單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)三段式過電流保護

1、單側(cè)電流輻射形電網(wǎng)三段式電流保護電控學院 一、實驗名稱：單側(cè)電流輻射形電網(wǎng)三段式過電流保護1、 實驗?zāi)康模?本次實驗針對自動化專業(yè)和電氣工程及其自動化專業(yè)。通過綜合實驗，使學生對所學過的供電課程，如短路電流的計算、靈敏度校驗，以及繼電保護等章節(jié)有一次系統(tǒng)的復(fù)習，并運用自己學過的知識，自己設(shè)計三段保護實驗系統(tǒng)。要求自己設(shè)備選型，自己設(shè)計，自己安裝，最后自行調(diào)試，自行實現(xiàn)自己的設(shè)計。在整個實驗過程中，擺脫以往有教師設(shè)計、檢查處理故障的傳統(tǒng)做法，由學生完全自己動手，互相查找處理故障，培養(yǎng)學生動能力。學生實驗應(yīng)做到以下幾點：1. 通過模擬線路三段式過電流保護實驗，進一步了解繼電保護的基本原理；2. 通

2、過三段式過電流保護的動作電流和動作時間整定掌握三段保護之間的配 合關(guān)系，加深對繼電保護思想基本要求，及可靠性、選擇性、快速性、靈 敏性的理解；3. 通過實驗線路的設(shè)計，計算及實際操作，使理論與實際相結(jié)合，增加感性 認識，使書本知識更加鞏固；4. 培養(yǎng)動手能力，了解布線的基本工藝要求；5. 培養(yǎng)分析，查找故障及錯誤接線的能力。三、實驗原理： 電流增大和電壓降低時電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障的基本特征。利用此特征實現(xiàn)的保護是基本的，也是最早得到應(yīng)用的繼電保護原理。在單側(cè)有電源的電網(wǎng)中發(fā)生短路時，通過保護裝置的短路電流只能是指向被保護的方向，因而不需要考慮保護裝置反方向，即背后短路的問題，不需要配置方向元

3、件，其結(jié)構(gòu)最為簡單。電流保護屬于階段式或具有階梯型動作特征的多段式保護，其選擇性依靠上、下級保護的整定值和動作時間的配合來保證?？拷娫吹谋Ｗo為上級保護，離電源較遠的保護為下級保護。電流保護的段數(shù)根據(jù)整定配合的需要而定，但一般至少有三段。沒有人為延時的、動作最快的一段稱為電流瞬時速斷，最后一段按照正常運行時或不正常運行而無短路時不能誤動的原則整定，稱為過電流保護。本次實驗要實現(xiàn)A處（電源出口處）的三段式電流保護，故將其保護分為三段：瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。圖1：實驗線路1. 瞬時電流速斷保護根據(jù)對繼電保護速動性的要求，保護裝置動作切除故障的時間必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和

4、保護重要用戶供電的可靠性。對于特高壓輸電線路，還需滿足限制過電壓的要求。在簡單、可靠和保證選擇性的前提下，原則上總是越快越好。因此，在各種電氣元件上，應(yīng)力求裝設(shè)快速動作的繼電保護裝置。對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為瞬時電流速斷保護，亦即電流保護的段。整定原則及方法：為了解決瞬時電流速斷保護的速動性和選擇性，本設(shè)計優(yōu)先保證動作的選擇性，即從保護裝置起動參數(shù)上保證下一條線路出口處短路時不起動，在繼電保護技術(shù)中，這又稱按躲開下一條線路出口處短路的條件整定。整定計算：動作電流為：靈敏性校驗：上式中：為可靠系數(shù)（本次實驗取1.2)；為等效電源相電動勢。引入可靠系數(shù)的原因：實際的短路電流可

5、能大于計算值；對瞬時動作的保護還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響；保護裝置中電流繼電器的實際動作電流可能小于整定值；考慮必要的裕度。從最不利的情況出發(fā)，及時同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預(yù)定的范圍以外故障時保護裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。2.限時電流速斷保護由于有選擇性的瞬時電流速斷保護不能保護本線路的全長，不能作為主保護，因此應(yīng)增加一段新的保護，用來切除本線路瞬時電流速斷保護范圍以外的故障，同時也能作為瞬時電流速斷保護的后備，這就是限時電流速斷保護，亦即電流保護的段。整定原則及方法：動作電流的選擇：由于要求限時速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護范圍必然要延

6、伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發(fā)生短路時，他就要啟動，在這種情況下，為了保證動作的選擇性就必須使保護的動作帶有一定的延時，此時延時的大小與其延伸的范圍有關(guān)。本級限時電流速斷保護的保護范圍不應(yīng)超過下級保護瞬時電流速斷保護的保護范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的動作電流應(yīng)該整定為如果正好遇到保護2的瞬時電流速斷的動作電流出現(xiàn)正誤差，其保護范圍比計算值縮小，而保護A的限時速斷的動作電流出現(xiàn)負誤差，其保護范圍比計算值增大，出現(xiàn)當計算的保護范圍末端短路時，保護B的電流速斷不能動作，而保護A的限時速斷仍然起動的情況，造成A、B兩段的限時速斷同時動作。為了防止上述情況，必須使，引入可靠系數(shù)，

