電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)——過流保護(hù)-三段配合整定

1、實(shí)驗(yàn)一 過流保護(hù) 三段配合整定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 加深對(duì)電流保護(hù)三段配合相互配合的理解；2、 掌握電力系統(tǒng)電流保護(hù)的整定及實(shí)現(xiàn)方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 學(xué)習(xí)RTDS電流保護(hù)元件的使用方法；2、 根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)對(duì)保護(hù)進(jìn)行整定，并記錄故障波形；3、 使用電力系統(tǒng)故障診斷專家進(jìn)行故障分析。三、 實(shí)驗(yàn)原理電流一段保護(hù)的整定：為了保護(hù)電流速斷的選擇性，其起動(dòng)電流必須躲過本條線路末端短路時(shí)最大短路電流，即在最大運(yùn)行方式下末端母線三相接地短路故障電流。電流速斷保護(hù)不可能保護(hù)線路全長(zhǎng)，要求保護(hù)線路全長(zhǎng)的15%-20%即可。電流二段保護(hù)的整定：要求限時(shí)速斷保護(hù)必須保護(hù)線路全長(zhǎng)，因此他的保護(hù)范圍必須延伸到下一級(jí)

2、線路去，這樣當(dāng)下一級(jí)線路首端發(fā)生短路故障時(shí)就要?jiǎng)幼?。在這種情況下，為了保證動(dòng)作的選擇性，就必要保護(hù)的動(dòng)作具有一定的時(shí)限。所以其整定值在下一條線路的一段整定值上加一個(gè)配合的可靠性系數(shù)即可。對(duì)于二段保護(hù)來說， 一般要延時(shí)0.5秒動(dòng)作。另外為了保護(hù)線路全長(zhǎng)，限時(shí)速斷保護(hù)必須在最不利于保護(hù)動(dòng)作的情況下有足夠的反應(yīng)能力，所以需要其靈敏系數(shù)大于等于1.3。電流三段保護(hù)的整定：為保證在正常情況下各條線路上的過電流保護(hù)不誤動(dòng)，需要考慮最大負(fù)荷電流、返回系數(shù)和電機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)，因此：具體的RTDS中保護(hù)設(shè)置模塊設(shè)定在實(shí)驗(yàn)過程中體現(xiàn)，這里不再贅述。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 建立如下圖35kV電力系統(tǒng)模型：三條線路分別長(zhǎng)

3、60km，80km，100km，CT的變比取為600:1，PT的變比取為35000:100。線路一末端負(fù)荷2MW，0.8MVar；線路二末端負(fù)荷3MW，1MVar；線路三末端負(fù)荷3MW，1MVar。分別在三條線路的中間和末端設(shè)置故障。2、 參考實(shí)驗(yàn)原理和繼電保護(hù)課程教材，根據(jù)線路參數(shù)合理設(shè)置整定值，完成各條線路三段間過電流配合?；疽螅旱谝粭l線路中間故障，保護(hù)一瞬時(shí)動(dòng)作； 第一條線路末端故障，保護(hù)一延時(shí)動(dòng)作； 第二條線路中間故障，保護(hù)二瞬時(shí)動(dòng)作； 第二條線路末端故障，保護(hù)二延時(shí)動(dòng)作； 第三條線路實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。3、 更改故障的的不同位置，觀察保護(hù)是否拒動(dòng)、誤動(dòng)，研究保護(hù)在不同條件下的保護(hù)范圍。

4、五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果匯總1、 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建（1） draft模塊 主體電力系統(tǒng)：主要分為38.5kV交流電源、母線、600:1電流互感器、35000：100電壓互感器、三條各分為兩段的輸電線路、相間故障、接地故障、相應(yīng)數(shù)值的負(fù)荷、線路劃分百分比參數(shù)（$length）等，具體見draft文件。圖一 draft中主體電力系統(tǒng)圖二 第一條線路的參數(shù)設(shè)置 控制元件：主要是不同位置不同類型故障的控制電路、三個(gè)保護(hù)的參數(shù)模塊及控制電路、測(cè)量零序電流的控制電路、三段曲線配合的控制電路（curve51P），詳細(xì)內(nèi)容見draft文件；圖三 故障控制電路圖四 保護(hù)整定控制電路圖五 測(cè)量零序電流電路圖六 線路劃分百

