第一章緒論

第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護的作用

一、電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)

1.電力系統(tǒng)的故障：三相短路.（3）、兩相短路.（2）、單相短路接地.（1）、兩相短路接地.（1,1）、斷線、變壓

器繞組匝間短路、復(fù)合故障等。

2.不正常運行狀態(tài)：小接地電流系統(tǒng)的單相接地、過負荷、變壓器過熱、系統(tǒng)振蕩、電壓升高、頻率

降低等。

二、發(fā)生故障可能引起的后果是：

I.故障點通過很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設(shè)備燒壞；

2.系統(tǒng)中設(shè)備,在通過短路電流時所產(chǎn)生的熱和電引力使設(shè)備縮短使用壽命；

3、因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量；破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，

甚至使整個系統(tǒng)瓦解。

事故：指系統(tǒng)的全部或部分的正常運行遭到破壞，以致造成對用戶的停止送電、少送電、電能質(zhì)量變

壞到不能容許的程度,甚至毀壞設(shè)備等等。

三、電保護裝置及其任務(wù)

1.繼電保護裝置：就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或

發(fā)出信號的一種自動裝置。

2.它的基本任務(wù)是：

（1）發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障元件（設(shè)備）從電力系統(tǒng)中切除,使非故障部分繼續(xù)運

行。

（2）對不正常運行狀態(tài),為保證選擇性，一般要求保護經(jīng)過一定的延時，并根據(jù)運行維護條件（如有無

經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號（減負荷或跳閘），且能與自動重合閘相配合。

第二節(jié)繼電保護的基本原理和保護裝置的組成

一、繼電保護的基本原理

繼電保護的原理是利用被保護線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信息量，而突變量達到一定值時,

起動邏輯控制環(huán)節(jié).發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。

1.利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別

發(fā)生短路后，利用電流、電壓、線路測量阻抗等的變化,可以構(gòu)成如下保護。

（1）過電流保護：反映電流的增大而動作，如圖1-1所示，

（2）低電壓保護：反應(yīng)于電壓的降低而動作。

（3）距離保護（或低阻抗保護）：反應(yīng)于短路點到保護安裝地之間的距離（或測量阻抗的減?。┒鴦?/p>

作。

2.利用內(nèi)部故障和外部故障時被保護元件兩側(cè)電流相位（或功率方向）的差別。

如圖1-2所示雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)。規(guī)定電流的正方向是從梅線流向線路。正常運行和線路AB外部故障時，

A-B兩側(cè)電流的大小相等相位相差180°：當(dāng)線路AB內(nèi)部短路時.A-B兩側(cè)電流一般大小不相等，相位相等,

從而可以利用兩側(cè)電流相位或功率方向的差別可以構(gòu)成各種差動原理的保護（內(nèi)部故障時保護動作），如

縱聯(lián)差動保護，相差高頻保護、方向高頻保護等。

A

圖1-2雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)

Q）正常運行情況（b）線路AB外部短路情況（c）線路AB內(nèi)部短路情況

3.對稱分量是否出現(xiàn)

電氣元件在正常運行（或發(fā)生對稱短路）時，負序分量和零序分量為零；在發(fā)生不對稱短路時，一般負

序和零序都較大。因此，根據(jù)這些分量的是否存在可以構(gòu)成零序保護和負序保護。此種保護裝置都具有良

好的選擇性和靈敏性。

4.反應(yīng)非電氣量的保護

反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障時所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成瓦斯保護；反應(yīng)于電動機繞組的溫度升高而構(gòu)成過負

荷保護等。

二、繼電保護裝置的組成

繼電保護的種類雖然很多，但是在一般情況下，都是由三個部分組成的，即測量部分、邏輯部分和執(zhí)行

部分，其原理結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

圖1-3維電保護裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

I.測量部分測量部分是測量被保護元件工作狀態(tài)（正常工作、非正常工作或故障狀態(tài)）的一個或兒

個物理量,并和已給的整定值進行比較。從而判斷保護是否應(yīng)該起動。

2、邏輯部分邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分各輸出量的大小，性質(zhì)，出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保

護裝置按一定的邏輯程序工作，最后傳到執(zhí)行部分。

3、執(zhí)行部分執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如發(fā)出信

號，跳閘或不動作等。

TA

過電流保護原理圖

舉例說明:

