单侧电源辐射形电网三段式过电流保护

单 侧 电 流 辐 射 形 电 网 三 段 式 流 保 护

电电控学院

一、实验名称：

单侧电流辐射形电网三段式过电流保护

一、实验目的：

本次实验针对自动化专业和电气工程及其自动化专业。通过综合实验，使学生对所学过的供电课程，如短路电流的计算、灵敏度校验，以及继电保护等章节有一次系统的复习，并运用自己学过的知识，自己设计三段保护实验系统。要求自己设备选型，自己设计，自己安装，最后自行调试，自行实现自己的设计。在整个实验过程中，摆脱以往有教师设计、检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动能力。学生实验应做到以下几点：

1.通过模拟线路三段式过电流保护实验，进一步了解继电保护的基本原理； 2.通过三段式过电流保护的动作电流和动作时间整定掌握三段保护之间的配 合关系，加深对继电保护思想基本要求，及可靠性、选择性、快速性、灵 敏性的理解；

3.通过实验线路的设计，计算及实际操作，使理论与实际相结合，增加感性 认识，使书本知识更加巩固；

4.培养动手能力，了解布线的基本工艺要求； 5.培养分析，查找故障及错误接线的能力。

三、实验原理：

电流增大和电压降低时电力系统中发生短路故障的基本特征。利用此特征实现的保护是基本的，也是最早得到应用的继电保护原理。

在单侧有电源的电网中发生短路时，通过保护装置的短路电流只能是指向被保护的方向，因而不需要考虑保护装置反方向，即背后短路的问题，不需要配置方向元件，其结构最为简单。电流保护属于阶段式或具有阶梯型动作特征的多段式保护，其选择性依靠上、下级保护的整定值和动作时间的配合来保证。靠近电源的保护为上级保护，离电源较远的保护为下级保护。电流保护的段数根据整定配合的需要而定，但一般至少有三段。没有人为延时的、动作最快的一段称为电流瞬时速断，最后一段按照正常运行时或不正常运行而无短路时不能误动的原则整定，称为过电流保护。

本次实验要实现A处（电源出口处）的三段式电流保护，故将其保护分为三段：瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。

图1：实验线路

1.瞬时电流速断保护

根据对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

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稳定性和保护重要用户供电的可靠性。对于特高压输电线路，还需满足限制过电压的要求。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此，在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护装置。对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为瞬时电流速断保护，亦即电流保护的Ⅰ段。

整定原则及方法：

为了解决瞬时电流速断保护的速动性和选择性，本设计优先保证动作的选择性，即从保护装置起动参数上保证下一条线路出口处短路时不起动，在继电保护技术中，这又称按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。

整定计算：

动作电流为：I'act1?KI'(3)kk.B.max?Kk'E?xAB

?3???E?1?2?min%??xS.max??100%?15%2?xAB?Iact.A灵敏性校验： ????上式中：Kk'为可靠系数（本次实验取1.2)；E?为等效电源相电动势。 引入可靠系数的原因：?实际的短路电流可能大于计算值；?对瞬时动作的

保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响；?保护装置中电流继电器的实际动作电流可能小于整定值；④考虑必要的裕度。从最不利的情况出发，及时同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的范围以外故障时保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。

2.限时电流速断保护

由于有选择性的瞬时电流速断保护不能保护本线路的全长，不能作为主保护，因此应增加一段新的保护，用来切除本线路瞬时电流速断保护范围以外的故障，同时也能作为瞬时电流速断保护的后备，这就是限时电流速断保护，亦即电流保护的Ⅱ段。

整定原则及方法：

动作电流的选择：由于要求限时速断保护必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路时，他就要启动，在这种情况下，为了保证动作的选择性就必须使保护的动作带有一定的延时，此时延时的大小与其延伸的范围有关。

本级限时电流速断保护的保护范围不应超过下级保护瞬时电流速断保护的保护范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的动作电流应该整定为

'''Iact.A?Iact.B

如果正好遇到保护2的瞬时电流速断的动作电流出现正误差，其保护范围比

计算值缩小，而保护A的限时速断的动作电流出现负误差，其保护范围比计算值增大，出现当计算的保护范围末端短路时，保护B的电流速断不能动作，而保护A的限时速断仍然起动的情况，造成A、B两段的限时速断同时动作。为了防止

'''上述情况，必须使Iact.A，引入可靠系数Kk''，则得 ?Iact.B - 3 -

'''''Iact.A?KkIact.B

对于Kk''，考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，同时由于通过保护A、B的电流相同，短路电流计算的误差对两者的影响相同，故可取得比瞬时速断保护的Kk'小一些，一般取为1.1~1.2,本实验中取为1.1,。

''动作时限的选择：限时速断的动作时限tA应选择得比下一条线路瞬时速断保'护的动作时限tB高出一个?t，即

'''tA?tB??t

确定?t的原则如下：

⑴?t应包括故障线路断路器QF的跳闸时间tQF.B;

⑵?t应包括故障线路保护B中时间继电器的实际动作时间比整定值延迟tt.B才能动作的可能性；

⑶?t应包括保护A中时间继电器可能比整定的时间提早tt.A动作的可能性； ⑷如果保护A中的测量元件（电流继电器）在外部故障切除后，由于惯性的影响而不能立即返回时，则?t中还应包括测量元件延迟返回的惯性时间tin.A；

⑸考虑一定的裕度，再增加一个裕度时间tr，可得

'''tA?tB?tQF.B?tt.B?tt.A?tin.A?tr

或

?t?tQF.B?tt.B?tt.A?tin.A?tr

机电式时间继电器误差较大，?t应选0.5~0.6s;数字电路构成的静态型时间

继电器精度极高，可以将?t压缩到0.2~0.35s左右；本实验?t取0.5s。 保护装置灵敏性的校验：为了能够可靠保护线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路是具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数Ksen来衡量。对反应于电气量数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数的含义是：

Ksen?保护范围内发生金属性短路时保护所反应的故障量的计算值

保护装置的动作整定值在本次校验中： Ksen?Ik.B.min ''Iac.At - 4 -