电力系统继电保护电流保护

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）。

电力系统变电站的继电保护电力系统是一个复杂的系统，由许多电气设备组成，例如变电站、输电线路、变压器等。

为了保障电力系统的稳定运行，需要设置一些继电保护设备，对各种电气故障进行及时检测和处理。

变电站作为电力系统中既是输电又是配电的重要环节，具有较多的继电保护设备。

变电站的继电保护设备主要包括：电流互感器、电压互感器、保护继电器、故障录波器、自动重合闸装置等。

电流互感器主要是为了检测电流异常的情况，通常被用于电流差动保护。

它通过将高电流变压缩成可以接受的小电流，使得保护继电器能够实时检测发生的电流变化情况。

电流互感器在电力系统中的应用非常广泛，可以用于单相线路的保护、开关设备的保护、变压器的保护等。

保护继电器是电力系统中最常用的继电保护设备之一，它能够实时检测电气故障，并采取适当的措施避免电力系统受到损伤。

保护继电器包括：过流保护、距离保护、差动保护、接地保护等。

过流保护是指对电力系统中异常电流进行保护，可以防止电力系统因为负荷过大、短路故障等情况而受到损伤。

差动保护是指通过比较输入和输出电流的差异来检测电气设备是否发生短路，可以防止电力系统因短路故障而受到损伤。

故障录波器是指用来记录电力系统中异常电压、电流、功率等参数的设备，能够记录电气故障出现的时间、类型、位置、时序等信息，对于后期的故障分析和排除非常有用。

自动重合闸装置是指对电力系统中短暂的电气故障进行保护，可以自动地将断路器的开关自动重合，恢复电力系统的正常运行。

自动重合闸装置能够有效地避免人为错误操作、电力系统瞬间过载、瞬间短路等故障所引发的危险。

总之，变电站的继电保护设备是保障电力系统安全、稳定运行的重要设备，其正确、可靠的使用对于电力系统的安全、可靠运行具有重大的意义。

1. 电力系统的三种状态：正常运行，不正常运行和故障运行。

2. 继电保护的任务和作用：①当电力系统发生故障时，自动，迅速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。

②反应电气元件的不正常运行状态，并根据不正常运行情况的类型和电气元件的维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动进行调整。

反应不正常运行状态的继电保护装置允许带有一定个延时动作。

③继电保护装置还可以和电力系统中其他自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

3. 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

4. 继电保护装置一般由测量比较元件，逻辑判断元件和输出元件三部分组成。

测量比较元件测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出是非或0或1性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。

逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，是保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该是断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。

执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲即相应的动作信息，发出警报或不动作。

5. 电流保护的接线方式有三种：①两相一继电器的两相电流差接线②三相三继电器的完全星形接线③；两相两继电器的不完全星形接线。

6. 90°接线方式是指在三相对称的情况下，当cos ψ=1时，加入继电器的电流如ÌA 和电压ÚA 相位相差90°。

7. 90°接线方式的主要优点是：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相见电压，其值很高；第二，适当地选择继电器的内角α后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。

继电保护考点第2章 电流保护1. 零序保护的基本思想：电力系统正常工作时，其三相是近似对称工作的，三相中的电压和电流应为对称的三相电压/电流，其负序、零序电压/电流基本等于零。

当出现短路故障时，电路中将会通过很大的零序电流。

所以可以通过检测零序分量的大小来判别系统的故障并实施保护。

2. 中性点不直接接地系统单相接地故障的特点：（1）通过对地电容构成回路，回路阻抗大，电流小。

（2）故障点的零序电压大小与故障前故障相的相电压大小相等，方向相反。

（3）非故障线路的零序电流为自身的对地电容电流之和，方向为流出母线。

（4）故障线路的零序电流为非故障线路的对地电容电流之和，方向为流入母线2.3 解释“动作电流”和“返回系数”，过电流继电器的返回系数过低或高各有何缺答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大通过继电器线圈的电流，以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小电流称之为动作电流。