正常狀蕊T欠設(shè)備通過的電流為負載電流-----kKA流過的二次電流小于動作值-------的不動作,，

其接點殺胎------?保護獺作一

短路故陵時:流過一次設(shè)備的電流源噌------?KA流過的二次電流大于KA動作值------＞以挎點閉合嬲.小工得電

KT觸點閉合-----?KM媚得電，期始閉合-------kQF的YT繞圈得電跳闞------?切除故隘

第三節(jié)對繼電保護的要求

一、選擇性選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍

盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。如圖下圖所示

d3點短路:保護6動作,6QF跳閘:保護6或6QF拒動,5QF跳閘；

d2點短路:保護5動作,5QF跳閘；保護5或5QF拒動,2QF、4QF跳閘；

dl點短路：保護I和保護2動作，1QF跳閘、2QF跳閘；保護2或2QF拒動,4QF跳閘。

主保護：能有選擇性地快速切除全線故障的保護。

后備保護：當(dāng)故障線路的主保護或斷路器拒動時用以切除故障的保護。

近后備保護:作為本線路主保護的后備保護。

遠后備保護:作為下一條相鄰線路主保護或開關(guān)拒跳后備保護。

二、速動性速動性是指盡可能快地切除故障

短路時快速切除故障，可以縮小故障范圍，減輕短路引起的破壞程度，減小對用戶工作的影響，提高電力

系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

三、靈敏性靈敏性是指對保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。保護裝置的靈敏性，通

常用靈敏系數(shù)來衡量,靈敏系數(shù)越大,則保護的靈敏度就越高,反之就越低。

對過量繼電器：/

N—保護范圍內(nèi)部故障某量物理量的最小值

X同一物理量保護的整定值

對欠器：u

‘_同一物理量保護的整旗

F一保護沌圍內(nèi)部故障某瘦物理量的最大值

四、可靠性可靠性是指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動

作,而在其他不屬于它應(yīng)該動作的情況下，則不應(yīng)該誤動作。

以上四個基本要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對不同的使用

條件,分別地進行協(xié)調(diào)。

此四個基本要求是分析研究繼電保護的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個基本線

索。根據(jù)保護元件在電力系統(tǒng)中的地位和作用來確定具體的保護方式，以滿足其相應(yīng)的要求。

第四節(jié)繼電保護技術(shù)發(fā)展簡史

繼電保護的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。

在2（）世紀50年代及以前，電磁型繼電器。

60年代,整流型元件組成的裝置。

70年代以后，集成電路構(gòu)成的裝置。

到80年代,微型機繼電保護裝置中逐漸應(yīng)用。隨著新技術(shù)新工藝的采用，繼電保護硬件設(shè)備

的可靠性,運行維護方便性也不斷得到提高。繼電保護技術(shù)將達到更高的水平。

按保護原理：4

環(huán)網(wǎng)、多源網(wǎng)?

最初熔斷器難以實現(xiàn)選擇性〉電流、電壓保護.------------?

V受系統(tǒng)運行方式影響，難以滿足選

方向電流、電壓保護.擇隹」顯喇虹i度捱的要壑一?距離保護，

是燕賑方式,難以保證快速跳閘;差動保護長距離難以實現(xiàn);高冷向俁護

第二章電網(wǎng)的電流保護

第一節(jié)單側(cè)電源電網(wǎng)相間短路的電流保護

繼電器的分類

繼電器是一種能自動斷續(xù)的控制器件，當(dāng)其輸入量達到一定值時，能使輸出回路的被控電量發(fā)生預(yù)計

的變化，是具有對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)。

按動作原理：電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成電路型、微機型等繼電器。

按反應(yīng)的物理量：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器和頻率繼電器等。

按作用：起動繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器和出口繼電器等。

對繼電器的要求

（|）工作可靠。

（2）動作值誤差小。

（3）接點可靠。

（4）消耗的功率要小。

（5）動作迅速。

（6）熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定要好。

（7）安裝調(diào)試容易、運行維護方便、價格便宜。

一、電磁型繼電器

電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)型式有螺管線圈式,吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式三種，如圖2-1所示。

電磁型繼電粉的晾理站構(gòu)

<&>里h蛀闡式.(b)吸引用鐵式；(<)轉(zhuǎn)引舌片火

1一岐Uh2-BJ動割帙,3-電去帙，4一止再，5-俊點B8?反作用OH

圖2?1電磁型繼電器的原理結(jié)構(gòu)

電流繼電器在電流保護中用作測量和起動元件，它是反應(yīng)電流超過某一整定值而動作的繼電器.電磁

型繼電器是利用電磁原理工作的，現(xiàn)以吸引銜鐵式繼電器為例進行分析，如圖2-2所示。

圖2-2電磁型電流繼電器的原理結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩曲線

首先分析便繼單器觸點接通的力拓。在線圈1中通以電流Ij.則產(chǎn)生與其成正比的磁通4).即

3OC一

6,

由電磁吸引力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)矩Md,可表示為

Mde=K,/=KT

使繼電器觸點閉合的阻力矩

Mih=Mih]+K3(§lBz)

在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中,還必須克服摩擦力矩Mm,其值可以認為是不隨6變化的一個常數(shù)。

1.繼電器動作的條件：Mdc2Mlh+Mm

2、動作電流能夠滿足上述條件，使繼電器動作的最小電流值Ij,稱為繼電器的動作電流(起動電

流)，記作IdzjJ。對應(yīng)此時的電磁轉(zhuǎn)矩為

?T

以％.去

3?繼電器的返回條件繼電器動作后，當(dāng)IJ減小時，繼電器在彈簧的作用下將返回。為使繼電器

返回,必須：

Mu,2M,k+Mm或MdcWMgMm

4.返回電流滿足上述條件，使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流，記

為IhJ.對應(yīng)此時的電磁轉(zhuǎn)矩為

Mh=Kz(Phj/S2)(2—2)

總結(jié)：當(dāng)Ij<Idzj時,繼電器不動作，

當(dāng)ijeidzj吐則繼電器迅速動作，觸點閉合；

當(dāng)減小Ij使IjWlhjJ時,繼電器又立即返回原位,觸點打開。

5、返回系數(shù)返回電流與起動電流的比值稱為繼電器的返回系數(shù)，可表示為

在實際應(yīng)用中，要求有較高的返回系數(shù)，如0.85?0.9。返回系數(shù)越大則保護裝置的靈敏度越高，但過大

的返回系數(shù)會使繼電器觸點閉合不夠可靠。

（1）6.動作電流的調(diào)整方法

（2）（I）改善繼電器線圈的匝數(shù)；

（2）改變彈簧的張力;

