淺析三段式電流保護(hù)的重要性

淺析三段式電流保護(hù)的重要性2016年10月

三段式電流保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)、速斷保護(hù)有區(qū)別嗎？各自保護(hù)的對(duì)象是什么？各自保護(hù)的意義一樣嗎？在變電站的停電事件中不難遇到由于短路、過(guò)負(fù)荷造成停電的，不同程度的短路、過(guò)負(fù)荷使不同的保護(hù)動(dòng)作從而切斷故障點(diǎn)，所以投入保護(hù)及投對(duì)保護(hù)的重要性可想而知，那么如何正確的判別區(qū)分保護(hù)及投入保護(hù)的正確性？

三段式電流保護(hù)顧名思義就是有三段保護(hù)：1.電流速斷保護(hù)（Ⅰ段保護(hù)）2.限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段保護(hù)）3.限時(shí)過(guò)電流保護(hù)（Ⅲ段保護(hù)）各個(gè)保護(hù)跳閘的意義及原因各有不同，作為變電站的基本保護(hù)模塊也尤為重要，以下就為大家詳細(xì)介紹三段式保護(hù)的基本情況。電流速斷保護(hù)：反應(yīng)于短路電流幅值增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)。1.工作原理選擇性:保護(hù)2動(dòng)作k2短路保護(hù)2不動(dòng)作k1或k2短路時(shí)流過(guò)保護(hù)2的短路電流幾乎一樣保護(hù)2無(wú)法區(qū)分k1和k2點(diǎn)短路k1短路+矛盾圖1電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性分析實(shí)際：

矛盾分析：區(qū)內(nèi)短路和相鄰線路短路存在選擇性問(wèn)題

解決措施：優(yōu)先保證動(dòng)作的選擇性，即保證區(qū)外故障時(shí)電流保護(hù)不誤動(dòng)，絕不擴(kuò)大停電范圍。按躲開(kāi)下條線路出口處短路的條件整定。優(yōu)先保證全線故障快速切除，即首次故障切除不考慮相鄰線路出口短路的選擇性。擴(kuò)大切除的設(shè)備靠重合閘糾正。解決辦法:本線路末端短路時(shí)保護(hù)不能啟動(dòng)按躲開(kāi)下條線路出口處短路的條件整定保護(hù)2整定電流大于下條線路出口處短路的最大短路電流優(yōu)先保證選擇性

保護(hù)不能啟動(dòng)的范圍隨運(yùn)行方式、故障類(lèi)型的不同而不同。在各種運(yùn)行方式下、發(fā)生各種短路時(shí)、保護(hù)均能切除故障的短路點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的最小范圍，稱(chēng)為最小保護(hù)范圍。例如，保護(hù)2的最小保護(hù)范圍為上圖中直線I'op2與曲線II交點(diǎn)前面的部分。圖2電流速斷保護(hù)動(dòng)作特性分析

動(dòng)作電流整定：2.電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算原則（1）動(dòng)作電流整定；（2）動(dòng)作時(shí)間整定；（3）保護(hù)范圍校驗(yàn)

以保護(hù)1為例，其啟動(dòng)電流為I'op

，必須整定得大于C母線上可能出現(xiàn)的最大短路電流，即:I'op>Ik.C.max動(dòng)作時(shí)間整定：

速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間：取決于繼電器自身固有的動(dòng)作時(shí)間，一般小于10ms。

最小的保護(hù)范圍在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)出現(xiàn)。一般應(yīng)按這種運(yùn)行方式和故障類(lèi)型來(lái)校驗(yàn)其保護(hù)的最小范圍，要求大于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的（15-20）%保護(hù)范圍校驗(yàn)：3.電流速斷保護(hù)的構(gòu)成KAKMKS信號(hào)

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作迅速缺點(diǎn)：不能保護(hù)線路全長(zhǎng)4.電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)限時(shí)電流速斷保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作的電流保護(hù)，用來(lái)切除本線路上速斷保護(hù)動(dòng)作范圍以外的故障。

是三段式電流保護(hù)的第Ⅱ段。是電流保護(hù)的主保護(hù)，同時(shí)可以作為速斷保護(hù)的后備保護(hù)。圖3限時(shí)電流速斷動(dòng)作特性要求（1）任何情況下能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，并且具有足夠的靈敏性（2）力求具有最小的動(dòng)作時(shí)限；（3）在下級(jí)線路短路時(shí)，保證下級(jí)保護(hù)優(yōu)先切除故障，滿足選擇性要求。

限時(shí)電流速斷保護(hù)圖4限時(shí)電流速斷動(dòng)作特性為了保護(hù)線路全長(zhǎng)保護(hù)范圍須延伸至下一條線路中保護(hù)2為了保證選擇性動(dòng)作須帶一定時(shí)限考慮與下級(jí)線路的速斷保護(hù)配合保護(hù)范圍不超過(guò)下級(jí)線路速斷保護(hù)的范圍動(dòng)作時(shí)限比下級(jí)線路的速斷保護(hù)高一個(gè)時(shí)間階梯1.工作原理圖5限時(shí)電流速斷動(dòng)作特性2.限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定（1）起動(dòng)電流：與下級(jí)電流速斷配合I’op,1-保護(hù)1電流速斷的啟動(dòng)電流；I’’op,2-保護(hù)2的限時(shí)電流速斷的啟動(dòng)電流保護(hù)2的限時(shí)電流速斷動(dòng)作范圍不應(yīng)超出保護(hù)1電流速斷的范圍M點(diǎn)，因此在單側(cè)電源供電時(shí)，其啟動(dòng)電流應(yīng)整定為：I

