单侧电源辐射式输电线路

单侧电源辐射式输电线路 1、掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原 理、工作特性及整定原则。 2、理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器 的功用。 3、掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。 1、三段式电流保护为什么要使各段的保护范围和时限特性相配合？ 2、由指导教师提供有关技术参数，你能对三段式电流保护进行计算与整定 吗？ 3、为什么在实验中，采用单相接线三段式保护能满足教学要求？你能将图 22-2正确改绘成单相式接线图吗？ 4、为什么可取消电流互感器，直接将各段电流继电器的电流线圈串入一次 侧的模拟接线中？ 5、三段式保护模拟动作操作前，是否必须对每个继电器进行参数整定？为 什么？ 6、在辐射式输电线故障模拟接线中，“R、R 、R、R、R’”各代表什么？12ff S的设置可分别模拟什么性质的短路故障？ 1 7、断路器QF是用什么元件模拟的？写出控制回路合闸时及保护动作后跳 闸时的电路工作原理？ 1、阶段式电流保护的构成 无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全 长，但却不能作为下一线路的后备保护，还必须采用过电流保护作为本线路和下 一线路的后备保护。由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保IIIIC护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。 tI0.5tI0.5BXLA-2-1XL～312 t t III1 III2IIIIII2 211 0I 图22-1 三段式电流保护各段的保护范围及时限配合 输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。 例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后， 此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。 又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区， 这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。 在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的 保护范围和时限特性见图22-1。XL-1线路保护的第?段为无时限电流速断保护， 它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为tI，它由继电器1 的固有动作时间决定。第?段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1 III的全部并延伸至线路XL-2的一部分，其动作时限为tt+?t。无时限电流速1 = 2 断和带时限电流速断是线路XL-1 信号TQQF+QF BCJ+- -1XJ2XJ3XJ ++t1SJ2SJt--+ IIIIIII5LJ1LJ2LJ3LJ4LJ6LJ7LJAC LHLHac (a) -KM+KM1LJ3LJ5LJ控制电源小母板 FUFULHa1XJ熔 断 器2LJ4LJ6LJ1LJ LH无时限电流速断2LJc2SJ7LJ3LJ 带时限电流速断4LJ交流电流回路3SJ 5LJ+KM6LJ定时限过 电流保护7LJ 2XJBCJ1SJ 1LJ至信号3XJ2LJ出口中间继电器 3LJTQBCJQF 信号回路跳闸回路直流回路(b) 图22－2 三段式电流保护接线图 （a）原理图 （b）展开图 的主保护。第?段为定时限过电流保护，保护范围包括XL-1及XL-2全部，其 IIIIIIIIIIII动作时限为t，它是按照阶梯原则来选择的，即t=t+?t ，t 为线路11 22 XL-2的过电流保护的动作时限。当线路XL-2短路而XL-2的保护拒动或断路器 拒动时，线路XL-1的过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，这 种后备作用称远后备。线路XL-1本身故障，其主保护速断与带时限速断拒动时， XL-1的过电流保护 也可起后备作用，这种后备作用称近后备。 综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的 特点构成的。 