电力系统继电保护第一节__单侧电源网络相间短路的电流保护.

A
~
2
k1
B
1 k2
C
D
以保护2为例,当本线路末端k1点发生故障时希望 保护2能够瞬时动作切除故障.而当相邻线路B~C的 始端k2点短路时,按选择性的要求,速断保护2不应 动作,而应由速断保护1动作切除。
但实际上,k1点和k2点短路时从保护安装2处看所流 过的短路电流的数值几乎一样.因此,希望k1点短路 时速断保护2能动作,而k2点短路时速断保护2又不 动作的要求就不可能同时得到满足。
把能使继电器动作的最小电流值,称为
继电器的动作电流(起动电流).以Iop.J 表示,对应此时的电磁转矩:
M dc K 2 I 2op.J
2
在继电器动作之后,为使它重新返回原位.需使
IJ减小以使Mdc减小,然后由弹簧的反作用力把 舌片拉回,这时摩擦力又起阻碍返回的作用.故 返回的条件是:
Kre=0.85~0.9
6
J I

2

3 4
5
J I
8

2

3 4
5
6
8
1
7
1
7
常开触点
6 6 5
常闭触点
6 5 6
J I

2

3 4 8
J I

2

3 4 8
1
7
1
7
多组触点
既有常开触点也有常闭触点
电流继电器
Ι
电流继电器
常闭触点
I-I
电流差动继电器
正常运行及电 压高时继电器 不动作，触点 断开，电压低 及停电时继电 器动作，触点 闭合
解决方法
牺牲灵敏性 保选择性
优先保证动作的选择性.即从保护 装置起动参数的整定上保证下一 线路出口处短路时不动作(继保中 称为按躲开下一条线路出口处短 路的条件整定)
采用无选择性的速断保护,而以 自动重合闸来纠正这种无选择性 动作(继保中称按本线路末端处 短路的条件整定).
牺牲选择性 保灵敏性
对反应电流升高而动作的电流速断保护而 言,能使该保护装置起动的最小电流值称为 保护装置的整定电流.以Iset表示.
ห้องสมุดไป่ตู้
选择性:只要大于IⅠset,故障肯定在被保护范围 以内,保护装置一定动作,以外不动作。 速动性:t=0,速度非常快(由于继电器闭合,跳 闸线圈的熄弧时间,其固有延时10~30ms)。 灵敏性:15%的范围内,具有灵敏性.一般整定值 选好后,再来校验灵敏性。 可靠性:只要大于IⅠset,肯定动作,小于IⅠset不 动作。
2.1.3 电流速断保护
概念: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
电流 速断 保护 装置
I
A
B
2 1
C
D
~
假设在每条线路上均装有电流速断保护, 则当线路A-B上发生故障时,希望保护2能 瞬时动作,而当线路B-C上故障时,希望保 护1能瞬时动作,并且它们的保护范围最好 能达到本线路全长的100%。
中间继电器 DZB-10B系列
中间继电器
（4）时间继电器
其作用是建立必要的延时，以保证保护 动作的选择性和某种逻辑关系。其应能延时 动作、瞬时返回。
t
时间继电器
（5）信号继电器
用作继电保护装置和自动装置动作的 信号指示，标示装置所处的状态或接通灯光 （音响）信号回路。信号继电器动作之后触 点自保持，不能自动返回，需由值班人员手 动复归或电动复归。
1
C
D
Ⅰ
Ⅰ:最大运行方式下三相短路
Ⅱ
Ⅱ:最小运行方式下二相短路
综上分析：
流过保护安装处短路电流的大小与以下
因素紧密相关：
1. 电力系统运行方式（Zs）的变化； 2. 电力系统正常运行状态（EΦ）的变化； 3. 不同的短路类型； 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 和下级线路出口处短路，短路电流没有差别。
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征
A 2
k1
B
1
k3
C
k2 k4
D
I
3
2
I AB. f max
1
I BC. f max
IC D. f max
l
随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网的网络拓 扑、负荷水平的变化， Zk和Zs都会变化，造成短路电流的变化。 随短路点距离保护安装处远近的变化和短路类型的不同，Zk和Zs的 值不同，短路电流也不同。
常闭触点
Ｕ<
低电压继电器
Ｕ> 过电压继电器
正常运行及电 压低时和停电 时继电器不动 作，触点闭合， 电压高时继电 器动作，触点 断开
Z
功率方向继电器 阻抗继电器
JJ
极化继电器
辅助继电器
t
时间继电器
信号继电器
中间继电器
（3）中间继电器
主要作用是在继电保护装置和自动装置 中用以增加触点数量以及容量，该类继电器 一般都有几对触点，可以是常开触点或常闭 触点。
对每一套保护装置来讲,通过该保护装置的短
路电流为最大(保护安装处到系统等效电源之间的系统 等效阻抗最小,即Zs=Zs.min)的方式,称为系统最大 运行方式,而短路电流为最小(系统等值阻抗Zs最大,即 Zs=Zs.max)的方式,则称为系统最小运行方式.
在最大运行方式下,三相短路时,通过保护装置的短路 电流为最大,而在最小运行方式下,两相短路时,则短路 电流为最小.(电流保护一般用于35kV以下配电网中.在35kV和
系统影响不大.)
10kV以下的低压线路中,采用中性点不接地方式,所以当单相接地,
系 变统 化运 举行 例方 式
A
B
~
开机方式 网络拓扑
I
C
短路点的位置不同,流经保护2的短路电流也不同。
运行方式不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同。 故障类型不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同。
A
~
Ik
2
B
电磁型过电流继电器结构
6
J I

