第二章輸電線路的相間短路的電流保護(hù)

第二章：輸電線路的相間短路的電流保護(hù)10KV及35KV中性點非直接接地電力網(wǎng)中的線路保護(hù)配置GB50062-92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對3?63kV線路的下列故障或異常運行，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置：相間短路。單相接地。過負(fù)荷。3?10KV線路裝設(shè)相間短路保護(hù)裝置的配置原則在3?10KV線路裝設(shè)的相間短路保護(hù)裝置，應(yīng)符合下列要求：由電流繼電器構(gòu)成的保護(hù)裝置，應(yīng)接于兩相電流互感器上，同一網(wǎng)絡(luò)的所有線路均應(yīng)裝在相同的兩相上。后備保護(hù)應(yīng)采用遠(yuǎn)后備方式。當(dāng)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(dǎo)線截面過小，不允許帶時限切除短路時，應(yīng)快速切除故障。當(dāng)過電流保護(hù)的時限不大于0.5?0.7s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(shè)瞬動的電流速斷保護(hù)。在3?10KV線路裝設(shè)的相間短路保護(hù)裝置，應(yīng)符合下列規(guī)定：單側(cè)電源線路。可裝設(shè)兩段過電流保護(hù)：第一段為不帶時限的電流速斷保護(hù)；第二段為帶時限的過電流保護(hù)。可采用定時限或反時限特性的繼電器。對單側(cè)電源帶電抗器的線路，當(dāng)其斷路器不能切斷電抗器前的短路時，不應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，此時，應(yīng)由母線保護(hù)或其他保護(hù)切除電抗器前的故障。保護(hù)裝置僅在線路的電源側(cè)裝設(shè)。雙側(cè)電源線路?？裳b設(shè)帶方向或不帶方向的電流速斷和過電流保護(hù)。對1?2km雙側(cè)電源的短線路，當(dāng)采用上述保護(hù)不能滿足選擇性、靈敏性或速動性的要求時，可采用帶輔助導(dǎo)線的縱差保護(hù)作主保護(hù)，并裝設(shè)帶方向或不帶方向的電流保護(hù)作后備保護(hù)。并列運行的平行線路。宜裝設(shè)橫聯(lián)差動保護(hù)作為主保護(hù)，并應(yīng)以接于兩回線電流之和的電流保護(hù)，作為兩回線同時運行的后備保護(hù)及一回線斷開后的主保護(hù)及后備保護(hù)。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的線路。為簡化保護(hù)，可采用故障時先將網(wǎng)絡(luò)自動解列而后恢復(fù)的辦法，對不宜解列的線路，可參照對并列平行線路的辦法。35?63kV線路相間短路保護(hù)裝置配置原則(1)35?63kV線路裝設(shè)的相間短路保護(hù)裝置，應(yīng)符合下列要求

1）對單側(cè)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(hù)并應(yīng)以帶時限過電流保護(hù)作后備保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生短路，使發(fā)電廠廠用母線電壓或重要用戶母線電壓低于額定電壓的60%時，應(yīng)能快速切除故障。2）雙側(cè)電源線路。可裝設(shè)帶方向或不帶方向的電流保護(hù)。當(dāng)采用電流、電壓保護(hù)不能滿足選擇性、靈敏性和速動性時，可采用距離保護(hù)裝置。雙側(cè)電源或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，不超過3?4km的短線路，當(dāng)采用電流電壓保護(hù)不能滿足要求時，可采用帶輔助導(dǎo)線的縱差保護(hù)作主保護(hù)，并應(yīng)以帶方向或不帶方向的電流電壓保護(hù)作保護(hù)。3）并列運行的平行線路?？裳b設(shè)橫聯(lián)差動保護(hù)作主保護(hù)，并應(yīng)以接于兩回線電流之和的階段式保護(hù)或距離保護(hù)作為兩回線同時運行的后備保護(hù)及一回線斷開后的主保護(hù)及后備保護(hù)。第一節(jié)電流保護(hù)概述一、保護(hù)裝置的起動電流電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流將大大超過正常運行時的負(fù)荷電流。因此，可以利用短路時的短路電流構(gòu)成保護(hù)。這種反應(yīng)電流的增大而動作的保護(hù)叫電流保護(hù)。圖2-1保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖繼電保護(hù)裝置往往是由多套反應(yīng)不同物理量或者不同動作時限的保護(hù)構(gòu)成的。電流保護(hù)又可以根據(jù)其動作速度和保護(hù)范圍的不同分為無時限電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，保護(hù)裝置中幾種保護(hù)將同時對短路參數(shù)進(jìn)行測量，并根據(jù)各自的保護(hù)范圍，做出選擇性判斷，以最快的速度切除故障。也就是說在故障過程中，保護(hù)裝置中的幾種保護(hù)都可能起動，而起動的保護(hù)中速度最快圖2-1保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖保護(hù)裝置在系統(tǒng)發(fā)生短路時，首先要起動整套保護(hù)，開放保護(hù)裝置出口回路的正電源，以準(zhǔn)備保護(hù)動作于出口，同時起動故障計算程序分析故障量來判斷故障是否在保護(hù)區(qū)內(nèi)，以何種速度跳閘，這個過程稱起動。如圖2-1所示。對于電流保護(hù)來說，大部分裝置采用電流突變量元件作為起動元件，即反應(yīng)兩相電流差的突變量，當(dāng)突變量大于某一定值，保護(hù)裝置起動。通常情況下，整套保護(hù)裝置有一個總起動元件，而裝置中反應(yīng)某一變量的保護(hù)又有自己的起動元件。只有在總裝置起動后，保護(hù)元件動作才可能出口。例如當(dāng)線路發(fā)生相間短路，保護(hù)裝置總起動，電流保護(hù)同時起動，經(jīng)過必要的延時出口，跳開斷路器，切除故障，稱電流保護(hù)動作并出口。由此可見保護(hù)裝置的總起動元件須有很高的靈敏度。

