線路保護的原理和整定原則

一、無時限電流速斷保護

無時限電流速斷保護又稱電流Ⅰ段保護，是反應電流升高而不帶時限（瞬時）動作的保護，簡稱電流速斷保護。

1、工作原理

上圖所示為單側電源供電線路電流速斷保護。線路AB末端K1點短路時，希望保護1瞬時動作；線路BC始端K2點短路時，希望保護2動作，按照選擇性的要求，保護1不應動作。但實際上K1和K2點短路時，流過保護1的短路電流值幾乎是一樣的，保護1無法區分K1點短路還是K2點短路。為使保護1在K2點短路時不動作，必須使保護1的動作電流大於K2點短路時流過保護1的最大短路電流。這樣K2點短路時，保護1不動作，保護2動作切除故障，保證了保護1、2的選擇性。所以電流速斷保護的動作電流應按躲過本段線路末端（下段線路始端）最大短路電流的條件整定。這樣保護範圍受係統影響方式的影響較大。曲線1是最大運行方式下短路電流的變化曲線，曲線2是最小運行方式下短路電流的變化曲線。直線3是保護1的最小動作電流，直線3與曲線1的交點為M，從保護1安裝出到M點短路時，保護1能動作。M點以後短路保護1不能動作，保證的保護1的選擇性，也使M-B段線路短路時無電流速斷保護，稱為電流速斷保護的死區。由此可知，電流速斷保護的選擇性是靠動作電流來保證的，不能保護線路全長。N點是直線3與曲線2的交點，當係統在最小方式下運行時，保護1的範圍為A-N，變小了，說明電流速斷保護的範圍受係統運行方式的影響很大。保護3按躲過變壓器低壓側短路電流整定，電流速斷保護也可以保護從C變電所線路到變壓器組線路全長並深入變壓器內高壓側。

2、整定原則

為了保證選擇性，電流速斷保護的一次動作電流按躲過被保護線路末端三相短路時流過保護安裝處最大短路電流整定。可靠係數一般取1.2～1.3，即保護的一次動作電流取最大運行方式下，被保護線路末端三相短路時流過保護裝置最大短路電流的1.2~1.3倍。

3、接線原理

如上圖，單相電流速斷保護由電流繼電器KA、出口中間繼電器KCO和信號繼電器KS組成。正常時負荷電流小於KA的啟動電流，KA不動作，其動合觸點在斷開狀態。當保護區內短路時，短路電流超過KA的動作電流，KA動作，觸點閉合啟動KCO，KCO觸點閉合將正電源經過信號繼電器線圈、斷路器QF輔助觸點接通斷路器跳閘線圈Y，斷路器跳閘切除故障線路。同時信號繼電器KS動作發出信號。

中間繼電器KCO的作用：

1）增大接點容量；

2）利用其具有0.06~0.08s延時動作時間，躲過管形避雷器放電時引起速斷保護誤動作。

電流速斷保護具有可靠的選擇性和快速性，多用作線路的主保護。

二、限時電流速斷保護

1、工作原理

由於無時限的電流速斷保護不能保護本線路的全長，為此增設帶時限的電流速斷保護，用來切除本線路電流速斷保護範圍以外的短路故障，同時作為電流速斷保護的後備保護。對它的要求是能保護線路的全長，並具有足夠的靈敏性，其次是動作時間盡量短，其結果必然要延伸到相鄰的下一級線路。為保證選擇性和速動性，必須與下一級線路的電流速斷保護在動作時限和保護範圍上相配合。為使動作盡量縮短，限時電流速斷保護的動作時間應比下一級電流速斷保護大一個時間級差△t。

上圖為單側電源輻射線路，保護2電流速斷保護的動作電流直線3與短路電流變化曲線的交點為N，B-N為保護2電流速斷的保護範圍。保護1的限時電流速斷要保護AB線路全長，其動作電流必須小於AB線路末端的最小短路電流，則其保護範圍必然會延伸到BC線路，但不能超過保護2電流速斷的保護範圍即N點。為此，保護1的限時電流速斷保護動作電流直線2應大於保護2電流速斷保護的動作電流直線3。

為保證選擇性，保護1限時電流速斷保護的動作電流時限必須要比保護2電流速斷保護大一個時間級差△t。這樣當B-C段故障時，保護2電流速斷保護動作跳閘，保護1限時電流速斷保護的時間未到，不動作，故障切除後保護1限時電流速斷保護返回。所以限時電流速斷保護的保護範圍不應超過下一級相鄰線路電流速斷保護的保護範圍，動作時限比下一級相鄰線路電流速斷保護大一個時間級差△t，否則將與下一級線路的限時電流速斷保護搶動。

2、整定原則

1）動作電流

按與相鄰下一級線路的電流速斷保護相配合，可靠性配合係數一般取1.1~1.2，即本線路限時電流速斷動作電流取下一級線路電流速斷動作電流的1.1一～1.2倍。

2）動作時限

應比下級線路電流速斷保護的動作時限高出一個時間基差△t，從保護快速性來講△t越小越好，從保護選擇性來講，△t又不能太小。

3、接線原理

限時電流速斷保護的單相原理接線如上圖所示，動作過程與電流速斷保護基本相同，不同的是增加了時間繼電器KT，這樣當電流繼電器KA啟動後，還必須經過時間繼電器KT的延時才能跳閘。

