反时限特性曲线的应用

浅谈反时限保护的适用范围及整定方案张克平摘要：白银电网负荷大部分是工业和电力提灌负荷，因此网内存在着大量的大型高压电动机。

相当一部分配网线路的定时限过流保护定值须躲电机启动电流，导致过电流定值很大，甚至有超限时速断电流定值的情况，而此时低电压及负序电压对线末没有灵敏度。

电网的快速发展，使保护配合的级数增加，部分配网及用户变电所时间级差已非常紧张。

因此，寻找能很好躲电机启动电流及缓解时间级差的保护类型显得尤为迫切，而反时限保护能很好的躲电机启动电流——只要选择适当的曲线类型和时间常数；同时其动作时限与故障电流的大小成反比，上下级保护之间只需一个时间级差配合，缓解时间级差效果明显。

一、定时限过流保护陷入窘境的几个案例 ㈠ 王岘水泥厂117水泥磨线过电流保护YJV-2×(3×120)/0.7117 水泥磨线K10.05560.64441.373王岘水泥厂5.751#4.6%0.8MVA 5.752#4.6%0.8MVA K2K3R:2800kW +560kW 0.4kV:1377kW保护型号：PMC-651F 装置版本号：V1.60.001、 参数计算1）电缆YJV-3×120/10，r=0.158Ω/㎞ x=0.0755Ω/㎞ Z=0.1751Ω/㎞ Z*=0.1588 2）短路电流：A I7857)3(K1=)(1538)3(K2并列A I =A I3334)2(K1=A I663)2(K2=A I 3469))2((=小首 A I7391)2()(=大首2、保护主要功能：1）瞬时电流速断；2）复压（方向）限时电流速断；3）复压（方向）定限时限过流；4）相电流加速；5）反时限过流；6）过负荷保护；7）零序过流；8）重合闸；9）低周、低压减载；10）绝缘监视；11）TV 断线、控制回路断线监视；12）检同期功能。

3、过电流保护整定 CT ：300/5 PT ：1001）YJV22-3×120电缆最大允许载流量：323A ；ＣＴ一次值：300A ；2）负荷电流：配电变压器，2×46.2=92.4A ；2800kW 电机，190A ；560kW 电机， 2×38=76A ；最大绕线式电机启动电流（软启动）Iqd=2Ie=2×190=380A ；Ifh ·max=92.4+76+380=548.4A 。

电动机保护器的延时特性可分为定时限和反时限两种。

在国内的电动机保护器应用中，用户多采用定时限特性来对电动机进行保护，但在一些关键部位也会用到反时限特性，现对施耐德EOCR电动机保护器的定反时限使用方法进行介绍。

1.电流范围和曲线
电流范围跳闸延时
定时限0.5-80A；大于80A配外部互感器使用0.5-30秒
反时限0.5-32A；大于32A配外部互感器使用1-30等级
定时限特性曲线反时限特性曲线
2.设置
1.在正常显示状态下，按键，找到参数，界面如下：
2.按键使参数闪烁，按键修改为，按键确认后按键返回，设置完成。

按以上步骤修改参数后，EOCR按照反时限特性进行保护，在设置过电流跳闸延时时可参照反时限特性曲线图。

我公司是施耐德EOCR中国区总代理，提供EOCR-SS、EOCR-DS、EOCR-AR、EOCR-SE2、EOCR-SSD、EOCR-EUCR、EOCR-SDDR、EOCR-EGR、EOCR-3DE/FDE、EOCR-3MZ\FMZ、EOCR-3E420\FE420、EOCR-PMZ\PFZ、EOCR-3DM2/FDM2、EOCR-3MZ2/FMZ2、EOCR-3BZ2/FBZ2、EOCR-i3DM/iFDM、i3MZ/iFMZ、i3MS/iFMS、i3M420/iFM420、i3BZ/iFBZ、EOCR-ISEM、EOCR-MME、3CT、ZCT等施耐德EOCR全系列产品的销售与技术服务。

EOCR中国区总代理
上海韩施电气自动化设备有限公司。

浅谈反时限保护的适用范围及整定方案摘要：白银电网负荷大部分是工业和电力提灌负荷，因此网内存在着大量的大型高压电动机。

相当一部分配网线路的定时限过流保护定值须躲电机启动电流，导致过电流定值很大，甚至有超限时速断电流定值的情况，而此时低电压及负序电压对线末没有灵敏度。

电网的快速发展，使保护配合的级数增加，部分配网及用户变电所时间级差已非常紧张。

因此，寻找能很好躲电机启动电流及缓解时间级差的保护类型显得尤为迫切，而反时限保护能很好的躲电机启动电流——只要选择适当的曲线类型和时间常数；同时其动作时限与故障电流的大小成反比，上下级保护之间只需一个时间级差配合，缓解时间级差效果明显。

