單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)三段式過電流保護(hù)

1、單側(cè)電流輻射形電網(wǎng)三段式電流保護(hù)電控學(xué)院 一、實(shí)驗(yàn)名稱：單側(cè)電流輻射形電網(wǎng)三段式過電流保護(hù)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?本次實(shí)驗(yàn)針對自動化專業(yè)和電氣工程及其自動化專業(yè)。通過綜合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對所學(xué)過的供電課程，如短路電流的計(jì)算、靈敏度校驗(yàn)，以及繼電保護(hù)等章節(jié)有一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，并運(yùn)用自己學(xué)過的知識，自己設(shè)計(jì)三段保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。要求自己設(shè)備選型，自己設(shè)計(jì)，自己安裝，最后自行調(diào)試，自行實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，擺脫以往有教師設(shè)計(jì)、檢查處理故障的傳統(tǒng)做法，由學(xué)生完全自己動手，互相查找處理故障，培養(yǎng)學(xué)生動能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：1. 通過模擬線路三段式過電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解繼電保護(hù)的基本原理；2. 通

2、過三段式過電流保護(hù)的動作電流和動作時(shí)間整定掌握三段保護(hù)之間的配 合關(guān)系，加深對繼電保護(hù)思想基本要求，及可靠性、選擇性、快速性、靈 敏性的理解；3. 通過實(shí)驗(yàn)線路的設(shè)計(jì)，計(jì)算及實(shí)際操作，使理論與實(shí)際相結(jié)合，增加感性 認(rèn)識，使書本知識更加鞏固；4. 培養(yǎng)動手能力，了解布線的基本工藝要求；5. 培養(yǎng)分析，查找故障及錯誤接線的能力。三、實(shí)驗(yàn)原理： 電流增大和電壓降低時(shí)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障的基本特征。利用此特征實(shí)現(xiàn)的保護(hù)是基本的，也是最早得到應(yīng)用的繼電保護(hù)原理。在單側(cè)有電源的電網(wǎng)中發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)裝置的短路電流只能是指向被保護(hù)的方向，因而不需要考慮保護(hù)裝置反方向，即背后短路的問題，不需要配置方向元

3、件，其結(jié)構(gòu)最為簡單。電流保護(hù)屬于階段式或具有階梯型動作特征的多段式保護(hù)，其選擇性依靠上、下級保護(hù)的整定值和動作時(shí)間的配合來保證?？拷娫吹谋Ｗo(hù)為上級保護(hù)，離電源較遠(yuǎn)的保護(hù)為下級保護(hù)。電流保護(hù)的段數(shù)根據(jù)整定配合的需要而定，但一般至少有三段。沒有人為延時(shí)的、動作最快的一段稱為電流瞬時(shí)速斷，最后一段按照正常運(yùn)行時(shí)或不正常運(yùn)行而無短路時(shí)不能誤動的原則整定，稱為過電流保護(hù)。本次實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)A處（電源出口處）的三段式電流保護(hù)，故將其保護(hù)分為三段：瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)。圖1：實(shí)驗(yàn)線路1. 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)根據(jù)對繼電保護(hù)速動性的要求，保護(hù)裝置動作切除故障的時(shí)間必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和

4、保護(hù)重要用戶供電的可靠性。對于特高壓輸電線路，還需滿足限制過電壓的要求。在簡單、可靠和保證選擇性的前提下，原則上總是越快越好。因此，在各種電氣元件上，應(yīng)力求裝設(shè)快速動作的繼電保護(hù)裝置。對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動作的電流保護(hù)，稱為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，亦即電流保護(hù)的段。整定原則及方法：為了解決瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的速動性和選擇性，本設(shè)計(jì)優(yōu)先保證動作的選擇性，即從保護(hù)裝置起動參數(shù)上保證下一條線路出口處短路時(shí)不起動，在繼電保護(hù)技術(shù)中，這又稱按躲開下一條線路出口處短路的條件整定。整定計(jì)算：動作電流為：靈敏性校驗(yàn)：上式中：為可靠系數(shù)（本次實(shí)驗(yàn)取1.2)；為等效電源相電動勢。引入可靠系數(shù)的原因：實(shí)際的短路電流可

