线路保护的原理和整定原则

 一、无时限电流速断保护

无时限电流速断保护又称电流Ⅰ段保护，是反应电流升高而不带时限（瞬时）动作的保护，简称电流速断保护。

1、工作原理

上图所示为单侧电源供电线路电流速断保护。线路AB末端K1点短路时，希望保护1瞬时动作；线路BC始端K2点短路时，希望保护2动作，按照选择性的要求，保护1不应动作。但实际上K1和K2点短路时，流过保护1的短路电流值几乎是一样的，保护1无法区分K1点短路还是K2点短路。为使保护1在K2点短路时不动作，必须使保护1的动作电流大于K2点短路时流过保护1的最大短路电流。这样K2点短路时，保护1不动作，保护2动作切除故障，保证了保护1、2的选择性。所以电流速断保护的动作电流应按躲过本段线路末端（下段线路始端）最大短路电流的条件整定。这样保护范围受系统影响方式的影响较大。  

曲线1是最大运行方式下短路电流的变化曲线，曲线2是最小运行方式下短路电流的变化曲线。直线3是保护1的最小动作电流，直线3与曲线1的交点为M，从保护1安装出到M点短路时，保护1能动作。M点以后短路保护1不能动作，保证的保护1的选择性，也使M-B段线路短路时无电流速断保护，称为电流速断保护的死区。由此可知，电流速断保护的选择性是靠动作电流来保证的，不能保护线路全长。N点是直线3与曲线2的交点，当系统在最小方式下运行时，保护1的范围为A-N，变小了，说明电流速断保护的范围受系统运行方式的影响很大。保护3按躲过变压器低压侧短路电流整定，电流速断保护也可以保护从C变电所线路到变压器组线路全长并深入变压器内高压侧。

2、整定原则

为了保证选择性，电流速断保护的一次动作电流按躲过被保护线路末端三相短路时流过保护安装处最大短路电流整定。可靠系数一般取1.2～1.3，即保护的一次动作电流取最大运行方式下，被保护线路末端三相短路时流过保护装置最大短路电流的1.2~1.3倍。

3、接线原理

如上图，单相电流速断保护由电流继电器KA、出口中间继电器KCO和信号继电器KS组成。正常时负荷电流小于KA的启动电流，KA不动作，其动合触点在断开状态。当保护区内短路时，短路电流超过KA的动作电流，KA动作，触点闭合启动KCO，KCO触点闭合将正电源经过信号继电器线圈、断路器QF辅助触点接通断路器跳闸线圈Y，断路器跳闸切除故障线路。同时信号继电器KS动作发出信号。

中间继电器KCO的作用：

1）增大接点容量；

2）利用其具有0.06~0.08s延时动作时间，躲过管形避雷器放电时引起速断保护误动作。

电流速断保护具有可靠的选择性和快速性，多用作线路的主保护。

二、限时电流速断保护

1、工作原理

由于无时限的电流速断保护不能保护本线路的全长，为此增设带时限的电流速断保护，用来切除本线路电流速断保护范围以外的短路故障，同时作为电流速断保护的后备保护。对它的要求是能保护线路的全长，并具有足够的灵敏性，其次是动作时间尽量短，其结果必然要延伸到相邻的下一级线路。为保证选择性和速动性，必须与下一级线路的电流速断保护在动作时限和保护范围上相配合。为使动作尽量缩短，限时电流速断保护的动作时间应比下一级电流速断保护大一个时间级差△t。

上图为单侧电源辐射线路，保护2电流速断保护的动作电流直线3与短路电流变化曲线的交点为N，B-N为保护2电流速断的保护范围。保护1的限时电流速断要保护AB线路全长，其动作电流必须小于AB线路末端的最小短路电流，则其保护范围必然会延伸到BC线路，但不能超过保护2电流速断的保护范围即N点。为此，保护1的限时电流速断保护动作电流直线2应大于保护2电流速断保护的动作电流直线3。

为保证选择性，保护1限时电流速断保护的动作电流时限必须要比保护2电流速断保护大一个时间级差△t。这样当B-C段故障时，保护2电流速断保护动作跳闸，保护1限时电流速断保护的时间未到，不动作，故障切除后保护1限时电流速断保护返回。所以限时电流速断保护的保护范围不应超过下一级相邻线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一级相邻线路电流速断保护大一个时间级差△t，否则将与下一级线路的限时电流速断保护抢动。  

2、整定原则

1）动作电流

按与相邻下一级线路的电流速断保护相配合，可靠性配合系数一般取1.1~1.2，即本线路限时电流速断动作电流取下一级线路电流速断动作电流的1.1一～1.2倍。

2）动作时限

应比下级线路电流速断保护的动作时限高出一个时间基差△t，从保护快速性来讲△t越小越好，从保护选择性来讲，△t又不能太小。

3、接线原理

限时电流速断保护的单相原理接线如上图所示，动作过程与电流速断保护基本相同，不同的是增加了时间继电器KT，这样当电流继电器KA启动后，还必须经过时间继电器KT的延时才能跳闸。

