輸電線路的相間短路的電流保護

1、第二章：輸電線路的相間短路的電流保護GB50062-92電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范規(guī)定：對363kV線路的下列故障或異常運行，應裝設相應的保護裝置：(1)相間短路。(2)單相接地。(3)過負荷。1. 310kV線路裝設相間短路保護裝置的配置原則(1)在310kV線路裝設的相間短路保護裝置，應符合下列要求：1)由電流繼電器構成的保護裝置，應接于兩相電流互感器上，同一網絡的所有線路均應裝在相同的兩相上。2)后備保護應采用遠后備方式。3)當線路短路使發(fā)電廠廠用母線或重要用戶電壓低于額定電壓的60%時,以及線路導線截面過小，不允許帶時限切除短路時，應快速切除故障。4)當過電流保護的時限不大于

2、0.50.7s時，且沒有第3)款所列的情況，或沒有配合上的要求時，可不裝設瞬動的電流速斷保護。(2)在310kV線路裝設的相間短路保護裝置，應符合下列規(guī)定：1)單側電源線路?？裳b設兩段過電流保護：第一段為不帶時限的電流速斷保護；第二段為帶時限的過電流保護。可采用定時限或反時限特性的繼電器。對單側電源帶電抗器的線路，當其斷路器不能切斷電抗器前的短路時，不應裝設電流速斷保護，此時，應由母線保護或其他保護切除電抗器前的故障。保護裝置僅在線路的電源側裝設。2)雙側電源線路。可裝設帶方向或不帶方向的電流速斷和過電流保護。對12km雙側電源的短線路，當采用上述保護不能滿足選擇性、靈敏性或速動性的要求時，可

3、采用帶輔助導線的縱差保護作主保護，并裝設帶方向或不帶方向的電流保護作后備保護。3)并列運行的平行線路。宜裝設橫聯(lián)差動保護作為主保護，并應以接于兩回線電流之和的電流保護，作為兩回線同時運行的后備保護及一回線斷開后的主保護及后備保護。4)環(huán)形網絡中的線路。為簡化保護，可采用故障時先將網絡自動解列而后恢復的辦法，對不宜解列的線路，可參照對并列平行線路的辦法。2. 3563kV線路相間短路保護裝置配置原則(1) 3563kV線路裝設的相間短路保護裝置，應符合下列要求1)對單側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以帶時限過電流保護作后備保護。當線路發(fā)生短路，使發(fā)電廠廠用母線電壓

4、或重要用戶母線電壓低于額定電壓的60%時，應能快速切除故障。2)雙側電源線路?？裳b設帶方向或不帶方向的電流保護。當采用電流、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。雙側電源或環(huán)形網絡中，不超過34km的短線路，當采用電流電壓保護不能滿足要求時，可采用帶輔助導線的縱差保護作主保護，并應以帶方向或不帶方向的電流電壓保護作保護。3)并列運行的平行線路?？裳b設橫聯(lián)差動保護作主保護，并應以接于兩回線電流之和的階段式保護或距離保護作為兩回線同時運行的后備保護及一回線斷開后的主保護及后備保護。、保護裝置的起動電流第一節(jié)電流保護概述保護裝置中的繼電器都具有繼電特性。繼電特性就是指當輸入量

5、（如通過的電流）變化到某一數值時，其觸點的狀態(tài)發(fā)生突變（反應在節(jié)點的輸出），繼電器具有明確而快速的動作特性，即繼電特性,如圖2-2所示。保護裝置中使保護動作的最小電流叫保護的動作電流，用Iact表示；使保護返回的最大電流叫返回電流，用Ire表示；返回電流與動作電流的比值叫返回系數，用Kre表示。1reKreIact二、電力系統(tǒng)的運行方式在電源電動勢一定的情況下，線路上任一點發(fā)生短路時，短路電流的大小與短路點至電源之間的總電抗及短路類型有關，三相短路電流大小可按下式計算圖2-2繼電特性(3)KEsXsXiIk(2-1)式中Es系統(tǒng)等效電源的相電動勢；Xs歸算至保護安裝處至電源的等效電抗；Xi線路

