第二章输电线路的相间短路的电流保护.docx

第二章：输电线路的相间短路的电流保护10KV及35KV中性点非直接接地电力网中的线路保护配置GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3〜63kV线路的下列故障或异 常运行，应装设相应的保护装置：(1) 相间短路2) 单相接地3) 过负荷1. 3〜10KV线路装设相间短路保护装置的配置原则(1) 在3〜10KV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求：1) 由电流继电器构成的保护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在相同的 两相上2) 后备保护应采用远后备方式3) 当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户电压低于额定电压的60%时，以及线路导线截面过小， 不允许带时限切除短路时，应快速切除故障4) 当过电流保护的时限不大于0.5〜0.7s时，且没有第3)款所列的情况，或没有配合上的要求时， 可不装设瞬动的电流速断保护2) 在3〜10KV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：1) 单侧电源线路可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限 的过电流保护可采用定时限或反时限特性的继电器对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切 断电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应由母线保护或其他保护切除电抗器前的故障。

保护装置仅路的电源侧装设2) 双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护对1〜2km双侧电源的短 线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主 保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护3) 并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护， 作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护4) 环形网络中的线路为简化保护，可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的办法，对不宜解 列的线路，可参照对并列平行线路的办法2. 35〜63kV线路相间短路保护装置配置原则(1) 35〜63kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列要求1） 对单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流闭锁电压速断作主保护并应以带时限过电流 保护作后备保护当线路发生短路，使发电厂厂用母线电压或重要用户母线电压低于额定电压的60%时，应能快速 切除故障2） 双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流保护当采用电流、电压保护不能满足选择性、 灵敏性和速动性时，可采用距离保护装置双侧电源或环形网络中，不超过3〜4km的短线路，当采用 电流电压保护不能满足要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并应以带方向或不带方向的电 流电压保护作保护。

3） 并列运行的平行线路可装设横联差动保护作主保护，并应以接于两回线电流之和的阶段式保护 或距离保护作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护第一节 电流保护概述一、保护装置的起动电流电力系统发生短路时，短路电流将大大超过正常运行时的负荷电流因此，可以利用短路时的短路 电流构成保护这种反应电流的增大而动作的保护叫电流保护图2-1保护程序结构框图继电保护装置往往是由多套反应不同物理量或者不同动 作时限的保护构成的电流保护又可以根据其动作速度和保护 范围的不同分为无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定 时限过电流保护当电力系统发生短路时，保护装置中几种保 护将同时对短路参数进行测量，并根据各自的保护范围，做出 选择性判断，以最快的速度切除故障也就是说在故障过程中， 保护装置中的几种保护都可能起动，而起动的保护中速度最快 的动作于断路器跳闸保护装置在系统发生短路时，首先要起动整套保护，开放保护装置出口回路的正电源，以准备保护动作于出口，同时起动故障计算程序分析故障量来判断故障是 否在保护区内，以何种速度跳闸，这个过程称起动如图2-1所示对于电流保护来说，大部分装置采 用电流突变量元件作为起动元件，即反应两相电流差的突变量，当突变量大于某一定值，保护装置起动。

通常情况下，整套保护装置有一个总起动元件，而装置中反应某一变量的保护又有自己的起动元件只 有在总装置起动后，保护元件动作才可能出口例如当线路发生相间短路，保护装置总起动，电流保护 同时起动，经过必要的延时出口，跳开断路器，切除故障，称电流保护动作并出口由此可见保护装置 的总起动元件须有很高的灵敏度图2-2 继电特性保护装置中的继电器都具有继电特性继电特性就是指当输入量（如通过的电流）变化到某一数值时，其触点的状态发生突变（反应在节点的输出），继电器具有明确而快速的动作特性，即继电特性，如图2-2所示保护装置中使保护动作的最小电流叫保护的动作电流，用/act表示；使保护返回的最大电流叫返回、电力系统的运行方式电流，用Ire表示;Kre表示在电源电势一定的情况下，线路上任一点发生短路时，抗及短路类型有关，三相短路电流大小可按下式计算返回电流与动作电流的比值叫返回系数，用K = —rere Iact短路电流的大小与短路点至电源之间的总电（2-1）式中E———系统等效电源的相电势;Xs——归算至保护安装处电源的等效电抗;X]——线路单位长度的正序电抗;lk ——短路点至保护安装处的距离当系统运行方式一定时，但和Xs为常数，这时三相短路电流取决于短路点的远近。

