2電網的的電流流保護護OvercurrentProtection2.1單側電電源網網絡相相間短短路的的電流流保護護OvercurrentProtectionforPhaseFaultsinSingleSourceNetwork一、繼繼電器器(ProtectionRelay）1．繼電電器的的功能能和分分類1）功能能：能對被被控電電路實實現自自動““通””、““斷””的控控制作作用。。如電磁磁型電電流繼繼電器器（KA）2)分類：：按動作作原理分分反應的的物理理量分分電磁型型感應型型整流型型電子型型數字型型電流繼繼電器器電壓繼繼電器器功率方方向繼繼電器器阻抗繼繼電器器周波繼繼電器器瓦斯（（氣體體）繼繼電器器在保護護回路路中的的作用用分啟動繼繼電器器量度繼繼電器器時間繼繼電器器中間繼繼電器器信號繼繼電器器出口繼繼電器器使繼電電器剛剛好動動作的的最小小電流流值2.過電流流繼電電器原原理框框圖動作條條件：：動作電電流：：返回電電流：：使繼電電器觸觸點剛剛好返返回原原位置置的最最大電電流值值返回條條件：：Kre：返回回系數數0.85~0.953．繼電電器的的繼電電特性性4低電壓壓繼電電器能使繼繼電器器動作作的最最高電電壓。。動作條條件：：能使繼繼電器器返回回動作作前狀狀態的的最低低電壓壓。返回條條件：：(常閉觸觸點)電流繼繼電器器DL-21C電壓繼繼電器器DY-28C二、單單側電電源網網絡相相間短短路時時電流流量值值特征征CharacteristicsofShortCircuitCurrentforPhaseFaultsinSingleSourceNetwork內容回回顧電力系系統的的構成成發電變電輸電配電用電差動保保護、、距離離保護護過電流流保護護電力系系統的的運行行方式式最大運行方式對于繼繼電保保護而而言，，在相相同地地點發發生同同類型型短路路時流流過保保護安安裝處處的電電流最最大，，稱為為系統統最大大運行行方式式。對應的的系統統等效效阻抗抗最小小，對于繼繼電保保護而而言，，在相相同地地點發發生同同類型型短路路時流流過保保護安安裝處處的電電流最最小，，稱為為系統統最小小運行行方式式。對應的的系統統等效效阻抗抗最大大，最小運行方式三相短短路電電流計計算1ABC2A兩相短短路電電流計計算A1ABC2短路電電流計計算最大短短路電電流最小短短路電電流短路電電流計計算公公式可見，，相間間短路路時被被保護護元件件中流流過的的短路路電流流與以以下因因素有有關：：1、其其大小小取決決于電電網正正常運運行狀狀態的的變化化,變化范范圍在在額定定范圍圍內,分析問問題時時,對它的的變化化可以以忽略略不計計2、其其大小小與系系統運運行方方式有有關3、其其大小小與短短路類類型有有關4、其其大小小與短短路點點位置置有關關對于具具有均均勻參參數輸輸電線線路，，若忽忽略影影響較較小的的線路路分布布電容容時，，當短路路點距距離保保護安安裝處處越遠遠，越越大大，越越大，，短路路電流流值越越小短路電電流的的大小小主要要與三三者的的大小小有關關

固定不變時，流過保護安裝處的短路電流只與

有關，即短路點到保護安裝處的距離的大小有關。據此，可作出曲線。最大短短路電電流曲曲線最小短短路電電流曲曲線負荷電電流曲曲線電網的的電流流保護護電流速速斷保保護（（電流流Ⅰ段保護護）限時電電流速速斷保保護（電流流Ⅱ段保護護）定時限限過電電流保保護（電流流Ⅲ段保護護）主保護護后備保保護保護裝裝置的的整定定所謂整整定就就是根根據對對繼電電保護護的基基本要要求，，確定定保護護裝置置的起動值值、靈敏性性、動作時時限等過程程。