电网相间短路阶段式电流保护“三配合”分析及整定计算案例

李 莉 胡兴龙 顾凌云 白少锋

（银川大学电力系，宁夏银川 750105；中电投宁夏能源铝业有限公司，宁夏青铜峡 751603）

1 各段保护间保护范围和动作时间的配合分析

设在图1所示的系统中采用阶段式继电保护，以断路器QF1上的保护为分析对象。

第Ⅰ段保护又称为瞬时速断保护，其保护范围被限制在被保护线路全长的75%以内。若保护范围内故障，保护动作，瞬时切除故障；若保护区外故障，保护有选择的不动作。下面分析为什么不能让第Ⅰ段保护的保护范围更长一点，甚至保护线路的全长。

图1 阶段式电流保护保护范围配合分析图

根据选择性的要求，下段线路故障，应有下段线路的继电保护装置动作将故障切除；若上级线路第Ⅰ段保护的保护范围为线路的全长，则在下级线路的首端发生故障时，由于测量误差，上级线路的第Ⅰ段保护有可能与下级线路的第Ⅰ段保护同时动作，这样，上级线路的第Ⅰ段保护就失去了选择性；为了满足选择性，第Ⅰ段保护就不能保护线路的全长，即必须缩短保护范围。缩短的保护范围，理论上应该视测量误差的大小而定。从保护线路的角度出发，在保证选择性的前提下，缩短的保护范围应该越短越好；根据工程统计，缩短的保护范围一般为线路全长的15%，即第Ⅰ段保护的保护范围为线路全长的85%就能满足要求。

第Ⅱ段保护的作用是保护第Ⅰ段保护不到的位置，即第Ⅱ段保护必须保护线路的全长。由上述分析可知，为了满足选择性，第Ⅱ段保护必须带时限，如果不带时限，当故障发生在下级线路上时，上级的第Ⅱ段就有可能同下级的第Ⅰ段同时动作。从快速性的要求出发，保护带的时限应尽可能短，但必须保证：在下级第Ⅰ段保护范围内发生故障时，下级第Ⅰ段保护动作，将故障切除，故障切除后，上级的第Ⅱ段有足够的返回时间，用公式表示为

第Ⅲ段保护是后备保护，后备分近后备和远后备。近后备是作本断路器上其他保护的后备；远后备是作下级断路器上所有保护的后备和下级断路器的后备，即当下级的保护或断路器由于某种原因拒动时，上级的后备保护动作，将故障切除。为了满足选择性，第Ⅲ段保护必须带延时，即

2 各段保护间整定值的配合分析

各种保护的保护范围，实际上是由保护的整定值来决定的。保护之间的保护范围配合由整定值的配合来实现。

各段保护间整定值（边界）的配合

式中t1∏为线路L1第Ⅱ段动作时间；t2∏为线路L2第Ⅱ段动作时间；t3Ⅰ为线路L3第Ⅰ段动作时间。

（3）第Ⅲ段（过电流）保护。第Ⅲ段是后备保护，其选择性由阶梯时限来满足。按躲过最大的负荷电流计算保护的动作电流，根据可靠性的要求，第Ⅲ段保护的动作电流必须满足以下两个条件。

一是在被保护线路通过最大负荷电流IL.max的情况下，保护装置不应该动作，即

式中Iact为保护的动作电流（指保护装置动作时所对应的电流互感器一次电流值）；IL.max为被保护线路的最大负荷电流。这个最大负荷电流考虑了电动机自启动的电流，由于短路时电压下降，变电所母线上所接负荷中的电动机被制动，在故障切除后电压恢复时，电动机有一个自启动过程，电动机自启动电流大于正常运行时的额定电流IR，即

式中Kast为自启动系数，一般取1.5～3。

二是对于已经启动的保护装置，在故障切除后，被保护线路通过最大负荷电流的情况下应能可靠地返回。

[1]张保会.电力系统继电保护〔Ⅰ〕.北京：中国电力出版社，2010（26）

[2]胡寿松.电力系统继电保护原理〔Ⅱ〕.北京: 科学出版社,2002（12）

[3]张建中.电力系统继电保护〔Ⅲ〕.北京：中国电力出版社，2008（33）