（3）改變初始空氣隙長度。

二、晶體管型繼電器

1.晶體管型電流繼電器

執(zhí)行回路

電壓形成網(wǎng)路整流流波回路比較回路

（單超觸發(fā)器）輸出

（1）正常工作時：電流變換器的輸入電流小于繼電器的動作電流，UR3Q0,晶體管VI因正向偏置而導(dǎo)通,

V2完全截止。輸出電壓Use接近于+E1,對應(yīng)于繼電器不動咋狀態(tài)。

（2）起動時：當(dāng)輸入繼電器的電流大于繼電器的動作電流時，UR3增大，a點電位降低，致使D5導(dǎo)通，VI截

止,其集電極電位升高，使晶體管V2導(dǎo)通,輸出電壓Use降至0.1?0.3V,繼電器處于動作狀態(tài)。

（3）當(dāng)繼電器的輸入電流減小至返回電流時,UR3減小,a點電位增高使

D5截止，VI重新導(dǎo)通，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，繼電器返回，繼電器的返回電流小于繼電器的動作電流,其返回系數(shù)小

于I。

2.晶體管型時間繼電器

晶體管型時間繼電器由兩個三極管及阻容延時電路組成。其原理接線如圖2-5所示。

在正常情況下，VT3飽和導(dǎo)通，電容器C被短接，電容器C上的電壓為V3集電極與發(fā)射極之間的飽和壓降

Ucesl和二級管D8的正向壓降UD之和：

UCD=UD+5Q0.6+0.2=0.8V

其值小于穩(wěn)壓管D9的方向擊穿電壓,V4截止,輸出電壓USC近于0V,表示繼電器延時輸出

三、電流互感器

電流互感器的作用是將高壓設(shè)備中的額定大比流變換成5A或1A的小電流，以便繼電保護裝

置或儀表用于測量電流。電流互感器由鐵心及繞組組成。一、一次繞組磁勢有以下平衡關(guān)系：

//卬“2討，2=0

h=助

1、1.電流互感器的極性

2、在圖2-6(a)中，一、二次繞組中感應(yīng)電勢及同時為高電位點，稱同極性或?qū)?yīng)端。一般用L1、

K1表示或以“*”標注。

2.電流互感器的等值電路及相量圖

電流互感器與普通變壓流的等值電路有著相同的形式。其等值電路如圖所示，圖中原邊的參數(shù)都己歸

算到二次繞組。

U2=izZfULC=U,+jLX2小”/.=/24-7.

3.誤差分析KA

(1)電流誤差。歸算到二次繞組的一次繞組一次電流與二次繞組電流的數(shù)量差，一般用百分數(shù)表示，即

△；%=4二lx100%

A

由向量圖可知，當(dāng)5角比較小時△呼二^22^X100%

h(jX+Z,.)二唆)

Im2

而jXIc

(2)穩(wěn)態(tài)短路電流引起的誤差。當(dāng)電流互感器原邊流過大的短路電流時，鐵心飽和，磁阻噌加，勵磁阻抗

發(fā)生變化.在鐵心未飽和時，二次側(cè)電流與J1邊電流成正比增加.如圖2方中曲線2所示.若電流互感器二次負:

麒逾的關(guān)系將如圖2-8中的曲線3所示."

電流互感器穩(wěn)態(tài)運行時的電流誤差實際是二次負載阻抗Zf與短路電流倍數(shù)m的函數(shù)，可表示為A

I%=f(Zf,m)

按規(guī)定用于繼電保護的電流互感器,其穩(wěn)態(tài)電流誤差不允許大于10%,角誤差不得大于7。

在滿足10%誤差的條件下,m=的關(guān)系曲線叫電流互感器的10%誤差曲線，它由廠家提供。

結(jié)論：電流互感器在正常運行時，電流誤差決定于勵磁電流的大小，而勵磁電流與電流互感器的負載

阻抗Zf成正比，與勵磁阻抗成反比。一般誤差小于1%。

(3)暫態(tài)短路電流引起的誤差。當(dāng)發(fā)生短路時，電流互感器的原邊流有短路電流的周期分量1dz和

非周期分量1d￡

非周期分量的誤差證

總誤差電流〃。

從誤差曲線可以看出，最大誤差發(fā)生在短路后3~5個周波，短路回路非周期電流衰減以后，其值比穩(wěn)態(tài)短

路誤差大許多倍,且含有很大的直流成分。

(4)減小電流互感器誤差的措施。

a.減小電流互感器的勵磁電流。

b.盡量加大電流幺感器的勵磁電抗XLC,增大鐵心截面或用島導(dǎo)磁率的被莫合金做鐵芯。

c.應(yīng)盡量減小電流互感器的二次側(cè)負載阻抗Zf,降低勵磁電壓ULC；

d.選擇同型號的電流互感器串聯(lián)使用，使每個電流互感器的勵磁電壓僅為負載壓降的一半；

e.選擇大變比的電流互感器，以降低短路電流倍數(shù)。

四、電壓互感器

(一)電壓互感器的任務(wù)是將很高的電壓準確地變換至二次保護及二次儀表的允許電壓，使繼電器

和儀表既能在低電壓情況下工作，又能準確地反映電力系統(tǒng)中高壓設(shè)備的運行情況。電壓互

感器分為電磁式和電容式兩種。

(-)(一)電磁式電壓互感器

1.工作原理

電磁式電壓，L感器的工作原理與一般電力變壓器相似。其等值電路與相量圖如圖2-11所不。以副邊

電壓為參考相量,依次畫出各支路的電流及各節(jié)點電壓的相量如圖2-11(b)所示。

(b)

圖2-11電壓互感器的等值電路及相量圖

(a)等值電路(b)相量圖

2.電壓誤差分析

電壓互感器的電壓誤差是指歸算到副邊的原邊電壓與副邊實際電壓的數(shù)量差，用百分數(shù)表示：

AU%=U1-UV2xlOO%

當(dāng)原副邊電壓的相角差8較小時，其電壓誤差可近似為：

AU%=LZ2+I1Z]x100%JZZ+.ZI+LCZ]x100%

3U1

結(jié)論：電壓q感器的誤差是由電壓互感器的阻抗壓降引起的。減小負載電流能提高電壓互感器的精確

度。

（二）電容式電壓互感器

電容式電壓互感器是利用電容分壓原理實現(xiàn)電壓變換的。最簡單的電容式電壓互感器如圖2-12所

示。C1.C2為分壓電容,T為隔離變壓器,二次開路時的電壓為

C!

