实验二输电线路电流微机保护实验报告

实验二 输电线路电流微机保护实验一、实验目的1．学 习 电 力 系 统 中 微 机 型 电 流 、 电 压 保 护 时 间 、 电 流 、 电 压 整 定 值 的 调 整方 法 2．了解电磁式保护与微机型保护的区别二、基本原理1．试验台一次系统原理图试验台一次系统原理图如图 3-1 所示2．电流电压保护基本原理1）三段式电流保护当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大根据这个特点可以构成电流保护电流保护分无时限电流速断保护（简称 I 段） 、带时限速断保护（简称 II 段）和过电流保护（简称 III 段） 下面分别讨论它们的作用原理和整定计算方法1） 无时限电流速断保护（I 段）单侧电源线路上无时限电流速断保护的作用原理可用图 3-2 来说明短路电流的大小 Ik 和短路点至电源间的总电阻 R及短路类型有关三相短路和两相短路时，短路电流 Ik 与 R的关系可分别表示如下： lEIsk0)3(lRIsk0)2(*12,4,5测量孔1KM 1CT TM220/127VRS 最小最大区内区外PT 测量2KM2CTK11R2 3KMRd102R45DXK3移相器图 3-1 电流、电压保护实验一次系统图电流、电压保护式中， Es——电源的等值计算相电势；R s—— 归算到保护安装处网络电压的系统等值电阻；R 0—— 线路单位长度的正序电阻；l —— 短路点至保护安装处的距离。

由 上 两 式 可 以 看 到 ， 短 路 点 距 电 源 愈 远 （ l 愈 长 ） 短 路 电 流 Lk 愈 小 ； 系 统 运行 方 式 小 （ Rs 愈 大 的 运 行 方 式 ） Ik 亦 小 Ik 与 l 的 关 系 曲 线 如 图 3-2 曲 线 1 和 2 所示 曲 线 1 为 最 大 运 行 方 式 (Rs 最 小 的 运 行 方 式 )下 的 IK = f(l)曲 线 ， 曲 线 2 为 最 小运 行 方 式 (Rs 最 大 的 运 行 方 式 )下 的 IK = f(l)曲 线 线路 AB 和 BC 上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当线路 AB 上发生故障时，希望保护 KA2 能瞬时动作，而当线路 BC 上故障时，希望保护 KA1 能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的 100%但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析以保护 KA2 为例，当本线路末端 k1 点短路时，希望速断保护 KA2 能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路 BC 的始端（习惯上又称为出口处）k 2 点短路时，按照选择性的要求，速断保护 KA2 就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护 KA1 动作切除。

但是实际上，k 1 和 k2 点短点时，从保护 KA2 安装处所流过短路电流的数值几乎是一样的，因此，希望 k1 点短路时速断保护 KA2 能动作，而 k2 点短点时又不动作的要求就不可能同时得到满足图 3-2 单侧电源线路上无时限电流速断保护的计算图为了获得选择性，保护装置 KA2 的动作电流 Iop2 必须大于被保护线路 AB外部（k 2 点）短路时的最大短路电流 Ik max实际上 k2 点与母线 B 之间的阻抗非常小，因此，可以认为母线 B 上短路时的最大短路电流 Ik B max=Ik max根据这个条件得到： max12opkrelIKI式中， ——可靠系数，考虑到整定误差、短路电流计算误差和非周期分rl量的影响等，可取为 1.2～1.3由于无时限电流速断保护不反应外部短路，因此，可以构成无时限的速动保护（没有时间元件，保护仅以本身固有动作时间动作） 它完全依靠提高整定~I >KA2 KA1A B Ck1 k2I >IIk B maxl maxl minIop2 1 3lO值来获得选择性由于动作电流整定后是不变的，在图 3-2 上可用直线 3 来表示直线 3 与曲线 1 和 2 分别有一个交点。

在曲线交点至保护装置安装处的一段线路上短路时，I k>Iop2 保护动作在交点以后的线路上短路时，I k

2）带时限电流速断保护（II 段）对 这 个 新 设 保 护 的 要 求 ，首先应在任何故障情况下都能保护本线路的全长范围，并具有足够的灵敏性其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限正是由于它能以较小的时限切除全线路范围以内的故障，因此，称之为带时限速断保护带时限电流速断保护的原理可用图 3-3 来说明由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路 AB 的全长，因此，它的保~A B CkIAB IBCI I3Il12lO4ⅠopAIlⅠBlⅠBopItⅠAtBtⅠt(a)(b)(c)护范围必须伸到下一线路中去例如，为了使线路 AB 上的带时限电流速断保护 A 获得选择性，它必须和下一线路 BC 上的无时限电流速断保护 B 配合为此，带时限电流速断保护 A 的动作电流必须大于无时限电流速断保护 B 的动作电流若带时限电流速断保护 A 的动作电流用 表示，无时限电流速断保护IopAB 的动作电流用 表示，则IopB（3-1）IopBIopAKrel式中， ——可靠系数，因不需考虑非周期分量的影响，可取为IrelK1.1～1.2保护的动作时限应比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段以 t 表示。

