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1、输电线路的电流保护输电线路的电流保护学习目标：了解继电保护的四项要求掌握常用几种电流保护的工作原理掌握三段式电流保护的原理和电路构成。输电线路的电流保护继电保护的基本要求：选择性：电力系统某部分发生故障时要求保护装置有选择性地切除故障设备，保证非故障部分继续运行。快速性：在保证选择性的基础上尽快切除故障设备，减轻电流对设备的损坏程度，提高系统稳定性和快速熄灭电弧。切除时间=保护装置动作时间+断路器跳闸时间。动作时间0.02-0.04秒，油断路器跳闸0.1-0.15秒，开关断路器0.05-0.08秒灵敏性：保护装置对保护范围内的故障和不正常工作状态的反应能力。对保护范围内的故障都能正确动作，有足
2、够的灵敏度，但保护范围外的故障都不应该动作。可靠性：投入运行的保护装置应随时处于良好状态，被保护设备发生故障和不正常状态时应有选择性地快速地正确动作。输电线路的电流保护输电线路的电流保护相间短路、接地是输电线路经常发生的故障，其特点表现为线路中电流突然增大、电压突然降低。电流保护就是利用电流突然增大引起电流继电器动作的保护。电压速断保护则是利用电压突然下降构成的保护电流保护的分类：定时限过流保护、无时限电流速断保护、延时电流速断保护、反时限过流保护等。一、线路定时限过流保护要求：应能保护被保护线路的全长，也能保护下级相邻线路全长。作用：应能起到近后备与远后备保护的作用。（1）工作原理当K点短路
3、电流大于保护装置1、2、3的动作电流时，保护装置1、2、3都将起动。这与继电保护的选择性要求不符。按选择性要求，离K点最近的QF3应该先动作，断开QF3后保护装置1、2应立即返回。设计：从用户到电源使各级保护装置动作时间逐级增加，保证保护动作的选择性,越靠近电源端，保护动作延时越长。（甲图）乙图时限级差时限级差乙图的形状象一个阶梯，称为梯阶形时限特性。时限级差通常为0.350.7秒，一般取0.5秒。由于保护动作的时限是固定的，与短路电流的大小无关，故称为定时限过电流保护。每一线路的定时限过电流保护除保护本线路外，还应作为相邻下一线路的后备保护。如线路L3故障时由于种种原因保护装置3不动作或QF
4、3拒跳，保护装置2应该动作，跳开QF2。同理，保护装置1应为保护装置2的后备保护。乙图的形状象一个阶梯，称为梯阶形时限特性。时限级差通常为0.350.7秒，一般取0.5秒。（2）整定要求1）在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作，即要求躲过最大负荷电流。2）相邻线路短路故障切除后，前级保护应可靠返回，不再动作。特点：（特点：（1）按时间来保证选择性，每级时差按时间来保证选择性，每级时差0.5秒左右秒左右 （2）越靠近电源延时越长越靠近电源延时越长,t太长太长快速性被破坏快速性被破坏 （3）灵敏度好灵敏度好 （4）可靠性高可靠性高 （3）单相式原理接线电流互感器TA的作用：把一次电流按
5、比例转换为二次电流 一、二次绕组间的绝缘和隔离。时间继电器KT的作用是设置延时时间二、电流保护的接线方式保护接线要求：1）能反映各种类型的相间短路故障 2）在小电流接地系统中发生不同线路不同相别两点接地，）在小电流接地系统中发生不同线路不同相别两点接地，要求尽可能只切除一条线路，另一条继续运行。要求尽可能只切除一条线路，另一条继续运行。三种基本接线方式三相三继电器完全星形接线两相两继电器不完全星形接线两相三继电器不完全星形接线电流保护接线是指电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。（1）三相三继电器完全星形接线特点:三相电流互感器二次绕组与三个电流继电器分别按相连接成完全星形，三个继
