电网电流保护
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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
电网的电流保护和方向电流保护
2
2、对继电器的基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”。
3、过电流继电器原理框图：
输入
电流交换
比较
I
Ir
小延时 ≥ 2~3ms
输出
Iop
整定值 调整
继电器电流＜返回电流Ire，继电器返回； 继电器电流＞动作电流Iop，继电器动作；
3
4、继电器的继电特性：
继电器的动作明确干脆
动作
不可能停留在某一中间
29
4.灵敏度校验 2）灵敏度不满足要求时的调整 可与下一条线路的限时电流速断保护配合。
I K I II
II II
s et .2
rel set.1
t
II 2
t1II
t
式中：K
II rel
1.1
~
1.2
30
5.限时电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
限时电流速断保护的单相原理接线图
3.限时电流速断保护的动作配合
A
2
B1
C
QF2
QF1
Ik
II set.2
t
I II set.2
t
II 2
II set.1
l
t1II
t2I
t t1I
t
l
当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证
全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除
27
4.灵敏度校验
—为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最 小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。 —通常用灵敏系数来衡量
2、对继电器的基本要求： 工作可靠，动作过程具有“继电特性”。
3、过电流继电器原理框图：
输入
电流交换
比较
I
Ir
小延时 ≥ 2~3ms
输出
Iop
整定值 调整
继电器电流＜返回电流Ire，继电器返回； 继电器电流＞动作电流Iop，继电器动作；
3
4、继电器的继电特性：
继电器的动作明确干脆
动作
不可能停留在某一中间
29
4.灵敏度校验 2）灵敏度不满足要求时的调整 可与下一条线路的限时电流速断保护配合。
I K I II
II II
s et .2
rel set.1
t
II 2
t1II
t
式中：K
II rel
1.1
~
1.2
30
5.限时电流速断保护的构成
YR QF
信号
KA
KT
KS
I
t
TA
限时电流速断保护的单相原理接线图
3.限时电流速断保护的动作配合
A
2
B1
C
QF2
QF1
Ik
II set.2
t
I II set.2
t
II 2
II set.1
l
t1II
t2I
t t1I
t
l
当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证
全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除
27
4.灵敏度校验
—为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最 小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。 —通常用灵敏系数来衡量
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。
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。
电网相间电流保护
1) 工作原理 对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保
护，称为电流速断保护，也称电流I段。
为了保证其选择性，一般只能保护线路的一部分。
电流速断保护整定原则
A 2
B1
C
xa
Zs
ZL
Ik.1
Ik.2
整定：按“躲开下一线路出口处短路条件”整定
保护2的电流速断整定值：
保护1的电流速断整定值：
I
I act.2
流来校验，要求Ksen ≥ 1.2
I k .c.min
K sen
I act.1
A
B
C
3.1.4 过电流保护
4)过电流保护的构成（单相）
3.1.4 过电流保护
5)评价
过电流保护的动作电流小，其灵敏度更高； 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配
