三段式电流保护整定校验方案设计三段式电流保护图.docx

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三段式电流保护整定校验方案设计三段式电流保护图

三段式电流保护整定校验方案设计|三段式电流保护图

城市架空线路入地改造预算方案设计

前言当保护线路上发生短路故障时，其主要特征为电流增加和电压降低。

电流保护主要包括：

无限时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。

电流速断、限时电流速断、过电流保护都是反映电流升高而动作的保护装置。

它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。

速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时电流速断是按照躲开下一级相邻元电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲开最大负荷电流来整定。

但由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元的后备保护，因此，为保证迅速而有选择地切除故障，常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护。

具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时电流速断加过电流保护，也可以三者同时采用。

但是在三段式电流保护电路在实施的过程中会存在着一定的问题，所以需要对于三段式电路进行整定和校验，这样才能够使的线路能够正常的进行传输电量。

摘要三段式电流保护通常用于3-66kV电力线路的相间短路保护。

在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。

在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。

短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。

所以对于三段式电流保护电路进行整定以及校验是至关重要的。

这样有助于对于线路正常进行运输。

减少安全事故发生的概率。

关键词：

整定；校验；三段式电流目录前言

1摘要

2第1章绪言5第2章城市架空线路入地改造预算方案设计6

2.1任务描述6

2.2任务要求6第3章信息咨询73.1三段式电流保护73.2三段式电流保护的优缺点

123.3三段式电流保护动作时限的整定

123.4三段式电流保护装置灵敏性的校验

13第4章制定三段式电流保护整定校验方案工作计划

154.1设计进度计划

154.2设计任务划分

154.3设计必备工具

154.4所需设备

154.5三段式电流保护整定校验工作原理

16第5章实施三段式电流保护整定校验方案工作计划

205.1前期准备

205.2三段式电流保护整定计算

205.3三段式电流保护电路

25第6章过程检查与控制

27第7章技术总结317.1三段式电流保护整定原则317.2.三段式电流保护整定方法327.3设计总结33致谢34参考文献35

第1章绪言随着社会的不断发展，环境污染与能源枯竭已经成为急需解决的问题，能源的需求已经成为全世界关注的焦点，对新能源的开发利用已迫在眉睫。

太阳作为太阳系中的恒星，不失为人类最大的能源库，由此看来，太阳能作为一种较为清洁且适用范围较广的能源而显得越来越重要，采用光伏发电便成为了电力系统发展过程中的必然。

但是，在光伏接入配电网后，原有的单电源辐射式网络变为了多电源分散式网络，这使得配电系统故障后的电气量特征发生巨大变化，从而使得传统配电网的继电保护模式难以满足电力系统安全稳定的运行要求。

其中，三段式电流保护作为电力系统中最重要的同时也是最主要的保护方式，在光伏接入后容易出现保护范围、灵敏度的改变以及误动拒动等问题，所以对三段式电流保护整定值进行重新计算就显得尤为重要。

本文在对三段式电流保护的特点及其整定原则进行了详细研究的基础上，分析了光伏电源的接入对三段式电流保护的影响，同时还对光伏接入后的三段式电流保护整定值进行了重新计算。

由于光伏电源的接入，原先的单电源辐射状网络变为了多电源分散式网络，改变了原有配电网故障后的短路电流方向和大小，这势必会导致原有的三段式电流保护出现灵敏度、保护范围大小的改变，甚至出现拒动或误动，而这些问题也会由于其短路故障点的不同而各异，致使传统三段式电流保护无法满足运行要求。

下面我们将针对分布式电源接入配电网馈线中部，短路故障点的发生位置不同，而对光伏接入造成的配网电流保护的影响进行定性分析。

所以三段式电流保护整定校验是至关重要的。

第2章城市架空线路入地改造预算方案设计

2.1任务描述三段式电流保护通常用于3-66kV电力线路的相间短路保护。

在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。

在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。

短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。

所以对于三段式电流保护电路进行整定以及校验是至关重要的。

这样有助于对于线路正常进行运输。

2.2任务要求本次主要完成的任务为：

（1）掌握无时限电流速断保护、限时电流速断保护及过电流保护的电路原理，工作特性及整定原则；

（2）理解输电线路阶段式电流保护的原理图及保护装置中各继电器的功用；

（3）掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。

（4）复习无时限电流速断保护、限时电流速断保护及过电流保护相关知识。

（5）根据给定技术参数，对三段式电流保护参数进行计算与整定。

第3章信息咨询3.1三段式电流保护三段式电流保护分为第I段、第II段、第III段

3.1.1电流速断保护（第I段）

图3-1简单网络接线示意图对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

为优先保证继电保护动作的选择性，就要在保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动，这在继电保护技术中，又称为按躲过下一条线路出口处短路的条整定。

