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第二章电网的电流保护和方向性电流保护•教学目的：•本章是继电保护的基本共性内容，掌握电磁型继电器原理及结构和主要参数，及无时限电流速断保护原理和整定计算方法；特别注意让学生弄清楚可靠系数、返回系数、灵敏系数的基本概念•教学重点：电磁型电流继电器的原理。无时限电流速断保护原理。2．1单侧电源网络相间短路的电流保护•输电线路发生相间短路时，电流会突然增大，故障相间的电压会降低。利用电流会z增大这一特征，就可以构成电流保护。电流保护装置的中心环节是反应于电流增大而动作的电流继电器。电流继电器是反应于一个电器量的电流的简单继电器的典型。2.1.1反应单一电器量的继电器•电流继电器按照电流工作原理可分为电磁型、感应型、晶体管型、集成电路型。下面就电磁型和晶体管型来简要分析和说明。（1）电磁型继电器•电磁继电器的基本结构形式有螺管线圈式、•吸引衔铁式和转动舌片式三种，如图2.1所示。•电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，•它是反应电流超过一整定值而动作的继电器。•电磁继电器是利用电磁原理工作的，以吸引•衔铁式继电器例进行分析，（a）螺管线圈式；(b)吸引衔铁式；(c)转动舌片式图2.1电磁型继电器的结构原理1—线圈；2—可动衔铁；3—电磁铁；4—止挡；5—接点；6—反作用弹簧•在线圈1中通以电流，则产生与其成正比的磁通，通过由铁心、空气隙和可动舌片而成的磁路，使舌片磁化于铁心的磁极产生电磁吸力，其大小于成正比，这样由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转距可表示为••电磁铁与可动铁心之间的气隙。•正常工作情况下，线圈中流入负荷电流，继电器不工作，这是由于弹簧对应于空气隙产生一个初始力矩。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，当空气长度由减小到时，弹簧产生的反作用力矩为••另外，在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力力矩。因此1）继电器动作的条件。•为使继电器动作，必须增大电流，通过增大电流来增大电磁电磁转矩，使其满足关系式：•2）动作电流•能够满足上述条件，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），记作。3）继电器的返回条件。•继电器动作后，当减小时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电器返回，弹簧的作用力矩必须大于电磁力矩及摩擦力矩之和，即•••返回电流。满足上述条件，使继电器返回原位的最大值电流称为继电器的返回电流，记为，•5）返回系数。返回电流和起动电流的比值成为继电器的返回系数，可表示为6）动作电流的调整方法：•①改善继电器线圈的匝数；•②改变弹簧的张力；•③改变初始空气隙的长度。7）剩余力矩。•在继电器的动作过程和返回过程中，随着气隙的变化，都将出现一个剩余力矩，从而使继电器的动作过程和返回过程都雪崩式的进行，继电器要么动作、要么返回，它不可能停留在某一个中间状态，具有明显的“继电特性”。同时，该力矩还有利于继电器的触点可靠的接触与断开。（三）电磁型电压继电器•1、工作原理•电磁型电压继电器工作原理与电流继电器基本相同。由于它接于电压互感器二次侧，因此线圈的匝数多、导线细，阻抗大。电磁型电压继电器采用转动舌片式结构，当继电器加入电压UJ时，产生的电磁力矩为•可见，电压继电器动作与否决定于继电器线圈上的电压。•电压继电器分过电压继电器和低电压继电器两种。2、过电压继电器•图形符号文字符号KV•过电压继电器是反应电压升高而动作的继电器；它与过电流继电器的动作、返回概念相同。其返回系数Kh13、低电压继电器•图形符号文字符号KV•低电压继电器是反应电压降低而动作的继电器。它与过电压继电器的动作与返回概念相反。•动作电压是指能使低电压继电器动作，即使其常闭触点闭合的最大电压；•返回电压是指能使低电压继电器返回，即使其常闭触点打开的最小电压。低电压继电器返回系数Kh1，一般不大于1.2•电压继电器动作电压的调整方法与电流继电器类似，不同的是电压继电器两个线圈串联时的动作电压是并联时的两倍。二、辅助继电器•1、时间继电器•①图形符号：文字符号：KS•型号：有DS-100、DS-20A和DS-30系列•②时间继电器的作用：用来建立保护装置的动作时限•③时间继电器的工作原理：当螺管线圈通入电流时，衔铁在电磁力的作用下，立即克服弹簧反作用力而被吸入线圈。衔铁被吸入的同时，上紧钟表机构的发条，钟表机构开始带动可动触点，经整定延时其触点闭合，完成计时。2、中间继电器•①图形符号文字符号KM•型号：有一般电磁型DZ型，还有带自保持线圈的DZB型。•②中间继电器的作用：用以同时接通或断开几条独立回路和用以代替小容量触点或者带有不大延时来满足保护的需要。电磁式中间继电器一般采用吸引衔铁式结构，为保证在直流操作电源电压降低时，仍能可靠动作，要求中间继电器可靠动作电压不应大于额定电压的70%。