圖2-2繼電特性保護(hù)裝置中的繼電器都具有繼電特性。繼電特性就是指當(dāng)輸入量（如通過的電流）變化到某一數(shù)值時，其觸點的狀態(tài)發(fā)生突變（反應(yīng)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(hù)裝置中使保護(hù)動作的最小電流叫保護(hù)的動作電流，用/act表示；使保護(hù)返回的最大電流叫返回、電力系統(tǒng)的運行方式電流，用Ire表示;Kre圖2-2繼電特性保護(hù)裝置中的繼電器都具有繼電特性。繼電特性就是指當(dāng)輸入量（如通過的電流）變化到某一數(shù)值時，其觸點的狀態(tài)發(fā)生突變（反應(yīng)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(hù)裝置中使保護(hù)動作的最小電流叫保護(hù)的動作電流，用/act表示；使保護(hù)返回的最大電流叫返回、電力系統(tǒng)的運行方式電流，用Ire表示;Kre表示。在電源電勢一定的情況下，線路上任一點發(fā)生短路時，抗及短路類型有關(guān)，三相短路電流大小可按下式計算返回電流與動作電流的比值叫返回系數(shù)，用K=—rereI

act短路電流的大小與短路點至電源之間的總電（2-1）Xs——歸算至保護(hù)安裝處電源的等效電抗;X]——線路單位長度的正序電抗;lk——短路點至保護(hù)安裝處的距離。當(dāng)系統(tǒng)運行方式一定時，但和Xs為常數(shù)，這時三相短路電流取決于短路點的遠(yuǎn)近。改變l，計算/"，即可繪出/"=f（l）一系列曲線。圖2-3中的曲線為系統(tǒng)最大運行方式下，三相短路電流隨短路點變化的曲線，曲線2為系統(tǒng)最小運行方式下，兩相短路電流隨短路點變化的曲線。圖2-3單側(cè)電源線路的無時限電流速斷保護(hù)工作原理說明圖所謂最大運行方式是指：歸算到保護(hù)安裝處電壓的系統(tǒng)等值阻抗最小，即瓦=也。心，使通過保護(hù)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(hù)安裝處電壓的系統(tǒng)等值阻抗最大，即Xs=Xs°max，使通過保護(hù)的圖2-3單側(cè)電源線路的無時限電流速斷保護(hù)工作原理說明圖最大和最小運行方式的選取，對不同安裝地點的保護(hù)，應(yīng)視網(wǎng)絡(luò)的實際情況而定。此外，一般情況，?餌，下，同一點三相短路電流大于兩相短路電流，當(dāng)X]￡=X2￡時，I"—I（K）。故最大運行方式下三相短路時，短路電流最大，最小運行方式下兩相短路時，短路電流為最小。三、電流保護(hù)的二次值在圖2-2中使電流保護(hù)起動或動作的電流是電流互感器二次側(cè)電流，并非線路中的電流。電流互感器的二次側(cè)電流I2與線路中的電流I1之間有變比關(guān)系。L=土（2-2）znTA式中I1——為線路中的短路電流；nTA為電流互感器的變比。當(dāng)考慮到三相電流互感器的接線，應(yīng)考慮接線系數(shù)Kcom，接線系數(shù)Kcom是流經(jīng)保護(hù)中的電流公與電流互感器二次側(cè)電流I2之比。IK2comIKA(2-3)于是電流保護(hù)中電流I應(yīng)為I=K-h-comnTA(2-4)在電流保護(hù)裝置中，動作電流和返回電流數(shù)值的大小是根據(jù)保護(hù)選擇性、靈敏度及可靠性等因素來確定，具體內(nèi)容在下幾節(jié)中講述。第二節(jié)無時限電流速斷保護(hù)一、無時限電流速斷保護(hù)無時限電流速斷保護(hù)（又叫瞬時電流速斷保護(hù)簡稱為電流速斷保護(hù)），當(dāng)電力系統(tǒng)的相間短路故障發(fā)生在靠近電源側(cè)時，非常大的短路電流不僅對系統(tǒng)電力設(shè)備構(gòu)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(wǎng)的崩潰，這就要求能快速的切除故障來維護(hù)電網(wǎng)的安全。無時限電流速斷保護(hù)的是反應(yīng)電流的增大而瞬時動作的一種保護(hù)。它廣泛地應(yīng)用于輸電線路及電氣設(shè)備保護(hù)中。二、無時限電流速斷保護(hù)動作電流的整定根據(jù)繼電保護(hù)速動性的要求，保護(hù)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(hù)動作越快越好。為了保護(hù)選擇性，無時限電流速斷保護(hù)（電流I段）的動作電流應(yīng)大于下一線路首端短路時的最大短路電流LrK.B.maxIIset.1>I(3)k.B.max(2-5)圖2-4(2-5)圖2-4無時限電流速斷保護(hù)動作特性圖2-5系統(tǒng)運行方式變化時對速斷保護(hù)的影響'set.1-Krel'⑶k?B.max式中I^ti——為保護(hù)裝置1的整定電流，線路中的一次電流達(dá)到保護(hù)裝置整定電流時保護(hù)起動;Ki——為可靠系數(shù)，考慮到繼電器的誤差、短路電流計算rel誤差和非周期量影響等，取1.2?1.3；I(3)_——為最大運行方式下，被保護(hù)線路末端變電所Bk.B.max母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(hù)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I二］一經(jīng)整定不再改變，與線路短路點的位置無關(guān)，圖2-4中I二］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(yīng)的線路上短路時，由于短路電流大于氣］，保護(hù)1能動作；當(dāng)故障點發(fā)生到a、b兩交點之后對應(yīng)的線路上時，其短路電流將小于整定電流，保護(hù)1不動作。