5、分比控制（2） runtime模塊（詳見runtime文件） 控制部分：二進(jìn)制下的不同類型故障控制、故障閉鎖、故障位置控制、保護(hù)開通閉鎖控制、斷路器合閘控制； 監(jiān)測(cè)部分：三個(gè)電流互感器及三個(gè)電壓互感器測(cè)量單元、零序電流測(cè)量單元、斷路器狀態(tài)指示燈、保護(hù)跳閘指示燈。圖七 runtime模塊2、 相間保護(hù)的整定我們以實(shí)驗(yàn)仿真作為整定值計(jì)算選取的依據(jù)，大體思路是調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)及參數(shù)，測(cè)取各處故障情況下，各個(gè)電流互感器所監(jiān)測(cè)的故障電流及正常負(fù)荷電流等，在此基礎(chǔ)上，利用理論公式進(jìn)行數(shù)值整定，最后加入保護(hù)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。符號(hào)說明：flt1為第一條線路中間位置，flt2為第一條線路末端位置，flt3為第二條線路中

6、間位置，以此類推，直到flt6；Iact1.1表示第一條線路一段整定值，Iact1.2表示第一條線路二段整定值，以此類推；Ict1表示一號(hào)電流互感器監(jiān)測(cè)電流，以此類推；IL1表示第一條線路正常負(fù)荷電流，以此類推；（1） 保護(hù)一相間故障的整定（此時(shí)$length均為50）正常負(fù)荷電流：Ict1=IL1=0.137163kAIct2=IL2=0.104656kAIct3=IL3=0.053317kA圖八 正常負(fù)荷電流波形最大運(yùn)行方式下，第一條線路末端發(fā)生三相接地短路故障時(shí)，CT1所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Ict1=Iflt2.max=1.17842kA第一條線路一段整定值：（考慮互感器變比及單位換算，

7、以下同）Iact1.1=Iflt2.max*1.2*1000/600=2.35684A經(jīng)過對(duì)于第二條線路的一段整定（見后一部分），可知，第二條線路一段整定值為：Iact2.1=0.89623A第一條線路二段整定值需與第二條線路一段整定值配合，故：Iact1.2=Iact2.1*1.2=1.075476A第一條線路的三段整定需考慮電機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，且需與該線路最大負(fù)荷電流配合：Ict1=IL1.max=0.137163kA根據(jù)理論公式：其中，Kre取0.9，Kss取1.05，可靠系數(shù)取1.2Iact1.3=IL1.max*1000*1.2*1.05/(600*0.9)=0.320047A（2）保護(hù)

8、二相間故障的整定 最大運(yùn)行方式下，第二條線路末端發(fā)生三相接地短路故障時(shí)，CT2所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Ict2=Iflt4.max=0.448115kA第二條線路一段整定值：Iact2.1=Iflt4.max*1.2*1000/600=0.89623A 經(jīng)過對(duì)第三條線路的一段整定（見后一部分），可知第三條線路的一段整定值：Iact3.1=0.249218667A第二條線路二段需要與第三條線路一段整定值配合，故：Iact2.2=Iact3.1*1.2= 0.2990624A第二條線路的三段整定需考慮電機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，且需與該線路最大負(fù)荷電流配合：Ict2=IL2.max= 0.104656kA根據(jù)理

9、論公式：Iact2.3=IL2.max*1000*1.2*1.05/(600*0.9)= 0.244197333A（3） 保護(hù)三相間故障整定最大運(yùn)行方式下，第三條線路末端發(fā)生三相接地短路故障時(shí)，CT3所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Ict3=Iflt6.max=0.246744kA第三條線路一段整定值：（需要保持該線路全線速動(dòng)）Iact3.1=Iflt6.max*0.8*1000/600=0.249218667A由于第三條線路為末段線路，故沒有第二段整定，其第三段過流整定只作為后備保護(hù)。第三條線路的三段整定需考慮電機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，且需與該線路最大負(fù)荷電流配合：Ict3=IL3.max= 0.053317k

10、A根據(jù)理論公式：Iact3.3=IL3.max*1000*1.2*1.05/(600*0.9)= 0.124406333A(此處，由于全線速動(dòng)，三段整定值意義不大)3、 各條線路保護(hù)三段間整定值配合的驗(yàn)證將上述計(jì)算整定值依次填入各保護(hù)單元，改變故障投切狀態(tài)、故障類型、故障位置等，觀察各條線路各段保護(hù)是否能夠正常動(dòng)作及配合（不拒動(dòng)、不誤動(dòng)）（1） 保護(hù)一的驗(yàn)證 條件：僅有保護(hù)一一段投入時(shí)，在第一條線路末端出現(xiàn)相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈依舊亮，保護(hù)一動(dòng)作指示燈依舊滅結(jié)果：保護(hù)一不動(dòng)作，即保護(hù)一一段不誤動(dòng) 圖九 保護(hù)一整定圖十 驗(yàn)證保護(hù)一截屏1 條件：僅有保護(hù)一全段投入時(shí)，在第一條線路中

