电网的电流保护和方向性电流保护

第二章 电网的电流保护和方向性电流保护 第一节 单测电源网络相间短路的电流保护配置：一、电流速断保护（第Ⅰ段）：对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。

1、短路电流的计算：图中、1――最大运行方式下d(3)2――最小运行方式下d (2) 3――保护1第一段动作电流ds ds d l Z Z E Z Z E I 1)3(+=+=φφ ds d d l Z Z E I I 1)3()2(2323+==φ 可见，I d 的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：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的方式。

（Z s.min ） 最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。

（Z s.max ） 2、整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定max ..1.B d k dz I K I ⋅=I I 注①）参看15(3.1~2.1p K k =I保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。

（I dZ ）I1.dz I 在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a 、b 点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长三段式主保护 后备保护灵敏性：用保护范围的大小来衡量 l max 、l min 一般用l min 来校验、%100min⨯ll 要求：≥（15～20）％ 希望值50％ 方法：① 图解法② 解析法：min.1max 1.23d s dZ l Z Z E I+=I φ 可得)23(1%100max 1.min s dZ L Z I E Z l l -⋅=⨯I φ式中 Z L =Z 1l ――被保护线路全长的阻抗值 动作时间t =0s 3、构成中间继电器的作用：① 接点容量大，可直接接TQ 去跳闸② 当线路上装有管型避雷器时，利用其固有动作时间（60ms ）防止避雷器放电时保护误动 4、小结 ① 仅靠动作电流值来保证其选择性 ② 能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。

二、限时电流速断保护（第Ⅱ段） 1、 要求 ① 任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性 ② 在满足要求①的前提下，力求动作时限最小。

因动作带有延时，故称限时电流速断保护。

2、 整定值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。

即整定值与相邻线路第Ⅰ段配合。

动作电流：I ∏∏⋅2.1.dZ k dZ I K I ＝ 非周期分量已衰减）(2.1~1.1=∏k K 动作时间：t t t t ∆=∆+=I ∏21 Δt 取0.5"，称时间阶梯，其确定原则参看P18.灵敏性：∏=1.min.dZ dB lm I I K 要求：≥1.3～1.5 若灵敏性不满足要求，与相邻线路第Ⅱ段配合。

此时：动作电流：∏∏∏⋅2.1.dZ k dZ I K I ＝ 动作时间：t t t ∆+=∏∏213、 构成：与第Ⅰ段相同：仅中间继电器变为时间继电器。

4、 小结：① 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长 ② 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性 ③ 与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的金后备保护。

三、定时限过电流保护（第Ⅲ段） 1、 作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。

其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。

2、 整定值的计算和灵敏性校验：1）、动作电流：①躲最大负荷电流 max .1.f k dZ I K I ⋅ⅢⅢ＝ （1）②在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。

电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数K Zqmax .max f Zq Zq I K I = m a x.m a x f Zq k Zq k h I K K I K I ⋅⋅=⋅=ⅢⅢ max f hZq k h hdZI K K K K I I ⋅⋅=ⅢⅢ＝ （2）式中，25.115.1～＝Ⅲk K 3~3.1=Zq K 85.0=h K显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，K h 越大，I dZ 越小，K lm 越大。

因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。

（过电流继电器的返回系数为0.85～0.9） 2）、动作时间在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。

例如：下图中d 1短路时，保护1～4都可能起动。

为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。

即ⅢⅢⅢⅢ4321t t t t >>>、t t t ∆+ⅢⅢ＝43 、t t t ∆+ⅢⅢ＝32、t t t ∆+ⅢⅢ＝21 ―――――阶梯时间特性注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合3）、灵敏性 近后备：3.1min.11≥=ⅢⅢdZd lm I I K I d 1.min ―――本线路末端短路时的短路电流远后备：2.1min.22≥=ⅢⅢdZd lm I I K I d 2min ―――相邻线路末端短路时的短路电流 3、 构成：与第Ⅱ段相同Ⅲ 4、 小结： ① 第Ⅲ段的I dZ 比第Ⅰ、Ⅱ段的I dZ 小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ段更高； ② 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； ③ 保护范围是本线路和相邻下一线路全长； ④ 电网末端第Ⅲ段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（Ⅰ＋Ⅲ或Ⅲ），越接近电源，t Ⅲ越长，应设三段式保护。

