电气工程师|输电线路保护有哪些？详解三段式电流保护

为了保证电力系统的安全运行，必须对电力系统中所有的电力设备和输电线路配置完善的继电保护。如果继电保护配置不当，保护将不能正确工作（误动或拒动），从而会扩大事故停电范围，还可能造成人身和设备安全事故。

电力网继电保护的配置，要满足电力网的不同结构、电压等级、线路长度、运行方式以及负荷性质等的要求，否则将不能达到预期的保护效果。

10～35kV中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小（因而该电网又称小接地电流系统），三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1～2h，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是在单相接地以后，其他两相对地电压要升高3倍。为了防止故障进一步扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。由此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳闸。

输电线路的继电保护主要有下面三种：

一、相间短路保护

相间短路保护一般均采用两相式电流保护。

对单测电源的线路，一般装设两段式电流保护。第Ⅰ段为不带时限的电流速断保护，第Ⅱ段为带时限的过电流保护。对35kv的线路，必要时，也可采用三段式电流保护，即在上述两段式保护的基础上，再增设一段带时限的电流速断保护。无论两段式或三段式电流保护，均可统称为阶段式电流保护。

二、单相接地保护

对单相接地故障一般采用无选择性的绝缘监视信号装置。该装置动作后，靠人工选线找出故障线路。有条件的应装设具有选择性的、动作于信号的单相接地保护。根据人身和设备安全的要求，必要时，应装设动作于跳闸的单相接地保护。

三、过负荷保护

对可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。

在相间短路保护中，一般都设计为阶段式保护。主要有三段保护，所以又叫三段式保护。其原理图见图1所示。

图一

第Ⅰ段电流保护是无时限电流速断保护，在图中由电流继电器KA1、KA2，中间继电器KM和信号继电器KS1组成。

第Ⅱ段电流保护是带时限电流速断保护，由电流继电器KA3、KA4，时间继电器KT1，中间继电器KM（与Ⅰ段共用）和信号继电器KS2组成。

第Ⅲ段是定时限（或反时限）过电流保护，由电流继电器KA5、KA6，时间继电器KT2，中间继电器KM（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段共用）和信号继电器KS3组成。

第Ⅰ段电流保护也叫电流速断保护，是输电线路的主保护。但它不反应本线路以外的短路。最小保护范围不小于被保护线路全长的15%，最大保护范围要大于被保护线路全长的50%。

无时限电流速断保护不能保护线路全长，其保护范围以外的线路故障，必须由另外的保护来切除，为此增设第Ⅱ段电流保护。它的动作范围包括了被保护线路的全长。

第Ⅲ段电流保护具有较高灵敏性，不仅能保护本线路全长，而且还能保护相邻线路的全长甚至更远。

同时，第Ⅱ段保护是第Ⅰ段的后备保护，第Ⅲ段也是第Ⅰ段的后备保护。为了区别就把第Ⅱ段保护称为第Ⅰ段的近后备保护；把第Ⅲ段保护称为第Ⅰ段的远后备保护。意思是线路发生短路故障后，第Ⅰ段保护去执行跳闸任务，若第Ⅰ段保护保护拒动，则第Ⅱ段在延时过后立即执行跳闸。第Ⅲ段保护也是同理。也就是说一旦线路发生短路故障，三段保护都同时启动，第Ⅱ段和第Ⅲ段保护利用设置的时间继电器进行延时等待。

继电保护的接线图一般有逻辑框图、原理图、展开图、安装图等几种。对于采用机电型继电器构成的继电保护来说，用得最多的是原理图、展开图和安装图。

把整个继电器和有关的一、一次元件绘制在一起，既有交流又有直流，能直观而又完整地表示整套继电保护装置工作原理的接线图，叫做原理图（见图1）。该种图的主要优点是便于阅读、能表示动作原理，有整体概念，初学者较易掌握。保护的各段组成元件一目了然。但是原理图在实用上有一定的局限性，在现场凭原理图查线、调试十分不便，接线复杂的保护也难以绘制。另外，原理图只能画出继电器各元件间的连线、轮廓，至于元件的内部接线、引出端子、回路标号以及直流电源等细节就难以表示出来。因此，现场广泛使用展开图。

展开图是以继电器动作回路为基础，将继电器和各元件的线圈、触点按保护动作顺序，自左而右、自上而下而绘制的接线图称为展开图。它的特点是分别绘制护的交流电流回路、电压回路及直流回路。同一个继电器或元件的线圈、触点，属于哪个回路就画到哪个回路中去。为了避免混淆，属于同一个元件的线圈、触点用相同的文字符号表示，用下角标注上拉伯数字区别同一元件不同的触点或线圈。所有继电器、元件的图形符号都按国家标准统一编制。在展开图的右侧还有文字说明，标明各回路和各元件的性质、作用。见图2所示。