所以，從線路首端至a點之間的范圍為最大運行方式下的保護(hù)區(qū)lmax，也叫最大保護(hù)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(hù)區(qū)lmin，即最小保護(hù)區(qū)。電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。它的缺點是不可能保護(hù)線路的全長，并且保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)的運行方式變化很大，或者被保護(hù)線路的長度很短時，速斷保護(hù)就可能沒有保護(hù)范圍，因而不能采用。例如：如圖2-5所示為系統(tǒng)運行方式變化很大的情況，當(dāng)保護(hù)1電流速斷按最大遠(yuǎn)行方式下保護(hù)選擇性的條件整定以后，在最小運行方式下就沒有保護(hù)范圍；如圖2-6所示為被保護(hù)線路長短不同的情況，當(dāng)線路較長時，其始端和末端短路電流的差別較大，因而短路電流變化曲線比較陡，保護(hù)范圍比較大，如圖2-6(a)所示。而當(dāng)線路較短時，由于短路電流曲線變化平緩，速斷保護(hù)的整定值在考慮了可靠系數(shù)以后。其保護(hù)范圍將很小甚至等于零，如圖2-6(b)所示。圖2-6線路長度對速斷保護(hù)的影響(a)長線路；(b圖2-6線路長度對速斷保護(hù)的影響(a)長線路；(b)短線路(2-6)圖2-7線路一變壓器組的電流速斷保護(hù)但在個別情況下，有選擇性的電流速斷也可以保護(hù)線路的全長，例如當(dāng)電網(wǎng)的終端線路上采用線路一變壓器組的接線方式時，如圖2-7所示，由于線路和變壓器可以看成是一個元件，因此，速斷保護(hù)就可以按照躲開變壓器低壓側(cè)線路出口處虬點的短路來整定，由于變壓器的阻抗一般較大，因此，K1點的短路電流就大為減小，這樣整定之后，電流速斷就可以保護(hù)線路A-B的全長，并能保護(hù)變壓器的一部分。需要說明，速斷保護(hù)的選擇性在此處沒有得到滿足，即保護(hù)失去選擇性，為了減少停電范圍，應(yīng)與自動重合閘進(jìn)行配合。當(dāng)變壓器故障時，線路首端的速斷保護(hù)動作跳開斷路器，變壓器速斷保護(hù)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(fù)線路供電。四、靈敏度校驗無時限電流速斷保護(hù)的靈敏度通常是用保護(hù)范圍的大小來衡量，保護(hù)范圍越大，說明保護(hù)越靈敏。圖2-3所示，在不同的運行方式下，保護(hù)范圍可能變化很大，所以無時限電流速斷保護(hù)的靈敏度用最大保護(hù)范圍和最小保護(hù)范圍來衡量。根據(jù)式(2-1)，可求得最大運行方式下的最大保護(hù)范圍1EL=77D1set式中：I、——動作電流。由于兩相短路電流為三相短路電流的、倍，因此可求得最小運行方式下的兩相短路的最小保護(hù)范圍l=—(—x―s—X)(2-7)minX2IIs.max規(guī)程規(guī)定：最小保護(hù)范圍不小于被保護(hù)線路全長的15%；最大范圍大于被保護(hù)線路全長50%，否則保護(hù)將不被采用。第三節(jié)限時電流速斷保護(hù)一、限時電流速斷保護(hù)作用無時限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍只是線路的一部分，為了保護(hù)線路的其余部分，又能較快的切除故圖2-8限時電流速斷保護(hù)圖2-9限時電流速斷保護(hù)特性圖障，往往需要再裝設(shè)一套具有延時的電流速斷保護(hù)（又稱延時電流速斷保護(hù)）圖2-8限時電流速斷保護(hù)圖2-9限時電流速斷保護(hù)特性圖限時電流速斷保護(hù)就是在速斷保護(hù)的基礎(chǔ)上加一定的延時構(gòu)成的。如圖2-8所示，本線路末端K1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(hù)線路全長，本線路限時電流速保護(hù)的保護(hù)范圍必須延伸到相鄰線路內(nèi)?？紤]到選擇性，限時電流速斷保護(hù)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(hù)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B1都裝有無時限電流速斷保護(hù)，那么，線路L］上的限時電流速斷保護(hù)的動作時限1沼，應(yīng)該選擇得比無時限電流速斷保護(hù)的動作時限（約0.1s）大/t，即(2-8)而它的保護(hù)范圍允許延伸到l2和B1的無時限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍內(nèi)。因為在這段范圍內(nèi)發(fā)生短路時，L2和B1的無時限電流速斷保護(hù)立即動作于跳閘。在跳閘前，L1的限時電流速斷保護(hù)雖然會起動，但由于它的動作時限比無時限電流速斷保護(hù)大/t，所以它不會無選擇性動作于L1的斷路器跳閘。三、動作電流的整定如果限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍末端與相鄰元件的無時限電流速斷保護(hù)的范圍末端在同一地點，那么兩者的動作電流（Isetn.A與Iiset.B）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，L線路的限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)縮小一些，也就是Iii.應(yīng)大于Ii.，即1/1、4/I'—*I1I/n-J，1tJ<?af.A'/、」'al■.口，Iset?A.setb(2-9)1IIsetA=KrelI111setB