三、时限过电流保护

时限过电流保护简称过电流保护，其动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的。过电流保护灵敏度高，保护范围大，不仅能保护本线路全长，而且能保护下一级线路的全长甚至更远，可作为本线路主保护的近后备保护和下级线路的远后备保护。

1、过电流保护分类

过电流保护有两种：一种是保护启动后动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；另一种是动作时间与过电流值的大小有关，电流越大，动作越快，电流越小，动作越慢，称为反时限过电流保护。

1）定时限过电流保护动作时间不随短路电流的大小而变化。定时限是将线路各段的保护按时间阶梯原则整定，离电源方向越远，时限越短，越近则时限越长。每段时限级差大于0.5s。时限与短路电流的大小无关。电磁式过电流保护装置就是按定时限工作设定的。 

2）反时限过电流保护动作时间随短路电流的增大而自动减小。反时限的特点是保护装置动作时间，随短路电流的大小而变化，短路电流大，则动作时间短，反之，则动作时间长。感应式过电流保护装置就是按反时限原理工作的，但当短路电流的增加超过一定值时，动作时间不再缩短，此时电流速断装置动作，表现为定时限特性。

2、整定原则

1）动作电流

过电流保护动作电流必须大于负荷电流，在最大负荷电流时保护装置不动作，当下一级线路发生外部短路时，如果本级电流继电器已经启动，则在下级保护切除故障电流之后，本级保护应能可靠地返回。

2）动作时限

在单电源辐射形线路上，为满足选择性要求，过电流保护的动作时限应与下一级相邻线路配合，即离电源较近的上一级的动作时限应比相邻的离电源较远的下一级过电流保护的动作时限高出一个△t。各级过电流保护的动作时间如此整定，好似一个阶梯，这就是通常所说的阶梯形时限特性。

四、中性点不接地系统的单相接地保护

1、中性点不接地系统单相接地特点

1）未接地两相的对地电压升高到√3倍相电压，即等于线电压，故相对地的绝缘水平应根据线电压来设计。

2）各相间的电压大小和相位不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，可继续运行一段时间，但不许长期接地运行，尤其是发电机直接供电的电力系统，因为未接地相对地电压升高到线电压，一相接地运行时间过长可能会造成两相短路。所以在这种系统中，一般应装设绝缘监视或接地保护装置。当发生单相接地时能发出信号，使值班人员迅速采取措施，尽快消除故障。一相接地系统允许继续运行的时间，最长不得超过2h。

3）接地点通过的电流为电容性的，其大小为原来相对地电容电流的3倍，不容易熄灭，可能会在接地点引起弧光间歇、周期性地熄灭和重新发生电弧。弧光接地的持续间歇性电弧较危险，可能会引起线路的谐振现象而产生过电压，损坏电气设备或发展成相间短路。故在这种系统中，若接地电流大于5A时，发电机、变压器和电动机都应装设动作于跳闸的接地保护装置。  

2、利用零序电流互感器构成接地保护

1）工作原理

在采用电缆出线或经电缆引出的架空线路上，广泛采用套在电缆外面的零序电流互感器构成接地保护，如下图所示：

穿过零序电流互感器铁芯窗口的电力电缆间做零序电流互感器的一次绕组，正常及发生相间短路时，零序电流互感器二次绕组只输出不平衡电流，保护不动作。当发生单相接地故障时，零序电流互感器铁芯中出现零序磁通，该磁通在二次绕组上产生感应电势，故有电流流过电流继电器，当流过电流继电器的电流大于动作电流时，继电器动作。

2）零序电流互感器的安装

在安装零序电流互感器时，应注意将固定电缆头的铁支架对地绝缘，并将电缆头的接地线穿过零序电流互感器的铁芯窗口后再接地。原因是有些电力电缆具有铅包、铝包、铠装，如果电缆头接地线没有穿过零序电流互感器的铁芯窗口接地，在线路正常运行时，地中的杂散电流也在导电的电缆外皮上流动，可能引起零序电流保护误动作。当线路发生单相接地时，接地电流可通过电缆外皮和线路中的电容电流相抵消，致使保护装置拒绝动作。  

3）零序电流保护装置的动作电流整定

当某一线路上发生单相接地时，流过故障线路的零序电流为系统总的接地电容电流；流过非故障线路的零序电流为本身的电容电流。为了保证动作的选择性，保护装置的启动电流按躲过其他线路发生单相接地故障时流过本线路的电容电流整定。可靠系数不带时限取4～5，带时限取1.5～2。