5、能大于計(jì)算值；對瞬時(shí)動作的保護(hù)還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響；保護(hù)裝置中電流繼電器的實(shí)際動作電流可能小于整定值；考慮必要的裕度。從最不利的情況出發(fā)，及時(shí)同時(shí)存在著以上幾個(gè)因素的影響，也能保證在預(yù)定的范圍以外故障時(shí)保護(hù)裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。2.限時(shí)電流速斷保護(hù)由于有選擇性的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長，不能作為主保護(hù)，因此應(yīng)增加一段新的保護(hù)，用來切除本線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，同時(shí)也能作為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)，亦即電流保護(hù)的段。整定原則及方法：動作電流的選擇：由于要求限時(shí)速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路的全長，因此它的保護(hù)范圍必然要延

6、伸到下一條線路中去，這樣當(dāng)下一條線路出口處發(fā)生短路時(shí)，他就要啟動，在這種情況下，為了保證動作的選擇性就必須使保護(hù)的動作帶有一定的延時(shí)，此時(shí)延時(shí)的大小與其延伸的范圍有關(guān)。本級限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍不應(yīng)超過下級保護(hù)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的動作電流應(yīng)該整定為如果正好遇到保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷的動作電流出現(xiàn)正誤差，其保護(hù)范圍比計(jì)算值縮小，而保護(hù)A的限時(shí)速斷的動作電流出現(xiàn)負(fù)誤差，其保護(hù)范圍比計(jì)算值增大，出現(xiàn)當(dāng)計(jì)算的保護(hù)范圍末端短路時(shí)，保護(hù)B的電流速斷不能動作，而保護(hù)A的限時(shí)速斷仍然起動的情況，造成A、B兩段的限時(shí)速斷同時(shí)動作。為了防止上述情況，必須使，引入可靠系數(shù)，

7、則得對于，考慮到短路電流中的非周期分量已經(jīng)衰減，同時(shí)由于通過保護(hù)A、B的電流相同，短路電流計(jì)算的誤差對兩者的影響相同，故可取得比瞬時(shí)速斷保護(hù)的小一些，一般取為1.11.2,本實(shí)驗(yàn)中取為1.1,。動作時(shí)限的選擇：限時(shí)速斷的動作時(shí)限應(yīng)選擇得比下一條線路瞬時(shí)速斷保護(hù)的動作時(shí)限高出一個(gè)，即確定的原則如下：應(yīng)包括故障線路斷路器QF的跳閘時(shí)間;應(yīng)包括故障線路保護(hù)B中時(shí)間繼電器的實(shí)際動作時(shí)間比整定值延遲才能動作的可能性；應(yīng)包括保護(hù)A中時(shí)間繼電器可能比整定的時(shí)間提早動作的可能性；如果保護(hù)A中的測量元件（電流繼電器）在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回時(shí)，則中還應(yīng)包括測量元件延遲返回的慣性時(shí)間；考慮一

8、定的裕度，再增加一個(gè)裕度時(shí)間，可得或機(jī)電式時(shí)間繼電器誤差較大，應(yīng)選0.50.6s;數(shù)字電路構(gòu)成的靜態(tài)型時(shí)間繼電器精度極高，可以將壓縮到0.20.35s左右；本實(shí)驗(yàn)取0.5s。 保護(hù)裝置靈敏性的校驗(yàn)：為了能夠可靠保護(hù)線路的全長，限時(shí)電流速斷保護(hù)必須在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路是具有足夠的反應(yīng)能力，這個(gè)能力通常用靈敏系數(shù)來衡量。對反應(yīng)于電氣量數(shù)值上升而動作的過量保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)的含義是：在本次校驗(yàn)中： 對限時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)要求。3. 定時(shí)限過電流保護(hù)過電流保護(hù)通常是指其起動電流按躲開最大負(fù)荷電流整定的一種保護(hù)裝置，也是多段式電流保護(hù)的最后一段。它在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該起動，而在系統(tǒng)發(fā)生

9、故障時(shí)能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情況下它不僅能夠保護(hù)本線路的全長，而且也能夠保護(hù)相鄰線路的全長，以起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。整定原則及方法：動作電流的選擇：為了保證在正常工作的情況下過電流保護(hù)絕對不動作，保護(hù)裝置的起動電流必須整定得大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流；其次，在確定保護(hù)裝置的起動電流時(shí)，還必須考慮在外部故障切除后，保護(hù)裝置是否能夠返回的問題。如圖1（實(shí)驗(yàn)線路）所示，若C處發(fā)生短路故障，短路電流將通過A、B、C三段的保護(hù)，A、B、C各段相應(yīng)的保護(hù)的電流繼電器都將動作，但是按照選擇性的要求應(yīng)該由保護(hù)C的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動作，然后保護(hù)A和B由于電流已經(jīng)減小而應(yīng)立即返回。當(dāng)外部故障切除