以上图3-1所示的网络接线为例，假定每条线路上均装有电流速断保护，对于安装在A母线处的保护1来讲，其起动电流必须整定得大于d2点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下B母线上三相短路时的电流，即：

（1-1）

引入可靠系数，则上式即可写为：

（1-2）

当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在A母线处的保护1就能起动，最后动作于跳断路器1对保护2来讲，按照同样的原则，其起动电流必须整定得大于d4点处短路时，可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下C母线上三相短路时的电流，即：

（1-3）

当被保护线路的一次侧电流达到起动电流这个数值时，安装在B母线处的保护2就能起动，最后动作于跳断路器2。

后面几段线路的电流速断保护整定原则同上。

电流速断保护的主要优点是：

简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。

但由于引入的可靠系数，所以不难看出，电流速断保护的缺点是：

不能保护本线路的全长，且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。

运行实践证明，电流速断保护的保护范围大概是本线路的85%~90%。

3.1.2三段式电流保护（第II段）

（1）工作原理及整定计算的基本原则由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此我们考虑增加一段新的保护，用来切除速断范围以外的故障，保护本线路的全长，同时也能作为电流速断保护的后备保护。

由于要求它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（如图1中，对于保护1来说，d2点处）发生短路时，它就要起动，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时限，但又为了使这一时限尽量缩短，我们就考虑使它的保护范围不超过下一条线路速断保护（如图3-1中的保护2）的保护范围，而动作时限则比下一条线路速断保护高出一个时间阶段，即如图3-2（a）所示，由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以我们称它为限时电流速断保护。

现以图3-2中的保护1为例，来说明限时电流速断保护的整定方法。

设保护2装有电流速断保护，其起动电流按照（1-3）式计算后为，假设其保护范围为B母线到d3之间的部分，则在d3点发生短路时，短路电流即为，保护2的速断保护刚好能动作。

根据以上分析，保护1的限时电流速断保护不应超出保护2的电流速断保护的保护范围，因为在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为：

在上式中能否取两个电流相等？

如果选取相等，就意味着保护1的限时电流速断保护的范围正好和保护2的电流速断保护的范围相重合，这在理想的情况下虽是可以的，但在实践中是不行的。

因为保护1和保护2安装在不同的地点，它们所使用的电流互感器和继电器的特性很难完全一样，如果正好遇到保护2的电流速断保护出现负误差，其保护范围比计算值缩小，而保护1的限时电流速断保护出现正误差，其保护范围比计算值增大，那么在实际上，当计算的保护范围末端（比如图3-1中的d3点，甚至其后面至C母线之前的某点）短路时，就会出现保护2的电流速断保护不能动作，而保护1的限时电流速断保护却会起动的情况，由于故障位于线路B-C之间，即便是保护2的电流速断保护不能起动，也应该由它的限时电流速断保护动作切除故障，，而如果保护1的限时电流速断保护也起动了，其结果就是两个保护的限时速断同时作用于跳闸，因此保护1就失去了选择性。

为了避免这种情况发生，就不能采用两个电流相等的整定方法，而必须采用，引入可靠系数，即为：

对于可靠系数，考虑到短路电流中的非周期分量已经衰减，故可选取得比电流速断保护的小一些，一般取。

由此可见，在线路上装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后，如果在保护1的电流速断保护范围内故障，两者都能起动，但限时电流速断保护比电流速断保护高一个时限，在时间上保证了选择性，因此由电流速断保护瞬时切除故障；而如果在保护1的电流速断保护范围以外而同时又在线路A-B范围内故障时，则由保护1的限时电流速断保护动作以较短的时限（在0.35~0.6s之间，通常最多取0.5s）切除故障。

所以，线路装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线路范围以内的故障能够在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。

因此具有这种性能的保护可以作为线路的“主保护”。

图3-2限时电流速断保护动作时限配合关系3.1.3三段式电流保护（第III段）

过电流保护通常是指其起动电流按躲过最大负荷电流来整定的一种保护。

它在正常运行时不起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流增大而动作，它不仅能保护线路的全长，也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。