改变l，计算/"， 即可绘出/" = f（l） 一系列曲线图2-3中的曲线为系统最大运行方式下，三相短路电流随短路点变化 的曲线，曲线2为系统最小运行方式 下，两相短路电流随短路点变化的曲 线图2-3单侧电源线路的无时限电流速断保护工作原理说明图所谓最大运行方式是指：归算到保 护安装处电压的系统等值阻抗最小， 即瓦=也心，使通过保护的短路电流 最大的运行方式；最小运行方式是指: 归算到保护安装处电压的系统等值阻 抗最大，即Xs=Xs°max，使通过保护的 短路电流最小的运行方式最大和最小运行方式的选取，对不同安装地点的保护，应视网络的实际情况而定此外，一般情况，•饵，下，同一点三相短路电流大于两相短路电流，当X]£=X2£时，I" — I（K）故最大运行方式下三相短路时，短路电流最大，最小运行方式下两相短路时，短路电流为最小三、电流保护的二次值在图2-2中使电流保护起动或动作的电流是电流互感器二次侧电流，并非线路中的电流电流互感 器的二次侧电流I2与线路中的电流I1之间有变比关系L =土 （2-2）z nTA式中I1——为线路中的短路电流；nTA为电流互感器的变比当考虑到三相电流互感器的接线，应考虑接线系数Kcom，接线系数Kcom是流经保护中的电流公与电流互感器二次侧电流I2之比。

IK 2com IKA(2-3)于是电流保护中电流I应为I= K -h-com n TA(2-4)在电流保护装置中，动作电流和返回电流数值的大小是根据保护选择性、灵敏度及可靠性等因素来 确定，具体内容在下几节中讲述第二节无时限电流速断保护一、 无时限电流速断保护无时限电流速断保护（又叫瞬时电流速断保护简称为电流速断保护），当电力系统的相间短路故障 发生在靠近电源侧时，非常大的短路电流不仅对系统电力设备构成很大的损坏，还可能危及电力系统的 安全，甚至造成电网的崩溃，这就要求能快速的切除故障来维护电网的安全无时限电流速断保护的是 反应电流的增大而瞬时动作的一种保护它广泛地应用于输电线路及电气设备保护中二、 无时限电流速断保护动作电流的整定根据继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间，必须满足系统稳定性和保证重要用户 供电的可靠性在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上保护动作越快越好为了保护选择性，无时限电流速断保护（电流I段）的动作电流应大于下一线路首端短路时的最大短路电流LrK.B.maxIIset .1> I(3)k.B.max(2-5)图2-4无时限电流速断保护动作特性图2-5系统运行方式变化时对速 断保护的影响'set.1 - Krel '⑶ k・ B.max式中I^ti ——为保护装置1的整定电流，线路中的一次电流达到保护装置整定电流时保护起动;Ki ——为可靠系数，考虑到继电器的误差、短路电流计算 rel误差和非周期量影响等，取1.2〜1.3；I(3) _——为最大运行方式下，被保护线路末端变电所Bk. B.max母线上三相短路时的短路电流，一般，取短路最初瞬间，即t=0时的短路电流周期分量有效值。

无时限电流速断保护是靠动作电流获得选择性即使本线路以外发生短路故障也能保证选择性三、动作特性分析I二］一经整定不再改变，与线路短路点的位置无关，图2-4中I二］可用直线3表示它与曲线1、2分别交a、b两点，在交点a、b之前对应的线路上短路时，由于短路电流大于气］，保护1能动作；当故障点发生到a、b两交点之后对应的线路上时，其短路电流将小于整定电流，保护1不动作所以， 从线路首端至a点之间的范围为最大运行方式下的保护区lmax，也叫最大保护区；从线路首端至b点之 间的范围是最小运行方式下保护区l min，即最小保护区电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用它的缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响当电力系统的运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短 时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用例如：1. 如图2-5所示为系统运行方式变化很大的情况，当保护1电 流速断按最大远行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行 方式下就没有保护范围；2. 如图2-6所示为被保护线路长短不同的情况，当线路较长时， 其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡， 保护范围比较大，如图2-6(a)所示。

而当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值 在考虑了可靠系数以后其保护范围将很小甚至等于零，如图2-6(b)所示图2-6线路长度对速断保护的影响(a)长线路；(b)短线路(2-6)图2-7线路一变压器组的电流速断保护但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长，例如当电网的终端线路上采用线路 一变压器组的接线方式时，如图2-7所示，由于线路和变压器可以看成是一个元件，因此，速断保护就 可以按照躲开变压器低压侧线路出口处虬点的短路来整定，由 于变压器的阻抗一般较大，因此，K1点的短路电流就大为减小， 这样整定之后，电流速断就可以保护线路A-B的全长，并能保 护变压器的一部分需要说明，速断保护的选择性在此处没有 得到满足，即保护失去选择性，为了减少停电范围，应与自动 重合闸进行配合当变压器故障时，线路首端的速断保护动作 跳开断路器，变压器速断保护也动作跳变压器，而线路首端的 自动重合闸将线路断路器重合，恢复线路供电四、灵敏度校验无时限电流速断保护的灵敏度通常是用保护范围的大小来 衡量，保护范围越大，说明保护越灵敏图2-3所示，在不同的 运行方式下，保护范围可能变化很大，所以无时限电流速断保 护的灵敏度用最大保护范围和最小保护范围来衡量。

根据式(2-1)，可求得最大运行方式下的最大保护范围1 EL = 77 D1 set式中：I、——动作电流由于两相短路电流为三相短路电流的、倍，因此可求得最小运行方式下的两相短路的最小保护范围l =— ( — x―s — X ) (2-。