无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则， 它是靠动作电流的整定获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和 动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电流保 护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原 则。它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。 2、阶段式电流保护的电气接线 图22-2为三段式电流保护接线图，其中1LJ、2LJ、1XJ、BCJ构成第?段无时限电流速断保护；3LJ、4LJ、1SJ、2XJ、BCJ构成第?段带时限电流速断保 护；5LJ、6LJ、7LJ（两相三继电器式接线）、2SJ、3XJ、BCJ构成第?段定时限过电流保护。BCJ为保护出口中间继电器，任何一段保护动作时，均有相应的信 号继电器动作指示，从指示可知道哪段保护曾动作过，从而可故障的大概范 围。 3、一次网络模拟接线 单侧电源辐射网络见图22-1，在母线A和母线B上都装有三段式电流保护。由于正常时，系统三相是对称的，所以在实验室中可采用单相一次网络模拟接线 图，如图22-3所示。 4、绘制三段式电流保护单相式接线图 本实验安装调试内容为线路XL-1上的三段式电流保护装置，但要考虑与线 路XL-2上的三段式电流保护配合，可参考图22-1。实验中采用DL-20C系列电流继电器，组合型DXM-2A信号继电器，DS-20时间继电器和DZB-10B中间继电器，为了简化实验接线，每一段保护中电流继电器只装一个。要求每一位学生 在实验前参照图22-2绘制一张完整的三段式电流保护单相式展开图。 如图22-4所示35千伏单侧电源辐射式线路, XL-1的继电保护拟定为三段式电流保护，保护采用两相不完全星形接线。选定线路XL-1的正常最大工作电流为0.25安，（模拟一次电流等于二次电流，因此电流互感器采用一比一， 也可将电流继电器线圈直接串入）在最大运行方式下及最小运行方式下D、D12 及D点三相短路电流值见表22-1。 3 II ABCtI0.535千伏 D2 ～D23D11XL-2 XL-1 图22-4 三段电流保护计算网络图 （一）、一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流 表22-1 XL-1的正常最并R后的负f短 路 点 DD D1 23 大工作电流 荷电流 最大运行方式下三0.694.5 1.75 0.25 0.5 相短路电流（安） 5 最小运行方式下三1.460.643 / / 相短路电流(安) 5 5 （二）、三段保护动作值的整定计算 1、线路XL-1的无时限电流速断保护 电流速断保护的动作值按大于本线路末端D 点短路时流过保护的最大短路2电流I来整定，即保护的一次动作电流为： 。dL2Zd III..=K.=1.3×1.75=2.275安 db1KdL2Zd （22-1） 式中 K——可靠系数，对电流速断取1.2~1.3： K 继电器的动作电流为： K1 j III..= ------- I..= ------ ×2.275=2.275安 dj1db1（22-2） n1/1 L 式中：K=1，电流互感器变比n采用1?1。 JL 选用DL-24C/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.5~6安，本段保 护整定2.28安。 6.3KVII 单GS2DQF38.5KV电I0.5TBC~源A辐 射XL--1XL--2网D1GSQF1QF2络QF~ 3LJ5LJ0~5A1LJA 单2D3DD1电A CB源Ω812.631.212.6QFΩΩ辐Ω射RLH1LH2RR1 网XL-1XL-2络Ω模KSR'fRfS拟12110 110结线~220V 图22 –3 (a) 三段式电流保护交流电流部分（一次网络模拟接线）实验接线图 220V(+)220V(-) 直流操作电源 1XJ1LJ无时限电流速断 I 1SJ3LJ带时限电流速断数字式电秒表 5LJ2SJ定时限过电流保护 QF1SJBCJIII2XJIII I出口中间断电器2SJ3XJ 3LJI BCJQF带时限电流速断 跳闸回路保动作时限测定TQ护 操1XJGP作 三段式电流保护动2XJ及作指示 信 3XJ号数字式电秒表电流速断信号继电 回1XJ器指示灯回路路 QFIIIIII带时限电流速断信2XJ号继电器指示灯回路 5LJ 过流保护过电流信号继电器3XJ动作时限测定指示灯回路 V1XJ信号继电器复V2XJ归回路 V3XJ 图22—3（b） 三段式电流保护直流部分实验接线图 2、线路XL-1的带时限电流速断保护 要计算线路XL-1的带时限电流速断保护的动作电流，必须首先计算出线路 XL-2无时限电流速断保护的动作电流II.. db2 I I..