6、电器触点并联。应用对象和作用三相三继电器接线方式一般用在110KV及以上的中性点直接接地系统中，所反应的是各种相间短路和单相接地短路。三个互感器二次侧的额定电流为5A，但互感器的实际电流不一定是5A。电流互感器的二次侧必须接地（安全原因）。(2)两相两继电器接线特点:只有两相装设电流互感器。应用范围：中性点不接地的小电流系统。应用对象和作用两相两继电器接线方式一般用在10KV、35KV小电流接地系统中，所反应的只是各种相间短路、但不能完全反应单相接地短路。这种接线方式要求整个电网的电流互感器装设在相同的相别上，一般在A、C相。特点：单相接地对中性点不接地系统属于不正常运行状态，允许继续运行一段
7、时间。作用：可提高供电可靠性（三相电压仍平衡）。为什么要求两个电流互感器必须安装在同名相？根据对两条线路不同地点发生不同相别两点接地故障出现的各种组合的统计结果，会出现下面三种情况：*两条线路同时跳闸 *只有一条线路跳闸 *两条线路的保护装置全都不动作。两个电流互感器安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时保证有2/3的机会只切除一条回路。两个电流互感器不是安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能同时切除两回路1K两个电流互感器不是安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能两回路保护装置都不动作。两个电流互感器即使安装在同名相，两条线路不同地点不同相别接地时可能扩大停电范围（
8、1/3可能机会）这是这种接线方式的缺点。结论在两回路上不同地点、不同相别发生两点接地短路时，若保护具有相同的动作时间，采用两相式接线有2/3的机会只切除一条回路，这是两相式接线的优点。若在串联线路上发生两点接地短路，有1/3机会误切除近电源的故障点，扩大了停电范围，这是两相式接线的缺点。（3）两相三继电器接线特点：中性线上的电流继电器KA3测量到B相电流。采用此接线的目的：为了提高Y，d变压器发生两相短路的灵敏度。当Y，d变压器三角形侧发生三角形侧发生两相短路时，Y侧三相短路电流大小不相等，故障相电流是其它两相电流的两倍。若采用两相两继电器接线，有可能无法测量到最大相的电流，保护的灵敏度将受到
9、影响。而采用两相三继电器接线，可确保测量到全部三相短路电流，所以灵敏度得到提高，这种接线方式广泛应用于Y，d接线变压器的远后备保护。电流保护三种接线应用条件 中性点直接接地系统应采用三相三继电器接线；中性点不接地系统只能采用两相式接线；作为Y，d变压器远后备保护，应采用两相三继接线。小结：定时限过电流保护动作电流按最大负荷电流条件整定，动作时间按阶梯原则确定。两种接线方式的分析：两种接线方式的分析：相间短路分析相间短路分析对大电流接地系统对大电流接地系统完全星形可以反应：完全星形可以反应：三相、两相短路，两相短路接地、三相、两相短路，两相短路接地、接地故障接地故障 不完全星形可以反应：不完全星
10、形可以反应：三相、两相短路、两相短路接地、三相、两相短路、两相短路接地、A相或相或C相接地故障；相接地故障；但但B相接地故障无反应。相接地故障无反应。所以：所以：110KV及以上系统要采用完全星形接线及以上系统要采用完全星形接线。对小电流接地系统对小电流接地系统完全星形和不完全星形都能反应相间短路故障完全星形和不完全星形都能反应相间短路故障两种接线方式的分析：两种接线方式的分析：小电流接地系统不同线路小电流接地系统不同线路 不同相别两点接地情况分析不同相别两点接地情况分析(a)串行线路串行线路完全星形：完全星形：100正确选择和动作（靠三段式保护的选择性）。正确选择和动作（靠三段式保护的选择性
11、）。不完全星形：不完全星形：2/3机率正确、机率正确、1/3机率不正确机率不正确(b)并行线路并行线路完全星形：（完全星形：（t1=t2）两条线路都切除两条线路都切除不完全星形：不完全星形：2/3机率只切除一条、机率只切除一条、1/3机率全切除机率全切除（t1=t2）(b)结论结论:Y/d11变压器三角形侧发生两相短路时变压器三角形侧发生两相短路时,Y侧电流分布是：侧电流分布是：故障相电流故障相电流是其它两相是其它两相电流的两倍。电流的两倍。完全星形灵敏度为不完全星形的完全星形灵敏度为不完全星形的2倍。倍。在不完全星形中加入一个电流继电器反应在不完全星形中加入一个电流继电器反应AC相电流向量和