合时，才能保证选择性； 保护范围是本线路和相邻下一线路全长；
的近后备保护。
优点：可保护本线路全长，可作为电流速断的近后备保护； 缺点：速动性差（有延时）。
3.1.4 过电流保护
过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷 电流来整定的保护，也称电流III段。
该保护不仅能保护本线路全长，且能保护 相邻线路的全长。可作为本线路主保护的近后 备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护。
tn t(n1)max t
3.1.4 过电流保护
3)灵敏性的校验
a. 作为近后备时 采用最小运行方式下本线路末端两相短路时
的电流来校验，要求Ksen ≥ 1.3 ~1.5。
I k .b.min
K sen
I act.1
A
B
C
3.1.4 过电流保护
3)灵敏性的校验 b.作为远后备时
护，称为电流速断保护，也称电流I段。
为了保证其选择性，一般只能保护线路的一部分。
电流速断保护整定原则
A 2
B1
C
xa
Zs
ZL
Ik.1
Ik.2
整定：按“躲开下一线路出口处短路条件”整定
保护2的电流速断整定值：
保护1的电流速断整定值：
I
I act.2
流来校验，要求Ksen ≥ 1.2
I k .c.min
K sen
I act.1
A
B
C
3.1.4 过电流保护
4)过电流保护的构成（单相）
3.1.4 过电流保护
5)评价
过电流保护的动作电流小，其灵敏度更高； 在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配
合时，才能保证选择性； 保护范围是本线路和相邻下一线路全长；
的近后备保护。
优点：可保护本线路全长，可作为电流速断的近后备保护； 缺点：速动性差（有延时）。
3.1.4 过电流保护
过电流保护是指其起动电流按躲最大负荷 电流来整定的保护，也称电流III段。
该保护不仅能保护本线路全长，且能保护 相邻线路的全长。可作为本线路主保护的近后 备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护。
tn t(n1)max t
3.1.4 过电流保护
3)灵敏性的校验
a. 作为近后备时 采用最小运行方式下本线路末端两相短路时
的电流来校验，要求Ksen ≥ 1.3 ~1.5。
I k .b.min
K sen
I act.1
A
B
C
3.1.4 过电流保护
3)灵敏性的校验 b.作为远后备时
继电保护——电网的电流保护和方向性电流保护
继电保护——电⽹的电流保护和⽅向性电流保护⼀．电流继电器1．定义：电流继电器是实现电流保护最基本的元件，也是反应于⼀个电⽓量（单激励量）⽽动作的简单继电器的典型。
它的⼯作原理是⾮常简单的，就是电磁感应原理，因此不准备多讲，下⾯讲四个基本概念。
2 .四个基本概念：（1）起动电流—能使电流继电器动作的最⼩电流值，称为继电器的起动电流。
这⾥要特别关注最⼩两个字，因为电流继电器是反应电流增加⽽动作的，是增量动作的继电器。
如果是低电压继电器，是⽋量动作的继电器，应该是能使电压继电器动作的最⼤电压值，称为起动电压。
（2）返回电流—能使继电器返回原位的最⼤电流称为继电器的返回电流。
这⾥特要别关注最⼤两个字，理由同前。
如果是低电压继电器的返回电压，应该是继电器返回原位的最⼩电压值，称为返回电压。
（3）继电特性—⽆论起动和返回，继电器的动作都是明确⼲脆的，它不可能停留在某⼀个中间位置，这种特性我们称之为'继电特性'。
（4）返回系数—返回电流与起动电流的⽐值称为继电器的返回系数，可表⽰为 Kh=jdzjhII..。
增量动作的继电器其返回系数⼩于 1，⽋量动作的继电器其返回系数⼤于 1。
以上这四个基本概念不仅是适合于电流继电器和电压继电器，对所有的继电器或保护装置都是适⽤的，但⾸先要搞清楚是增量动作的还是⽋量动作的。
如果是增量动作的，就按照电流继电器的原则去套，如果是⽋量动作的，就按照低电压继电器的原则去套。
⼆．电流速断保护 A B C1．定义：反应于电流增⼤⽽瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。
顾名思义 d1 d2电流速断保护应该侧重于速动性。
2．动作特性分析： İd以图 2-1 来分析电流速断保护的动作特性。
II Ⅰ假定在每条线路上均装有电流速断保护， I'dz.2则当线路 A—B 上发⽣故障时，希望保护 2能瞬时动作，⽽当 B—C 上发⽣故障时，希望保护 1 能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本线路全长的 100%。