整定三、電電流速速斷保保護(電流Ⅰ段)LⅠk最大短短路電電流曲曲線1工作原原理：：反應應于電電流幅幅值增增加而而瞬時時動作作的保保護電流速速斷保保護的的動作作區與與整定定計算算希望：：AB故障時時，保保護2瞬時動動作；；BC故障時時，保保護1瞬時動動作。。現實：：被保保護線線路AB末端發發生故故障和和線路路BC首端發發生故故障是是一樣樣的。。無法法區分分保護護區內內AB還是區區外BC故障，，導致致保護護無選選擇性性動作作。解決：：縮短短保護護區，，形成成明顯顯的邊邊界，，以保保證AB故障只只有保保護2動作切切除，，而BC故障只只由保保護1動作切切除。。具體做做法是是：繼電保保護的起動動電流流——能夠使使裝置置啟動動的最最小動動作電電流，，大于于被保保護線線路末末端可可能出出現的的最大大短路路電流流（三三相金金屬性性短路路電流流）。最大運運行方方式下下的三三相短短路以期獲得最最大、、可能能的短短路電電流，，保護護不誤誤動。。最小運運行方方式下下的兩兩相短短路在最小運運行方方式下下出現現可能能的最最小短短路電電流－－兩相相短路路，保保護是是否還還能動動作。。起動電電流的的整定定計算算最小短短路電電流曲曲線最大短短路電電流曲曲線1ABC保護范范圍的的校驗驗1ABC最小短短路電電流曲曲線最大短短路電電流曲曲線電流速速斷保保護的的構成成對電流流速斷斷保護護的評評價優點:簡單可可靠，，動作作迅速速。缺點:不能保保護線線路的的全長長，并并且保保護范范圍直直接受受運行行方式式變化化的影影響。。運行方方式變變化對對保護護范圍圍的影影響被保護護線路路長短短對保保護的的影響響1ABC例:圖示網網絡中中具體體參數數如下下所示示，計計算當當AB長度分分別為為80km和20km時保護護1電流速速斷保保護的的定值值，并并校驗驗靈敏敏度。。解：線線路長長80km時整定值值的計計算靈敏度度校驗驗滿足要要求線路長長20km時整定值值的計計算靈敏度度校驗驗沒有保保護范范圍線路-變壓器器組的的電流流速斷斷保護護特例:在個別別情況況下，，電流流速斷斷保護護也可可以保保護線線路全全長小結短路電電流計計算電流速速斷保保護的的整定定計算算電流速速斷保保護的的靈敏敏度校校驗電流速速斷保保護動動作時時限的的確定定電流速速斷保保護的的特例例電網的的電流流保護護本節課課主要要內容容短路電電流計計算電流速速斷保保護的的整定定計算算本節課課難點點電力系系統運運行方方式的的討論論最大短短路電電流和和最小小短路路電流流的計計算電流速速斷保保護的的整定定計算算2.1.4限時電電流速速斷保保護（（電流流Ⅱ段）問題的的提出出電流速速斷保保護無無法保保護線線路全全長，，需要要增加加第二二套電電流保保護－－限時時電流流速斷斷保護護，Ⅱ段電流流保護護。限時電電流速速斷保保護－－要求求能夠保保護線線路全全長，，動作作范圍圍包括括整個個線路路。難點與與解決決－如如何獲獲得動動作的的選擇擇性？？增加時時間延延遲－－時限限，從從而與與相鄰鄰線路路電流流速斷斷保護護（電電流Ⅰ段保護護）配配合。。2.1.4限時電電流速速斷保保護（（電流流Ⅱ段）限時電電流速速斷保保護：：能以較較短的的時限限快速速切除除全線線路范范圍以以內的的故障障的保保護。。工作原原理為了保保護線線路全全長——保護范范圍必必須延延伸到到下一一條線線路中中，當當下一一條線線路出出口處處發生生短路路時，，保護護啟動動；為了保保證動動作的的選擇擇性——動作必必須帶帶一定定時限限；為了盡盡量縮縮短時時限——其保護護范圍圍不超超出下下一條條線路路速斷斷保護護的范范圍。。最大短短路電電流曲曲線2.1.4限時電電流速速斷保保護（（電流流Ⅱ段）Timedelayinstantaneousovercurrentprotection1工作原原理?