6、單位長度的正序電抗；lk短路點至保護安裝處的距離。所謂最大運行方式是指：歸算到保護安裝處系統(tǒng)的等值阻抗最小，即Xs=Xs。min,通過保護的短路電流最大的運行方式；最小運行方式是指：歸算到保護安裝處的系統(tǒng)等值阻抗最大，即Xs=X&max,通過保護的短路電流最小的運行方式。最大和最小運行方式的選取，對不同安裝地點的保護，應視網絡的實際情況而定。同一運行方式下，同一故障點的I第二節(jié)無時限電流速斷保護一、無時限電流速斷保護圖2-3單側電源線路的無時限電流速斷保護工作原理說明圖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），1電力系統(tǒng)的相間短路故障發(fā)生在靠近電源側時，非常大的短路

7、電流不僅對系統(tǒng)電力設備構成很大的損壞，還可能危及電力系統(tǒng)的安全，甚至造成電網的崩潰，這就要求能快速的切除故障來維護電網的安全。無時限電流速斷保護的是反應電流的增大而瞬時動作的一種保護。它廣泛地應用于輸電線路及電氣設備保護中。二、無時限電流速斷保護動作電流的整定根據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)定性和保證重要用戶供電的可靠性。在簡單、可靠和保證選擇性的前提下，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)的動作電流應大于本線路末端的最大短路電流IK.B.max0即I1>|(3)set.1>k.B.max(2-5)1=K1set

8、.1-relk.B.max式中l(wèi)Set.1為保護裝置1的整定電流，線路中的一次電流達到保護裝置整定電流時保護起動;K；el為可靠系數，考慮到繼電器的誤差、短路電流計算誤差和非周期量影響等，取1.21.3；I*max為最大運行方式下，被保護線路末端變電所B母IX.線上三相短路時的短路電流，一般，取短路最初瞬間，即t=0時的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ISet1一經整定不再改變，與線路短路點的位置無關，圖2-4中ISet.1可用直線3表示。它與曲線1、2分別交a、b兩點，在交點a、b之前對應的線路上短路

9、時，由于短路電流大于ISet1,保護1圖2-6線路長度對速斷保護的影響(a)長線路；(b)短線路能動作；當故障點發(fā)生到a、b兩交點之后對應的線路上時，其短路電流將小于整定電流，保護1不動作。所以，從線路首圖2-5系統(tǒng)運行方式變化時對速斷保護的影響端至a點之間的范圍為最大運行方式下的保護區(qū)lmax,也叫最大保護區(qū)；從線路首端至b點之間的范圍是最小運行方式下保護區(qū)lmin,即最小保護區(qū)。電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應用。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。當電力系統(tǒng)的運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護就可能沒

10、有保護范圍，因而不能采用。例如：1 .如圖2-5所示，當系統(tǒng)運行方式變化很大的情況,的條件整定以后，在最小運行方式下就沒有保護范圍；2 .如圖2-6所示，當被保護線路長短不同的情況，因而短路電流變化曲線比較陡，保護范圍比較大，如圖保護1電流速斷按最大遠行方式下保護選擇性線路較長時，其始端和末端短路電流的差別較大,2-6（a）所示。而當線路較短時，由于短路電流曲線變化平緩，速斷保護的整定值在考慮了可靠系數以后。其保護范圍將很小甚至等于零，如圖所示。2-6(b)在個別情況下，電流速斷保護也可以保護線路的全長。如圖壓器組的接線方式時，由于線路和變壓器可以看成是一個元件，這樣電流速斷保護就可以按照躲開

