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2023-06-24
1.主保护与后备保护
无时限电流速断保护和限时电流速断保护共同构成了线路的主保护,所谓主保护是满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度、有选择地切除被保护设备的故障和线路故障的保护。仅Ⅰ段保护不能构成主保护,因为Ⅰ段保护不能切除线路上所有的故障。由Ⅰ、Ⅱ段构成的主保护最长的切除故障时间为0.5s。
除了主保护,线路上还应配有后备保护,所谓后备保护是主保护或断路器拒动时,用以切除故障的保护。一旦主保护设备或断路器发生故障拒动,依赖后备保护切除故障。定时限过电流保护(电流Ⅲ段保护)就是后备保护。
如图2-8所示为三段式电流保护的保护区示意图,当线路NQ 上故障,保护P2或断路器QF2拒动时,需要由保护P1提供后备作用,跳开QF1以切除故障。
图2-8 远后备保护方式示意图
后备保护分为远、近后备两种方式。近后备是当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护实现的后备保护,如k3处故障,P1Ⅰ段保护拒动,由P1Ⅱ段保护跳开QF1。所谓远后备是当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护,如k1处故障,保护P2或QF2拒动,P1Ⅱ段保护跳开QF1。
不难看出,P1Ⅰ段保护不能保护本线全长,无后备保护作用;P1Ⅱ段保护具有对本线路P1Ⅰ段保护的近后备作用以及对下线路保护部分的远后备作用。对于图2-8中k2处故障,若保护P2或QF2拒动,保护P1Ⅱ无法反应,故障将不能被切除,这是不允许的,因此,必须设立Ⅲ段保护提供完整的远后备作用,显然Ⅲ段应能保护下线路全长。
综上所述,Ⅲ段保护为后备保护,既是本线主保护的近后备保护又是下线路的远后备保护,Ⅲ段保护区应伸出相邻线路范围。
2.定时限过电流保护(电流Ⅲ段)整定原则
(1)过电流保护动作时限整定。无时限电流速断保护和限时电流速断的保护动作电流,都是按某点的短路电流整定的。定时限过电流保护要求保护区较长,其动作电流按躲过最大负荷电流整定,一般动作电流较小,其保护范围伸出相邻线路末端。
电流Ⅰ段的动作选择性由动作电流保证,电流Ⅱ段的选择性由动作电流与动作时限共同保证,而电流Ⅲ段是依靠动作时限的所谓阶梯特性来保证的。
阶梯特性如图2-9 所示,实际上就是实现指定的跳闸顺序,距离故障点最近的(也是距离电源最远的)保护先跳闸。阶梯的起点是电网末端,每个 “台阶”是Δt,一般为0.5s,Δt的考虑与Ⅱ段保护动作时限一样。
(2)过电流保护动作电流整定。为保证被保护线路通过最大负荷时不误动作,以及当外部短路故障切除后出现最大自起动电流时应可靠返回,过电流保护应按以下两个条件整定。
1)为保证过电流保护在正常运行时不动作,其动作电流应大于最大负荷电流。即
图2-9 Ⅲ段保护动作时限阶梯特性示意图
2)保证过电流保护在外部故障切除后可靠返回,其返回电流应大于外部短路故障切除后流过保护的最大自起动电流。即
式中 ——可靠系数,它是考虑继电器动作电流误差和负荷电流计算不准确等因素而引入的大于1的系数,一般取1.15~1.25;
Kre——返回系数,一般取0.85;
KMs——自起动系数,它决定于网络接线和负荷性质,一般取1.5~3。
自起动情况如图2-10所示,当故障发生在保护P1的相邻线路k点时,保护P1和P2同时起动,保护动作切除故障后,变电所B 母线电压恢复时,接于B 母线上的处于制动状态的电动机要自起动,此时,流过保护P1的电流不是最大负荷电流而是自起动电流,自起动电流大于负荷电流,以KMsIL.max表示。
1)、2)两个整定条件必须同时满足,整定电流Ⅲ段保护动作电流时取两式计算结果较大的值。显然由式(2-7)计算的动作电流较大,因此Ⅲ段保护的动作电流为
图2-10 自起动情况示意图
(3)过电流保护灵敏系数校验。过电流保护用作本线路近后备保护,同时作为相邻线路的远后备保护。故应按这两种情况校验灵敏系数,即以最小运行方式下本线路末端两相金属性短路时的短路电流,校验近后备灵敏度;以最小运行方式下相邻线路末端两相金属性短路时的短路电流,校验远后备灵敏度。
如图2-11所示中保护P 的Ⅲ段为例,近后备灵敏度为要求大于1.5;
图2-11 Ⅲ段保护灵敏度校验图
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