=答案:實際中中不可行行滿足：：引入可可靠系系數來來滿足足上面面的不不等式式其中2整定原原則1）動作作電流流的整整定：：躲過下下一條條線路路電流流速斷斷保護護的整整定值值來整整定限時電電流速速斷保保護的的時限限特性性2）靈敏敏度校校驗當靈敏敏系數數不滿滿足要要求時時，該該如何何處理理？為了能能保護護本線線路全全長，，限時時電流流速斷斷保護護必須須在系系統最最小運運行方方式下下，線線路末末端發發生兩兩相短短路時時，有有足夠夠的反反應能能力。。動作電電流動作時時間3）動作作時間間的整整定：：Δt考慮很很多因因素：：斷路器器的跳跳閘時時間和和滅弧弧時間間；時間繼繼電器器動作作時間間的誤誤差；；故障切切除后后，電電流繼繼電器器可能能由于于慣性性，不不能立立即返返回即延時時返回回的慣慣性時時間；；考慮一一定裕裕度。。繼電器器保護護中通通常為為0.5秒，微微機保保護中中可以以為0.3秒。3限時電電流速速斷保保護的的構成成4小結限時電電流速速斷保保護的的保護護范圍圍大于于本線線路全全長依靠動動作電電流值值和動動作時時間共共同保保證其其選擇擇性與第Ⅰ段共同同構成成被保保護線線路的的主保保護，，兼作作第Ⅰ段的后后備保保護。。2.1.5定時限限過電電保護護（電電流Ⅲ段）問題的的提出出電流速速斷保保護不不能保保護全全長；；限時電電流速速斷保保護能能夠保保護線線路全全長，，可以以起到到后備備保護護的作作用，，但是是不能能作為為相鄰鄰線路路后備備保護護。一種既既能保保護本本線路路全長長，還能保保護相相鄰線線路全全長的的電流流保護護被提提出，，——就是定定時限限過電電流保保護，，或稱稱Ⅲ段電流流保護護。定時限限過電電流保保護（（電流流Ⅲ段）指其啟啟動電電流按按躲過過線路路最大大負荷荷電流流來整整定的的一種種保護護。保護的的作用用作為本本線路路主保保護的的近后后備以以及相相鄰下下一線線路保保護的的遠后后備過電流流保護護分為：：定時限限過電電流：：動作作時間間是固固定的的；反時限限過電電流保保護：：保護護動作作時間間不固固定，，電流流越大大，動動作越越快。。整定原原則按躲過過本線線路最最大負負荷電電流來來整定定同時保保證在在外部部故障障切除除后，，保護護裝置置能夠夠返回回。2.1.5定時限限過電電流保保護（（電流流Ⅲ段）1工作原原理和和動作作電流流計算算動作電電流的的選擇擇正常情情況下下各線線路上上的過過電流流保護護絕對對不動動作在負荷荷自啟啟動電電流作作用下下，保保護裝裝置能能夠可可靠返回最大自自啟動動電流流返回電電流一一次側側值Kss為自啟啟動系系數Kre為返回回系數數Lt定時限限過電電流保保護的的時限限特性性t=f(l)曲線2過電流流保護護動作作時限限63靈敏度度校驗驗對于保保護4，其靈靈敏系系數：：近后備備:遠后備備:2.1.6階段式式電流流保護護的配配合及及應用用單相三三段式式電流流保護護的構構成階段式式電流流保護護的優優、缺缺點優點：：簡單，，可靠靠，在在35kV及以下下的較較低電電壓的的網絡絡中獲獲得廣廣泛的的應用用。缺點：：直接受受電網網的接接線以以及電電力系系統運運行方方式變變化的的影響響。跳閘2.1.8電流保保護的的接線線方式式三個電電流互互感器器接成成星形形三個電電流繼繼電器器接成成星形形三相星星形接接線方方式兩相星星形接接線方方式跳閘對于星星形接接線來來說，，其接接線系系數Kcon=1兩種接接線方方式在在各種種故障障時的的性能能比較較中性點點直接接接地地電網網和非非直接接接地地電網網中的的各種相間間短路路相同點點：兩種接接線方方式均均能正正確反反應這這些故故障不同點點：動作的的繼電電器數數不一一樣2中性點點非直直接接接地電電網中中的兩兩點接接地短短路ABCABC1）串聯聯線路路PDABCABCABCPD2）并聯聯線路路3Y,d接線變變壓器器一側側兩相相短路路流過過另一一側保保護中中電流流的分分析當過電電流保保護接接于降降壓變變壓器器的高高壓側側以作作為低低壓側側線路路故障障的后后備保保護時時:4兩種接接線方方式的的應用用廣泛用用于發發電機機，變變壓器器等大大型貴貴重電電氣設設備的的保護護中。。