四、电流保护的接线方式1、 定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。

2、 常用的两种接线方式：三相星行接线和两相星行接线。

1）、三相星行接线的特点：① 每相上均装有CT 和LJ 、Y 形接线 ② LJ 的触点并联（或） 2）、两相星行接线的特点：① 某一相上不装设CT 和LJ 、Y 形接线 ② LJ 的触点并联（或）（通常接A 、C 相）上述两种接线方式中，流入电流继电器的电流I J 与电流互感器的二次电流I 2相等。

接线系数： 12==I I K Jc o n 3、 I dZ 与I dZ..J 之间的关系：21I I n l =l J dZ dZ n I I =∴. 或ldZ J dZ n I I =. 4、 比较：① 对各种相角短路，两种接线方式均能正确反映。

② 在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，一般只要求切除一个接地点，而允许带一个接地点继续运行一段时间。

串联线路a 、 三相星行接线：保护1和保护2之间有配合关系，100％切除NP 线b 、 两相星行接线：2/3机会切除NP 线。

（即1/3机会无选择性动作） 并行线路上：（可能性大）a 、三相星行接线：保护1和保护2同时动作，切除线路Ⅰ、Ⅱ。

b 、 两相星行接线：2/3机会只切一条线路。

③ Y ／△接线变压器后d (2)以Y ／△－11接线降压变为例 )2(AB d∆∆-=B A I I .. 0.=∆C I∆==A c a I I I ...31 ∆-=A b I I ..32Y C Y A I I ..= YA YB I I ..2-=结论：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与它们反相位Y ／△－11升压变：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。

（作业：推得此结果） ④ 经济性：两相星行接线优于三相星行接线 三相星行接线灵敏度是两相星行接线的两倍针对措施：在两相星行接线的中线上再接入一个LJ ，其电流为：l YB l YC Y A n I n I I //)(...-=+，以提高灵敏性。

5、 应用三相星行接线：发电机、变压器等（要求较高的可靠性和灵敏性）。

两相星行接线：中性点直接接地电网和非直接接地电网中。

（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的两相上。

） 五、评价： 1、 选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠I dZ 、t ），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。

2、 灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。

——电流保护的缺点 例：第Ⅰ段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；第Ⅲ段：长线路重负荷（I f 增大，I d 减小），灵敏性不满足要求。

3、 速动性：第Ⅰ、Ⅱ段满足；第Ⅲ段越靠近电源，t 越长——缺点 4、 可靠性：线路越简单，可靠性越高——优点 六、应用范围：35KV 及以下的单电源辐射状网络中；第Ⅰ段：110KV 等，辅助保护 作业：习题集：P11,题1；预习实验一、二第二节 电网相间短路的方向性电流保护一. 问题的提出双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。

对电流速断保护：d1处短路，I dz I dz I I I 213>> d2处短路，I dz I dz I I I 312>> 对过电流保护：d1处短路，23t t >d2处短路，32t t >有选择性，但是产生了矛盾。

上述矛盾的要求不可能同时满足。

原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。

解决办法：加装方向元件——功率方向继电器。

仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。

这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。

保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配 合。

而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决。

二、功率方向继电器的工作原理电流规定方向：从母电流向线路为正。

电流本身无法判定方向，需要一个基准——电压。

d1处短路 d2处短路111d A d NA l Z I U ∙=∙∙212d NA l Z I U ∙-=∙∙11arg d Ad NA I U φφ==∙∙180arg 21+==∙∙d Ad NAI U φφ 900<<φ 270180<<φ 0cos >=φA A I U P 0cos <=φA A I U P因此：利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。

实现：1、最大灵敏角：在UJ 、IJ 幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。

当输出为最大时的相位差称最大灵敏角lm φ。

2、 动作范围： 90±lm φ动作方程：90arg90≤≤-∙-∙Jj J I e U lmφ或lm JJ lm I U φφ+≤≤+-∙∙90arg 903、 动作特性:当,60,,1 ===∙∙∙∙d A J A J I I U U φ线路发生三相短路 所以 601==d lm φφ4、 死区：当正方向出口短路时，0≈=A J U U ，GJ 不动——电压死区。