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
电网电流保护与方向电流保护
n% 1 ( ZAB
3 ES 2 IoIp.1Leabharlann ZS.ma)x2 ba
要求 lmin %（ 15~20） %
l
I
I op.1
lmin lmax
Ik.B .max
l
8
3.电流速断保护的构成
TQ QF
KA
KM
I
TA
信号 KS
9
（二）限时电流速断保护
用来切除本线路上速断保护范围以外的故 障，同时也能作为速断保护的后备，它是 三段式电流保护的第 II 段
35
（一）问题的提出及解决办法
1.问题的提出
A
B
k1
C
D
QF1
QF2 QF3
QF4 QF5
QF6
I k1
对QF2的电流速断保护：IoIp.2
K I I rel k.A.max
当k1点短路时，若
Ik1
II op.2
则保护2误动
36
A
k2
B
QF1
QF2 QF3
I k2
C
QF4 QF5
D
QF6
对QF3电流速断保护:
（1）大于流过该线路的最大负荷电流 I L .m a x
IoIIpI KrIeIlIIL. max
式中 KrIIeIl1.15~1.25
（2）外部故障切除后电动机自起动时，应可靠返回
IMs .maxKMIsL.max
I III re rel
KMsIL.max
IoIIpIKIrree
KrIIeIK l MIsL.max Kre
5
A
QF1
k1 B k2
QF2
k3 C k4
电网的电流保护基础知识讲解
Iop
整定值 调整
小延时 ≥2~3ms
输出
Ir
1
2
3
M dc
6 5
8
Mm7
4
M th
ห้องสมุดไป่ตู้
M dc
K2
Ir2
2
Mth Mth1 Kt (1 )
Mm const
Ir
1
2
M dc
6 5
3 8
Mm7
4
M th
继电器动作
动作电流：能使继电器动作的最小电流值，表示为 Iop
Ir
1
2
3
M dc
6 5
8
电网的电流保护基础知识讲 解
2.1.1 继电器(Protection Relay)
1.继电器的分类和要求 按作用分
测量继电器：能直接反应电气量的变化 辅助继电器：用来改进和完善保护的功能
按结构型式分
电磁型 感应型 整流型 电子型 数字型
2.过电流继电器
输入 I
电流变换 Ir 比较
Mm 4
7
M th
继电器返回
返回电流：能使继电器返回的最大电流值，表示为 Ire
3.继电特性
继电器状态
初始 （返回）
动作
返回系数
K re
Ire Iop
Ire Iop
Ir
恒小于1
继电特性的两个要点：
• 永远处于动作或返回状态，无中间状态。 • Iop 不等于Ire ，使接点无抖动。
整定值 调整
小延时 ≥2~3ms
输出
Ir
1
2
3
M dc
6 5
8
Mm7
4
M th
ห้องสมุดไป่ตู้
M dc
K2
Ir2
2
Mth Mth1 Kt (1 )
Mm const
Ir
1
2
M dc
6 5
3 8
Mm7
4
M th
继电器动作
动作电流：能使继电器动作的最小电流值，表示为 Iop
Ir
1
2
3
M dc
6 5
8
电网的电流保护基础知识讲 解
2.1.1 继电器(Protection Relay)
1.继电器的分类和要求 按作用分
测量继电器：能直接反应电气量的变化 辅助继电器：用来改进和完善保护的功能
按结构型式分
电磁型 感应型 整流型 电子型 数字型
2.过电流继电器
输入 I
电流变换 Ir 比较
Mm 4
7
M th
继电器返回
返回电流：能使继电器返回的最大电流值，表示为 Ire
3.继电特性
继电器状态
初始 （返回）
动作
返回系数
K re
Ire Iop
Ire Iop
Ir
恒小于1
继电特性的两个要点：
• 永远处于动作或返回状态，无中间状态。 • Iop 不等于Ire ，使接点无抖动。
电网的电流保护和方向性电流保护
段）的起动电流值。 过电流继电器I1的动作电流如何整定（计算）？ 必须根据所保护范围内的短路故障电流来整定，即保证其保 护范围内所有地点发生短路，其都可以动作。
线路相间短路电流计算
a 三相短路电流计算
Id(3)
E ZS Zd
E - 系统等效电源的相电势
- Z短d路点至保护安装处的阻抗 －Z保S护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗
返回系数
Kh
I h.J I dz.J
1
继电器的工作特性曲线
返回系数：
Kh
I h.J I dz.J
1
“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只 能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器 不可能停留在某一个中间位置。
