2電網的電流保護2.1單側電源網絡相間短路電流保護2.2雙側電源網絡相間短路方向電流保護2.3中性點直接接地系統接地短路的零序電流及方向保護2.4中性點非直接接地系統中單相接地故障的保護

2.1單側電源網絡相間

短路電流保護2.1.1繼電器繼電器：一種能自動執行斷續控制的部件，當其輸入量達到一定值時，能使其輸出的被控制量發生預計的狀態變化，如觸點打開、閉合或電平由高變低、由低變高等，具有對被控電路實現“通”、“斷”控制的作用。對繼電器的要求：工作可靠，動作過程具有“繼電特性”。動作值誤差小、功率損耗小、動作迅速、動穩定和熱穩定性好以及抗干擾能力強。安裝、整定方便，運行維護少，價格便宜等。按結構型式分：電磁型、感應型、整流型、電子型、數字型。按反映的物理量分：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器、頻率繼電器、瓦斯繼電器等。按在保護回路中的作用分：啟動繼電器、量度繼電器（分過量和欠量繼電器）、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器、出口繼電器等。繼電器分類DL系列電流繼電器的工作原理（轉動舌片式）1—鐵心

2—轉動舌片

3—線圈

4—固定觸點與可動觸點

5—彈簧

6—止擋繼電器的繼電特性繼電特性：無論起動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置。動作電流—

Iop（可調整）

返回電流—

Ire

返回系數：

過量繼電器：Kre<1

欠量繼電器：Kre

>1

演示

2.1.2單側電源網絡相間短路時電流量值特征Eφ：系統等效電源的相電動勢Zs：保護安裝處至系統等效電源的等效阻抗Zk：保護安裝處至短路點阻抗近似短路計算（短路電流中的工頻周期分量）對繼電保護而言，在相同地點發生相同類型的短路時流過保護安裝處的電流最大，稱為系統最大運行方式，對應的系統等值阻抗最小，Zs＝Zs.min。對繼電保護而言，在相同地點發生相同類型的短路時流過保護安裝處的電流最小，稱為系統最小運行方式，對應的系統等值阻抗最大，Zs＝Zs.max。最大運行方式和最小運行方式：運行方式舉例：對于保護1來說，最大運行方式？

最小運行方式？

對于保護2來說，最大運行方式？

最小運行方式？要構成完善的保護，需考慮決定短路電流的因素：（1）系統運行方式（Zs）（2）電力系統正常運行狀態(Eφ)（3）短路類型(三相、兩相)（4）短路點位置(Zk)最大短路電流最小短路電流各種運行方式下：2.1.3電流速斷保護1)工作原理對于僅反應于電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。為了保證其選擇性，一般只能保護線路的一部分。為保證電流保護2的選擇性，應使：IIset.1>

Ik.B.max影響：其他運行方式下保護范圍會小一些。A.整定：按“躲開下一線路出口處短路條件”整定2)電流速斷保護整定原則保護2的電流速斷整定值：KrelI為可靠系數，取1.2~1.3，是考慮非周期分量影響、實際短路電流可能大于計算值、保護裝置的實際動作值可能小于整定值和一定的裕度等因素。保護1的電流速斷整定值：繼電器的二次動作電流:2)電流速斷保護整定原則nTA為電流互感器變比；Kcon為電流互感器的接線系數，TA二次側為三相星形或兩相星形接線時，其值為1，當二次側為三角形接線時，其值為取決于繼電器本身固有的動作時間，一般小于10ms?？紤]到躲過線路中避雷器的放電時間40~60ms，一般加裝一個動作時間為60~80ms的保護出口中間繼電器，一方面延時，另一方面擴大觸點的容量和數量。B.電流速斷保護的動作時間C.電流速斷保護的保護范圍校驗C.電流速斷保護的保護范圍校驗考慮最不利于保護動作的情況：