(2)也可以以用在在中性性點直直接接接地電電網中中，作作為相相間短路和和單相相接地地短路路保護護。三相星星形接接線兩相星星形接接線廣泛用用于中中性點點非直直接接接地系系統中中5三段式式電流流保護護的接接線圖圖請根據據三段段式電電流保保護原原理接接線圖圖畫出出其其展展開圖圖。網絡中中每條條線路路的斷斷路器器上均均裝有有三段段式電電流保保護，，電源最大大最小小等效效阻抗抗為另外，，對保護護1的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段進行行整定定計算算。作業2.1如圖所所示網網絡，，AB、BC、BD線路上上均裝裝設了了三段段式電電流保保護，，變壓壓器裝裝設了了差動動保護護。已已知Ⅰ段可靠靠系數數取1.25，Ⅱ段可靠靠系數數取1.15，Ⅲ段可靠靠系數數取1.15，自起起動系系數取取1.5,返回系系數取取0.85，AB線路最最大工工作電電流200A，時限限級差差取0.5s，系統統等值值阻抗抗最大大值為為18ΩΩ,最小值值為13ΩΩ，其它它參數數如圖圖示，，各阻阻抗值值均為為歸算算至115kV的有名名值，，求AB線路限限時電電流速速斷保保護及及定時時限過過電流流的動動作電電流、、靈敏敏度和和動作作時間間。2.2方向電電流保保護問題的提出出雙電源源供電電網絡絡和單單電源源環網網為了提高供供電可可靠性性，縮縮小停停電面面積，，在兩兩側裝裝設有有斷路路器故障后后的系系統運運行方方式要要求從兩端切切除故故障、、僅僅僅從兩兩端切切除故故障設設備2.2雙側電電源網網絡相相間短短路的的方向向性電電流保保護2.2.1問題的的提出出LⅠk結論：：k1點相間間短路路時，，電流流保護護1、5的Ⅰ段會誤誤動；；k2點相間間短路路時，，電流流保護護6的Ⅰ段可能能誤動動ⅠⅡ當k點短路路時保護1先于6動作而而誤動動保護5先于2動作而而誤動動保護范范圍擴擴大，，保護護的動動作失失去選選擇性性分析一一下可可能誤誤動的的保護護具有有的共共同特特征方向性性電流流保護護=電流保保護+方向元元件利用了了電流流幅值值的差差異利用了了功率率方向向的差差異規定正方向向為母線線指向向線路路，可可能誤誤動的的保護護上流流過的的電流流(功率)方向均均與正正方向向相反反2.2.2方向性性電流流保護護的基基本原原理兩組保保護之之間不不需要要有配配合關關系單相方方向過過電流流保護護的構構成2.2.3功率方方向判判別元元件1功率方方向元元件的的工作作原理理規定：流過過保護護的電電流正正方向向為母母線指指向線線路當k1點短路路時：：當k2點短路路時：：通過判判別短短路功功率值值的正正負就就可判判別故故障的的方向向功率方方向元元件(繼電器器)：判別別功率率方向向或測測定電電流、、電壓壓之間間的相相位角角的元元件（（繼電電器））。LG-11、12型功率率方向向繼電電器對功率率方向向元件件的基基本要要求：：（1）應具具有明明確的的方向向性；；（2）正方方向故故障時時有足足夠的的靈靈敏度度。2功率方方向元元件（（繼電電器））的動動作特特性當k1點短路路時：：當k2點短路路時：：最大靈靈敏角角：：當輸入入功率率方向向繼電電器的的電壓壓和電電流幅幅值不不變時時，其其輸出出與二二者間間的相相位差差有關關。使使其輸出最最大時時對應應的二二者間間的相相位差差。作出此此時的的相量量圖或作出此此時的的相量量圖定義內內角為為：或動作方方程為為：則動作作范圍圍為：：用圖表表示出出其動動作區區最靈敏敏線動作方方程的的功率率形式式：A相方向向元件件：3功率方方向判判別元元件的的構成成框圖圖2.2.4相間短短路功功率方方向判判別元元件的的接線線方式式對功率率方向向判別別元件件接線線方式式提出出如下下要求求:三相對稱，

