 的动作特性：

国家电网继电保护培训课程----电网相间短路接地的电流电压保护

国家电网继电保护培训课程----电网相间短路接地的电流电压保护
三段式电流保护
组成：1）电流速断保护（第一段）。2）限时电流速断保护（第二段）。3） 定时限过电流保护（第三段）。
作用：第一段、第二段构成本线路故障时的主保护，第三段既是下级线路 或断路器拒动时的远后备，又是本给线路主保护拒动时的近后备，所以三 段式电流保护具有作为主保护和后备保护的全部功能。 优点：简单可靠，具有明确的选择性。适用于35KV及以下的单侧电源供电 网络，非重要用户。 缺点：1）当运行方式变动大的电网，灵敏度常常难以满足要求。2）第三 段保护，当故障点离电源愈近，短路电流愈大，对系统的影响也愈大，但 为了满足选择性要求，动作时间却愈长。3）第一段保护为了满足选择性要 求，需躲过本线路未端的最大短路电流，这样对于较短的线路或运行方式 变动大的系统，其保护范围很小满足不了灵敏度要求。通常在最大运行方 式下，保护区达线路全长的50%时，即认为有良好的灵敏度，在最小运行方 式下发生两相短路，保护区能达15-20%，即可安装。4）第二段保护虽然能 保护线路的全长，但保护的快速性方面较差。
方向性电流保护（二）
为实现功率方向判别，关键在于功率方向继电 器（GJ）。要正确测量短路功率方向，必须正 确联接电流互感器和电压互感器二次极性端子 与功率方向继电器的电流、电压端子。一般相 间短路方向继电器采用90度接线方式。主要原 因是：1）在中心点不接地系统中，中性点对 地电位是不固定的，各相对地电压难以确切反 应相间短路工况，因而采用线电压。2）为避 免两相短路时出现电压死区。
电流回路监视
通过比较两组电流互感器或同一 只电流互感器的两组不同的线圈 的 二 次 侧 的 和 电 流 3I0 ， 来 监 视 CT 二次电路的完好性，当和电流的 差值超过设定值时发出信号，所 发的信号可用来报警或闭锁不同 的保护功能。

电网相间短路的方向性电流保护

电网相间短路的方向性电流保护
同一母线两侧 1）、时限相同：均装设。 2）、时限不同：时限小的保护装设。
二、方向过电流保护单相原理接线图
方向过电流保护装置构成： 启动元件 功率方向元件 时限元件
四、功率方向继电器的接线方式
1.含义： 继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式。
2.基本要求 ➢ 保证选择性和较高的灵敏性 ➢ 保证继电器正方向故障时动作，反方时制动。
原因分析：
➢ 反方向故障时，对侧电源提供的短路电流引起保护误动。
解决方法：
➢ 加装方向元件----功率方向继电器，构成方向性电流保护， 仅当方向元件和电流测量元件均启动时才启动逻辑元件。 双侧电源系统保护变成针对两个单侧电源的子系统。
发生正方向故障时，保护启动，反方向故障时，保护闭锁。
3、方向性电流保护的工作原理
引入分支系数：
Kfz

I'BC IAB

故障线障线路流过的 前一级保护护所在线路流过的流
I II op1

K II rel
I
I op
2
K fz
当仅有助增时：
I

' BC

I AB
K fz 1
仅有外汲时：I
' BC

I AB
K fz 1
无分支时：
I
' BC

I AB
K fz 1
既有助增，又有外汲时，可能大于1也可能小于1
第二节 电网相间短路的方向性电流保护
一、方向性电流保护的工作原理
1、问题的提出
为提高供电可靠性，出现了单电源环形供电网络、双电源 或多电源网络。但在这样的网络中简单的电流保护不能满足 要求。分析如下：

