单侧电源辐射形电网三段式过电流保护
电网的电流保护
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
若 和E S 为Z常S 数，则短路电流将随着 L k 的减小而增大，经计算后可绘
出其变化曲线，如图2.2所示。若Z S 变化，即当系统运行方式变化时，短 路电流都将随着变化。 当系统阻抗最小时，流经被保护元件短路电流最大的运行方式称为最大运 行方式。 图2.2中曲线1表示系统在最大运行方式下短路点沿线路移动 时三相短路电流的变化曲线。 短路时系统阻抗最大，流经被保护元件短路电流最小的运行方式称为最小 运行方式。在最小运行方式下，发生两相短路时通过被保护元件的电流最 小，即最小短路电流为
E S ——系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压；
Z S — 保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗；
Z 1 ——线路单位长度的正序阻抗，单位为；
1.10
L k ——短路点至保护安装处之间的距离。
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
图2.2 单侧电源辐射形电网电流速断保护工作原理图 1.11
1.2
第2章 电网的电流保护 本章内容
● 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 ● 2.2 电网相间短路的方向性电流保护 ● 2.3 大电流接地系统的零序电流保护 ● 2.4 小电流接地系统的零序电流保护 ● 思考题与习题
1.3
第2章 电网的电流保护 2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护
对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护，即第一 段为无时限电流速断保护，第二段为限时电流速断保护，第三段为定时 限过电流保护。其中第一段、第二段共同构成线路的主保护，第三段作 为后备保护。
1. 工作原理
对于图2.2所示的单侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路的电源侧装
三段式电流保护实验
实验三三段式电流保护实验三段式电流保护包括电流速断保护，限时电流速断保护和过电流保护三段，在实验中第一段电流速断保护由电流继电器DL－21C/6（第1列上面的继电器）构成；第二段限时电流速断保护由电流继电器DL－21C/3（第1列下面的继电器）和时间继电器DS－21（第二列下面的继电器）构成；第三段过电流保护由电流继电器DL－21C/3（第3列上面的继电器）和时间继电器DS－21（第三列下面的继电器）构成。
【实验名称】三段式电流保护实验【实验目的】1.掌握无时限电流速断保护、限时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。
【预习要点】1.复习无时限电流速断保护、限时电流速断保护及过电流保护相关知识。
2.根据给定技术参数，对三段式电流保护参数进行计算与整定。
【实验仪器设备】6EPL-05继电器（二）—DS-21时间继电器1 7EPL-06继电器（四）—DZ-31B中间继电器1 8EPL-17三相交流电源1 9EPL-11直流电源及母线110EPL-32继电器（三）—DL-21C电流继电器—DS-21时间继电器1【实验原理】1．无时限电流速断保护三段式电流保护通常用于3-66kV电力线路的相间短路保护。
在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。
在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。
短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。
图3-1曲线1表示在最大运行方式下发生三相短路时，线路各点短路电流变化的曲线；曲线2则为最小运行方式下两相短路时，短路电流变化的曲线。
图3-1 瞬时电流速断保护的整定及动作范围由于本线路末端f1点短路和下一线路始端的f2点短路时，其短路电流几乎是相等的（因f1离f2很近，两点间的阻抗约为零）。
实验五 单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验
