无时限电流速断保护：电流Ⅰ段保护

1.无时限电流速断保护的工作原理及整定计算

输电线路发生短路故障时，由于反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护称为无时限电流速断保护，又称为电流Ⅰ段保护（简称Ⅰ段保护）或瞬时电流速断保护。

动作电流的整定必须保证继电保护动作的选择性，电流Ⅰ段保护整定如图1−2−1所示，k1 处故障对于保护1 是外部故障，应当由保护2 跳开 QF2。当k1 处故障时短路电流也会流过保护1，需要保证此时保护1 不动作，即保护1 的动作电流必须大于外部故障时的短路电流。

图1−2−1　电流Ⅰ段保护整定

图1−2−1所示曲线为短路电流曲线，表示在一定系统运行方式下短路电流与故障点远近的关系。短路电流计算公式如下：

三相短路时：

两相短路时：

式中 Eφ ——相电势；

Zs ——系统电源等效阻抗；

Z1 ——线路单位长度阻抗（架空线路一般为0.4 Ω/km）；

l ——故障点到保护安装处的距离 （km）。

短路电流的大小由以下因素决定：

（1）系统运行方式与系统电源等效阻抗有关，系统电源等效阻抗 Zs 与电源投入的数量、电网结构变化有关。 Zs 最大时通过保护装置的短路电流最小，称为最小运行方式； Zs 最小时通过保护装置的短路电流最大，称为最大运行方式。

（2）故障点到保护安装处的距离l 越小，短路电流越大。

（3）对于短路类型，一般电流保护被用于小电流接地系统，不需要考虑接地短路类型。

最大和最小运行方式

图1−2−1 中短路电流曲线1 对应最大运行方式、三相短路情况，曲线2 对应最小运行方式、两相短路情况。

根据上面的讨论，外部故障时流过保护1 的最大短路电流为

式中 Zs.min——最大运行方式时的系统阻抗；(https://www.xing528.com)

lMN ——线路MN 全长。

外部故障距离保护1 最近的地方就是线路的末端N 处，可见为最大运行方式下本线路末端发生三相短路时的短路电流。按照选择性的要求，动作电流应满足

电流互感器、电流继电器均有误差，整定时应考虑这些误差并留有裕度，电流Ⅰ段保护整定公式为

式中 Krel ——可靠系数，考虑短路电流计算误差、电流互感器误差、电流继电器动作电流误差、短路电流中非周期分量的影响和必要的裕度，一般取1.2～1.3。

由图1−2−1 可看出，动作电流大于最大的外部短路电流，最大运行方式下MQ 段发生三相短路时短路电流大于动作电流，保护动作，这个区域称为保护区。电流保护的保护区是变化的，短路电流水平降低时保护区缩短，如最小运行方式下发生两相短路时保护区变为MR 段。

式（1−2−5）所示的整定公式也可以被理解为考虑最大运行方式下短路类型以及电流互感器、保护误差等情况后无时限电流速断保护的保护区不超过本线路范围，电流Ⅰ段保护不能保护本线路全长。

电流Ⅰ段保护范围1

电流Ⅰ段保护范围2

当运行方式为图1−2−2所示的线路−变压器组接线方式时，电流Ⅰ段保护可将保护区伸入变压器内，保护本线路全长，整定方法如图1−2−2所示。

图1−2−2　线路−变压器组接线方式的整定方法

2.电流Ⅰ段保护的单相原理

电流Ⅰ段保护的单相原理如图1−2−3所示，其由电流继电器（测量元件）KA、中间继电器KM、信号继电器KS 组成。

图1−2−3　电流Ⅰ段保护的单相原理

电流继电器KA 接于电流互感器TA 的二次侧，正常运行时，线路中流过的是负荷电流，电流互感器TA 的二次电流小于电流继电器KA 的动作电流，保护不动作；当线路发生短路故障时，线路中流过短路电流，当 流过电流继电器KA 的电流大于它的动作电流时，电流继电器KA 动作，触点闭合，起动中间继电器KM，中间继电器KM 触点闭合，一方面控制断路器跳闸，切除故障线路；另一方面起动信号继电器KS，信号继电器KS 动作，发出保护动作的告警信号。

电流Ⅰ段保护的单相原理

3.电流Ⅰ段保护的特点

电流Ⅰ段保护简单可靠，动作迅速，靠动作电流的整定获得选择性。它不能保护线路全长，保护范围受系统运行方式、短路类型、线路长短等的影响。当运行方式变化很大或被保护线路很短时，甚至没有保护区。但在个别情况下，电流Ⅰ段保护可保护线路全长，如电网的终端线路上采用线路−变压器组接线方式时，线路和变压器可被看成一个元件，动作电流按躲过变压器低压侧线路出口短路来整定，这样可保护线路全长。