三段式电流保护的整定及计算

第1章输电线路保护配置与整定计算

重点：掌握110KV及以下电压等级输电线路保护配置方法与整定计算原则。

难点：保护的整定计算

能力培养要求：基本能对110KV及以下电压等级线路的保护进行整定计算。

学时：4学时

主保护：反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护。

后备保护：主保护拒动时，用来切除故障的保护，称为后备保护。

辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护。

一、线路上的故障类型及特征：

相间短路（三相相间短路、二相相间短路）

接地短路（单相接地短路、二相接地短路、三相接地短路）

其中，三相相间短路故障产生的危害最严重；单相接地短路最常见。相间短路的最基本特征是：故障相流动短路电流，故障相之间的电压为零，保护安装处母线电压降低；接地短路的特征：

1、中性点不直接接地系统

特点是：

①全系统都出现零序电压，且零序电压全系统均相等。

②非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成，零序电流超前零序电压90°。

③故障线路的零序电流由全系统非故障元件、线路对地电容形成，零序电流滞

后零序电压90°。显然，当母线上出线愈多时，故障线路流过的零序电流愈大。

④故障相电压（金属性故障）为零，非故障相电压升高为正常运行时的相间电压。

⑤故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同。

因此中性点不直接接地系统中，线路单相故障可以反应零序电压的出现构成零序电压保护；可以反应零序电流的大小构成零序电流保护；可以反应零序功率的方向构成零序功率方向保护。

2、中性点直接接地系统

接地时零序分量的特点：

①故障点的零序电压最高，离故障点越远处的零序电压越低，中性点接地变压器处零序电压为零。

②零序电流的分布，主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零

序阻抗，而与电源的数目和位置无关。

③在电力系统运行方式变化时，如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化，将间接影响零序分量的大小。

④对于发生故障的线路，两端零序功率方向与正序功率方向相反，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。

二、保护的配置

小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障；由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视为异常运行状态，一般利用母线上的绝缘监察装置发信号，由运行人员“分区”停电寻找接地设备。对于变电站来讲，母线上出线回路数较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流或零序方向保护反应接地故障。

对于短线路、运行方式变化较大时，可不考虑Ⅰ段保护，仅用Ⅱ段+Ⅲ段保护分别作为主保护和后备保护使用。

110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为相间短路故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式。对极个别非常短的线路，如有必要也可以考虑采用纵差保护作为主保护。

注意：

1、在双侧电源的输电线路上，当反方向短路时，如果保护可能失去选择性的话，就应该增设方向元件，构成方向电流保护。

2、变压器——线路组接线时，将线路视为变压器绕组的引出线，不再单独设置保护。

3、保护的配置没有定则，只要能反应对象上可能出现的所有故障且满足保护的四个基本要求的方案都可以，最经济的方案就是最好的。无论那种保护，其灵敏

度都应满足规程要求，否则应改换其它保护方式。

三、三段式电流保护的整定计算

1、瞬时电流速断保护

整定计算原则：躲开本条线路末端最大短路电流整定计算公式：

式中：

Iact——继电器动作电流

Kc——保护的接线系数

IkBmax——最大运行方式下，保护区末端B母线处三相相间短路时，流经保护的短路电流。

K1rel——可靠系数，一般取1.2～1.3。

I1op1——保护动作电流的一次侧数值。

nTA——保护安装处电流互感器的变比。

灵敏系数校验：

式

中：

X

1——

线路

的单

位阻

抗，一

般

0.4Ω

/KM；

Xsmax——系统最大短路阻抗。

要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长，才允许使用。

2、限时电流速断保护

整定计算原则：

不超出相邻下一元件的瞬时速断保护范围。所以保护1的限时电流速断保护的

动作电流大于保护2的瞬时速断保护动作电流，且为保证在下一元件首端短路时保护动作的选择性，保护1的动作时限应该比保护2大。故：

式中：

KⅡrel——限时速断保护可靠系数，一般取1.1～1.2；

△t——时限级差，一般取0.5S；

灵敏度校验：

规程要求：

3、定时限过电流保护

定时限过电流保护一般是作为后备保护使用。要求作为本线路主保护的后备

以及相邻线路或元件的远后备。

动作电流按躲过最大负荷电流整定。

式中：

KⅢrel——可靠系数，一般取1.15～1.25；

Krel——电流继电器返回系数，一般取0.85～0.95；

Kss——电动机自起动

系数，一般取1.5～3.0；

动作时间按阶梯原则

递推。

灵敏度分别按近后备

和远后备进行计算。

式中：

Ikmin——保护区末端短路时，流经保护的最小短路电流。即：最小运行方式下，两相相间短路电流。

要求：作近后备使用时，Ksen≥1.3～1.5

作远后备使用时，Ksen≥1.2

注意：作近后备使用时，灵敏系数校验点取本条线路最末端；作远后备使用时，灵敏系数校验点取相邻元件或线路的最末端；

4、三段式电流保护整定计算实例

如图所示单侧电源放射状网络，AB和BC均设有三段式电流保护。已知：1）线路AB长20km，线路BC长30km，线路电抗每公里0.4欧姆；2)变电所B、C中变压器连接组别为Y，d11，且在变压器上装设差动保护；3）线路AB的最大传输功率为9.5MW，功率因数0.9，自起动系数取1.3；4）T1变压器归算至被保护线路电压等级的阻抗为28欧；5）系统最大电抗7.9欧，系统最小电抗4.5欧。试对AB 线路的保护进行整定计算并校验其灵敏度。