电磁型电流继电器工作原理
电磁转矩 ：
M dc
K1 2
K2
I
2 J
② 所以动电作流时Ⅰ限段整只定能值保护本线路首端一部分。
t2＝0秒
电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动（动作）电流整定值
以电流速断 保护2为例。
I dz.2 Kk Id.B.max , Id.B.max 是本线路末端B处最大短路电流
产生本线路末端B处最大短路电。流的条件：
① 系统处于最大运行方式
路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。
（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则
对上图中的电流 速断保护2进行整 定计算。
① 起动电流整定值 躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路 电流。即大于本线路末端（即母线B处） 的最大短路电流。
I dz.2 Kk Id.B.max ，Kk 是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.2~1.3
线路相间短路电流计算
a 三相短路电流计算
Id(3)
E ZS Zd
E - 系统等效电源的相电势
- Z短d路点至保护安装处的阻抗 －Z保S护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗
返回系数
Kh
I h.J I dz.J
1
继电器的工作特性曲线
返回系数：
Kh
I h.J I dz.J
1
“继电特性”：继电器的动作是明确的，例如触点只 能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器 不可能停留在某一个中间位置。
电磁型电流继电器工作原理
电磁转矩 ：
M dc
K1 2
K2
I
2 J
② 所以动电作流时Ⅰ限段整只定能值保护本线路首端一部分。
t2＝0秒
电流速断保护（电流Ⅰ段）的起动（动作）电流整定值
以电流速断 保护2为例。
I dz.2 Kk Id.B.max , Id.B.max 是本线路末端B处最大短路电流
产生本线路末端B处最大短路电。流的条件：
① 系统处于最大运行方式
路AB全长，只能保护本线路AB首端一部分。
（2）电流速断保护（电流Ⅰ段）的整定原则
对上图中的电流 速断保护2进行整 定计算。
① 起动电流整定值 躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路 电流。即大于本线路末端（即母线B处） 的最大短路电流。
I dz.2 Kk Id.B.max ，Kk 是电流Ⅰ段的可靠系数，取1.2~1.3
第1章 电网相间短路的电流电压保护
图1-19 Y、d11接线降压变压器短路时电流分布及过电流保护的接线
1.7.3 接线方式的应用
三相星形接线一般广泛应用于发电机、 变压器等大型重要的电气设备的保护中，因 为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。 此外，它也可以用在中性点直接接地电 网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。 由于两相星形接线较为简单经济，因此 在中性点直接接地电网和非直接接地电网中， 都广泛地采用它作为相间短路的保护。
1.6 阶段式电流保护
图1-13 阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图
图1-14 具有电流速断、限时电流速断和过电流保护的单相原理接线图
1.7 电流保护的接线方式
1.7.1 电流保护接线方式的定义及 类型 1.7.2 三种接线方式在各种故障时 的性能分析比较 1.7.3 接线方式的应用 1.7.4 三段式电流保护的接线图
图1-8 单侧电源线路限时电流速断保护的配合整定图
1.4.3 动作时限的计算
1.4.4 保护装置灵敏性的校验
1.4.5 限时电流速断保护的单相原 理接线图
图1-9 限时电流速断保护的单相原理接线图
1.5 定时限过电流保护
1.5.1 定时限过电流保护的定义 1.5.2 工作原理和整定计算的基本 原则 1.5.3 按选择性的要求整定定时限 过电流保护的动作时限 1.5.4 过电流保护灵敏系数的校验
为保证在正常运行情况下过电流保护绝 不动作，显然保护装置的启动电流必须整定 得大于该线路上可能出现的最大负荷电流 IL.max。 然而，在实际上确定保护装置的启动电 流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护 装置应能立即返回。