式中Krelii——可靠系數(shù)，考慮保護(hù)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1.1?(2-9)在圖2-9所示的例子中，L1的限時電流速斷保護(hù)既要與L2的無時限電流速斷保護(hù)相配合，又要與B］的電流速斷保護(hù)相配合。因此，在按式2-9）計算時，Iiiset.A應(yīng)為L2和B］無時限電流速斷保護(hù)中動作電流較大的一個數(shù)值。否則，限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)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(hù)的保護(hù)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(hù)，那么整個變壓器將處在差動保護(hù)的范圍內(nèi)。這時L］的限時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍就允許延伸到整個變壓器。它的動作電流就是根據(jù)在最大運行方式下低壓側(cè)三相短路時的短路電流I⑶來選擇，即k.maxIii=KiiI⑶（2-10）set.Arelk.max式中K^——可靠系數(shù)?？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(shù)值取1.3?1.4。與線路L2配合得限時電流保護(hù)動作電流式（2-9），與變壓器配合也得限時電流保護(hù)動作電流式（2-10），為了保證選擇性，應(yīng)取式（2-9）、式（2-10）大者作為A處限時電流速斷保護(hù)的動作電流。四、靈敏度校驗限時電流速斷保護(hù)裝置的靈敏度用起動元件（即電流元件）的靈敏系數(shù)K歐的數(shù)值大小來衡量。它是指在系統(tǒng)最小運行方式下，被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時，通過電流元件的電流I⑵與動作電流k.minIttA的比值，即Ksen(2-11)圖2-10定時限過電流保護(hù)配置Ksen(2-11)圖2-10定時限過電流保護(hù)配置Illset.A規(guī)程要求：、血＞1.25。當(dāng)靈敏度不能滿足規(guī)程要求時，可與相鄰下線路的限時電流速斷保護(hù)相配合，即動作電流相配合和動作時限相配合。第四節(jié)定時限過電流保護(hù)一、定時限過電流保護(hù)作用定時限過電流保護(hù)簡稱過電流保護(hù)，通常是指其動作電流按躲過線路最大負(fù)荷電流整定的一種保

護(hù)。正常運行時，它不會動作；電網(wǎng)發(fā)生故障時，一般情況下故障電流比最大負(fù)荷電流大得多，所以過流保護(hù)具有較高的靈敏性。因此，過流保護(hù)不僅能保護(hù)本線路全長，而且還能保護(hù)相鄰線路全長甚至更遠(yuǎn)。二、動作電流的整定在圖2-10所示的電網(wǎng)中，對線路Lj來講，電網(wǎng)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。(2-12)t正常運行時，L1可能通過的最大電流稱為最大負(fù)荷電流IL.max，這時過電流保護(hù)裝置1的起動元件不應(yīng)該起動，即動作電流Iact.A應(yīng)大于最大負(fù)荷電流，即3>1setAL.max(2-12)t岌生短路短路切除圖2-11相鄰元件短路過程電流的變化情況L2上發(fā)生短路時，L1通過短路電流IK，過電流保護(hù)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(hù)裝置2的動作時限，保護(hù)裝置2首先動作于2QF岌生短路短路切除圖2-11相鄰元件短路過程電流的變化情況故障線路L2被切除后，保護(hù)裝置1的起動元件應(yīng)立即返回，否則保護(hù)裝置1會使1QF跳閘，造成無選擇性動作。故障線路L2被切除后，線路L］繼續(xù)向(2-13)變電所B供電，由于變電所B的負(fù)荷中電動機(jī)自起動的原因，L］中通過的電流為：KMSIL.max（KMS為自起動系數(shù)。它大于1，其數(shù)值根據(jù)變電所供電負(fù)荷的具體情況而定）。因此，起動元件的返回電流1笊應(yīng)大于這一電流，即re>KmJl.max(2-13)由于電流元件（即過電流保護(hù)裝置的起動元件）的返回電流小于起動電流。所以從圖2-11可見，只要I>kn的條件能得到滿足。Iiii>4的條件也必然能得到滿足。reMSL.maxactAL.max(2-14)不等式（2-12）可以改寫成為以下的等式rrelK(2-14)在式（2-14）中，是Kin為可靠系數(shù)，考慮到電流繼電器誤差和計算誤差等因素，它的數(shù)值取1.15?1.25。因為返回電流與動作電流的比值稱為返回系數(shù)，即