11、變壓器低壓側線路出口處Ki點的短路來整定，由于變壓器的阻抗一般較大，所以Ki點的短路電流就大為減小，這樣整定之2-7所示，當電網的終端采用線路一變后，電流速斷就可以保護線路A-B的全長，并能保護變壓器的一部分。需要說明的是電流速斷保護的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，應與自動重合閘進行配合。當變壓器故障時，線路首端的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，而線路首端的自動重合閘將線路斷路器重合，恢復線路供電。四、靈敏度校驗無時限電流速斷保護的靈敏度通常是用保護范圍的大小來衡量，保護范圍越大，說明保護越靈敏。圖2-3所示，在不同的運行方式下，保護范圍可

12、能變化很大，所以無時限電流速斷保護的靈敏度用最大保護范圍和最小保護范圍來衡量。根據式（2-1）,可求得最大運行方式下的最大保護范圍|J1maxX1J'-Xsmn)Iset(2-6)式中：Ket動作電流。由于兩相短路電流為三相短路電流的3倍，因此可求得最小運行方式下的兩相短路的最小保護范21、3Esimin=(7T-Xs.max)X12Iset(2-7)規(guī)程規(guī)定：最小保護范圍不小于被保護線路全長的則保護將不被采用。15%;最大范圍大于被保護線路全長50%,否第三節(jié)限時電流速斷保護一、限時電流速斷保護的作用無時限電流速斷保護的保護范圍只是線路的一部分，為了保護線路的其余部分，又能較快的切除

13、故障，往往需要再裝設一套具有延時的電流速斷保護（又稱延時電流速斷保護）。EsXsABki_VLiL2vi-i23圖2-8限時電流速斷保護限時電流速斷保護就是在速斷保護的基礎上加一定的延時構成的。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的保護范圍必須延伸到相鄰線路內。考慮到選擇性，限時電流速斷保護的動作時限和動作電流都必須與相鄰元件無時限速斷保護相配合。二、動作時限的整定在圖2-9所示的電路中，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上的限時電流速斷保護的動作時限tAII,應該選擇得比無時限

14、電流速斷保護的動作時限（約0.1s）大力t,即tAILtBI+Nt（2-8）而它的保護范圍允許延伸到L2和Bi的無時限電流速斷保護的保護范圍內。因為在這段范圍內發(fā)生短路時，L2和Bi的無時限電流速斷保護立即動作于跳閘。在跳閘前，Li的限時電流速斷保護雖然會起動，但由于它的動作時限比無時限電流速斷保護大力t,所以它不會無選擇性動作于Li的斷路器跳閘。三、動作電流的整定如果限時電流速斷保護的保護范圍末端與相鄰元件的無時限電流速斷保護的范圍末端在同一地點，那么兩者的動作電流（IsetII.i與IIset.2）是相等的。但考慮到電流互感器和電流繼電器誤差等因素的影響，Li線路的限時電流速斷保護的保護范

15、圍應縮小一些，也就是IIIsetJ應大于I1et.2,即I"set.i=Krel"Ilet.2（2-9）式中KreiII可靠系數，考慮保護帶有延時，短路電流中的非周期分量已衰減，可以選得小些，通常取i.ii.2。在圖2-9所示的例子中，Li的限時電流速斷保護既要與L2的無時限電流速斷保護相配合，又要與Bi的電流速斷保護相配合。因此，在按式（2-9）計算時，IIIset.i應為L2和Bi無時限電流速斷保護中動作電流較大的一個數值。否則，限時電流速斷保護的保護范圍會超過動作電流較大的那個元件的無時限電流速斷保護的保護范圍，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

16、么整個變壓器將處在差動保護的范圍內。這時Li的限時電流速斷保護的保護范圍就允許延伸到整個變壓器。它的動作電流就是根據在最大運行方式下低壓側三相短路時的短路電流Ik3max來選擇，即(2-10)1H=K11|(3)set.1relk.max式中K：可靠系數?？紤]到電流互感器和電流繼電器的誤差以及由于變壓器分接頭改變而影響短路電流的大小等因素，它的數值取1.31.4。為了保證選擇性，應取式（2-9）、式（2-10）的較大值作為保護的動作電流。四、靈敏度校驗Iin與動作電流sen(2-11)k.minT1set.1規(guī)程要求：Ksen>1.25o當靈敏度不能滿足規(guī)程要求時，可與相鄰下線路的限時電