实际上当外部故障切除后，流经保护4的 电流是仍然在继续运行中的负荷电流。 另外由于短路时电压降低，变电所B母线 上所接负荷的电动机被制动，因此，在故障 切除后电压恢复时，电动机有一个自启动的 过程。
电力系统继电保护-2 电网的电流保护
1、电力系统运行方式（ Z s）的变化； 2、电力系统正常运行状 态（E）的变化； 3、不同短路类型（ K）的变化； 4、随短路点距等值电源 的距离变化，短路电流 连续变化，越远电流越 小， 并且在本线路末端和下 级线路出口短路，电流 没有差别。
（图解：电力系统艰苦的工作环境）
2.1.3 电流速断保护
最大运行方式- 在相同的地点发生相同 类型的短路时流过保护 安装处电流最大， 对继电保护而言称为系 统最大运行方式，对应 的系统等值阻抗最小， Z s Z s min。 最小运行方式- 在相同的地点发生相同 类型的短路时流过保护 安装处电流最小， 对继电保护而言称为系 统最小运行方式，对应 的系统等值阻抗最大， Z s Z s max。
根据继电器的安装位置和工作任务给定动作值， 为使继电器有普遍的使用价值，动作值可以调整。
图2-1： 过电流继电器框图
2.1.1 继电器
（电流继电器图）
（电压继电器DY-28C图）
（时间继电器DS-31图）
（LDB-I型电流保护综合继电器图）
2.1.1 继电器
• 3 继电器的继电特性
• 继电特性——无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不 可能停留在某一个中间位置。
2.1.4 限时电流速断保护
• （图2-9： 限时电流速断动作时限的配合关系）
由上图可见，在保护 1 电流速断范围以内的故障，将以 t1I 的时间被切除，此时保
II 护 2 的限时电流速断虽然可能起动，但由于 t 2 较 t1I 大一个 t ，保护 1 电流速断
动作切出故障后，保护 2 返回，因而从时间上保证了选择性。
• • • •
2.1.1 继电器
• 2 过电流继电器原理框图
电力系统继电保护习题-第二章电网的电流保护
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。
继电保护 第2章 电网的电流保护
第二章 电网的电流保护
五、方向性电流保护的应用特点 １.电流速断保护可以取消方向元件的情况 速断保护的整定值躲过反方向短路时流过保护的最大短路电流， 保护可以不用方向元件
第二章 电网的电流保护
2. 外汲电流的影响(略) ３.过电流保护装设方向元件的一般方法 反方向保护的延时小于本线路保护的动作延时，本保护可不用方向元件
3 2
）
Ik K
E
Zs
Z k
工频 周期 分量
短路点至保护安装处之间的阻抗
第二章 电网的电流保护
三、电流速断保护
1.工作原理
电流速断保护 （１）动作电流的整定
I
set
Ik. L.min
3 2
E Zs.max z1Lmin
原则:保护装置的动作电流要躲过本线路末端的最大短路电流。
第二章 电网的电流保护
五、定时限过电流保护
作为下级线路主保护的远后备保护、本线路主保护的近后备保护、过负荷保护
1.工作原理 2.定时限过电流保护的整定 （１）动作电流的整定
原则：保护装置的动作电流要躲过本线路出现的最大负荷电流，返回电流也应大于
负荷自启动电流
保护
继电保护的一次动作电流ＩIIIset
由线路流向母线，要求保护不动作 二、方向性电流保护的基本原理 双侧电源网络相间短路的电流保护在原有电流保护的基础上增加 功率方向元件，在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作
双侧电源网络相间短路的电流保护
功率方向元件
可以看成两个单侧电源网络相间短路的电流保护
第二章 电网的电流保护
三、功率方向判别元件
90
arg
Uｅr ｊ Ir
电网的电流保护和方向电流保护
动作
不可能停留在某一中间
位置，这种特性称为“继
返回
电特性”。
I I re I op
＊继电器的动作电流：使继电器动作的最小电流；
＊继电器的返回电流：使继电器返回的最大电流；
＊ 返回系数：
2020/1/8
K re
I re I op
1 (0.85~0.9)
4
2.1 单侧电源网络的相间电流保护
2020/1/8
k1
2020/1/8
37
3.灵敏性的校验 （1）作为近后备时
采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的 电流来校验；
2020/1/8
38
3.灵敏性的校验 （1）作为远后备时
采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时 的电流来校验；