KreKre=產(chǎn)或者：、=^actre(2-15)將式(2-15)代入(2-14),得到計算過電流保護(hù)動作電流的公式:(2-16)KiiiKIIII=——rel——MSI

set.AK(2-16)re根據(jù)上式(2-16)所求得的是一次動作電流。如果要計算保護(hù)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(shù)Kc，保護(hù)裝置中動作電流的計算公式為Iiiiset.AIiiiset.A=KcomKiiiK,―rel~IKnL-max(2—17)圖2-12定時限過電流保護(hù)時限特性圖式中：I111圖2-12定時限過電流保護(hù)時限特性圖set.A三、靈敏度校驗過電流保護(hù)裝置的靈敏度用電流元件的靈敏系數(shù)Ksen的數(shù)值大小來衡量。過電流保護(hù)作為本線路的近后備保護(hù)，以被保護(hù)線路末端作為校驗點進(jìn)行校驗，其靈敏度為:I(2)(2—18)K近=—K.g.min〉(2—18)過電流保護(hù)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，以相鄰線路末端作為校驗點進(jìn)行校驗，其靈敏度為:I(2)(2—19)K遠(yuǎn)=K.C.min>(2—19)四、動作時限的確定前面所講的保護(hù)原理中己說明，為了保證選擇性，電網(wǎng)中各個定時限過電流保護(hù)裝置必須具有適當(dāng)?shù)膭幼鲿r限。離電源最遠(yuǎn)的元件的保護(hù)動作時限最小，以后的各個元件的保護(hù)動作時限逐級遞增，相鄰兩個元件的保護(hù)動作時限相差一個時間級差/t。這種選擇動作時限的原則稱為階梯時限原則。即：t1=t2十/t例如在圖2-12所示的電網(wǎng)中，所有線路都裝有定時限過電流保護(hù)。3和5的動作時限最小、如果t3取t3與t5中大者，t2應(yīng)該等于t3

十At.t2既要比t3大4,又要比t5大0。如果t2<t4,那么t1應(yīng)該等于t4十At.如果t>t4,那么t1應(yīng)該等于t2十At。也就是說，階梯原則在配合過程中，不僅要與線路中的保護(hù)時限進(jìn)行配合，還要與母線上的出線進(jìn)行配合。即本線路上定時限過電流保護(hù)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A(yù)t愈小愈好；但是為了保證選擇性At應(yīng)該符合以下條件At=ta+tb+tc+td(2-20)t——前面一個元件斷路器的跳閘時間(從保護(hù)發(fā)出跳閘脈沖到切除短路電流為止)；atb——前面一個保護(hù)動作時間的正誤差(實際動作時間比整定時間大)；tc一一后面一個保護(hù)動作時間的負(fù)誤差(實際動作時間比整定時間小)；td——時間裕度。根據(jù)式(2-20)來確定At，它的意思就是：如果前后兩個保護(hù)的動作時間都有誤差，也能保證在線路負(fù)荷側(cè)一個元件的斷路器切除短路電流以前，電源側(cè)保護(hù)不會發(fā)跳閘脈沖，而且還有一些時間裕度。由式(2-20)可見，At的大小決定于斷路器和保護(hù)裝置的性能。目前在定時限過電流保護(hù)整定時，第五節(jié)階段式電流保護(hù)般At取0.3?0.5s。第五節(jié)階段式電流保護(hù)一、階段式電流的構(gòu)成A\[k17”,L2Cyft-尺廿1???X11k23u21lII24——Im圖2-13單側(cè)電源線路限時電流速斷保護(hù)的配合整定說明無時限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路首端的一部分，限時電流速斷保護(hù)能保護(hù)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(hù)能保護(hù)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(hù)線路上的故障，可將上述三種保護(hù)組合在一起構(gòu)成一套保護(hù)，稱為階段式電流保護(hù)。由瞬時電流速斷保護(hù)構(gòu)成電流I段；限時電流速斷保護(hù)為第II段;過電流保護(hù)為第III段，I、I段共同構(gòu)成主保護(hù)，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(nèi)的故障；第I段，作為后備保護(hù)。既作為本線路I、I段保護(hù)的近后備保護(hù)，也作下線線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。階段式電流保護(hù)不一定都用三段，也可以只用兩段，即瞬時或限時電流速斷保護(hù)作為第I段、過電流保護(hù)作為第I段，構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。隨著電力網(wǎng)的快速發(fā)展，輸電線路越來越短，系統(tǒng)阻抗很小，大多數(shù)限時電流速斷

圖2-13單側(cè)電源線路限時電流速斷保護(hù)的配合整定說明二、階段式電流保護(hù)的時限特性如圖2-13所示，為階段式電流保護(hù)的時限特性，圖中示出了三段式電流保護(hù)的動作電流、保護(hù)范圍及動作時限的配合情況。由圖可見，在被保護(hù)線路首端故障時，保護(hù)的第I段將瞬時動作；在被保護(hù)線路末端故障時，保護(hù)的第II段將帶0.5s時限切除故障；而第m段只起后備作用。所以，裝有三段式電流保護(hù)的線路，一般情況下，都可以在0.5s時間內(nèi)切除故障。本線路的第m段應(yīng)與相鄰下一線路的第m段從時限上進(jìn)行配合，當(dāng)前后兩線路的負(fù)荷變化不大時，還應(yīng)從靈敏度上進(jìn)行配合。第六節(jié)電流保護(hù)的電壓元件一、電壓速斷保護(hù)在電力系統(tǒng)等值電抗較大或線路較短的情況下，圖2-14無時限電壓速斷保護(hù)應(yīng)用舉例當(dāng)線路上不同地點發(fā)生相間短路時，短路電流變化曲線比較平坦，見圖2-6(b)所示的無時限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍較小，在兩相短路和最小運行方式時的保護(hù)范圍更小，甚至沒有保護(hù)范圍。在這種情況下，圖2-14無時限電壓速斷保護(hù)應(yīng)用舉例在線路上不同地點發(fā)生相間短路時，母線上故障相之間殘余電壓Ur的變化曲線如圖2-14所示。從圖中看出，短路點離母線愈遠(yuǎn)，Ur愈高。其中：①表示最大運行方式下Ur變化曲線；②表示最小運行方式下Ur變化曲線。電壓速斷保護(hù)是反應(yīng)母線殘余電壓Ur降低的保護(hù)。在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時，Ur較低，保護(hù)起動；在保護(hù)范圍以外發(fā)生短路時，Ur較高，保護(hù)不起動。如同電流速斷保護(hù)一樣，電壓速斷保護(hù)可以構(gòu)成無時限的，也可以構(gòu)成具有延時的。如圖2-14所示的線路上，如果裝有保護(hù)相間短路的無時限電壓速斷保護(hù)，它的動作電壓Uset應(yīng)整定為：U=—^?^=―L(2-21)式中：U——為最小運行方式下在線路末端三相短路時，線路始端母線上的殘余電壓；r.max

