471工厂供配电实验实训装置实验指导书(4)

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 26

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''''

护2的电流速断动作电流，如图3-2所示，引入可靠系数Kk，Kk取1.1～1.2。

'''''

Idz.1?KkIdz.2 (3-3)

动作时限整定方法：保护1的限时速断的动作时限t1''应该比下一线路的速断保护动作时限t2高'

出一个时间阶段，此时间阶段用?t表示t1''=t2+?t，如图3-2所示，在保护2电流速断范围以内的故

''障，将以t2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t1''较t2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Klm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：

Klm＝

Id.B.min

Idz.1

，且要求Klm?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d1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

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由于电流减小而返回。保护3的动作电流为：

Id?KkKzq

KhIf.max (3-4)

其中，Kk为可靠系数，一般取1.15~1.25；Kzq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；Kh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Klm=Id.B.min

'''Idz.1，且要求Klm?1.3~1.5；当作为相邻线路的后备保护

Id.C.min

'''Idz.1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Klm=

Klm?1.2。

，且要求

图3-3 定时限过电流保护时间配合

3.1.2.2 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：L1?L?0.75L Krel

其中，Krel为可靠系数，一般取1.3~1.4。

则电流继电器的动作电流为：

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Ipu?E?'

XS?X0L1

式中：E?'为系统的等效相电势；XS为正常运行方式下，系统的等值电抗；X0为线路单位长度电抗；L1=0.75L。

Ipu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：

Upu?3IpuX0L1

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。

3.1.2.3 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：

Iop?KrelIN Kre

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：

Upu?0.7UN

3.1.2.4 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：t?0.14Tp

(I/Ip)0.02?1

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非常反时限特性方程为：t?13.5Tp

I/Ip?1

80Tp 极端反时限特性方程为：t?(I/Ip)2?1

各式中：t为继电器的动作时间，Tp为继电器延时整定时间，I为加入继电器的实际电流值，Ip为继电器的整定电流值。

dz.J

图3-4 反时限过电流继电器时限特性 J

3.1.3 实验说明

首先进入多功能微机保护实验装置的主菜单，选择10kV线路保护功能。

本实验一次模型如图3-5所示。系统一次参数如下：线路电压10kV，#1L段线路阻抗为3.4Ω，L段线路阻抗为6.8Ω。TA4变比为300/5。

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TA4获取电流信号，从TV3获取电压信号，控制QF4动作。

3.1.4 实验内容及步骤

3.1.4.1 实验接线

如图3-6完成电流、电压信号的接线，注意应从保护装置的线路保护和变压器后备保护接线端子区接线。

如图3-7完成断路器信号控制部分的接线。其中KM+与二次接线区中的直流电源的24V-端子相 30

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连。

3.1.4.2 过电流保护实验

1) 将实验屏侧面的进线1三相插座连接在三相调压器输出端，使进线1带电。依次合上QF1、QS1和QS3，使10kV母线带电。合上QF4、QS6、QF6，合上变压器低压侧的空气开关，接通线路L。

TV3

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。

表3-1 各种故障情况下电流保护动作记录表

图3-6 电流、电压信号接线示意图

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图3-7 断路器控制信号接线示意图

3.1.4.3 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

3.1.4.4 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。

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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

3.1.4.5 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

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3.2 35kV线路保护过电流保护与三相一次重合闸综合实验

3.2.1 实验目的

1) 掌握三相一次自动重合闸的基本工作原理。

2) 掌握前加速保护和后加速保护的基本原理。

3.2.2 保护基本原理

3.2.2.1 三相一次重合闸基本原理

自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，永久性故障—般不到10％。因此，在由继电保护动作切除短路故障之后，电弧将自动熄灭，绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的安全性和可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线路的送电容量，也可纠正由于断路器或继电保护装置造成的误跳闸。所以，架空线路要采用自动重合闸装置。线路发生故障，自动重合闸装置动作一次，表示断路器进行了一次“跳闸-合闸”过程。本实验采用的是三相一次重合闸，即是线路上发生任何形式的故障时，均实行三相自动重合，当重合闸到永久性故障时，断开三相并不再重合。