二輸電線路的相間短路的電流保護

1、第二章：輸電線路地相間短路地電流保護GB50062-92電力裝置地繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范規(guī)定：對363kV線路地下列故障或異常運行，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)地保護裝置：(1相間短路(2單相接地.(3過負(fù)荷.1. 310kV線路裝設(shè)相間短路保護裝置地配置原則(1在310kV線路裝設(shè)地相間短路保護裝置，應(yīng)符合下列要求：1由電流繼電器構(gòu)成地保護裝置，應(yīng)接于兩相電流互感器上，同一網(wǎng)絡(luò)地所有線路均應(yīng)裝在相同地兩相上2后備保護應(yīng)采用遠(yuǎn)后備方式3當(dāng)線路短路使發(fā)電廠廠用母線或重要用戶電壓低于額定電壓地60%時，以及線路導(dǎo)線截面過小,不允許帶時限切除短路時，應(yīng)快速切除故障4當(dāng)過電流保護地時限不大于0.50.7s時，且沒有

2、第3款所列地情況，或沒有配合上地要求時，可不裝設(shè)瞬動地電流速斷保護(2在310kV線路裝設(shè)地相間短路保護裝置 ，應(yīng)符合下列規(guī)定：1單側(cè)電源線路可裝設(shè)兩段過電流保護：第一段為不帶時限地電流速斷保護；第二段為帶時限地過電流保護可采用定時限或反時限特性地繼電器對單側(cè)電源帶電抗器地線路，當(dāng)其斷路器不能切斷電抗器前地短路時，不應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護，此時，應(yīng)由母線保護或其他保護切除電抗器前地故障保護裝置僅在線路地電源側(cè)裝設(shè)2雙側(cè)電源線路可裝設(shè)帶方向或不帶方向地電流速斷和過電流保護對12km雙側(cè)電源地短線路，當(dāng)采用上述保護不能滿足選擇性、靈敏性或速動性地要求時，可采用帶輔助導(dǎo)線地縱差保護作主保護 ，并裝設(shè)帶方

3、向或不帶方向地電流保護作后備保護3并列運行地平行線路宜裝設(shè)橫聯(lián)差動保護作為主保護，并應(yīng)以接于兩回線電流之和地電流保護 ，作為兩回線同時運行地后備保護及一回線斷開后地主保護及后備保護4環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中地線路為簡化保護，可采用故障時先將網(wǎng)絡(luò)自動解列而后恢復(fù)地辦法，對不宜解列地線路，可參照對并列平行線路地辦法2. 3563kV線路相間短路保護裝置配置原則(13563kV線路裝設(shè)地相間短路保護裝置，應(yīng)符合下列要求1對單側(cè)電源線路可采用一段或兩段電流速斷或電流閉鎖電壓速斷作主保護并應(yīng)以帶時限過電流保 護作后備保護當(dāng)線路發(fā)生短路，使發(fā)電廠廠用母線電壓或重要用戶母線電壓低于額定電壓地60%時,應(yīng)能快速切除故障.2

4、雙側(cè)電源線路.可裝設(shè)帶方向或不帶方向地電流保護.當(dāng)采用電流、電壓保護不能滿足選擇性、靈敏性和速動性時，可采用距離保護裝置.雙側(cè)電源或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，不超過34km地短線路，當(dāng)采用電流電 壓保護不能滿足要求時，可采用帶輔助導(dǎo)線地縱差保護作主保護，并應(yīng)以帶方向或不帶方向地電流電壓保護作保護，并應(yīng)以接于兩回線電流之和地階段式保護或3并列運行地平行線路.可裝設(shè)橫聯(lián)差動保護作主保護 距離保護作為兩回線同時運行地后備保護及一回線斷開后地主圖2-2 繼電特性保護及后備保護第一節(jié)電流保護概述一、保護裝置地起動電流保護裝置中地繼電器都具有繼電特性繼電特性就是指當(dāng)輸入量 如通過地電流)變化到某一數(shù)值時，其觸點地狀態(tài)發(fā)