实验五单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验一、实验目的1. 学习辐射式输电线路的工作原理；2. 学习三段式电流保护的原理；3. 掌握电流保护的实现方法。
二、实验原理1. 辐射式输电线路的工作原理辐射式输电线路由两根并联的接地导线和一根串联的电源导线组成，如图1所示。
其中，接地导线与地面之间的接触电阻为Rg，电源导线与接地导线之间的阻抗为Zs，接地导线的长度为L1，电源导线到接地导线的距离为L2。
当电源导线上有故障时，电流会通过接地导线流回地面，造成地面电势的变化，从而通过间接耦合方式，在接地导线的两端产生电压差，导致故障检测器动作。
辐射式输电线路由于可以在较长距离内检测到电流故障，因此广泛应用于电力系统中。
2. 三段式电流保护的原理三段式电流保护是指对输电线路进行分段，每一段采用不同的电流保护元件进行保护。
根据电流保护器的出口位置，可以将三段式电流保护分为三段开关保护和三段差动保护两种类型。
其中，三段开关保护的原理如图2所示。
在接地导线A，B，C处分别安装一台电流保护器，当线路发生故障时，保护器会自动将故障区隔开，使得故障得到范围控制。
三段差动保护的原理如图3所示。
首先将辐射式输电线路分为三段，在每一段的两端分别安装一台电流互感器，经过差动电压变压器放大信号，将信号传到差动继电器进行比较，当两端电流存在差异时，差动继电器动作，从而发出保护信号。
三段差动保护能够保证对所有的接地故障均能进行快速、准确的检测，并且具有灵敏度高、鲁棒性好的优点。
3. 实现方法本实验采用三段开关保护的实现方法，不同段之间通过开关控制进行区隔。
当线路发生故障时，熔丝或保险丝将烧断，实现故障的区隔。
在实验中，我们通过模拟故障的方法验证了三段开关保护的有效性。
三、实验内容1. 实验器材（1）示波器：用于观察电压和电流波形；（2）交流稳压电源：用于提供实验电源；（3）三段开关保护实验箱：用于模拟辐射式输电线路和三段开关保护电路；（4）电阻箱：用于在线路中加入负载。
三段式电流保护整定计算实例
三段式电流保护整定计算实例：如图所示单侧电源放射状网络，AB 和BC 均设有三段式电流保护。
已知：1）线路AB 长20km ，线路BC 长30km ，线路电抗每公里欧姆；2)变电所B 、C 中变压器连接组别为Y ，d11，且在变压器上装设差动保护；3）线路AB 的最大传输功率为，功率因数，自起动系数取；4）T1变压器归算至被保护线路电压等级的阻抗为28欧；5）系统最大电抗欧，系统最小电抗欧。
试对AB 线路的保护进行整定计算并校验其灵敏度。
其中25.1=I relK ，15.1=II rel K ，15.1=III rel K ，85.0=re K整定计算：① 保护1的Ⅰ段定值计算)(1590)4.0*204.5(337)(31min .)3(max .A l X X E I s skB =+=+=)(1990159025.1)3(max ,1A I K I kB I rel I op =⨯==工程实践中，还应根据保护安装处TA 变比，折算出电流继电器的动作值，以便于设定。
按躲过变压器低压侧母线短路电流整定:选上述计算较大值为动作电流计算值.最小保护范围的校验：=满足要求②保护1的Ⅱ段限时电流速断保护与相邻线路瞬时电流速断保护配合)(105084025.12A I I op =⨯==×=1210A选上述计算较大值为动作电流计算值，动作时间。
灵敏系数校验：可见，如与相邻线路配合，将不满足要求，改为与变压器配合。
③保护1的Ⅲ段定限时过电流保护按躲过AB 线路最大负荷电流整定：)(6.3069.010353105.985.03.115.136max 1.A I K K K I L re ss III rel IIIop =⨯⨯⨯⨯⨯⨯== =动作时限按阶梯原则推。
此处假定BC 段保护最大时限为，T1上保护动作最大时限为，则该保护的动作时限为+=。
灵敏度校验：近后备时：B 母线最小短路电流：)(1160)4.0*209.7(237)(3231max .)2(min .A l X X E I s s kB =+⨯=+⨯= )5.1~3.1(78.36.30611601.)2(min ..>===III op B K sen I I K 远后备时：C 母线最小短路电流为：2.197.16.3066601.)2(min ..>===III op c k sen I I K。
4输电线路继电保护
P UICOS
