模塊一 相間電流保護(hù) 任務(wù)2 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間電流保護(hù)

子任務(wù)1：無時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流I段）電流保護(hù)用于雙電源線路時(shí)的問題

輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，反映電流增大而瞬時(shí)動作切除故障的電流保護(hù)稱為無時(shí)限電流速斷保護(hù)，又稱電流I段保護(hù)或瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。

動作電流整定必須保證繼電保護(hù)動作的選擇性，如圖1所示，K1點(diǎn)處故障對于保護(hù)1（圖中也常用P1表示）是外部故障，應(yīng)當(dāng)由保護(hù)2（圖中也常用P2表示）跳開QF2。當(dāng)K1點(diǎn)處故障時(shí)，短路電流也會流過保護(hù)1，需要保證此時(shí)保護(hù)1不動作，即保護(hù)1的動作電流必須大于外部故障時(shí)的短路電流。一、無時(shí)限電流速斷保護(hù)~XXIIQF1QF2MN12KK1圖1繼電保護(hù)動作選擇性示意圖

圖2中曲線1和曲線2所示為短路電流曲線，表示在一定系統(tǒng)運(yùn)行方式下短路電流與故障點(diǎn)遠(yuǎn)近的關(guān)系。短路電流計(jì)算公式如下：三線短路時(shí)，有兩相短路時(shí)，有式中:

--相電勢；

--系統(tǒng)電源等效阻抗；

--線路單位長度阻抗（架空線路一般為0.4)

--故障點(diǎn)到安裝處的距離，單位為kmM曲線1曲線2最小保護(hù)區(qū)最大保護(hù)區(qū)~XXIIQF1QF2MN12KK1RQN圖2無時(shí)限電流速斷保護(hù)整定短路電流大小由以下因素決定：（1）系統(tǒng)運(yùn)行方式與系統(tǒng)電源等效阻抗有關(guān)，系統(tǒng)電源等效阻抗與電源投入的數(shù)量、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。最大時(shí)通過保護(hù)裝置的短路電流最小，稱為最小運(yùn)行方式；最小時(shí)通過保護(hù)裝置的短路電流最大，稱為最大遠(yuǎn)行方式。（2）故障點(diǎn)遠(yuǎn)近。故障點(diǎn)越近，短路電流越大。（3）短路類型。一般電流保護(hù)用于小電流接地系統(tǒng)，不需要考慮接地短路類型。在上圖2中短路電流曲線1對應(yīng)最大運(yùn)行方式、三相短路情況，曲線2對應(yīng)最小運(yùn)行方式、兩相短路情況。根據(jù)上面的討論，外部故障時(shí)流過保護(hù)1的最大短路電流為：式中一一最大運(yùn)行方式時(shí)的系統(tǒng)阻抗；一一線路MN全長。外部故障距離保護(hù)1最近的地方就是線路的末端N處，可見為最大運(yùn)行方式下本線路未端發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流。按照選擇性的要求，動作電流應(yīng)滿足：

考慮電流互感器、電流繼電器均有誤差，整定時(shí)應(yīng)考慮這些誤差并留有裕度，無時(shí)限電流速斷保護(hù)1動作電流整定公式為：

式中，為可靠系數(shù)，考慮短路電流計(jì)算誤差、電流互感器誤差、繼電器動作電流誤差、短路電流中非周期分量的影響和必要的裕度，一般取1.2-1.3。由圖2可以看出，動作電流大于最大的外部短路電流，最大運(yùn)行方式下MQ段發(fā)生三相短路時(shí)短路電流大于動作電流，保護(hù)動作，這個(gè)區(qū)域稱為保護(hù)動作區(qū)。電流保護(hù)的保護(hù)區(qū)是變化的，短路電流水平降低時(shí)保護(hù)區(qū)縮短，如最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)保護(hù)區(qū)變?yōu)镸R。QF1KAITAKMKS信號+++-QF2YR-

無時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理圖如圖所示。保護(hù)由電流繼電器KA（測量元件）、中間繼電器KM信號繼電器KS組成。圖3無時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理圖