I⑶一一為上述短路時的短路電流；K.minXL——為線路電抗；Krel——為可靠系數(shù)，考慮到電壓繼電器的誤差和計算誤差等因素.它的數(shù)值取為1.1?1.2。由圖2-13可見，電壓速斷保護(hù)在最小運行方式下，保護(hù)范圍最大；在最大運行方式下，保護(hù)范圍最小。所以，電壓速斷保護(hù)應(yīng)按最小運行方式來整定動作電壓，按最大遠(yuǎn)行方式來校驗保護(hù)范圍。當(dāng)線路末端發(fā)生三相短路時，始端母線上故障相之間的殘余電壓為*)=0])Xl(2-22)當(dāng)線路末端發(fā)生兩相短路時，始端母線上故障相之間的殘余電壓為U⑵=21(2)Xl=2x二I]Xl=⑶(])Xl(2-23)同樣的，在線路上任何一點發(fā)生短路時，不論是三相短路還是兩相短路，母線上故障相之間的殘余電壓是相等的。因此，保護(hù)相間短路的電壓速斷保護(hù)應(yīng)采用三相式接線，電壓繼電器應(yīng)接相間電壓。這樣，電壓速斷保護(hù)既能保護(hù)三相短路也能保護(hù)兩相短路，而且保護(hù)范圍與故障種類無關(guān)。如同無時限電流速斷保護(hù)一樣。無時限電壓速斷保護(hù)的保護(hù)范圍也可以用解析法進(jìn)行計算。在最大運行方式下保護(hù)范圍末端發(fā)生三相短路時，母線殘余電壓Ur與動作電壓Uset相等，即r.max=U

setV3I⑶XK.maxr.max=U

setV3I⑶XK.maxL?￥XlKrel奇I⑶XL=K.max1maxXKrel把E〃

e—X+XLXL1maxE〃tXL+XL1S.min1maxrelS.max1可求得:L=maxL=maxXS.min5.max+(9X1L(2-24)E"系統(tǒng)的次暫態(tài)電勢(相)；①XS.min一一最大運行方式下的系統(tǒng)電抗XS.max一一最小運行方式下的系統(tǒng)電抗

X]——被保護(hù)線路每公里的電抗，L——被保護(hù)線路的全長（km）。從式（2-24）可見：最大、最小運行方式相差愈?。碭S.max與XS.min的差值愈?。Ｗo(hù)范圍愈大；線路長度一定，系統(tǒng)容量愈?。碙一定，XS.max和XS.min愈大），保護(hù)范圍愈大；反之，系統(tǒng)容量一定，線路愈短（即XS.max和XS.min一定，L愈?。?，保護(hù)范圍愈大。所以，電壓速斷保護(hù)適用于運行方式變化小，系統(tǒng)容量較小或被保護(hù)線路較短的場合。二、電壓閉鎖電流速斷保護(hù)為了保證選擇性，電流速斷保護(hù)應(yīng)按最大運行方式來整定動作電流，但在最小運行方式下保護(hù)范圍要縮??；而電壓速斷保護(hù)應(yīng)按最小運行方式來整定動作電壓，但在最大運行方式下保護(hù)范圍要縮小。電壓電流閉鎖速斷保護(hù)是兼用電流、電壓元件，綜合電流、電壓速斷保護(hù)的特點的一種保護(hù)。在有些電網(wǎng)中，由于最大和最小運行方式相差很大，不能采用電流速斷保護(hù)或電壓速斷保護(hù)。但出現(xiàn)這兩種運行方式的時間較少，大多數(shù)時間是在某一種運行方式（稱為主要運行方式）下工作。在這種情況下，可以考慮采用低電壓閉鎖的電流保護(hù)（或稱為電流、電壓聯(lián)鎖保護(hù)）。圖2-15電壓閉鎖的電流保護(hù)特性說明低電壓閉鎖的電流保護(hù)的起動元件包括電流起動元件和電壓起動元件，它們的觸點是串聯(lián)的，圖2-15電壓閉鎖的電流保護(hù)特性說明低電壓閉鎖的電流保護(hù)可以構(gòu)成無時限的，也可以構(gòu)成有延時的。無時限的低電壓閉鎖電流速斷保護(hù)的特性見圖2-15。輸入保護(hù)的電氣量既有電流/m，又有電壓Um。在圖2-15所示的線路上，如果裝有反應(yīng)相同相間短路的無時限電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)主要運行方式整定以后，當(dāng)出現(xiàn)最大遠(yuǎn)行方式時，電流起動元件的動作范圍將伸長，但由于電壓起動元件的動作范圍將縮小。所以整個保護(hù)裝置的保護(hù)范圍是縮小的。不會造成無選擇性動作。當(dāng)出現(xiàn)最小運行方式時，電壓起動元件的動作范圍將伸長。但由于電流起動元件的動作范圍將縮小，所以也不會造成整個保護(hù)裝置無選擇性動作。