17、流速斷保護相配合，即動作電流相配合和動作時限相配合。限時電流速斷保護裝置的靈敏度用起動元件（即電流元件）的靈敏系數Ksen的數值大小來衡量。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，通過電流元件的電流圖2-11相鄰元件短路過程電流的變化情況2的動作時限，保第四節(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荷電流整定的一種保護。正常運行時，它不會動作；電網發(fā)生故障時，一般情況下故障電流比最大負荷電流大得多，所以過流保護具有較高的靈敏性。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。二、動作電流的

18、整定在圖2-10所示的電網中，對線路L1來講，電網正常運行時和相鄰元件（線路L2）短路時，它的電流變化情況如圖2-11中曲線部分。正常運行時，L1可能通過的最大電流稱為最大負荷電流（max,這時過電流保護裝置1的起動元件不應該起動，即動作電流is1應大于最大負荷電流，即Iset.1>|L.max（2-12）L2上發(fā)生短路時，L1通過短路電流Ik,過電流保護裝置1的起動元件雖然會起動，但是由于它的動作時限大于保護裝置護裝置2首先動作于2QF跳閘，切除短路故障，保護裝置1不會動作于跳閘。故障線路L2被切除后，保護裝置1的起動元件應立即返回，否則保護裝置1會使1QF跳閘，造成無選擇性動作。故障

19、線路L2被切除后，線路L1繼續(xù)向變電所B供電，由于變電所B的負荷中電動機自起動的原因，L1中通過的電流為：KmsIL.max（KMS為自起動系數。它大于1,其數值根據變電所供電負荷的具體情況而定）。因此，起動元件的返回電流Ire>KmsIL.max由于電流元件（即過電流保護裝置的起動元件Ire應大于這一電流，即（2-13）的返回電流小于起動電流。所以從圖2-11可見，只要Ire>KMslL.max的條件能得到滿足。1adi>IL.max的條件也必然能得到滿足。不等式（2-12）可以改寫成為以下的等式IreKrelKmsIL.max(2-14)在式（2-14）中，是K/i為可靠

20、系數，考慮到電流繼電器誤差和計算誤差等因素，它的數值取1.151.25。由于返回電流與動作電流的比值稱為返回系數，即llreKre=或者：Iset=lactKre(2-15)將式（2-15）代入（2-14）,得到計算過電流保護動作電流的公式:|_KreiKms11set.1=1L.maxKre(2-16)根據上式（2-16）所求得的是一次動作電流。如果要計算保護裝置的二次電流，還需要計及電流互感器的變比nTA和接線系數Kc,保護裝置中動作電流的計算公式為|=<YiKms1set.1Kcom1L.maxKrenTA(217)式中：Is1.一一為保護裝置的二次電流。三、靈敏度校驗過電流保護裝

21、置的靈敏度用電流元件的靈敏系數Ksen的數值大小來衡量。過電流保護作為本線路的近后備保護，以被保護線路末端作為校驗點進行校驗，其靈敏度為：產Ksen=產1.5（218）1set.1過電流保護作為相鄰線路的遠后備保護，以相鄰線路末端作為校驗點進行校驗，其靈敏度為：|Ksen國='產1.2（219）Iset.1四、動作時限的確定前面所講的保護原理中已說明，為了保證選擇性，電網中各個定時限過電流保護裝置必須具有適當的動作時限。離電源最遠的元件的保護動作時限最小，以后的各個元件的保護動作時限逐級遞增，相鄰兩個元件的保護動作時限相差一個時間級差to這種選擇動作時限的原則稱為階梯時限原則。即：t1

