35kV线路保护过电流保护实验指导书

35KV 线路保护过电流保护实验指导书
一、实验目的
1) 掌握三段式电流保护、电流电压联锁速断保护、低电压起动过电流保护和反时限电流保护的基本原理。

2) 熟悉保护的接线方式。

3) 掌握保护的整定方法。

二、保护基本原理
三、三段式电流保护基本原理
电流速断（简称Ⅰ段），限时电流速断（简称Ⅱ段）和定时限过电流保护（简称Ⅲ段）组合在一起，构成阶段式电流保护。

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

(1) 电流速断保护
对于仅反映于电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护，作用原理如图3-1所示：当AB 段末端1d 发生短路时，希望保护1能够瞬时动作切除故障，当相邻线路BC 末端2d 发生故障时，希望保护2瞬时动作切除故障，但是实际上，1d 和2d 点短路时流经保护1的短路电流之几乎一样，则可知希望1d 点短路时速断保护1能动作，而保护2不动作，这就是动作的选择性问题，为保证选择性，则保护装置的起动参数的整定上保证下一出口处短路时不起动。

则可知保护装置1的动作电流必须大于2d 短路时的最大短路电流。

对于保护1来说，应有
'
max ..'1.B d dz I I >。

可选取： '
max ..''1.B d k dz I K I =
(3-1)
其中可靠系数'k K 取1.2～1.3。

如图3-1所示，当系统最大方式下运行时（图示线I ），电流速断的保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时（图示线II ），电流速断的保护范围为最小，但总的来说，电流速断保护不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式的影响。

动作时间：电流保护I 段无时限动作，动作时间为断路器固有的动作时间。

灵敏度校验方法：求出I 段的最小保护范围，即在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围，用MIN L 表示。

)*23(1max .'1
.'1s dz MIN
X I E X L -= (3-2)
要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长。

式中：1X —线路的单位阻抗，一般0.4Ω/km ；max s ⋅X —系统最大短路阻抗。

d
I
图3-1 电流速断保护动作特性分析
(2) 限时电流速断保护
能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障称为带时限电流速断，对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路全长，并且具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小动作时限。

如图3-2，由
于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB 的全长，因此，它的保护范围延伸到下一线路中去，为了使AB 上的带时限电流速断保护1获得选择性，它必须和下一线路BC 的保护2 的电流速断保护配合，且保护1的限时电流速断动作电流必须大于保护2的电流速断动作电流，如图3-2所示，引入可靠系数''k K ，''k K 取1.1～1.2。

'
2.''''1.dz k dz I K I =
(3-3)
动作时限整定方法： 保护1的限时速断的动作时限''1t 应该比下一线路的速
断保护动作时限'2t 高出一个时间阶段，此时间阶段用t ∆表示''1t ='
2t +t ∆，如图3-2所示，在保护2电流速断范围以内的故障，将以'2t 的时间被切除，此时保护1的
限时速断虽然可能起动，但是由于''1t 较'2t 大一个t ∆，因而时间上保证了选择性。

灵敏度校验方法：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lm K 来衡量，对保护1的限时电流速断而言，即应采用系统最小运行方式下线路AB 发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值来校验：
lm K ＝
'
'1
.min
..dz B d I I ，且要求lm K ≥1.3~1.5。

图3-2 限时电流速断动作特性及时间配合
(3) 定时限过电流保护
过电流保护是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能保护本线路的全长，而且能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。

当1d 点短路时，短路电流将通过保护5，4，3，这些保护都要起动，但是按照选择性要求由保护3动作切除故障，然后保护4和5由于电流减小而返回。

保护3的动作电流为：
max .f h
zq k d I K K K I =
(3-4)
其中，k K 为可靠系数，一般取1.15~1.25；zq K 为自启动系数，如果有电动机负荷，大于1，如果无电动机负荷，可取1，应由网络具体接线和负荷性质确定；
h K 为电流继电器的返回系数，如果采用微机保护装置，可取
0.95~1，如果采用
常规电流继电器，可取0.85。

动作时限的整定方法：为了保证选择性则可知过电流保护的动作时间必须按阶梯原则。

相邻保护装置之间相差一个t ∆。

如图3-3所示。

灵敏度的校验方法：当过电流保护作为本段线路的主保护时，即采用在最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验lm K =
'
''1
.min
..dz B d I I ，且要求lm K ≥
1.3~1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式相邻线路末端两相短路时的电流进行校验lm K =
'
''1
.min
..dz C d I I ，且要求lm K ≥1.2。

图3-3 定时限过电流保护时间配合
四、电流电压联锁速断保护基本原理
当系统运行方式变化很大时，电流速断保护的保护区可能很小，不能满足灵敏度要求，为了提高灵敏度可以采用电流电压联锁速断保护。