在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电流。

过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下起返回值较小。

一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于返回电流，真要在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流和返回电流很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回出现“抖动”现象，使后续电路无法正常工作。

继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进行设定。

2.4 在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数，其值考虑哪些因素后确定？答：引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如：（1）实际的短路电流可能大于计算值；（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响；（3）电流互感器存在误差；（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。

第二章 电网的电流保护2-1．已知：线路L1装设三段式电流保护，保护采用两相不完全星形接线，L1的，max 174L I A ⋅=300/5TA n =，在最大运行方式下及最小运行方式下k1、k2及k3点三相短路电流见下表： 短路点 k1 k2 k3最大运行方式下三相短路电流（A ） 4400 1310 520最小运行方式下三相短路电流（A ） 3945 1200490L2过电流保护的动作时限为：2.5秒。

求：L1线路各段(I,II,III 段)保护的动作电流，继电器的动作电流及动作时限，并校验保护的Ⅱ、Ⅲ段灵敏度（各项系数取：，，，，） 1.3I rel K = 1.1II rel K = 1.2rel K ΙΙΙ= 1.3ss K =0.85re K =图2-12-2．如图所示网络，已知：max 6.7s Z ⋅=Ω，min 5.5s Z ⋅=Ω。

试对保护1进行电流I 段和II 段的整定计算（求：'set I 、、、't %min l ''setI 、、''t ''sen K 、）并画出时限特性曲线（线路阻抗取0.4Ω/kM ，电流I 段的可靠系数，电流II 段的可靠系数，下同）。

注：计算短路电流取E 1.3I rel K = 1.1II rel K =ф=。

图2-22-3．题图2-2中，已知：，取电流III 段可靠系数、返回系数、自起动系数。

max 400L I A ⋅='''1.2rel K =0.85re K =1ss K =（1）对保护1继续进行反应相间短路的电流III 段保护的整定计算（求set I 、t 、sen K （近、远））并确定保护的接线方式。

（2）结合上题计算结果依次求出保护1的电流I 段、II 段和III 段的二次动作电流（I op I 、IIop I 、op I ΙΙΙ）。

2-4．在图2-3所示35KV 单侧电源电网中，已知线路L1的最大负荷电流，电动机的自起动系数，电流互感器变比为200/5，在最小运行方式下，变压器低压侧三相短路归算至线路侧的短路电流max 189L I A ⋅=1.2ss K =(3)min 460k I A ⋅=，线路L1装有相间短路的过电流保护，采用两相星形两继电器式接线。

电力系统继电保护的组成
电力系统继电保护由以下几个组成部分构成：
1. 电流互感器（CT）：用于测量电流，将高电压的电流变换
为便于测量的低电压。

2. 电压互感器（VT）：用于测量电压，将高电压变换为便于
测量的低电压。

3. 保护继电器：根据电流和电压的变化，通过开关或关闭回路来发出告警或执行保护动作。

4. 保护装置：用于实现不同类型保护，如过流保护、短路保护、过压保护等。

包括电流保护装置、电压保护装置、转换装置等。

5. 控制设备：负责对保护装置进行控制。

6. 清除装置：用于手动或自动地清除保护动作后的故障信号，以恢复系统的正常运行。

7. 通信设备：将保护继电器与其他系统组件进行联接，并与操作员或其他保护设备进行通信。

8. 辅助设备：包括电源、显示器、指示灯、按钮开关等，用于提供电力系统继电保护所需的电力和操作界面。

这些组成部分共同工作以确保电力系统的安全运行，并在故障发生时及时采取措施以防止电力系统受到进一步损坏。

实验一三段式电流保护与自动重合闸装置综合实验（-）实验目的1.了解电磁式电流保护的组成。

2.学习电力系统电流保护中电流、时间整定值的调整方法。

3.研究电力系统中运行方式变化对保护灵敏度的影响。

4.分析三段式电流保护动作配合的正确性。

（）基本原理1.电流保护实验基本原理图in 电流保护实验一次系统图1）三段式电流保护当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大。

