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1、电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校自动化系,第二章,电网的电流保护,主要内容,（一）单侧电源电网相间短路的电流保护,（二）多侧电源电网相间短路的方向性电流保护,（三）中性点直接接地电网中零序电流及方向保护,（一）单侧电源电网相间断路的电流保护,1、电磁型继电器电磁型继电器分类：螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式电磁型继电器的原理：利用电磁原理工作吸引衔铁式的结构组成：线圈、可动衔铁、电磁铁、止档 触点、反作用弹簧吸引衔铁式的工作原理：线圈中通入电流IJ后产生磁通，正比于，磁通形成的磁路为铁芯、空气隙和可动舌片，磁通使舌片磁化，舌片和铁芯磁极之间产生电磁力，其大小与2成正比，此电磁力作用
2、于舌片上形成的电磁转矩：上式中，比例常数气隙长度,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,(2.1),华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,阻力矩包括两个部分：弹簧的反抗力矩和摩擦力矩弹簧的反抗力矩包括初始力矩和空气隙长度变化引起的力矩,比例常数继电器的阻力矩：继电器动作条件：动作电流：使继电器动作的最小电流称为动作电流，记为剩余力矩：继电器返回条件：,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,返回电流：使继电器返回原位置的最大电流，记为，对应的电磁转矩为继电器的返回系数：返回电流与启动电流的比值，即,继电器动作,继电器动作,动作电流的调整方法：改善继电器线圈匝数改变弹簧的张力改变
3、初始空气隙长度,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,2、电流互感器电流互感器的原理：将线路中的大电流变成1A或者2A的小电流为互感器一二次绕组匝数电流互感器的极性：当一次绕组中的电流由流入，二次绕组的电流由流出，这种标注的方式称为减极性标注电流互感器的等值电路及相量图,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,电流互感器的误差分析电流误差稳态短路电流引起的误差暂态短路电流引起的误差,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,、电压互感器电磁式电压互感器的原理：与变压器原理相似，其等值电路 如下电磁式电压互感器的误差分析 电容式电压互感器,
4、华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,5、无时限电流速断保护(电流段)几个基本概念 系统的最大运行方式 被保护线路末端发生短路时,系统等值阻抗最小,而通过保 护装置的电流为最大的运行方式 系统的最小运行方式 被保护线路末端发生短路时,系统等值阻抗最大,而通过保 护装置的电流为最小的运行方式 最大短路电流 在最大运行方式下流过保护装置的短路电流最大 最小短路电流 在最小运行方式下流过保护装置的短路电流最小 保护装置的启动值 使保护装置启动的最小电流值 保护装置的整定 根据对继电保护装置的要求,确定保护装置的启动值、灵 敏系数、动作时限等,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,工作原理
5、 在线路的保护范围内,反映电流的增大而能瞬时动作切除故障的电 流保护,一般情况下速断保护只能保护被保护线路的一部分 单侧电源供电线路,短路时流过保护装置的短路电流 由上面两式可知流过保护装置的短路电流与短路点的位置、系统的 运行方式和短路的类型有关,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,整定计算 动作电流 保证选择性,保护装置的启动电流应按照躲开下一条线路出口处短路时,通过保护的最大短路电流来整定,即 保护范围 要求:计算方法:,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,动作时限 没有人为延时,只有继电保护固有动作时间,由于动作时间较小可认为t=0s,华中科技大学武昌分校,电力系统继电
6、保护原理,6、限时电流速断保护(电流段)工作原理 考虑要保护本条线路的全长,限时电流速断电流保护的保护范 围必须要延伸到下一条线路中,在下条线路出口发生短路时,能 切除故障 保证速动性 保证选择性 整定计算 动作电流按照躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定 动作时限保证选择性一般取0.5S,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,当线路上装设了电流速断保护和限时电流速断保护后，二者联合可以将全线故障在0.5S内全部切除，且满足速动性的要求，具有这样的保护称为主保护 灵敏度校验 保护范围内发生故障和不正常运行状态时,保护装置的反应能力被保护线路末端两相短路时流过限时速断保护的最