’’op,2>I’op,1（2）動(dòng)作時(shí)限的選擇

限時(shí)速斷的動(dòng)作時(shí)限

t’’2，應(yīng)選擇得比下一條線路速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限t’2高一個(gè)時(shí)間階梯△t，即t’’2≥t’2+△t

△t的數(shù)值為0.35-0.6s，常取為0.5s。圖6限時(shí)電流速斷動(dòng)作時(shí)限的配合關(guān)系

保護(hù)1電流速斷范圍以內(nèi)的故障，以t’1時(shí)間切除，保護(hù)2限時(shí)速斷雖啟動(dòng)，但△t延時(shí)，保證了選擇性。3.限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理框圖與電流速斷相比，主要區(qū)別是增加了時(shí)間繼電器KTKAKTKS信號(hào)4.限時(shí)電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：靈敏度好，能保護(hù)線路全長(zhǎng)。缺點(diǎn)：(a)帶0.5秒左右的延時(shí)，速動(dòng)性較差；(b)不能做下一段線路的遠(yuǎn)后備,加裝定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流III段保護(hù)）。

電流Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)合工作就可以保證全線路的故障在0.5秒內(nèi)予以切除，一般情況下能夠滿足速動(dòng)性的要求，可以作為“主保護(hù)”。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：作為下級(jí)線路主保護(hù)拒動(dòng)和斷路器拒動(dòng)時(shí)的遠(yuǎn)后備，同時(shí)作為本線路主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)的近后備保護(hù)，也作為過(guò)負(fù)荷時(shí)的保護(hù)。其動(dòng)作電流是按照躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的，是三段式電流保護(hù)的第Ⅲ段。特點(diǎn)：（1）保護(hù)范圍不僅包括本線路全長(zhǎng)，也包括相鄰下一線路全長(zhǎng)，甚至更遠(yuǎn)。（2）為了保證選擇性，動(dòng)作時(shí)限一般較長(zhǎng)。是一種后備保護(hù)。1.定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的整定計(jì)算

（1）起動(dòng)電流整定值

起動(dòng)電流整定值應(yīng)滿足：

·大于最大負(fù)荷電流Il,max

·外部故障切除后保護(hù)裝置能夠可靠返回，即返回電流要Ire大于自啟動(dòng)時(shí)最大電流Iss,max圖7選擇過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)圖保護(hù)3-5均啟動(dòng)k1短路B母線所接負(fù)荷電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)U降低I升高按選擇性要求保護(hù)3動(dòng)作切除故障保護(hù)4、5返回電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)U恢復(fù)圖8單側(cè)電源放射性網(wǎng)絡(luò)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限選擇說(shuō)明(2)動(dòng)作時(shí)限整定

保護(hù)1在最末端，M故障，它可瞬時(shí)切除，t1為保護(hù)裝置自身的固有動(dòng)作時(shí)間。保護(hù)2為保證k1短路選擇性，其動(dòng)作時(shí)限t2>t1。t2=t1+△t

以此類(lèi)推，保護(hù)3、4、5的動(dòng)作時(shí)限均應(yīng)比相鄰各元件保護(hù)動(dòng)作時(shí)限至少高出一個(gè)△t（一般0.5s）

與相鄰下一線路的電流Ⅲ段動(dòng)作時(shí)限相配合。圖9選擇過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)圖

例如上圖所示網(wǎng)絡(luò)，對(duì)保護(hù)4而言即應(yīng)滿足以下要求：t4=max｛t1+△t，t2+△t，t3+△t｝

t1為1號(hào)（電動(dòng)機(jī)）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；

t2為2號(hào)（變壓器）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；

t3為3號(hào)（線路BC）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；

定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：動(dòng)作時(shí)限與短路電流的大小無(wú)關(guān),動(dòng)作時(shí)限是人為事先整定的。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)（電流Ⅲ段）由于時(shí)限的配合原因，造成故障靠電源越近，短路電流越大，過(guò)電流保護(hù)切除故障的時(shí)間越長(zhǎng)，這是其缺陷。反時(shí)限電流保護(hù)：也是一種過(guò)電流后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間是電流的函數(shù)。電流小時(shí)，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)；電流大時(shí)，動(dòng)作時(shí)間短。

反時(shí)限保護(hù)缺點(diǎn)是整定配合復(fù)雜，主要用于單側(cè)電源供電的線路終端和較小容量的電動(dòng)機(jī)上。反應(yīng)于電流升幅值高而動(dòng)作的保護(hù)電流速斷(I段)按躲開(kāi)本線路末端的最大短路電流整定限時(shí)電流速斷(II段)過(guò)電流保護(hù)(III段)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)不能作為相鄰元件后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限可能較長(zhǎng)按不超出下級(jí)線路的電流速斷保護(hù)范圍整定按躲開(kāi)本級(jí)線路內(nèi)的最大負(fù)荷電流整定三段式電流保護(hù)

具體應(yīng)用時(shí)，可只采用速斷+過(guò)電流，或限時(shí)速斷+過(guò)電流保護(hù)，也可三段同時(shí)采用。應(yīng)用：主要用在35kV及以下的單電源輻射網(wǎng)上。

每一線路裝設(shè)有三段式繼電保護(hù)，Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段之間，并與相鄰線路三段式繼電保護(hù)共同構(gòu)成了較完善的保護(hù)系統(tǒng)。從以上對(duì)三段式電流保護(hù)的介紹不難看出各自的重要性和差異性：（1）Ⅰ段、Ⅱ段做為主保護(hù)，Ⅲ段做為后備保護(hù)。（2）Ⅰ段不能保護(hù)全長(zhǎng)，保護(hù)范圍不穩(wěn)定。（3）Ⅱ段可以保護(hù)全長(zhǎng)，保護(hù)速動(dòng)性差一些。（4）Ⅲ段最靈敏，故