第二章 电网的电流保护
第一节 单侧电源网络相间短路 的电流保护
2.1.1 继电器
继电器是一种能自动执行断续控制的部 件，当其输入量达到一定值时，能使其 输出的被控制量发生预计的状态变化， 如触点打开、闭合或电平由高变低、由 低变高等，具有对被控电路实现“通”、 “断”控制的作用。
1. 继电器的分类和要求
1 0.866 E N Z smax z1 I set 1
min .min % 15%
3) 要求:
min .max % 50%
2.1.4 限时速断保护
I
主保护的定义
I B C . f max
I A B. f max
1
I C D. f max
l
正常运行时，各条线路中流过所供的负荷电流，越是 靠近电源侧的线路，流过的电流越大。负荷电流的大 小，取决于用户负荷接入的多少，当用户的负荷同时 都接入时，流过线路的是最大负荷电流。
根据电力系统短路分析,当电源电势一定时,短路电流

M点为最大运行方式下的最小保 护范围未端. 0.866 E 2 I k .M .max I set 1 Z s.min z1 M
max

M
1 0.866 E Z smin z1 I set 1
2) 在最小运行方式的最小保护范围为：最小运 行方式下两相短路N点短路电流等于IⅠset.1 E 在N点发生三相短路时: 3 I k . N .min Z s.max z1 N
只有高于IⅠset保护才能动作.故在k3点三相短路时保护 不动作,两相短路时保护也不动作
因此,有选择性的电流速断保护不可 能保护线路的全长.




选择性:只要大于IⅠset,故障肯定在被保护范围以内, 保护装置一定动作,以外不动作. 速动性:t=0,速度非常快(由于继电器闭合,跳闸线圈的 熄弧时间,其固有延时10~30ms) 灵敏性:15%的范围内,具有灵敏性.一般整定值选好后, 再来校验灵敏性. 可靠性:只要大于IⅠset,肯定动作,小于IⅠset不动作.
Ⅱ
Ⅱ:最小运行方式下二相短路

综上分析：
流过保护安装处短路电流的大小与以下
因素紧密相关：
1. 电力系统运行方式（Zs）的变化； 2. 电力系统正常运行状态（EΦ）的变化； 3. 不同的短路类型； 4. 随短路点距等值电源的距离变化，短路电流 连续变化，越远电流越小，并且在本线路末端 和下级线路出口短路，短路电流没有差别。
1
7
M th M th1 K 3 1
K3:比例常数
此外,舌片转动须克服由摩擦力所产生的摩擦力矩 Mm,其值认为是一个常数.故阻碍继电器动作的全
部机械反抗转矩就是Mth+Mm.
为使继电器起动并闭合其触点,须IJ变大,
Mdc增大,继电器能够动作的条件为:
M dc M th M m
电磁型
感应型
按照动作原理可分为：
整流型 电子型 数字型
电流继电器
电压继电器 功率方向继电器 阻抗继电器
按照反应的物理量可分为：
起动继电器 量度继电器 时间继电器
频率继电器
瓦斯（气体）继电器
按照作用可分为：
中间继电器
信号继电器 出口继电器
2. 过电流继电器
过电流继电器是实现电流保护的基本元件，也 是反映于一个电气量而动作的简单继电器的典 型，它是一个量度继电器。 过电流继电器 反映故障 过量继电器 过电压继电器 参数增大 量 而动作 度
Kre=0.85~0.9
6
J I

2

3 4
5
J I
8

2

3 4
5
6
8
1
7
1
7
常开触点
6 6 5
常闭触点
6 5 6
J I

2

3 4 8
J I

2

3 4 8
1
7
1
7
多组触点
既有常开触点也有常闭触点
Ι
电流继电器
常闭触点
I-I
电流差动继电器
正常运行及电 压高时继电器 不动作，触点 断开，电压低 及停电时继电 器动作，触点 闭合
铁心,空气隙,可动舌片组成的磁路.舌片被磁 化后与铁心产生电磁吸力,吸引舌片向铁心靠
8
1
7
近,当电磁吸力足够大时,即可吸动舌片,并
使触点接通,称为继电器“动作”.
电磁吸引力与 2成正比, 假定磁阻全集中在空 气隙中, 设表示空气隙长度 , 磁通就与I J 成正 比, 而与成反比.
因此,由电磁力 作用到舌片上 的电磁转矩为:
2.1.3 电流速断保护
概念:对于仅反应于电流增大而瞬时动
作的电流保护,称为电流速断保护
电流 速断 保护 装置
I
A
~
2
B
1
C
D
假设在每条线路上均装有电流速断保护,则 当线路A~B上发生故障时,希望保护2能瞬 时动作,而当线路B~C上故障时,希望保护1 能瞬时动作,并且它们的保护范围最好能达
到本线路全长的100%.
M dc K1 2 K 2
2 IJ
2
正常情况下,线圈中流入负荷电流,为保证继电器
不动作可动舌片受弹簧7拉力的控制而保持在原 始位置.此时,弹簧产生的力矩Mth1称为初拉力矩.
6
J I

