單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的三段式電流保護(hù)研究

摘

要：電流保護(hù)是單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路中最為常用的保護(hù)手段，其結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠?，F(xiàn)主要介紹了三段式電流保護(hù)的工作原理、整定原則以及優(yōu)缺點(diǎn)，為保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供參考。關(guān)鍵詞：電流保護(hù)；整定原則；優(yōu)缺點(diǎn)

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引言電流保護(hù)一般分為三段：第一段保護(hù)為電流速斷保護(hù)；第二段為限時(shí)電流速斷保護(hù)；第三段為定時(shí)限過電流保護(hù)，也稱為過電流保護(hù)。這三段電流保護(hù)可以確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1

電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)是當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)短路電流就會(huì)迅速增大，能夠無時(shí)限進(jìn)行動(dòng)作的電流保護(hù)。如圖1所示，舉例說明電流速斷保護(hù)是如何進(jìn)行整定的。假設(shè)A—B段發(fā)生故障，希望保護(hù)1可以迅速動(dòng)作，并且不會(huì)使得B—C段在k2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)1發(fā)生動(dòng)作，而由B—C段的保護(hù)2發(fā)生動(dòng)作，那就要求保護(hù)1的整定值大于k2短路時(shí)的最大短路電流值，即大于在最大運(yùn)行方式下變電所B母線上三相短路時(shí)的電流Ik.B.max。因此，電流速斷保護(hù)的整定原則是按躲過某段線路末端出口處最大短路電流值進(jìn)行整定，即：其中，為系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢；Zs.min為保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最小阻抗；ZA-B為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗；為整定值。動(dòng)作電流為：

這里是一個(gè)可靠系數(shù)，其值大約在1.2～1.3，引入這個(gè)可靠系數(shù)的原因是考慮非周期分量的影響，實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值以及留有一定的裕度。因此，在設(shè)定整定值時(shí)無法做到保護(hù)線路的全長，在實(shí)際的生產(chǎn)中要求該保護(hù)的最小保護(hù)范圍必須是大于線路全長的15%～20%。最小保護(hù)范圍是對于系統(tǒng)處于最小運(yùn)行方式下，線路的末端發(fā)生的短路類型是兩相短路而言的，即保護(hù)的最小范圍計(jì)算式為：其中，Lmin為電流速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍長度；z1為線路單位長度的正序阻抗。電流速斷保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)：電流速斷保護(hù)只需要設(shè)定一個(gè)整定值大于該線路末端最大的短路電流值即可，因此它的結(jié)構(gòu)是比較簡單的。除此以外，由于發(fā)生故障的時(shí)候該裝置幾乎沒有任何時(shí)限，所以能夠快速切除故障。但同時(shí)該保護(hù)最大的缺點(diǎn)就是不能夠保護(hù)線路的全長，需要犧牲保護(hù)范圍，所以如果一個(gè)線路過于短，那就不能夠采用這種保護(hù)裝置。2

限時(shí)電流速斷保護(hù)由于第I段保護(hù)，即電流速斷保護(hù)無法保護(hù)本線路的全長，因此對于剩余沒有被保護(hù)的線路，需要另外加裝一套保護(hù)裝置，這套裝置可以保護(hù)線路的全長。但由上面電流速斷保護(hù)可知，想要保護(hù)線路全長，又同時(shí)在下一級(jí)線路短路時(shí)該線路保護(hù)裝置不動(dòng)作，這兩個(gè)是矛盾的。因此通過加一段帶時(shí)限的保護(hù)裝置就可以解決這個(gè)問題，從而產(chǎn)生了限時(shí)電流速斷保護(hù)。仍然以圖1為例進(jìn)行說明，當(dāng)A—B段發(fā)生故障時(shí)，首先保護(hù)1的電流速斷保護(hù)動(dòng)作滿足快速性要求，而對于A—B段剩下沒有被保護(hù)到的區(qū)域，就選用限時(shí)電流速斷保護(hù)這套裝置。想要保護(hù)到A—B線路的全長，那使得保護(hù)范圍要延伸到B—C線路當(dāng)中。如果B—C段的k2發(fā)生了故障，應(yīng)該由B—C段的電流速斷保護(hù)動(dòng)作，不能讓A—B的限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，這就要求A—B段限時(shí)電流保護(hù)的范圍不能超過B—C段的速斷保護(hù)范圍，并且A—B段的動(dòng)作時(shí)間要比B—C段的高一個(gè)時(shí)間段即，這樣就不會(huì)使得兩個(gè)保護(hù)發(fā)生碰撞了。因此，限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定原則是與下一級(jí)線路配合段相配合的進(jìn)行整定，即：