第三章电网相间短路电流电压保护(刘学军第三版)03

第三章电网相间短路电流电压保护(刘学军第三版)03

• 无时限电流速断保护不能保护线路全长，而且保护 范围受系统运行方式影响，为克服这一缺点，可采
用具有自适应功能的电流速断保护。自适应继电保
护是根据电力系统运行方式和故障类型的变化，而
实时地改变保护装置的动作特性，或整定值的一种
保护。其目的是使保护装置适应这些变化，进一步
改善保护性能。电流速断保护按最大运行方式选择
KII rel
1.1~1.15
KreIIl
1.3
中国电力出版社
保护动作时限特性：
保护动作时限特性：
t
t
I op
1
t
I op
2
t
II op
1
t
II op
2
l
中国电力出版社
保护动作时间的确定：
1
2
3
toIIp1 toIp2 t
toIIp1 toIp3 t
二者取大值， 一般取0.5s
灵敏度：
K se n
教材配套电子教案
继电保护原理
刘学军 编制
中国电力出版社
教材配套电子教案
第三章 电网相间短路的电流电 压保护
中国电力出版社
第三章电网相间短路的电流电压保护
第二节 无时限电流速断保护（I段）
一.无时限电流速断保护的工作原理及整定计算 二.无时限电流速断保护的接线 三.自适应无时限电流速断保护
中国电力出版社
要求要大于等于1.2~1.5。
KI sen
I
3
K m in
Iop1
中国电力出版社
二、 无时限电流速断保护原理接线图
YR QF
+
QF +
KM
1KA I> 2KAI>

电网相间短路的电流保护


1.4 限时电流速断保护
限时电流速断保护，又称电流Ⅱ段保护
设置目的：弥补电流Ⅰ段保护不足，保护本线全长
整定原则：为了可靠保护本线全长，保护区必然伸 入下线，必须解决与下线保护“抢动”问题。
P1
M
P2
N
1QF
2QF
Ik
P1 Ⅱ段 保护区
k
P2 Ⅰ段
保护区
47 2021/7/11
与下线电流Ⅰ段保护配合具体为时限配合及保护区配合
弹簧力矩
Me Ms－Mf
摩擦力矩
电磁力矩
Ire：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。
5 2021/7/11
动作 返回
返回系数
K re
I re I act
一般为0.85～0.9
6 2021/7/11
继电器的继电特性
7 2021/7/11
（2）电流继电器特性
当输入电流IK>Iact时，继电器动作，动合触点闭合； 若IK<Ire，继电器返回，触点又断开。
第1单元 电网的电流保护 相间短路的三段式电流保护
1 2021/7/11
1.1 电磁型继电器
电磁型继电器按其结构型式可分：螺管线圈式、吸引衔铁式、转动舌片式
电磁型继电器原理结构图
电 磁 力 矩 MeK12K2IK 22
2 2021/7/11
1.1.2电磁型电流继电器
触点
触点 衔铁
DL-12-6型电磁型电流继电器
4KA
I>
I>
I>
I>
IA
IB
IC
3I0
35 2021/7/11
（b）三相完全星形接线
QF

输电线路相间短路电流保护课件

电流保护的选择性受到系统运行方式和短路类型的影响，有时会出现误 动作或拒动作的情况。
电流保护的可靠性也受到电流互感器误差、二次回路断线等因素的影响 ，可能导致保护装置误动作或拒动作。
Part
03
输电线路相间短路电流保护装 置
电流保护装置的构成
STEP 01
电流互感器
STEP 02
继电器
用装置提供信号。
动作执行
在发生相间短路时，继电 器触发断路器执行跳闸操 作，切除故障线路。
电流保护装置的配置与整定
配置
根据输电线路的电压等级、输送 容量、线路长度等因素，选择合 适的电流保护装置并进行配置。
整定
根据输电线路的实际运行情况，对 电流保护装置的整定值进行设定， 以确保保护装置能够准确判断故障 并快速切除故障线路。
案例概述
某企业为保障输电线路安全，配 置相间短路电流保护装置。
配置方案
采用差动保护原理，通过比较线 路两侧电流的相位和幅值，检测 到相间短路时迅速切断故障线路
。
实施效果
有效降低了相间短路事故的发生 率，提高了企业供电的可靠性和
稳定性。
某高校输电线路相间短路电流保护优化案例
案例概述
某高校对原有的输电线路相间短路电流保护进行优化改造。
设备损坏
相间短路可能导致输电线 路和相关设备的严重损坏 ，增加维修成本。
安全风险
相间短路可能导致火灾、 爆炸等安全事故，对人员 和财产安全造成威胁。
Part
02
相间短路电流保护原理
电流保护基本原理
电流保护是利用电流继电器实现电流保护的装置，当电流超过设定值时，继电器动 作，执行元件跳闸或发出信号。
STEP 03