11、間（50）出現(xiàn)相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈瞬時(shí)滅，保護(hù)一動(dòng)作指示燈瞬間亮結(jié)果：保護(hù)一瞬時(shí)動(dòng)作，即保護(hù)一一段不拒動(dòng)圖十一 驗(yàn)證保護(hù)一截屏2 條件：保護(hù)一的全段同時(shí)投入，在第一條線路末端發(fā)生相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈延時(shí)（0.5s）滅，保護(hù)一動(dòng)作指示燈延時(shí)（0.5s）亮結(jié)果：保護(hù)一延時(shí)動(dòng)作，即保護(hù)一一段不誤動(dòng)，二段不拒動(dòng)圖十二 驗(yàn)證保護(hù)一整定圖十三 驗(yàn)證保護(hù)一截屏3（2）保護(hù)二的驗(yàn)證條件：僅有保護(hù)一全段和保護(hù)二一段投入時(shí)，在第二條線路末端發(fā)生相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈延時(shí)（1s）熄滅，保護(hù)一動(dòng)作指示燈延時(shí)（1s）點(diǎn)亮結(jié)果：保護(hù)二不動(dòng)作，保護(hù)一延時(shí)較長(zhǎng)（1s）動(dòng)作，

12、即保護(hù)二一段不誤動(dòng)，保護(hù)一三段可靠地作為相鄰線路后備保護(hù)圖十四 驗(yàn)證保護(hù)二截屏1條件：僅有保護(hù)一和保護(hù)二投入運(yùn)行時(shí)，在第二條線路末端發(fā)生相間短路故障現(xiàn)象：BRK2閉合指示燈延時(shí)熄滅（0.5s），保護(hù)二動(dòng)作指示燈延時(shí)（0.5s）點(diǎn)亮結(jié)果：保護(hù)一不動(dòng)作，保護(hù)二延時(shí)（0.5s）動(dòng)作，即保護(hù)二二段可靠動(dòng)作，保護(hù)二一段不誤動(dòng)圖十五 驗(yàn)證保護(hù)二截屏2條件：僅有保護(hù)一和保護(hù)二投入運(yùn)行時(shí)，在第二條線路中間（50）發(fā)生相間短路故障現(xiàn)象：BRK2閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)二動(dòng)作指示燈瞬時(shí)點(diǎn)亮；結(jié)論：保護(hù)二一段瞬時(shí)動(dòng)作，不拒動(dòng)圖十六 驗(yàn)證保護(hù)二截屏3（3）保護(hù)三的驗(yàn)證條件：保護(hù)三全段投入運(yùn)行，第三條線路中間（50）發(fā)

13、生相間短路故障現(xiàn)象：BRK3閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)三動(dòng)作指示燈瞬時(shí)點(diǎn)亮圖十七 驗(yàn)證保護(hù)二截屏4條件：保護(hù)三全段投入運(yùn)行，第三條線路末端發(fā)生相間短路故障現(xiàn)象：BRK3閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)三動(dòng)作指示燈瞬時(shí)點(diǎn)亮圖十八 驗(yàn)證保護(hù)一截屏5結(jié)果：第三條線路可以實(shí)現(xiàn)全線瞬時(shí)動(dòng)作4、 各條線路各段靈敏度的觀察計(jì)算（1） 一段保護(hù)的靈敏度根據(jù)一段保護(hù)靈敏度的定義，在最小運(yùn)行方式與最小相間短路電流的情況下，我們采用了實(shí)驗(yàn)的方式測(cè)得各條線路一段保護(hù)的范圍 第一條線路（僅投入一段保護(hù)）改變$length1拉桿，采用夾逼原理，發(fā)現(xiàn)其保護(hù)范圍在75.2-75.3圖十九 檢測(cè)一段靈敏度截屏1（$length1=75.