7、則得對于，考慮到短路電流中的非周期分量已經(jīng)衰減，同時由于通過保護A、B的電流相同，短路電流計算的誤差對兩者的影響相同，故可取得比瞬時速斷保護的小一些，一般取為1.11.2,本實驗中取為1.1,。動作時限的選擇：限時速斷的動作時限應(yīng)選擇得比下一條線路瞬時速斷保護的動作時限高出一個，即確定的原則如下：應(yīng)包括故障線路斷路器QF的跳閘時間;應(yīng)包括故障線路保護B中時間繼電器的實際動作時間比整定值延遲才能動作的可能性；應(yīng)包括保護A中時間繼電器可能比整定的時間提早動作的可能性；如果保護A中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回時，則中還應(yīng)包括測量元件延遲返回的慣性時間；考慮一

8、定的裕度，再增加一個裕度時間，可得或機電式時間繼電器誤差較大，應(yīng)選0.50.6s;數(shù)字電路構(gòu)成的靜態(tài)型時間繼電器精度極高，可以將壓縮到0.20.35s左右；本實驗取0.5s。 保護裝置靈敏性的校驗：為了能夠可靠保護線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路是具有足夠的反應(yīng)能力，這個能力通常用靈敏系數(shù)來衡量。對反應(yīng)于電氣量數(shù)值上升而動作的過量保護裝置，靈敏系數(shù)的含義是：在本次校驗中： 對限時電流速斷保護應(yīng)要求。3. 定時限過電流保護過電流保護通常是指其起動電流按躲開最大負荷電流整定的一種保護裝置，也是多段式電流保護的最后一段。它在正常運行時不應(yīng)該起動，而在系統(tǒng)發(fā)生

9、故障時能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情況下它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能夠保護相鄰線路的全長，以起到遠后備保護的作用。整定原則及方法：動作電流的選擇：為了保證在正常工作的情況下過電流保護絕對不動作，保護裝置的起動電流必須整定得大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負荷電流；其次，在確定保護裝置的起動電流時，還必須考慮在外部故障切除后，保護裝置是否能夠返回的問題。如圖1（實驗線路）所示，若C處發(fā)生短路故障，短路電流將通過A、B、C三段的保護，A、B、C各段相應(yīng)的保護的電流繼電器都將動作，但是按照選擇性的要求應(yīng)該由保護C的瞬時電流速斷保護動作，然后保護A和B由于電流已經(jīng)減小而應(yīng)立即返回。當外部故障切除

10、后，流經(jīng)保護A的電流仍然是在繼續(xù)運行中的負荷電流。但必須考慮到，由于短路時電壓降低，B母線上所接負荷的電動機被制動，因此，在故障切除后電壓恢復(fù)時，電動機要有一個自起動的過程。電動機的起動電流要大于其正常運行時的電流，因此，引入一個自起動系數(shù)來表示自起動時最大電流與正常運行時最大負荷電流之比，即保護A的三段在這個電流的作用下必須能夠立即返回。為此應(yīng)使保護裝置的返回電流大于。引入可靠系數(shù)，則有由于保護裝置的起動與返回時通過電流繼電器來實現(xiàn)的，因此，繼電器返回電流與起動電流之間的關(guān)系也就代表著保護裝置返回電流與起動電流之間的關(guān)系。在此引入繼電器的返回系數(shù)，則保護裝置的起動電流即位式中：為可靠系數(shù)，一

11、般采用1.251.5，本實驗取1.2；為自啟動系數(shù)，數(shù)值大于1，本實驗中取1.5；為電流繼電器的返回系數(shù)，對機電型繼電器一般采用0.85，而對靜態(tài)型繼電器則可采用0.90.95，本實驗采用的是機電型電流繼電器，故取0.85。動作時限的選定：圖2：定時限過電流保護動作時限整定如圖2所示，由于A處的過電流保護作為下兩級的后備保護，要求動作時限要大于其保護范圍內(nèi)的所有元件的時限，且大于下各級后備保護的時限，所以A出定時限過電流保護的動作時限為 靈敏系數(shù)的校驗：當過電流保護作為本線路的主保護時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求；當作為相鄰線路的后備保護時，則應(yīng)采用最小方式下

12、相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求。四、整定計算1、保護1的一段動作整定整定電流：=22A保護范圍： 滿足最小保護范圍的要求2、保護1的二段動作整定 整定電流： =12.1A靈敏度校驗： =1.311.3,滿足靈敏度的要求動作時限： =0.5s3、保護1的三段動作整定動作電流整定： =5.73A靈敏度校驗： 作近后備 作遠后備，均滿足靈敏度的要求動作時限：五、實驗原理圖、布線圖以及接線圖1、實驗原理圖2、實驗布線圖3、實驗接線圖六、實驗步驟1、按實驗板實際布置進行接線，實際接線如圖2、測量互感器的實際變比互感器TA1互感器TA2一次側(cè)電流二次側(cè)電流實際變比一次側(cè)電流二次側(cè)電流實際變

13、比20A5.4A3.70420A5.27A3.8143、接線完成后，按實際計算短路電流以及接觸器動作時間對電流繼電器、時間繼電器進行動作值整定，整定參數(shù)如下表繼電器動作短路電流動作時間KA1/KA222AKA3/KA412.1AKA5/KA65.7AKT1常開1：0.522s常開2：0.524sKT2常開1：1.061s常開2：1.093s4、接上負載，用負載模擬線路故障，模擬線路故障即將故障類型、故障電流調(diào)成與整定計算相符，若短路電流到達動作整定值繼電保護裝置不動作或是保護段動作不對應(yīng)，對繼電保護裝置進行參數(shù)調(diào)整，以便繼電保護裝置能準確、快速響應(yīng)線路三相短路或兩相短路故障，達到保護線路、快速切除故障并排除瞬時故障的目的。4、記錄實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。七、實驗故障分析1、模擬線路三相短路故障時，故障電流達到保護動作電流