12、的大小。相电流向量和的大小。（实际反应（实际反应B相相电流大小、相当于完全星形）电流大小、相当于完全星形）.应用：应用：完全星形：用于完全星形：用于110KV及以上大电流接地系统及以上大电流接地系统和大型贵重设备和大型贵重设备不完全星形：用于不完全星形：用于35KV及以下小电流接地系统及以下小电流接地系统两相电流差接线用于：两相电流差接线用于：10KV以下低压不重要线以下低压不重要线 路以及小容量电动机。路以及小容量电动机。二、电流速断保护定时限过电流保护逐级延时、简单可靠，其动作只与延时时间有关，与电流大小无关。为了保证选择性定时限过电流保护逐级增加时限级差，造成靠近电源端保护动作失去了快速
13、性。越靠近电源端的短路故障短路电流越大。是否可以利用短路电流的大小来实现保护的选择性呢？根据短路时近电源端短路电流越大的特点，可采取提高电流继电器的动作电流值来获得保护的选择性。常用的这种电流保护方法：瞬时电流速断保护（只与电流大小有关）限时电流速断保护（与电流大小有关还有较短延时）瞬时电流速断保护与过电流保护的区别在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流，即躲过被保护线路末端的最大短路电流。保护范围：被保护线路内部的一部分电路。利用电流继电器的动作电流来保证选择性。瞬时电流速断保护无时限电流速断保护只反映电流的突然增大和瞬时瞬时电流的大小（不考虑延
14、时），称为瞬时瞬时电流速断保护，也称无时限电流速断保护、属于三段电流保护中的段保护。速断电流继电器符号I无时限（瞬时）电流速断保护保护动作电流按躲过本级线路末端短路时的最大短路电流来整定：（1）动作电流K引入可靠系数 ：一般取1.21.3MNN1M1（2）保护范围：线路的首段（存在死区）12曲线1为最大运行方式下的三相短路电流曲线2为最小运行方式下的三相短路电流直线3为保护动作值3死区死区系统最大运行方式系统最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装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时的运行方式。置的短路电流为最大时的运行方式。系统最小运行方式：系统最小运行方式：对每一
15、套保护装置来讲，通过该保护装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运行方式。置的短路电流为最小的运行方式。要要求求最小保护范围不应小于被保护线路全最小保护范围不应小于被保护线路全长的（长的（1520）%；最大保护范围不应；最大保护范围不应小于被保护线路全长的小于被保护线路全长的50%。(4)灵敏度校验各保护继电器的固有动作时间各保护继电器的固有动作时间0.060.1秒，无须专门延时。秒，无须专门延时。(3)动作时限(5)单相原理接线演示(6)优点和缺点优点：线路简单、动作可靠、选择性和优点：线路简单、动作可靠、选择性和 快速性快速性 都能保证。都能保证。缺点：不能保护线路的全长
16、；保护范围受系缺点：不能保护线路的全长；保护范围受系 统运行方统运行方 式变化的影响较大。式变化的影响较大。三、延时电流速断保护瞬时电流速断保护动作迅速、准确，但只能保护线路首端，不能保护线路全长。定时限过电流保护能保护线路全长，但近电源端保护动作时间太长（快速性问题）。通常引入延时电流速断保护消除瞬时速断保护的死区，又能保护线路全长，并延伸到下一线路的始端。电流II段的动作电流应大于相邻下一线路的电流I段的动作电流：（1）动作电流引入可靠系数 一般取1.11.2（2）保护范围NMK1（3）动作时限MN一般取0.5s(4)单相原理接线演示(6)优缺点优点：能保护本线路全长，且动作时限较短。优点