如上圖3無時(shí)限電流速斷保護(hù)的單相原理圖所示，電流測量元件KA接于電流互感器TA的二次側(cè)，正常運(yùn)行時(shí)，線路流過的是負(fù)荷電流，TA的二次電流小于KA的動作電流，保護(hù)不動作。當(dāng)線路發(fā)生如路故障時(shí)，線路流過短路電流：當(dāng)流過KA的電流大于它的動作電流時(shí)，測量元件KA動作，觸點(diǎn)閉合，啟動中間元件KM，KM觸點(diǎn)閉合。一方面控制斷路器跳閘，切除故障線路，另一方面啟動信號元件KS，KS動作，發(fā)出保護(hù)動作的警告信號。無時(shí)限電流速斷保護(hù)簡單可靠，動作迅速，它靠動作電流的整定獲得選擇性。它不能保護(hù)本線路全長，保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路類到、線路長短等影響。當(dāng)運(yùn)行方式變化很大或被保護(hù)線路很短時(shí)，甚至沒有保護(hù)區(qū)。但在個(gè)別情況下，無時(shí)限電流速斷保護(hù)可保護(hù)線路全長，如電網(wǎng)的終端線路上采用線路變壓器組接線時(shí)，線路和變壓器可看成是一個(gè)元件，動作電流按躲過變壓器低壓側(cè)線路出口短路來整定，這樣可保護(hù)線路全長。二、限時(shí)電流速斷保護(hù)

由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長，因此可考慮增加一段新的保護(hù)，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時(shí)也能作為速斷的后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)，又稱為電流Ⅱ段保護(hù)。對這個(gè)新設(shè)保護(hù)的要求，首先是在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長，并具有足夠的靈敏性；其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時(shí)限。正是由于它能以較小的時(shí)限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此稱為限時(shí)電流速斷保護(hù)。

設(shè)置電流Ⅱ段保護(hù)的目的是保護(hù)本線路全長，保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)必然會伸入下一線路（相鄰線路)，在K點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)存在與下一線路保護(hù)2“搶動”的問題。保護(hù)1的Ⅱ段、保護(hù)2的I段電流繼電器均動作，而按照保護(hù)選擇性的要求，保護(hù)2的I段動作跳開斷路器QF2，保護(hù)1的Ⅱ段不跳開斷路器QF1。為了保證選擇性，保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)動作帶有一個(gè)延時(shí)，動作慢于保護(hù)2的I段保護(hù)。這樣下一線路始端發(fā)生故障時(shí)Ⅱ段保護(hù)與下一線路I段保護(hù)同時(shí)啟動但不立即跳閘，下一線路I段保護(hù)動作跳閘后短路電流消失，Ⅱ段保護(hù)返回。本線路末端短路時(shí)，下一線路I段保護(hù)不動作，本線路Ⅱ段保護(hù)經(jīng)延時(shí)動作跳閘。XMNQF1QF2I1I2G~保護(hù)1的II段保護(hù)區(qū)保護(hù)2的I段保護(hù)區(qū)KX

保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)配合如圖1-20所示，若保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)伸出下一線路I段保護(hù)區(qū)，在圖中K區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)2的I段保護(hù)區(qū)不動，保護(hù)1的Ⅱ段保護(hù)區(qū)與保護(hù)2的Ⅱ段保護(hù)區(qū)啟動，同時(shí)動作，跳開斷路器QF1、QF2，保護(hù)動作為非選擇性的。XMNQF1QF2PIP2G~保護(hù)1的II段保護(hù)區(qū)保護(hù)2的II段保護(hù)區(qū)KX保護(hù)2的I段保護(hù)區(qū)電流Ⅱ段保護(hù)整定公式為

式中

------------可靠系數(shù)，考慮到短路電流中的非周期分量已衰減，取1.1~1.2

------------下一線路Ⅰ段動作電流；

------------動作時(shí)限，一般取0.5s13~XXP1P2QF1QF2MNQ保護(hù)1的II段保護(hù)區(qū)保護(hù)2的I段保護(hù)區(qū)電流二段整定過程如圖所示：

設(shè)置限時(shí)電流速斷保護(hù)的目的是保護(hù)本線路全長，故應(yīng)校驗(yàn)在本線路發(fā)生故障、短路電流最小的情況下保護(hù)能否可靠動作。電流保護(hù)動作條件為

保護(hù)反映故障能力以靈敏系數(shù)表示，即

考慮電流互感器TA、電流繼電器誤差，當(dāng)于規(guī)定值（l.3~1.5）時(shí)，才認(rèn)為電流保護(hù)能可靠動作。靈敏度校驗(yàn)按最不利情況計(jì)算，即在最小運(yùn)行方式下.被保護(hù)線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)，短路電流為本線路內(nèi)部故障時(shí)最小的短路電流，以此短路電流校驗(yàn)靈敏度，即

>1.3~1.5，靈敏度合格，說明Ⅱ段保護(hù)有能力保護(hù)本線路全長。當(dāng)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)可與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合整定，即動作時(shí)限為或使用其他性能更好的保護(hù)（如距離保護(hù)）。QF1KATAKTKS信號+++QF2YR