14、2時(shí)，保護(hù)一一段不動(dòng)作）圖二十 檢測(cè)一段靈敏度截屏2（$length1=75.3時(shí)，保護(hù)一一段瞬時(shí)動(dòng)作） 第二條線路（僅投入一段保護(hù)）改變$length1拉桿，采用夾逼原理，發(fā)現(xiàn)其保護(hù)范圍在58.7-58.8圖二十一 檢測(cè)一段靈敏度截屏3（$length2=58.7時(shí)，保護(hù)二一段不動(dòng)作）圖二十二 檢測(cè)一段靈敏度截屏4（$length1=58.8時(shí)，保護(hù)二一段延時(shí)動(dòng)作） 第三條線路全線速動(dòng)，靈敏度100（2） 二段保護(hù)的靈敏度根據(jù)二段靈敏度的定義，我們測(cè)量相關(guān)電流，運(yùn)用公式計(jì)算： 對(duì)于第一條線路二段：經(jīng)監(jiān)測(cè)得第一條線路末端發(fā)生兩相相間短路故障電流：Iflt2.相間=0.937129kA考慮互感器

15、變比換算：Klm1.2=Iflt2.相間*1000/(600*Iact1.2)= 1.452270127 對(duì)于第二條線路二段：經(jīng)監(jiān)測(cè)得第二條線路末端發(fā)生兩相相間短路故障電流：Iflt4.相間=0.3388kA考慮互感器變比換算：Klm2.2=Iflt4.相間*1000/(600*Iact1.2)= 1.888123237（3） 三段保護(hù)的靈敏度 對(duì)于第一條線路三段保護(hù)：近后備：采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流來校驗(yàn)考慮互感器變比：Klm1.3= Iflt2.相間*1000/(600*Iact1.3)= 4.880163434遠(yuǎn)后備：采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流來校

16、驗(yàn)Klm1.3= Iflt4.相間*1000/(600*Iact1.3)= 1.764324198 對(duì)于第二條線路三段保護(hù)：（考慮互感器變比）近后備：Klm2.3= Iflt4.相間*1000/(600*Iact2.3)=2.312337563遠(yuǎn)后備：Klm2.3= Iflt6.相間*1000/(600*Iact2.3)= 1.2757032565、 接地保護(hù)的整定本系統(tǒng)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，所以接地保護(hù)主要利用零序電流保護(hù)，不再單獨(dú)設(shè)置零序電流互感器，將三相電流相加，得到零序電流3I0。保護(hù)采取零序一段、二段相配合的方式，保證在線路任何部分發(fā)生單相或兩相接地短路故障時(shí)能夠動(dòng)作。符號(hào)說明：同相

17、間保護(hù)，只是其中的Iflt2,4,6三個(gè)值為3I0。（1） 保護(hù)一接地故障的整定（此時(shí)$length均為50）正常負(fù)荷電流：同相間保護(hù)，不再贅述。最大運(yùn)行方式下，第一條線路末端發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，CT1所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Iact0.1=Iflt2.max= 0.908541A（注：由于零序電流直接用CT二次側(cè)值，所以后續(xù)處理中不需要考慮互感器變比及單位換算）第一條線路一段整定值：Iact0.1.1=Iflt2.max*1.2= 1.0902492A經(jīng)過對(duì)于第二條線路的一段整定（見后一部分），可知，第二條線路一段整定值為：Iact0.2.1= 0.3678108A第一條線路二段整定值需與

18、第二條線路一段整定值配合，故：Iact0.1.2=Iact2.1*1.2= 0.44137296A（2） 保護(hù)二接地故障的整定 最大運(yùn)行方式下，第二條線路末端發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，CT2所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Ict0.2=Iflt4.max= 0.306509A第二條線路一段整定值：Iact0.2.1=Iflt4.max*1.2= 0.3678108A 經(jīng)過對(duì)第三條線路的一段整定（見后一部分），可知第三條線路的一段整定值：Iact0.3.1= 0.1215A第二條線路二段需要與第三條線路一段整定值配合，故：Iact0.2.2=Iact3.1*1.2= 0.1458A（3） 保護(hù)三接地故障整定

19、最大運(yùn)行方式下，第三條線路末端發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，CT3所監(jiān)測(cè)的末端故障電流：Ict0.3=Iflt6.max= 0.191202A第三條線路一段整定值：（需要保持該線路全線速動(dòng)）Iact0.3.1=Iflt6.max*0.8= 0.1215A由于第三條線路為末段線路，故沒有第二段整定。6、 各條線路零序保護(hù)三段間整定值配合的驗(yàn)證將上述計(jì)算整定值依次填入各保護(hù)單元，改變故障投切狀態(tài)、故障類型、故障位置等，觀察各條線路各段保護(hù)是否能夠正常動(dòng)作及配合（不拒動(dòng)、不誤動(dòng)）（1） 保護(hù)一的驗(yàn)證 條件：僅有保護(hù)一一段投入時(shí)，在第一條線路末端出現(xiàn)接地短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈依舊亮，保護(hù)一動(dòng)作指