三、時限過電流保護

時限過電流保護簡稱過電流保護，其動作電流是按躲過最大負荷電流來整定的。過電流保護靈敏度高，保護範圍大，不僅能保護本線路全長，而且能保護下一級線路的全長甚至更遠，可作為本線路主保護的近後備保護和下級線路的遠後備保護。

1、過電流保護分類

過電流保護有兩種：一種是保護啟動後動作時間是固定的整定時間，稱為定時限過電流保護；另一種是動作時間與過電流值的大小有關，電流越大，動作越快，電流越小，動作越慢，稱為反時限過電流保護。

1）定時限過電流保護動作時間不隨短路電流的大小而變化。定時限是將線路各段的保護按時間階梯原則整定，離電源方向越遠，時限越短，越近則時限越長。每段時限級差大於0.5s。時限與短路電流的大小無關。電磁式過電流保護裝置就是按定時限工作設定的。

2）反時限過電流保護動作時間隨短路電流的增大而自動減小。反時限的特點是保護裝置動作時間，隨短路電流的大小而變化，短路電流大，則動作時間短，反之，則動作時間長。感應式過電流保護裝置就是按反時限原理工作的，但當短路電流的增加超過一定值時，動作時間不再縮短，此時電流速斷裝置動作，表現為定時限特性。

2、整定原則

1）動作電流

過電流保護動作電流必須大於負荷電流，在最大負荷電流時保護裝置不動作，當下一級線路發生外部短路時，如果本級電流繼電器已經啟動，則在下級保護切除故障電流之後，本級保護應能可靠地返回。

2）動作時限

在單電源輻射形線路上，為滿足選擇性要求，過電流保護的動作時限應與下一級相鄰線路配合，即離電源較近的上一級的動作時限應比相鄰的離電源較遠的下一級過電流保護的動作時限高出一個△t。各級過電流保護的動作時間如此整定，好似一個階梯，這就是通常所說的階梯形時限特性。

四、中性點不接地係統的單相接地保護

1、中性點不接地係統單相接地特點

1）未接地兩相的對地電壓升高到√3倍相電壓，即等於線電壓，故相對地的絕緣水平應根據線電壓來設計。

2）各相間的電壓大小和相位不變，三相係統的平衡沒有遭到破壞，可繼續運行一段時間，但不許長期接地運行，尤其是發電機直接供電的電力係統，因為未接地相對地電壓升高到線電壓，一相接地運行時間過長可能會造成兩相短路。所以在這種係統中，一般應裝設絕緣監視或接地保護裝置。當發生單相接地時能發出信號，使值班人員迅速采取措施，盡快消除故障。一相接地係統允許繼續運行的時間，最長不得超過2h。

3）接地點通過的電流為電容性的，其大小為原來相對地電容電流的3倍，不容易熄滅，可能會在接地點引起弧光間歇、周期性地熄滅和重新發生電弧。弧光接地的持續間歇性電弧較危險，可能會引起線路的諧振現象而產生過電壓，損壞電氣設備或發展成相間短路。故在這種係統中，若接地電流大於5A時，發電機、變壓器和電動機都應裝設動作於跳閘的接地保護裝置。

2、利用零序電流互感器構成接地保護

1）工作原理

在采用電纜出線或經電纜引出的架空線路上，廣泛采用套在電纜外麵的零序電流互感器構成接地保護，如下圖所示：

穿過零序電流互感器鐵芯窗口的電力電纜間做零序電流互感器的一次繞組，正常及發生相間短路時，零序電流互感器二次繞組隻輸出不平衡電流，保護不動作。當發生單相接地故障時，零序電流互感器鐵芯中出現零序磁通，該磁通在二次繞組上產生感應電勢，故有電流流過電流繼電器，當流過電流繼電器的電流大於動作電流時，繼電器動作。

2）零序電流互感器的安裝

在安裝零序電流互感器時，應注意將固定電纜頭的鐵支架對地絕緣，並將電纜頭的接地線穿過零序電流互感器的鐵芯窗口後再接地。原因是有些電力電纜具有鉛包、鋁包、鎧裝，如果電纜頭接地線沒有穿過零序電流互感器的鐵芯窗口接地，在線路正常運行時，地中的雜散電流也在導電的電纜外皮上流動，可能引起零序電流保護誤動作。當線路發生單相接地時，接地電流可通過電纜外皮和線路中的電容電流相抵消，致使保護裝置拒絕動作。

3）零序電流保護裝置的動作電流整定

當某一線路上發生單相接地時，流過故障線路的零序電流為係統總的接地電容電流；流過非故障線路的零序電流為本身的電容電流。為了保證動作的選擇性，保護裝置的啟動電流按躲過其他線路發生單相接地故障時流過本線路的電容電流整定。可靠係數不帶時限取4～5，帶時限取1.5～2。