反时限电流速断保护原理及作用

1第三章输电线路保护Š三段式电流保护Š方向性电流保护Š距离保护Š差动保护Š高频保护Š微波保护Š光纤保护一、电流保护输电线路发生短路故障时，电流突然增大，利用电流突然增大来使继电器动作而构成的保护装置，称为电流保护。电流保护在35kv及以下的电网中广泛采用。对于更高电压的网络，在能满足系统对保护装置的基本要求时，也可以考虑电流保护。只有当不满足要求时，才进一步考虑采用其它性能较好的保护。在满足可靠性和保证选择性的前提下，当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流保护，称为电流速断保护，也称为无时限电流速断保护。无时限电流速断保护，为了保证其保护的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分（有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长），具体工作原理如图。对于单侧电源供电线路，在每回线路的电源侧均装有电流速断保护。1、无时限电流速断保护(电流I段)1、无时限电流速断保护(电流I段)1、无时限电流速断保护(电流I段)优点：是简单可靠，动作迅速。缺点：①不能保护线路全长。②运行方式变化较大时，可能无保护范围。如图2-7所示，在昀大运行方式下整定后，在昀小运行方式下无保护范围。③在线路较短时，可能无保护范围。如图2-8所示，线路短则短路电流变化平缓，整定时考虑了可靠系数后，在昀小运行方式下保护范围小其至等于零。1、无时限电流速断保护(电流I段)21、无时限电流速断保护(电流I段)电流速断保护不能保护本线路的全长，因此必须增设一套新的保护，用来切除本线路上电流速断保护范围以外的故障。作为无时限电流速断保护的后备保护，这就是限时电流速断保护。对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下，力求具有昀小的动作时限。正是由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，因此，称之为限时电流速断保护。2、限时电流速断保护〔电流II段〕2、限时电流速断保护〔电流II段〕为了保护本条线路全长，限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线路中去。为了保证选择性，就必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限。为了保证速动性，时限应尽量缩短，动作时限比下一条线路的速断保护时限高出一个时间阶段。即限时电流速断在时间上躲过电流速断的动作。限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长，但不能作为相邻元件(下一条线路)的后备保护(有时只能对相邻元件的一部分起后备保护作用)。因此、必须寻求新的保护形式。限时电流速断保护和下一条线路电流速断保护的动作时限配合关系如图(b)所示。2、限时电流速断保护〔电流II段〕用时间继电器代替了原来的中间继电器。2、限时电流速断保护〔电流II段〕反应电流增大而动作，它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护，如图22所示，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。过电流保护在昀大负荷时，保护不应该动作。在d点发生故障时，lQF、2QF的电流III段保护都应该动作。在满足选择性的前提下，2QF应已较短的时限切除故障。故障切除后，变电站B母线电压恢复，变电站B母线负荷中的电动机自起动，流过1QF的电流为自起动电流，要求1QF的过电流保护能返回。3、定时限过电流保护(电流III段)33、定时限过电流保护(电流III段)由于电流III段保护的范围很大，为保证保护动作的选择性，其保护动作延时应比下一条线路的电流III段的动作时间长一个时限阶段。定时限过电流保护结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路的近后备(有时作为主保护)，而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在35kv及以下网络中作为主保护。定时限过电流保护的主要缺点是越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。3、定时限过电流保护(电流III段)电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。由电流速断保护、限时电流速断保护，及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护，叫做三段式电流保护。4、电流三段保护小结实际上，供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护。比如，处于电网末端附近的保护装置，当定时限过电流保护的时限不大于0.5-0.7s时，而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下，就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护，而将过电流保护作为主保护。在某些情况下．常采用两段组成一套保护，例如，当线路很短时，只装设限时电流速断和定时限过电流保护。又如线路变压器组式接线，电流速断保护可保护全线路，因而不需要装设限时速断保护，只装设电流速断保护和定时限过电流保护。电源端一般装设三段式保护。各段电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的主要区别在于按照不同的原则来选择起动电流和确定动作时限。4、电流三段保护小结三段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于35kV及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。4、电流三段保护小结反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中电流大小有关的一种保护。当电流大时，保护的动作时限短，而电流小时动作时限长，其原理接线及时限特性如图2-17(a)和(b)。5、反时限过电流保护45、反时限过电流保护5、反时限过电流保护在线路靠近电源处短路时，短路电流大，动作时限短且保护接线简单，这是它的优点。