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1、输电线路的电流保护,目录,第一节 电流互感器 第二节 电磁型继电器 第三节 电流保护接线 第四节 三段式电流保护,第一节 电流互感器,互感器的作用 电流互感器的种类 电流互感器的原理 电流互感器的误差、准确度等级 电流互感器的接线,电流互感器TA,LB6-110型电流互感器,500KV电流互感器,500KV电流互感器运行在葛洲坝电站,互感器的作用： 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并且使其结构精巧、价格便宜、并便于屏内安装。 使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全。,电压互感器一次测与高压线路并联
2、，二次测绕组与测量仪表并联，二次侧标准的低电压100V或100/ ） 电流互感器用于各种电压的交流装置中，其一次绕组串联于被测量电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈串联连接。二次侧标准的小电流（或）,按安装地点分，电流互感器分为户内型和户外型； 按安装方式分，可分为穿墙式、支持式和装入式； 按绝缘方式分，可分为油浸式、干式、浇注式； 按一次绕组匝数分，可分为单匝式、多匝式。,电流互感器的分类,LZZJ-10,LA-10Q,LFC-10,LCWD-10,LZZBJ-10,LVQB-220,各种电流互感器,穿墙式电流互感器,支持式电流互感器,SAS型电流互感器为倒立式结构，一次导管为直
3、线型（见图）。 外壳铝铸件，铁芯及二次绕组由已经过特殊试验的树脂浇注件支撑。 二次绕组引出线通过引线套管接到互感器底座接线盒内的二次套管。 左图中：1-防爆片 2-外壳 3-铁芯外壳 4-一次导管 5-引线套管 6-复合绝缘套管 7-接线盒 8-底座,电流互感器工作原理,电流互感器的特点 一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关； 电流互感器二次绕组所接仪表或保护装置的电流线圈，正常情况下近似于短路运行。 变流比 Ki还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kikN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。,电流互感器二
4、次回路不允许开路,正常运行时，二次电流I2在铁芯中产生的二次磁势I2N2对一次磁势起去磁作用，因此励磁磁势。N1及合成磁通很小，使二次绕组感应出的电势很小，一般不会超过几十伏。当二次回路开路时，二次电流2变为零，失去了去磁作用的一次磁势全部用于激磁1N 1= 。N 1，合成磁通突然增大很多很多倍，使铁芯的磁路高度饱和，此时的磁通由原来的低幅正弦波变成高幅值的交流平顶方波，而二次电势2 决定于磁通的变化率d/dt,磁通过零时变化率最大，将在开路的两端出现交流高幅值的尖顶脉冲波电压，达几千伏甚至上万伏，危及人身安全，如图2-6-23所示；另外，由于磁路的高度饱和，使磁感应强度骤增，铁芯中磁滞和涡流
5、损耗急骤上升，会引起铁芯过热甚至烧毁电流互感器。所以，运行中当需要检修、校验二次仪表时，必须先将电流互感器二次绕组或回路短接，再进行拆卸操作。,电流互感器配置,电流互感器的误差,电流误差 电流大小的误差 角误差 电流相位的误差,电流互感器（TA）,电流互感器（TA）的准确度级：在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定的值时的最大误差。,电流互感器的额定容量,电流互感器的额定容量S ，是指在额定二次电流I 和在某一准确度级的额定二次阻抗Z 下，二次绕组的输出容量，即： = 2 ） 由于二次额定电流已标准化（5或），上式中2 仅为一常数，所以二次侧额定容量 有时可以用二次负载阻抗 代替，称为二次额定
6、阻抗，单位为欧姆（）。通常，互感器制造厂提供电流互感器的二次额定欧姆数，供使用者在设计计算时参考。 不同的二次负载阻抗，直接影响着电流互感器的误差和准确度级，同一台电流互感器使用在不同的准确度级时，规定有相应的额定容量。例如LMZ1103000/5型电流互感器，0.5级对应的二次额定负载2 为1.6（40VA）；1级时， 为2.4（60VA）。换言之，当该电流互感器使用于向收费用电度表供电时，应控制二次负载阻抗数不大于1.6，否则会降低准确度级，使测量的电能数不准确，这是互感器使用中要注意的。,电流互感器（TA）,电流互感器（TA）的接线：单相式接线,电流互感器（TA）,电流互感器（TA）的接