最小運行方式下兩相短路規程規定，最小保護范圍不應小于線路全長的15％—20％，即：3)電流速斷保護的構成優點：動作速度快，接線簡單；缺點：1)不能保護線路全長；

2)保護范圍受運行方式的影響。3)電流速斷保護的評價在運行方式變化很大的系統中，最小運行方式下的保護范圍很小甚至等于零。特例1：線路長短不同，對電流速斷保護的影響不同。特例2：當速斷保護應用于線路-變壓器組時，其動作電流可按躲過變壓器低壓母線短路整定，因而，其保護范圍可保護線路全長。特例3：2.1.4限時電流速斷保護

用來切除本線路上速斷保護范圍以外的故障，同時也能作為速斷保護的后備。

與無時限電流速斷保護配合作為被保護線路相間短路的主保護。2.1.4限時電流速斷保護1)起動電流的整定

保護區要延伸到相鄰線路、或相鄰元件的一部分。2.1.4限時電流速斷保護2)動作時限（考慮選擇性問題）應比下一條線路電流速斷保護的動作時限高出一個時間階梯Δt：

t1II=t2I+Δt

Δt

通常取為0.5s。確定原則見書上P22（1～5）2.1.4限時電流速斷保護3)靈敏性的校驗靈敏性用靈敏系數Ksen衡量：限時電流速斷保護的靈敏性校驗基本出發點：選擇在要求的保護區內短路最不利于保護動作的情況，來校驗保護是否能夠動作運行方式：最小短路類型：兩相短路點：本線路末端要求Ksen

≥1.3~1.5不利于保護啟動的因素見書上P23(1~5)當靈敏度不滿足要求時，與下一線路II段配合。限時電流速斷保護的靈敏性校驗4)

限時電流速斷保護的構成限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長；依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性；與電流速斷共同構成被保護線路的主保護，兼作電流速斷的近后備保護。優點：可保護本線路全長；可作為電流速斷的近后備保護；缺點：速動性差（有延時）。5)

限時電流速斷保護的評價2.1.5過電流保護過電流保護是指其起動電流按躲最大負荷電流來整定的保護。該保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。可作為本線路主保護的近后備保護以及相鄰下一線路保護的遠后備保護。起動電流的整定考慮兩點：（1）大于流過該線路的最大負荷電流Il.max（2）外部故障切除后電動機自起動時，應可靠返回2.1.5過電流保護2.1.5過電流保護1)起動電流的整定2.1.5過電流保護1)起動電流的整定思考：為什么過電流繼電器應有較高的返回系數？2.1.5過電流保護2)選擇性問題K點短路一般短路電流大于保護裝置1、2、3的動作電流，保護1、2、3將起動。2.1.5過電流保護2)選擇性問題為滿足選擇性的要求，必須依靠各保護裝置具有不同的動作時限來保證。2.1.5過電流保護動作時限2.1.5過電流保護動作時限（越靠近電源時間越長，如何解決？）2.1.5過電流保護3)靈敏性的校驗a.作為近后備時采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流來校驗，要求Ksen

≥1.3~1.52.1.5過電流保護3)靈敏性的校驗b.作為遠后備時采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來校驗，要求Ksen≥1.2靈敏系數配合（一般能自然配合）：

Ksen.1<Ksen.2<

Ksen.3

2.1.5過電流保護4)過電流保護的構成2.1.5過電流保護5)評價過電流保護的動作電流小，其靈敏度更高；在后備保護之間，只有靈敏系數和動作時限都互相配合時，才能保證選擇性；保護范圍是本線路和相鄰下一線路全長；2.1.6階段式電流保護配合電流速斷保護、限時電流速斷保護和過電流保護都是反應于電流升高而動作的保護。其主要區別在于按照不同的原則選擇起動電流。電流速斷保護：按躲開本線路末端最大短路電流整定；限時電流速斷：按躲開下一線路相鄰元件電流速斷保護的最大動作范圍整定；過電流保護：按躲開本元件最大負荷電流整定。電流速斷保護不能保護線路全長，限時電流速斷保護不能作為相鄰元件的后備保護，為迅速而有選擇性地切除故障常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護組合在一起，構成階段式的電流保護.2.1.6階段式電流保護配合保護1：瞬時過電流保護（不是速斷）保護2：0.5s過電流保護（不是II段）可加電流速斷

