單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的三段式電流保護研究

引言

電流保護一般分為三段:第一段保護為電流速斷保護;第二段為限時電流速斷保護;第三段為定時限過電流保護,也稱為過電流保護。這三段電流保護可以確保電力系統(tǒng)的安全運行。

1電流速斷保護

電流速斷保護是當(dāng)線路發(fā)生故障時短路電流就會迅速增大,能夠無時限進(jìn)行動作的電流保護。如圖1所示,舉例說明電流速斷保護是如何進(jìn)行整定的。

假設(shè)A一B段發(fā)生故障,希望保護1可以迅速動作,并且不會使得B一C段在k2點發(fā)生故障時保護1發(fā)生動作,而由B一C段的保護2發(fā)生動作,那就要求保護1的整定值大于k2短路時的最大短路電流值,即大于在最大運行方式下變電所B母線上三相短路時的電流Ik.B.max。因此,電流速斷保護的整定原則是按躲過某段線路末端出口處最大短路電流值進(jìn)行整定,即:

式中,Eφ為系統(tǒng)等效電源的相電動勢;Zs.min為保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的最小阻抗;ZA一B為短路點到保護安裝處之間的阻抗;IEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(et.1為整定值。

動作電流為:

這里KEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(l是一個可靠系數(shù),其值大約在1.2~1.3,引入這個可靠系數(shù)的原因是考慮非周期分量的影響,實際的短路電流可能大于計算值以及留有一定的裕度。因此,在設(shè)定整定值時無法做到保護線路的全長,在實際的生產(chǎn)中要求該保護的最小保護范圍必須是大于線路全長的15%~20%。最小保護范圍是對于系統(tǒng)處于最小運行方式下,線路的末端發(fā)生的短路類型是兩相短路而言的,即保護的最小范圍計算式為:

式中,Lmin為電流速斷保護的最小保護范圍長度;:1為線路單位長度的正序阻抗。

電流速斷保護的優(yōu)缺點:電流速斷保護只需要設(shè)定一個整定值大于該線路末端最大的短路電流值即可,因此它的結(jié)構(gòu)是比較簡單的。除此以外,由于發(fā)生故障的時候該裝置幾乎沒有任何時限,所以能夠快速切除故障。但同時該保護最大的缺點就是不能夠保護線路的全長,需要犧牲保護范圍,所以如果一個線路過于短,那就不能夠采用這種保護裝置。

2限時電流速斷保護

由于第I段保護,即電流速斷保護無法保護本線路的全長,因此對于剩余沒有被保護的線路,需要另外加裝一套保護裝置,這套裝置可以保護線路的全長。但由上面電流速斷保護可知,想要保護線路全長,又同時在下一級線路短路時該線路保護裝置不動作,這兩個是矛盾的。因此通過加一段帶時限的保護裝置就可以解決這個問題,從而產(chǎn)生了限時電流速斷保護。

仍然以圖1為例進(jìn)行說明,當(dāng)A一B段發(fā)生故障時,首先保護1的電流速斷保護動作滿足快速性要求,而對于A一B段剩下沒有被保護到的區(qū)域,就選用限時電流速斷保護這套裝置。想要保護到A一B線路的全長,那使得保護范圍要延伸到B一C線路當(dāng)中。如果B一C段的k2發(fā)生了故障,應(yīng)該由B一C段的電流速斷保護動作,不能讓A一B的限時電流速斷保護動作,這就要求A一B段限時電流保護的范圍不能超過B一C段的速斷保護范圍,并且A一B段的動作時間要比B一C段的高一個時間段即A1,這樣就不會使得兩個保護發(fā)生碰撞了。因此,限時電流速斷保護的整定原則是與下一級線路配合段相配合的進(jìn)行整定,即:

電流的整定:IEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(.1=KEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(lIsEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(t.2

動作時限的選擇:1EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(I=1EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(+A1