7、线：三相完全星形接线,电流互感器（TA）,电流互感器（TA）的接线：两相不完全星形接线,练习,第二节 电磁型继电器,继电器的种类 电磁型继电器的结构 电磁型电流继电器的工作原理 继电特性 其他电磁型继电器,继电器的种类很多，按不同的形式分有不同的类型,（1）按反映电气量的参数分，分为反映电气量的继电器，如：电流、电压、功率方向继电器等；反映非电气量的继电器，如：瓦斯继电器、温度继电器等 （2）按继电器的动作和构成原理分，分为电磁型、感应型、整流型、晶体管型等 （3）按反映物理量的性质分，分为电流、电压、功率方向、阻抗、频率继电器等 （4）按照反映电气量参数变化分，又分为反映电气量上升的，如过流
8、继电器，反映电气量下降的，如低电压继电器等。,常用继电器型号中字母的含义,电磁型继电器结构：,螺管线圈式、 吸引衔铁式 、 转动舌片式,1、电磁型电流继电器,线圈通过电流时，产生电磁力，力矩表示为,当转矩大于反作用力矩和摩擦力矩时，常闭触点闭合。,1一电磁铁 2一钢舌片 3一线圈 4一转轴 5一反作用弹簧 6一轴承 7标度盘（铭牌） 8整定值调整把手 9一动触点 10一静触点,使继电器动作的最小电流，称为继电器的动作电流。,使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流。,返回系数 ：,电磁型电流继电器,动作电流：使继电器动作的最小电流。用Iact表示。 返回电流：使继电器返
9、回的最大电流。用Ire表示。,返回系数 ：,动作：动合触点闭合。 返回：动合触点断开。,动作电流调整方法：,1)改变线圈的连接方式,2)通过调整把手改变弹簧的反作用力矩,3）改变舌片初始位置,改变电流继电器动作电流的方法,改变弹簧力矩； 改变线圈的串并联方式。,利用连接片可将线圈接成串联或并联， 线圈并联较串联时动作值大一倍。 刻度盘所标数值为线圈串联时的动作值。,继电特性,继电器的主要特性是输入-输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如图所示。当继电器输入量X由零增至X2以前，继电器输出量Y为零。当输入量X增加到X2时，继电器吸合，输出量为Y1；若X继续增大，Y保持不变。当X减小到X1时，继电
10、器释放，输出量由Y1变为零，若X继续减小，Y值均为零。,图中，X 2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于X 2；X 1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于X 1。 KfX1X2称为继电器的返回系数，它是继电器重要参数之一。Kf值是可以调节的。,电磁型电压继电器,特点：结构与电流继电器相同，线圈匝数多，输入量为电压。,电磁力矩为：,电压继电器分类：,过电压继电器、低电压继电器。,注意事项：低电压继电器动作、返回定义与过电压继电器不同。,特点：结构与电流继电器相同，线圈匝数多，输入量为电压。,电压继电器分类： 过电压继电器、低电压继电器。,电磁型电压继电器,电磁
11、型电压继电器,动作：动断触点闭合。 返回：动断触点断开。,对低电压继电器：,动作：动合触点闭合。 返回：动合触点断开。,对过电压继电器：,低电压继电器,动作电压：使低电压继电器动作的最高电压。 返回电压：使低电压继电器返回的最低电压。,返回系数 ：,改变电压继电器动作电压的方法： 改变弹簧力矩； 改变线圈的串并联方式。,U串=2U并,作用：保护装置获得所要求时延。 要求：延时动作，瞬时返回。,3.时间继电器,图形符号：,时间继电器,作用：保护装置获得所要求时延。,1一线圈 2一电磁铁 3一可动铁心 4一返回弹簧 5、6一瞬时静触点 7一绝缘件 8一瞬时动触点 9一压杆 10一平衡锤 11一摆动