2020/1/8
39
在各个过电流保护之间，要求灵敏系数互相配合；
对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护灵敏 系数越高；
15
3、电流速断保护的构成
无时限电流速断保护的单相原理接线图
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16
4、评价
优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受运 行方式的影响，保护线路长度不同，保护 范围也不同。
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II se t.2
运行方式变化对电流速断保护范围的影响
17
4、评价
优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受运 行方式的影响，保护线路长度不同，保护 范围也不同。
2020/1/8
45
阶段式电流保护的配合及应用
㈡阶段式电流保护的配合关系
过电流保护
过电流保护靠时间元件逐级配合满足选择性要求 过电流保护的电流元件不具备选择性
电流保护的原理
电流保护的原理
电流保护的原理是基于电流的磁效应和热效应，通过检测线路中的电流大小和方向，来判断是否发生故障。
当线路中出现短路、过载等故障时，电流会急剧增大，同时产生很大的热量，使得线路的温度升高。
通过检测电流的大小和方向，可以判断出故障的类型和严重程度，进而采取相应的保护措施，如跳闸、切除故障线路等。
在电力系统中，通常采用三段式电流保护来对线路进行保护。
三段式电流保护包括瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。
它们分别根据不同的故障情况和需求，采用不同的动作时间和动作电流来对线路进行保护。
例如，瞬时电流速断保护用于切除线路中的短路故障，而定时限过电流保护用于切除线路中的过载故障。
总之，电流保护是通过检测线路中的电流大小和方向来判断是否发生故障，并根据不同的故障情况和需求采用不同的保护措施，以确保电力系统的安全稳定运行。
电网的过电流保护
单侧电源串联线路中各过电流保护动作时限的确定
3、灵敏度校验
近后备： 远后备： 应注意各级过电流保护灵敏度之间的配合
过电流保护动作接线图
阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图
五、电流保护的接线方式 电流保护的接线方式是指电流互感器的 二次绕组和 电流继电器的连接方式 （1）完全星型接线方式 三相三继电器接线方式 (2)不完全星型接线方式 两相两继电器接线方式
a、采用三相三继电器接线方式时，保护1和保护2 100%同时切除两条线路； b、采用两相两继电器接线，有2/3的机会只切除一 条线路。
(3)在Yd接线变压器后两相短路时 Yd.11接线的降压变压器（假设变比为1）后两相短路 时
Yd.11降压变压器后两相短路时电流分布情况
I
A
I
C
I
B
-2
I
A
三相三继电器接线方式
两相两继电器接线方式
两种接线方式的特点： 1.对各种相间短路，两种接线方式均能正确反应。 2.两点接地短路时，在小接地电流系统中，发生两点 接地时，希望只切除一个各种点。 (1)对串联线路上两点接地短路
串联线路上两点接地示意图
a、采用三相星形接线时： 由于保护2之间有配合关系，因此能保证100%地
只切除NP 线路。 b、采用两相星形接线时：
将有1/3的机会使靠近电源的MN线路误跳闸，
从而扩大了停电范围。
线路MN故障相别 线路NP故障相别 保护1动作情况 保护2动作情况 选择性
AA
BC
++
-+
有
有
BB AC -++
无无
CC AB ++ +-
3、灵敏度校验
近后备： 远后备： 应注意各级过电流保护灵敏度之间的配合
过电流保护动作接线图
阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图
五、电流保护的接线方式 电流保护的接线方式是指电流互感器的 二次绕组和 电流继电器的连接方式 （1）完全星型接线方式 三相三继电器接线方式 (2)不完全星型接线方式 两相两继电器接线方式
a、采用三相三继电器接线方式时，保护1和保护2 100%同时切除两条线路； b、采用两相两继电器接线，有2/3的机会只切除一 条线路。
(3)在Yd接线变压器后两相短路时 Yd.11接线的降压变压器（假设变比为1）后两相短路 时
Yd.11降压变压器后两相短路时电流分布情况
I
A
I
C
I
B
-2
I
A
三相三继电器接线方式
两相两继电器接线方式