一、定时限过流保护陷入窘境的几个案例 ㈠ 王岘水泥厂117水泥磨线过电流保护YJV-2×(3×120)/0.7117 水泥磨线K10.05560.64441.373王岘水泥厂5.751#4.6%0.8MVA 5.752#4.6%0.8MVA K2K3R:2800kW +560kW 0.4kV:1377kW保护型号：PMC-651F 装置版本号：V1.60.001、 参数计算1）电缆YJV-3×120/10，r=0.158Ω/㎞ x=0.0755Ω/㎞ Z=0.1751Ω/㎞ Z*=0.1588 2）短路电流：A I 7857)3(K1=)(1538)3(K2并列A I =A I3334)2(K1=A I663)2(K2=A I 3469))2((=小首A I7391)2()(=大首2、保护主要功能：1）瞬时电流速断；2）复压（方向）限时电流速断；3）复压（方向）定限时限过流；4）相电流加速；5）反时限过流；6）过负荷保护；7）零序过流；8）重合闸；9）低周、低压减载；10）绝缘监视；11）TV 断线、控制回路断线监视；12）检同期功能。

3、过电流保护整定 CT ：300/5 PT ：1001）YJV22-3×120电缆最大允许载流量：323A ；ＣＴ一次值：300A ；2）负荷电流：配电变压器，2×46.2=92.4A ；2800kW 电机，190A ；560kW 电机， 2×38=76A ；最大绕线式电机启动电流（软启动）Iqd=2Ie=2×190=380A ；Ifh ·max=92.4+76+380=548.4A 。

2-6 画出三相五柱电压互感器的Y0／Y0／Δ接线图，并说明其特点。

答：三相五柱式电压互感器有五个铁芯柱，给零序磁通提供了闭合磁路。

增加了一个二次辅助绕组，接成开口三角形，获得零序电压。

接线图如图2-3所示。

电网正常运行时，三相电压对称，开口三角绕组引出端子电压mnU为三相二次绕组电压相量和，其值为零。

但实际上由于漏磁等因素影响，mnU一般不为零而有几伏数值的不平衡电压unbU b。

当电网发生单相接地故障时，TV一次侧零序电压要感应到二次侧，因三相零序电压大小相等，相位相同，故三角形绕组输出电压U mn＝3U0／K TV(K TV为电压互感器额定电压变比)。

(1)这种接线用于中性点不直接接地电网中，在电网发生单相接地时，开口三角形绕组两端为3倍零序电压，U mn= ＝3U0，为使U mn＝100V，开口三角形绕组每相电压为100／3V，因此，TV100/3V(U N为一次绕组的额定线电压，kV)。

(2)这种接线用于中性点直接接地电网中，在电网发生单相接地故障时，故障相电压为零，非故障相电压大小、相位与故障前相同不改变，开口三角绕组两端的3倍零序电压U mn为相电压，为使此时U mn＝100V，TV/100V。

图2-3 三相五柱式TV的磁路及接线(a) 磁路；(b)接线原理接线如图3-1所示。

反时限过电流保护原理接线如图3-2所示。

图3-1 定时限过电流保护原理接线图3-2 反时限过电流保护原理接线图(一)定时限过电流保护的工作原理及动作过程用图3-3说明定时限过流保护装置的工作原理。

当线路WL3上k1点发生短路时，短路电流由电源S经过WLl，WL2，WL3流经k1点，过电流保护1、2、3同时启动，根据选择性要求，保护3动作，3QF跳闸切除故障线路WL3。

而保护2、3在故障切除后立即返回，所以要求各保护装置的整定时限不同。

越靠近电源侧则时限越长。

图3-3 定时限过流保护装置的工作原理说明用图3-1说明保护装置的动作过程，当线路短路后，短路电流经电流互感器TA 转变为二次电流进入电流继电器1KA 、2KA 。

反时限特性曲线：II 1Q曲线可视为两段定时限加一段反时限，只讨论两段定时限之间的反时限特性的微机实现方法，表达式如下：()121maxA e K t I I ->其中：e I ，发电机额定电流；发电机发热同时的散热效应系数1A ，一般整定为1；发电机定子绕组热容量常数1K ，机组容量MVA S n 1200≤时，1K 整定为37.5（当有制造厂家提供的参数时，以厂家参数为准）。

反时限继电器根据被保护设备提供的反时限特性曲线，实现与其相应的保护。

本继电器要求整定的项目有:电流启动定值及与其对应的动作延时。

考虑到曲线的复杂性和便于实现，以下参数事先以表格形式存储于EPROM 中：即从1.1倍至2.0倍启动电流对应的时延（级差0.1倍），从2.0倍至10.0倍启动电流对应的时延（级差1.0倍），若精度等有特殊要求可调整级差和电流倍数范围。

这些点选定后由保护装置用线性插值进行曲线拟合，级差较小时拟合的曲线将更为光滑。

法一：考虑实时计算中电流的变化（继电器的动态特性），定义一个综合过流倍数n M [3]，它不仅能反映当前的过流程度，也能计及从故障起始整个过程的过流程度，其定义为：∑∑===M k Mk kk k M tt n n 112/ 或∑∑===M k Mk kk k M t t n n 11/式中 n k 为k 时刻过流倍数t k 为与n k 相对应的持续时间k=1，2，…,M M 为累计计算次数前者反映的是过流倍数的方均根值，而后者反映的是加权平均值，可分别应用于不同场合。