电流电压联锁速断保护是由过电流元件和低电压元件共同组成的保护，只有当电流、电压元件同时动作时保护才能动作跳闸。

由于电流电压联锁速断保护采用了电流和电压的测量元件，因此，在外部短路时，只要一个测量元件不动作，保护就能保证选择性。

保护整定主要考虑保证在正常运行方式下有较大的保护范围。

为保证选择性，在正常运行方式时的保护区为：L K L
L rel
75.01≈=
其中，rel K 为可靠系数，一般取1.3~1.4。

则电流继电器的动作电流为：
1
0'L X X E I S pu +=
φ
式中：'φE 为系统的等效相电势；S X 为正常运行方式下，系统的等值电抗；
0X 为线路单位长度电抗；1L =0.75L 。

pu I 就是在正常运行情况下，保护范围末端发生三相短路时的短路电流。

由
于在该点发生短路时，低电压继电器也应该动作，因此电压继电器的动作电压应设置为：
103L X I U pu pu =
由于电流电压联锁速断保护的电流继电器整定值小于电流速断保护的电流整定值，因而具有更高的灵敏度。

五、低电压起动过电流保护基本原理
只有当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经预定的延时后，动作于跳闸。

低电压元件的作用是保证电动机自起动时不动作，因而电流元件的整定值不必考虑可能出现的最大负荷电流，而是大于额定电流整定，即：
N re
rel
op I K K I =
低电压元件的动作值小于在正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压，同时，外部故障切除后，电动机起动的过程中，它必须返回。

根据运行经验，通常取：
N
pu U U 7.0=
六、反时限电流保护基本原理
反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中的电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护的动作时限短，当电流小时，保护的动作时限长。

反时限过电流继电器的时限特性如图3-4所示：若电流III 段采用反时限过电流保护，对于保护1来说，其起动电流按照定时限过电流保护的整定方法进行计算，即按照躲开最大负荷电流来整定。

IEC 255-4标准中常用的反时限特性曲线包括：标准反时限特性、非常反时限特性和极端反时限特性。

标准反时限特性方程为：
1
)/(14.002.0-=
p p I I T t
非常反时限特性方程为：
1
/5.13-=
p p I I T t
极端反时限特性方程为：
1
)/(802-=
p p I I T t
各式中：t 为继电器的动作时间，p T
为继电器延时整定时间，I 为加入继电器的实际电流值，
p
I 为继电器的整定电流值。

J
dz .J
t
图3-4 反时限过电流继电器时限特性
七、实验说明
首先进入NR-630多功能微机保护实验装置的主菜单。

图3-5 实验一次模型示意图
本实验中，将10kV线路保护安装于10kV母线连接的出线L上，保护线路L，从3#输出端的U相取电流信号，从3#输出端获取电压信号，控制QF004动作。

八、实验内容及步骤
九、实验接线
如图3-6完成电流、电压信号的接线。

如图3-7完成断路器信号控制部分的接线。

十、过电流保护实验
1) 将实验屏上的空开合闸后，按下电源启动按钮，给实训屏上电后。

让3#电源有电压输出，调节T1,，使其3#输出端的线电压在交流100V。

按下图接好线，并设置一些参数，比如过电流保护，过电压保护等。

图3-6 电流、电压信号接线示意图
2) 仅投入过电流保护的电流1段和电流3段。

根据线路模型及参数，对10kV 线路保护进行整定计算。

注意应将电流定值换算为TA二次侧数值。

3) 按下故障设置区的故障按钮，在线路L的不同位置设置各种短路故障，将保护动作情况记入表3-1。

表中的动作电流值从保护动作报告中读取。

4)在微机综合保护仪上设置系统参数设置如下：
2：一次电压比例系数：100
2：一次电流比例系数：1
5)保护动作电流在定值清单里设置。

设置后填入动作电流。

表3-1 各种故障情况下电流保护动作记录表
十一、电流电压联锁速断保护实验
1) 仅投入电流电压联锁速断保护，并对电流电压联锁速断保护进行整定计算。

2) 按下故障设置区的故障按钮，在线路L的不同位置设置各种短路故障，将保护动作情况记入表3-2。

表中的动作电流和动作电压值从保护动作报告中读取。

表3-2 各种故障情况下电流电压联锁速断保护动作记录表
十二、低电压起动的过电流保护实验
1) 仅投入低电压起动的过电流保护，并对保护进行整定计算。

2) 按下故障设置区的故障按钮，在线路L的不同位置设置各种短路故障，将保护动作情况记入表3-3。

表中的动作电流和动作电压值从保护动作报告中读取。

表3-3 各种故障情况下低压起动的过电流保护动作记录表
十三、反时限过电流保护实验
仅投入反时限电流保护，并对保护进行整定计算。

分别选择1、2、3种反时限曲线，按照前面所述的方法在不同短路点设置故障进行实验，将测试结果填于表3-4，比较同一地点发生故障时不同的反时限曲线动作时间的不同。

表中的动作值和动作时间从保护动作报告中读取。

表3-4 反时限电流保护动作记录表。