17、：能保护本线路全长，且动作时限较短。缺点：不能做相邻下一线路的后备保护。缺点：不能做相邻下一线路的后备保护。三种电流保护的对比瞬时电流速断保护：动作迅速，可靠性高，只能保护线路首端，保护范围小。定时限过电流保护：保护动作的时限是固定（逐级延时0.5秒），选择性好，能保护线路全长，越靠近电源，保护动作延时越长。与短路电流的大小无关。延时电流速断保护：具有瞬时速断保护和定时限过流保护的优点，又避免了两者的不足。实际运用中通常同时采用，组成三段式电流保护。对对三段式三段式电电流保流保护护的的评评价价 对对照照电电力力系系统统安安全全运运行行的的要要求求和和有有关关规规程程的的规规定定，从从选择选择性
18、、速性、速动动性、灵敏性和可靠性性、灵敏性和可靠性四个方面四个方面进进行行评评价，价，1)1)选择选择性性 在在三三段段式式电电流流保保护护中中，电电流流速速断断保保护护的的选选择择性性是是靠靠动动作作电电流流来来实实现现的的；限限时时电电流流速速断断保保护护是是靠靠动动作作电电流流和和动动作作时时限限来来实实现现的的；定定时时限限过过电电流流保保护护则则只只是是利利用用动动作作时时限限来来实实现现。它它们们在在35kV35kV及及以以下下的的单单侧侧电电源源辐辐射射形形电电网网中中具具有有明明显显的的选选择择性性，但但在在多多电电源源网网络络或或单单电电源源环环网网中中，则则只有在某些特殊情
19、况下才能只有在某些特殊情况下才能满满足足选择选择性要求。性要求。2)2)速速动动性性 I电流速断保护以保护固有动作时限动作于跳闸；电流速断保护以保护固有动作时限动作于跳闸；II限时电流速断保护动作时限一般在限时电流速断保护动作时限一般在0.5S以内以内，因而动，因而动作作 迅速是这两种保护的优点。迅速是这两种保护的优点。III过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限可能长达几秒，这是过电流保护的主要缺点。动作时限可能长达几秒，这是过电流保护的主要缺点。3)3)灵敏性灵敏性u I I电电流流速速断断保保护护不不能能保保护护本本线线路路全
20、全长长，且且保保护护范范围围受受系统运行方式的影响较大；系统运行方式的影响较大；u IIII限限时时电电流流速速断断保保护护虽虽能能保保护护本本线线路路全全长长，但但灵灵敏敏性依然要受系统运行方式的影响；性依然要受系统运行方式的影响；u IIIIII过过电电流流保保护护因因按按最最大大负负荷荷电电流流整整定定，灵灵敏敏性性一一般般能能满满足足要要求求，但但在在长长距距离离重重负负荷荷线线路路上上，由由于于负负荷荷电电流流几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。受受系系统统运运行行方方式式影影响响大大、灵灵敏敏性性差差是是三三段段式式电电流流保保护的主要缺
21、点。护的主要缺点。4)4)可靠性可靠性 由由于于三三段段式式电电流流保保护护中中继继电电器器简简单单，数数量量少少，接接线线、调试和整定计算都较简便，不易出错，因此可靠性调试和整定计算都较简便，不易出错，因此可靠性较高较高 总总之之，使使用用一一段段、二二段段或或三三段段而而组组成成的的阶阶段段式式电电流流保保护护，其其最最主主要要的的优优点点就就是是简简简简单单单单、可可可可靠靠靠靠，并并且且在在一一般般情情况况下下能能满满足足快快速速切切除除故故障障的的要要求求，因因此此在在电电网网中中特特别别是是在在在在35kV35kV35kV35kV及及及及以以以以下下下下的的的的单单单单侧侧侧侧电电电电源源源源辐辐辐辐射射射射形形形形电电电电网网网网中中中中得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用。其其缺缺点点是是受受电电网网的的接接线线及及电电力力系系统统运运行行方方式式变变化化的的影影响响，使其灵敏性和保护范围不能满足要求。使其灵敏性和保护范围不能满足要求。