【正文】 假設(shè)斷路器 8 斷開， 電源 f。 隨著電力工業(yè)的發(fā)展和用戶對供電可靠性要求的提高，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)實際上都是由 很多電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，此時，上述簡單的保護方式已不能滿足系統(tǒng)運行的要求。 第二節(jié) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護 一、方向性電流保護的工作原理 上一節(jié)所講的三段式電流保護是以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進行分析的，各保護都安裝在 被保護線路靠近電源的一側(cè)，在發(fā)生故障時，它們都是在短路功率 (一般指短路時某點電在每段保護動作跳閘的回路中分別設(shè)有連接片 LP， 以便根據(jù)運行的需要臨時停用任一段的保護。圖中電流速斷和限時電流速斷采用兩相星形的接線方式，而過電流保護則采用圖 2— 25 所示的接線， 以提高在 Y， d11 接線變壓器后面兩相短路時的靈敏性。 展開圖接線簡單，層次清楚，在掌握了其構(gòu)成的原則以后，更便于閱讀和檢查，因此，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。其特點是每個繼電器的線圈和觸點都不是緊靠地畫在一個圖形里，而是根據(jù)實際動作的情況分別畫在圖中不同的位置上，但仍然用同一 個符號來標(biāo)注， 以便查對。原理圖對整個保護的 工作原理能給出一個完整的概念，使初學(xué)者比較容易理解，但是交、直流回路合在一張圖 上，接線較復(fù)雜，有時難以進行回路的分析和檢查。 *八，三段式電流保護的接線圖舉例 繼電保護的接線圖一般可以用原理圖和展開圖兩種形式來表示。在這種情況下，采用兩相星形接線就可以保證有 2／ 3 的機會只切除一條線路， 這一點比之用三相星形接線是有優(yōu)越性的。 由于兩相星形接線 (包括圖 2— 25 的情況 )較為簡單經(jīng)濟，因此在中性點直接接地電網(wǎng) 和非直接接地電網(wǎng)中，都是廣泛地采用它作為相簡短路的保護。此外，它也可以用在中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。 根據(jù)以上的分析和比較，兩種接線方式的使 用情況如下。為了克服這個缺點，可以在兩相星形接線的中線上再接入一個繼電器，如圖 2— 25(口 )所示，其中流過的電流為 (幾 +／ Z)／／ 2，即為電流／彭／ o，因此利用這個繼電器就能提高靈敏系數(shù)。 當(dāng)過電流保護接于降壓變壓器的高壓側(cè)以作為低壓側(cè)線路故障的后備保護時，如果保護是采用三相星形接線，則接于召相上的繼電器由于流有較其它兩相大一倍的電流，因此靈敏系數(shù)增 大一倍，這是十分有利的。在故障點，抬二 — ／ 9，／ f 二 o，設(shè)厶側(cè)各相繞組中的電流分別為／由此可求出 根據(jù)變壓器的工 作原理，即可求得星形側(cè)電流的關(guān)系為圖 2— 25(凸 )為按規(guī)定的電流正方向畫出的電流分布圖， 2— 25(c)為三角形側(cè)的電流向量 圖 2— 25 Y， d11 接線降壓變壓器兩相短路時的電流分析及過電流保護的接線 (。 3．對 Y， d 接線變壓器后面的兩相短路 當(dāng) Y， d11 接線的升壓變壓器高 壓 (Y)側(cè) B— C 串聯(lián)線路上兩點接地的示意圖 自同一變電所引出的放射形線 路上兩點接地的示意圖 兩相短路時，在低壓 (厶 )側(cè)各相的電流為贈二抬和脂二 — 2 脂：而當(dāng) Y， d11 接線的降壓變壓器低壓 (厶 )側(cè)爿 — B 兩相短路時，在高壓 (Y)側(cè)各相的電流也具有同樣的關(guān)系，即168。如果采用兩相星形接線，即使是出現(xiàn)，的情況，它也能保證有 2／ 3 的機會只切除任一條線路，這是因為只要某一條線路上具有 6 相一點接地，由于，月相未裝保護，因此該線路就不被切除。 又如圖 2— 24 所示， 在變電所引出的放射形線路上，發(fā)生兩點接地短路時，希望任意切除一條線路即可。當(dāng)保護 1 和 2 均采用三相星形接線時， 由于兩個保護之間在定值和時限上都是按照選擇性的要求配合整定的，因此，就能夠保證 100％地只切除線路 B— C。例如，在圖 2— 23 所示的串聯(lián)線路上發(fā)生兩點接地短路時，希望只切除距電源較遠的那條線路 B— C，而不要切除線路。 1．對中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路 前面所述兩種接線方式均能正確反應(yīng)這些故障，不同之處僅在于動作的繼電器數(shù)目不一樣，三相星形接線方式在各種兩相短路時，均有兩個繼電器動作，而兩相星形接線方式在月 S 和召 C 相間短路時只有一個繼電器動作。因此， 當(dāng)保護裝置的起動電流整定為“，時，㈣ amp。 兩相星形接線如圖 2— 22 所示，用裝設(shè)在／ C 相上的兩個電流互感器與兩個電流繼電器分別按相連接在一起，它和三相 星形接線的主要區(qū)別在于刀相上不裝設(shè)電流互感器和相應(yīng)的繼電器，因此，它不能反應(yīng) S 相中所流過的電流。