20、示燈依舊滅結(jié)果：保護(hù)一不動(dòng)作，即保護(hù)一零序一段不誤動(dòng) 圖二十三 接地保護(hù)一整定圖二十四 接地保護(hù)一截屏1 條件：僅有保護(hù)一全段投入時(shí)，在第一條線路中間（50）出現(xiàn)相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈瞬時(shí)滅，保護(hù)一動(dòng)作指示燈瞬間亮結(jié)果：保護(hù)一瞬時(shí)動(dòng)作，即保護(hù)一零序一段不拒動(dòng)圖二十五 驗(yàn)證接地保護(hù)一截屏2 條件：保護(hù)一的全段同時(shí)投入，在第一條線路末端發(fā)生相間短路故障；現(xiàn)象：BRK1閉合指示燈延時(shí)（0.5s）滅，保護(hù)一動(dòng)作指示燈延時(shí)（0.5s）亮結(jié)果：保護(hù)一延時(shí)動(dòng)作，即保護(hù)一零序一段不誤動(dòng)，零序二段不拒動(dòng)圖二十六 驗(yàn)證接地保護(hù)一整定圖二十七 驗(yàn)證接地保護(hù)一截屏3（2）保護(hù)二的驗(yàn)證 條件：僅有保護(hù)一

21、和保護(hù)二投入運(yùn)行時(shí)，在第二條線路末端發(fā)生單相短路故障現(xiàn)象：BRK2閉合指示燈延時(shí)熄滅（0.5s），保護(hù)二動(dòng)作指示燈延時(shí)（0.5s）點(diǎn)亮結(jié)果：保護(hù)一不動(dòng)作，保護(hù)二延時(shí)（0.5s）動(dòng)作，即保護(hù)二零序二段可靠動(dòng)作，保護(hù)二零序一段不誤動(dòng)圖二十八 驗(yàn)證接地保護(hù)二截屏1 條件：僅有保護(hù)一和保護(hù)二投入運(yùn)行時(shí)，在第二條線路中間（50）發(fā)生單相接地短路故障現(xiàn)象：BRK2閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)二動(dòng)作指示燈瞬時(shí)點(diǎn)亮；結(jié)論：保護(hù)二零序一段瞬時(shí)動(dòng)作，不拒動(dòng)圖二十九 驗(yàn)證接地保護(hù)二截屏2（3）保護(hù)三的驗(yàn)證條件：保護(hù)三全段投入運(yùn)行，第三條線路中間（50）發(fā)生單相接地短路故障現(xiàn)象：BRK3閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)三動(dòng)作指示

22、燈瞬時(shí)點(diǎn)亮圖三十 驗(yàn)證接地保護(hù)三截屏1條件：保護(hù)三全段投入運(yùn)行，第三條線路末端發(fā)生單相接地短路故障現(xiàn)象：BRK3閉合指示燈瞬時(shí)熄滅，保護(hù)三動(dòng)作指示燈瞬時(shí)點(diǎn)亮圖三十一 驗(yàn)證接地保護(hù)三截屏1結(jié)果：第三條線路可以實(shí)現(xiàn)全線瞬時(shí)動(dòng)作7、 接地短路各條線路各段靈敏度的觀察計(jì)算（1） 一段保護(hù)的保護(hù)距離同相間短路一樣，采用測(cè)試法測(cè)試零序一段的保護(hù)距離 第一條線路（僅投入一段保護(hù)）改變$length1拉桿，發(fā)現(xiàn)其保護(hù)范圍在89.4-89.5圖三十二 檢測(cè)一段靈敏度截屏1（$length1=89.5時(shí)，保護(hù)一一段不動(dòng)作）圖三十三 檢測(cè)一段靈敏度截屏2（$length1=89.4時(shí)，保護(hù)一一段瞬時(shí)動(dòng)作） 第二條線路（僅投入一段保護(hù)）改變$length1拉桿，發(fā)現(xiàn)其保護(hù)范圍在84.9-85圖三十四 檢測(cè)一段靈敏度截屏3（$length2=85時(shí)，保護(hù)二一段不動(dòng)作）圖三十五 檢測(cè)一段靈敏度截屏4（$length1=84.9時(shí)，保護(hù)二一段