实验二 输电线路电流微机保护实验报告.docx

实验二 输电线路电流微机保护实验一、实验目的1．学习电力系统中微机型电流、电压保护时间、电流、电压整定值的调整方 法2．了解电磁式保护与微机型保护的区别二、基本原理1．试验台一次系统原理图试验台一次系统原理图如图 3-1 所示2．电流电压保护基本原理1）三段式电流保护 当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大根据这个特点可以构 成电流保护电流保护分无时限电流速断保护（简称I段）、带时限速断保护（简 称 II 段）和过电流保护（简称 III 段）下面分别讨论它们的作用原理和整定计 算方法1）无时限电流速断保护（I段） 单侧电源线路上无时限电流速断保护的作用原理可用图 3-2来说明短路电 流的大小Ik和短路点至电源间的总电阻R》及短路类型有关三相短路和两相短 路时，短路电流Ik与R』勺关系可分别表示如下：E _ EI （3） = s = s ——k R R + R l工 s 0I (2)E s—R + R l s0 式中，Es――电源的等值计算相电势；Rs――归算到保护安装处网络电压的系 统等值电阻； R0—— 线路单位长度的正序电阻； l —— 短路点至保护安装处的 距离由上两式可以看到，短路点距电源愈远（愈长）短路电流厶丘愈小；系统运行 方式小（Rs愈大的运行方式）Ik亦小。

Ik与l的关系曲线如图3-2曲线1和2所示 曲线1为最大运行方式Rs最小的运行方式!下的IK=f（l）曲线，曲线2为最小运行方 式（Rs最大的运行方式）下的IK=f（l）曲线线路AB和BC上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当 线路AB上发生故障时，希望保护KA2能瞬时动作，而当线路BC上故障时，希 望保护KA］能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的100%但是 这种愿望是否能实现，需要作具体分析以保护KA2为例，当本线路末端k1点短路时，希望速断保护KA2能够瞬时 动作切除故障，而当相邻线路BC的始端（习惯上又称为出口处）k2点短路时， 按照选择性的要求，速断保护 KA2 就不应该动作，因为该处的故障应由速断保 护KA1动作切除但是实际上，k1和k2点短点时，从保护KA2安装处所流过短 路电流的数值几乎是一样的，因此，希望k1点短路时速断保护KA2能动作，而 k2点短点时又不动作的要求就不可能同时得到满足图 3-2 单侧电源线路上无时限电流速断保护的计算图为了获得选择性，保护装置KA2的动作电流Iop2必须大于被保护线路AB外 部（k2点）短路时的最大短路电流Ikmax。

实际上k2点与母线B之间的阻抗非常 小，因此，可以认为母线B上短路时的最大短路电流Ik B max=Ik max根据这个条 k B max k max件得到： I K1 Iop2 rel kBmax式中，K1 ――可靠系数，考虑到整定误差、短路电流计算误差和非周期分 rel量的影响等，可取为1.2〜1.3由于无时限电流速断保护不反应外部短路，因此，可以构成无时限的速动保护（没有时间元件，保护仅以本身固有动作时间动作）它完全依靠提高整定值 来获得选择性由于动作电流整定后是不变的，在图 3-2上可用直线 3来表示 直线3 与曲线1 和 2 分别有一个交点在曲线交点至保护装置安装处的一段线路 上短路时，Ik>I°p2保护动作在交点以后的线路上短路时，IkVl°p2保护不会动作 因此，无时限电流速断保护不能保护线路全长的范围如图3-2 所示，它的最大 保护范围是lmax，最小保护范围是lmin保护范围也可以用解析法求得max min无时限电流速断保护的灵敏度用保护范围来表示，规程规定，其最小保护范 围一般不应小于被保护线路全长的15%〜20%实验时可调节滑线电阻，找寻保 护范围电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛应用。

它 的缺点是不可能保护线路AB的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化影 响很大，当被保护线路的长度较短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能由于无时限电流速断不能保护全长线路，即有相当长的非保护区，在非保护 区短路时，如不采取措施，故障便不能切除，这是不允许的为此必须加装带时 限电流速断保护，以便在这种情况下用它切除故障2) 带时限电流速断保护(II段)对这个新设保护的要求，首先应在任何故障情况下都能保护本线路的全长范 围，并具有足够的灵敏性其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动 作时限正是由于它能以较小的时限切除全线路范围以内的故障，因此，称之为 带时限速断保护带时限电流速断保护的原理可用图 3-3来说明由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，因此，它的保护 范围必须伸到下一线路中去例如，为了使线路AB上的带时限电流速断保护A 获得选择性，它必须和下一线路BC上的无时限电流速断保护B配合为此，带 时限电流速断保护A的动作电流必须大于无时限电流速断保护B的动作电流若带时限电流速断保护A的动作电流用Iii表示，无时限电流速断保护B的动opA作电流用Ii表示，则opBIii = Kii 11 （3-1）opA rel opB式中，Kii ――可靠系数，因不需考虑非周期分量的影响，可取为1.1〜1.2。