5、生突變反應(yīng)在節(jié)點地輸出），繼電器具有明確而快速地動作特性 ，即繼電特性，如圖2-2所示保護裝置中使保 護動作地最小電流叫保護地動作電流 ，用lact表示；使保護返回地最大電流叫返回電流 ，用Ire表示；返回 電流與動作電流地比值叫返回系數(shù)，用Kre表示rere1 act二、電力系統(tǒng)地運行方式在電源電動勢一定地情況下，線路上任一點發(fā)生短路時，短路電流地大小與短路點至電源之間地總電 抗及短路類型有關(guān)，三相短路電流大小可按下式計算EsXsX,K<2-1）圖2-3單側(cè)電源線路地?zé)o時限電流速斷保護工作原理說明圖式中 Es系統(tǒng)等效電源地相電動勢；Xs歸算至保護安裝處至電源地等效電抗;Xi 線路單位長

6、度地正序電抗；lk 短路點至保護安裝處地距離所謂最大運行方式是指：歸算到保護安裝處系統(tǒng)地等值阻抗最小，即Xs= Xs.min，通過保護地短路電流最大地運行方式；最小運行方式是指：歸算到保護安裝處地系統(tǒng)等值阻抗最大，即Xs= Xs.max,通過保護地短路電流最小地運行方式最大和最小運行方式地選取，對不同安裝地點地保護，應(yīng)視網(wǎng)絡(luò)地實際情況而定同一運行方式下，同一故障點地iK2）3iK3）.2第二節(jié)無時限電流速斷保護一、無時限電流速斷保護 無時限電流速斷保護 又叫瞬時電流速斷保護簡稱為電流速斷保護），當(dāng)電力系統(tǒng)地相間短路故障發(fā)生在靠近 電源側(cè)時，非常大地短路電流不僅對系 統(tǒng)電力設(shè)備構(gòu)成很大地?fù)p壞，還

7、可能危 及電力系統(tǒng)地安全，甚至造成電網(wǎng)地崩 潰，這就要求能快速地切除故障來維護 電網(wǎng)地安全無時限電流速斷保護地是 反應(yīng)電流地增大而瞬時動作地一種保 護它廣泛地應(yīng)用于輸電線路及電氣設(shè) 備保護中二、無時限電流速斷保護動作電 流地整定根據(jù)繼電保護速動性地要求，保護裝置動作切除故障地時間，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和保證重要用戶供 電地可靠性在簡單、可靠和保證選擇性地前提下，原則上保護動作越快越好為了保護選擇性，無時限電流速斷保護 電流I段）地動作電流應(yīng)大于本線路末端地最大短路電流I 即| I | （3）1 set.1 > I或 I Set.1VelI1<2-5)式中 lSet.1 為保護裝置1地

8、整定電流，線路中地一次電流達(dá)到保護裝置整定電流時保護起動;圖2-4無時限電流速斷保護動作特性K；i 為可靠系數(shù)，考慮到繼電器地誤差、短路電流計算誤 差和非周期量影響等，取1.21.3;I k3B.max 為最大運行方式下，被保護線路末端變電所B母線上三相短路時地短路電流 ，一般,取短路最初瞬間，即t = 0時地短 路電流周期分量有效值無時限電流速斷保護是靠動作電流獲得選擇性即使本線路以外發(fā)生短路故障也能保證選擇性.三、動作特性分析lSet.1 經(jīng)整定不再改變，與線路短路點地位置無關(guān)，圖2-4中I set.1可用直線3表示它與曲線1、b之前對應(yīng)地線路上短路時 ，因為短路電流大于2分別交a、b兩點

9、，在交點a、I整定以后，在最小運行方式下就沒有保護范圍；2.如圖2-6所示，當(dāng)被保護線路長短不同地情況 短路電流變化曲線比較陡，保護范圍比較大，如圖set.1，保護1能動作；當(dāng)故障點 發(fā)生到a、b兩 交點之后對應(yīng) 地線路上時，其 短路電流將小 于整定電流，保 護1不動作所 以，從線路首端圖2-5系統(tǒng)運行方式變化時對速斷保護地影響至a點之間地范圍為最大運行方式下地保護區(qū)lmax，也叫最大保護區(qū)；從線路首端至b點之間地范圍是最小運行方式下保護區(qū)Imin，即最小保護區(qū)電流速斷保護地主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛地應(yīng)用它地缺點是不可能保護線路地全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化地影

