电流速断保护｜｜

2.1.1　电流速断保护｜I｜

根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间必须满足系统稳定并保证重要用户供电的可靠。在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此，在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护。对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

1）工作原理

以如图2.1所示的网络接线为例，假定在每条线路上均装有电流速断保护，则当线路B—C发生故障时，希望速断保护1能瞬时动作，而当线路A—B上发生故障时，希望速断保护2能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本线路全长的100%。但是这种愿望是否能实现，需要做具体分析。

图2.1　电流速断保护动作特性的分析

以速断保护2为例，当本线路末端d₁点短路时，希望速断保护2能够瞬时动作切除故障；而当相邻线路B—C的始端（习惯上又称为出口处）d₂点短路时，按照选择性的要求，速断保护2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护1动作切除。但是实际上，d₁点和d₂点短路时，从速断保护2安装处所流过的电流的数值几乎是一样的。因此，希望d₁短路时速断保护2动作，而d₂点短路时不动作的要求不可能同时得到满足。同样地，速断保护1也无法区别d₃和d₄点的短路。

为解决这个矛盾有两种办法。通常是优先保证动作的选择性，即从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不启动，在继电保护技术中，这种又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。而在个别情况下，当快速切除故障是首要条件时，就采用无选择性的速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作，这种我们将在第五章里进行分析。以下只讲有选择性的电流速断保护。

对反应电流增大而动作的电流速断保护而言，能使该保护装置启动的最小电流值称为保护装置的启动电流I′_dz，显然必须当实际的短路电流I_d＞I′_dz时，保护装置才能会启动。以保护2为例，为保证动作的选择性，保护装置的启动电流I′_dz2必须大于下一条线路出口处短路时可能的最大短路电流，从而使本线路末端短路时保护不能启动。不能保护的范围随运行方式、故障类型的变化而变化，最小的保护范围为图2.1中直线I′_dz2与曲线Ⅱ的交点前的部分。

2）电流速断保护的整定计算原则

（1）动作电流的整定

根据电力系统短路的分析，当电源电势一定时，短路电流大小取决于短路点和电源之间的总阻抗Z_∑，三相短路电流可表示为

式中：E_φ——系统等效电源的相电势；

　Z_s——保护安装处到系统等效电源之间的阻抗；

　Z_d——短路点至保护安装处之间的阻抗。

在一定的系统运行方式下，Eφ和Z_s等于常数，此时I_d将随Z_d的增大而减小，因此可以经计算后绘出I_d＝f（l）的变化曲线，如图2.1所示。当系统运行方式及故障类型改变时，曲线将随之变化。对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流最大的方式，称为系统最大运行方式，而短路电流最小的方式，称为系统最小运行方式。对不同安装地点的保护装置，应根据网络接线的实际情况选取其最大和最小运行方式。

在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大，而在最小运行方式下两相短路时，短路电流为最小，这两种情况下的短路电流的变化如图2.1中的曲线Ⅰ和Ⅱ所示。

为了保证电流速断保护动作的选择性，对保护1来讲，其启动电流I′_dz1必须整定得大于d₄点短路时可能出现的最大短路电流，即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流I_dcmax，亦即

I′_dz1＞I_dcmax　　　（2.2）

为了保证装置不误动，考虑到非周期分量、实际的短路电流大于计算值、保护装置的实际动作值小于整定值、一定的裕度等因素，引入可靠系数K′_k＝1.2～1.3，则启动电流为：

I′_dz1＝K′_kI_dcmax　　　（2.3）

对保护2来讲，按照同样的原则，其启动电流应整定得大于d₂点短路时的最大短路电流I_dBmax，即

I′_dz2＝K′_kI_dBmax　　　（2.4）

启动电流与Zd无关，所以在图2.1上是直线，它与曲线Ⅰ和Ⅱ各有一个交点。在交点以前短路时，由于短路电流大于启动电流，保护装置都能动作。而在交点以后短路时，由于短路电流小于启动电流，保护将不能启动，由此可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长。

（2）基本要求校验

①选择性校验：只要大于I′_dz，故障肯定在被保护范围以内，保护装置一定动作；在这以外不动作。

②速动性校验：t＝0，速度非常快（由于继电器闭合，跳闸线圈有熄弧时间，其固有延时为10～30ms）。

③可靠性校验：只要大于I′_dz肯定动作，小于I′_dz不动作。

④灵敏性校验：速断保护的灵敏性指速断保护对被保护线路内部故障的反应能力，通常用保护范围的大小来衡量，此保护范围大小用线路全长的百分比来表示。保护的范围随运行方式、故障类型的变化而变化，最小的保护范围在系统最小运行方式（两相短路）时出现。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护的最小范围，要求最小范围大于被保护线路全长的15%～20%。

（3）保护范围的校验方法

①最大运行方式下的最小保护范围

如图2.2所示，M点为最大运行方式下的最小保护范围末端，由于最大运行方式下两相短路M点短路电流刚好等于I′_dz1，可解得最大运行方式下的最小保护范围l_M。Z₁是线路单位长度的正序阻抗。

在M点发生三相短路时，短路电流为

在M点发生两相短路时，短路电流为

且M点为最大运行方式下的最小范围末端，则

②最小运行方式下的最小保护范围

如图2.2所示，N点为最小运行方式下的最小保护范围末端，由于最小运行方式下两相短路时

图2.2　保护范围校验示意图

N点短路电流刚好等于I′_dz1，可解得最小运行方式下的最小保护范围l_N。

在N点发生三相短路时，短路电流为

在N点发生两相短路时，短路电流为

且N点为最小运行方式下的最小保护范围末端，则

3）电流速断保护的单相原理接线

如图2.3所示，电流继电器接于电流互感器LH的二次侧，它动作后启动中间继电器，中间继电器触点闭合后，经串联信号继电器接通断路器的跳闸线圈TQ，使断路器跳闸。

图2.3　电流速断保护的单相原理接线图

图2.4　系统运行方式变化对电流速断保护的影响

4）电流速断保护的主要优缺点

优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式的影响，不能单独作为主保护。

当系统运行方式变化很大或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。如图2.4所示为系统运行方式变化很大的情况，当保护2电流速断按最大运行方式下保护选择性的条件整定以后，在最小运行方式下就没有保护范围；如图2.5所示为被保护线路长短不同的情况，当线路较长时，其始端和末端短路电流的差别较大，因而短路电流变化曲线比较陡，保护范围比较大，如图2.5（a）所示。而当线路较短时，由于短路电流曲线变化平缓，速断保护的整定值在考虑了可靠系数以后，其保护范围将很小甚至等于零，如图2.5（b）所示。

图2.5　被保护线路长短不同时，对电流速断保护的影响

但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长，例如当电网的终端线路上采用线路—变压器的接线方式时，如图2.6所示。由于线路和变压器可以看成是一个元件，因此，速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处d₁点的短路来整定。由于变压器的阻抗一般较大，因此，d₁点的短路电流就大为减小，这样整定之后，电流速断就可以保护线路A—B的全长，并能保护变压器的一部分。

图2.6　用于线路-变压器组的电流速断保护