输电线路相间短路的三段式电流保护

第一章 输电线路相间短路的三段式电流保护

第一节 瞬时电流速断保护

一、 短路电流的分析计算

瞬时电流速断保护（又称第I段电流保护）它是反映电流升高，不带时限动作的一种电流保护。

1．短路电流计算

在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为：

I(3)k?ES

XS?X1lI(2)k?ES3

2XS?X1l2、运行方式与短路电流的关系

当系统运行方式改变或故障类型变化时，即使是同一点短路，短路电流的大小也会发生变化。在继电保护装置的整定计算中，一般考虑两种极端的运行方式，即最大运行方式和最小运行方式。

（1）最大运行方式——流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为最大运行方式，此时系统的阻抗Xs为最小；

（2）最小运行方式——当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Xs最大。

图3－ 1中曲线1表示最大运行方式下三相短路电流随J的变化曲线。曲线2表示最小运行方式下两相短路电流随J的变化曲线。

二、动作电流的整定计算 1、动作电流

假定在线路L1和线路L2上分别装设瞬时电流速断保护。根据选择性的要求，瞬时电流速断保护的动作范围不能超出被保护线路，故保护1瞬时电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定，即

IIop1?KIrelIkB.max

IIop1——保护装置1瞬时电流速断保护的动作电流，又称一次动作电流

1

KIrel——可靠系数，考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期

分量的影响等而引人的大于1的系数，一般取1．2～1．3；

Ik1.max——被保护线路末端B母线上三相短路时流过保护安装处的最大短路

电流，一般取次暂态短路电流周期分量的有效值.

2、保护范围分析

在图1中，以动作电流画一平行于横坐标的直线3，其与曲线1和曲线2分别相交于M和N两点，在交点到保护安装处的一段线路上发生短路故障时，Ik>IIop1保护1会动作。在交点以后的线路上发生短路故障时，Ik

瞬时电流速断保护的灵敏系数，是用其最小保护范围来衡量的，规程规定，最小保护范围lmin不应小于线路全长的15 ％～20％。

保护范围既可以用图解法求得的，也可以用计算法求的。用计算法求解的方法如下：

图3－ 1中在最小保护区末端（交点N）发生短路故障时，短路电流等于由式（3－3）所决定的保护的动作电,即

三、线路一变压器组瞬时电流速断保护

瞬时电流速断保护一般只能保护线路首端的一部分，但在某些特殊情况下，如电网的终端线路上采用线路一变压器组的接线方式时，瞬时电流速断保护的保护范围可以延伸到被保护线路以外，使全线路都能瞬时切除故障。因为线路—变压器组可以看成一个整体，当变压器内部故障时，切除变压器和切除线路的后果是相同的，所以当变压器内部故障时，由线路的瞬时电流速断保护切除故障是允许的，因此线路的瞬时电流速断保护的动作电流可以按躲过变压器二次侧母线短路流过保护安装处最大短路电流来整定，从而使瞬时电流速断保护可以保护线路的全长。

Iop=Κ

op IkC．max

2

式中 Κ

op——配合系数，取

1，3；

IkC．max——变压器低压母线C短路，流过保护安装处最大短路电流。 四、原理接线

瞬时电流速断保护单相原理接线，如图2所示，它是由电流继电器KA（测量元件）、中间继电器KM、信号继电器KS组成。

正常运行时，流过线路的电流是负荷电流，其值小于其动作电流，保护不动作当在被保护线路的速断保护范围内发生短路故障时，短路电流大于保护的动作值KA常开触点闭合，起动中间继电器KM，KM触点闭合，起动信号继电器KS，并通过断路器的常开辅助触点，接到跳闸线圈YT构成通路，断路器跳闸切除故I线路。

接线图中接人中间继电器K）这是因为电流继电器的接点容量较小，若直接接通跳闸回路，会被损坏，而KM的接点容量较大，可以

直接接通跳问回路。另外，考虑线路上装有管型避雷器时，当三线路使避雷器放电时，而避雷放电的时间约为0．01s，相当于线路发生瞬时短路，避雷器放电完毕，线路即恢复正常工作。在这个过程中，瞬时电流速断保护不应误动作，因此可利用带延时0．06～D．08s的中间继电器来增大保护装置固有动作时间，以防止管型避雷器放电引起瞬时电流速断保护的误动作。信号继电器KS的作用是用以指示保护动作，以便运行人员处理和分析故障。