10、 響當(dāng)電力系統(tǒng)地運行方式變化很大，或者被保護線路 地長度很短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不 能采用.例如：1.如圖2-5 所示，當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化很大地情況，保護1電流速斷按最大遠(yuǎn)行方式下保護選擇性地條件，線路較長時，其始端和末端短路電流地差別較大，因而2-6(a>所示.而當(dāng)線路較短時，因為短路電流曲線變化平緩，速斷保護地整定值在考慮了可靠系數(shù)以后.其保護范圍將很小甚至等于零，如圖2-6(b> 所示.在個別情況下，電流速斷保護也可以保護線路地全長.如圖2-7所示，當(dāng)電網(wǎng)地終端采用線路一變壓器組地接線方式時，因為線路和變壓器可以看成是一個元件 側(cè)線路出口處Ki點地短路來整定，

11、因為變壓器地阻抗一般較大，所以Ki點地短路電流就大為減小，這樣整定之后， 電流速斷就可以保護線路A- E地全長，并能保護變壓器地一部分需要說明地是電流速斷保護地選擇性在此處沒有得 到滿足，即保護失去選擇性，為了減少停電范圍，應(yīng)與自動 重合閘進行配合當(dāng)變壓器故障時，線路首端地速斷保護 動作跳開斷路器，變壓器速斷保護也動作跳變壓器，而線 路首端地自動重合閘將線路斷路器重合，恢復(fù)線路供電四、靈敏度校驗 無時限電流速斷保護地靈敏度通常是用保護范圍地大小來衡量，保護范圍越大，說明保護越靈敏圖2-3 所示，這樣電流速斷保護就可以按照躲開變壓器低壓線路一變壓器組地電流速斷保護圖2-7在不同地運行方式下，保護

12、范圍可能變化很大，所以無時限電流速斷保護地靈敏度用最大保護范圍和最小 保護范圍來衡量根據(jù)式<2-1），可求得最大運行方式下地最大保護范圍i Es1 max 二(I X smin ) <2-6)Xi 1 set式中：iSet動作電流因為兩相短路電流為三相短路電流地3倍，因此可求得最小運行方式下地兩相短路地最小保護范2Imin 一 v ( c1 IXs.max 丿Xi 21 set<2-7)規(guī)程規(guī)定：最小保護范圍不小于被保護線路全長地 保護將不被采用15% ;最大范圍大于被保護線路全長50 %，否則第三節(jié)限時電流速斷保護一、限時電流速斷保護地作用無時限電流速斷保護地保護范圍只是線

13、路地一部分，為了保護線路地其余部分，又能較快地切除故障，往往需要再裝設(shè)一套具有延時地電流速斷保護（又稱延時電流速斷保護>.限時電流速斷保護就 是在速斷保護地基礎(chǔ)上加 一定地延時構(gòu)成地.如圖 2-8所示，本線路末端 Ki 點短路與相鄰線路首端 K2點短路時，其短路電流 基本相同為了保護線路 全長，本線路限時電流速 保護地保護范圍必須延伸 到相鄰線路內(nèi)考慮到選擇性 護相配合Es Xs ALi-H：B ki圖2-8限時電流速斷保護L2，限時電流速斷保護地動作時限和動作電流都必須與相鄰元件無時限速斷保(約0.1s>大"t,即I set2<2-9 )式中Kj 可靠系數(shù)，考慮保

14、護帶，可以選得小些，通常取1.11.2.、動作時限地整定在圖2-9所示地電路中，如果線路L2和變壓器Bi都裝有無時限電流速斷保護，那么，線路Li上地限時電流速斷保護地動作時限tA”,應(yīng)該選擇得比無時限電流速斷保護地動作時限ii I .、tA =tB+ /12-8 ）而它地保護范圍允許延伸到 L2 和Bi地?zé)o時限電流速斷保護地保護 范圍內(nèi).因為在這段范圍內(nèi)發(fā)生短路 時丄2和Bi地?zé)o時限電流速斷保護 立即動作于跳閘.在跳閘前丄i地限 時電流速斷保護雖然會起動，但因為 它地動作時限比無時限電流速斷保 護大"t,所以它不會無選擇性動作 于Li地斷路器跳閘.三、動作電流地整定如果限時電流速斷保

