線路保護1-瞬時電流速斷保護

1. 瞬時電流速斷保護的工作原理

從故障切除時間考慮,原則上繼電保護的動作時間越短越好,即在被保護元件或設備商裝設快速保護,瞬時電流速斷保護就是這樣的快速保護。下面用如圖3-1所示單電源線路,說明瞬時電流速斷保護的工作原理。

線路保護1-瞬時電流速斷保護

對於圖3-1所示單側有電源的輻射形電網,電流保護裝設在線路的始端,當線路上發生三相短路時,短路電流計算如下:

線路保護1-瞬時電流速斷保護

式中

E-系統等效電源的相電動勢

Xs-系統電源到保護安裝點的電抗

Xk-短路電抗(保護安裝點到短路點的電抗)

則Xs+Xk為系統電源到短路點之間的總電抗。顯然,當短路點距離保護安裝點越遠時,Xk越大,短路電流越小;當系統電抗越大時,短路電流越小;而且短路電流與短路類型有關,同一點Ik3>Ik2。短路電流與短路點的關係如圖3-1的Ik=f(L)曲線,曲線1為最大運行方式(系統電抗為Xs.min,短路時出現最大短路電流)下三相短路故障時的Ik=f(L),曲線2為最小運行方式(系統電抗為Xs.max,短路時出現最小短路電流)下兩相短路故障時的Ik=f(L)。

瞬時電流速斷保護反應線路故障時電流增大動作,並且沒有動作延時,所以必須保證只有在被保護線路上發生短路時才動作,例如圖3-1的保護1必須只反應線路L1上的短路,而對L1以外的短路故障均不動作。這就是保護的選擇性要求,瞬時電流速斷保護是通過對動作電流的合理整定來保證選擇性的。

2. 整定計算

一般把對繼電保護裝置動作值、動作時間的計算和靈敏度的校驗稱為繼電保護整定計算,將計算條件稱為整定原則。

按照選擇性要求,圖3-1保護1的動作電流,應大於線路L2始端短路時的最大短路電流。實際上,線路L2始端短路與L1末端短路時反應到保護1的短路電流幾乎沒有區別,因此,線路L1的瞬時電流速斷保護動作電流的整定原則為:躲過本線路末端短路的可能出現的最大短路電流,計算如下:

線路保護1-瞬時電流速斷保護

式中Iact.1-線路L1的瞬時電流速斷保護一次動作電流

Krel-瞬時電流速斷保護的可靠係數,考慮短路電流的計算誤差、測量誤差、短路電流非週期分量等因素對保護的影響,一般取Krel=1.2~1.3

Ik.Bmax-系統最大運行方式下,在線路L1末端(母線)發生三相短路時流過保護1(即線路L1)的短路電流

按照(3-4)計算出保護1的動作電流與短路電流的關係如圖3-1所示,動作電流與短路電流曲線的交點確定了保護能夠反應故障的範圍,即保護範圍。可見,由於短路電流與系統的運行方式和短路類型有關,在系統運行方式變化或短路類型不同時,保護範圍隨之變化,因此有最小保護範圍Lmin和最大保護範圍Lmax。

瞬時電流速斷保護的靈敏度用最小保護範圍衡量。規程規定:瞬時電流速斷保護的最小保護範圍不小於本線路全長的15%~20%。

線路保護1-瞬時電流速斷保護

在某些特殊情況下,瞬時電流速斷保護可以保護線路全長,即保護範圍可以延伸到本線路以外。例如圖3-2所示,通過線路-變壓器組接線直接向負荷供電,不論故障發生在線路還是變壓器,都應使斷路器QF跳閘,將線路和變壓器同時切除因此,保護1瞬時電流速斷保護動作電流的整定原則,可以按照躲過變壓器低壓側母線短路時,流過保護的最大短路電流整定,結果其保護範圍必然延伸到變壓器內部,即可以保護線路L的全長。

3.原理接線圖

電磁繼電器構成的瞬時電流速斷保護的原理接線圖如圖3-3所示。圖中電流繼電器KA1和KA2是保護的測量元件,保護範圍內相間短路故障時動作,動合觸點閉合,起動中間繼電器KM,中間繼電器是保護的執行元件(也稱為保護的出口繼電器),動作後動合觸點閉合,經信號繼電器KS線圈和斷路器QF的輔助觸點,使斷路器的跳閘線圈YR得電,斷路器QF跳閘切除故障,同時信號繼電器發出保護動作信號。圖中XB是保護出口連接片,用於投入或退出保護時,接通或斷開保護的出口迴路。

線路保護1-瞬時電流速斷保護

圖中中間繼電器的作用有二,其一,增加觸點容量,接通斷路器的跳閘迴路;其二,增大保護的固有動作時間,避免避雷器放電造成保護誤動。

圖中斷路器QF的輔助觸點的狀態與斷路器QF主觸頭狀態相同。在保護動作斷路器QF跳閘後,輔助觸點打開,斷開跳閘迴路,避免跳閘線圈YR長十幾件通電而燒壞;同時避免用中間繼電器KM觸點斷開跳閘迴路,起到保護中間繼電器KM觸點的作用。

瞬時電流速斷保護的主要優點是動作迅速、簡單可靠,缺點是不能保護線路的全長,並且保護範圍受系統運行方式影響。在最小運行方式下,其保護範圍可能很小,嚴重時可能沒有保護區。


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