時，加入繼電器的電流超前電壓

1）正方向向的任何何故障障都能能動作，反方向向故障則則不動作作2）Ur、Ir盡可能能地大大，盡盡可能能在保保護正正方向向短路路時方方向元件的的工作作狀態態最靈靈敏作業2.2根據所所給原原理接接線圖圖，畫畫出其其展開開圖。。1正方向向發生生三相相短路路使方向向元件件輸出出最靈靈敏：：2正方向向發生生兩相相短路路此時可可以有有兩種種極端端情況況：1）短路路點位位于保保護安安裝處處附近近2）短路路點遠遠離保保護安安裝處處2.2.5方向性性電流流保護護的應應用特特點1電流速速斷保保護可可以取取消方方向元元件的的情況況LⅠkⅠⅡ2限時電電流速速斷保保護整整定時時分支支電路路的影影響LⅠk1）助增增電流流的影影響（3）2）外汲汲電流流的影影響LⅠk（3）3過電流流保護護裝設設方向向元件件的一一般方方法為保證證選擇擇性，，在過過電流流保護護1上加裝裝方向向元件件為保證證選擇擇性，，在過過電流流保護護5上加裝裝方向向元件件思考題題：三段式式電流流保護護的動動作定定值和和動作作時間間之間間有何何關系系?如何理理解方方向電電流保保護中中的方方向元元件？？2.3中性點點直接接接地地系統統中接接地短短路的的零序序電流流及方方向保保護2.3.1接地短短路時時零序序電壓壓、電電流和和功率率的特特點1零序電電壓2零序電電流3零序功功率及及電壓壓、電電流相相位關關系4變壓器器中性性點接接地的的考慮慮1）在多電電源系統統中，每每個發電電廠至少少有一臺臺變壓器器的中性性點接地地。ABC2）發電廠廠和低壓壓側有電電源的變變電所的的變壓器器多多于一一臺時，，應將部部分變壓壓器的中中性點接接地3）低壓側側無電源源的變壓壓器中性性點應不不接地運運行2.3.2零序電壓壓、電流流濾過器器1零序電壓壓濾過器器一次繞組組二次繞組組jszw3-610kv三相五柱柱電壓互互感器實實物圖））2零序電流流過濾器器TA等效電路路:KLH型（開合合式）零零序電流流互感器器實物圖圖）2.3.3零序電流流Ⅰ段（速斷斷）保護護靈敏I段整定原原則：躲開下一一條線路路出口處處接地短短路的最最大零序序電流。。躲開斷路路器三相相觸頭不不同期合合閘時出出現的最最大零序序電流。。兩者選大大值。電電流定值值小，保保護范圍圍大。主要任務務是對全全相運行行狀態下下的接地地故障起起保護作作用。單相重合合閘啟動動時，閉閉鎖，防防止誤動動作。不靈敏I段整定原原則：單相重合合閘時，，按躲開開非全相相運行狀狀態下，，發生系系統振蕩蕩時，所所出現的的最大零零序電流流整定。。2.3.3零序電流流Ⅰ段（速斷斷）保護護L3Ⅰ0最大零序序電流曲線線1）2）3）按躲開開非全相相運行又又發生振振蕩產生生的最大大零序電電流整定定1）、2）中大者者為靈敏敏Ⅰ段按3）整定為為不靈敏敏Ⅰ段1動作電流流的整定定關于在最最大運行行方式下下，產生生最大零零序電流流的短路路類型的的選擇：：關于3I0.unb的計算1）先合一一相的最最嚴重情情況下2）先合兩兩相的最最嚴重情情況下E為斷點兩兩側系統統的等效效電勢；；、、為為電網總總的正序和零零序阻抗抗取二者中中大者2動作時間間3靈敏度校校驗2.3.4零序電流流Ⅱ段保護1動作電流流的整定定整定原則則（與限限時電流流速斷類類似）啟動電流流與下一一條線路路零序電電流速斷斷定值配配合，時時限多一一個△t。