合工大继电保护课件第二章电网的电流保护和方向性电流保护
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protective relaying, copyright Zhang Jingjing I-12
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护 保护1电流速断范围以内的故障，将以tI1时间被切除；保护2的限时速断虽然可能起动，但由 I 于 t2II 较 t1 大一个Δt，因而在时间上保证了选择性。在保护2电流速断的范围以内发生故障 II 时，以 t I 切除，在速断范围以外同时又在线路AB范围以内时，则以 t2 时间切除。 2 某些情况下，灵敏度不够，它可与相邻线路的第二段配合。电流速断保护和限时电流速断 保护可作为该线路的主保护。
I-1
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
一、电流继电器
1、电磁型：因其结构不同分为螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式。
δ1
δ2
δ
protective relaying, copyright Zhang Jingjing
I-2
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
工作原理：线圈中通过IJ时，在铁芯中产生磁通Φ通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成
1、定义：仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护。 2、工作原理：按躲过被保护线路外部短路的最大短路电流来整定，以保证保 护有选择的动作。如：单电源辐射形电网的变电所A侧装有电流速断保护。
A 2 B
K1 1
C
K2 K3
K4
D
IK(3)=E φ /(Zs+ZK), E φ为系统等效电源 的相电动势； Zs为保护安装处到 系统等效电源之间 的阻抗； ZK为短路点至保护 安装处之间的阻抗。
I IK1≈IK2，IIset.2=KIrelIk.B.max。K rel 为可靠系数。
继电器的二次动作电流：
I
I op
I I set = K n TA
con
K
con
为TA的接线系数
由M点可求最大保护范围为Lmax,它受线路长短和系统运行方式的影响。 由N点求最小保护范围Lmin，不小于线路全长的15～20%，一般作为辅助 保护。z1为线路单位长度的正序阻抗。
I-9
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
4、保护的优缺点
优点：简单可靠、动作迅速，有选择的动作； 缺点：保护范围较小，受线路长短和运行方式影响较大,个别情况下能保护 线路的全长，如对线路变压器组接线方式，按k1点短路来整定
•
•
Ik
I I set .2 •
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
4、灵敏度校验 • • • 作为本线路的主保护，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的 电流进行校验，灵敏系数要不小于1.3～1.5； 当作为相邻线路的后备保护时，应以相邻线路末端发生短路来校验，灵 敏系数不小于1.2; 在各个过流保护之间，还要求灵敏系数相互配合，即对同一点短路时， 要求越靠近短路点的保护具有越高的灵敏系数，当k1点短路时，要求Kse n.1>Ksen.2>Ksen.3>Ksen.4, 在单端电源网络中，很自然的满足这一要求，但在 复杂网络中，尤其要注意。
这种具有较小时限快速切除全线路范围的故障的速断保护称为限时电流速断保护。 保护2的限时电流速断不应超出保 护1的电流速断的范围，单侧电源 II I 供电下， set.2 set.1 • • •
I
≥I
由于使用的继电器和互感器的特 性不可能完全相同，会产生正负 误差，造成保护的误动作，所以 两者不能相等 II II
I
3 N 2
I Iset.2 I Iset.1
M
IA-B.max
1
IB-C.max
图2.3 电流曲线
IC-D.max L
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
曲线3表示短路点沿线路移动时，在系统最大运行方式下三相短路电流 的变化曲线；曲线2表示短路点沿线路移动时，在系统最小运行方式下 两相短路电流的变化曲线
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<
<
<
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
四．定时限过电流保护(Definite-time overcurrent protective relaying ) 过电流保护通常指其起动电流按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。 正常运行时不起动，电网发生故障时，反应于电流增大而动作。一般情况下， 不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长。 1、动作电流： 返回系数Kre=0.85～0.95，可靠系数KIIIrel=1.15～1.25，自启动系数Kss>1。
′ Ire III I set = Kre
KIIIrelKss = IL. max Kre
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
k1点短路时，3、4、5起动，按选择性要求，3切除故障，4和5由于电 流减小而立即返回，故障切除后，流经保护4电流是仍继续运行的负 荷电流，短路时电压降低，变电所B母线上所接电动机被制动，因此 电压恢复时，电动机要自起动，所以自起动电流要大于最大负荷电流： 4和5在自起动电流下必须返回。 I ss. max = K ss I L. max
改变继电器的动作电流可通过改变 弹簧的反作用力矩和改变线圈匝数 来实现。
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
2、晶体管型电流继电器
IJ>Idz.j
Ib1
Uc1
Ib2
Uc2
I2
