三段式电流保护

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1、三段式电流保护问题 1、三段式电流保护的作用分别是什么？它们各自有什么优缺点？答：瞬时电流速断保护作为本线路首端的主保护。它动作迅速、但不能保护线路全长 限时电流速断保护作为本线路首段的近后备、本线路末端的主保护、相邻下一线路首端的远 后备。它能保护线路全长、但不能作为相邻下一线路的完全远后备。 定时限过电流保护作 为本线路的近后备、相邻下一线路的远后备。它保护范围大、动作灵敏、但切除故障时间长。2、影响距离保护正确动作的因素有哪些？答:(1)短路点的过渡电阻；(2)保护安装处与短路点间的分支线；(3)线路串补电容；(4)保护装置电压回路断线；(5)电力系统振荡。一、电流速断保护(第 I 段)

2、图1简单网络接线示意图dz .1d .B .max1-1)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。为优先保证继电保 护动作的选择性，就要在保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动 这在继电保护技术中，又称为按躲过下一条线路出口处短路的条件整定。以上图 1 所示的网络接线为例，假定每条线路上均装有电流速断保护，对于安装在 A 母线处的保护1来讲，其起动电流Idz必须整定得大于d2点处短路时，可能出现的最大短d.B.max路电流，即在最大运行方式下B母线上三相短路时的电流I，即:引入可靠系数Kk = 1.2 1.3，则上式即可写为:dz.1 = Kk Id.B.

3、max1-2)当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在A母线处的保护1就能 起动，最后动作于跳断路器 1对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流必须整定得大于d4点处短路时，可能出 现的最大短路电流，即在最大运行方式下C母线上三相短路时的电流I ，即:d .C .maxdz.2 = Kk Id.C.max(1-3)当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在 B 母线处的保护 2 就能 起动，最后动作于跳断路器2。后面几段线路的电流速断保护整定原则同上。电流速断保护的主要优点是：简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。但由于引 入的可靠系数K k = 1.2 1.3

4、1，所以不难看出，电流速断保护的缺点是：不能保护本线路的全长，且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。运行实践证明，电流速断保护的保护 范围大概是本线路的 85%90%。二、限时电流速断保护（第II段）1、工作原理及整定计算的基本原则由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此我们考虑增加一段新的保 护，用来切除速断范围以外的故障，保护本线路的全长，同时也能作为电流速断保护的后备 保护。由于要求它必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去， 这样当下一条线路出口处（如图1中，对于保护1来说，d2点处）发生短路时，它就要起 动，在这种情况下，为了保证动作的选择性，就

5、必须使保护的动作带有一定的时限，但又为 了使这一时限尽量缩短，我们就考虑使它的保护范围不超过下一条线路速断保护（如图 1中的保护2）的保护范围，而动作时限则比下一条线路速断保护高出一个时间阶段，即t 1 = t 2 + At1-4)如图2 （a）所示，由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以我们 称它为限时电流速断保护。现以图2中的保护1为例，来说明限时电流速断保护的整定方法。设保护2装有电流速断保护，其起动电流按照（1-3）式计算后为1dz.2，假设其保护 范围为B母线到d3之间的部分，则在d3点发生短路时，短路电流即为1 dz.2，保护2的 速断保护刚好能动作。根据以上分析，

6、保护1的限时电流速断保护不应超出保护2的电流速 断保护的保护范围，因为在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为：I I dz .1 n dz .2（1-5）在上式中能否取两个电流相等？如果选取相等，就意味着保护1的限时电流速断保护的范围 正好和保护 2 的电流速断保护的范围相重合，这在理想的情况下虽是可以的，但在实践中是 不行的。因为保护1和保护2安装在不同的地点，它们所使用的电流互感器和继电器的特性 很难完全一样，如果正好遇到保护2 的电流速断保护出现负误差，其保护范围比计算值缩小， 而保护1 的限时电流速断保护出现正误差，其保护范围比计算值增大，那么在实际上，当计 算的保护范围末端

7、（比如图1中的d3点，甚至其后面至C母线之前的某点）短路时，就会 出现保护2的电流速断保护不能动作，而保护1的限时电流速断保护却会起动的情况，由于 故障位于线路 B-C 之间，即便是保护 2 的电流速断保护不能起动，也应该由它的限时电流 速断保护动作切除故障，而如果保护1的限时电流速断保护也起动了，其结果就是两个保 护的限时速断同时作用于跳闸，因此保护1就失去了选择性。为了避免这种情况发生，就不 能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用Idz.1 Idz.2，引入可靠系数，即为：IK Idz.1 = k dz.2 （1_6）对于可靠系数K k，考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，故可选取得比

8、电流速 断保护的K k小一些，一般取K k = 1.1 1.2。由此可见，在线路上装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后，如果在保护1的电 流速断保护范围内故障，两者都能起动，但限时电流速断保护比电流速断保护高一个时限， 在时间上保证了选择性，因此由电流速断保护瞬时切除故障；而如果在保护1的电流速断保 护范围以外而同时又在线路A-B范围内故障时，则由保护1的限时电流速断保护动作以较 短的时限（在0.350.6s之间，通常最多取0.5s）切除故障。所以，线路装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证 全线路范围以内的故障能够在 0.5s 的时间内予以切除，在一般情况下都