(2) 接线方式
① 零度接线
对A相的功率方向继电器，加入电压UK ( U A)和电
流 IK ( IA)，则当正方向短路时
KA
arg
U A Ik1A
k1
反方向短路时，KA
arg
k
U A Ik2A
180 k2
Krel Kss K re
I lm ax
(4-12)
式中 Krel ——可靠系数，一般采用1.15~1.25；
K—ss 自起动系数，数值大于1； K—re —电流继电器的返回系数，一般采用0.85。
(2) 按选择性的要求整定过电流保护的动作时限
k2
k1
图4-8 单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限选择说明
在一般情况下，距离保护装置由以下元件组成，其逻辑
关系
如图4-21 起动
所示。
Z
Z
t
≥1
&
出口
跳闸
Z
t
图4-21 三段式距离保护的组成元件和逻辑框图
4.3 双侧电源网络相间短路保护
在线路两侧都装上阶段式电流保护(因为两侧均有 电源)，则误动的保护都是在自己保护线路的反方向发 生故障时，由对侧电源供给的短路电流所致。
set
情况，此时为负值，如图4-13所示。
set k set
k
k set
set k
set k
k set
k set
set
k
k set
图4-11测量阻抗在圆内 图4-12 测量阻抗在圆外 图4-13 ZK超前于Zset的向量关系
图9-20 距离保护的作用原理 (a) 网络接线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(b) 时限特性
三段式电流保护(通用教材)
模块1 线路相间故障的三段式电流保护 （TYBZ01301001） 模块2 电网相间短路的方向电流保护 （TYBZ01301002） 模块3 电网的接地保护 （TYBZ01301003）
模块1 线路相间故障的三段式电流保护 （TYBZ01301001）
【模块描述】 本模块包含三段式电流保护的 工作原理，保护范围，整定计算，正确接线和 特点分析，通过对上述内容的讲解，分析，掌 握继电保护的概念，三段式电流保护在保护范 围，动作值，动作时间上的配合和正确的接线 方式。达到全面掌握三段式电流保护的目的。
模块2 阻抗继电器的构成原理及应用 （TYBZ01302002）
【模块描述】本模块包括反应相间故障和接地 故障的阻抗继电器的构成原理，正确接线及应 用。通过介绍其测量阻抗，整定阻抗，动作阻 抗等内容，达到深刻理解阻抗继电器的构成的 目的。
阻抗继电器的构成原理
阻抗继电器的工作电压
U I Z U OP m m set
模块5 接地距离保护（TYBZ01302005）
【模块描述】本模块介绍接地故障时的特点和 测量阻抗的大小，影响接地继电器正确动作的 因素和解决方法。通过对上述内容的介绍，达 到深刻理解接地距离保护的目的。
接地距离保护
反应接地故障阻抗继电器的接线方式
1 Z l ( I I I I Z 0 I ) Z l ( I 1 I Z 0 Z1 ) UA 1 1 2 0 0 0 1 A 0 Z1 Z1
模块2 电网相间短路的方向电流保护 （TYBZ01301002）
【模块描述】本模块讨论以电流的方向为判据， 解决两侧电源或单电源环网线路电流保护的选 择性问题。通过问题的提出和解决，达到理解 掌握方向元件的构成，正确动作，正确接线和 整定计算的目的。
电力系统继电保护的要求
K3点故障，6QF断路器因故拒绝动作时，则应由保 护装置5动作，作用于5QF开关跳闸，将故障线路L4 连同L3一起切除。这种情况仍然可以认为有选择性， 即保护装置5是保护装置6的后备保护。
2、快速性。继电保护快速性是指继电保护应以允许的 可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或中 止异常状态发展。继电保护快速动作可以减轻故障 元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成 功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的 稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高 电力系统暂态稳定的最重要手段。