两种接线方式的特点： 1.对各种相间短路，两种接线方式均能正确反应。 2.两点接地短路时，在小接地电流系统中，发生两点 接地时，希望只切除一个各种点。 (1)对串联线路上两点接地短路
串联线路上两点接地示意图
a、采用三相星形接线时： 由于保护2之间有配合关系，因此能保证100%地
只切除NP 线路。 b、采用两相星形接线时：
将有1/3的机会使靠近电源的MN线路误跳闸，
从而扩大了停电范围。
线路MN故障相别 线路NP故障相别 保护1动作情况 保护2动作情况 选择性
AA
BC
++
-+
有
有
BB AC -++
无无
CC AB ++ +-
02-电网的电流保护_2.1-2
对继电器的要求
• • • • • • • 工作可靠 动作值误差小 接点可靠 消耗的功率要小 动作迅速 热稳定、动稳定要好 安装调试容易、运行维护方便、价格便宜
继电器的继电特性
• 继电器的继电特性是指 继电器的输入量和输出 量在整个变化过程中的 相互关系。 • 无论是动作还是返回， 继电器都是从起始位置 到最终位置，它不可能 停留在某一个中间位置 上。这种特性就称之为 继电器的“继电特性”。
近后备
远后备
整定计算：时间整定
为保证保护动作的选择性，过电流保护动作 延时是按阶梯原则整定的，即本线路的过电流保 护动作延时应比下一条线路的电流Ⅲ段的动作时 间长一个时限阶段△t:
对定时限过电流保护的评价
• 优点：结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射 型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路 的近后备（有时作为主保护），而且能作为下一 条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用， 一般在35千伏及以下网络中作为主保护。 • 缺点：动作时间长，而且越靠近电源端其动作时 限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。
各种接线方式在不同故障时的性能分析
（1）中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相 间短路 前述接线方式均能反应这些故障。 （2）中性点非直接接地电网中的两点接地短路 在中性点非直接接地电网中，某点发生两 点接地故障，希望只切除一个故障点。 ①串联线路上两点接地情况 ②放射性线路上两点接地情况
串联线路上两点接地情况
反时限过电流保护
• （1）工作原理反应电流增大而动作，其延时与通 入电流的平方成反比，一般可作6~10kV线路或电 动机的保护。 • （2）整定计算动作电流的整定原则与定时限过电 流保护相同
反时限过电流保护的整定和配合
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（1）Ⅰ、Ⅱ段灵敏度可能下降
Ⅰ段:
Ik
A
P3
1QF
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
M
k2 N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅰ段躲过k1时的短路电流 b.Ⅰ段还必须躲过k2时的短路电流 c.Ⅰ段整定值取a、b计算结果较大值
第2章 电网的电流保护
B
3
Ⅱ段:
A
P2
1QF
Ik
P3
P5
2QF 3QF
4QF 5QF
6QF
18
1.三相短路 以KWA为例 动作区以电压为参考相量画出
正向短路
反向短路
UA IK IA
UA
动作区
动作区
k K
UC
UB
K (90 k）
UK UBC
UC
k K
UK UBC
IK IA
UB
K 900 k
电流落在动作区内，动作 电流不在动作区内，不动作
19 第2章 电网的电流保护
1.两相短路 以BC相短路为例分析KWB、KWC行为 （1）近处两相短路
14 第2章 电网的电流保护
（2）LG-11动作特性 LG-11动作条件可以改写为
90 arg UK 90
IK
继电器 内角
KU KI
LG-11内角有300、450两档可选
15 第2章 电网的电流保护
以电压为参考相量
动作区
最灵敏线 IK
90 ＋
UK
90
动作特性 （动作边界）
当电流落在阴影区域时， 继电器动作。
正向故障时：
P UI cos 0 900 arg U 900
I 传统的方向元件也称为功率方向继电器 传统功率方向继电器有感应型的GG-11、整流型的LG-11等。
10 第2章 电网的电流保护
（1）LG-11动作条件：
电压变换器变换系数
加入继电器的电压
90 arg KUUK 90
KIIK
无法同时保证以上两种情况保护动作具有选择性
5 第2章 电网的电流保护
2 方向性保护的概念
A