为保证在正常运行时过电流保护绝不动作，保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流，并且在实际中确定起动电流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护是否能够返回的问题。

如图3所示，当d1点短路时，短路电流将流过保护5、4、3，这些保护都要起动，但是按照选择性的要求，应由保护3动作切除故障，然后保护4和5由于电流已经减小而应立即返回。

图3-3选择过电流保护起动电流和动作时间的网络图而实际上当外部故障切除后，流经保护4和5的电流是仍然在继续运行中的负荷电流，由于短路时电压降低，变电所B母线上所接负荷的电动机被制动，因此，在故障切除后电压恢复时，电动机要有一个自起动过程，电动机的自起动电流要大于它正常工作的电流，一般为正常工作时电流的6倍左右。

因此，我们引入一个自起动系数来表示自起动时的最大电流与正常运行时最大负荷电流之比，即：

保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回，为此应使保护装置的返回电流大于，引入可靠系数，则由于保护装置的起动和返回是通过电流继电器来实现的，因此，继电器返回电流与起动电流的关系也就代表着保护装置返回电流与起动电流的关系，为此引入继电器的返回系数，则保护装置的起动电流即为式中为可靠系数，一般取1.15~1.25；

为电动机自起动系数，数值大于1，一般为6左右，具体的数值应由网络具体接线和负荷性质来确定。

为电流继电器的返回系数，一般采用0.85。

由这一关系可见，当越小时，则保护装置的起动电流越大，因而其灵敏性就越差，这是不利的，所以，我们要求过电流继电器应有较高的返回系数。

3.2三段式电流保护的优缺点输电线路通常采用三段式电流保护，即由无时限电流速段保护作为第一段保护，带时限电流速断保护作为第二段保护，定时限过电流保护作为第三段保护，无时限电流速断保护作为本线路首段的主保护，它动作迅速，但不能保护线路的全长；带时限电流速断保护作为本线路首段的近后备，本线路末端的主保护，相邻下一线路首段的远后备，它能保护线路的全长，但不能作为相邻下一线路完全远后备，定时限过电流保护作为本线路的近后备，相邻下一线路的远后备，它保护范围大，动作灵敏，但切除故障时间长。

3.3三段式电流保护动作时限的整定过电流保护的动作时限要按照选择性的要求来整定，如图4所示，假定在每个电气元图3-4单侧电源网络中过电流保护动作时限的选择上均装有过电流保护，各保护装置的起动电流均按照躲开被保护元上各自的最大负荷电流来整定。

这样当d1点短路时，保护2、3、4、5在短路电流的作用下都可能起动，但要满足选择性的要求，应该只有保护1动作切出故障，其他保护在故障切除之后应立即返回。

这个要求只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足。

保护1位于电网的最末端，只要电动机内部故障，就可以瞬时动作给予切除，t1就是保护装置本身的固有动作时间，对于保护2来讲，为了保证d1点短路时动作的选择性，则应整定其动作时限t2>t1，引入时间阶段，则保护2的动作时限为

保护2的时限确定以后，当d2点短路时，它将以t2的时限切除故障，此时为了保证保护3动作的选择性，又必须整定t3>t2，引入时间阶段，则保护3动作时限为同理，依次类推，保护4、5的动作时限为……而对于像图2中的保护4而言，它的动作时限则应同时满足下列要求：

式中，t1为1号（电动机）保护的动作时间；t2为2号（变压器）保护的动作时间；t3为3号（线路B-C）保护的动作时间。

故t4在实际上应取其中最大的一个。

这种保护的动作时限，经整定计算确定后，即由专门的时间继电器予以保证，起动作时限与短路电流的大小无关，因此称之为定时限过流保护。

此保护的缺点：

当故障越靠近电源端时，短路电流越大，但保护动作切除故障的时限反而越长。

因此，在电网中，广泛采用电流速断保护和限时电流速断保护来作为本线路的主保护，以快速切除故障，利用定时限过电流保护来作为本线路和相邻线路的后备保护，此时对本线路来说称之为近后备保护，对相邻线路来说，称之为远后备保护。

从图3-4中也可以看到，处于电网最终端附近的保护装置（如保护1和2），其过流保护的动作时限并不长，因此在这种情况下，它就可以作为主保护兼后备保护，而无需再装设电流速断保护或限时电流速断保护。

3.4三段式电流保护装置灵敏性的校验为了能够保护本线路的全长，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时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数来衡量。