3.2 输电线路相间短路的方向电流保护详解

功率方向继电器 —— 用以判别短路功率的方向或测定电 压、电流之间相位角的继电器，也称功率方向元件。
➢ 由于正、反向故障时，短路功率方向不同，它将使保护的 动作具有一定的方向性。 ➢ 在常规保护中，方向元件有电磁型、感应型、整流型、晶 体管型、集成电路型等，常用的是整流型和晶体管型。
➢ 母线电压参考方向为“母线指向大地”，电流参考方向为 “母线指向线路”。
其之输间出的（相转位UC矩差或的电大压小24）而00 值改随变两。U者当B
输出为最大时的相位差称为最大
灵敏角。
arg
U K IK
Network Optimization Expert Team
k23
U
1
EI
Ik 2
k1处短路（对保护1为正方向）
U Ik1 Z1lk1
U
Ik1
k1
0 k1 90
第三章 电网的相间电流、电压保护 和方向性相间电流、电压保护
一、单侧电源网络的相间电流、电压保护 二、电网相间短路的方向性电流、电压保护
2021/4/6
1
问题的提出
2
1
A
B
C
三段式电流保护是以单侧电源网络为基础进行分析 的，各保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，或 者说线路的始端。
仅利用相间短路后电流幅值增大的特征来区分故障 与正常运行状态的，以动作电流的大小和动作时限的 长短配合来保证有选择地切除故障。
动作范围： senmax 900 ∵ 过渡电阻、线路阻抗角会变化， k最大0灵~敏90线
+j ∴ 功率方向继电器在正方向故障时，动作的角度应该是一个
范围。
动作区 .
考虑实现的方便性，这个角度通常U 取为：