2

3 4
5
J 产生磁通 线圈 1中的电流 I , 通过由 :
铁心,空气隙,可动舌片组成的磁路.舌片被磁 化后与铁心产生电磁吸力,吸引舌片向铁心靠
8
1
7
近,当电磁吸力足够大时,即可吸动舌片,并
使触点接通,称为继电器“动作”.
电磁吸引力与 2成正比, 假定磁阻全集中在空 气隙中, 设表示空气隙长度 , 磁通就与I J 成正 比, 而与成反比.
根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流
的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗 Z , 三相短路 电流可表示为:
Ik
3
E z

E z s zk
Ik
Ik f

0
E 系统等效电源的相电势 Z k 短路点到保护安装处的阻抗 Z s 保护安装处至系统的等效阻抗
在一定的系统运行方式下, E 和Z s 等于常数,可经 计算绘出 Ik f 的变化曲线. 当系统运行方式及故障类型改变时,Ik均将随之变化.
I

set 1 I k .c.max
3
3 Ik .c.max
1) 下一线路出口处短路 2) 最大运行方式 3) 三相短路
引入可靠系数:KⅠrel=1.2-1.3, 则有:
I

set 1
K
rel
I k .c.max
3
因此,有选择性的电流速断保护不可能 保护线路的全长。

I(2)k.min

M
1 0.866 E Z smin z1 I set 1
max
2) 在最小运行方式的最小保护范围为：最小运 行方式下两相短路N点短路电流等于IⅠset.1
在N点发生三相短路时: 在N点发生二相短路时
I k . N .min
2
2
当I J I reJ时 :
E
1
1
6
继电特性图
5 3
4
0
I reJ
IopJ
IJ
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,这种特性称为 “继电特性”.
返回电流与起动电流的比值 称为继电器的返回系数
I reJ K re I opJ
由于剩余转矩以及摩擦转矩的影响,Kre恒 小于1,一般要求Kre=0.85~0.9
过电流继电器
量 度 继 电 器
过量继电器
过电压继电器 高周波继电器 低电压继电器
反映故障 参数增大 而动作 反映故障 参数降低 而动作
欠量继电器
阻抗继电器
低周波继电器
电磁型电流继电器
6 5
IJ