对反应于数值上升而动作的过量保护装置，灵敏系数的含义是式中故障参数（如电流、电压等）的计算值，应根据实际情况合理地采用最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来选定。

对于图1中保护1的限时电流速断保护而言，即采用系统最小运行方式下线路A-B末端发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值。

代入上式则灵敏系数为

对于限时电流速断保护应要求。

如果灵敏系数因为各种原因不能满足要求时，通常可以考虑进一步延伸限时电流速断保护的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断保护相配合，如图2（b）所示，这样其动作时限就应该选择得比下一条线路的限时电流速断保护的时限再高一个，一般取为1~1.2s，此时因此，随着保护范围的伸长，必然导致动作时限的升高。

第4章制定三段式电流保护整定校验方案工作计划4.1设计进度计划第一步：

对三段式电流保护电路进行了解以及分析第二步：

了解三段式电流保护电路整定校验的原理第三步：

制定三段式电流保护电路整定校验方案。

第四步：

实施三段式电流保护电路整定校验方案。

第五步：

对于三段式电流保护电路整定校验结果进行分析。

4.2设计任务划分

（1）对于三段式电流保护电路进行了解以及了解三段式电流保护电路整定校验的原理。

（2）制定三段式电流保护电路整定校验方案。

（3）实施三段式电流保护电路整定校验方案并对整定校验结果进行分析。

4.3设计必备工具计算机笔记本一台、施工图纸一张

4.4所需设备本次对于三段式电流保护整定校验所需要的设备如表4-1所示：

表4-1三段式电流保护整定校验所需要的设备序号设备名称使用仪器名称数量

1控制屏

1

2EPL-01输电线路

13EPL-03AAB站故障点设置

14EPL-03BBC站故障点设置

15EPL-04继电器

（一）—DL-21C电流继电器

16EPL-05继电器

（二）—DS-21时间继电器

17EPL-06继电器（四）—DZ-31B中间继电器

18EPL-17三相交流电源

19EPL-11直流电源及母线

1

10EPL-32继电器（三）—DL-21C电流继电器—DS-21时间继电器

14.5三段式电流保护整定校验工作原理

1．无时限电流速断保护

三段式电流保护通常用于3-66kV电力线路的相间短路保护。

在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。

在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。

短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。

图4-1曲线1表示在最大运行方式下发生三相短路时，线路各点短路电流变化的曲线；曲线2则为最小运行方式下两相短路时，短路电流变化的曲线。

图4-1瞬时电流速断保护的整定及动作范围由于本线路末端f1点短路和下一线路始端的f2点短路时，其短路电流几乎是相等的（因f1离f2很近，两点间的阻抗约为零）。

如果要求在被保护线路的末端短路时，保护装置能够动作，那么，在下一线路始端短路时，保护装置不可避免地也将动作。

这样，就不能保证应有的选择性。

为了保证保护动作的选择性，将保护范围严格地限制在本线路以内，就应使保护的动作电流Iop1.1（为保护1的动作电流折算到一次电路的值）大于最大运行方式下线路末端发生三相短路时的短路电流If.B.max，即Iop1.1>If.b.max，Iop1.1=KrelIf.b.max式中，Krel—可靠系数，当采用电磁型电流继电器时，取Krel=1.2~1.3。