由于微机保护实现时是等间隔计算，故可分别简化为∑==MK kM nMn 121 或∑==MK kMnMn 11继电器实时计算中，当电流大于启动电流后，每次均计算得到一个M n 。

设M n 落在事先输入的数据表格，x1，x2内，得到对应的y1，y2，如图1所示。

应用线性插值得到动作延时：)(112121x n x x y y y y M ---+=继电器开始计时后，只要计数器设定值未到就反复计算M n ，并根据给定的特性曲线(已输入的数据表格)不断地用新的综合过流倍数得到允许的时延M t ，再减去现已达到的时延，即得到还需要的时延：jM t M t t ∆-=∆式中jt ∆为计算间隔；M t 为第M 次计算的综合过流倍数决定的时延。

配电网输电线路反时限过流保护探讨刘为1,范春菊1,张兆宁2,郁惟镛1(1.上海交通大学电气工程系,上海200030;　2.中国民航学院空管学院,天津300300)摘要:讨论了传统的反时限过电流保护的实现方法,如分区查表法,插值方法的实现方式及其误差特性;提出了适用于配电网的过电流保护的冷备用方案;论述了一种用DSP技术实现反时限特性曲线的新技术,提出了在DSP技术下计算动作时限的新方法。

该方案能够根据故障电流的大小实时计算出过电流保护的动作时限,所需要的内存较小,且计算速度快,在配电网的自动化技术中,具有较强的实用性。

关键词:反时限保护;　分区查表;　误差特性;　时限计算中图分类号:TM773 文献标识码:A 文章编号:1003-4897(2003)03-0023-031　引言根据对继电保护速动性的要求,继电保护装置动作切除故障的时间必须满足系统稳定的要求和保证重要用户供电的可靠性。

相电流速断保护就是在保证线路末端故障时具有足够选择性的条件下反映电流增大而瞬时动作的保护。

相电流速断保护存在的主要问题是,保护的动作灵敏度受系统运行方式以及故障类型的影响很大。

例如,对于相电流速断保护,为了保证保护的选择性,保护定值的整定必须按躲过线路末端三相短路时最大短路电流的条件进行。

按照上述条件计算的定值,在系统最小运行方式下或者最不利的短路条件下,保护范围大大降低,甚至失去保护作用。

因此,常常只能选择定时限过电流保护作为电流速断保护的后备保护。

而定时限过电流保护的动作时限是预先设定的,不能随着故障电流的改变作出自适应的调整。

随着配电网技术的不断发展,对配电网自动化、供电可靠性以及供电质量的要求都在不断地提高;原有的电流保护虽然具有结构简单、调试方便和可靠性高等特点,但是也已经显示出它固有的一些缺点。

反时限电流保护的特性与很多负载的故障特性相似,因此在许多场合下比定时限保护的性能更为优越。

反时限电流保护在国外已获得较广泛地应用,而国内的中低压配电网中主要以定时限保护为主,这是由于传统的感应型反时限保护与定时限之间难以配合,从而限制了它的应用。

文中提出了反时限特性曲线的一种新型算法，利用Tailor 展开和数据存储相结合的方法拟合反时限特性曲线, 解决了反时限特性曲线中的指数运算, 有利于反时限过流保护应用于电力系统微机保护中，现将该算法分析如下：1算法推导微机型反时限过流保护特性曲线的数学表达式为：1)(-=c BI I k t其积分形式为： ⎰-=t dt cB It I k 0]1))([(上式离散化得： T M n c BI n I k ∆∑-=-=10]1))([( 则： Tk M n c B I n I ∆=∑-=-10]1))([( （1） 针对微处理器比较难处理上式中的cBI I I f )()(=项，本文提出了反时限过流保护的一种新型算法，在反时限过流保护启动并累加积分的过程中 B I I > ，即1≥B I I 。

因此, 可以将 BI I分解成一个整数和一个纯小数和的形式, 即 n N BI I∆+=)(其中 N 是与)(BI I最接近的整数，1≥N ；5.05.0≤∆≤-n ，则：cNn c N c n N c B I I I f )1()()()(∆+=∆+== （2）根据Tailor 公式可得：]1)[(2)(2)1(1)1(+∆++∆-+∆+=∆+⋯n N n n R Nn c c N n c c N n取二阶Tailor 展开式代入式（2）得：]2)(2)1(1[)(Nn c c Nn c cN I f ∆-+∆+≈预先将1 到 20 的正整数N 的 c 次幂做成一张表存储起来,cN 项就可以通过查表的方法得到它的值,剩下的部分计算机可以非常容易地进行处理,将得到的cN 的值代入式(2),便可以进行反时限电流保护的计算和判断了。

2误差分析对于非常反时限曲线 1=c 和极度反时限曲线2=c , 展开的截断误差均为零，因而误差主要来源于微处理器计算时的舍入误差。

对于一般反时限曲线02.0=c ，当采用二阶Tailor 展开时，Tailor 展开的截断误差小于0.001。