1QF
P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N
P
Ik
6QF Q
反向故障 正向故障：母线指向线路
问题在于“反向故障”区域故障时， 电源B提供的短路电流对保护P3的影响。
第2章 电网的电流保护
B
6
解决方法：设置“方向元件”判别故障方向 当故障为“正向故障”时，开放电流保护 当故障为“反向故障”时，闭锁电流保护
UK UAB
反向故障
EA ,UA
IK
EC
动作区 EBC
k
K
UC UB
EB
IK IB
UK UCA
KWB KB (90 k )
正向BC相短路
第2章 电网的电流保护
IK IC
EA ,UA
K 动作区
ECA
k
EC
UC UB I K EB
反向故障
KWC KC (90 k )
正向BC相短路
20
（2）远处两相短路
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
K UU K
arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK
KIIK
12
第2章 电网的电流保护
R1
U1
UR
W2 KI I K
5
IK
6 W1
R2
W3
KI IK
U2
W4 R1
R2
30O 45O
LG-11电路原理图
第2章 电网的电流保护
2.2.3 方向电流保护接线方式
方向元件采用900接线方式 方向元件与电流元件之间采用“按相起动”接线
1.方向元件的900接线方式
功率方向 电 电 继电器 流 压
KWA
I A U BC
KWB
I B U CA
KWC
I C U AB
UC
第2章 电网的电流保护
UA IK IA
900
UK UBC
UB 假设功率因素为1
1.工作原理 方向元件如何判断故障“方向”？ 分析一下两种故障情况母线电压与线路电流的相位关系
M
P
N
→
←
U NI k
正向故障
U
UI cos 0
I arg U 90 I
第2章 电网的电流保护
M
P
N
→
←
k
I
U
反向故障
U
UI cos 0
arg U 90 I
I
9
结论： 根据母线电压与线路电流的相位关系可以判断故障“方向” 1.传统功率方向继电器
2.2 电网相间短路的方向电流保护
要求: 掌握双侧电源线路上方向电流保护工作原理 知识点: 掌握双侧电源线路保护特点 掌握方向电流保护构成 理解方向元件判据 了解方向元件接线方式
1 第2章 电网的电流保护
2.2.1 方向电流保护的工作原理
1 电流保护用于双电源线路时的问题
2 第2章 电网的电流保护
EA ,UA
UK UAB IK IC EA ,UA
EC ,UC
k K
动作区 EB ,UB
K
EBC
动作区
UV
C1
KU UK
W2
W1
KU UK
W3
极化记忆
7
UK
8
II R3
R4
C2
KP
C3 C4
U1
U2
III I I I II I0
13
“死区”问题：
保护出口短路时，U K 0 导致功率方向继电器拒动
A
P
QF
k
解决“死区”方法：引入“极化记忆回路”
保护出口短路时,KUU K不会立即变为零， 仍“记忆”约70ms
加入继电器的电流
电抗变压器变换系数
实现时转为比幅动作方程：
KUUK KIIK KUUK KIIK
11 第2章 电网的电流保护
比相条件与比幅条件的等效关系
K UU K
KIIK
K UU K
90 arg KUUK 90 KIIK
KUUK KIIK KUUK KIIK arg KUUK 90 KIIK
k2M
N
k1 P
Q
Ik
a.Ⅱ段应与P5Ⅰ段配合 b.Ⅱ段还应与P2Ⅰ段配合 c.Ⅱ段整定值取a、b计算结果较大值
4 第2章 电网的电流保护
（2）Ⅲ段无法保证动作选择性
A
1QF
P2 P3 2QF 3QF
4QF 5QF
M
k2
N k1
P
Ik
a.k1故障时希望P3跳闸，t2>t3
Ik
B
6QF
Q
b.k2故障时希望P2跳闸，t3>t2
方向元件 KW &
电流元件 KA
7 第2章 电网的电流保护
设置了方向元件，双电源线路电流保护实际分成了 两组方向不同的单电源线路电流保护。
A
P1
1QF
M
P2 P3
2QF 3QF
N
P4 P5
4QF 5QFPLeabharlann P6B6QF
Q
两组保护各自的整定方法与单电源线路电流保护一致。
8 第2章 电网的电流保护
2.2.2 功率方向元件
16 第2章 电网的电流保护
2.微机保护方向元件 （1）传统判据以微机保护算法实现 90 arg G 90 G cosG H cosH G sin G H sin H 0
H
（2）新原理方向元件 以电流、电压的工频变化量构成比相判据 主要用于220kV纵联保护中，将在第7章详细讨论。
17 第2章 电网的电流保护