3、信号继电器：•①文字符号KS•②信号继电器的作用：用以在保护动作时，发出灯光和音响信号，并对保护装置的动作起记忆作用，以便分析保护装置动作情况和电力系统故障性质。常用的DX-11型机械保持信号继电器.•③信号继电器的工作原理：当线圈通入电流大于继电器的动作电流时，衔铁被吸起，信号牌因失去支持而落下，通过外壳窗口可看到掉牌。同时，触点闭合，接通声、光信号回路。继电器动作后，具有机械自保持功能，需转动复归旋纽，才能将掉牌和触点复归。2.1.2无时限电流速断保护•根据对保护速动性的要求，在满足可靠性和保护选择性的前提下，保护装置的动作时间，原则上总是越快越好。因此，各种电气元件应力求装设快速动作的继电保护。仅反应电流增大而能瞬时动作切除故障的保护，称为电流速断保护，也称为无时限流速断保护。一、几个基本概念•1）系统最大运行方式•在被保护线末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。•2）最小运行方式•在同样短路条件下，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。系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少等有关。3）最小短路电流与最大短路电流•在最大运行方式下三相短路时通过保护装置的电流为最大，称之为最大短路电流。而在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路电流。4）保护装置的起动值•对因电流升高而动作的电流保护来讲，使起动保护装置的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作。保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的，当一次侧的短路电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。5）保护装置的整定•所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置的起动值（一般情况下是指电力系统一次侧的参数）、灵敏性、动作时限等过程。二、工作原理•无时限速断保护是为了保证其动作的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分，具体工作原理如图2.6所示。•对于单侧电源供电线路，在每回电源侧均装有电流速断保护。在输电线上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算•图2.06电流速断保护的动作特性分析•Ⅰ—最大运行方式下三相短路电流；•Ⅱ—最小运行方式下两相短路电流•由上式可看出，流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置而变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。和与L的关系如图2.6中的曲线Ⅰ和Ⅱ所示。从图可看出，短路点距保护安装点愈远，流过保护安装地点的短路电流愈小。三、整定计算•1）动作电流•为了保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处（如d2点),即B变电所短路时，通过保护的最大保护电流（最大运行下的三相短路电流）来整定。即••可靠系数•对保护1•把起动电流标于图2.6中，可见在交点M与保护2安装处的一段线路上短路对2能够动作。在交点M以后的线路上的短路时，保护1不动作。因此，一般情况下，电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路。2）保护范围（灵敏度K1m）校验•规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的相对值Lb为15%~20%，即••式中Lmin——最小保护范围；•其中，代入上式整理得•3）动作时限•无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间。考虑到线路中管型避雷器放电时间为0.04~0.06s，在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器，一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。由于动作时间较小，可认为t=0。（4）电流速断保护的接线图•电流继电器接于电流互感器TA的二次侧，它动作后起动中间继电器，其触点闭合后，经信号继电器发出信号和接通断路器跳闸线圈。原理接线图•2）展开图展开图结构简单，便于理解，为复杂回路的设计、安装和调试带来许多方便。电流速断保护的展开图如图（5）对电流速断保护的评价•优点：简单可靠，动作迅速。•缺点：①不能保护线路全长。②运行方式变化较大时，可能无保护范围。在最大运行方式整定后，在最小运行方式下无保护范围。③在线路较短时，可能无保护范围。