其中，為A—B段上保護(hù)1的II段保護(hù)，即限時(shí)電流速斷保護(hù)整定值；為B—C段上保護(hù)2的I段保護(hù)，即電流速斷保護(hù)整定值；為可靠性配合系數(shù)，一般取值為1.1～1.2；為A—B段上限時(shí)速斷的時(shí)限；為B—C段上電流速斷的動(dòng)作時(shí)限；為時(shí)間階梯數(shù)值，一般在0.3～0.5，工程上一般取0.5s。靈敏度校驗(yàn)：由于該保護(hù)是要能夠保護(hù)本線路的全長，所以在進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，是以系統(tǒng)的機(jī)組只打開能夠剛好達(dá)到用電需求的數(shù)量，也就是系統(tǒng)在最小方式下運(yùn)行。此外本線路的末端發(fā)生的短路類型是通過兩相短路來進(jìn)行校驗(yàn)的，采用靈敏度系數(shù)Ksen來進(jìn)行衡量，即：

一般要求Ksen≥1.3～1.5。限時(shí)電流速斷保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)是可以保護(hù)本線路的全長，并且有著較高的靈敏度；其缺點(diǎn)是帶有0.5s左右的延時(shí)，速動(dòng)性比較差。3

定時(shí)限過電流保護(hù)一個(gè)電路發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)裝置，除了在發(fā)生故障的線路上有主保護(hù)外，還需要有后備保護(hù)，前面兩種保護(hù)裝置就是故障線路的主保護(hù)，而線路的后備保護(hù)就由定時(shí)限過電流保護(hù)來承擔(dān)，即作為發(fā)生故障的線路的近后備保護(hù)，又作為故障線路相鄰的下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，并且保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間是恒定的，不會(huì)隨著短路電流的大小而變化。因此，定時(shí)限過電流保護(hù)實(shí)際的作用是一種后備保護(hù)，只有在各個(gè)線路上的主保護(hù)都發(fā)生故障時(shí)候才會(huì)動(dòng)作，否則不會(huì)動(dòng)作，這就要求啟動(dòng)電流必須大于線路的最大負(fù)荷電流IL.max。另外當(dāng)外面線路上所發(fā)生的故障被解決時(shí)，要重新恢復(fù)電壓，這就要求在自啟動(dòng)電流條件下，保護(hù)裝置還可以重新返回工作，其返回電流應(yīng)大于負(fù)荷自啟動(dòng)電流，即：

其中，為保護(hù)裝置的返回電流；為可靠系數(shù)，一般為1.15～1.25；Kss為自啟動(dòng)系數(shù)，數(shù)值大于1。保護(hù)裝置的工作與切除故障后的重新返回工作是通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，所以從繼電器啟動(dòng)與返回之間的關(guān)系就可以得到保護(hù)裝置的關(guān)系，從而得到電流的整定值，即：

其中，Kre為電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用0.85～0.95。定時(shí)限過電流保護(hù)的整定原則為躲過本線路中最大負(fù)荷電流。動(dòng)作時(shí)限的整定是按照一級(jí)比一級(jí)高一個(gè)時(shí)間差的原則來整定的，就像階梯一樣，離電源近的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比相鄰的離電源較遠(yuǎn)的動(dòng)作保護(hù)時(shí)間長一個(gè)時(shí)間差，即。其靈敏度校驗(yàn)：

定時(shí)限過電流保護(hù)雖然主要是作為后備保護(hù)來使用的，不過有時(shí)候也可以作為線路的主保護(hù)來使用，這個(gè)時(shí)候就要采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流校驗(yàn)，一般要求Ksen≥1.3～1.5；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流來進(jìn)行校驗(yàn)，此時(shí)要求Ksen≥1.2。另外，在實(shí)際中要求保護(hù)之間的靈敏度是相互配合的，簡單來說就是離故障點(diǎn)越近，要求保護(hù)的靈敏度越高，這也是出于快速切除故障來考慮的。定時(shí)限過電流保護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作電流小，靈敏度更高，保護(hù)范圍可以達(dá)到本線路和相鄰線路的全長；其缺點(diǎn)就是動(dòng)作時(shí)限太長。因此又引出了一種反時(shí)限過電流保護(hù)，這里就不介紹了。4

結(jié)語本文主要介紹了三段式電流保護(hù)各自的工作原理、整定原則、靈敏度校驗(yàn)的方法以及各