当线路L3上D1点发生短路故障时，短路电流ID由 电源经线路L1、L2至L3短路点。由于短路电流ID经 过保护装置1、2、3，且ID大于各保护电流继电器的 动作电流，所以上述各保护装置的电流继电器均起 动。按选择性的要求，此时只应由保护装置3动作， 使断路器3DL跳闸。3DL跳开后，短路电流消失，于 是保护装置1和2的电流继电器还来不及使断路器1DL 和2DL跳闸，就都返回到原来位置。过电流保护的选 择性是由各保护装置具有不同的动作时间来保证的。
例如：反应电流增大构成的过电流保护；反应电压降低 构成的低电压保护；反应电压与电流的比值变化构成的 距离保护；同时反应被保护元件两端电气量的快速保护， 如差动保护、高频保护等；反应不对称或异常运行时出 现的判据，如负序或零序分量的保护启动元件；反应非 电气量的保护，如瓦斯保护和压力及温度保护等。
2、继电保护装置一般有三大部分组成：测量部分、逻 辑部分、执行部分 。
2、反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作 情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人 员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动 地进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设 备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许 带一定的延时动作。
关于三段式保护
关于三段式保护第三章 第一节 单侧电源电网相间短路三段式电流保护一、阶段式电流保护的应用和评价阶段式电流速断保护一般由三段式构成：三段式：Ⅰ段 瞬时电流速断保护、Ⅱ段 限时电流速断保护、Ⅲ段 定时电流速断保护。
Ⅱ段 限时做主保护，Ⅰ段 瞬时做辅助保护（靠近电源侧短路会快速切除）， Ⅲ段 定时 做后备保护，也做下一级线路的远后备保护。
特殊情况：两段式：瞬时、定时或限时、定时。
如单电源供电的最后一段线路，只需要两段式。
四段式：瞬时、限时一级、限时二级、定时。
如，一级限时不能满足对主保护的灵敏度要求时，采用四段式；这时限时保护向下一线路延伸，至它的限时保护的范围（图3-6 b ）2,0.7 1.2t t t t ''''∆=+∆∆=三段式电流速断保护 优点：简单、可靠，如果不发生保护或断路器拒绝动作的情况，则故障都可以在0.35—0.5s 的时间内予以切除，在35kV 以下电网得到广泛应用。
缺点：受电网接线和运行方式影响。
整定值按最大方式，灵敏度按最小方式校核灵敏度。
二、瞬时电流保护（第Ⅰ段） 1、整定值计算及灵敏性校验定值（定值给定后，不随实际运行方式、短路点位置、短路类型而变化）.2..max =actk B I K I 'rel .1..max =actrel k C I K I ' 可靠性系数： 1.21.3rel K =注意贺书第四版的短路电流（幅值）的记号：..max k B I 最大运行方式，线路AB 末端B 三相短路的最大短路电流（max 既是短路电流最大值，也指最大运行方式），类似地，..max k C I 。
..min k B I 最小运行方式，线路AB 末端B 两相短路的短路电流（min 既是短路电流最小值，也指最小运行方式）类似地，..min k C I 。
实际运行方式下，B 点相间短路的短路电流总是介于 ..min k B I 和..max k B I 之间。
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单侧电源辐射形电网三段式过电流保护
实验报告
电控学院
电气0902
单侧电源辐射形电网三段式过电流保护
一、实验目的
1、通过模拟线路三段式电流保护实验，进一步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、通过三段式过电流保护的动作电流和动作时间的整定掌握三段保护之间的配合关系，加深对继电保护思想基本要求，及可靠性、选择性、快速性、灵敏性的理解。
3、掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术，培养动手能力，了解布线的基本工艺要求。
4、掌握重合闸的应用。
5、培养分析，查找故障及错误接线的能力。
二、实验元件
1 交流接触器一台，代替跳闸开关；
2 电流互感器两个变比为20/5；
3 按钮2个；
4 继电器：电流继电器6个、信号继电器3个、时间继电器2个、中间继电器一个；
5 三相负载一组；
6 调压器一个；
7 导线若干；