第二节 限时电流速断保护

一．工作原理及整定计算

由于瞬时电流速断保护不能保护线路的全长，其保护范围以外的故障必须由其他保护来切除。为了较快地切除其余部分的故障，可增设限时电流速断保护，它的保护范围应包括本线路全长，这样做的结果，其保护范围必然要延伸到相邻线路的一部分。为了获得保护的选择性，以便和相邻线路保护相配合，限时电流

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速断保护就必须带有一定的时限（动作时间），时限的大小与保护范围延伸的程度有关。为了尽量缩短的动作时限，通常是使限时电流速断保护的范围不超出相邻线路瞬时电流速断保范围，这样，它的动作时限只需比相邻线路瞬时电流速断保护的动作时限大一时限级差Δt。

限时电流速断保护的工作原理和整则可用图3－4来说明。图中线路L1和L2都装设有瞬时电流速断保护和限时电流速断保护，线路L1和I＿2的保护为保护1和保护2。

为了使线路L1的限时电流速断保护范围不超出相邻线路L2瞬时电流速断保护的保护范围，必须使保护1限时电流速断保护的动作电流IIIop1，大于保护2的瞬时电流速断保护的动作电流

IIop2, 即 IIIop1＞IIop2 写成等式

IIIop1＝KIIrelIIop2 （3－9）

式中KIIrel——可靠系数，因考虑短路电流非周期分量已经衰减，一般取1．1～1．2。

同时也不应超出相邻变压器速断保护区以外，即 IIIop1＝KcoIkD.max （3－10） 式中 Κco——配合系数，取1．3；

IkD.max——变压器低压母线D点发生短路故障时，流过保护安装处最大短路电流。

为了保证选择性，保护1的限时电流速断保护的动作时限tII1，还要与保护2的瞬时电流速断保护、保护3的差动保护（或瞬时电流速断保护）动作时限tI2、tI3讨相配合，即

tII1＝tI2十△t （3－ 11）

或 tII1＝tI3十△t 式中 △t——时限级差。

对于不同型式的断路器及保护装置，△t在0．3～0．6s范围内。 二．灵敏系数的校验

确定了保护的动作电流之后，还要进行灵敏系数校验，即在保护区内发生短路时，验算保护的灵敏系数是否满足要求。其灵敏系数计算公式为

Ksen=

Ik.min IIIop式中 Ik min——在被保护线路末端短路时，流过保护安装处的最小短路电流； IIIop——被保护线路的限时电流速断保护的动作电流。

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规程规定， Ksen≥1．3～l.5。

如果灵敏系数不能满足规程要求，可采用降低动作电流的方法来提高其灵敏系数。即使线路Ll的限时电流速断保护与线路L2的限时电流速断保护相配合，即

IIIop1＝KIIrelIIIop2 （3-13） tII1＝tII2十△t 三、原理接线图

限时电流速断保护的单相原理接线图如图3－5所示，它与瞬时电流速断保护的单相原理接线图相似，不同的是必须用时间继电器KT代替图3－3中的中间继电器，时间继电器是用来建立保护装置所必须的延时，由于时间继电器接点容量较大，故可直接接通跳闸回路。当保护范围内发生短路故障时，电流继电器KA起动，其动合触点闭合，起动时间继电器KT，经整定延时闭合其动合触点，并起动信号继电器KS发出信号，接通断路器的跳闸线圈YT，使断路器跳闸，将故障切除。

第三节 定时限过电流保护

一．工作原理

定时限过电流保护（又称第III段电流保护）。它的动作电流按躲过最大负荷电流整定。正常运行时它不应起动，而在发生短路时起动，并以时间来保证动作的选择性，保护动作于跳闸。这种保护不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长及相邻元件全部，可以起到远后备保护的作用。过电流保护的工作原理可用图3－6所示的单侧电源辐射形电网来说明。过电流保护1、2、3分别装设在线路L1、L2、L3靠电源的一端。用t1 、t2、t3分别表示保护装置1、2、3的动作时限，则有

t1＞t2＞t3 写成等式 t1= t2+△t

t2= t3+△t （3－14）

保护动作时限如图3－6所示。由图3－6可知，各保护装置动作时限的大小是从用户到电源逐级增加的，越靠近电源，过电流保护动作时限越长，其形状好

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