=KI.=1.3×0.695＝0.9035安 db2KdL3Zd （22-3） 线路XL-1的带时限电流速断保护的一次动作电流为： IIII.=K I..=1.1×0.9035=0.99385安 db1Kdb2 (22-4) 继电器的动作电流为: K1 j IIIII.= ------ I.= ---- 0.99385 = 0.99385安 dj1db1 (22-5) n1/1 L 选用DL-24C/2型电流继电器，其动作电流的整定范围为0.5~2安，本保护整定0.9936安。 动作时限应与线路XL-2无时限电流速断保护配合, 即： tIII=t+?t=0+0.5=0.5秒 12 (22-6) 选用DS-22型时间继电器。其时限调整范围为1.2-5秒，为了便于学生在操2 作中观察,本保护整定为3秒。 点最小短路电流来校验灵敏度。最小运行方式下的两相短路电流为： 带时限电流速断保护应保证在线路XL-1末端短路时可靠动作，为此以D ?3 （）（）23I.= ---- I.= 0.866×1.465 = 1.269安 dL2zxdL2zx (22-7) 2 则在线路XL-1末端短路时,带时限电流速断保护的灵敏系数为 I（）2.1.269 dL2zx K= -------------- = ----------- =1.277 > 1.25 L (22-8) II I.. 0.994 db1 3、线路XL-1的过电流保护装置 （1）、过电流保护的动作电流整定原则： a、只有在被保护线路过流时它才起动，在最大负荷电流I.时保护装置的fhzd电流继电器不应动作。即: I.I. db > fhzd (22-9) b、当外部短路时，如本线路过电流继电器已起动，但由于下一线路上2号保护的时限短而首先动作，使2QF跳闸，短路电流消失，当电流降低到最大负 荷电流后，本线路的过电流继电器应能可靠地返回。同时应考虑由于故障切除后 电压恢复，负荷中的电动机自起动，可能出现最大负荷电流，为使1号保护的过电流继电器能可靠返回，它的返回电流应大于故障切除后线路XL-1的最大负荷电流，即: I .I. fb > fhzd (22-10) （2）、过电流保护的动作电流整定计算 过电流保护的一次动作电流为： K1.2×1.3 Kzq IIII..= -------------I.= --------------× 0.25 = 0.4588 安 db1gzd (22-11) Kf 0.85 K 式中 K——可靠系数,取1.2； K Kq——自起动系数，取1.3； z K——返回系数，取0.85。 f 继电器动作电流为: K1 j IIIIIII.= ---------- I.= ------×0.4588 = 0.4588安 。dj1db1 (22-12) n1/1 L 选用DL-24C/2型电流继电器，其动作电流整定范围为0.15~0.6安，本保护 整定在0.459安。 （3）、过电流保护动作时限的整定 为了保证选择性，过电流保护的动作时限按阶梯原则整定，这个原则是从用 户到电源的各保护装置的动作时限逐级增长一个?t。所以动作时限tIII应与线路1 IIIXL-2过电流保护动作时限t相配合。如: XL-2过电流保护动作时间为2.5秒时，2 XL-1过电流保护动作时限为 IIIIIIt=t+?t=2.5+0.5=3秒 12 (22-13) 本实验为了便于观察可取7秒。选用DS-23型时间继电器，其时限调整范 围为2.5~10秒。 （4）过电流保护的灵敏度校验 a、为了保证被保护线路全长范围内发生短路时，过电流保护均能可靠地动 作，选择被保护线路末端D 点作为线路XL-1过电流保护的灵敏度校验点，应2 用D点发生短路时，流过保护装置的最小短路电流计算灵敏度系数。根据规程2 规定，这个灵敏度系数的最小允许值为1.5。 b、对于定时限过电流保护不仅要求它在本段线路上发生短路时能可靠地动 点作为后备保护时的灵敏度校验点，3 作，而且相邻元件的继电保护或断路器拒绝动作时也能可靠动作，起到相邻元件用D点短路时，流过保护的最小短路电流计算灵敏度系数，根据规程要求，这3 后备保护的作用，故选择相邻元件末端D 个灵敏度系数应大于1.2。 根据以上要求过电流保护分别对本线路XL-1末端D短路及下一线路XL-22 末端D短路时校验灵敏度得： 3 在线路XL-1末端D点短路时，过流保护的灵敏系数为： 2 （）2 I.1.269 dL2zx K= -------------- = ----------- = 2.76 > 1.5 (22-14) 满足要L 求 III I.. 0.459 db1 在线路XL-2末端D点短路时，过流保护的灵敏系数为： 3 （）（）23 I.I. 0.866×0.645 dL3zx 0.866dL3zx K= -------------- = --------------------- = --------------------- = 1.217>1.2 L (22-15) IIIIII I.. I.. 0.459 db1db1 满足要求 根据以上各项计算值首先对各段保护的继电器进行整定，然后进行整组实验 及动作分析。 （三）、三段式电流保护选用的继电器规格及整定值总表 表22 - 2 编实 验 线圈 用 途 型号规格 整定范围 号 整定值 接法 1LJ 无时限电流速断 DL～24C/6 1.5～6安 2.28安 串联 1X电流速断信号 DXM～2A 0.015安220伏 J 3LJ 带时限电流速断 DL～24C/2 0.5～2安 0.994安 串联 1SJ 限时速断时间 DS～22 1.2～5秒 3秒 2X限时速断信号 DXM～2A 0.015安 220伏 J 5LJ 定时限过电流 DL～24C/2 0.15～0.6安 0.459安 并联 2SJ 过电流时间 DS～23 2.5～10秒 7秒 3X过电流信号 DXM～2A 0.015安 220伏 J BC出口中间 DZB～12B 220伏0.5安 J 序号 设备名称 使 用 仪 器 名 称 数量 1 ZB01 断路器触点及控制回路模拟箱 1只 2 ZB03 数字式电秒表及开关组件 1只 3 ZB04 空气开关组件 1只 4 ZB06 光字牌 1个 DL－24C/6电流继电器 1只 5 ZB11 DZB－12Β出口中间继电器 1只 DXM－2A信号继电器 1只 DL- 24C/2电流继电器 1只 6 ZB12 DS－22时间继电器 1只 DXM－2A信号继电器 1只 DL－24C/0.6电流继电器 1只 7 ZB13 DS－23时间继电器 1只 DXM－2A信号继电器 1只 可调电阻器16Ω 2个 8 ZB44 可调电阻器31.2Ω 1个 9 ZB35 存储式智能真有效值交流电流表 1只 变流器 1只 复归按钮 1只 10 DZB01－1 交流电源 1路 单相自耦调压器 1只 2.6Ω 1只 1 可调电阻R11 DZB01－2 可调电阻R 220Ω 4个 f 12 DZB01 直流操作电源 1路 1、三段式电流保护实验接线和单电源辐射网络故障模拟接线的实验总图见 图22－3（a）和图22－3（b），按图接线完毕后首先进行自检，然后请指导教师 检查，确定无误后，接入直流操作电源待试验。 2、根据（表22-2）三段式电流保护选用的继电器规格及整定值总表提供的 技术参数, 对各段保护的每个继电器进行整定，使各个继电器的动作值符合表 22-2。 3、根据（表22-1）一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流总表提供 最大运行方式下的技术参数，对单电源辐射网络故障模拟接线中的限流电阻R，模拟线路故障电阻R’ 、R ，负荷电阻R、附加负荷电阻R进行调试整定，12f f 使各点参数符合表23-1。然后断开所有短路点及附加负荷电阻。 4、合上电源开并K，再按合闸按钮，使QF合闸，检查负荷电流应符合要 求（不符合应进行调整），然后合上继电保护直流操作电源闸刀，使保护投入工 作。 5、模拟过负荷起动过电流保护：接上附加负荷电阻R’，此时线路XL-1和f 线路XL-2的过电流保护均起动。但应由2号过电流保护装置动作使其断路器 QF跳闸，断开线路XL-2。 2 6、拆除附加负荷电阻，合上QF，将S开关所接滑线电阻R滑动触头向C22 端，模拟BC线路末端短路，使保护起动，作好动作记录。 7、将S开关所接滑线电阻R的滑动触点滑向电阻中间及B端，分别模拟22 BC线路中间及始端短路，使保护起动，并作好动作情况记录。 开关所接滑线电阻的滑动触点分别滑向B及电阻中间，模拟AB线1 路末端及中间短路，作好保护动作情况记录。 8、将S9、根据三段式电流保护参数整定计算，调整限流电阻R，分别模拟最大运行方式下的三相短路和最小运行方式下的两相短路进行试验操作，分析研究各段 保护的技术特性。 在试验操作前必须熟悉三段式电流保护的实验接线和单电源辐射网络故障 模拟接线，认真按照的要求，正确接线，细心操作，实验中要特别注意 直流电压回路和交流电流回路的正确联接，调试中要注意观察电流表的指示，每 一个操作试验环节要确保其正确性和安全性。 实验前要认真阅读实验指导书和有关教材，进行预习准备。实验结束后要认 真总结，针对电流速断、带时限电流速断、过电流保护的具体整定测试方法，按 要求及时写出实验。解答实验思考题并以书面形式附在实验报告后。 表22－1 实验整序 代 线圈电流带时限过电型号整定用途 定值或接法 速断 电流速流 规格 范围 号 号 额定工断 作值 1 1LJ 2 1XJ 3 3LJ 4 2XJ 5 1SJ 6 5LJ 7 3XJ 8 2SJ 9 BCJ 10 TQ 11 GP 12 A 13 电秒表 1 14 电秒表 2 15 R 16 R1 17 R2 18 Rf 19 Rf '