2

3 4 8
1
7
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
线圈 铁心 空气隙 被吸引的可动舌片 可动触点 固定触点 弹簧 止档
显然必须当实际的短路电流 I k I set 保护装置才能起动. 保护装置的起动值 Iset 是用电力系统
一次侧的参数表示的.
它所表示的意义是:当在被保护线路的
一次侧电流达到这个数值时,安装在该 处的保护装置就能够起动.
A
B
~
2
1
k3
C
k4
D
四性中选择性是第一位的.
为保选择性,对保护1,IⅠset.1须整定得大于k4短路 时,可能出现的最大短路电流.（保选择性）
电磁型
感应型
按照动作原理可分为：
整流型 电子型 数字型
电流继电器
电压继电器 功率方向继电器 阻抗继电器
按照反应的物理量可分为：
起动继电器 量度继电器 时间继电器
频率继电器
瓦斯（气体）继电器
按照作用可分为：
中间继电器
信号继电器 出口继电器
2. 过电流继电器
过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也 是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典 型，它是一个量度继电器。
a. 优点:非常简单,动作速度快。
b. 不足:保护范围太小(15%),受故障类别、运
行方式影响大,不能单独作为主保护。
c. 在系统(辐射型网络)末梢线路,电流速断满
足“四性”。 ~
D
单相原理接线
A B
~
Ik
2
1
TQ
+
IⅠsel.2=KⅠrel.Ik.B.max
Ι
-
保护范围校验
1) 在最大运行方式的最小保护范围为:最大运 行方式下两相短路M点短路电流等于IⅠset.1
因此,由电磁力 作用到舌片上 的电磁转矩为:
M dc K1 2 K 2
2
2 IJ
正常情况下,线圈中流入负荷电流,为保证继电器
不动作可动舌片受弹簧7拉力的控制而保持在原 始位置.此时,弹簧产生的力矩Mth1称为初拉力矩.
6
J I

2

3 4
5
8
对应此时的空气隙长度 为1 , 弹簧的张力与其伸长 减小时,由1减少 成正比.故当舌片向左移动而使 至 , 则由弹簧产生的反抗力 矩为
Mdc Mth Mm
对应这一电磁转矩,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.以Ire.J表示, 则此时的电磁转矩为：
M h K2 I re J 2
2
由此可知:
当I J IopJ时 :
当I J IopJ时 :
继电器根本不动作
继电器能够突然迅速地动作闭合 其触点. 继电器又能突然地返回原位, 触点重新打开.
第二章
电网的电流保护
第一节 单侧电源网络相间短路 的电流保护
2.1.1 继电器
继电器是一种能自动执行断续控制的部 件，当其输入量达到一定值时，能使其 输出的被控制量发生预计的状态变化， 如触点打开、闭合或电平由高变低、由 低变高等，具有对被控电路实现“通”、 “断”控制的作用。
1. 继电器的分类和要求
3
E
Z s.max z1
N
0.866E 3 3 I k .N .min I k .N .min 2 Zs.max z1 N
N点为最小运行方式下的最小保护范围未端. 0.866E 2 I k . N .min I set 1 Z s.max z1
信号继电器 DX-30系列 信号继电器
数字型继电器（微机保护）
数字型继电器（微机保护）
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征
A 2
B
1
C
D
I
2
功率因数角 一般小于300
I BC. f max
I AB. f max
1
IC D. f max
l
正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是靠 近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大小， 取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时都接入 时，流过线路的是最大负荷电流。
1
7
Mth Mth1 K3 1
K3:比例常数
此外,舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩 Mm,其值认为是一个常数.故阻碍继电器动作的全
部机械反抗转矩就是Mth+Mm.
为使继电器起动并闭合其触点,须IJ变大,
Mdc增大,继电器能够动作的条件为:
Mdc Mth Mm
在M点发生三相短路时: E 3 I k .M .max Z s.min z1 M 在M点发生二相短路时
0.866E 3 3 2 I k .M .max I k .M 2 Zs.min z1 M
A
B
1 2
C
~
Ik
M N
IⅠset.1 I(2)k.max
M点为最大运行方式下的最小保 护范围未端. 0.866 E 2 I k .M .max I set 1 Z s.min z1 M