工作原理与整定计算方法总结

无时限电流速断保护的作用是保证在任何故障情况下只切除本线路上的故障,其工作原理可用图6-1来说明。在单侧电源辐射形电网各线路靠电源侧装设有无时限电流速断保护。当电源电势Es一定,线路上任意一点发生短路时,短路电流Ik的大小与短路点至电源之间的电抗X∑(忽略电阻R∑)及短路类型有关,三相短路和两相短路时,通过保护装置的短路电流Ik与总电抗X∑的关系如下:

图6-1　无时限电流速断保护整定计算示意图

1—最大运行方式;2—最小运行方式;3—动作电流整定值

式中 Es——系统的等值计算相电势;

Xs——归算至保护安装处电网电压的系统等值电抗;

X1——输电线路单位公里长度的正序电抗;

l——短路点至保护安装处的距离。

从式(6-1)、式(6-2)可看出,当系统运行方式一定时,Xs也一定,这样短路点从线路末端逐渐移向电源时,由于l的减小,短路电流Ik随之增大,因此,可以作出不同点短路时通过保护装置的短路电流曲线。当系统运行方式改变及故障类型变化时,对同一点短路,短路电流的大小也会变化。图6-1中曲线1表示在最大运行方式下,通过保护装置的三相短路电流随短路点变化的曲线,曲线2表示在最小运行方式下,通过保护装置的两相短路电流曲线。

假定在线路1WL和线路2WL上分别装设无时限电流速断保护1和保护2。根据选择性的要求,无时限电流速断保护的动作范围不能超出被保护线路,即对保护1而言,在相邻线路2WL首端k1点短路时,不应该动作,而应由保护2动作切除故障。因此,无时限电流速断保护1的动作电流应大于k1点短路时流过保护装置的最大短路电流。由于在相邻线路2WL首端k1点短路时的最大短路电流和本线路1WL末端2WB母线上kB点短路时的最大短路电流相等。故保护1无时限电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端kB点短路时流过保护装置的最大短路电流来整定,即

写成等式

式中 ——保护装置1无时限电流速断保护的动作电流,又称一次动作电流(动作电流符号的右上角用Ⅰ代表无时限电流速断保护);

Krel——可靠系数,考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等而引入的。取1.2～1.3;

——最大运行方式下,被保护线路末端2WB母线上三相短路时流过保护装置的短路电流,一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。

同理,保护2无时限电流速断保护的动作电流为

动作电流按式(6-3)、式(6-4)整定后,不反映本线路以外的故障,所以说无时限电流速断保护是利用动作电流的整定值来获得选择性的。由于动作电流值整定后是不变的,与短路点的位置无关,故在图6-1上可用直线3来表示。直线3与曲线1、曲线2分别有一个交点为M和N点,在交点到保护安装处的一段线路上短路时,Ik＞,保护1会动作。在交点以后的一段线路上短路时,Ik＜,保护1不会动作。由此可见,无时限电流速断保护不能保护本线路的全长,其保护范围随系统运行方式和故障类型而变。在最大运行方式下三相短路时,保护范围最大,用lmax表示;在最小运行方式下两相短路时,保护范围最小,用lmin表示。(www.xing528.com)

保护范围可用图解法求得,也可用解析法求得。当保护的动作电流已知时,可求得最大保护范围lmax和最小保护范围lmin。从图6-1中可看出,在最大保范围末端(交点M)短路时,短路电流等于保护装置的动作电流,即

解上式得

同理,在最小保护范围末端(交点N)短路时,短路电流等于保护装置的动作电流,即

解上式得

无时限电流保护的灵敏系数通常用保护范围的长度占被保护线路全长的百分数来表示。一般认为最大保护范围大于被保护线路全长的50%时,有良好的保护效果,而在最小保护范围不小于被保护线路全长的15%～20%时,才能装设无时限电流速断保护。

无时限电流速断保护由于没有人为的延时,只考虑继电器本身固有的动作时间,在整定计算时可认为tI≈0。

无时限电流速断保护一般只能保护线路首端的一部分,但在某些特殊情况下,如电网的终端线路上采用线路-变压器组的接线方式时,如图6-2所示,无时限电流速断保护的保护范围可以延伸到被保护线路以外,使全线路都能瞬时切除故障。因为线路-变压器组可以看成一个整体,当变压器内部故障时,切除变压器和切除线路的后果是相同的,所以当变压器内部故障时,由线路的无时限电流速断保护切除故障是允许的,因此线路的无时限电流速断保护的动作电流可以按躲过变压器二次侧母线上短路时最大短路电流来整定,从而使无时限电流速断保护可以保护线路的全长。

在图6-2中,保护1的无时限电流速断保护动作电流为

式中 Krel——可靠系数,取1.3;

——变压器低压侧母线3WB上短路时,流过保护1的最大三相短路电流。

图6-2　线路—变压器组的无时限电流速断保护整定计算示意图

图6-3　无时限电流速断保护单相原理接线图