根据这个特点可以构成电流保护。

电流保护分无时限电流速断保护（简称I段）、带时限速断保护（简称II 段）和过电流保护（简称II段）。

下面分别讨论它们的作用原理和整定计算方法。

（1）无时限电流速断保护（I段）单侧电源路线上无时限电流速断保护的作用原理可用图1-2来说明。

短路电流的大小人和短路点至电源间的总电阻R E及短路类型有关。

三相短路和两相短路时，短路电流人与R E的关系可分别表示如下：/⑶=E, = E,K R E凡+ R。

，/ （2）=心* Esk — 2R +R,ls式中，E——电源的等值计算相电势；R——归算到保护安装处网络电压的系统ss等值电阻；Ro——路线单位长度的正序电阻；I ――短路点至保护安装处的距离。

由上两式可以看到，短路点距电源愈远（Z愈长）短路电流&愈小；系统运行方式小（尺愈大的运行方式）4亦小。

4与I的关系曲线如图1-2曲线1和2所示。

曲线1为最大运行方式（R,最小的运行方式）下的衣=/（ /）曲线，曲线2为最小运行方式（Rs最大的运行方式）下的I K=JU）曲线。

路线AB和BC上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当路线AB上发生故障时，希翼保护KA?能瞬时动作，而当路线BC 士故障时，希望保护KAi 能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的00%。

但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析。

以保护KA 2为例，当本路线末端妇点短路时，希翼速断保护KA2能够瞬时动作切除故障，而当相邻路线BC的始端（习惯上又称为出口处）化点短路时，按照选择性的要求，速断保护KA2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护KAi动作切除。

电力系统继电保护考点24：电力系统继电保护的基本构成、作用、原理及基本要求▲继电保护的基本构成一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成。

继电保护装置是由（B）组成的。

（A）二次回路各元件（B）测量元件、逻辑元件、执行元件（C）各种继电器、仪表回路（D）仪表回路继电保护装置是反应电力系统中电气元件故障和不正常运行状态，并作用于断路器跳闸的一种自动装置。

（×）在运行中，电流互感器二次不允许短路。

（×）电流互感器二次绕组的人为接地是属于保护接地，其目的是防止绝缘击穿时二次侧窜入高电压，威胁人身和设备安全。

（√）电流互感器是供给继电保护、自动装置以及测量仪表电流的电源设备，它的二次侧可以开路运行。

（×）电抗变压器二次输出电压对一次电流中的非周期分量有放大作用；对一次电流中的谐波成分有抑制作用。

（×）▲继电保护的作用（基本任务）（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（即内部故障时跳闸）（2）反映电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作与发出信号或跳闸。

此一般不要求迅速动作，而是根据电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，一面暂短运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。

（即不正常运行状态时发出警告）系统发生不正常运行状态时，继电保护装置的基本任务是（D）（A）切除所有元件（B）切电源（C）切负荷（D）给出信号继电保护的原理“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”除发生故障和出现异常的元件，发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参量的差异，就可以形成继电保护原理。

例如：（1）短路电流：过电流保护；（2）短路时电压幅值降低：低电压保护；（3）阻抗幅值的降低和阻抗角的变大：距离（低阻抗）保护；（4）不对称故障时的负序、零序分量：序分量构成的保护；（5）电力元件内外部短路时两侧电流向量的差别：电流差动保护；（6）两侧功率方向的差别：方向比较式纵联保护；（7）非电量特征的保护，如变压器瓦斯保护。

电力系统继电保护摘要：一种自动的测量和装置，它是指在电力系统中的发电机、线路等部件或电力系统自身出现故障而威胁到电力系统的安全操作时，可以对操作人员发出警报，或直接给受控制的断路器下达跳闸指令，以结束此类事故的发展。

