电网黑科技：电流防御技术揭秘

电网黑科技：电流防御技术揭秘

随着电网系统的日益复杂，电流防御技术成为了保障电网稳定的重要手段。其中，三段式电流保护作为电力系统中最常见的保护方式之一，通过电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护的相互配合，能够有效地切除各种类型的故障，避免设备损坏。本文将深入探讨这三种电流保护技术的工作原理、整定原则及实际应用，揭示这些“黑科技”是如何在关键时刻守护我们的电力供应。

电流速断保护，又称电流Ⅰ段保护，是反应电流升高而不带时限（瞬时）动作的保护。其主要特点是动作迅速，能够第一时间切除故障，但保护范围有限。

工作原理

如上图所示，当线路AB末端K1点短路时，希望保护1瞬时动作；线路BC始端K2点短路时，希望保护2动作，按照选择性的要求，保护1不应动作。但实际上K1和K2点短路时，流过保护1的短路电流值几乎是一样的，保护1无法区分K1点短路还是K2点短路。为使保护1在K2点短路时不动作，必须使保护1的动作电流大于K2点短路时流过保护1的最大短路电流。这样K2点短路时，保护1不动作，保护2动作切除故障，保证了保护1、2的选择性。

整定原则

为了保证选择性，电流速断保护的一次动作电流应按躲过被保护线路末端三相短路时流过保护安装处最大短路电流整定。可靠系数一般取1.2～1.3，即保护的一次动作电流取最大运行方式下，被保护线路末端三相短路时流过保护装置最大短路电流的1.2~1.3倍。

接线原理

单相电流速断保护由电流继电器KA、出口中间继电器KCO和信号继电器KS组成。正常时负荷电流小于KA的启动电流，KA不动作，其动合触点在断开状态。当保护区内短路时，短路电流超过KA的动作电流，KA动作，触点闭合启动KCO，KCO触点闭合将正电源经过信号继电器线圈、断路器QF辅助触点接通断路器跳闸线圈Y，断路器跳闸切除故障线路。同时信号继电器KS动作发出信号。

中间继电器KCO的作用：
1）增大接点容量；
2）利用其具有0.06~0.08s延时动作时间，躲过管形避雷器放电时引起速断保护误动作。

电流速断保护具有可靠的选择性和快速性，多用作线路的主保护。

由于无时限的电流速断保护不能保护本线路的全长，为此增设带时限的电流速断保护，用来切除本线路电流速断保护范围以外的短路故障，同时作为电流速断保护的后备保护。

工作原理

上图为单侧电源辐射线路，保护2电流速断保护的动作电流直线3与短路电流变化曲线的交点为N，B-N为保护2电流速断的保护范围。保护1的限时电流速断要保护AB线路全长，其动作电流必须小于AB线路末端的最小短路电流，则其保护范围必然会延伸到BC线路，但不能超过保护2电流速断的保护范围即N点。为此，保护1的限时电流速断保护动作电流直线2应大于保护2电流速断保护的动作电流直线3。

为保证选择性，保护1限时电流速断保护的动作电流时限必须要比保护2电流速断保护大一个时间级差△t。这样当B-C段故障时，保护2电流速断保护动作跳闸，保护1限时电流速断保护的时间未到，不动作，故障切除后保护1限时电流速断保护返回。所以限时电流速断保护的保护范围不应超过下一级相邻线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一级相邻线路电流速断保护大一个时间级差△t，否则将与下一级线路的限时电流速断保护抢动。

整定原则

1）动作电流
按与相邻下一级线路的电流速断保护相配合，可靠性配合系数一般取1.1~1.2，即本线路限时电流速断动作电流取下一级线路电流速断动作电流的1.1一～1.2倍。

2）动作时限
应比下级线路电流速断保护的动作时限高出一个时间基差△t，从保护快速性来讲△t越小越好，从保护选择性来讲，△t又不能太小。

接线原理

限时电流速断保护的单相原理接线如上图所示，动作过程与电流速断保护基本相同，不同的是增加了时间继电器KT，这样当电流继电器KA启动后，还必须经过时间继电器KT的延时才能跳闸。

时限过电流保护简称过电流保护，其动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的。过电流保护灵敏度高，保护范围大，不仅能保护本线路全长，而且能保护下一级线路的全长甚至更远，可作为本线路主保护的近后备保护和下级线路的远后备保护。

分类

过电流保护有两种：
1）定时限过电流保护：动作时间不随短路电流的大小而变化。定时限是将线路各段的保护按时间阶梯原则整定，离电源方向越远，时限越短，越近则时限越长。每段时限级差大于0.5s。时限与短路电流的大小无关。电磁式过电流保护装置就是按定时限工作设定的。
2）反时限过电流保护：动作时间随短路电流的增大而自动减小。反时限的特点是保护装置动作时间，随短路电流的大小而变化，短路电流大，则动作时间短，反之，则动作时间长。感应式过电流保护装置就是按反时限原理工作的，但当短路电流的增加超过一定值时，动作时间不再缩短，此时电流速断装置动作，表现为定时限特性。

整定原则

1）动作电流
过电流保护动作电流必须大于负荷电流，在最大负荷电流时保护装置不动作，当下一级线路发生外部短路时，如果本级电流继电器已经启动，则在下级保护切除故障电流之后，本级保护应能可靠地返回。

2）动作时限
在单电源辐射形线路上，为满足选择性要求，过电流保护的动作时限应与下一级相邻线路配合，即离电源较近的上一级的动作时限应比相邻的离电源较远的下一级过电流保护的动作时限高出一个△t。各级过电流保护的动作时间如此整定，好似一个阶梯，这就是通常所说的阶梯形时限特性。

由于电流速断保护不能保护线路的全长，而限时电流速断保护又不能完全作为相邻线路的后备保护，因此，为了保证迅速而又选择性地切出故障，常常将电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用电流速断保护加定时限过电流保护，或者限时电流速断保护加定时限过电流保护，也可以三者同时采用。

三段式电流保护具有接线简单、动作可靠，切除故障快等优点，在一般情况下能够满足快速切除故障的要求。所以在电网中35kV、10k及以下的电压配电系统中获得了广泛的应用。

为了保证电力系统的安全稳定运行，必须对电力系统重所有的电力设备和输电线路配置完善的继电保护，如果继电保护装置配置不当，保护将不能正确的工作（误动或拒动），从而扩大事故停电范围，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。

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电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护，这三种电流保护技术各有特点，通过相互配合，共同构成了电力系统的安全防线。在实际应用中，它们不仅能够快速切除故障，避免设备损坏，还能确保电力系统的稳定运行，为我们的日常生活和工业生产提供可靠的电力保障。