rel保护的动作时限应比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段 以At表示即保护的动作时间tii =At （At 一般取为0.5s）A带时限电流速断保护A的保护范围为lii （见图3-3）它的灵敏度按最不利A情况（即最小短路电流情况）进行检验即Kii 二 I /1ii （3-2）sen k min op A式中，Ikmin――在最小运行方式下，在被保护线路末端两相金属短路的最小 短路电流规程规定Kii应不小于1.3〜1.5Kii必须大于1.3的原因是考虑到sen sen短路电流的计算值可能小于实际值、电流互感器的误差等由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联系 工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在 0.5s 的时间内予以切除，在一般 情况下都能够满足速动性的要求具有这种性能的保护称为该线路的“主保护”带时限电流速断保护能作为无时限电流速断保护的后备保护（简称近后备）， 即故障时，若无时限电流速断保护拒动，它可动作切除故障但当下一段线路故 障而该段线路保护或断路器拒动时，带时限电流速断保护不一定会动作，故障不 一定能消除所以，它不起远后备保护的作用。

为解决远后备的问题，还必须加 装过电流保护3）定时限过电流保护（III段）过电保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装 置它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时，则能反应电流的增大而 动作在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长范围，而且也能保护相邻线 路的全长范围，以起到远后备保护的作用为保证在正常运行情况下过电流保护不动作，它的动作电流应躲过线路上可 能出现的最大负荷电流ILmax，因而确定动作电流时，必须考虑两种情况：L max其一，必须考虑在外部故障切除后，保护装置能够返回例如在图3-4所示 的接线网络中，当k1点短路时，短路电流将通过保护装置5、4、3,这些保护装 置都要启动，但是按照选择性的要求，保护装置3动作切除故障后，保护装置4 和5由于电流已经减小应立即返回原位其二，必须考虑当外部故障切除后，电动机自启动电流大于它的正常工作电 流时，保护装置不应动作例如在图3-4中，k1点短路时，变电所B母线电压降 低，其所接负荷的电动机被制动，在故障由 3QF 保护切除后， B 母线电压迅速 恢复，电动机自启动，这时电动机自启动电流大于它的正常工作电流，在这种情 况下，也不应使保护装置动作。

图 3-4 选择过电流保护启动值及动作时间的说明考虑第二种情况时，定时限过电流保护的整定值应满足：I iii > K Iop ss L max式中，Ks——电动机的自启动系数，它表示自启动时的最大负荷电流与正常 运行的最大负荷电流之比当无电动机时Kss=l,有电动机时Kss^l考虑第一种情况，保护装置在最大负荷时能返回，则定时限过电流保护的返回值应满足I > K I re ss L max( 3-3)考虑到I v IIII，将式( 3-3)它改写为re opI = KiiiK Ire rel ss L max( 3-4)式中， K III ——可靠系数，考虑继电器整定误差和负荷电流计算不准确等 rel因素，取为 1.1〜1.2考虑到K =I /I，所以re re op1Iiii = (KiiiK I ) (3-5)op K rel ss L maxre为了保证选择性，过电流保护的动作时间必须按阶梯原则选择(如图 3-5)两个相邻保护装置的动作时间应相差一个时限阶段At过电流保护灵敏系数仍采用式（3-2 ）进行检验，但应采用I iii代入，当过电 op流保护作为本线路的后备保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时 的电流进行校验，要求Ksen>1.3〜1.5 ；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用 最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求Ksen>1.2。

定时限过电流保护的原理图与带时限过电流保护的原理图相同，只是整定的时间 不同而已图 3-5 过电流保护动作时间选择的示意图3．保护的整定值计算图3-1中若取电源线电压为100V （实际为变压器副方输出线电压为00V）, 系统阻抗分别为Xsmax=2Q、Xsn=4Q、Xsmin=5Q，线路段的阻抗为10Q线路 s.max S.N smin中串有一个2Q的限流电阻，设线路段最大负荷电流为1.2A无时限电流速断保 护可靠系数Ki=1.25,带时限电流速断保护可靠系数为Kii=1.1,过电流保护可靠 系数Kiii=1.15,继电器返回系数Kre=0.85，自启动系数Kzq=1.0根据上述给定条件：（1）理论计算线路段电流保护各段的整定值计算：1.25 x1001II= K I x I (3) =xpu末-max<32 + 2 +10I II1-x I(3)11001=——xxfpuK末- min1.2v'32 + 5 +10I III pu=(KKIII x —*)KxImax=(1.15'x 1"°0.85)=5.16 (A)2.78 (A)rex 1.2 = 1.62 (A)tII = 0.5'' put III =1''pu4.微机保护的原理（一）微机保护的硬件 微型机保护系统的硬件一般包括以下三大部分。

1）模拟量输入系统（或称数据采集系统）包括电压的形成，模拟滤波， 多路转换（MPX）以及模数转换（A/D）等功能块,完成将模拟输入量准确的转 换为所需要的数字量的任务2） CPU主系统包括微处理器（80C196KC）,只读存储器（EPROM）， 随机存取存储器（RAM）以及定时器等CPU执行存放在EPROM中的程序， 对由数据采集系统输入至RAM的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护 的功能3） 开关量（或数字量）输入/输出系统由若干并行接口适配器（PIO）, 光电隔离器件及有触点的中间继电器组成，以完成各种保护的出口跳闸，信号报 警，外部。