2

3 4
5
8
对应此时的空气隙长度 为1 , 弹簧的张力与其伸长 减小时,由1减少 成正比.故当舌片向左移动而使 至 , 则由弹簧产生的反抗力 矩为
A
~
2
k1
B
1
k2
C
D
• 以保护2为例,当本线路末端k1点发生故障时希望保护
2能够瞬时动作切除故障.而当相邻线路B~C的始端k2点 短路时,按选择性的要求,速断保护2不应动作,而应由速 断保护1动作切除.但实际上,k1点和k2点短路时从保护安 装2处看所流过的短路电流的数值几乎一样.因此,希望k1 点短路时速断保护2能动作,而k2点短路时速断保护2又 不动作的要求就不可能同时得到满足.
2.1.2 单侧电源网络相间短路时电流量值特征
A 2
k1
B
1
k3
C
k2 k4
D
I
3 2
I A B. f max
l 随整个电力系统开机方式、保护安装处到电源之间电网 的网络拓扑、负荷水平的变化， Zk和Zs都会变化，造成 短路电流的变化。随短路点距离保护安装处远近的变化 和短路类型的不同，Zk和Zs的值不同，短路电流也不同。
10kV以下的低压线路中,采用中性点不接地方式,所以当单相接地,
系 变统 化运 举行 例方 式
A
B
~
开机方式 网络拓扑
I
C
短路点的位置不同,流经保护2的短路电流也不同
运行方式不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同 故障类型不同,同一地点发生短路时的短路电流也不同
A
~
Ik
2
B
1
C
D
Ⅰ
Ⅰ:最大运行方式下三相短路
显然必须当实际的短路电流 I k I set 保护装置才能起动. 保护装置的起动值 Iset 是用电力系统
一次侧的参数表示的.
它所表示的意义是:当在被保护线路的
一次侧电流达到这个数值时,安装在该 处的保护装置就能够起动.
A
B
~
2
1
k3
C
k4
D
四性中选择性是第一位的.
为保选择性,对保护1,IⅠset.1须整定得大于k4短 路时,可能出现的最大短路电流.（保选择性）
的大小决定于短路点和电源之间的总阻抗 Z , 三相短路 电流可表示为:
Ik
3
E z

E z s zk
Ik
Ik f
0
E 系统等效电源的相电势 Z k 短路点到保护安装处的阻抗 Z s 保护安装处至系统的等效阻抗
在一定的系统运行方式下, E 和Z s等于常数,可经 计算绘出 I k f 的变化曲线. 当系统运行方式及故障类型改变时,Ik均将随之变化.
在M点发生三相短路时: E 3 I k .M .max Z s.min z1 M 在M点发生二相短路时
I k .M .max
2
A
~
Ik
N
1
B
2
C
M
0.866 E 3 3 I k .M 2 Z s.min z1 M
IⅠset.1 I(2)k.max I(2)k.min
I set 1 I k .c.max
3
I k .c.max
3
1) 下一线路出口处短路 2) 最大运行方式 3) 三相短路
3 引入可靠系数:KⅠrel=1.2~1.3, 则有: I set 1 K rel I k .c .max
由于I(3)
. (3) (2) . (3) . k3.max= I k4.max,I k4 max<I k4 max
把能使继电器动作的最小电流值,称为
继电器的动作电流(起动电流).以Iop.J 表示,对应此时的电磁转矩:
M dz K 2 I 2op. J
2
在继电器动作之后,为使它重新返回原位.
需使IJ减小以使Mdc减小,然后由弹簧的反 作用力把舌片拉回,这时摩擦力又起阻碍 返回的作用.故返回的条件是:
M dc M th M m
对应这一电磁转矩,能使继电器返回原位