U2，o0=———.U,1

c,+c2

有載時的輸出電壓為

5=u”-x,+——--=4/n-ifjx「-----!----

調(diào)節(jié)荀，使01

0（C]+7GA）

則=U20

利用可調(diào)電感L補償分壓器容性電抗，大大降低電壓互感器總電抗，使電壓互感器更接近理想恒壓源。提

高了電壓互感器的精確度。

五、無時限電流速斷保護（電流I段）

1、反應(yīng)電流增大而能瞬時動作切除故障的電流保護，稱為電流速斷保護也稱為無時限電流速斷保

護。

1.幾個基本概念

（I）系統(tǒng)最大運行方式與系統(tǒng)最小運行方式

最大運行方式：就是在被保護線路末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流為最

大的運行方式V

最小運行方式：就是在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過保護裝置的短路電流為最小的運行方

在最大運行方式下三相短路時,通過保護裝置的短路電流為最大,稱之為最大短路電流。

在最小運行方式下兩相短路時，通過保護裝置的短路電流為最小,稱之為最小短路電流。

（3）保護裝置的起動值

對應(yīng)電流升高而動作的電流保護來講，使保護裝置起動的最小電流值稱為保護裝置的起動電流，記作

Idzobh?

（4）保護裝置的整定

所謂整定就是根據(jù)對繼電保護的基本要求，確定保護裝置起動值，靈敏系數(shù),動作時限等過程。

2.工作原理

無時限電流速斷保護為了保證其保護的選擇性，一般情況卜速斷保護只保護被保護線路的一部分，具體

工作原理如圖2-13所示。

圖2-13電流速斷保護動作特性分析

短路時，流過保護安裝地點的短路電流可用下式計算:

紇

區(qū)皿+即

耳

結(jié)論:流過保護安裝地點的短路電流值隨短路點的位置變化,且與系統(tǒng)的運行方式和短路類型有關(guān)。

3.整定計算

（1）動作電流

為保證選擇性，保護裝置的起動電流應(yīng)按躲開下一條線珞出口處短路時，通過保護的最大短路電流來整

定。即

Idz>Idod2max=KKIdoBmax式中可靠系數(shù)=1.2-13,

繼電器動作電流：

Kjx—電流互感器的接線系數(shù)

結(jié)論:電流速斷保護只能保護本條線路的一部分，而不能保護全線路，其最大和最小保護范圍Lmax和

Lmino

（1）（1）保護范圍（靈敏度K.）計算（校驗）

《規(guī)程》規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值Lb%>（15%~20%）時，為合乎要求,