7、小短路电流 限时电流速断保护的动作电流保护接线图原理接线图展开图限时速断保护的特点结构简单，动作可靠，能够保护本条线路的全长，但不能作为相邻元件的后备保护,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,7、定时限过电流速断保护(电流段)工作原理 反应电流的增大而动作,既能保护本条线路的全长又能保护下一条 线路全长 整定计算 动作电流 躲开被保护线路的最大负荷电流,且在自启动电流下继电器能可靠的返回 可靠系数自启动系数继电器返回系数被保护线路最大负荷电流,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,动作时限 保证动作的选择性，其保护动作延时应该比下一条线路动作时间增长一个时限阶段 灵敏度校验要求对
8、本条线路及下一条线路相间故障都有反应能力，所以作为本条线路的近后备的灵敏度要求满足作为下条线路的远后备保护的灵敏度要求满足,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,定时限过电流保护的特点 结构简单,工作可靠,不仅能作为本条线路的近后备保护,而且能作为下一条线路的远后备,8、电流三段保护的小结 电流速断保护保护只能保护本条线路的一部分；限时电流速断保护 能保护线路的全长,但不能作为下一条相邻线路的远后备;定时限过 电流保护可以做为本条线路和下一段相邻线路的后备保护 由电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护相互配合 构成的一整套保护称为三段式保护 配电线路并不一定都要装设三段式电流保
9、护 三段式电流保护的优点是简单可靠,缺点是受运行方式和短路电流的 类型的影响,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,9、电流保护的接线方式 电流三段保护的单相原理接线图和展开图 三相星形接线，在三相短路、两相短路、单相接地短路都能动作 两相星形接线，在B相上不装电流互感器和继电器，在三相短路、两相短路、单相接地短路都能动作，但是B相发生单相短路时，保护不动作 两相电流差接线，三相短路时，流过继电器的电流是倍短路电流；AC两相短路时流过继电器的电流是2倍的短路电流；AB或CB两相短路时流过继电器的电流是倍的短路电流流过继电器的电流与电流互感器二次侧短路电流的关系：两相和三相星形两相电流差方
10、式下，对称或者三相短路两相电流差方式下，AC短路 两相电流差方式下，AB或BC短路,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,、方向性电流保护的工作原理A)三段式式电流保护在多侧电源电网中存在的问题分析：单侧电源电网中，电流保护安装在母线的一侧，即靠近电源一侧 单侧电源电网中，发生故障时短路功率的方向是从母线流向线路双侧电源电网中，线路两侧都安装保护装置在双侧电源电网中，只采用三段式电流保护，会出现误动 产生误动的原因是所保护线路反方向发生故障时，由另外一个电源供给的短路电流引起，并且引起误动的电流是从线路流向母线，与内部故障时的短路功率相反 B)解决问题方法在可能误动的保护上装设功率方向闭
11、锁元件方向性电流保护原理：方向性保护是指当短路功率从母线流向线路时（内部故障）动作而当短路功率由线路流向母线时不动作的保护，即使继电保护具有一定的方向性,（二）多侧电源电网相间断路的方向性电流保护,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,2、方向性电流保护原理接线图 方向过电流保护由方向元件（功率方向继电器）、电流元件（电流互感器和电流继电器）和时间元件（时间继电器）组成功率方向继电器的构成原理,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,、接地故障时零序电流、零序电压和零序功率的特点 零序电流可以看成是故障点出的零序电压产生的故障点零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低零序电流的分布，
12、是由线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置决定的，而与电源的数量和位置无关故障线路零序功率的方向和正序相反，是由线路流向母线的保护安装点的零序电压和零序电流之间的相位差取决于后面元件的阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关在系统运行方式变化时，正负序阻抗的变化，引起正序电压、负 序电压和零序电压的大小2、零序电压滤过器和零序电压互感器序阻抗是三相参数对称时，元件两端某一序点电压与同一序电流比值,（三）中性点直接接地电网中接地短路的零序电流和方向保护,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,零序电流可以看成是故障点出的零序电压产生的故障点零序电压
13、最高，离故障点越远，零序电压越低零序电流的分布，是由线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置决定的，而与电源的数量和位置无关故障线路零序功率的方向和正序相反，是由线路流向母线的保护安装点的零序电压和零序电流之间的相位差取决于后面元件的阻抗角，而与被保护线路的零序阻抗和故障点的位置无关在系统运行方式变化时，正负序阻抗的变化，引起正序电压、负 序电压和零序电压的大小2、零序电压滤过器和零序电压互感器序阻抗是三相参数对称时，元件两端某一序点电压与同一序电流比值零序电压滤过器：存在不平衡电流，用三个互感器零序电流互感器：不存在不平衡电流，因为只用一个互感器零序电压互感器：三个单相电压互感器和三相五柱式,