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护 3、特点 动作时间整定之后，由时间继电器来保证，其时限大小与短路电流 大小无关，因此称为定时限过电流保护。 a、从时限特性知，当短路点越靠近电源，短路电流越大切除故障时间反而越 长，这是一个很大的缺点。因此，在电网中广泛应用速断、限时速断作为 本线路的主保护，以快速切除故障，而利用过电流作为本线路和相邻线路 的后备保护。 b、处于网络终端的保护1和2，其过流时间并不长，在这种情况下，过流可作 为主保护兼后备保护，而无需速断或限时速断。 注意： 保护感受到故障不是其动作的充要条件，只有检测到其对应的保护分区内发生 故障，且此故障为其规定的故障才允许动作。
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
3、集成电路型电流 继电器
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
二、电流速断保护(Instantaneous
over current protective relaying )
( 2) k .B.min
I
Eϕ 3 1 3Eϕ I = = I set.2 , Lmin = ( I − Zs.max) 2 Zs.max + z1Lmin z1 2I set.2
l min% = (L min/L) *100%
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•
I
set .2
=K
I
rel
I I set .1
•
•
动作时限为
t2 = t1 + Δt
II
考虑诸多因素，Δt取为0.5s。
K II rel = 1 .1 ~ 1 .2
II
I 校验灵敏度： K sen = I k . B . min / I set . 2 不小于1.3～1.5。 k . B . min 为保护范围末端 短路时，通过保护装置的最小短路电流； set . 2 为A侧限时电流速断的动作电流. I II
的磁路。舌片被磁化后，产生电磁力 Fdc，它在可动舌片上产生电磁转矩Mdc，当Mdc足 够大时，即可吸动舌片并使触点接通，称为继电器动作。 Mdc=K2*Ir2/δ2,K2为比例系数。 继电器能够动作的条件是Mdc≥Mth（弹簧反作用力矩）+Mm（摩擦力矩）， 满足这个条件的能使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流。 继电器的返回条件为 Mth－Mm≥Mdc，这时能使 继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流。 继电器的返回系数(Reset factor)为Kre=Ire/Iop约为0.85～0.9.
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
六、反时限过电流保护
一个动作时限大小与短路电流大小成反比，称为反时限电流保护，主要用于10KV以下线 路和电动机的保护。当流过继电器的电流小于动作电流Iop时，继电器不动作。当电流大 于瞬时动作电流IopI时，继电器以最小动作时限tb动作，当电流在以上两者之间时，继电 器启动后，动作时间与电流倍数（I与Iop之比）有关。K为时间整定系数，其越大，动作 时间越长。
t4
III
= t3
III
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护 保护1电流速断范围以内的故障，将以tI1时间被切除；保护2的限时速断虽然可能起动，但由 I 于 t2II 较 t1 大一个Δt，因而在时间上保证了选择性。在保护2电流速断的范围以内发生故障 II 时，以 t I 切除，在速断范围以外同时又在线路AB范围以内时，则以 t2 时间切除。 2 某些情况下，灵敏度不够，它可与相邻线路的第二段配合。电流速断保护和限时电流速断 保护可作为该线路的主保护。
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
一、电流继电器
1、电磁型：因其结构不同分为螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式。
δ1
δ2
δ
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
工作原理：线圈中通过IJ时，在铁芯中产生磁通Φ通过由铁芯、空气隙和可动舌片组成
1、定义：仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护。 2、工作原理：按躲过被保护线路外部短路的最大短路电流来整定，以保证保 护有选择的动作。如：单电源辐射形电网的变电所A侧装有电流速断保护。
A 2 B
K1 1
C
K2 K3
K4
D
IK(3)=E φ /(Zs+ZK), E φ为系统等效电源 的相电动势； Zs为保护安装处到 系统等效电源之间 的阻抗； ZK为短路点至保护 安装处之间的阻抗。
I IK1≈IK2，IIset.2=KIrelIk.B.max。K rel 为可靠系数。
继电器的二次动作电流：
I
I op
I I set = K n TA
con
K
con
为TA的接线系数
由M点可求最大保护范围为Lmax,它受线路长短和系统运行方式的影响。 由N点求最小保护范围Lmin，不小于线路全长的15～20%，一般作为辅助 保护。z1为线路单位长度的正序阻抗。
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
4、保护的优缺点
优点：简单可靠、动作迅速，有选择的动作； 缺点：保护范围较小，受线路长短和运行方式影响较大,个别情况下能保护 线路的全长，如对线路变压器组接线方式，按k1点短路来整定
•
•
Ik
I I set .2 •
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4、灵敏度校验 • • • 作为本线路的主保护，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的 电流进行校验，灵敏系数要不小于1.3～1.5； 当作为相邻线路的后备保护时，应以相邻线路末端发生短路来校验，灵 敏系数不小于1.2; 在各个过流保护之间，还要求灵敏系数相互配合，即对同一点短路时， 要求越靠近短路点的保护具有越高的灵敏系数，当k1点短路时，要求Kse n.1>Ksen.2>Ksen.3>Ksen.4, 在单端电源网络中，很自然的满足这一要求，但在 复杂网络中，尤其要注意。
这种具有较小时限快速切除全线路范围的故障的速断保护称为限时电流速断保护。 保护2的限时电流速断不应超出保 护1的电流速断的范围，单侧电源 II I 供电下， set.2 set.1 • • •
I
≥I