即

4%=Wxioo%>（15-20）%

由圖2?13可知

”.一J

2Xsmax+X,/（2-7）

其中Xd=X4.代入式（2-7）整理得

式中Ue——輸電線路的領(lǐng)定線電壓；

以8一—被保護線路的總長度。

（2）（2）動作時限

無時限電流速斷保護沒有人為延時，在速斷保護裝置中加裝一個保護出口中間繼電器。一方面擴大接點

的容量和數(shù)量，另一方面躲過管型避雷器的放電時間，防止誤動作。t=Os

（I）4.電流速斷保護的接線圖

（2）單相原理接線圖

原理圖以整體形式表示各二次設(shè)備之間的電氣聯(lián)接。

正常狀態(tài)：一次設(shè)備通過的電流為負載電流------?KA流過的二次電流小于動作值-------

其接點不閉合------A不發(fā)斷路器跳閘脈沖

短路故障時：流過KA的二次電流大于KA動作值------?KA接點閉合------aKOM線圈彳

fQF跳間------?切除故障。一

【KS起動，發(fā)出信號。小

（3）展開圖

展開圖以分散形式表示一次設(shè)備之間的電氣連接。分為交流叵1路和直流叵I路。

圖2—15速斷保護裝置接線展開圖

（a）交流回路（b）直流回路

5.對電流速斷保護的評價

優(yōu)點：是簡單可靠，動作迅速。

缺點：（I）不能保護線路全長；

（2）運行方式變化較大時，可能無保護范圍。

注意：（1）在最大運行方式下整定后,在最小運行

方式下無保護范圍。

圖2-16系統(tǒng)運行方式變化較大情況圖2-17短路時保護范圍較小的情況

（2）在線路較短時，可能無保護范圍。如圖2-17所示

⑶在特殊情況下，電流速斷可以保護線路全長。在采用線路一一變壓器組的接線方式的電網(wǎng)中，如圖2-18

所示。速斷保護按dl點短路來整定.保護的起動電流大為減小，以至保護線路的全長。

六、限時電流速斷保護(電流II段)的電流速斷保護

限時電流速斷保護：按與相鄰線路電流速斷保護相配合且以較短時限獲得選擇性的電流保護。

1.工作原理

(1)為了保護本條線路全長，限時電流速斷保護的保護范圍必須延伸到下一條線路中去如圖2-19所

(2)為了保證選擇性,就必須使限時電流速斷保護

的動作帶有一定的時限。如圖2-19

(3)為了保證速動性，時限應(yīng)盡量縮短。

(1)2.整定計算

(2)(1)動作電流

動作電流按躲開下一條線路無時限電流速斷保護的動作電流進行整定：

/9)_K[

ldz-八K/上下一線

繼電器動作電流：

(2)動作時限

+々+.-

M=tQF+405s

(3)靈敏度校驗~

匕《=產(chǎn)汨-5|

Klm21.5,是因為考慮了以下不利于保護動作的因素。

(a)可能存在非金屬性短路，使短路電流Id較??；

(b)實際的短路電流小于計算值；

(c)電流互感器有負誤差，使短路時流入保護起動元件中的電流變?。?/p>

(d)繼電器的實際起動值可能有正誤差，使IdzJ變大；

(e)考慮一定裕度。

思考問題：靈敏性不滿足要求,怎么辦？

解決方法：

(1)與下一條線路的限時電流速斷相配合

(2)動《時限就‘下”耍國路時限電流速斷保護的動作時限高出一個時間階段△>,即

/本='下一線+&

（1）3.限時電流速斷保護的接線圖

（2）單相原理接線

（3）展開圖

(a)(b)

4.對限時電流速斷保護的評價

（優(yōu)點）限時電流速斷保護結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，能保護本條線路全長。

（缺點）不能作為相鄰元件（下一條線路）的后備保護.受系統(tǒng)運行方式變化較大。

七、定時限過電流保護（電流III段）

定義：其動作電流按躲過被保護線路的最大負荷電流整定，其動作時間一般按階梯原則進行整定以實現(xiàn)

過電流保護的動作選擇性，并且其動作時間與短路電流的大小無關(guān)。

1.工作原理

反應(yīng)電流增大而動作，它要求能保護本條線路的全長和下一條線路的全長。作為本條線路主保護拒動的近后

備保護,其保護范圍應(yīng)包括下條線路或設(shè)備的末端。過電流保護在最大負荷時，保護不應(yīng)該動作。

2.整定計算

（1）動作電流

按躲開被保護線路的最大負荷電流，且在自起動電流下繼電器能可靠返回進行整定:

....K.a、

J=—2___

dzo/.max

Kh...

Ih>/產(chǎn)max—Ih=K：?/w=K；.K/Q；=/fmax

kh=LKh

h屋

近后備4?=%/之L5~

'dz

遠后備迎“之1.2

低電壓繼電器正常時（得電）常開觸點閉合，常閉觸點斷開C

當(dāng)電壓低于整定值時,常開觸點斷開,常閉觸點閉合。

正常運行時,KV觸點打開,KA觸點打開。

最大負荷電流：KV觸點打開,KA觸點閉合。

短路時：KV觸點閉合,KA觸點閉合。

（3）時間整定

為保證保護動作的選擇性，過電流保護動作延時是按階梯原則整定的，即本線路的過電流保護動作延時應(yīng)

比下一條線路的電流IH段的動作時間長一個時限階段△1：

3.接線圖

電流山段保護的原理接線、展開圖與電流II段保護相同。

4.對定時限過電流保護的評價

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,對單側(cè)電源的放射型電網(wǎng)能保證有選擇性的動作。不僅能作本線路的近后

備（有時作為主保護），而且能作為下一條線路的遠后備。在放射型電網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，一般在35

千伏及以下網(wǎng)絡(luò)中作為主保護。

缺點：動作時間長,而且越靠近電源端其動作時限越大,對靠電源端的故障不能快速切除。

八、電流三段保護小結(jié)

電流速斷保護只能保護線路的一部分，限時電流速斷保護能保護線路全長，但卻不能作為下一相

鄰線路的后備保護，因此，必須采用定時限過電流保護作為本條線路和下一段相鄰線路的后備保護。

1.三段式電流保護：

由電流速斷保護，限時電流速斷保護及定時限過電流保護相配合構(gòu)成的一整套保護。

2.電流三段式保護的保護特性及時限特性

3.電流三段式保護接線圖

（1）單相原理接線圖

（2）展開圖。

IKA4KA7KA

圖2—25保護裝置接線展開圖

Q）交流回蹺（b）直流回蹤

4.三段式電流保護的評價

優(yōu)點：簡單，可靠，并且一般情況下都能較快切除故障。一般用于35千伏及以下電壓等級的單側(cè)電源電網(wǎng)

中O

缺點；靈敏度和保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式和短路類型的影響，此外，它只在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)中才有選擇

性。

例2?1

如圖2-33所示網(wǎng)絡(luò)，試對保護1進行電流速斷，限時電流速斷和定時限過電流保護整定計算(起

動電流，動作時限和靈敏系數(shù))，并畫出時限特性曲線。(計算電壓取115KV)。

解：1.對保護1進行電流速斷保護的整定計算

(1)起動電流，

IA=KK&X=L3X3780=4914(A)取1.3

⑵靈敏度校驗…

由J/

得*二祭I*=-5—-0.430=6.7

$2個;3550、）

同理由理雙=-*/"?

X.U115X105MC

得ZB3nun然巴_X^=巧套-0.430=5.56（。）

走U」也

J）=12,5（km>

4%=gxl00%=41.67%>15%符合要求。

IATt

(3)動作時限："

電流速斷保護動作時限近似為零，即t=Os-

2、限時電流速斷保護的整定計算/

(1)起動電流書:“.