第七節(jié)電流保護(hù)的方向元件一、方向性電流的提出上一節(jié)所講的三段式電流保護(hù)是以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的，各保護(hù)都安裝在被保護(hù)線路靠近電源的一側(cè)，在發(fā)生故障時，它們都是在短路功率(一般指短路時某點電壓與電流相乘所得到的感性功率，在無串聯(lián)電容也不考慮分布電容的線路上短路時。認(rèn)為短路功率從電源流向短路點)從母線流向被保護(hù)線路的情況下，按照選擇性的條件來協(xié)調(diào)配合工作的。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和用戶對供電可靠性要求的提高，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)實際上都是由很多電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，此時，上述簡單的保護(hù)方式已不能滿足系統(tǒng)運行的要求。例如在圖2-16所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線中，由于兩側(cè)都有電源，因此，在每條線路的兩側(cè)均需裝設(shè)圖2-16雙電源線路供電與保護(hù)示意圖斷路器和保護(hù)裝置。假設(shè)斷路器D斷開，電源ED不存在，則發(fā)生短路時，保護(hù)1、3、5、8的動作情況和由電源EA單獨供電時一樣，它們之間的選擇性是能夠保證的。其過電流保護(hù)按圖中t=f(L)時限特性實線部分配合。如果電源EA不存在，則保護(hù)6、4、2、7由電源ED單獨供電，此時它們之間也同樣能夠保證動作的選擇性，其過流保護(hù)按圖2-16中階梯時限特性的虛線部分配合工作。如果兩個電源同時存在，當(dāng)K2點短路時，按照選擇性的要求，應(yīng)該由距故障點最近的保護(hù)5和6動作切除故障。然而，由電源Ea供給的短路電流Ik2也將通過保護(hù)4,如果保護(hù)采用電流速斷且IK2大于保護(hù)裝置的起動電流Iset4，則保護(hù)4的電流速斷就要誤動作；如果保護(hù)4采用過電流保護(hù)且其動作時限t4〈t5,則保護(hù)4的過電流保護(hù)也將誤動作。同理當(dāng)圖2-16中K1點短路時，本應(yīng)由保護(hù)3和4動作切除故障，但是由電源EA供給的短路電流IK1，通過保護(hù)2,如果Iset.2<I'K】，則保護(hù)2的電流速斷要誤動作；如果過電流保護(hù)的動作時限t2〈t3,則保護(hù)2的過電流保護(hù)也要誤動作。同樣地分析其他地點短路時，對有關(guān)的保護(hù)裝置也能得出相應(yīng)的結(jié)論。