由于使用的继电器和互感器的特 性不可能完全相同，会产生正负 误差，造成保护的误动作，所以 两者不能相等 II II
I
3 N 2
I Iset.2 I Iset.1
M
IA-B.max
1
IB-C.max
图2.3 电流曲线
IC-D.max L
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
曲线3表示短路点沿线路移动时，在系统最大运行方式下三相短路电流 的变化曲线；曲线2表示短路点沿线路移动时，在系统最小运行方式下 两相短路电流的变化曲线
protective relaying, copyright Zhang Jingjing
<
<
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
四．定时限过电流保护(Definite-time overcurrent protective relaying ) 过电流保护通常指其起动电流按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。 正常运行时不起动，电网发生故障时，反应于电流增大而动作。一般情况下， 不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长。 1、动作电流： 返回系数Kre=0.85～0.95，可靠系数KIIIrel=1.15～1.25，自启动系数Kss>1。
′ Ire III I set = Kre
KIIIrelKss = IL. max Kre
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I-14
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
k1点短路时，3、4、5起动，按选择性要求，3切除故障，4和5由于电 流减小而立即返回，故障切除后，流经保护4电流是仍继续运行的负 荷电流，短路时电压降低，变电所B母线上所接电动机被制动，因此 电压恢复时，电动机要自起动，所以自起动电流要大于最大负荷电流： 4和5在自起动电流下必须返回。 I ss. max = K ss I L. max
改变继电器的动作电流可通过改变 弹簧的反作用力矩和改变线圈匝数 来实现。
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I-4
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2、晶体管型电流继电器
IJ>Idz.j
Ib1
Uc1
Ib2
Uc2
I2
I-5
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I-17
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护 3、特点 动作时间整定之后，由时间继电器来保证，其时限大小与短路电流 大小无关，因此称为定时限过电流保护。 a、从时限特性知，当短路点越靠近电源，短路电流越大切除故障时间反而越 长，这是一个很大的缺点。因此，在电网中广泛应用速断、限时速断作为 本线路的主保护，以快速切除故障，而利用过电流作为本线路和相邻线路 的后备保护。 b、处于网络终端的保护1和2，其过流时间并不长，在这种情况下，过流可作 为主保护兼后备保护，而无需速断或限时速断。 注意： 保护感受到故障不是其动作的充要条件，只有检测到其对应的保护分区内发生 故障，且此故障为其规定的故障才允许动作。
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
3、集成电路型电流 继电器
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2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
二、电流速断保护(Instantaneous
over current protective relaying )
( 2) k .B.min
I
Eϕ 3 1 3Eϕ I = = I set.2 , Lmin = ( I − Zs.max) 2 Zs.max + z1Lmin z1 2I set.2
l min% = (L min/L) *100%
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•
I
set .2
=K
I
rel
I I set .1
•
•
动作时限为
t2 = t1 + Δt
II
考虑诸多因素，Δt取为0.5s。
K II rel = 1 .1 ~ 1 .2
II
I 校验灵敏度： K sen = I k . B . min / I set . 2 不小于1.3～1.5。 k . B . min 为保护范围末端 短路时，通过保护装置的最小短路电流； set . 2 为A侧限时电流速断的动作电流. I II
的磁路。舌片被磁化后，产生电磁力 Fdc，它在可动舌片上产生电磁转矩Mdc，当Mdc足 够大时，即可吸动舌片并使触点接通，称为继电器动作。 Mdc=K2*Ir2/δ2,K2为比例系数。 继电器能够动作的条件是Mdc≥Mth（弹簧反作用力矩）+Mm（摩擦力矩）， 满足这个条件的能使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流。 继电器的返回条件为 Mth－Mm≥Mdc，这时能使 继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流。 继电器的返回系数(Reset factor)为Kre=Ire/Iop约为0.85～0.9.
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I-20
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
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I-21
2-1 单侧电源网络相间短路的电流保护
六、反时限过电流保护
一个动作时限大小与短路电流大小成反比，称为反时限电流保护，主要用于10KV以下线 路和电动机的保护。当流过继电器的电流小于动作电流Iop时，继电器不动作。当电流大 于瞬时动作电流IopI时，继电器以最小动作时限tb动作，当电流在以上两者之间时，继电 器启动后，动作时间与电流倍数（I与Iop之比）有关。K为时间整定系数，其越大，动作 时间越长。
t4
III
= t3
III