?/a=《(?心?下一線

d,然下一線=工匕，4cmax

〃=幻?"場2=L2xl.3"(M950(A)

(2)靈鉞度校驗：

爭355。

%1950

=1.58>1,5符合要求〃

(3)動作時限。￡；=￡；+△￡=0.5s

3定時限電流保護整定計算」

(1)起動電流："

1/3=794.12(A)-

⑵靈敏度校驗，璃2

近后備保護：三加=一二=3,87>1,5符合要求

7(2)

遠后備保護：4=0=1,26>1,2符合要求

4*

(3)動作時限"2；=右+4+4;2s

時限特性曲線一

llOkV

=0?S*

“0.5<

九、電流保護的接線方式

電流保護的接線方式就是指保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈

(1)1.相間短路電流保護的主要接線形式

(2)(1)三相星形接線(2)兩相星形接線(不完全星形接線)

三相星形接線方式的保護對各種故障都能動作。

兩相星形接線的保護能反應(yīng)各種相間短路，但B相發(fā)生單相短路時.，保護裝置不會動作。

（3）電流差接線

三相短路時流過繼電器電流是、△倍的短路電流；AC兩相短路時流過繼電器電流是2倍的短路電流;

AB或CB兩相短路時流過繼電器電流基1倍的短路電流。

接線系數(shù)Kjx:流過繼電器的電流IJ與電流互感器二次側(cè)短路電流之比,數(shù)值為

2、故對兩相電流差接線方式，在對稱運行或三相短路時，Kjx..：在AC兩相短路時，Kjx=2：在AB或BC兩相短

路時,Kjx=l。對十三相和兩相星形接線方式任何短路型式Kjx=l.

3、各種接線方式在不同故障時的性能分析

（1）中性點直接接地或非宜接接地電網(wǎng)中的各種相間短路。

<2）前述三種接線方式均能反應(yīng)這些故障，不同之處在于各種接線的保護裝置靈敏度有所不同。

（3）中性點非直接接地電網(wǎng)中的兩點接地短路。

在中性點非直接接地電網(wǎng)（小接地電流）中，對于兩點接地故障，希望只切除?個故障點。

①串聯(lián)線路上兩點接地情況

如下圖所示，在dA點和dB點發(fā)生接地短路。若保護I和保護2均采用三相星形接線時，10（）%地只切除線

路故障。如采用兩相星形接線，只能有2/3的機會有選擇地切除后面的一條線路。

②放射性線路上兩點接地情況

如下圖所示,在dA、dB點發(fā)生接地短路時：

如采用三相星形接線時,兩套架護均將起動。

如采用兩相星形接線，則保護有2/3的機會只切除任一線路。

因此,在放射性的線路中，兩相星形比三相星形應(yīng)用較廣。

③對Y,dl1接線變壓器后面的兩相短路

當(dāng)△側(cè)發(fā)生AB兩相短路時，該側(cè)電流相量圖如下圖(b)所示。Y側(cè)電流相量圖，如下圖(C)所

zjxo

結(jié)論:三相星形接線比兩相星形接線靈敏系數(shù)增大一倍。

過電流保護接于降壓變壓辭的高壓側(cè)(Y側(cè))以作為低壓側(cè)(△側(cè))線路故障的后備保護時，不同接

線形式的保護有其不同的特點。

(a)采用三相星形接線時，則B相上繼電器中的電流較其它兩相大一倍。因此靈敏系數(shù)增大一倍。

(b)采用兩相星形接線時，使B相的電流遺失，不能使保護的靈敏度得到充分提高。故在兩相星形接

線的中線上再接入一個繼電器,從而提高了這個繼電器的靈敏度。

(c)采用兩相電流差接線時，流入繼電器的電流為零，保護不動作。因此，這種接線方式不能用來保

護變壓器。

3.各種接線方式的應(yīng)用范.

(1)三相星形接線方式能反應(yīng)各種類型的故障，用在中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路的保護，同時

也可保護單相接地。

(2)兩相星形接線方式較為經(jīng)濟簡單，能反應(yīng)各種類型的相間短路。主要應(yīng)用在35千伏及以下電壓等級的中

性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，廣泛地采用它作為相間短路的保護。

（3）兩相電流差接線方式接線簡單，投資少，但是靈敏性較差，這種接線主要用在6-10千伏中性點不接地

系統(tǒng)中，作為饋電線和較小容量高壓電動機的保護。

十、反時限特性的過電流保護

1、感應(yīng)型電流繼電器（GL?10系列）

繼電器結(jié)構(gòu)GL-10感應(yīng)式電流繼電器的結(jié)構(gòu)如圖2-34所示由感應(yīng)系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)組成，它們分別構(gòu)成反時

限部和無時限部分。

12

（2）工作原理

當(dāng)線圈通以交流電流I時，線圈的安匝磁勢IW在鐵芯中產(chǎn)生磁通中1,在鐵芯的?個分支上的短路環(huán)中的磁

通中2不能突變，中2滯后于91一個角度,在鋁盤產(chǎn)生Mdc,當(dāng)Mdc克服了彈簧的反轉(zhuǎn)矩Ml吐整個框架將

繞軸18順時針方向轉(zhuǎn)動。蝸輪蝸桿嚙合，這時稱為繼電器起動。所需的安匝數(shù)稱為繼電器的起動安匝。繼

電相起動以后，扇形輪隨蝸轉(zhuǎn)動而，升，扇形輪升高到一定程度時，接點閉合。

（3）時限特性

扇形輪在最低位置與最高位置,繼電器動作時間與電流的關(guān)系曲線如下圖所示。

當(dāng)電流增大時,動作時限減少,如圖中ab部分，具有反時限特性。

當(dāng)電流大到一定值時,鐵芯飽和，在圖上出現(xiàn)曲線1.2的平直部分,具有定時限特性。

當(dāng)電流繼續(xù)增大時，銜鐵瞬時被吸下,橫擔(dān)將接點閉合,如圖中de部分,具有速斷特性。

2.反時限過電流保.