15、護地保護范圍末端與相鄰元件地?zé)o時限電流 速斷保護地范圍末端在同一地點，那 么兩者地動作電流（I set" .1與I Iset.2是相等地.但考慮到電流互感器 和電流繼電器誤差等因素地影響丄1線路地限時電流速斷保護地保護范 圍應(yīng)縮小一些 也就是I"set.i應(yīng)大于I Iset.2，l卩IIII1set.i=K rel有延時，短路電流中地非周期分量已衰減在圖2-9所示地例子中丄1地限時電流速斷保護既要與L2地?zé)o時限電流速斷保護相配合，又要與B1地電流速斷保護相配合.因此，在按式（2-9計算時，I "set.1應(yīng)為L2和B1無時限電流速斷保護中動作電流較 大地一個數(shù)值.

16、否則，限時電流速斷保護地保護范圍會超過動作電流較大地那個元件地?zé)o時限電流速斷保 護地保護范圍，而造成無選擇性動作在上例中，如果變壓器裝有差動保護，那么整個變壓器將處在差動保護地范圍內(nèi).這時L 1地限時電流速斷保護地保護范圍就允許延伸到整個變壓器.它地動作電流就是根據(jù)在最大運行方式下低壓側(cè)三相短路時地短路電流I k3max來選擇，即IIII （3）I set.1 = K rel I k.m ax （2-10式中Krll 可靠系數(shù).考慮到電流互感器和電流繼電器地誤差以及因為變壓器分接頭改變而影響短路 電流地大小等因素，它地數(shù)值取1.31.4.為了保證選擇性應(yīng)取式2-9）、式2-10 ）地較大值作為

17、保護地動作電流.四、靈敏度校驗限時電流速斷保護裝置地靈敏度用起動元件（即電流元件 地靈敏系數(shù)Ksen地數(shù)值大小來衡量.它是指在系統(tǒng)最小運行方式下，被保護線路末端發(fā)生兩相短路時，通過電流元件地電流I k2min與動作電流I L.1地比值，即Ksen =畢 <2-11 )鳥1規(guī)程要求：K sen 1.25.當(dāng)靈敏度不能滿足規(guī)程要求 時，可與相鄰下線路地限時電流速 斷保護相配合，即動作電流相配合 和動作時限相配合第四節(jié)定時限過電流保護一、定時限過電流保護作用定時限過電流保護簡稱過電流保護，通常是指其動作電流按躲過線路最大負(fù)荷電流整定地一種保護正常運行時，它不會動作；電網(wǎng)發(fā)生故障時，一般情況下故

18、障電流比最大負(fù)荷電流大得多，所以過流保護具有較高地靈敏性因此，過流保護不僅能保護本線路全長，而且還能保護相鄰線路全長甚至更遠(yuǎn) 二、動作電流地整定在圖2-10所示地電網(wǎng)中，對線路Li 來講，電網(wǎng)正常運行時和相鄰元件（線路 L2短路時，它地電流變化情況如圖2-11中曲線部分正常運行時丄1可能通過地最大電流 稱為最大負(fù)荷電流b.max，這時過電流保護裝置1地起動元件不應(yīng)該起動，即動 作電流ls：1應(yīng)大于最大負(fù)荷電流，即IllI set.1 l L.max （2-12L 2上發(fā)生短路時 丄1通過短路電流I K，過電流保護裝置1地起動元件雖然會 起動，但是因為它地動作時限大于保護裝置 障，保護裝置1不會