即保护的动作时间 （t 一般取为 0.5s） tAI带时限电流速断保护 A 的保护范围为 （见图 3-3） 它的灵敏度按最不利IAl情况（即最小短路电流情况）进行检验即（3-2）IopminIsen/AkK式中，I k min——在最小运行方式下，在被保护线路末端两相金属短路的最小短路电流规程规定 应不小于 1.3～1.5 必须大于 1.3 的原因是考虑Isen IsenK到短路电流的计算值可能小于实际值、电流互感器的误差等由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联系工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在 0.5s 的时间内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求具有这种性能的保护称为该线路的“主保护” 带时限电流速断保护能作为无时限电流速断保护的后备保护（简称近后备） ，即故障时，若无时限电流速断保护拒动，它可动作切除故障但当下一段线路故障而该段线路保护或断路器拒动时，带时限电流速断保护不一定会动作，故障不一定能消除所以，它不起远后备保护的作用为解决远后备的问题，还必须加装过电流保护3）定时限过电流保护（III 段）过电保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。

它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时，则能反应电流的增大而动作在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长范围，而且也能保护相邻线路的全长范围，以起到远后备保护的作用为 保 证 在 正 常 运 行 情 况 下 过 电 流 保 护 不 动 作 ， 它 的 动 作 电 流 应 躲 过 线 路 上可 能 出 现 的 最 大 负 荷 电 流 IL max， 因 而 确 定 动 作 电 流 时 ， 必 须 考 虑 两 种 情 况 ：其一，必须考虑在外部故障切除后，保护装置能够返回例如在图 3-4 所示的接线网络中，当 k1 点短路时，短路电流将通过保护装置 5、4、3，这些保护装置都要启动，但是按照选择性的要求，保护装置 3 动作切除故障后，保护装置 4 和 5 由于电流已经减小应立即返回原位其二，必须考虑当外部故障切除后，电动机自启动电流大于它的正常工作电流时，保护装置不应动作例如在图 3-4 中，k 1 点短路时，变电所 B 母线电压降低，其所接负荷的电动机被制动，在故障由 3QF 保护切除后，B 母线电压迅速恢复，电动机自启动，这时电动机自启动电流大于它的正常工作电流，在这种情况下，也不应使保护装置动作。

图 3-4 选择过电流保护启动值及动作时间的说明考虑第二种情况时，定时限过电流保护的整定值应满足： maxIopLsK式中，K ss——电动机的自启动系数，它表示自启动时的最大负荷电流与正常运行的最大负荷电流之比当无电动机时 Kss=1，有电动机时 Kss≥1考虑第一种情况，保护装置在最大负荷时能返回，则定时限过电流保护的返回值应满足（3-3）maxLsreIK考虑到 ，将式（3-3）它改写为Iopre（3-4）maxIrelLsr式中， ——可靠系数，考虑继电器整定误差和负荷电流计算不准确等IrelK因素，取为 1.1～1.2考虑到 Kre=Ire/Iop，所以~A C325 4B1 Mk13QF （3-5）)(1maxIrelIopLsK为了保证选择性，过电流保护的动作时间必须按阶梯原则选择（如图 3-5） 两个相邻保护装置的动作时间应相差一个时限阶段 t过电流保护灵敏系数仍采用式（3-2）进行检验，但应采用 代入，当过Iop电流保护作为本线路的后备保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求 Ksen1.3～1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求Ksen1.2。

定时限过电流保护的原理图与带时限过电流保护的原理图相同，只是整定的时间不同而已图 3-5 过电流保护动作时间选择的示意图3．保护的整定值计算图 3-1 中 若 取 电 源 线 电 压 为 100V（ 实 际 为 变 压 器 副 方 输 出 线 电 压 为 100V） ，系 统 阻 抗 分 别 为 Xs.max=2Ω 、 XS.N=4Ω、X smin=5Ω，线路段的阻抗为 10Ω线路中串有一个 2Ω 的限流电阻，设线路段最大负荷电流为 1.2A无时限电流速断保护可靠系数 KⅠ =1.25，带时限电流速断保护可靠系数为 KⅡ =1.1，过电流保护可靠系数 KⅢ =1.15，继电器返回系数 Kre=0.85，自启动系数 Kzq=1.0根据上述给定条件：（1）理论计算线路段电流保护各段的整定值计算：（A）16.50231025.)3(max 末IIpu（A）78..11)3(in 末IKIpu（A ）62.1)5.01.()(max2 IIreqIpu~ tAAtBtBB CtCtCttltotAtB=Iput'5.0=I'14.微机保护的原理（一）微机保护的硬件微型机保护系统的硬件一般包括以下三大部分。

1）模拟量输入系统（或称数据采集系统） 包括电压的形成，模拟滤波，多路转换（MPX）以及模数转换（ A/D）等功能块,完成将模拟输入量准确的转换为所需要的数字量的任务2）CPU 主系统包括微处理器（80C196KC ） ，。