(兩段式)保護3：電流速斷限時電流速斷過電流保護

(三段式)全系統任意點發生短路時，如果不發生保護或斷路器據動，則故障都可以在0.5s內切除。演示階段式電流保護評價

優點：簡單、可靠，一般情況下可滿足快速切除故障要求。

缺點：受電網接線和運行方式變化影響大。

應用：35kV及以下的電網中。2.1.8

電流保護的接線方式所謂電流保護的接線方式是指電流互感器和電流測量元件間的連接方式。為能反映所有類型的相間短路，電流保護要求至少在兩相線路上應裝有電流互感器和電流測量元件。2.1.8

電流保護的接線方式（一）兩種常用的接線方式（1）三相星形接線特點：三相電流互感器二次繞組與三個電流繼電器分別按相連接，三個繼電器觸點并聯。中性線上流回的電流：2.1.8

電流保護的接線方式（一）兩種常用的接線方式（2）兩相星形接線特點：只有a,c兩相裝設電流互感器，按相連接繼電器。中性線上流回的電流：2.1.8

電流保護的接線方式當保護裝置的一次動作電流為時Iset，則反應到繼電器上的動作電流應為Iop，有：

Iop=Iset/nTAnTA為電流互感器變比。2.1.8

電流保護的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時的性能分析1.中性點接地系統和非直接接地系統中的各種相間短路相同之處：兩種接線方式均能正確反應不同之處：動作的繼電器個數不同2.中性點直接接地系統的單相接地短路三相星形：接線可反應各種單相接地故障兩相星形：接線不能反應B相接地故障2.1.8

電流保護的接線方式（二）兩種接線方式在各種故障時的性能分析3.中性點非直接接地系統中的異地兩點接地短路（1）在相互串聯的兩條線路上（希望只切除距離電源較遠的線路XL2）三相星形接線（優點）：100%有選擇地切除線路2。2.1.8

電流保護的接線方式兩相星形接線（缺點）

有2/3機會有選擇地切除線路2。2.1.8

電流保護的接線方式(2)變電站引出的放射性線路（希望任意切除一條線路即可）三相星形接線（缺點）：當保護動作時間相同時，同時切除兩條線路。2.1.8

電流保護的接線方式(2)變電站引出的放射性線路兩相星形接線（優點）：有2/3機會僅切除一條線路。（如果都是B相，可以繼續運行）2.1.8

電流保護的接線方式思考：各保護的電流互感器可否接在不同的相上？即有的接A、C相有的接B、C結果：可能出現保護拒動！所有電流互感器應接在相同的相上！2.1.8

電流保護的接線方式4.在Y，d11接線的變壓器后兩相短路時首先分析低壓側兩相短路時，高壓側電流的大小。2.1.8

電流保護的接線方式4.在Y,d11接線的變壓器后兩相短路時這對采用兩相星形接線的后備保護不利：B相上沒有裝繼電器，因此靈敏系數只能由A相電流和C相電流決定，同樣的情況下，靈敏系數比采用三相星形接線時降低了一半。2.1.8

電流保護的接線方式解決方法（兩相三繼電器法）2.1.8

電流保護的接線方式5.兩種接線方式的應用三相星形接線：廣泛應用于發電機、變壓器等大型貴重電氣設備的保護中。兩相星形接線：廣泛應用在中性點直接接地系統和非直接接地系統中，作為相間短路電流保護的接線方式。2.2雙側電源網絡相間短路的方向性電流保護2.2.1問題提出雙端電源供電接線：為了合上和斷開線路，在每條線路的兩側都裝設斷路器和保護裝置。雙端電源供電的優勢：某線路發生故障時，由本線路兩側保護跳開斷路器切除故障，不會造成停電。2.2.1問題提出問題：只靠電流大小判別可能造成保護誤動k1短路，可能造成保護5或保護1誤動。***保護正方向規定：以母線電壓為參考方向，電流從母線指向線路為正保護誤動原因：短路功率與保護正方向不一致2.2.2解決方法引入方向元件來判別短路功率的方向，從而區別區內或區外短路。而各保護動作值按單側電源配合方式進行整定，滿足選擇性。方向性電流保護：保護中加裝可以判別短路功率方向的元件，只有當功率方向由母線流向線路時，功率方向元件才動作，與電流保護共同工作，可以快速、有選擇性的切除故障，稱為方向性電流保護。構成方向性電流保護，既利用電流的幅值特征，又利用功率方向的特征。2.2.2解決方法2.2.3方向性電流保護基本原理雙側電源網絡上的電流保護加裝方向元件后，可以拆開看成兩個單側電源網絡的保護：保護1~4反應電源1供給的短路電流動作保護5~8反應電源2供給的短路電流動作兩組方向保護之間不需要配合，可采用單側電源網絡中適用的三段式電流保護原理和整定計算原則。2.2.3方向性電流保護基本原理接線原理圖注意：功率方向元件只負責判別方向，正方向時就起動，反方向就閉鎖。無論是短路狀態還是正常運行狀態都可能起動！2.2.4功率方向判別元件利用判別短路功率的方向或電流與電壓之間的相位關系，就可以判別發生故障的方向。2.2.3功率方向判別元件用以判別功率方向或測定電流與電壓間相位角的繼電器稱為功率方向繼電器。對功率方向元件的基本要求：