9、能够满足速动性的 要求。因此具有这种性能的保护可以作为线路的“主保护”。d3dl保护1保护2保护3H士;-t(b)D 4-匚畔4图 2 限时电流速断保护动作时限配合关系L(a)和下一线路的电流速断保护相配合(b)和下一线路的限时电流速断保护相配合2、保护装置灵敏性的校验为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端 发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数Klm来衡量。对反应于数 值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数的含义是K _保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值lm =保护装置的动作参数(I-7)式中故障参数(如电流、电压等)的计算值，

10、应根据实际情况合理地采用最不利于保护动作 的系统运行方式和故障类型来选定。对于图1中保护1的限时电流速断保护而言，即采用系统最小运行方式下线路A-B末端 发生两相短路时的短路电流Id.B.min作为故障参数的计算值。代入上式则灵敏系数为Kd .B.min1-8)lm =厂I dz.1对于限时电流速断保护应要求Klm 1.31.5。如果灵敏系数因为各种原因不能满足要求时，通常可以考虑进一步延伸限时电流速断保护的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断保护相配合，如图2 (b)所示，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路的限时电流速断保护的时限再高一个At，般取为11.2s,此时因此，随着保护范围

11、的伸长，必然导致动作时限的升高。问题：如图2所示，不难看出，保护1的限时电流速断保护与保护1的限时电流速断保护 速断保护的动作时限是一样的。假设在B-C线路的某点发生短路（就比如d2点），而这点除 了在保护2的电流速断保护和限时电流速断保护范围内以外，又在保护1的限时电流速断保 护的范围内，此时，假设保护2 的电流速断保护因各种原因不能动作，按照选择性的要求 应该由保护 2 的限时电流速断保护动作出口，可是，保护1的限时电流速断保护也能启动， 且动作时限和保护2的限时电流速断保护相同，就会出现两者同时出口的现象，应该怎么解 决呢？三、定时限过电流保护（第III段）过电流保护通常是指其起动电流按

12、躲过最大负荷电流来整定的一种保护。它在正常运行 时不起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流增大而动作，它不仅能保护线路的全长 也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。1、工作原理及整定计算的基本原则 为保证在正常运行时过电流保护绝不动作，保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可 能出现的最大负荷电流1 f.max，并且在实际中确定起动电流时，还必须考虑在外部故障切 除后，保护是否能够返回的问题。如图3所示，当dl点短路时，短路电流将流过保护5、4、 3，这些保护都要起动，但是按照选择性的要求，应由保护3动作切除故障，然后保护4和5 由于电流已经减小而应立即返回。图 3 选择过电流保护

13、起动电流和动作时间的网络图而实际上当外部故障切除后，流经保护4 和 5 的电流是仍然在继续运行中的负荷电流，由于短路时电压降低，变电所B母线上所接负荷的电动机被制动，因此，在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自起动过程，电动机的自起动电流要大于它正常工作的电流，一般为正K常工作时电流的6倍左右。因此，我们引入一个自起动系数Kzq来表示自起动时的最大电II流zq.max与正常运行时最大负荷电流f.max之比，即：=Kzq. maxzq * f. max (l_10)保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回，为此应使保护装置的返回电流Ih大于zq . max引入可靠系数K k，则1-11)I =

14、 K ./= K .K ./h k * zq . max k * zq * f . max由于保护装置的起动和返回是通过电流继电器来实现的，因此，继电器返回电流与起动电流K的关系也就代表着保护装置返回电流与起动电流的关系，为此引入继电器的返回系数 h ， 则保护装置的起动电流即为1 K KI k * zq Idz1-12)K hK f. maxh式中 K k为可靠系数，一般取1.151.25；Kzq为电动机自起动系数，数值大于1，一般为6左右，具体的数值应由网络具体接 线和负荷性质来确定。Kh 为电流继电器的返回系数，一般采用0.85。K由这一关系可见，当 h 越小时，则保护装置的起动电流越大

15、，因而其灵敏性就越差， 这是不利的，所以，我们要求过电流继电器应有较高的返回系数。2、动作时限的整定过电流保护的动作时限要按照选择性的要求来整定，如图4 所示，假定在每个电气元件-肚t2肚tlI图 4 单侧电源网络中过电流保护动作时限的选择 上均装有过电流保护，各保护装置的起动电流均按照躲开被保护元件上各自的最大负荷电流 来整定。这样当di点短路时，保护2、3、4、5在短路电流的作用下都可能起动，但要满足 选择性的要求，应该只有保护 1 动作切出故障，其他保护在故障切除之后应立即返回。这个 要求只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足。保护 1 位于电网的最末端，只要电动机内部故障，就可以瞬时动作给予切除， t1 就是 保护装置本身的固有动作时间，对于保护2来讲，为了保证di点短路时动作的选择性，则 应整定其动作时限t2tl,引入时间阶段At，则保护2的动作时限为t = t + At21保护2的时限确定以后，当d2点短路时，它将以t2的时限切