（1）工作原理反應(yīng)電流增大而動作，其延時與通入電流的平方成正比，一般可作6~10kV線路或電動

機的保護。

（2）整定計算動作電流的整定原則與定時限過電流保護相同，即

...K?K.

J--KW___二aJ

dz〃fmax

靈敏度校驗：Kh

/（2）

rzd.min本末、,U

K阮=-Y—N15

時間整定

①兩級反時限過電流保護的配合：

反時限繼電器的延時與被保護線路短路點位置的關(guān)系如下圖所示。若已知保護2反時限過電流保護

的整定參數(shù)，其反時限動作曲線如下圖曲線2所示。在保護1.保護2反時限過電流保護重疊保護區(qū)內(nèi)，只要

在電源側(cè)的起始點dl處用動蚱延時保證選擇性，重疊保護區(qū)的其他部分都能保證選擇性，dl點叫配合點，在

配合點的

\QF=12QF+△/

②反時限過電流保護與電源側(cè)的定時限過電流保護配合

如下圖所示。已知1QF定時限過電流保護的整定參數(shù)，1QF過電流保護的保護范圍到dl點，2QF反時

限過電流保護的時間特性如下圖中的t2QF所示。重置保護區(qū)的末端dl叫配合點，此點發(fā)生故障時若能保

證選擇性,則整個重疊保護區(qū)都能保證選擇性。在配合點dl

3接線.

反時限過電流保護多用卜10kV線路及電動機保護。電流互感器采用兩相星型接線,如下圖所示。

母線

4.反時限過電流保護應(yīng)用范圍

優(yōu)點:在線路靠近電源處經(jīng)路時,短路電流大,動作時限短且保護接線簡單。

缺點：時限的配合較復(fù)雜，當(dāng)短路點存在較大的過渡電阻時，或在最小運行方式下遠處短路時，由于Id

較小，保護的動作時限可能較長。因此反時限過電流保護主要用在6?10千伏的網(wǎng)絡(luò)中，作為饋線和電動機

的保護。對1()千伏以上的網(wǎng)絡(luò)，由于上述缺點一般都不采用。

第二節(jié)多側(cè)電源電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護

一、方向性電流保護的工作原理

1、問題的提出

(1)短路點：dl：要求t6Vtl］無法滿足要求

d2：要求tl<t6j0

(2)dl點短路：若id>I',保護1題。

dl點短路:保護1的短路功率由線路指向母線，保護6的短路功率由母線指向線路。

d2點短路:保護1的短路功率由母線指向線路，保護6的短路功率由線路指向母線。

利用這個特點可構(gòu)成一種保護.這種保護要求：凡是流過保護的短路功率是由母線指向線路時

（正），保護就起動；凡是流過保護的短路功率是由線路指向母線時（負），保護就不起動。

dl點短路：保護2.367、起動，根據(jù)階梯時限原則t2<t3,t6<t7，保護2和6動作，保護3.7返回,

從而保證有選擇地切除故障

d2點短路:保護1.2.3.7起動,II<12<13,故保護1和7起動，保護2.3返回,

判斷短路功率方向，一般采用功率方向繼電器。

(b)

dl點短路時：Pdl=UIdlcosI為正俏，功率方向繼電器動作。

d2點短路時：Pd2=UId2cos2為負值,功率方向繼電器不動作。

式中（P為電壓U與電流I之間的夾角

3.方向過電流保護

方向過電流保護:增加了功率方向元件的過電流保護。即是利用功率方向元件與過電流保護配合使用的

一種保護裝置,其原理接線圖下圖所示。

（2）功率方向符合規(guī)定的正方向一

正常運行時：KA不起動，縣簸點打開-KT不起動一不發(fā)跳閘脈沖,

區(qū)外故障時：KPR不起動，KA起動-KT不起動一不發(fā)跳閘脈沖6

區(qū)內(nèi)故障時：KPR起動，縣般點閉合］。

L：~~?KT起動一發(fā)出跳閘脈，

KA起動，縣觸點閉合

—?切除故障“

二.整流型功率方向繼電.

組成：電壓形成回路、比較回路、執(zhí)行元件

1.電壓形成回路

電壓形成回路把輸入的交流電壓或電流以及它們的相位，經(jīng)過小型中間變壓器或電抗變壓器轉(zhuǎn)換成

便于測量的電壓，該電壓經(jīng)整流濾波后變成與變流量成正比的直流電壓，然后送到比較回路進行比較，以確

定繼電器是否動作，最后由執(zhí)行元件表示繼電器的工作狀態(tài)（動作或返回）。

（1）、電抗變換器（TX）

作用：將輸入的一次側(cè)較大電流量按比例地變換成二次側(cè)的

較低電壓U2o

U2=KJje網(wǎng)

式中：KJ—電抗變換器的變換系數(shù).

也為A的相位差角。

（2）電壓變換器（TM）

作用：將一次側(cè)的強電壓成比例地變換成二次側(cè)的弱電壓。

j90r

U2=Ku-Uje

式中KU為電壓變換器的變換系數(shù)。

式中：KJ—電抗變換器的變換系數(shù).