如圖所示，它與無時(shí)陽電流速斷保護(hù)相比，增加了時(shí)間繼電器KT。時(shí)間元件的作用是建立保護(hù)所需的延時(shí)，當(dāng)電流元件啟動后，必須經(jīng)過時(shí)間元件的延時(shí)，才能動作跳閘。如果在前故障已經(jīng)切除，則電流元作返回，保護(hù)不動作。限時(shí)電流速斷保護(hù)的特點(diǎn)：

限時(shí)電流速斷保護(hù)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，能保護(hù)本線路全長，但受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。它是靠動作電流的整定和動作時(shí)限的配合獲得選擇性的，與無時(shí)限電流速斷保護(hù)相比，其靈敏度較高，可作為本線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的近后備保護(hù)。

電流I段的動作選擇性由動作電流保證，電流Ⅱ段的選擇性由動作電流與動作時(shí)限共同保證，而電流III段是依靠動作時(shí)限的所謂“階梯特性”來保證的。

無時(shí)限電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷的保護(hù)動作電流，都是按某點(diǎn)的短路電流整定的。定時(shí)限過電流保護(hù)要求保護(hù)區(qū)較長，其動作電流按通過最大負(fù)荷電流整定，一般動作電流較小，其保護(hù)范圍伸出相鄰線路末端。定時(shí)限過電流保護(hù)（電流III段）要求：應(yīng)能保護(hù)本線路的全長，也能保護(hù)相鄰下一線路全長。~XXXXMX階梯特性過電流保護(hù)動作電流整定:

為保證被保護(hù)線路通過最大負(fù)荷時(shí)不誤動作，以及當(dāng)外部短路故障切斷后出現(xiàn)最大自啟動電流時(shí)應(yīng)可靠返回，過電流保護(hù)應(yīng)按以下2個(gè)條件整定：

（1）為保證過電流保護(hù)在正常運(yùn)行時(shí)不動作，其動作電流應(yīng)大于最大負(fù)荷電流，即

（2）保證過電流保護(hù)在外部故障切除后可靠返回，其返回電流應(yīng)大于外部短路故障切除后流過保護(hù)的最大自啟動電流，即也即式中

－－可靠系數(shù)，它是考慮繼電器動作電流誤差和負(fù)荷電流計(jì)算不準(zhǔn)確等因素而引入的大于1的系數(shù)，一般取1.15~1.25;

－－返回系數(shù)，一般取0.85；－－電動機(jī)自啟動系數(shù)，它取決于網(wǎng)絡(luò)接線和負(fù)荷性質(zhì)，一般取1.5~3。

自啟動情況如圖所示，當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)1的相鄰線路K點(diǎn)時(shí)，保護(hù)1和保護(hù)2同時(shí)啟動：保護(hù)動作切除故障后，變電所B母線電壓恢復(fù)，接于B母線上的處于制動狀態(tài)的電動機(jī)要自啟動。此時(shí)，流過保護(hù)1的電流不是最大負(fù)荷電流而是自啟動電流，自啟動電流大于負(fù)荷電流，以表示。~XXXXP1P2P3QF1QF4QF2QF3KADC過電流保護(hù)靈敏系數(shù)校驗(yàn):

過電流保護(hù)用作本線路近后備保護(hù)，同時(shí)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。故應(yīng)按這兩種情況校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即以最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相金屬性短路時(shí)的短路電流，校驗(yàn)近后備靈敏系數(shù)；以最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相金屬性短路時(shí)的短路電流，校驗(yàn)遠(yuǎn)后備靈敏系數(shù)。G~XAK1K2QF1XBQF2PC近后備靈敏系數(shù)要求遠(yuǎn)后備靈敏系數(shù)要求KT2信號IAIBIa.TAaIc.QF1QFTAcIIIIIIttKA2kA4KA3kA6kA5kA7KA1KT1KMKS1KS2KS3I原理圖：1.把整個(gè)繼電器和有關(guān)的一、二次元件繪制在一起，能直觀而完整地表示它們之間的電氣連接及工作原理的接線圖，稱為原理圖。2.應(yīng)用場所：應(yīng)用于小接地電流系統(tǒng)輸電線路的兩相不完全星形接線。3.優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：便于閱讀，能表示動作原理，有整體概念缺點(diǎn)：不便于現(xiàn)場查線及調(diào)試，接線復(fù)雜的保護(hù)原理圖繪制、閱讀比較困難。展開圖：KA1KA3KA5KA2KA4KA6NCAKA7啟動信號KS1KS2KS3+WCFUKMKT1KA1KA2KA3KA4KT2KA5KA6KA7KT1KT2KMKS2KS3KS1LTQF-WC12控制電源小母線

熔斷器Ⅰ段電流

Ⅱ段電流

Ⅲ段電流