继电保护 第2章 电网相间短路的电流保护

第二章 电网相间短路的电流保护

第一节 电流，电压继电器及辅助继电器

一．电磁型电流，电压继电器

构成继电保护的继电器，动作与返回干脆、迅速，不会停留在某一中间位置。这种特性称为继电器的继电特性。

（一）电磁型继电器的工作原理 1. 电磁型继电器的分类

主要有螺管线圈、吸引衔铁、转动舌片式三种类型，如图2-1所示。其中转动舌片式通常用作测量元件。

1Im3δΦ2Φ41Φδ656454663δ1ΦImIm23523螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺1螺螺螺螺螺2螺螺螺螺螺螺3螺螺螺螺4螺螺螺螺5螺螺螺螺螺螺螺6螺螺螺螺2-1 螺螺螺螺螺螺螺螺

2. 电磁型继电器的工作原理

电磁型继电器线圈N中通入电流Im（Im又称为测量电流）时，产生电磁力矩Me，克服反作用弹簧力矩Mth，使可动衔铁向电磁铁运动，带动可动接点向静止接点闭合，继电器动作。

2由于MKc＝KΦ，而Φ?ΙmNΙN2,Μdc?Κ(m)2?Ιm，因此，可制成交流或直流继电器。

RmRm（二）电磁型电流继电器

以吸引衔铁式为例分析说明继电器的继电特性及动作电流、返回电流、返回系数的定义。 1. 作用在继电器上的三种力矩 （1） 电磁力矩：Μe?Κ(ΙmN2ΙN1)?Κ?(m)2?2 （Im、N为参变量），Me与磁Rm??5 |

路气隙δ函数关系Me=f(δ) 为指数关系，当加入继电器的电流Im改变时，曲线上下平移。如图2-2曲线①所示；

（2） 弹簧力矩：Mth=Mth.1+K1(δ1-δ)，其中

MMe>Me1>Me2①MeMth.1、δ1为原始状态弹簧力矩和继电器磁路气

隙，δ为终止态的磁路气隙，弹簧力矩与磁路气隙Mth=f(δ)成线性反比关系，如图2-2曲线②所示

（3） 摩擦力矩：Mf为常数，如图2-2曲线③所示。

2. 动作电流

0当Im≥Iop时，继电器刚好动作，常开触点闭合时，作用在继电器上的三个力矩满足：

Me21Me②Mth③Mf?图2-2 作用在继电器上的三种力矩MKc≥Mth+Mm 即

Κ?(或

ΙmN?)2?Mth?Mf（动作方程）

Im??NMth?MfΚ??Iop

Im为继电器刚好动作时加入继电器的最小电流，称为继电器的动作电流，用Iop表示。

如图2-3所示，当气隙为δ1继电器处于动作边界时， Me?Mth?Mf；保持Im=Iop

MMshMMth+MthMeMfMthMeMfδ1d0δ螺Mth-MfMf0δδ1δ螺2-3 螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺 螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺2-4

不变，继电器动作时，气隙由δ1→δ减小，电磁力矩Me随δ以指数关系增加较快、反作用力矩Mth?Mf随δ线性增加，增加的速度较慢，使Me?Mth?Mf，而且随着δ的

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进一步减小，电磁力矩Me与反作用弹簧力矩Mth?Mf的差距越来越大，在电磁力矩Me的作用下，继电器迅速动作到底，满足继电特性。到达终止位置δ时，存在剩余力矩Msh，可以保持触点压力。 3. 返回电流

当Im≤Ir时，继电器刚好返回，常开触点打开时，作用在继电器上的三个力矩满足：Me≤Mth－Mf 即 Κ?(或

ΙmN?)2?Mth?Mf（动作方程）

Im??NMth?MfΚ??Ir

Im为继电器刚好返回时加入继电器的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ir表示。如

图2-3所示，当气隙为δ继电器处于返回边界时，Mth?Me?Mf，保持Im=Ir不变，继电器返回时，气隙δ增大，反作用弹簧力矩Mth?Mf、电磁力矩Me由δ→δ1变化，使