視為2/的相位差角。

a.相位比較式：

設(shè)以電網(wǎng)對地電壓為基準且為正，電流由母線流向線路為電流的正方向。當(dāng)電壓與電流之間的相位角

小于90°時，對應(yīng)的輸出功率為正；電壓與電流之間的相位差大于90°時，輸出功率為負，正功率的條件就

是：

功率方向繼電器是反應(yīng)正功率動作，負功率不動作的繼電器，也就是說，功率方向繼電器反應(yīng)加于繼電

器的電壓及電流之間的相位差小。令

D=KuUj-e”。。

動作條件變?yōu)?

b.幅值比較式

當(dāng)CD=9/時，[4|=|g|,即。=90°,繼電器動作的邊界條件。

當(dāng)。2<9於時,%|>|5|,即。<90。,繼電器動作。￥

當(dāng)。^>好時,[4|<[5],即。>90。，繼電器丕動作。"

(2)幅值比較回路

即把和分別整流后進行幅值比較，分為均衡電壓式和循環(huán)電流式。

a.均衡電壓式:其原理接線如下圖所示。

整流后接于電阻RI,R1兩端電壓為Ua,整流后接于電阻R2,R2兩端電壓為Ub。作為執(zhí)行元件

的繼電器J接于兩個電壓之差上,反應(yīng)于Ua-Ub=Uab而動作。

在上施種殿中,當(dāng)|明8時，國域kk>為正，觸隨流從正祠就縹螭，執(zhí)行元股頻作;當(dāng)那1B助以

流從反方向前觸器,執(zhí)行講砸該動作。因1L處須要期行元件照方向性…

3.執(zhí)行元件

極化繼電器：由繞組，永久磁鐵,可動舌片，接點，鐵芯等組成。

主要特點：繼電器的可動舌片處于兩個磁通的作用之下，一個是由線圈的電流產(chǎn)生的工作磁通，另一個

是由永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通（它的方向是不變的）。

極化磁通小j^N極流出后就分為兩部分，小jl經(jīng)過空氣隙1而連通.g2經(jīng)過空氣隙2而連通。

<1>?=4>g+<bji

4>2=6j2-6g

當(dāng)線圈沒有電流時，2<1,2>1,舌片被吸引向右邊，接點斷開.

當(dāng)線圈中通以電流Ij時，4>1>4）2時，舌片被吸向左惻磁極,繼電器觸點閉合，對應(yīng)此時所加入的電流,

即為繼電器的起動電流。

繼電器動作以后，逐漸減小工作電流，則eI減小，62增加，當(dāng)小2>61時，則舌片乂被吸向右側(cè)磁極,

繼電器返回。

當(dāng)繼電器線圈通入相反方向的電流時，1的磁通加強，2的磁通減弱,繼電器不動作。

結(jié)論:該繼電器的動作具有方向性。

如果把極化繼電器的工作線圈，接入幅值比較回路，且當(dāng)Uab（或Ia-Ib）為正時，使繼電器動作，那么,

當(dāng)Uab（或Ia-Ib）為負時,它就不動作，正好滿足繼電器具有方向性的要求。

整流型繼電器:用極化繼范器作為執(zhí)行元件而構(gòu)成的繼電器。

4.動作特性

功率方向繼電器的動作特性示于卜.圖。

由/）和.構(gòu)成的直線代表這種功率方向繼電器的動作特

性線.此直線的右側(cè)半個平面為繼電器的動作范圍.當(dāng)Ij位于的位置，

即垂直于動作特性線時，/

超前于。了的角度為。=90°-中心

繼電器動作最靈敏，故『j代表的直線稱為繼電器的最大靈敏線.Q為繼

電器的內(nèi)角?

如廣。稱為繼電器的最大靈敏角，它代表繼電器最靈敏時，2卷后于

Uj的角度-一

5.舉一實例

三、相間短路功率方向繼電器的接線方式

對方向繼電器的要求：

1.正方向任何形式的短路，魅電器都能動作；反方向短路，繼電器不動作。

2、故障以后，加入繼電器能電流和電壓盡可能大,靈敏度盡可能高。

反應(yīng)相間短路的方向繼電器廣泛采用90。接線。所謂90°接線是假設(shè)三相電壓對稱負載為純電阻

時，對任何一個方向繼電器所施加的電流和電壓相位相差90’的一種接線方式。如下圖所示。

三個繼電器分別按IA、UBC、品、?；蚝虸c、11AB-

過電流方向保護原理接線如卜圖所示。

對方向繼電器的接線應(yīng)注意電流線圈和電壓線圈的極性，極性接反了就會造成正方向短路拒動，反方

向短路誤動的后果。

1.三相對稱短路

KE落后于與L/j的角度為：9=q)d-<Pk=<Pd-900+a

一般而言,()°<d<90。,為使方向繼電器在任何d情況下均動作，必須使-90°<。<90°,即

-90°vd-900+a<90°,所以0°<d+a<180°

當(dāng)d=0°時,0°va<180°

當(dāng)d=90°時,-900<a<90°

同時滿足以上兩個條件為:0°<a<90°

2.正方向兩相短路

I)、短路點位于保護四口處

設(shè)B.C兩相短路,短路阻抗Zd右0,此時的相量圖如下圖所示。

短路點電壓為Ua=[J(ia=Ea

UB=U(iB=-jEA

Uc=Ude=-■EA

2

A相繼電器:IA機0,故維電器不動作。

B相繼電器：IjJB-IB

UJB=UCA

8R=(P<I-(Pk=(pd-90°+a.

C相繼電器：=

UJC=UAR

0c=(pd-(pk=(pd-900+a

繼電器動作條件:-90°v<90°

若在0。<d<90。的范圍內(nèi)，使繼電器均能動作，選擇內(nèi)角a為

00<a<90°

(2)、短路點遠離保護安裝地點

Zd》ZS-0,相量圖如下圖所示。

保護安裝地點的電壓為：UA=￡AUR帶EBUc襠Ec

B相繼電器:0B=-(OK-(Od-30°))=0d-0k-30°=Od-120°+a

繼電器動作條件-90。<OB<90。,當(dāng)