當兩個保保護之間間的變電電所母線線上接有有中性點點接地的的變壓器器時，使使零序電電流的分分布發生生變化。。零序電流的分分支系數（助增電源不不是發電機，，而是變壓器器的中性點。。）2動作時限的整整定當靈敏系數不不滿足要求時時，需：3靈敏度校驗①設兩個靈靈敏度不同的的零序Ⅱ段保留0.5秒的零序II段，（快速切切除正常運行行方式和最大大運行方式的的接地故障））增加一個與下下級線路零序序II段配合的保護護，保證在各各種運行方式式下，都有足足夠的靈敏度度。②采用接地距離離保護2.3.5零序電流Ⅲ段保護動作電流的整整定取1）、2）中大者作為為最終的定值值按躲開下級線線路出口處相相間短路時出出現的最大不不平衡電流與下級線路零零序III段配合當兩個保護間間有分支電路路時，對于第第2種情況的計算算則應考慮分分支系數：D近后備:遠后備:對于保護2，其靈敏系數數：2靈敏度校驗遠后備:對于保護2當兩個保護間間有分支電路路時，對于遠遠后備的校驗驗：3動作時限的整整定無需和保護123配合保保護護4可以瞬時動作作保護5多一個階梯保保護6再多一個階梯梯Y/d變壓器低壓側側任何故障都都不能在高壓壓側引起零序序電流ABC2.3.6方向性零序電電流保護1方向性零序電電流保護原理理與相間短路的的方向保護一一樣，如果不不加方向元件件，就會產生生反方向的誤誤動作。零序方向元件件沒有電壓死死區由于越靠近故故障點的零序序電壓越高，，所以，沒有有電壓死區。。離故障點越遠遠，零序電壓壓低，零序電電流小，必須須校驗靈敏系系數。2零序功率方向向元件ABC2.3.7對零序電流保保護的評價（1）零序過電流流保護的靈敏度較相間保護高，動作時限較相間保護短。（2）零序Ⅰ段、零序Ⅱ段保護受系統運行方方式變化的影響小小。（3）零序保護則則不受系統振蕩等不正常運行行狀態的影響。（4）方向性零序序保護沒有電壓死區區，較距離保護實現簡單、、可靠。優點：2）輸電網絡在在使用單相重合合閘時要退出出運行不足：1）當系統運行行方式、接地點變化很很大時，不能滿足保護要求求3）有自耦變存在的電網將將使零序保護的整定配合變得復雜2.4中性點非直接接接地系統中中單相接地故故障的保護2.4.1中性點不接地地電網單相接接地故障的特特點單相接地短路路前后的電路路分析假定電網負荷荷為零，忽略略電源和線路路上的電壓降降，電網的各各相對地電容容C0相等。短路前:（正常運行時））中性點對地電電壓為零三相電壓對稱稱三相電容電流流也對稱無零序電壓和和零序電流。。A相接地短路后后：A相對地電壓為為0，等效電容被被短接。但B、C兩相的電壓不不為0，依舊可以發發出電容電流流，流入大地地。因為兩相相電流之和不不為0，順著A相短路點流回回線路，經過過A相電源與BC兩相容性電流流形成回路。。短路后B、C相的對地電壓壓升高1.732倍。三相電壓之和和不為零，出出現零序電壓壓。容性電流：因因為單相接地地短路后B相對地電壓變變大了1.732倍，所以，電電容電流也變變大了1.732倍。故障處A相接地點流過過的電流為全全系統非故障障相電容電流流之和，是正正常運行時單單相流過電流流的3倍。2.4中性點非直接接接地系統中中單相接地故故障的保護2.4.1中性點不接地地電網單相接接地故障的特特點簡單網絡中性點對地電電壓不再為零零：其有效值為：：線路Ⅰ線路Ⅱ復雜網絡各元件B相和C相對地電容電電流通過大地地、故障點、、電源和本元元件構成回路路。單相接地故障特點全系統都出現現零序電壓、、且零序電壓壓全系統相等，非非故障相電壓壓升高。非故障元件零零序電流：大大小等于本身身的對地電容容電流，方向向為母線指向向線路零序等效網絡絡的構成與大大接地電流系系統不同