8 滑动变阻器6A，22.5A。
三、实验要求
1、各段保护均以中间继电器作为跳闸元件；
2、信号灯要求准确无误，不允许几灯同时发信号；
3、系统速断动作后，要求5s后三相重合闸一次，定时限与过电流不允许重合闸；
4、绘制系统原理图，展开图，布线图；
5、又所给的线路参数进行短路计算及校验；
6、对所有元件进行测试
四、实验原理
1、阶段式电流保护的构成
无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，带时限电流速断保护能够保护本线路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，所以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。
2、线路模型
R=0.4Ω/K m,Kk’=1.2，K k”=1.1，Kaq=1.5，K H=0.85，I fm=2.4A
3、三次一次自动重合闸
三相一次重合闸，及无论线路发生何种类型的故障，继电保护装置将断路器三相跳开，然后重合闸装置自动启动，经预定的延时发合闸脉冲，断路器三相跳开。
若是瞬时故障，因故障已经消失，则重合成功，系统继续运行；若故障是永久性的，继电保护装置再次动作，不再跳闸。
4、实验原理图
5、实验展开图
五、短路电流计算及校验
六、心得体会
通过这次自主实验，使我对所学的继电保护相关的只是有了更深的认识。
首先，这是我们第一次完成自主性实验，感觉最大的区别就是不同于以往的依据实验指导书上的实验，没有具体的步骤。
而自主实验的具体过程都需要小组成员共同的去思考和解决。
自主性实验从开始的无从下手，到慢慢的掌握要领，这是一个小团体共同努力的结果。
这个过程不仅锻炼我们的发现问题，解决问题，分析现象的能力，更重要的是能锻炼我们团结合作的能力，而这种能力正是现代社会所必须的一种能力。
虽然过程中很多问题是在老师的指导下完成的，但是这次自主实验让我们从独立思考，独立设计，独立处理问题方面都得到了很大的提升。
希望以后更多些这样的实验，这样我们能跟好的锻炼自己……
1、实验中灯泡的亮度变化一闪一闪，变化不连续？
解决方法：程序的中断0和中断1的优先级先后不能保证，加入PX0=1，使得中断0的优先级永远高于中断1.
（2）实验心得
此次基于单片机实现的调光控制器设计实验，对单片机，C语言等学科知识有了进一步的了解，同时也发现了自身还存在很大的不足。
这就要求我在今后的学习生活中继续认真学习，掌握牢固的基础知识，并且将自己所学的知识与实际情况联系起来，做到灵活应用，为今后的学习生活打下良好的基础。
自主性实验从开始的无从下手，到慢慢的掌握要领，这是一个小团体共同努力的结果。
这个过程不仅锻炼我们的发现问题，解决问题，分析现象的能力，更重要的是能锻炼我们团结合作的能力，而这种能力正是现代社会所必须的一种能力。
另外，开放性实验没有老师的监督和强迫，全靠我们自觉完成。
开放性实验就像为我们打开了一扇窥探科研之路的门，让我们学到了许多在经典实验中无法学到的知识和思维方式。
八、实验中出现的问题
（1）试验中5s自重合闸后，10s内有重合信号，未能进入死区
解决方法：5s自动重合闸后，启动一个10s定时器，使重合闸在10s不能动作。
若有重合信号，则程序进入死区。
（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段有时出现误动？
解决法方法：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段之间加互锁使的不能同时动作，II 段加0.5s延时，III段加1s延时。
九、实验体会：
通过这次实验，我对可编程控制器在继电保护中的应用有了更深的了解，熟悉了和掌握了PLC的编程过程。
同时也锻炼了我的实际动手能力，及怎样发现问题和解决问题的能力。
这是一次自主性实验，而我们平时的实验都是一些经典实验，条件成熟且被反复验证，只要按照讲义的步骤去做，便会顺利得到预期
的结果。
但自主实验，老师只提供了一个课题，具体应该怎么去做，就靠我们小组去摸索条件，去伪存真，从而得到理想的实验结果。
自主实验就像为我们打开了一扇窥探科研之路的门，让我们学到了许多在经典实验中无法学到的知识和思维方式。
自主性实验从开始的无从下手，到慢慢的掌握要领，这是一个小团体共同努力的结果。
这个过程不仅锻炼我们的发现问题，解决问题，分析现象的能力，更重要的是能锻炼我们团结合作的能力，而这种能力正是现代社会所必须的一种能力。