三個繼電器的觸點是并聯(lián)連接的，相當(dāng)于“或”回路，當(dāng)其中任一觸點閉合后均可動作于跳閘或起動時間繼電器等。 +／， +／。對相間短路的電流保護， 目前廣泛使用的是三相星形接線和兩相星形接線這兩種方式。保護的缺點是它直接受電網(wǎng)的接線以及、電力系統(tǒng)運 行方式變化的影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng) 最小運行方式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護范圍的要求。由于三段的起動電流和動作時間整定得均不相同，因此必須分別使用三個電流繼電器和兩個時間繼電器，而信號繼電器 6 和 9 則分別用以發(fā)出 I、Ⅱ、Ⅲ段動作的信號。 具有上述配合關(guān)系的保護裝置配置情況，以及各點短路時實際切除故障的時間也相應(yīng) 地表示在圖 2— 15 的下面，由圖可見， 當(dāng)全網(wǎng)任何地點發(fā)生短路時，如果不發(fā)生保護或斷路器拒絕動作的情況， 則故障都可以在 0． 5s 以內(nèi)的時間予以切除。繼續(xù)分析保護 3，其過電流保護由于要和保護 2 配合，因此動作時限要整定為 1～ 1． 2s， 一般在這種情況下，就需要考慮增設(shè)電流速斷或同時裝設(shè)電流速斷和限時速斷，此時保護 3 可能是兩段式也可能是三段式。在電網(wǎng)的倒數(shù)第二級上，保護 2 應(yīng)首先考慮采用 0。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過電流保護，或限時速斷加過電流保護，也可以 三者同時采用。即速斷是按照躲開某一點的最大短 路電流來整定，限時速斷是按照躲開前方各相鄰元件電流速斷保護的動作電流整定，而過 電流保護則是按照躲開最大負荷電流來整定。 *五、階段式電流保護的應(yīng)用及對它的評價 電流速斷、限時電流速斷和過電流保 護都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護裝置。以上要求同樣適用于以后要講的零序 Ⅲ段和距離Ⅲ段保護。例如在圖 2— 14 的網(wǎng)絡(luò)中， 當(dāng) J，點短 路時，應(yīng)要求各保護的靈敏系數(shù)之間具有下列關(guān)系在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)接線中，由于越靠近電源端時，保護裝置的定值越大，而發(fā)生故障后，各保 護裝 置均流過同一個短路電流，因此上述靈敏系數(shù)應(yīng)互相配合的要求是自然能夠滿足的。≥ 1． 2。 3．過電流保護靈敏系數(shù)的校驗 過電流保護靈敏系數(shù)的校驗仍采用 (2— 18)式， 當(dāng)過電流保護作為本線路的主保 護 時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求 X。 當(dāng)故障越靠近電源端時，短路電流越大，而由以上分析可見，此時過電流保護動作切 除故障的時限反而越 長，因此，這是一個很大的缺點。 這種保護的動作時限，經(jīng)整定計算確定之后，即由專門的時間繼電器予以保證，其動 作時限與短路電流的大小無關(guān)，因此稱為定時限過電流保護。 3 號 (線路刀 — C)保護的動作時間。 1 號 (電動機 )保護的動作時間； 例如在圖 2— 13 所示的網(wǎng)絡(luò)中，對保 護 4 而言即應(yīng)同時滿足以下要求： 引入時間階段刀／，則保護 2 的 動作時限為 保護 2 的時限確定以后，當(dāng) d：點 短路時，它將以 f：的時限切除故障， 此時為了保證保護 3 動作的選擇性， 又必須整定， ，：。 保護 1 位于電網(wǎng)的最末端，只要電動機內(nèi)部故障，它就可以瞬時動作予以切除，／ 1 即為保護裝置本身的固有動作時間。這樣當(dāng) Jl 點短路時，保護 1— 5 在短路電流的作用下都可能起動，但要滿足選擇性的要求，應(yīng)該只有保護 1 動作，切除故障，而保護 2～ 5 在故障切除之后應(yīng)立即返回。這就是為什么要求過電流繼電器應(yīng)有較高的返回系數(shù)的原因。根據(jù) (2— ?)式引入繼電器的返回系數(shù) Kh，則保護裝置的起動電流即為 — 可靠系數(shù)，一般采用 1． 15— 1． 25； — 自起動系數(shù)，數(shù)值大于 1，應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負荷性質(zhì)確定； — 電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用 0． 85。大于。 ax 之比，即 保護 4 和 5 在這個電流的作用下必須立即返回。還必須考慮到， 由于短路時電壓降低，變電所 B 母線上所接負荷的電動機被制動，因此，在故障切除后電壓恢復(fù)時， 電動機要有一個自起動的過程。