12、卡板 12一扇形齿轮 13一传动齿轮 14一主动触点 15一主静触点 16一标度盘 17一拉引弹簧 18一弹簧拉力调节器 19一摩擦离合器 20一主齿轮 21一小齿轮 22一掣轮 23、24一钟表机构传动齿轮,作用：保护装置动作的信号指示，接通声光信号回路。,特点：信号自保持，应手动复归。,信号继电器,图形符号：,l一线圈2一电磁铁3一弹簧4一衔铁5一信号牌6一玻璃观察窗孔 7一复位旋钮8一动触点 9一静触点 10一接线端子,特点：触点容量大，触点数量多，可直接接通跳闸回路。可实现小延时。,中间继电器,图形符号：,小 结,常用继电器型号中字母的含义 电磁型继电器结构 电磁型继电器分类（电流继电
13、器、电压继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器）,第三节 电流保护的接线,电流保护接线的概念 电流保护接线方式,电流保护接线概念,电流保护接线是指电流互感器的二次绕组和电流继电器线圈之间的连接方式。 接线系数：流入继电器的电流与电流互感器二次电流的比值称为接线系数。,常用的电流保护接线方式,三相完全星形接线 两相不完全星形接线 两相三继电器接线 两相电流差接线,三相完全星形接线,特点,能反映三相短路、两相短路、单相接地短路等各种形式的短路故障。 接线系数：任何情况下均为1 适用范围：大接地电流系统 问题：分析小电流系统使用三相完全星形接线有什么问题？,两相不完全星形接线,特点,能反映各种相
14、间故障，三相短路、两相短路，但如果在没装设电流互感器的一相发生单相接地故障时，保护装置将不动作。 接线系数：任何情况下均为1 适用范围：小接地电流系统 问题：两相不完全星形接线用于Yd11接线的变压器时存在的问题。,应用范围：中性点不接地系统。,原因：中性点不接地系统，单相接地属于不正常运行，允许继续运行一段时间。,作用：可提高供电可靠性。,要求：所有线路的电流互感器必须安装在同名相上。,只切除一回路示意图,切除两回路示意图,保护拒动示意图,扩大停电范围示意图,结 论,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。,两相三继电器接线,采
15、用此接线的目的：为了提高Y，d变 压器后发生两相短路的灵敏度。,因为变压器后两相短路，电源侧三相短路电流大小不相等，最大相是最小相的2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影响。,假设变压器线电压比为1.,用作图法分析变压器短路电流分布,相量法分析,结论：采用两相三继电器接线，可测量到 三相短路电流，所以灵敏度得到提高，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,两相电流差接线,第四节 三段式电流保护,瞬时电流速断保护 限时电流速断保护 定时限过电流保护 阶段式电流保护举例,单侧电源输电线路相间短路的三段式电流保护,I
16、段：无时限电流速断保护 II段：限时电流速断保护 III段：定时限过电流保护,瞬时电流速断保护,利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置,称为电流保护。 根据继电保护对快速性的要求，保护装置瞬时动作 瞬时电流速断保护，它是反映电流升高，不带时限动作的一种保护，也称段保护。,瞬时电流速断保护,瞬时电流速断保护的原理接线图,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,引入可靠系数 ：,一般取1.21.3,相间短路电流计算：,三相短路：,两相短路：,相间短路电流计算：,相间短路电流计算：,三相短路：,两相短路：,最大短路电流确定,（1）短路点位置；,（2）系统运行方
17、式；,（3）短路类型。,最大运行方式 最小运行方式,（2）保护范围,最大保护范围确定：,最小保护范围确定：,要 求,最小保护范围不应小于被保护线路全 长的（1520）%；最大保护范围不应 小于被保护线路全长的50%。,(4)灵敏度校验,实际上为保护的固有动作时间。,(3)动作时限,(5)单相原理接线,演示,(6)优缺点,优点：简单可靠，动作迅速。 缺点：不能保护线路的全长；保护范围受系统运行方式变化的影响。,一、无时限电流速断保护（I段）,(1)动作电流,(2)保护范围,(4)灵敏性校验,(3)动作时限,(5)单相原理接线,(6)优缺点,（3）线路变压器组电流速断保护,动作电流,配合系数,灵敏