分析雙側(cè)電源供電情況下所出現(xiàn)的這一新矛盾，可以發(fā)現(xiàn)，誤動作的保護(hù)都是在自己所保護(hù)的線路反方向發(fā)生故障時，由對側(cè)電源供給的短路電流所引起的。對誤動作的保護(hù)而言，實際短路功率的方向照例都是由線路流向母線。顯然與其所對應(yīng)保護(hù)線路的故障時短路功率方向相反。因此，為了消除這種無選擇的動作，就需要在可能誤動作的保護(hù)上增設(shè)一個功率方向閉鎖元件，該元件只有當(dāng)短路功率方向由母線流向線路時動作，而當(dāng)短路功率方向由線路流向母線時不動作，從而使繼電保護(hù)的動作具有一定的方向性。、方向過電流保護(hù)動作時限整定及方向元件的裝設(shè)原則雙側(cè)電源電網(wǎng)的過電流保護(hù)加上方向元件后，就可看成兩個單側(cè)電源電網(wǎng)的過電流保護(hù)，分別進(jìn)行所示電網(wǎng)，保護(hù)1、3、5反應(yīng)電源I供給的反應(yīng)電源II供給的短路電流而動作，它們的時限配合，其動作時限仍按階梯原則整定。如圖2-17(a)短路電流，它們的時限應(yīng)配合，即t1>t3>t5；保護(hù)2、4、6時限應(yīng)配合，即t2<t4<t6。其時限特性見圖2-17(b)。所示電網(wǎng)，保護(hù)1、3、5反應(yīng)電源I供給的反應(yīng)電源II供給的短路電流而動作，它們的需要注意的是，按階梯原則整定保護(hù)的動作時限時，不僅與主干線上同一方向的保護(hù)進(jìn)行配合，而且要與對端變電所母線上所有其它出線的保護(hù)相配合。如在圖2-17需要注意的是，按階梯原則整定保護(hù)的動作時限時，不僅與主干線上同一方向的保護(hù)進(jìn)行配合，而且要與對端變電所母線上所有其它出線的保護(hù)相配合。如在圖2-17(a)所示網(wǎng)絡(luò)中，若變電所C的母線上尚有出線保護(hù)4'，且t'4>t4，則t6應(yīng)十斗1襯日n/——扣上//向辛田業(yè)r襯、/大于14，即，6—14十匕《。同埋，當(dāng)14”5時，則t3=t'4+/t。圖2-17方向過電流保護(hù)的時限整定(a)網(wǎng)絡(luò)圖；(b)時限特性t1、1t3，t41it6I1|在假定所有主干線保護(hù)都裝設(shè)方向元件的條件下，按上述方法確定各保護(hù)的時限后，分析圖2-17(b)所示時限特性可以看出，有些保護(hù)的方向元件實際上可以省略。從保證選擇性要求考慮，只有那些在反方向短路時，靠時限不能保證選擇性的過流保護(hù)，才需要投入方向元件。例如變電所B中的保護(hù)2和3,在線路AB上短路時，對保護(hù)3為反方向短路，但因t3>t2,保護(hù)2先動作將故障切除，保護(hù)3即使不裝方向元件，靠時限也能保證選擇性，所以保護(hù)3的方向元件省去。同理，因t4>t5,保護(hù)4的方向元件也可以省去。總之，同一母線兩側(cè)的方向過電流保護(hù)，若動作時限不等，則較長的(長出之值不小于一個時限級差/t)方向元件可以省去，若動作時限相等，則都需加方向元件。實際生產(chǎn)的微機(jī)保護(hù)中，方向元件總是存在的，必要時通過控制字選至“ON”或連接片將方向元件投入運行；不必要時將控制字選至“OFF”或?qū)⑦B接片打開。三、方向元件的基本原理和接線方式方向元件的接線方式是指它與電壓互感器和電流互感器之間的連接方式，也就是給方向元件加入什么電壓和什么電流的問題。對于接線方式的基本要求是：（1）在發(fā)生各種類型故障時，均能正確判別短路功率方向；（2）為了有較高的靈敏系數(shù)，故障后加入方向元件的電壓Um盡量大，并盡量使pm接近靈敏角pseno為了滿足上述兩條基本要求，方向元件通常采用90°接線方式，即在一次系統(tǒng)三相對稱，且功率因數(shù)cos步1時，方向元件的Um與Im之間的相位差角為90°，這種接線方式稱為90。接線（電流超前電壓90°）如圖2-19所示。三相方向元件的電流和電流如表2-1所示。表2-190°接線方式時方向元件的電流與電壓量方向元件ImUm5iUUVWV相iUVWUW相iUWUV?_.?一在圖2-19（a）中，以Uk為參考向量，向超刖萬向（逆時針萬向）作U^eja向量，再作垂直于向量Ueja的直線ab，其陰影線側(cè)即為I的動作區(qū)。因此功率方向的判據(jù)條件為KK.I—90°<arg.k<90°（正方向）（2-25a）UejaKI90°<arg，k<270。（反方向）（2-25b）UejaK,一??、?.滿足式(2-25a)時，I處于動作區(qū)內(nèi)，正方向功率兀件動作，表示故障點在保護(hù)安裝處正方向。K(a)(b)圖2-1990°接線功率方向元件動作區(qū)(a)方向元件動作區(qū)(180°動作范圍)；(b)方向元件動作區(qū)(120°動作范圍)滿足式(2-25b滿足式(2-25b)時，I處于非動作區(qū)，反方向功率方向動作，表示故障點在保護(hù)安裝處背后。K一般稱a為功率方向元件內(nèi)角(30°或45°)，由圖2-19(a)可見，當(dāng)I超前U的角度為a，KK位于動作區(qū)域的中心，正方向動作最靈敏，最靈敏角為一a。某些微機(jī)保護(hù)裝置也采用動作區(qū)域小于180°，如圖2-19(b)所示動作區(qū)域為120°，靈敏角仍為30°，動作區(qū)域為-90°?30°采用90°接線方式的優(yōu)點是：(1)不論發(fā)生三相短路或兩相短路，方向元件均能正確判斷故障方向;圖2-20圖2-20電流保護(hù)的接線圖(2)適當(dāng)選擇方向元件的靈敏角，可以保證在三相短路或兩相短路時方向元件處于靈敏狀態(tài)。在兩相短路時，加在方向元件的電壓為故障相與非故障相之間的電壓，其值最大，無死區(qū)；但在靠近保護(hù)安裝處發(fā)生三相短路時，方向元件可能有死區(qū)，必須采取消除死區(qū)措施。第六節(jié)電流保護(hù)的應(yīng)用舉例WXH110微機(jī)線路保護(hù)裝置主要適用于35kV及以下各級電壓等級的線路保護(hù)，主要由反應(yīng)相間故障的三段式相間電壓、電流（方向）及后加速保護(hù)；反應(yīng)小電阻接地或直接接地系統(tǒng)零序過流的三段式零序電流（方向）及后加速保護(hù)（WXH—112）；反應(yīng)小電阻接地系統(tǒng)接地故障的小電流接地選線保護(hù)（WXH-111）以及三相一次重合閘、過負(fù)荷告警及跳閘保護(hù)、低頻減載、控制回路斷線自動檢測功能、PT斷線自動檢測功能、具有測量、遙信、遙脈、遙控及錄波功能等。如圖2-20為保護(hù)裝置電流電壓的接線圖，保護(hù)裝置保護(hù)用電流互感器和電壓互感器，分別將電流、電壓接入裝置中即：三相電流、三相電壓、零序電流I0等，零序電壓u0由三相電壓之和來產(chǎn)生。當(dāng)用于電纜保護(hù)時，零序電流I0另有輸入端子。Iu*、IW*為遙測專用輸入回路，外接儀表電流互感器°UL、ul為線路輸入電壓輸入回路，用于電網(wǎng)自動重合閘的同期并列。圖2-21是WXH-110系列微機(jī)線路保護(hù)裝置背面端子圖，包括保護(hù)輸出、中央信號、直流電源、遙控信息、開入量、操作箱及交流輸入量接線端子等