式中,I為A一B段上保護1的II段保護,即限時電流速斷保護整定值;IEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(t.2為B一C段上保護2的I段保護,即電流速斷保護整定值;KEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(1為可靠性配合系數(shù),一般取值為1.1~1.2;1EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(I為A一B段上限時速斷的時限;1EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為B一C段上電流速斷的動作時限;A1為時間階梯數(shù)值,一般在0.3~0.5,工程上一般取0.5s。

靈敏度校驗:由于該保護是要能夠保護本線路的全長,所以在進(jìn)行校驗時,是以系統(tǒng)的機組只打開能夠剛好達(dá)到用電需求的數(shù)量,也就是系統(tǒng)在最小方式下運行。此外本線路的末端發(fā)生的短路類型是通過兩相短路來進(jìn)行校驗的,采用靈敏度系數(shù)Ksen來進(jìn)行衡量,即:

一般要求Ksen≥1.3~1.5。

限時電流速斷保護的優(yōu)缺點:其優(yōu)點是可以保護本線路的全長,并且有著較高的靈敏度;其缺點是帶有0.5s左右的延時,速動性比較差。

3定時限過電流保護

一個電路發(fā)生故障時的保護裝置,除了在發(fā)生故障的線路上有主保護外,還需要有后備保護,前面兩種保護裝置就是故障線路的主保護,而線路的后備保護就由定時限過電流保護來承擔(dān),即作為發(fā)生故障的線路的近后備保護,又作為故障線路相鄰的下級線路的遠(yuǎn)后備保護,并且保護動作的時間是恒定的,不會隨著短路電流的大小而變化。因此,定時限過電流保護實際的作用是一種后備保護,只有在各個線路上的主保護都發(fā)生故障時候才會動作,否則不會動作,這就要求啟動電流必須大于線路的最大負(fù)荷電流IL.max。另外當(dāng)外面線路上所發(fā)生的故障被解決時,要重新恢復(fù)電壓,這就要求在自啟動電流條件下,保護裝置還可以重新返回工作,其返回電流應(yīng)大于負(fù)荷自啟動電流,即:

式中,Ie為保護裝置的返回電流:KEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為可靠系數(shù),一般為1.15~1.25:Kss為自啟動系數(shù),數(shù)值大于1。

保護裝置的工作與切除故障后的重新返回工作是通過電流繼電器來實現(xiàn)的,所以從繼電器啟動與返回之間的關(guān)系就可以得到保護裝置的關(guān)系,從而得到電流的整定值,即:

式中,Kre為電流繼電器的返回系數(shù),一般采用0.85~0.95。

定時限過電流保護的整定原則為躲過本線路中最大負(fù)荷電流。

動作時限的整定是按照一級比一級高一個時間差的原則來整定的,就像階梯一樣,離電源近的保護動作時間應(yīng)比相鄰的離電源較遠(yuǎn)的動作保護時間長一個時間差A(yù)t,即

其靈敏度校驗:

定時限過電流保護雖然主要是作為后備保護來使用的,不過有時候也可以作為線路的主保護來使用,這個時候就要采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流校驗,一般要求Ksen≥1.3~1.5:當(dāng)作為相鄰線路的后備保護時,采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來進(jìn)行校驗,此時要求Ksen≥1.2。另外,在實際中要求保護之間的靈敏度是相互配合的,簡單來說就是離故障點越近,要求保護的靈敏度越高,這也是出于快速切除故障來考慮的。

定時限過電流保護優(yōu)缺點:其優(yōu)點是動作電流小,靈敏度更高,保護范圍可以達(dá)到本線路和相鄰線路的全長:其缺點就是動作時限太長。因此又引出了一種反時限過電流保護,這里就不介紹了。

4結(jié)語

本文主要介紹了三段式電流保護各自的工作原理、整定原則、靈敏度校驗的方法以及各自的優(yōu)缺點。簡單來講,電流速斷保護動作快,但保護范圍不能達(dá)到全長:限時電流保護可以保護本線路的全長,但由于其只與下一級線路的速斷保護范圍進(jìn)行配合,所以無法作為下一段線路的后備保護:定時限過電流保護可保護本線路以及相鄰線路的全長,但動作時限過長,且通常只作為后備保護來使用。