完成此项自动控制的成套设备通常称为继电保护。

编者将对继电保护的基本原理、基本要求、基本任务、分类和设备的继电保护。

关键词：电力系统；继电保护；基本原理一、基本原理继电器应具备正确区分受保护部件是否在正常工作或出现故障、是否在保护区范围或区域以外。

为了达到这种目的，必须从电力系统故障前后的电物量的变化特点出发，建立起保护设备的安全防护功能。

在电力系统故障后，工频电气量的变化表现为：1)增加了电流。

当发生短路时，在断路处与供电端的电力装置及传输线的电流会从负载电流增加到远大于负载电流。

2)电压下降（voltage）。

在相间和接地之间出现短路时，系统中各个点的相位电压或相电压都会降低，并且随着距离短路点的增加而降低。

3)电流和电压的相位角度发生变化。

当三相短路时，电流和电压的相角是负载的功率因数角，通常为20度左右，当三相短路时，电流和电压的相角是60~85度，而当保护反向短路时，电流和电压的相位角度为180°+(60°~85°）。

4)测量阻抗发生变化。

测量电阻，也就是测量点的电压和电流的比率（在保护装置上）。

在正常工作状态下，测得的阻抗是负载阻抗；当金属短路时，测量的阻抗向线路的阻抗转换，当发生故障时，测量的阻抗明显降低，而阻抗角增加。

非对称短路时，会产生相序成分，例如，当两相或单相接地短路时，会产生负序电流和负序电压；在单相接地的情况下，会产生负、零序和电压分量。

这些分量在正常运行时是不出现的。

根据短路故障时的电量变化，可以根据不同的原理，组成继电保护。

另外，除上述的反应工频电气量保护外，还提供了气体保护、继电保护等反应非工频电容量保护。

二、基本要求要实现继电保护装置任务，必须满足四个基本的技术需求：选择性、速度性、灵敏度、可靠性。

电力系统的继电保护常识讲解|电网的电流保护电网正常运行时的电流是负荷电流，当发生短路时电流突然增大，电压降低。

利用电流增大作为电网故障的判据而构成的保护，即电流保护。

无时限电流速断保护无时限电流速断保护（又称第I段电流保护）是反映电流增大而不带时限动作的保护。

动作判据：Ik> Iset。

无时限电流速断保护单相原理接线如图1所示。

征程运行时，流过线路的电流为负荷电流，小于保护的动作电流，保护不动作。

当在线路保护范围内发生短路时，短路电流大于保护的动作电流，电流继电器KA动合触点闭合，启动中间继电器KM，KM东河触电闭合，启动信号继电器KS（发出保护动作信号），并接通断路器的跳闸线圈YT，断路器跳闸切除故障线路。

图1无时限电流速断保护单相原理接线限时电流速断保护无时限电流速断保护虽然能实现快速动作，但不能保护本线路的全长，因此必须装设另一段保护——限时电流速断保护（也称第Ⅱ段电流保护），用于保护无时限电流速断保护不到的后一段线路。

限时电流速断保护单相原理接线如图2所示。

与无时限电流速断保护原理接线相似，不同的是由时间继电器KT代替了中间继电器KM，时间继电器KT的触点容量较大，可以直接接通跳闸回路。

图2 限时限流速断保护单相原理接线定时限电流速断保护无时限电流速断保护和时限电流速断保护共同构成了线路的主保护。

为防止本线路的主保护拒动，以及下一线路的保护或断路器拒动，必须还要给线路设置后备保护--定时限过流保护（也称第Ⅲ段电流保护），以作为本线路的近后备保护和下一线路的远后备保护。

定时限电流保护的原理接线与限时电流速断保护相同，知识动作电流和动作时限不同。

电流保护的接线方式电流保护的接线方式是指电流保护中电流继电器线圈与电流继电器线圈与电流互感器二次绕组的连接方式。

流入继电器的电流与电流互感器二次侧流出电流的比值称为接线系数Kcon。

常见的电流保护接线方式有：三相完全星形接线、两相两继电器不完全星形、两相三继电器不完全星形等。