應具有明確的方向性，正方向發生各種故障（包括故障點有過渡電阻情況）時能可靠動作，而在反方向時，可靠不動作；

正方向故障時有足夠的靈敏性。1)基本原理分析功率方向判別元件的動作特性正方向短路時：反方向短路時：φr為加入繼電器的電壓和電流的夾角假定線路阻抗角φk=60°功率方向繼電器在輸入電壓和電流的幅值不變時，其輸出值隨兩者相位差的大小而改變，輸出為最大時的相位差稱為繼電器的最大靈敏角φsen。為使常見短路情況下，方向元件動作最靈敏，取最大靈敏角為φsen=φk(=60°)。功率方向判別元件的動作特性假定線路阻抗角φk=60°為保證當短路點有過渡電阻、線路阻抗角在0°~90°范圍變化情況下正方向故障時，繼電器都能可靠動作，功率方向元件動作的角度不應該是一個固定數值，而是一個范圍，一般取φ

sen±90°。功率方向元件動作方程：功率方向判別元件的動作特性2)實際采用的動作方程（90度接線）采用同相電壓和電流作為Ur和Ir接線的問題：正方向出口附近短路接地時，功率方向元件存在“電壓死區”。功率方向判別元件的動作特性解決方法：90度接線采用非故障的相間電壓作為Ur,故障相電流作為Ir。例如，A相功率方向元件Ur取UBC，Ir取IA。在這種接線方式下，最大靈敏角設計為φsen=φk–90°。功率方向元件動作方程：功率方向判別元件的動作特性常取繼電器內角α=－

φsen=90°－

φk分析：除正方向出口附近發生三相短路時，UBC≈0，繼電器具有很小的電壓死區外，在其他任何包含A相的不對稱短路時，UBC

電壓很高，IA很大，繼電器沒有死區，且動作靈敏度很高。減小和消除三相短路時死區的方法：電壓記憶回路。功率方向判別元件的動作特性2.2.4功率方向判別元件接線方式接線方式：是指繼電器與電流互感器和電壓互感器之間的連接方式。要求：

1）必須保證功率方向繼電器具有良好的方向性。

2）故障后加入繼電器中的電流Ir和電壓Ur應盡可能大一些，并盡可能使φr接近最大靈敏角φsen。2.2.4功率方向判別元件接線方式90°接線方式：是指在三相對稱且功率因數cosφ=1的情況下，加入繼電器的電流Ir超前電壓Ur90°的接線方式。（無物理意義）2.2.4功率方向判別元件接線方式采用按相啟動接線。所謂按相啟動接線是指接入同名相電流的測量元件和功率方向元件的接點串聯，而后與其他元件相并聯后啟動邏輯元件。2.2.4功率方向判別元件接線方式對功率方向繼電器的接線，必須十分注意繼電器電流線圈和電壓線圈的極性。90°接線方式下各種短路情況分析：90°接線方式下各種短路情況分析：

B、C兩相短路的系統接線圖

90°接線方式下各種短路情況分析：

保護安裝處附近B、C兩相短路（Zk<