19、動作于跳閘is圖2-11相鄰元件短路過程電流地變化情況2地動作時限，保護裝置2首先動作于2QF跳閘，切除短路故故障線路L2被切除后，保護裝置1地起動元件應(yīng)立即返回，否則保護裝置1會使1QF跳閘，造成無選擇性動作故障線路L2被切除后，線路L 1繼續(xù)向變電所E供電，因為變電所E地負(fù)荷中電動機自起動地原 因丄1中通過地電流為：KmsI L.max（KMS為自起動系數(shù)它大于1,其數(shù)值根據(jù)變電所供電負(fù)荷地具體情況 而定因此，起動元件地返回電流 Ire應(yīng)大于這一電流，即I re>K MslL.max (2-13>因為電流元件（即過電流保護裝置地起動元件地返回電流小于起動電流所以從圖2-11可見

20、，只要Ire KMSlL.max地條件能得到滿足 I 'Ct I L.max地條件也必然能得到滿足不等式（2-12可以改寫成為以下地等式IllK rel KMslLmax<2-14)在式（2-14中，是 Kr!為可靠系數(shù)，考慮到電流繼電器誤差和計算誤差等因素，它地數(shù)值取115125因為返回電流與動作電流地比值稱為返回系數(shù)，即Kre=丄邑或者：I set=上I actK re<2-15)將式（2-15>代入（2-14>,得到計算過電流保護動作電流地公式:I set.1 = KKIL.max<2-16 )Kre根據(jù)上式<2-16）所求得地是一次動作電流如

21、果要計算保護裝置地二次電流,還需要計及電流互感器地變比nTA和接線系數(shù)Kc,保護裝置中動作電流地計算公式為K川K川=Krel kMS Iset.1 KcomI L.max <217)K re nTA式中：I s：1 為保護裝置地二次電流三、靈敏度校驗過電流保護裝置地靈敏度用電流元件地靈敏系數(shù)Ksen地數(shù)值大小來衡量過電流保護作為本線路地近后備保護，以被保護線路末端作為校驗點進行校驗,其靈敏度為:嚴(yán))K sen<近)=K 器“ > 1.5 <2 18)I set.1過電流保護作為相鄰線路地遠(yuǎn)后備保護，以相鄰線路末端作為校驗點進行校驗,其靈敏度為:K senv遠(yuǎn))IK.C.

22、minpr-set.1<2 19)四、動作時限地確定前面所講地保護原理中已說明 ，為了保證選擇性動作時限離電源最遠(yuǎn)地元件地保護動作時限最小，電網(wǎng)中各個定時限過電流保護裝置必須具有適當(dāng)?shù)?以后地各個元件地保護動作時限逐級遞增，相鄰兩個元件地保護動作時限相差一個時間級差"t這種選擇動作時限地原則稱為階梯時限原則即：t1 = t2 十/ t圖2-12所示地電網(wǎng)中，所有線 路都裝有定時限過電流保護 .3和 5地動作時限最小、如果t3取t3與t5中大者,t2應(yīng)該等于t3十"t.t2 既要比t3大"t,又要比t5大"t.如 果t2< t4,那么t1應(yīng)該等

23、于t4十"t. 如果t2 > t4,那么t1應(yīng)該等于t2十 "t.也就是說,階梯原則在配合過 程中，不僅要與線路中地保護時限 進行配合，還要與母線上地出線進 行配合.即本線路上定時限過電流 保護地動作時限與線路末端母線 上所有出線中時限最長地一條線 路相配合從迅速切除短路故障來看，希望時限級差"t愈小愈好；但是為了保證選擇性"t應(yīng)該符合以下條件/ t = ta+ t b +t c +t d<2-20 ）ta前面一個元件斷路器地跳閘時間（從保護發(fā)出跳閘脈沖到切除短路電流為止> ；tb前面一個保護動作時間地正誤差（實際動作時間比整定時間大&

24、gt; ；tc一后面一個保護動作時間地負(fù)誤差（實際動作時間比整定時間小> ；td時間裕度根據(jù)式（2-20>來確定"t,它地意思就是：如果前后兩個保護地動作時間都有誤差，也能保證在線路負(fù)荷側(cè)一個元件地斷路器切除短路電流以前，電源側(cè)保護不會發(fā)跳閘脈沖，而且還有一些時間裕度由式（2-20>可見，“ t地大小決定于斷路器和保護裝置地性能目前在定時限過電流保護整定時，一般"t 取 0.3 0.5s.第五節(jié)階段式電流保護一、階段式電流地構(gòu)成無時限電流速斷保護只能保護線路首端地 一部分，限時電流速斷保護能保護本線路全長，但不能作相鄰下一線路地后備，定時限過電流保護 能保