显然，保护的动作电流是按躲过线路末端最大短路电流来整定，可保证在其他各种运行方式和短路类型下，其保护范围均不至于超出本线路范围。

但是，按照以上公式整定的结果（如图3-1中的直线3）。

保护范围就必然不能包括被保护线路的全长。

因为只有当短路电流大于保护的动作电流时，保护才能动作。

从图4-1中能够得出保护装置的保护范围。

还可以看出，这种保护的缺点是不能保护线路的全长，而且随着运行方式及故障类型的不同，其保护范围也要发生的相应变化。

图4-1中在最大运行方式下三相短路时，其保护范围为lmax；而在最小运行方式下两相短路时，其保护范围则缩小至lmin。

无时限电流速断保护的优点是：

因为不反应下一线路的故障，所以动作时限将不受下一线路保护时限的牵制，可以瞬时动作。

无时限电流速断保护的灵敏度可用其保护范围占线路全长的百分数来表示。

通常，在最大运行方式下保护区达到线路全长的50%、在最小运行方式下发生两相短路时能保护线路全长的15%—20%时，即可装设瞬时电流速断。

所以在线路始端一定范围内短路时，无时限电流速断保护可以做到快速地切除附近故障。

2．带时限电流速断保护

无时限电流速断保护（也称第I段保护）虽然能实现快速动作，但却不能保护线路的全长。

因此，必须装设第II段保护，即带时限电流速断保护，用以反应无时限电流速断保护区外的故障。

对第II段保护的要求是能保护线路的全长，还要有尽可能短的动作时限。

（1）带时限电流速断保护的保护范围分析带时限电流速断保护要求保护线路的全长，那么保护区必然会延伸至下一线路，因为本线路末端短路时流过保护装置的短路电流与下一线路始端短路时的短路电流相等，再加上还有运行方式对短路电流的影响，如若较小运行方式下保护范围达到线路末端，则较大运行方式下保护范围必然延伸到下一线路。

为尽量缩短保护的动作时限，通常要求带时限电流速断延伸至下一线路的保护范围不能超出下一线路无时限电流速断的保护范围，因此线路L1带时限电流速断保护的动作电流应大于下一线路无时限电流速断保护的动作电流，即

式中，Krel—可靠系数，考虑到非周期分量的衰减一般取Krel=1.1~1.2。

图4-2限时电流速断保护的保护范围分析该保护的保护范围分析见图4-2。

由图可知，为保证保护动作的选择性，带时限电流速断保护的动作时限需要与下一线路的无时限电流速断保护相配合，即应比后者的时限大一个时限级差Δt。

时限级差，从快速性的角度要求，应愈短愈好，但太短了保证不了选择性。

其时限配合如图4-3所示。

当在下一线路首端f点发生短路故障时，本线路L1的带时限电流速断保护和下一线路L2的无时限电流速断保护同时启动，但本线路L1的带时限电流速断保护需经过延时后才能跳闸，而下一线路L2的无时限电流速断保护瞬时跳闸将故障切除，这就保证了选择性。

要做到这一点Δt应在0.3-0.6s间，一般取0.5s。

图4-3限时电流速断保护和瞬时电流速断的时限配合

（2）灵敏度校验为了使带时限电流速断能够保护线路的全长，应以本线路的末端作为灵敏度的校验点，以最小运行方式下的两相短路作为计算条，来校验保护的灵敏度。

其灵敏度为式中：

If.B.min—在线路L1末端短路时流过保护装置的最小短路电流；

—线路L1带时限电流速断保护的动作电流值折算到一次电路的值。

根据规程要求，灵敏度系数应不小于1.3。

如果保护的灵敏度不能满足要求，有时还采用降低动作电流的方法来提高其灵敏度。

为此，应使线路L1上的带时限电流速断保护范围与线路L2上的带时限电流速断保护相配合，即式中：

——L2上的带时限电流速断保护的一次动作电流值。

——L2上的带时限电流速断保护的动作时间。

显然，动作时限增大了，但灵敏度却提高了，而且仍保证了动作的选择性。

第5章实施三段式电流保护整定校验方案工作计划5.1前期准备

（1）

了解三段式电流保护整定校验原理。

（2）

准备好三段式电流保护整定校验设备。

（3）

根据三段式电流保护整定校验原理进行连接线，进行三段式电流保护整定校验实验。

5.2三段式电流保护整定计算5.2.1线路相同短路的三段式电流保护装置由无时限电流速断保护、带时限电流速断保护、定时限过电流保护相配合而构成三段式电流保护装置。

这三部分保护分别叫作I、II、III段，其中I段无时限电流速断保护、II段带时限电流速断保护是主保护，III段定时限过电流保护是后备保护。

（1）三段式电流保护的保护范围及时限配合如图5-1所示，当在L1线路首端f1点短路时，保护1的I、II、III段均启动，由I段将故障瞬时切除，II段和III段返回；在线路末端f2点短路时，保护II段和III段启动，II段以0.5s时限切除故障，III段返回。

若I、II段拒动，则过电流保护以较长时限将QF1跳开，此为过电流保护的近后备作用。

当在线路L2上f3点发生故障时，应由保护2动作跳开QF2，但若QF2拒动，则由保护1的过电流保护动作将QF1跳开，这是过电流保护的远后备作用。

图5-1三段式电流保护各段保护范围及时限配合

（2）三段式电流保护的原理图三段式电流保护的原理图如图5-2所示，图中各元均以完整的图形符号表示，有交流回路和直流回路，图