例如在圖 2— 13 所示的網(wǎng)絡(luò)接線中，當(dāng) dl 點短路時，短路電流將通過保護 3，這些保護都要起動，但是按照選擇性的要求應(yīng)由保護 3 動作切除故障，然后保護 4 和 5 由于電流已經(jīng)減小而立即返回原位。 1．工作原理和整定計算的基本原則 為保證在正常運行情況下過電流保 護絕不動作，顯然保護裝置的起動電流必須整定得 大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負荷電流。它在 正常運行時不應(yīng)該起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情 況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的 作用。而不會形成誤動作。 4．限時電流速斷保護的單相原理接線 限時電流速斷保護的單相原理接線如圖 2— 12 所示，它和電流速斷保護接線 (見圖 2—6) 的主要區(qū)別是用時間繼電器代替了原來的中間繼電器，這樣當(dāng)電流 繼電器動作后，還必須經(jīng)過時間繼電器的延時心才能動作于跳閘。 當(dāng)校驗靈敏系數(shù)不能滿足要求時，那就意味著將來真正發(fā)生內(nèi)部故障時，由于上述不 利因素的影響保護可能起動不了，也就是達不到保護線路全長的目 的，這是不允許的。 為什么在進行校驗時必須滿足以上要求 ?這是考慮到當(dāng)線路末端短路時，可能會出現(xiàn) 一些不利于保護起動的因素，而在實際上存在這些因素時，為使保護仍然能夠動作，顯然 就必須留一定的裕度。設(shè)此電流為／ d．。但不必考慮可能性很小的特殊情況。對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護裝置，靈敏系數(shù)的含義是 由此可見，當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷保護以后 3．保護裝置靈敏性的校驗 為了能夠保護本線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，具有足夠的反應(yīng)能力，這個能力通常用靈敏系數(shù) K。的時間被切除，此時保護 2 的限時速斷雖然可能起動，但由于心較大一個 J／，因而從時間上保證了選擇性。 按照上述原則整定的時限特性如圖 2— 11(口 )所示。例如，當(dāng)采用晶體管電流繼電器時 (見圖 2— 3)， 由于濾波回路時間常數(shù)的影響，在加入繼電器的故障電流消失以后，觸發(fā)器不能立即返回，此延遲返回時間與上述時間常 數(shù)有關(guān)，在設(shè)計制造和使用時應(yīng)予以注意。 (3)J／應(yīng)包括保護 2 中時間繼電器可能比預(yù)定的時間提早／ +叫動作閉合它的觸點。要大，才能動作?，F(xiàn)以線路刀 — C 上發(fā)生故障時，保護 2 與保護 1 的配合關(guān)系為 例，說明確定 J／的原則如下： (1) 刀 f 應(yīng)包括故障線路斷路器 DL 的跳閘時間／ Dil(即從操作電流送入跳閘線圈 的瞬間算起，直到電弧熄滅的瞬間為止 )， 因為在這一段時間里，故障并未消除，因此保護2 在故障電流的作用下仍處于起動狀態(tài)。 2．動作時限的選擇 從以上分析中已經(jīng)得出，限時速斷的動作時限心， 應(yīng)選擇得比下一條線路速斷保護的 動作時限168。由于故障位于線路月 — C 的范圍以內(nèi)， 當(dāng)其電流速斷不動之 后，本應(yīng)由保護 1 的限時速斷切除故障，而如果保護 2 的限時速斷也起動了，其結(jié)果就是 兩個保護的限時速斷同時動作于跳閘，因而保護 2 失去了選擇性。 設(shè)保護 1 裝有電流速斷，其起動電流按 (2— 11)式計算后為／， dz．，它與短路電流變化曲線的交點 M 即為保護 1 電流速斷的保護范圍，當(dāng)在此點發(fā)生短路時，短路電流即為／， d．．， 速斷保護剛好能動作?！疄榱耸惯@一時限盡量縮短，照例都是首先考慮使它的保護范圍不超出下一條線路速斷保護的范圍，而動作時限 則比下一條線路的速斷保護高出一個時間階段，此時間階段以 J／表示。正是由于它能以較小的時限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為限時電流速斷保護。 三、限時電流速斷保護 由于有選擇性的電流速斷不能保護本線路的全長，因此可考慮增加一段新的保護，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷的后備，這就是限時電流速斷保護。 而當(dāng)線路短時，由于短路電流曲線變化平緩，速斷保護的整定值在考慮了可靠系數(shù)以后，其保護范圍將很小甚至等于零，如圖 2— 8(凸 )所示。 (2)如圖 2— 8 所示為被保護線路長短不同的情況，當(dāng)線路較長時，’其始端和末端短 路電流的差別較大，因而短路電流變化曲線比較陡，保護范圍比較大，一般放電時間可能持續(xù)到 0． 04— 0． 06 9。但當(dāng)避霄器放完電以后，線路即恢復(fù)正常工作， 因此，保護不應(yīng)該誤動作。當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用。 圖 2— 6 電流速斷保護的單相 圖 2— 7 系統(tǒng)運行方式變化對電