电网相间短路的方向电流保护


dI
4I
X
DL4
I5
X
DL5
6I
N
X~
DL6
d2点短路：保护1、2、4、6起动，t2 ＜t4 ＜t6 ，故保护1 和2起动，保护4、6返回。
d2
M
I1
~X
DL1
2I
X
DL2
I3
X
DL3
4I
X
DL4
I5
X
DL5
6I
N
X~
DL6
装设方向元件———功率方向继电器
功率方向继电器：具有判别短路功率正负的能力， 并且在功率为正时动作，并且在功率为负时不动 作。
缺点： 在保护安装地点附近发生三相短路时，有“死区”， 接线复杂。
四、双侧电源网络中电流保护整定的特点
• 瞬时电流速断： 保护的整定值大于反方向故障时流过保护的短路电流，
可以不加方向元件； • 定时限过电流保护：
保护的动作时限大于同一线路上其它保护的动作时限， 可以不加方向元件； • 其它情况均应配置方向元件。
幅值比较原理和相位比较原理之间的关系可以用平行四边 形和菱形定则加以说明。若以比较相位的两个电气量组成一个 平行四边形，则比较幅值的两个电气量就是平行四边形的两条 对角线，两两电气量之间有三种情况。
（2）幅值比较式功率方向继电器的构成框图
电
.
.
UJ
压
A
形
成
.
.
回B
IJ
路
幅值比较回路
.
整流滤波 A
比较 回路 整流滤波
第二节 电网相间短路的方向电流保护
一、方向性电流保护的基本原理
1.问题的提出
d1点短路 d2点短路
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游丝 线圈
整定把手
2 2020/6/3
动作电流与返回电流
动作： 继电器动合触点（常开接点）由打开状态变为闭合状态
动作条件为
弹簧力矩
Me Ms M f
摩擦力矩
电磁力矩
Iact：动作电流，能使电流继电器动作的最小电流。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
3 2020/6/3
返回： 继电器动合触点（常开接点）由闭合状态回到打开状态
Me
KI2 KKU2 K
/
Z
2 K
KU
2 K
加在线圈上的电压
线圈阻抗
*过电压继电器：反应电压升高而动作
返回系数
Kre=(UK.re/UK.act)<1
*低电压继电器：反应电压降低而动作
返回系数
Kre=(UK.re/UK.act)>1
第2章 电网相间短路的电流电压保护
9 2020/6/3
低电压继电器使用的是动断触点（常闭接点）
1.1 电磁型继电器
电磁型继电器按其结构型式可分：螺管线圈式、吸引衔铁式、转动舌片式
电磁型继电器原理结构图
电磁力矩Me K1
2
K2
I
2 K
2
第2章 电网相间短路的电流电压保护
1 2020/6/3
1.1.2电磁型电流继电器
触点
触点 衔铁
DL-12-6型电磁型电流继电器
第2章 电网相间短路的电流电压保护
第2章 电网相间短路的电流电压保护
6 2020/6/3
（2）电流继电器特性
当输入电流IK>Iact时，继电器动作，动合触点闭合； 若IK<Ire，继电器返回，触点又断开。
以电流继电器动合触点接通断路器跳闸回路， 当发生故障、电流超过设定值时，电流继电器动作， 触点闭合，接通断路器跳闸回路， 跳开断路器，切除故障。 故障切除后，故障电流消失，继电保护返回。
返回条件为
弹簧力矩
M e M s－M f
摩擦力矩
电磁力矩
Ire：返回电流，能使电流继电器返回的最大电流。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
4 2020/6/3
动作 返回
第2章 电网相间短路的电流电压保护
返回系数
K re
I re I act
一般为0.85～0.9
5 2020/6/3
继电器的继电特性
3）小型密封；4）干簧继电器式
第2章 电网相间短路的电流电压保护
15 2020/6/3
中间继电器使用
+ +
I>
YR -
跳闸线圈
-
~
KA
KM
第2章 电网相间短路的电流电压保护
16 2020/6/3
（3）信号继电器 KS 作用：用于对继电器或继电器保护装置所处状
态给出明显标示，或接通灯光、音响回 路，以提醒运行人员发现故障。 类型：1）机械保持型 2）磁保持型
40
TA的10％误差曲线
m10
Z：二次 负载
二次负载越大，TA误差越大
20
0
10
一次电流越大，TA误差越大
第2章 电网相间短路的电流电压保护
m
20
m：一次电 流倍数
20 2020/6/3
1.5.3电流互感器接线方式
QF
I>
1KA
TAa
TAc
I>
2KA
（a）两相不完全星形接线
用于35kV及以下电压等级小电流接地系统，
1.5.2电流互感器极性
QF I2
** TA
I1
输 电 线 路
**
I1
I2
TA
TA参考方向规定与《电机学》中变压器参考方向相反，
按照TA参考方向，I&1 与 I&2同相； 而在变压器参考方向下，I&1 与 I&2 反相。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
19 2020/6/3
ZLMax （Ω）
60
第2章 电网相间短路的电流电压保护
22 2020/6/3
只切除一回路示意图
第2章 电网相间短路的电流电压保护
Ib K1
Ic
K2
23 2020/6/3
第2章 电网相间短路的电流电压保护
24 2020/6/3
保护拒动示意图
K1
第2章 电网相间短路的电流电压保护
K2
25 2020/6/3
扩大停电范围示意图
当继电器没有输入电压时，其接点闭合。
电力系统正常运行时， 电压较高，电压继电器 接点打开；
当发生故障时电压较低， 继电器接点闭合，接通 跳闸回路。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
10 2020/6/3
第2章 电网相间短路的电流电压保护
11 2020/6/3
1.1.4 辅助继电器 （1）时间继电器
第2章 电网相间短路的电流电压保护
7 2020/6/3
（3）继电器动作电流调整
动作电流的调整方法如下： （1）改变弹簧力矩
弹簧旋紧则IK.act 松则IK.act
（2）改变两个线圈的连接方式 线圈串联时的动作电流是并联时的一半。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
8 2020/6/3
1.1.3电磁型电压继电器
作用： 建立必要的动作时限。 电磁型时间继电器多为 直流继电器。
第2章 电网相间短路的电流电压保护
线圈
整定把手 触点
衔铁
钟表机构
12 2020/6/3
时间继电器应用
+ +
I>
~
KA
t
KT
第2章 电网相间短路的电流电压保护
13 2020/6/3
时间电路原理框图符号
t0
0t
t
Uin Uout t
（a）延 瞬时 时动 返作 回
可以Q获F 得A、C相电流。
图中KA为电流继I>电器或I>继电保I> 护电流测量元件
1KA
2KA
3KA
第2章 电网相间短路的电流电压保护
21 2020/6/3
应用范围：中性点不接地系统。
原因：中性点不接地系统，单相接 地属于不正常运行，允许继续运行 一段时间。
作用：可提高供电可靠性。
要求：所有线路的电流互感器必须 安装在同名相上。
Uin
Uout t
（b）瞬 延时 时动 返作 回
第2章 电网相间短路的电流电压保护
Uin Uout
t
（c）定宽时间电路
14 2020/6/3
（2）中间继电器 作用：1）可同时闭合或断开几个回路；
2）作为出口继电器，接通断路器跳闸或 合闸回路，并在必要时构成自保持回路；
3）可实现较短的延时。 类型：1）普通吸引衔铁式；2）带自保持线圈式
K1
K2
第2章 电网相间短路的电流电压保护
26 2020/6/3
两点接地时保护装置动作情况：（设两套保护动作时限 相同）
a、双回线路保护装置LH装设在同名相A、C上
第2章 电网相间短路的电流电压保护
17 2020/6/3
1.5 电流互感器
1.5.1电流互感器的工作原理
作用：一次大电流变换为二次小电流， 二次相间额定电流为5A或1A。
注意：TA二次侧必须有一点接地， 也只能有一点接地！
注意：TA二次严禁开路！
第2章 电网相间短路的电流电压保护
18 2020/6/3