缺点是时限的配合较复杂，当短路点存在较大的过渡电阻时，或在昀小运行方式下远处短路时，由于短路电流较小，保护的动作时限可能较长。因此，反时限过电流保护主要用在6-10kv的网络中，作为馈线和电动机的保护。对10kv以上的网络，由于上述缺点，一般不采用。二、方向性电流保护在单侧电源网络中，各个电流保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧，在发生故障时，它们都是在短路功率的方向从母线流向线路的情况下，有选择性的动作，但在双侧电源网络中，如只装过电流保护是不能满足选择性要求的。如图(a)所示，由于两侧都有电源，因此在线路两侧都装设保护装置。当d1点短路时，应由保护2和保护6动作切除故障，但由电源E2供给的短路电流通过保护1。如果保护l采用电流速断，且短路电流大于动作电流时，则保护1的电流速断就要误动；如果保护1采用定时限过电流保护，且当t1t6时，则保护l的过电流保护也将动作。同理可分析保护5的误动情况。某一保护(如保护1)的误动是在所保护的线路(如CD线路)反方向发生故障时，由另一个电源(如电源E2)供给的短路电流所引起的，并且这种引起误动的电流是由线路流向母线的，与内部故障时的短路功率方向相反。方向过电流保护是利用功率方向元件与过电流保护配合使用的一种保护装置，以保证在反方向故障时把保护闭锁起来而不致误动作。具有方向性的过电流保护的单相原理接线如图2-28所示，主要由方向元件、电流元件和时间元件组成，由图可见，方向元件和电流元件必须都动作以后，才能去起动时间元件，再经过预定的延时后动作于跳闸。5在具有两个以上电源的网络接线中，必须采用方向性保护才有可能保证各保护之间动作的选择性，这是方向保护的主要优点。但当继电保护中应用方向元件以后将使接线复杂，投资增加，同时保护安装地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，方向元件将失去判别相位的依据，从而不能动作，其结果是导致整套保护装置拒动，出现方向保护的“死区”。三、距离保护电流保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35千伏及以上电压的复杂网络中，它们都很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置。距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻抗保护。与电流保护一样，距离保护也有一个保护范围，短路发生在这一范围内，保护动作，否则不动作。这个保护范围通常只用给定阻抗的大小来实现的。正常运行时保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗。在短路以后，母线电压下降，而流经保护安装地点的电流增大，这样短路阻抗比正常时测到的负载阻抗大大降低，所以距离保护反应的信息量在故障前后变化比电流变化量大，因而比反应单一物理量的电流保护灵敏度高。距离保护的实质是用整定阻抗与被保护线路的测量阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即测量阻抗＞整定阻抗时继电器不动。当短路点在保护范围内，即测量阻抗＜整定阻抗时继电器才动作，因此，距离保护又称为低阻抗保护。距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图所示。™起动元件：在发生故障的瞬间起动整套保护。™方向元件：保证保护动作的方向性，防止反方向故障时引起误动作。™距离元件：测量短路点到保护安装处的距离。™时间元件：根据预定的时限特性确定动作的时限。正常运行时，起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。当正方向发生故障时，起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。如果故障点位于第1段保护范围内，则Z’动作直接起动出口元件8，瞬时动作于跳闸。如果故障点位于距离I段之外的距离II段保护范围内，则Z’不动作，而Z”动作，起动距离II段时间继电器5，经t’’时限，出口元件8动作，使断路器跳阐，切除故障。如果故障点位于距离II段之外的距离III段保护范围内、则Z’、Z”不动作．而Z’”动作，起动距离III段时间继电器7，经t’’’时限，出口元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。6四、差动保护1、纵联差动保护由于电流、电压和距离保护属于单端保护，在动作值的整定上必须与下一元件的保护相配合，才能满足动作选择性的要求。因此，它就不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。距离保护的第I段，昀多也只能瞬时切除被保护线路全长的80％-85％的故障．线路其余部分发生的短路、则要靠带时限的保护来切除。这对高压输电线路就不能满足系统稳定所提出的要求。在这种情况下，只能采用所谓的纵联保护原理保护输电线路，以实现线路全长范围内故障的无时限切除。所谓输电线路的纵联保护，就是利用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。线路纵联差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。纵联差动保护原理接线如图4-1所示，被保护线路两侧的电流互感器变比相等。对被保护线路来说，将两侧电流互感器二次的内侧及外侧分别用二次线连接，组成一个循环臂。在内外侧连线的两点a、b处接入差动继电器KD，设两侧电流互感器外侧输出电流为正方向电流，按减极性标注电流互感器。在正常运行时，两侧电流互感器的原边流过的电流为I1和I1’。互感器副边输出的电流为I2和I2’，I2和I2’由b经差动继电器到a。所以流入继电器的电流为I2-I2’，即为电流互感器二次电流的差。一般把继电器回路叫差回路。纵联差动保护的优点是全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高，但用于保护输电线路，还存在下列问题。¾需敷设与被保护线路等长的辅助导线，且要求电流互感器的二次负载阻抗满足电流互感器10％的误差。这在经济上、技术上都难以实现。¾需装设辅助导线断线与短路的监视装置，辅助导线断线应将纵联差动保护闭锁。否则，辅助导线断线后、在区外发生故障时会造成无选择性动作；辅