22、=t2十力t圖2-12所示的電網中，所有線路都裝有定時限過電流保護。3和5的動作時限最小、如果t3取13與t5中大者，t2應該等于t3十/tot2既要比t3大t,又要比t5大t。如果12Vt4,那么ti應該等于t4十t。如果t2>t4,那么ti應該等于t2十力t。也就是說，階梯原則在配合過程中，不僅要與線路中的保護時限進行配合，還要與母線上的出線進行配合。即本線路上定時限過電流保護的動作時限與線路末端母線上所有出線中時限最長的一條線路相配合。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應該符合以下條件2t=ta+tb+tc+td（2-20）ta前面一個元件斷路器的

23、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的正誤差（實際動作時間比整定時間大）；tc一后面一個保護動作時間的負誤差（實際動作時間比整定時間小）；td時間裕度。根據式（2-20）來確定t,它的意思就是：如果前后兩個保護的動作時間都有誤差，也能保證在線路負荷側一個元件的斷路器切除短路電流以前，電源側保護不會發(fā)跳閘脈沖，而且還有一些時間裕度。由式（2-20）可見，/t的大小決定于斷路器和保護裝置的性能。目前在定時限過電流保護整定時，一般t取0.30.5s。第五節(jié)階段式電流保護一、階段式電流的構成Bk1set.2lIIttFiiiiksI"set.1圖2-13

24、單側電源線路限時電流速斷保護的配合整定說明set.14無時限電流速斷保護只能保護線路首端的一部分，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的后備，定時限過電流保護能保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的故障，可將上述三種保護組合在一起構成一套保護，稱為階段式電流保護。由瞬時電流速斷保護構成電流I段；限時電流速斷保護為第n段；過電流保護為第m段，I、n段共同構成主保護，能以最快的速度切除線路首端故障和以較快的速度切除線路全長范圍內的故障；第出段，作為后備保護。既作為本線路I、n段保護的近后備保護，也作下線線路的遠后備保護。階段式電流保護不

25、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n段，構成兩段式電流保護。隨著電力網的快速發(fā)展，輸電線路越來越短，系統(tǒng)阻抗很小，大多數限時電流速斷保護難以達到保護線路全長的目標，所以，限時電流速斷保護在實際線路上使用比較少。二、階段式電流保護的時限特性如圖2-13所示為階段式電流保護的時限特性、三段式電流保護的動作電流、保護范圍及動作時限的配合情況。由圖可見，在被保護線路首端故障時，保護的第I段將瞬時動作；在被保護線路末端故障時，保護的第H段將帶0.5s時限切除故障；而第出段只起后備作用。所以，裝有三段式電流保護的線路，一般情況下，都可以在0.5s時間內切除故

26、障。本線路的第出段應與相鄰下一線路的第出段從時限上進行配合，當前后兩線路的負荷變化不大時，還應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的接線圖一般分為原理圖，展開圖和安裝圖三種形式。微機型保護裝置由于其實現原理比較復雜，一般畫出方框圖或邏輯圖，表示出保護裝置的基本功能及它們之間的聯(lián)系。方框圖是原理圖的設計依據；邏輯圖則表示出各元件或回路之間的邏輯關系。保護裝置的原理圖（又稱歸總式原理圖）可以清楚地表示出接線圖中各元件間的電氣聯(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)系的電流回路、電壓回路和直流回路都綜合在一起。為了便于閱讀和表明動作原理，一般還將一次回路的有關部分，如斷路器、跳閘線圈、信號|帕制地惠布石圖2-14三段式電流保護用電通Hfit電施跳川回路（a）原理圖；（b）展開圖輔助接點以及被保護的設備等都畫在一起。這種原理圖能使初學者對整套保護裝置的構成和工作原理有一個明確的整體概念。展開圖是原理圖的另一種表示方法。它的特點是按供電給二次回路的每個獨立電源來劃分的，即將裝置的交流電流回路，交流電壓回路和直流回路分開來表示。在原理圖中所包括的繼電器和其它電器的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的不同回路中，屬于同一個繼電器的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