10、后，流經(jīng)保護(hù)A的電流仍然是在繼續(xù)運(yùn)行中的負(fù)荷電流。但必須考慮到，由于短路時(shí)電壓降低，B母線上所接負(fù)荷的電動機(jī)被制動，因此，在故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)要有一個(gè)自起動的過程。電動機(jī)的起動電流要大于其正常運(yùn)行時(shí)的電流，因此，引入一個(gè)自起動系數(shù)來表示自起動時(shí)最大電流與正常運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流之比，即保護(hù)A的三段在這個(gè)電流的作用下必須能夠立即返回。為此應(yīng)使保護(hù)裝置的返回電流大于。引入可靠系數(shù)，則有由于保護(hù)裝置的起動與返回時(shí)通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，因此，繼電器返回電流與起動電流之間的關(guān)系也就代表著保護(hù)裝置返回電流與起動電流之間的關(guān)系。在此引入繼電器的返回系數(shù)，則保護(hù)裝置的起動電流即位式中：為可靠系數(shù)，一

11、般采用1.251.5，本實(shí)驗(yàn)取1.2；為自啟動系數(shù)，數(shù)值大于1，本實(shí)驗(yàn)中取1.5；為電流繼電器的返回系數(shù)，對機(jī)電型繼電器一般采用0.85，而對靜態(tài)型繼電器則可采用0.90.95，本實(shí)驗(yàn)采用的是機(jī)電型電流繼電器，故取0.85。動作時(shí)限的選定：圖2：定時(shí)限過電流保護(hù)動作時(shí)限整定如圖2所示，由于A處的過電流保護(hù)作為下兩級的后備保護(hù)，要求動作時(shí)限要大于其保護(hù)范圍內(nèi)的所有元件的時(shí)限，且大于下各級后備保護(hù)的時(shí)限，所以A出定時(shí)限過電流保護(hù)的動作時(shí)限為 靈敏系數(shù)的校驗(yàn)：當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路的主保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，則應(yīng)采用最小方式下

12、相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校驗(yàn)，此時(shí)要求。四、整定計(jì)算1、保護(hù)1的一段動作整定整定電流：=22A保護(hù)范圍： 滿足最小保護(hù)范圍的要求2、保護(hù)1的二段動作整定 整定電流： =12.1A靈敏度校驗(yàn)： =1.311.3,滿足靈敏度的要求動作時(shí)限： =0.5s3、保護(hù)1的三段動作整定動作電流整定： =5.73A靈敏度校驗(yàn)： 作近后備 作遠(yuǎn)后備，均滿足靈敏度的要求動作時(shí)限：五、實(shí)驗(yàn)原理圖、布線圖以及接線圖1、實(shí)驗(yàn)原理圖2、實(shí)驗(yàn)布線圖3、實(shí)驗(yàn)接線圖六、實(shí)驗(yàn)步驟1、按實(shí)驗(yàn)板實(shí)際布置進(jìn)行接線，實(shí)際接線如圖2、測量互感器的實(shí)際變比互感器TA1互感器TA2一次側(cè)電流二次側(cè)電流實(shí)際變比一次側(cè)電流二次側(cè)電流實(shí)際變

13、比20A5.4A3.70420A5.27A3.8143、接線完成后，按實(shí)際計(jì)算短路電流以及接觸器動作時(shí)間對電流繼電器、時(shí)間繼電器進(jìn)行動作值整定，整定參數(shù)如下表繼電器動作短路電流動作時(shí)間KA1/KA222AKA3/KA412.1AKA5/KA65.7AKT1常開1：0.522s常開2：0.524sKT2常開1：1.061s常開2：1.093s4、接上負(fù)載，用負(fù)載模擬線路故障，模擬線路故障即將故障類型、故障電流調(diào)成與整定計(jì)算相符，若短路電流到達(dá)動作整定值繼電保護(hù)裝置不動作或是保護(hù)段動作不對應(yīng)，對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，以便繼電保護(hù)裝置能準(zhǔn)確、快速響應(yīng)線路三相短路或兩相短路故障，達(dá)到保護(hù)線路、快速切除故障并排除瞬時(shí)故障的目的。4、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。七、實(shí)驗(yàn)故障分析1、模擬線路三相短路故障時(shí)，故障電流達(dá)到保護(hù)動作電流