Mth?Mdc?Mm，随着δ的增大，反作用弹簧力矩Mth?Mf与电磁力矩Me的差距越来

越大，在弹簧力矩Mth?Mf的作用下，继电器迅速返回，同样满足继电特性。

4. 返回系数

返回系数定义为返回电流与动作电流之比， 以Κr?Ιr表示。 Iop对于过量保护Kr<1，一般电磁型过量保护应为0.85～0.9，静止型保护（如集成型、微机型保护）应为0.9～0.95。对于欠量保护Kr>1。

5. 继电器的调整

通过调整继电器线圈匝数和弹簧力矩来调整继电器的动作值；通过调整继电器磁路（气隙）和调整摩擦力矩来调整返回系数。

电磁型电压继电器的工作原理与电磁型电流继电器的工作原理相同，只是比电流继电器绕组匝数较多，绕组导线较细。

电磁型辅助继电器有中间继电器、信号继电器等，其工作原理与电磁型电流继电器的工作原理相同。

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第二节 无时限电流速断保护

无时限电流速断保护的原理接线如图2-5所示，由测量部分电流继电器KA、逻辑部分为中间继电器KM,执行部分跳闸回路、信号继电器KS组成。电流互感器TA装在母线的出口。电流继电器KA测量系统电流并与整定值比较，确定电流继电器动作与否。当保护范围内发生短路时，KA动作，中间继电器KM励磁（KM可增大触点容量，有0.06～0.08s延时，防止管型避雷器放电造成保护误动作）经信号继电器KS线圈，接通跳闸线圈YT，断开断路器。KS动作后，发出信号表示保护已经动作。跳闸回路中QF的辅助触点能改善KM接点的工作条件。

螺螺+++1QF螺KMKM?EXs.maxXs.minAKA螺YT1QFIm螺TALJ—BI2QFIK(2)(3)IK.minIK.maxIⅠop.1(3)IKB.maxlmin0Llmax螺2-5螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺螺

最大运行方式下，当线路上任一点K发生三相短路时，最大短路电流为

(3)IK.max?EXS.min3 ?XK最小运行方式下，当线路上任一点K发生两相短路时，最小短路电流为

(2)IK.min?E33 ?2XS.max?XK其短路电流曲线如图2-5所示，为使保护1既能保护线路AB全长，又具有选择性，其

Ⅰ(3)Ⅰ(3)动作值IOP.1应选取B母线短路时的最大短路电流IKB.max，即IOP.1?IKB.max。但是，短路电

流的计算值是没有考虑暂态过程影响的稳态值，存在误差；线路参数不是实测参数，因而短

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路电流的计算值也存在误差；此外，一次短路电流通过电流互感器变换到二次加入继电器时，互感器还存在10％的误差。为了保证选择性，防止由于上述因素影响，导致下一线路出口发生短路时实际的短路电流超过保护1的动作值IOP.1，引起保护越级误动作，因此保护的动作

ⅠⅠ(3)值IOP.1必须满足：IOP.1?IKB.max。考虑上述因素，根据运行经验，引入取值1.2～1.3的可

Ⅰ靠系数Krel，则无时限电流速断保护的动作值按躲开下一线路出口，最大运行方式下，发生三相短路时的短路电流整定。即

Ⅰ(3)IⅠOP.1?KrelIKB.max

Ⅰ当线路长度小于20kM时，可靠系数Krel取1.5；线路长度大于20kM小于50kM时，Krel取1.4；线路长度大于50kM时，Krel取1.3。

无时限电流保护是依靠整定动作值来保证选择性的。从2-5图可以看出，为了保证选择性，提高了动作值，使保护范围缩小，降低了保护的灵敏性，因此无时限电流速断保护不能够保护线路全长。又因为保护的动作具有选择性，可以瞬时动作，因而称为无时限电流速断保护或电流Ⅰ段。

无时限电流速断保护只能保护线路全长的一部分。保护配置图形用I表示。

无时限电流速断保护的灵敏性校验用最小保护范围衡量。规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的15％～20％。当系统在最小运行方式、下本线路某点K发生两相短路时，短路电流IK.min刚好达到保护的动作值IOP，即

(2)IⅠOP?IK.min?(2)ⅠⅠⅠⅠE33?2XS.min?XK

可得最小保护范围对应的阻抗值

XK?要求1E?Ⅰ－XS.min2IOPZLLXK?1min?min?15%~20%XABZ1LABLAB

当上一级线路保护采用距离保护时，为了上、下两级保护的配合，此时应考虑下一级电流

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