單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的三段式電流保護(hù)研究

引言

電流保護(hù)一般分為三段:第一段保護(hù)為電流速斷保護(hù);第二段為限時(shí)電流速斷保護(hù);第三段為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù),也稱為過(guò)電流保護(hù)。這三段電流保護(hù)可以確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)是當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)短路電流就會(huì)迅速增大,能夠無(wú)時(shí)限進(jìn)行動(dòng)作的電流保護(hù)。如圖1所示,舉例說(shuō)明電流速斷保護(hù)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(hù)1可以迅速動(dòng)作,并且不會(huì)使得B一C段在k2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)1發(fā)生動(dòng)作,而由B一C段的保護(hù)2發(fā)生動(dòng)作,那就要求保護(hù)1的整定值大于k2短路時(shí)的最大短路電流值,即大于在最大運(yùn)行方式下變電所B母線上三相短路時(shí)的電流Ik.B.max。因此,電流速斷保護(hù)的整定原則是按躲過(guò)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(dòng)勢(shì);Zs.min為保護(hù)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(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗;IEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(et.1為整定值。

動(dòng)作電流為:

這里KEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(l是一個(gè)可靠系數(shù),其值大約在1.2~1.3,引入這個(gè)可靠系數(shù)的原因是考慮非周期分量的影響,實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值以及留有一定的裕度。因此,在設(shè)定整定值時(shí)無(wú)法做到保護(hù)線路的全長(zhǎng),在實(shí)際的生產(chǎn)中要求該保護(hù)的最小保護(hù)范圍必須是大于線路全長(zhǎng)的15%~20%。最小保護(hù)范圍是對(duì)于系統(tǒng)處于最小運(yùn)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(hù)的最小范圍計(jì)算式為:

式中,Lmin為電流速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍長(zhǎng)度;:1為線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗。

電流速斷保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn):電流速斷保護(hù)只需要設(shè)定一個(gè)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(jiǎn)單的。除此以外,由于發(fā)生故障的時(shí)候該裝置幾乎沒(méi)有任何時(shí)限,所以能夠快速切除故障。但同時(shí)該保護(hù)最大的缺點(diǎn)就是不能夠保護(hù)線路的全長(zhǎng),需要犧牲保護(hù)范圍,所以如果一個(gè)線路過(guò)于短,那就不能夠采用這種保護(hù)裝置。

2限時(shí)電流速斷保護(hù)

由于第I段保護(hù),即電流速斷保護(hù)無(wú)法保護(hù)本線路的全長(zhǎng),因此對(duì)于剩余沒(méi)有被保護(hù)的線路,需要另外加裝一套保護(hù)裝置,這套裝置可以保護(hù)線路的全長(zhǎng)。但由上面電流速斷保護(hù)可知,想要保護(hù)線路全長(zhǎng),又同時(shí)在下一級(jí)線路短路時(shí)該線路保護(hù)裝置不動(dòng)作,這兩個(gè)是矛盾的。因此通過(guò)加一段帶時(shí)限的保護(hù)裝置就可以解決這個(gè)問(wèn)題,從而產(chǎn)生了限時(shí)電流速斷保護(hù)。

仍然以圖1為例進(jìn)行說(shuō)明,當(dāng)A一B段發(fā)生故障時(shí),首先保護(hù)1的電流速斷保護(hù)動(dòng)作滿足快速性要求,而對(duì)于A一B段剩下沒(méi)有被保護(hù)到的區(qū)域,就選用限時(shí)電流速斷保護(hù)這套裝置。想要保護(hù)到A一B線路的全長(zhǎng),那使得保護(hù)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(hù)動(dòng)作,不能讓A一B的限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作,這就要求A一B段限時(shí)電流保護(hù)的范圍不能超過(guò)B一C段的速斷保護(hù)范圍,并且A一B段的動(dòng)作時(shí)間要比B一C段的高一個(gè)時(shí)間段即A1,這樣就不會(huì)使得兩個(gè)保護(hù)發(fā)生碰撞了。因此,限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定原則是與下一級(jí)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(dòng)作時(shí)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(hù)1的II段保護(hù),即限時(shí)電流速斷保護(hù)整定值;IEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(t.2為B一C段上保護(hù)2的I段保護(hù),即電流速斷保護(hù)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(shí)速斷的時(shí)限;1EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為B一C段上電流速斷的動(dòng)作時(shí)限;A1為時(shí)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(yàn):由于該保護(hù)是要能夠保護(hù)本線路的全長(zhǎng),所以在進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),是以系統(tǒng)的機(jī)組只打開(kāi)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(yùn)行。此外本線路的末端發(fā)生的短路類型是通過(guò)兩相短路來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)的,采用靈敏度系數(shù)Ksen來(lái)進(jìn)行衡量,即:

一般要求Ksen≥1.3~1.5。

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

3定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

一個(gè)電路發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)裝置,除了在發(fā)生故障的線路上有主保護(hù)外,還需要有后備保護(hù),前面兩種保護(hù)裝置就是故障線路的主保護(hù),而線路的后備保護(hù)就由定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)來(lái)承擔(dān),即作為發(fā)生故障的線路的近后備保護(hù),又作為故障線路相鄰的下級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù),并且保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間是恒定的,不會(huì)隨著短路電流的大小而變化。因此,定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)實(shí)際的作用是一種后備保護(hù),只有在各個(gè)線路上的主保護(hù)都發(fā)生故障時(shí)候才會(huì)動(dòng)作,否則不會(huì)動(dòng)作,這就要求啟動(dòng)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(shí),要重新恢復(fù)電壓,這就要求在自啟動(dòng)電流條件下,保護(hù)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(dòng)電流,即:

式中,Ie為保護(hù)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(dòng)系數(shù),數(shù)值大于1。

保護(hù)裝置的工作與切除故障后的重新返回工作是通過(guò)電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以從繼電器啟動(dòng)與返回之間的關(guān)系就可以得到保護(hù)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)的整定原則為躲過(guò)本線路中最大負(fù)荷電流。

動(dòng)作時(shí)限的整定是按照一級(jí)比一級(jí)高一個(gè)時(shí)間差的原則來(lái)整定的,就像階梯一樣,離電源近的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比相鄰的離電源較遠(yuǎn)的動(dòng)作保護(hù)時(shí)間長(zhǎng)一個(gè)時(shí)間差A(yù)t,即

其靈敏度校驗(yàn):

定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)雖然主要是作為后備保護(hù)來(lái)使用的,不過(guò)有時(shí)候也可以作為線路的主保護(hù)來(lái)使用,這個(gè)時(shí)候就要采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流校驗(yàn),一般要求Ksen≥1.3~1.5:當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí),采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流來(lái)進(jìn)行校驗(yàn),此時(shí)要求Ksen≥1.2。另外,在實(shí)際中要求保護(hù)之間的靈敏度是相互配合的,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是離故障點(diǎn)越近,要求保護(hù)的靈敏度越高,這也是出于快速切除故障來(lái)考慮的。

定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)優(yōu)缺點(diǎn):其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作電流小,靈敏度更高,保護(hù)范圍可以達(dá)到本線路和相鄰線路的全長(zhǎng):其缺點(diǎn)就是動(dòng)作時(shí)限太長(zhǎng)。因此又引出了一種反時(shí)限過(guò)電流保護(hù),這里就不介紹了。

4結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了三段式電流保護(hù)各自的工作原理、整定原則、靈敏度校驗(yàn)的方法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)單來(lái)講,電流速斷保護(hù)動(dòng)作快,但保護(hù)范圍不能達(dá)到全長(zhǎng):限時(shí)電流保護(hù)可以保護(hù)本線路的全長(zhǎng),但由于其只與下一級(jí)線路的速斷保護(hù)范圍進(jìn)行配合,所以無(wú)法作為下一段線路的后備保護(hù):定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)可保護(hù)本線路以及相鄰線路的全長(zhǎng),但動(dòng)作時(shí)限過(guò)長(zhǎng),且通常只作為后備保護(hù)來(lái)使用。