18、度按被保护线路末端短路有足够灵敏度。,要求要大于等于1.21.5。,图形符号:,要求：保护本线路全长，动作时限较短。,二、限时电流速断保护（II段）,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,（3）动作时限,一般取0.5s,校验不满足要求怎么办？,灵敏系数：,1.31.5,当灵敏系数校验不能满足要求时，可考虑与相邻下一线路的限时电流速断保护配合：,(4)灵敏性校验,(5)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。 缺点：不能做相邻下一线路的后备保护。,保护动作电流为：,动作时间
19、：,保护动作时间：,灵敏度：,要求：大于等于1.31.5。,当灵敏度不满足要求时,可与相邻线路的限时电流速断保护配合。,原理接线,小 结,（2）瞬时电流速断保护的灵敏度以保护区的长度来确定。,（3）限时电流速断保护作为线路的主保护，要求应能保护被保护线路全长。为了缩短保护的动作时间，动作值与相邻线路、元件速断保护配合。,（5）当灵敏度不满足要求时，可与相邻线路限时电流速断保护配合。,三、定时限过电流保护（III段）,要求：应能保护本线路的全长，也能保护相邻下一线路全长。,图形符号:,定时限过电流保护,作用：一般作为主保护的后备保护。,要求：应能保护被保护线路的全长， 也能保护相邻线路全长及相邻
20、元件的 全部。,即应能起到近后备与远后备保护的作用。,定时限过电流保护,1定时限过电流保护动作电流的整定 定时限过电流保护动作电流的整定必须满足以下两个条件： （）在线路通过最大负荷电流 时,保护装置不应该动作。即 （）对于已起动的保护装置，当线路流过最大负荷电流时，能可靠的返回。即,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,2）相邻线路短路故障切除后，保护应可靠返回，即,(1)动作电流,电动机自启动系数,引入可靠系数,一般取1.151.25,又：,(2)保护范围,本线路的全长和相邻下一线路的全长。,(3)动作时限,阶梯时限特性,(4)灵敏性校验,作为本线路的后备保护，即近后备
21、时：,作为相邻线路的后备保护，即远后备时：,Ksen1.31.5,Ksen1.2,(5)单相原理接线,(6)优缺点,优点：保护范围大，既能保护本线路的全长，又能作为相邻线路的后备保护。 缺点：动作时间较长，速动性差。,动作时限,保护范围,动作电流,III段,II段,I段,四、比较,五、三段式电流保护,演示,针对三段式电流保护的原理接线图，分析：在K1、K2、K3三点分别发生BC两相短路时各段保护的动作情况。,作 业,（1）工作原理,一般短路电流大于保护装置1、2、3的动作电流，保护1、2、3将起动。,按选择性要求，断开QF3后，保护1、2应立即返回。,动作时限的整定,过电流保护的动作时限,应按
22、阶梯原则进行整定,也就是离电源较近的上一级保护的动作时限，比相邻的离电源较远的下一级保护的动作时限要长一个时限级差t，以保证保护装置动作的选择性，一般t在0.30.7S之间，通常取0.5S。过电流保护装置的时限配置如上图所示，按照时限阶梯原则,为满足选择性的要求，必须依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。,即保护动作时间应满足：,从上式可见，保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。,特点：形状象一个阶梯，故称为 梯形时限特性。,由于保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关，称定时限过电流保护。,（2）整定计算,1）在被保护线路流过最大负荷电流时，保护装置不应动作
23、,2）相邻线路短路故障切除后，保护应可靠返回,由于,，代入上式，可得,根据可靠返回条件，过电流保护动作值为,（3）灵敏度校验,要求：作为近后备保护时，灵敏度要达到1.31.5；远后备保护要达到1.2。,过电流保护的灵敏度,最小 短路 电流 确定,1）系统运行方式；,2）短路点位置；,3）短路类型；,4）电网联接方式。,短路电流最小的运行方式。,保护区末端。,两相短路。,考虑开环运行，还是闭环运行方式。,（4）保护动作时间,为了保证选择性，过电流保护的动作时间按阶梯原则整定，即从用户到电源的各保护的动作时间逐级增加一个时限级差。,其表达式为,既要与相邻线路配合，也要与相邻元件配合。,（5）单相式原理接线,阶段式电流保护举例,I段AB相间短路,II段AB相间短路,III段AB相间短路,返回,