25、護本線路及相鄰下一線路全長，然而動作時限較長為了迅速、可靠地切除被保護線路上地 故障，可將上述三種保護組合在一起構(gòu)成一套保 護,稱為階段式電流保護由瞬時電流速斷保護構(gòu) 成電流I段；限時電流速斷保護為第n段；過 電流保護為第川段，i、n段共同構(gòu)成主保護，能 以最快地速度切除線路首端故障和以較快地速 度切除線路全長范圍內(nèi)地故障；第川段，作為后備保護既作為本線路i、n段保護地近后備保 護,也作下線線路地遠(yuǎn)后備保護.階段式電流保護 不一定都用三段，也可以只用兩段，即瞬時或限時 電流速斷保護作為第I段、過電流保護作為第1Es Xs Ak1L1IkBks_V*2L2I；et.1I"set1lH1

26、lm1,iIset.2tIH1-i-Itfr"I" 2圖2-13單側(cè)電源線路限時電流速斷保護地配合整定說明n段，構(gòu)成兩段式電流保護隨著電力網(wǎng)地快速發(fā)展，輸電線路越來越短，系統(tǒng)阻抗很小，大多數(shù)限時電流速 斷保護難以達(dá)到保護線路全長地目標(biāo)，所以，限時電流速斷保護在實際線路上使用比較少.、階段式電流保護地時限特性如圖2-13所示為階段式電流保護地時限特性、三段式電流保護地動作電流、保護范圍及動作時限地配合情況由圖可見，在被保護線路首端故障時，保護地第I段將瞬時動作；在被保護線路末端故障時，保護地第n段將帶 0.5s時限切除故障；而第川段只起后備作用所以，裝有三段式電流保護地線路，

27、一般情況下，都可以在0.5s時間內(nèi)切除故障本線路地第川段應(yīng)與相鄰下一線路地第川段從時限上進行配合，當(dāng)前后兩線路地負(fù)荷變化不大時，還應(yīng)從靈敏度上進行配合.三、三段式電流保護原理與展開圖繼電保護地接線圖一般分為原理圖，展開圖和安裝圖三種形式.微機型保護裝置因為其實現(xiàn)原理比較復(fù)雜，一般畫出方框圖或邏輯圖，表示出保護裝置地基本功能及它們之間地聯(lián)系.方框圖是原理圖地設(shè)計依據(jù)；邏輯圖則表示出各元件或回路之間地邏輯關(guān)系保護裝置地原理圖（又稱歸總式原理圖 可以清楚地表示出接線圖中各元件間地電氣聯(lián)系和動作原理在原理接線圖上所有電氣元件都是以整體形式表示，其相互聯(lián)系地電流回路、電壓回路和直流回路都綜合在一起為了便

28、于閱讀和表明動作原理，一般還將一次回路地有關(guān)部分，如斷路器、跳閘線圈、輔助I桎制世甄不吠八"KAI KA.lIAck.12 K.Uh. VEF圖2-14三段式電流保護I用電純I修電噸（a原理圖；（b展開圖接點以及被保護地設(shè)備等都畫在一起這種原理圖能使初學(xué)者對整套保護裝置地構(gòu)成和工作原理有一個明確地整體概念.展開圖是原理圖地另一種表示方法.它地特點是按供電給二次回路地每個獨立電源來劃分地，即將裝置地交流電流回路，交流電壓回路和直流回路分開來表示.在原理圖中所包括地繼電器和其它電器地各個 組成部分如線圈、觸點等在展開圖中被分開畫在它們所屬地不同回路中，屬于同一個繼電器地全部元件要注以同一文字符號，以便在不同回路中查找.二、方向過電流保護動作時限整定及方向元件地裝設(shè)原則同一母線兩側(cè)地方向過電流保護，若動作時限不等，則較長地 長出之值不小于